CN111764909A - 黄土地层隧道塌方状态的探测方法及塌方后的处治方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法及塌方后的处治方法，通过先确定溃口参考位置，再根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔，由于钻具在钻进过程中，钻具在探测孔内对未塌方的坚实土体进行钻进的钻进速度、钻具在探测孔内对发生塌方的松散土体进行钻进的钻进速度以及钻具在探测孔内对空腔进行钻进的钻进速度三者之间会有差别，因此根据钻具在探测孔内的钻进速度能够识别黄土地层中的塌方范围和空腔，进而为后续的塌方处治提供依据，使得隧道塌方的处治更具有针对性处治效果更好。

Description

黄土地层隧道塌方状态的探测方法及塌方后的处治方法

技术领域

本申请涉及隧道技术领域，尤其涉及一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法及塌方后的处治方法。

背景技术

黄土地层干燥情况下具有较好的自稳能力，在隧道开挖过程中常采用台阶法进行施工。但黄土地层常具有各向节理，有的地层中分布有陷穴或土洞，在隧道施工过程中如果支护不及时，特别是在地下水的作用下，容易发生塌方甚至冒顶。在隧道埋深较深且地下水位较深的情况下，一般会在水位线上方形成自然拱。

现有的处理方法大多数情况下能够使隧道顺利开挖，但不能对隧道拱顶上方的空洞及塌方范围进行有效探查，也就没法针对空洞和塌方范围进行加固，对后期隧道的使用存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法及塌方后的处治方法，以对黄土地层的塌方范围和/或黄土地层中的空腔进行识别。

为达到上述目的，本申请实施例一方面提供一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法，包括以下步骤：

确定溃口参考位置；

根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔；

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别塌方范围；

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别空腔。

一实施例中，根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别塌方范围的步骤包括，包括：

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度获取塌方破裂面与所述探测孔的交点；

根据所述塌方破裂面与所述探测孔的交点以及所述塌方破裂面的数学模型，获取所述塌方破裂面，所述塌方破裂面围设成所述塌方范围。

一实施例中，根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别空腔的步骤，包括：

确定所述钻具在所述探测孔内的钻进速度达到第一预设钻进速度，将所述钻具的钻进位置作为所述空腔所在的位置。

一实施例中，确定溃口参考位置的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面，所述掌子面位于所述溃口参考位置朝向所述隧道出口一侧。

一实施例中，根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤包括：

将第一清理范围内的土体清出隧道，所述第一清理范围为第一预设位置至隧道出口之间的范围；沿所述隧道的延伸方向，所述第一预设位置位于所述溃口参考位置朝向所述隧道出口的一端；

将第二清理范围内的土体清出隧道以形成所述掌子面，所述第二清理范围为第二预设位置至所述第一预设位置之间以及拱顶至第三预设位置之间的范围；沿所述隧道的延伸方向，所述第二预设位置位于所述第一预设位置与所述溃口参考位置之间；所述第三预设位置位于隧道底部和所述拱顶之间。

一实施例中，在将第二清理范围内的土体清出隧道以形成所述掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

将所述第二清理范围下方的土体压实；

在所述第二清理范围下方的压实的土体上构造凹槽，所述凹槽远离所述隧道出口一侧的侧面与所述掌子面相交。

一实施例中，在清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

修整掌子面，以使所述掌子面的底部朝向所述隧道出口倾斜，所述掌子面与所述隧道的延伸方向呈预设夹角。

一实施例中，在清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

在所述掌子面上喷射第一预设厚度的混凝土；

在喷射成的第一预设厚度的混凝土上构造第二预设厚度的止浆墙。

一实施例中，所述探测孔包括第一探测孔、第二探测孔、第三探测孔、第四探测孔以及第五探测孔，所述第一探测孔、所述第二探测孔、所述第三探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔均呈直线状延伸；第一探测孔、第二探测孔和第三探测孔的中心线均位于所述隧道的中心面上；

所述第一探测孔和所述第二探测孔的起孔位置均位于所述隧道拱顶，沿所述隧道的延伸方向，所述第一探测孔的起孔位置位于所述第二探测孔的起孔位置朝向所述隧道出口的一侧；所述第三探测孔的起孔位置位于所述第二探测孔的下方；

所述第三探测孔、第四探测孔和所述第五探测孔的起孔位置的高度相等且均位于所述止浆墙上，所述第四探测孔的起孔位置和所述第五探测孔的起孔位置关于所述第三探测孔的起孔位置对称；

沿所述隧道的延伸方向，所述第一探测孔、所述第二探测孔、所述第三探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔的终孔位置到所述止浆墙朝向所述隧道出口的端面与所述隧道拱顶相交的位置均间隔第一预设距离；

