CN112412475A - 一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固和开挖方法及围岩支护 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固和开挖方法及围岩支护，针对加固方法来说，包括以下步骤：S1：施作止浆墙；S2：初支上布设径向注浆导管并进行注浆加固；S3；超前钻孔及帷幕注浆加固；S4：在开挖轮廓线外拱部施作管棚孔；S6：打设管棚钢管，进行管棚注浆；S7：在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。针对开挖方法来说，采用上述加固方法加固围岩，在隧道内架设临时横撑，破除止浆墙，采用小断面三台阶法开挖。针对围岩支护来说，包括止浆墙；止水帷幕；注浆段，径向注浆导管注浆支护段；管棚钢管帷幕注浆支护段；超前小导管注浆支护段。本发明能防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。
Description
技术领域
本发明涉及一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法。
本发明还涉及一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩开挖方法。
本发明又涉及一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩支护。
本发明进一步涉及枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法。
背景技术
越来越多的隧道将不可避免地建设在复杂的水文地质环境中。其中，冰水堆积体是典型不良地质体中常见的一种，主要形成于第四纪间冰期，由冰川融水搬运至河谷地带的大量松散物质所组成，是一种空间结构复杂的非均匀、不连续的岩土介质。藏东南高原地区旱、雨两季分明。富水季节地下水易受季节性降雨直接补给，堆积体地层遇水显著软化，且松散地层中易形成渗流通道，极易在开挖面出现大规模坍塌、冒顶以及突水涌泥等工程事故，对施工过程带来较大风险；而枯水季节地下水量小，隧道掌子面具有一定的自稳能力，施工过程中多发生局部的稳定性问题。若按照枯水季节的风险状况对隧道穿越冰水堆积体全段落进行加固设计，则难以保障富水季节时的施工安全；若按照富水季节的风险状况对隧道穿越冰水堆积体全段落进行加固设计，一方面在枯水季节时难免对工程成本造成大规模浪费，另一方面则严重拖累了施工效率，并难以保障围岩加固的施工质量。针对以上受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固及开挖方法，国内目前尚缺少相关工程经验，因此亟需解决这方面的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其能够形成隧道未开挖段的止水帷幕，防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。
本发明的另一个目的是提供一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩开挖方法，其能够防止开挖时对围岩扰动大，也能保证施工效率。
本发明的又一个目的是提供一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩支护，其能提高围岩的稳定性，有利于安全施工。
本发明的进一步的目的是提供枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法和开挖方法，其能够提升枯水季节的开挖效率，保证施工安全。
针对本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法来说，其包括以下步骤：
S1：在掌子面前方施作止浆墙；
S2；在止浆墙后方范围初支上布设径向注浆导管，进行注浆加固；
S3：在止浆墙上布设注浆孔，注浆孔延伸至止浆墙前方的隧道未开挖段；
S4：通过注浆孔以高压渗透或挤密或劈裂注浆的方法注浆加固，形成隧道未开挖段的止水帷幕；
S5：在开挖轮廓线外拱部施作管棚孔；
S6：打设管棚钢管，进行管棚注浆；
S7：在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
止浆墙后方初支布设径向注浆导管进行注浆加固，能防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。超前钻孔及帷幕注浆加固，有利于形成隧道待开挖段的止水帷幕。向岩体内部进行注浆，注浆加固后的岩体强度提高，渗透性降低，可以阻隔地下水向隧道开挖面渗透，即为止水帷幕。
