CN111709065B - 一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，首先确定周边管线及既有隧道的基本信息；根据周边管线及既有隧道的基本信息对周边管线及既有隧道的结构安全性进行评价；现场开展试验注浆，对试验超前深孔注浆过程进行数值模拟计算，根据结果对比确定计算安全系数；通过数值模拟对超前深孔注浆引起周边管线及既有隧道变形的情况进行计算，根据既有管线和隧道的安全变形值，确定超前深孔注浆的注浆压力；结合注浆压力开展现场注浆试验；根据浆液扩散半径确定同一水平注浆点的孔距。本发明得出复杂周边环境下深孔注浆的钻孔孔距及注浆压力等参数，实现以合理的工程投入，保证注浆施工效果，同时保证既有管线及隧道的结构安全。

Description

一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法
技术领域
本发明涉及超前深孔注浆技术领域，具体涉及一种针对复杂周边环境下进行超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法。
背景技术
随着我国城市化进程的推进，城市地下空间建设飞速发展，地下工程经常会在复杂的周边环境下进行注浆施工。当地下工程采用矿山法施工时，需要对掌子面前方土体进行深孔注浆加固，注浆加固后随着浆液的凝固，被加固土体会产生隆起效应，经传递后会对周边既有管线或既有隧道造成影响，严重情况下可能导致安全事故的发生。
现有技术中，超前深孔注浆一般会采用较大的注浆压力来保证注浆效果，但会造成被加固土体变形过大而导致既有管线或隧道变形严重；若减小注浆压力，则浆液的扩散半径会减小，为保证注浆加固的效果，需要减小钻孔孔距，增加钻孔数量，从而带来钻孔操作困难及施工成本增加等问题。因此在复杂周边环境下进行暗挖施工深孔注浆时，关键需要确定合适的钻孔孔距，使其在尽量减小钻孔施工难度及施工成本的基础上，保证深孔注浆加固效果，从而减少施工对既有管线及既有线路隧道的扰动影响，充分保证施工安全。
发明内容
常规深孔注浆施工考虑到浆液的扩散半径一般可达到25cm左右，因此施工时钻孔孔距一般确定为50cm左右，从而保证其在较大的注浆压力下，周围土体可以实现被浆液充分加固的效果。但在复杂的周围环境下，如仍沿用常规的钻孔孔距以及注浆压力参数，注浆时可能导致周围土体隆起严重，从而加重既有管线或隧道的结构变形，导致安全事故发生。目前尚没有科学准确的方法来确定复杂周边环境下深孔注浆施工的钻孔孔距，因此需要一种适用于该条件下暗挖施工超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，实现在保证注浆加固效果的基础上，充分保证施工安全。
本发明的目的在于提出了一种复杂周边环境下暗挖施工超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法。
本发明采用数值模拟和现场试验相结合的手段，确定复杂周边环境下暗挖施工超前深孔注浆合理的钻孔孔距，实现以合理的工程投入，保证注浆施工效果，同时保证既有管线及隧道的结构安全。
本发明采用的技术方案为一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，该方法的具体操作步骤如下：
S1确定周边管线及既有隧道的基本信息；
S2根据周边管线及既有隧道的基本信息对周边管线及既有隧道的结构安全性进行评价，确定其容许变形值L；
S3现场开展试验注浆，对试验超前深孔注浆过程进行数值模拟计算，根据数值模拟计算既有管线及隧道的沉降结果h及现场监测的沉降结果h0确定计算安全系数A＝h/h0；
S4通过数值模拟对超前深孔注浆引起周边管线及既有隧道变形的情况进行计算，确定对应管线及隧道安全变形值S的注浆压力P，其中，S＝AL。
S5结合注浆压力P开展现场注浆试验，根据浆液扩散的物探检测结果确定浆液的扩散半径R；
S6确定同一水平注浆点的孔距t＝2R+2d-2d0，其中，d为钻孔半径，d0为钻孔最大孔偏距。
进一步地，S1的基本信息包括周边管线及既有隧道结构的用途、年限、材质、接口形式、空间位置及破坏标准。
进一步地，S3采用ANSYS软件对现场注浆及开挖过程进行模拟，建立周边管线及既有隧道的模型，并将周边管线及既有隧道的基本信息作为模型输入条件，并对周边管线及既有隧道的模型进行网格划分；根据周边管线及既有隧道沉降的现场监测结果和数值计算结果对比，确定计算安全系数A；
进一步地，S4通过数值模拟计算，得到注浆压力与既有隧道沉降量的规律曲线，结合既有管线和隧道的安全变形值，确定超前深孔注浆的注浆压力。
本发明采用数值模拟和现场试验相结合的手段，提出了一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，可以得出复杂周边环境下深孔注浆的钻孔孔距及注浆压力等参数，实现了以合理的工程投入，保证注浆施工效果，同时保证既有管线及隧道的结构安全。
附图说明
图1是本发明复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距确定方法流程图。
图2是复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距确定方法应用在某结构上的示意图。
图中，1为既有管线，2为既有隧道；3为暗挖施工掌子面；4为注浆范围。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1-2为本发明一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距确定方法的原理示意图和结构图。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述说明：
暗挖施工掌子面3周边环境复杂，主要包括既有管线1和既有隧道2，注浆范围4在非临近既有隧道一侧为拱顶初支结构外侧1.5m以及内侧0.5m范围，在临近既有隧道一侧为侧壁初支结构外侧1.5m以及内侧0.5m范围；
第一步，根据现场调查，既有管线1为D600热力管，管顶埋深3.5m；既有隧道2为运营地铁隧道结构，与暗挖施工隧道净距约3m；
第二步，对既有管线1和既有隧道2的结构安全性评价，一般可以参考施工监测要求。本实施例中，既有管线1的变形控制值为3mm，既有隧道2的变形控制值为2mm，为确保既有结构安全，取容许变形值L＝2mm。
第三步，开展现场注浆试验，根据以往经验，注浆采用AC浆液(水泥+水玻璃+添加剂)，注浆压力取0.8MPa，注浆孔间距取50cm；通过ANSYS软件对现场注浆及开挖过程进行数值模拟计算，计算模型上边界取至地面，下边界取至暗挖施工隧道底部5D长度，横向取至暗挖施工隧道中线两侧各3D长度，纵向沿暗挖施工隧道轴线取6D长度。数值计算分时步模拟开挖过程，通过调整注浆范围内地层参数来模拟注浆结果。注浆范围内地层采用莫尔-库伦模型，力学参数设置分为两种情况：第一种情况不考虑时间效应，直接采用最终强度参数进行计算；第二种情况考虑时间效应，注浆范围内地层的强度随开挖进行而逐渐增大至最终强度。本实施例中，现场监测既有隧道2的沉降量h0＝2.6mm，数值模型按照不考虑时间效应和考虑时间效应两种情况分别进行计算，既有隧道2的沉降量h分别为1.6mm和2.4mm，即计算安全系数A＝h/h0＝0.6～0.9；
第四步，通过现场注浆试验及数值模拟计算的结果可确定既有管线1和既有隧道2的安全变形值S＝AL＝1.2～1.8mm。通过依次提高注浆压力的方式(注浆压力范围取0.3～0.8MPa，增加量为0.1MPa)进行多次数值模拟计算，根据数值计算结果绘制注浆压力与既有隧道沉降量的规律曲线，从而得到对应安全变形值S的注浆压力P＝0.3～0.5MPa；
第五步，开展现场注浆试验，注浆压力分别取0.3MPa和0.5MPa，试验结束后检测浆液的扩散情况。物探检测结果表明当注浆压力为0.3MPa时，浆液的扩散半径R约为15cm；当注浆压力为0.5MPa时，浆液的扩散半径R约为19cm；
第六步，本实施例中，注浆钻孔深度为12m，钻孔半径d＝21mm，钻孔最大孔偏距d0取36mm。根据公式t＝2R+2d-2d0，可以得到当浆液扩散半径R＝15cm时，同一水平注浆点的孔距t＝27cm；当浆液扩散半径R＝19cm时，同一水平注浆点的孔距t＝35cm。