所述第三探测孔的终孔位置位于所述隧道拱顶的上方，所述第二探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔的终孔位置的高度相等且均位于第三探测孔的终孔位置的上方，所述第四探测孔的终孔位置和所述第五探测孔的终孔位置关于所述第二探测孔的终孔位置对称，所述第一探测孔的终孔位置位于所述第二探测孔的终孔位置的上方；

沿所述隧道的横向，所述第四探测孔的起孔位置与所述第五探测孔的起孔位置之间的距离小于所述第四探测孔的终孔位置与所述第五探测孔的终孔位置之间的距离。

本申请实施例第二方面提供一种黄土地层隧道塌方后的处治方法，包括以下步骤：

根据上述任一种的探测方法识别所述塌方范围和所述空腔；

根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道。

一实施例中，根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道的步骤，包括：

确定识别到所述空腔；

通过与所述空腔连通的探测孔向所述空腔灌注水泥砂浆直到所述水泥砂浆从所述探测孔溢出为止。

一实施例中，在通过与所述空腔连通的探测孔向所述空腔灌注水泥砂浆直到所述水泥砂浆从所述探测孔溢出为止的步骤之后，根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道的步骤，还包括：

在隧道开挖轮廓线到与所述隧道开挖轮廓线向外间隔第二预设距离的范围内进行全断面帷幕注浆；

确定所述全断面帷幕注浆的效果达到预设条件，对所述隧道施作管棚并注浆。

本申请实施例的探测方法，该方法先确定溃口参考位置，再根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔，由于钻具在钻进过程中，钻具在探测孔内对未塌方的坚实土体进行钻进的钻进速度、钻具在探测孔内对发生塌方的松散土体进行钻进的钻进速度以及钻具在探测孔内对空腔进行钻进的钻进速度三者之间会有差别，因此根据钻具在探测孔内的钻进速度能够识别黄土地层中的塌方范围和空腔，进而为后续的塌方处治提供依据，使得隧道塌方的处治更具有针对性处治效果更好。

附图说明

图1为本申请一实施例中对黄土地层隧道塌方范围和空腔进行探测的示意图；

图2为图1中的R向视图逆时针旋转90度得到的示意图；

图3为图1中位置C-C处的截面图。

附图标记说明：溃口1；第一探测孔21；第二探测孔22；第三探测孔23；第四探测孔24；第五探测孔25；塌方破裂面3；隧道末端土体4；掌子面41；第一清理范围5；第一预设位置6；隧道出口7；第二清理范围8；第二预设位置9；第三预设位置10；工作平台11；凹槽12；预设夹角13；止浆墙14；开挖轮廓线16；隧道中心线18。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“上”、“下”、“顶”、“底”、方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，以图1为参考，隧道的延伸方向为图1中箭头A所示的方向。以图2为参考，隧道的横向为图2中箭头B所示的方向。

在本申请的描述中，钻具的钻进位置为钻具在钻进过程中最先与地层接触的位置，例如钻具的钻头的前端所在位置。钻具钻进过程中，钻具的钻头的前端通常最先与地层接触对地层进行钻进。

在本申请的描述中，掌子面41是指隧道开挖过程中，隧道末端土体4朝向隧道出口7的端面。

在本申请的描述中，隧道的中心面是指与隧道中心线18以及隧道拱顶重合的面。以图3为参考，图3的隧道中心线18即为隧道的中心面的投影线。

在本申请描述中，某一位置的塌方里程是指该位置沿隧道的延伸方向到溃口参考位置之间的距离。

本申请实施例一方面提供一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法，包括以下步骤：

确定溃口参考位置；

根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔；

根据钻具在探测孔内的钻进速度识别塌方范围；

根据钻具在探测孔内的钻进速度识别空腔。

本申请实施例的探测方法先确定溃口参考位置，再根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔。黄土地层隧道出现塌方后，黄土地层中的土体类型通常包括未发生塌方的坚实土体、发生塌方的松散土体以及空腔，由于钻具在探测孔内对黄土地层进行钻进过程中，钻具对未塌方的坚实土体进行钻进的钻进速度、钻具对发生塌方的松散土体进行钻进的钻进速度以及钻具对空腔进行钻进的钻进速度三者之间会有差别，因此根据钻具在探测孔内的钻进速度能够识别黄土地层中的塌方范围和空腔，进而为后续的塌方治理提供依据。

一实施例中，溃口参考位置可以为溃口1上沿隧道的延伸方向最接近隧道出口7的位置。隧道内通常有工作人员进行开挖作业，在隧道塌方前会发生变形，此时开始疏散工作人员。由于塌方后，土体涌入隧道，溃口1掩埋在土体内，难以准确获取溃口参考位置，在实际工程应用中，通常将工作人员停止作业的位置作为溃口参考位置，也就是将工作人员停止作业的位置作为溃口1上沿隧道的延伸方向最接近隧道出口7的位置。