作为本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法进一步的改进，步骤S1包括：沿止浆墙设计位置周边布置止浆墙锚杆，止浆墙锚杆一端插入止浆墙，另一端插入到围岩内，在止浆墙设计位置底部安装钢管桩，钢管桩下端埋入围岩内，上端插入止桨墙内，止浆墙分上下台阶立模一次浇筑成型，下台阶部分设排水管。
先在止浆墙设计位置上方环向钻设锚杆，底部预埋钢管桩，再浇筑止浆墙，有利于止浆墙防倾覆。排水管，将掌子面前方地下水引出，不影响止浆墙浇筑，底部岩性软弱松散时，安装钢管桩，能够增强止浆墙抗倾覆能力。
作为本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法进一步的改进，步骤S2包括：将管壁钻设溢浆孔的径向注浆导管以梅花型布置在掌子面后方初支上，灌注水泥-水玻璃双液浆。
止浆墙后方初支布设径向注浆导管进行注浆加固，能防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。梅花型布置及水泥-水玻璃双液浆灌注能提高初支加固效果。
作为本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法进一步的改进，步骤S3包括：注浆孔按照依次间隔的多个终孔断面布置，其中，最后的终孔断面较中间的终孔断面增加布置多环注浆孔，以布满整个终孔断面，中间的终孔断面上的注浆孔沿所在终孔断面周边布设至少一环。
最后的终孔断面较中间的终孔断面增加布置多环注浆孔，以保证下一循环施作止浆墙时围岩的稳定。
作为本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法进一步的改进，步骤S4包括，通过注浆孔对掌子面前方围岩进行注浆加固。在地质成孔困难地段，钻孔分四段进行，注浆方法为前进式分段注浆，使浆液扩散均匀；在地质成孔容易地段，钻孔采用一次性成孔方案，注浆方法为后退式一次注浆。步骤S4还包括：环向最外圈注浆孔灌注硫铝酸盐水泥单液浆，剩余内圈注浆孔灌注水泥-水玻璃双液浆。注浆套管封堵以双液浆为主。钻孔在布设注浆小导管之前。
前进式分段注浆，可使浆液扩散均匀，提高整体加固效果，后退式一次注浆，能提高施工效率。
外圈采用硫铝酸盐水泥单液浆，能快速封堵渗流通道，内圈采用水泥-水玻璃双液浆，能够有效挤密、加固围岩，注浆套管封堵能防止浆液回流溢出。外圈指注浆孔中的最外圈注浆孔，内圈指注浆孔中除最外圈注浆孔以外的其余注浆孔。
作为本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法进一步的改进，管棚钢管沿隧道环向间隔布设，并倾斜插入围岩中，与隧道壁存在外差角，相邻两环管棚钢管搭接。
保证前后两环管棚钢管足够的搭接长度，能提高管棚支护刚度。
针对本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩开挖方法，具体包括如下步骤，采用上述加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑，破除止浆墙，采用小断面三台阶法开始开挖。
小断面与临时横撑，能减小对围岩的扰动。
针对本发明受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩支护来说，包括：
一个位于隧道掌子面的止浆墙；
一个与止浆墙围成封闭空间，并位于隧道未开挖段的止水帷幕；
多个从止浆墙延伸至止水帷幕的注浆段，注浆段的端部形成管状止水帷幕的管侧壁和管端壁，管端壁和止桨墙封闭管状止水帷幕两端；
多个位于隧道初支上的径向注浆导管注浆支护段；
多个环绕隧道开挖轮廓线外拱部的管棚钢管注浆支护段；
多个在拱部及边墙架设超前小导管注浆支护段。
隧道围岩支护能形成隧道未开挖段的止水帷幕，能防止止水帷幕注浆时浆液回流挤裂隧道内的初支，径向注浆导管注浆支护段能避免帷幕注浆回流对初期支护带来的附加应力影响，管棚钢管能改善隧道支护的力学性能，不易开裂，使隧道支付更加稳定和安全。
针对本发明枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法来说，包括以下步骤：
I.在开挖轮廓线外拱部施作管棚孔；
II.打设管棚钢管，进行管棚注浆；
III.在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
枯水季节直接采用“管棚+超前小导管”进行超前加固，提升隧道支护的刚度和强度。
针对本发明枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法来说，具体包括如下步骤，采枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑，采用小断面三台阶法开始开挖。
采用小断面三台阶开挖方法，通过架设临时横撑、使支护及时封闭成环，可减少对围岩的扰动，保证隧道施工过程中围岩的稳定性。