Claims (3)

1.一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，其特征在于：该方法的具体操作步骤如下：
S1确定周边管线及既有隧道的基本信息；
S2根据周边管线及既有隧道的基本信息对周边管线及既有隧道的结构安全性进行评 价，确定其容许变形值L；
S3现场开展试验注浆，对试验超前深孔注浆过程进行数值模拟计算，根据数值模拟计 算既有管线及隧道的沉降结果h及现场监测的沉降结果h0确定计算安全系数A=h/h0；
S4通过数值模拟对超前深孔注浆引起周边管线及既有隧道变形的情况进行计算，得到注浆压力与既有隧道沉降量的规律曲线，结合既有管线和隧道的安全变形值，确定对应管 线及隧道安全变形值S的注浆压力P，其中，S=AL；
S5结合注浆压力P开展现场注浆试验，根据浆液扩散的物探检测结果确定浆液的扩散 半径R；
S6确定同一水平注浆点的孔距t=2R+2d-2d0，其中，d为钻孔半径，d0为钻孔最大孔偏 距。
2.根据权利要求1所述的一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，其 特征在于：S1的基本信息包括周边管线及既有隧道结构的用途、年限、材质、接口形式、空间 位置及破坏标准。
3.根据权利要求1所述的一种复杂周边环境下超前深孔注浆钻孔孔距的确定方法，其 特征在于：S3采用ANSYS软件对现场注浆及开挖过程进行模拟，建立周边管线及既有隧道的 模型，并将周边管线及既有隧道的基本信息作为模型输入条件，并对周边管线及既有隧道 的模型进行网格划分；根据周边管线及既有隧道沉降的现场监测结果和数值计算结果对 比，确定计算安全系数A。
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