一实施例中，根据钻具在探测孔内的钻进速度识别塌方范围的步骤包括，包括：

根据钻具在探测孔内的钻进速度获取塌方破裂面3与探测孔的交点；

根据塌方破裂面3与探测孔的交点以及塌方破裂面3的数学模型，获取塌方破裂面3，塌方破裂面3围设成塌方范围。

由于黄土地层自身的特点，黄土地层发生塌方后，其塌方破裂面3近似为抛物面，因此，通常以抛物面作为塌方破裂面3的数学模型。塌方破裂面3包括：黄土地层中未发生塌方的坚实土体与发生塌方的松散土体之间的分界面，和/或，黄土地层中未发生塌方的坚实土体与空腔之间的分界面。

工作人员操作钻具钻设探测孔，钻具在探测孔内对黄土地层进行钻进，由于土质松散程度差异，对于同一工作人员而言，操作钻具对未塌方的坚实土体进行钻进的钻进速度、操作钻具对塌方的松散土体进行钻进的钻进速度以及操作钻具对空腔进行钻进的钻进速度三者会依次递增。以钻具对未塌方的坚实土体进行钻进的钻进速度为第三预设钻进速度，以钻具对塌方的松散土体进行钻进的钻进速度为第二预设钻进速度，以钻具对空腔进行钻进的钻进速度为第一预设钻进速度。对未塌方的坚实土体进行钻进，不同的工作人员操作钻具的钻进速度会有所不同；对塌方的的松散土体进行钻进，不同的工作人员操作钻具的钻进速度会有所不同；对空腔进行钻进，不同的工作人员操作钻具的钻进速度会有所不同。因此，对于不同的工作人员，本申请实施例的第一预设钻进速度、第二预设钻进速度以及第三预设钻进速度并不是一个固定值，第一预设钻进速度、第二预设钻进速度以及第三预设钻进速度会随着工作人员不同而有所变化。对于同一个工作人员，第一预设钻进速度大于第二预设钻进速度，第二预设钻进速度大于第三预设钻进速度。对于同一个工作人员，第一预设钻进速度、第二预设钻进速度以及第三预设钻进速度根据该工作人员的经验确定。本申请实施例中关于第一预设钻进速度、第二预设钻进速度以及第三预设钻进速度的描述均是针对同一个工作人员而言。

一实施例中，根据钻具在探测孔内的钻进速度获取塌方破裂面3与探测孔的交点的步骤，可以包括：

确定钻具在探测孔内的钻进速度从第三预设钻进速度突变至第二预设钻进速度，钻具的钻进位置为取塌方破裂面3与探测孔的交点；或

确定钻具在探测孔内的钻进速度从第三预设钻进速度突变至第一预设钻进速度，钻具的钻进位置为取塌方破裂面3与探测孔的交点；或

确定钻具在探测孔内的钻进速度从第二预设钻进速度突变至第三预设钻进速度，钻具的钻进位置为取塌方破裂面3与探测孔的交点；或

确定钻具在探测孔内的钻进速度从第一预设钻进速度突变至第三预设钻进速度，钻具的钻进位置为取塌方破裂面3与探测孔的交点。

一实施例中，请参阅图1，探测孔包括第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25。图1中示出了第一探测孔21与塌方破裂面3的其中一个交点P1，以及第一探测孔21与塌方破裂面3的另一个交点P2。通过上述方法可以分别获得第二探测孔22与塌方破裂面3的交点、第三探测孔23与塌方破裂面3的交点、第四探测孔24与塌方破裂面3的交点以及第五探测孔25与塌方破裂面3的交点。

一实施例中，各探测孔与塌方破裂面3的交点为塌方破裂面3的已知点，将塌方破裂面3的已知点代入塌方破裂面3的数学模型求解，可得到较为准确的塌方破裂面3，进而识别出塌方范围。

一实施例中，也可以利用塌方破裂面3的已知点结合塌方破裂面3的数学模型进行散点拟合得到塌方破裂面3，进而识别出塌方范围。

一实施例中，根据钻具在探测孔内的钻进速度识别空腔的步骤，包括：确定钻具在探测孔内的钻进速度达到第一预设钻进速度，将钻具的钻进位置作为空腔所在的位置。由于同一工作人员操作钻具在探测孔内对坚实土体、松散土体和空腔的钻进速度不同，通过工作人员操作钻具的钻进速度即可知道钻具的钻进位置是处于黄土地层中的土体类型。钻具在探测孔内对空腔进行钻进的速度为第一预设钻进速度，当钻具在探测孔内的钻进速度达到第一预设钻进速度，即能够明确钻具钻探到了黄土地层中的空腔，钻具的钻进位置即为黄土地层中的空腔所在的位置，从而完成对黄土地层中的空腔的识别。