本发明针对富水季节围岩特性，通过超前帷幕注浆，可使隧道开挖轮廓外形成一道止水帷幕，以减小渗流量，防止渗漏水对围岩产生渗流破坏，并结合管棚加超前小导管进行补强注浆加固，减小后期开挖、支护过程中的坍塌风险，可有效解决富水季节隧道穿越冰水沉积层的围岩加固问题。
本发明考虑到枯水季节冰水堆积体受地表水补给量较少，水位低，水量少，掌子面具有一定的稳定性，可以按照普通V级围岩施工，直接采用“管棚+超前小导管”进行超前加固，在保证施工安全的前提下，可极大地加快施工进度。
本发明根据不同季节(枯水季与富水季)，针对性地采用不同围岩加固堵水方案，并结合合理的隧道开挖方法，在确保隧道安全高效地穿越冰水堆积体段的前提下，也可大大节约成本，可保证施工进度。
附图说明
图1是本发明有无帷幕注浆加固断面在雨季的沉降变化对比图。
图2是本发明实施例所述止浆墙和注浆孔的纵向剖面图。
图3是本发明实施例所述A序孔终孔断面图。
图4是本发明实施例所述B序孔终孔断面图。
图5是本发明实施例所述C序孔终孔断面图。
图6是本发明实施例所述超前管棚纵向布置示意图。
图7是本发明实施例所述小断面三台阶(加临时横撑)开挖法施工工序图。
附图标记：1、注浆孔；2、排水管；3、止浆墙；4、开挖轮廓线；5、注浆加固范围；6、注浆孔浆液扩散范围；7、径向注浆导管；8、止浆墙锚杆；9、初支；10、超前小导管；11、管棚钢管；12、临时横撑；13、钢管桩。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1-7示出了受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其包括以下步骤：
S1：在掌子面前方施作止浆墙3；
S2；在止浆墙3后方范围初支上布设径向注浆导管7，注浆加固；
S3：在止浆墙上布设注浆孔1，注浆孔1延伸至止浆墙3前方的隧道未开挖段；
S4：通过注浆孔1以高压渗透或挤密或劈裂注浆的方法注浆加固，形成隧道未开挖段的止水帷幕；
S5：在开挖轮廓线4外拱部施作管棚孔；
S6：打设管棚钢管11，进行管棚注浆；
S7：在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
止浆墙3后方初支布设径向注浆导管7进行注浆加固，能防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。
在本实施例中，步骤S1包括：沿止浆墙3设计位置周边布置止浆墙锚杆8，止浆墙锚杆8一端插入止浆墙3，另一端插入到围岩内，在止浆墙3设计位置底部安装钢管桩13，钢管桩13下端埋入围岩内，上端插入止桨墙3内，止浆墙3 分上下台阶立模一次浇筑成型，下台阶部分设排水管2。
排水管2，将掌子面前方地下水引出，不影响止浆墙3浇筑，底部岩性软弱松散时，安装钢管桩13，能够增强止浆墙3抗倾覆能力。
在本实施例中，步骤S2包括：将管壁钻设溢浆孔的径向注浆导管7以梅花型布置在掌子面后方初支上，灌注水泥-水玻璃双液浆。
止浆墙后方初支布设径向注浆导管进行注浆加固，能防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支。
在本实施例中，步骤S3包括：注浆孔1终孔按照依次间隔的多个终孔断面布置，其中，最后的终孔断面较中间的终孔断面增加布置多环注浆孔1终孔，以布满整个终孔断面，中间的终孔断面上的注浆孔1沿所在终孔断面周边布设至少一环。
最后的终孔断面较中间的终孔断面增加布置多环注浆孔1，以保证下一循环施作止浆墙3时围岩的稳定。
在本实施例中，步骤S4包括，通过注浆孔1对掌子面前方围岩进行注浆加固。在地质成孔困难地段，钻孔分四段进行，注浆方法为前进式分段注浆，使浆液扩散均匀；在地质成孔容易地段，钻孔采用一次性成孔方案，注浆方法为后退式一次注浆。
在本实施例中，步骤S4还包括：环向最外圈注浆孔灌注硫铝酸盐水泥单液浆，剩余内圈注浆孔灌注水泥-水玻璃双液浆。注浆套管封堵以双液浆为主。
注浆方法为前进式分段注浆，可使浆液扩散均匀，提高整体加固效果，后退式一次注浆，能提高施工效率。
外圈采用硫铝酸盐水泥单液浆，能快速封堵渗流通道，内圈采用水泥-水玻璃双液浆，能够有效挤密、加固围岩，注浆套管封堵能防止浆液回流溢出。
在本实施例中，管棚钢管11沿隧道环向间隔布设，并倾斜插入围岩中，与隧道壁存在外差角，相邻两环管棚钢管11搭接。
保证前后两环管棚钢管足够的搭接长度，能提高管棚支护刚度。
实施例2
本发明还涉及受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩开挖方法，具体包括如下步骤，采用上述加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑12，破除止浆墙3，采用小断面三台阶法开始开挖。
小断面与临时横撑，能减小对围岩的扰动。
实施例3
本发明还示出了受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩支护，包括：
一个位于隧道掌子面的止浆墙3；
一个与止浆墙3围成封闭空间，并位于隧道未开挖段的止水帷幕；