可以理解的是，黄土地层隧道发生塌方后，部分土体从塌方的溃口1向隧道出口7涌出，如果不将土体从隧道清出，探测孔沿隧道的延伸方向需要钻设较长的距离才能穿过塌方区域，探测成本较高。鉴于此，一实施例中，确定溃口参考位置的步骤和根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，探测方法还包括：根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面41，掌子面41位于溃口参考位置朝向隧道出口7一侧。如此，一方面将隧道内的土体清出，使得探测孔的开孔位置更接近于塌方区域，使得探测孔沿隧道的延伸方向可以较短的距离即能够穿过塌方区域；另一方面掌子面41位于溃口参考位置朝向隧道出口7一侧，使得溃口参考位置朝向隧道出口7一侧仍保留了部分土体，这部分土体堵住了溃口1，能够在一定程度上避免黄土地层中的土体再次从溃口1处涌入隧道，在作业过程中起到安全保护的作用。

一实施例中，请参阅图1，根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面41的步骤包括：

将第一清理范围5内的土体清出隧道，第一清理范围5为第一预设位置6至隧道出口7之间的范围；沿隧道的延伸方向，第一预设位置6位于溃口参考位置朝向隧道出口7的一端；

将第二清理范围8内的土体清出隧道以形成掌子面41，第二清理范围8为第二预设位置9至第一预设位置6之间以及拱顶至第三预设位置10之间的范围；沿隧道的延伸方向，第二预设位置9位于第一预设位置6与溃口参考位置之间；第三预设位置10位于隧道底部和拱顶之间。

通过对隧道内土体分两次清出隧道，保留了第二清理范围8下方的土体，对于隧道开挖高度较高不便于工作人员操作钻具钻设探测孔的隧道，第二清理范围8下方的土体就起到了一个工作平台11的作用，使工作人员能够在较为合适的高度操作钻具钻设探测孔对黄土地层进行钻进。

可以理解的是，第一清理范围5和第二清理范围8内的土体基本上都是塌方土体，隧道内的塌方土体并不是完全被清除出隧道，除第一清理范围5和第二清理范围8内的土体外，其它存在于隧道内的塌方土体仍保留在隧道内。例如第二清理范围下方的土体也是从溃口1处涌出的塌方土体，这部分塌方土体未清出隧道。隧道末端土体4中也存在一部分从溃口1涌出的塌方土体，这部分塌方土体未清出隧道可以用于封堵溃口1。

可以理解的是，如果隧道内的高度适宜工作人员作业，隧道内也可以不形成工作平台11，也就不需要将第二清理范围8内的土体清出隧道并保留第二清理范围8下方的土体。鉴于此，一实施例中，根据溃口参考位置清出土体以形成掌子面41的步骤可以仅包括将第一清理范围内的土体清出隧道的步骤，第一清理范围5内的土体清出隧道以便在隧道末端土体4上形成了掌子面41。

一实施例中，在将第二清理范围8内的土体清出隧道以形成掌子面41的步骤和根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，探测方法还包括：

将第二清理范围8下方的土体压实；

在第二清理范围8下方的压实的土体上构造凹槽12，凹槽12远离隧道出口7一侧的侧面与掌子面41相交。

如此，压实土体使得第二清理范围8下方的土体作为工作平台11具有较好的承载能力，先对土体压实再在压实的土体上构造凹槽12能够避免土体压实操作对凹槽12造成破坏。

一实施例中，请参阅图1，在清除部分塌方土体以形成掌子面41的步骤和根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，探测方法还包括：

修整掌子面41，以使掌子面41的底部朝向隧道出口7倾斜，掌子面41与隧道的延伸方向呈预设夹角13。

通过对掌子面41进行修整，使掌子面41构造成底部朝向隧道出口7倾斜，掌子面41与隧道的延伸方向呈预设夹角13结构，有利于加强土体的稳定性。示例性地，预设夹角13通常可以为70°。

一实施例中，请参阅图1，在清出土体以形成掌子面41的步骤和根据溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，探测方法还包括：

在掌子面41上喷射第一预设厚度的混凝土；

在喷射成的第一预设厚度的混凝土上构造第二预设厚度的止浆墙14。

如此，先喷射混凝土再将止浆墙14设置在喷射成的第一预设厚度的混凝土，通过掌子面41上的喷射混凝土，可增加掌子面的稳定性，保证止浆墙的顺利施作。止浆墙14强化了掌子面41及土体的稳定性，进一步降低了土体从溃口1再次涌出的可能，提高了作业的安全性，同时为全断面注浆的实施提供了牢固的封闭止浆系统。

一实施例中，请参阅图1，当在第二清理范围8下方的压实的土体上构造凹槽12且凹槽12远离隧道出口7一侧的侧面与掌子面41相交，止浆墙14可以延伸到凹槽12内，这样，止浆墙14的底端部分地伸入到土体内，使止浆墙14更稳固，能够承受更大的推力，因此，进一步降低了土体从溃口1再次涌出的可能，提高了作业的安全性，同时为全断面注浆提供牢固封闭的止浆系统。

一实施例中，请参阅图1，可以在第二清理范围8下方的压实的土体顶部浇筑混凝土，以进一步提高第二清理范围8下方的压实土体的承载能力。

一实施例中，请参阅图1，第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25均呈直线状延伸。第一探测孔21、第二探测孔22和第三探测孔23的中心线均位于隧道的中心面上。第一探测孔21和第二探测孔22的起孔位置均位于隧道拱顶，沿隧道的延伸方向，第一探测孔21的起孔位置位于第二探测孔22的起孔位置朝向隧道出口7的一侧。第三探测孔23的起孔位置位于第二探测孔22的起孔位置的下方。第三探测孔23、第四探测孔24和第五探测孔25的起孔位置的高度相等且均位于止浆墙14上，第四探测孔24的起孔位置和第五探测孔25的起孔位置关于第三探测孔23的起孔位置对称。沿隧道的延伸方向，第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25的终孔位置到止浆墙14朝向隧道出口7的端面与隧道拱顶相交的位置均间隔第一预设距离。第三探测孔23的终孔位置位于隧道拱顶的上方，第二探测孔22、第四探测孔24以及第五探测孔25的终孔位置的高度相等且均位于第三探测孔23的终孔位置的上方，第四探测孔24的终孔位置和第五探测孔25的终孔位置关于第二探测孔22的终孔位置对称，第一探测孔21的终孔位置位于第二探测孔22的终孔位置的上方。沿隧道的横向，第四探测孔24的起孔位置与第五探测孔25的起孔位置之间的距离小于第四探测孔24的终孔位置与第五探测孔25的终孔位置之间的距离。如此结构形式，第一探测孔21、第二探测孔22以及第三探测孔23在中心面上沿隧道的高度方向对黄土地层进行探测，第四探测孔24以及第五探测孔25沿隧道的宽度方向对黄土地层进行探测，探测孔的分布没有局限在一个平面上，从而得到沿不同方向上的空间探测结果，所得的数据更有代表性。第四探测孔24和第五探测孔25的的起孔位置对称，第四探测孔24和第五探测孔25的的终孔位置对称，且第四探测孔24和第五探测孔25均呈直线状态延伸，也就意味着第四探测孔24和第五探测孔25关于隧道的中心面对称，沿隧道的横向，第四探测孔24的起孔位置与第五探测孔25的起孔位置之间的距离小于第四探测孔24的终孔位置与第五探测孔25的终孔位置之间的距离，使得第四探测孔24和第五探测孔25均沿背离隧道出口7的方向远离隧道的中心面，拓宽了第四探测孔24和第五探测孔25的探测宽度，所得数据更具有代表性。

一实施例中，第一预设距离可以为28m。

可以理解的是，探测孔的数量并不局限于5个，探测孔的布置方式也并不局限于上述布置方式。一实施例中，可以根据实际情况，钻设5个以上的探测孔。

本申请实施例的第二方面还提供一种黄土地层隧道塌方后的处治方法，包括以下步骤：

根据上述对应的探测方法识别塌方范围和空腔；

根据塌方范围和空腔的识别结果加固隧道。

如此，通过先对黄土地层中的塌方范围和空腔进行识别，就能够大概地了解黄土地层中的塌方范围和空腔的位置，在加固隧道时就能够根据塌方范围和空腔的位置对隧道进行针对性的加固，有利于对塌方范围和空腔等薄弱位置进行加固，避免对隧道加固时的盲目性。

一实施例中，根据塌方范围和空腔的识别结果加固隧道的步骤，包括：

确定识别到空腔；

通过与空腔连通的探测孔向空腔灌注水泥砂浆直到水泥砂浆从探测孔溢出为止。

如此，对空腔进行注浆充填使黄土地层隧道得到加固强化，能够尽量避免空腔处再次发生塌方。

一实施例中，在通过与空腔连通的探测孔向空腔灌注水泥砂浆直到水泥砂浆从探测孔溢出为止的步骤之后，根据塌方范围和空腔的识别结果加固隧道的步骤，还包括：

在隧道开挖轮廓线16到与隧道开挖轮廓线16向外间隔第二预设距离的范围内进行全断面帷幕注浆；

确定全断面帷幕注浆的效果达到预设条件，对隧道施作管棚并注浆。

如此，在对识别出的空腔进行填充加固后，通过全断面帷幕注浆对隧道进行加固，在进行全断面帷幕注浆时，在塌方范围和空腔位置附近，全断面帷幕注浆的注浆孔布置的密集程度大于黄土地层中其它位置的全断面帷幕注浆的注浆孔布置的密集程度，以对黄土地层中的塌方范围和空腔位置附近进行针对性的加固。在全断面帷幕注浆后再对隧道施作管棚并注浆以对隧道进行进一步地加固。

以某隧道为例，应用上述对应的黄土地层隧道塌方状态的探测方法和黄土地层隧道塌方后的处治方法，对该隧道塌方后的情况进行处置。

具体地，请参阅图1、图2和图3，确定溃口参考位置，将第一清理范围5内的土体清出隧道，第一清理范围5为第一预设位置6至隧道出口7之间的范围，第一预设位置6沿隧道的延伸方向到溃口参考位置之间的距离也就是第一预设位置6的塌方里程为19m。在将第一清理范围5内的土体清出隧道后，将第二清理范围8内的土体清出隧道以形成掌子面41，第二清理范围8为第二预设位置9到第一预设位置6之间以及拱顶至第三预设位置10之间的范围。其中，第二预设位置9沿隧道的延伸方向到溃口参考位置之间的距离也就是第二预设位置9的塌方进程为6m，第三预设位置10位于隧道底部和拱顶之间，第三预设位置10沿上下方向距离拱顶5.5m。在将第二清理范围8内的土体清出隧道后，将第二清理范围8下方的土体压实，这样第二清理范围8下方的土体就能够形成承载能力较好的工作平台11，使得工作人员能够在较为合适的高度进行作业。土体压实形成工作平台11后，修整掌子面41，保持掌子面41的上端仍处于第二预设位置9，即掌子面41的上端沿隧道的延伸方向距离溃口参考位置仍为6m，使掌子面41的下端向隧道出口7处倾斜，修整后的掌子面41与隧道的延伸方向呈预设夹角13，如图1所示，预设夹角13为70°，这样使得隧道末端土体4及相应的掌子面41较为稳定。修整掌子面41之后，在掌子面41上喷射第一预设厚度的混凝土，第一预设厚度为10cm，混凝土采用C20混凝土。在掌子面41上喷射第一预设厚度的混凝土之后，在喷射成的第一预设厚度的混凝土上构造第二预设厚度的止浆墙14，第二预设厚度为3m。构造止浆墙14的具体步骤为：沿隧道的延伸方向距离喷射成的第一预设厚度的混凝土朝向隧道出口7一侧的表面3m的范围内的隧道侧壁上布置3排钢筋，呈梅花形布置，环间距为1m，同环钢筋间距为40cm，钢筋Φ25mm，钢筋植入衬砌及围堰深度也就是钢筋植入隧道侧壁的深度大于50cm，钢筋外露出隧道侧壁的长度为40cm，钢筋布置完后，在第二清理范围8下方的土体压实形成的工作平台11上开挖凹槽12，凹槽12沿隧道的延伸方向的跨距为3m，凹槽12的深度为1.5m，安装模板用于浇筑止浆墙14，模板与喷射成的第一预设厚度的混凝土朝向隧道出口7一侧的表面的距离为3m，模板自下而上安装至隧道拱顶，对安装好的模板进行固定，在模板与喷射成的第一预设厚度的混凝土之间的空隙内浇筑C30混凝土并振捣密实以形成止浆墙14。在工作平台11顶部浇筑10cm厚的C20混凝土，以使工作平台11具有更好的承载能力。止浆墙14达到拆模强度后，拆除模板。拆除模板后，工作人员便可以在工作平台11上操作钻具钻设探测孔，本实施例共钻设5个探测孔，分别为第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25。对每一个探测孔，在钻设探测孔之前，在探测孔的对应位置处沿探测孔的中心线延伸方向钻设130mm的钻孔，钻孔深度为3，安装带法兰盘的直径为108mm、厚度为5mm的孔口管，孔口管长2～3m。孔口管用锚固剂与围岩锚固牢靠。在各探测孔的孔口管安装完成且锚固达到强度后，沿孔口管钻设对应的探测孔，探测孔直径为90mm。

其中，第一探测孔21、第二探测孔22以及第三探测孔23均与隧道的中心面重合，第一探测孔21的起孔位置位于第二探测孔22的起孔位置沿隧道的延伸方向朝向隧道出口7的一侧。具体地，沿隧道的延伸方向，第一探测孔21的起孔位置以及止浆墙14朝向隧道出口7的端面与隧道拱顶相交的位置之间的距离为DB，本实施例中DB为3m。沿隧道的延伸方向，第一探测孔21的起孔位置与第一探测孔21的终孔位置之间的距离为DB+DA共计为31m。隧道的开挖高度为H。第一探测孔21的终孔位置与拱顶之间的高度差为1.5H。第二探测孔22的起孔位置为止浆墙14朝向隧道出口7的端面与隧道拱顶相交的位置，第二探测孔22的起孔位置和第二探测孔22的终孔位置之间沿隧道的延伸方向的距离为DA，本实施例中DA为28m，第二探测孔22的终孔位置与拱顶之间的高度差为H。第三探测孔23的起孔位置位于第二探测孔22的起孔位置的下方，第三探测孔23的起孔位置位于止浆墙14上且距离拱顶的高度差为74cm，第三探测孔23的起孔位置与第三探测孔23的终孔位置之间沿隧道的延伸方向的距离约为DA，即28m，第三探测孔23的终孔位置与拱顶之间的高度差为H/2。第四探测孔24和第五探测孔25的起孔位置均与第三探测孔23的起孔位置等高，即第四探测孔24的起孔位置与拱顶的高度差以及和第五探测孔25的起孔位置与拱顶的高度差均为74cm。第四探测孔24的起孔位置与第四探测孔24的终孔位置沿隧道的延伸方向的距离约为DA，即28m。第五探测孔25的起孔位置与第五探测孔25的终孔位置沿隧道的延伸方向的距离约为DA，即28m。第四探测孔24和第五探测孔25的终孔位置到拱顶的高度差为H。第四探测孔24的起孔位置和第五探测孔25的起孔位置关于第三探测孔23的起孔位置对称，第四探测孔24的起孔位置和第五探测孔25的起孔位置之间沿隧道的横向的距离为DP，第四探测孔24的终孔位置和第五探测孔25的终孔位置之间沿隧道的横向的距离为DM，DP<DM。隧道的开挖宽度为D，第四探测孔24的终孔位置与开挖轮廓线16对应侧距隧道中心线18最远位置之间沿隧道宽度方向的距离为D/2，第五探测孔25的终孔位置与开挖轮廓线16对应侧距隧道中心线18最远位置之间沿隧道宽度方向的距离为D/2，DM＝D+D/2+D/2，如图2所示。从上述各探测孔沿隧道的延伸方向的长度可知，第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25的终孔位置到止浆墙14朝向隧道出口7的端面与隧道拱顶相交的位置均间隔第一预设距离，第一预设距离为DA，DA为28m。第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25的这种布置形式及位置尺寸关系，能够较好地对隧道拱顶以上1倍开挖高度范围内的空洞进行有效探查。

根据第一探测孔21、第二探测孔22、第三探测孔23、第四探测孔24以及第五探测孔25的钻探情况，绘绘制隧道的塌方破裂面3，进而得到塌方范围。在各探测孔钻探过程中，如果识别出明显的空腔，则在对应的探测孔的起孔位置至空腔范围的钻孔内安装多节直径70mm的钢管，钢管的壁厚为5mm，每节钢管长3m，相邻两节钢管之间通过焊接连接在一起，对应的探测孔内的直径70mm的钢管连接砂浆泵，通过直径70mm的钢管向空腔内灌注M15水泥砂浆，直到无法灌进导致水泥砂浆从钢管内溢出为止。在隧道开挖轮廓线16到与隧道开挖轮廓线16向外间隔第二预设距离的范围内进行全断面帷幕注浆，第二预设距离可以为5m，帷幕注浆沿隧道的延伸方向从第二探测孔22的起孔位置到第二探测孔22的终孔位置，长度约为28m。也可以适当减少帷幕注浆的长度，例如帷幕注浆沿隧道的延伸方向从第二预设位置9到第二探测孔22的终孔位置，长度约为25m。在进行帷幕注浆的注浆孔的钻设过程中，注浆孔的密集程度根据塌方区域和空腔的位置确定，在塌方区域和空腔所在位置布置的注浆孔相对于其它区域更多更为密集，从而对塌方区域和空腔所在位置进行针对性地加固。

注浆结束后采取钻孔取芯的方式对帷幕注浆的效果进行检查。当注浆效果达到预设条件，也就是注浆效果满足设计要求，对隧道施作管棚并注浆。具体为，以隧道中心线18为对称轴线在拱部120°范围内施作Φ108mm的管棚，壁厚10mm，管棚间距为30cm，外插角为6°管棚长度为31m，侵限部分管棚采用推进器推至开挖轮廓线16外，然后安装法兰对管棚进行注浆。至此，黄土地层隧道塌方的加固就基本完成。

本申请提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种黄土地层隧道塌方状态的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

确定溃口参考位置；

根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔；

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别塌方范围；

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别空腔。

2.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别塌方范围的步骤包括，包括：

根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度获取塌方破裂面与所述探测孔的交点；

根据所述塌方破裂面与所述探测孔的交点以及所述塌方破裂面的数学模型，获取所述塌方破裂面，所述塌方破裂面围设成所述塌方范围。

3.根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于，根据所述钻具在所述探测孔内的钻进速度识别空腔的步骤，包括：

确定所述钻具在所述探测孔内的钻进速度达到第一预设钻进速度，将所述钻具的钻进位置作为所述空腔所在的位置。

4.根据权利要求1～3任一项所述的探测方法，其特征在于，确定溃口参考位置的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面，所述掌子面位于所述溃口参考位置朝向所述隧道出口一侧。

5.根据权利要求4所述的探测方法，其特征在于，根据溃口参考位置清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤包括：

将第一清理范围内的土体清出隧道，所述第一清理范围为第一预设位置至隧道出口之间的范围；沿所述隧道的延伸方向，所述第一预设位置位于所述溃口参考位置朝向所述隧道出口的一端；

将第二清理范围内的土体清出隧道以形成所述掌子面，所述第二清理范围为第二预设位置至所述第一预设位置之间以及拱顶至第三预设位置之间的范围；沿所述隧道的延伸方向，所述第二预设位置位于所述第一预设位置与所述溃口参考位置之间；所述第三预设位置位于隧道底部和所述拱顶之间。

6.根据权利要求5所述的探测方法，其特征在于，在将第二清理范围内的土体清出隧道以形成所述掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

将所述第二清理范围下方的土体压实；

在所述第二清理范围下方的压实的土体上构造凹槽，所述凹槽远离所述隧道出口一侧的侧面与所述掌子面相交。

7.根据权利要求4所述的探测方法，其特征在于，在清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

修整掌子面，以使所述掌子面的底部朝向所述隧道出口倾斜，所述掌子面与所述隧道的延伸方向呈预设夹角。

8.根据权利要求4所述的探测方法，其特征在于，在清除部分塌方土体以形成掌子面的步骤和根据所述溃口参考位置采用钻具钻设探测孔的步骤之间，所述探测方法还包括：

在所述掌子面上喷射第一预设厚度的混凝土；

在喷射成的第一预设厚度的混凝土上构造第二预设厚度的止浆墙。

9.根据权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述探测孔包括第一探测孔、第二探测孔、第三探测孔、第四探测孔以及第五探测孔，所述第一探测孔、所述第二探测孔、所述第三探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔均呈直线状延伸；第一探测孔、第二探测孔和第三探测孔的中心线均位于所述隧道的中心面上；

所述第一探测孔和所述第二探测孔的起孔位置均位于所述隧道拱顶，沿所述隧道的延伸方向，所述第一探测孔的起孔位置位于所述第二探测孔的起孔位置朝向所述隧道出口的一侧；所述第三探测孔的起孔位置位于所述第二探测孔的下方；

所述第三探测孔、第四探测孔和所述第五探测孔的起孔位置的高度相等且均位于所述止浆墙上，所述第四探测孔的起孔位置和所述第五探测孔的起孔位置关于所述第三探测孔的起孔位置对称；

沿所述隧道的延伸方向，所述第一探测孔、所述第二探测孔、所述第三探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔的终孔位置到所述止浆墙朝向所述隧道出口的端面与所述隧道拱顶相交的位置均间隔第一预设距离；

所述第三探测孔的终孔位置位于所述隧道拱顶的上方，所述第二探测孔、所述第四探测孔以及所述第五探测孔的终孔位置的高度相等且均位于第三探测孔的终孔位置的上方，所述第四探测孔的终孔位置和所述第五探测孔的终孔位置关于所述第二探测孔的终孔位置对称，所述第一探测孔的终孔位置位于所述第二探测孔的终孔位置的上方；

沿所述隧道的横向，所述第四探测孔的起孔位置与所述第五探测孔的起孔位置之间的距离小于所述第四探测孔的终孔位置与所述第五探测孔的终孔位置之间的距离。

10.一种黄土地层隧道塌方后的处治方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据权利要求1～9任一项所述的探测方法识别所述塌方范围和所述空腔；

根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道。

11.根据权利要求10所述的处治方法，其特征在于，根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道的步骤，包括：

确定识别到所述空腔；

通过与所述空腔连通的探测孔向所述空腔灌注水泥砂浆直到所述水泥砂浆从所述探测孔溢出为止。

12.根据权利要求11所述的处治方法，其特征在于，在通过与所述空腔连通的探测孔向所述空腔灌注水泥砂浆直到所述水泥砂浆从所述探测孔溢出为止的步骤之后，根据所述塌方范围和所述空腔的识别结果加固隧道的步骤，还包括：

在隧道开挖轮廓线到与所述隧道开挖轮廓线向外间隔第二预设距离的范围内进行全断面帷幕注浆；

确定所述全断面帷幕注浆的效果达到预设条件，对所述隧道施作管棚并注浆。

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