多个从止浆墙3延伸至止水帷幕的注浆段，注浆段的端部形成管状止水帷幕的管侧壁和管端壁，管端壁和止桨墙3封闭管状止水帷幕两端；
多个位于隧道初支上的径向注浆导管7注浆支护段；
多个环绕隧道开挖轮廓线4外拱部的管棚钢管11注浆支护段；
多个在拱部及边墙架设超前小导管注浆支护段。
隧道围岩支护能形成隧道未开挖段的止水帷幕，能防止止水帷幕注浆时浆液回流挤裂隧道内的初支，径向注浆导管7注浆支护段能避免帷幕注浆浆液回流对初期支护带来的附加应力影响，管棚钢管11能改善隧道支护的力学性能，不易开裂，使隧道支付更加稳定和安全。
实施例4
本发明示出了枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法，包括以下步骤：
I.在开挖轮廓线4外拱部施作管棚孔；
II.打设管棚钢管11，进行管棚注浆；
III.在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
枯水季节直接采用“管棚+超前小导管”进行超前加固，提升隧道支护的刚度和强度。
实施例5
针对本发明枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法来说，具体包括如下步骤，采枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑12，采用小断面三台阶法开始开挖。
采用小断面三台阶开挖方法，通过架设临时横撑、使支护及时封闭成环，可减少对围岩的扰动，保证隧道施工过程中围岩的稳定性。
实施例6
如图1-7所示，本发明实施例所述的一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固及开挖方法，枯水季节和富水季节分别采用“管棚+超前小导管”和“帷幕注浆+管棚+超前小导管”对围岩注浆加固，然后采用小断面三台阶(加临时横撑12)进行开挖，包括以下部分：
1)超前帷幕注浆
步骤一：开挖前在掌子面前方施作止浆墙3；
步骤二：止浆墙3强度稳定后，布设注浆孔1；
步骤三：在止浆墙3后方9m范围初支布设径向注浆导管7进行注浆加固，防止帷幕注浆过程中，浆液回流挤裂掌子面后方初支，注浆压力为0.5～1.0MPa；
步骤四：通过高压渗透、挤密、劈裂注浆等方式注浆，注浆压力为 3.0～4.0MPa。
2)洞身超前管棚+超前小导管
步骤一：在开挖轮廓线4外拱部144°范围施作管棚孔；
步骤二：打设管棚钢管，进行管棚注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa；
步骤三：在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
3)注浆效果检查及掘进
步骤一：注浆结束后，对开挖各部施作检查孔，取芯检验注浆效果；
步骤二：检验合格后，破除止浆墙3，开始掘进。
所述第1)部分步骤一中，止浆墙3分上下台阶立模一次浇筑成型，止浆墙 3厚5m，下台阶部分设Φ108排水管2，将掌子面前方地下水引出，不影响止浆墙3浇筑，周边布置Φ22径向砂浆锚杆8，下端插入到止浆墙350cm、上端插入到围岩内200cm，底部岩性软弱松散时，安装Φ108钢管桩13，增强止浆墙3抗倾覆能力，底部为较完整坚硬岩石时，需埋入岩石至少0.5m。
如图2所示，帷幕注浆每循环长度为30m(含止浆墙3)，所述第1)部分步骤二中，注浆孔1按照A、B、C三个终孔断面布置，注浆终孔至少在开挖轮廓线4外5m范围内，终孔间距最大不超过3m，扩散半径按2m设置。
如图3、4、5所示，A1-A37是A序孔终孔位置，B1-B31是B序孔终孔位置，C1-C62是C序孔终孔位置。其中C序终孔断面较A、B序终孔断面增加布置4环注浆孔1，以保证下一循环施作止浆墙3时围岩的稳定。
第1)部分步骤三中，径向注浆导管直径为42mm，长度为4.5m，间距1.5m ×1.5m梅花型布置，注浆导管外露长度20cm，沿管壁每15cm钻设1对φ8mm溢浆孔，注浆采用普通水泥-水玻璃双液浆，浆液配比：水灰比W:C＝0.8:1～1:1，水泥浆与水玻璃体积比C:S＝1:1，注浆压力为0.5～1.0MPa。
第1)部分步骤四中，在较难成孔地段，钻孔分四段进行，注浆方法为前进式分段注浆，可使浆液扩散均匀，提高整体加固效果；在成孔较好地段，采用一次性成孔方案，注浆方法为后退式一次注浆，提高施工效率。
注浆实施的顺序按“先外后内，自下而上、间隔跳孔”原则进行，其中外圈采用水泥-水玻璃双液浆，快速形成加固圈，内圈采用普通水泥浆，注浆终压在 4MPa左右，如遇到坍塌严重、富水的地层，内圈以双液浆为主，注浆套管封堵以双液浆为主，防止浆液回流溢出。
如图6所示，第2)部分中，管棚钢管11为φ89×6mm热轧无缝钢管，长 10m，每环设27根，管棚孔外插角为10°～15°，环向间距为40cm，纵向间距为6.4m，保证前后两环管棚钢管足够的搭接长度，提高管棚支护刚度，其中，管棚外插角需根据不同区段纵坡坡度进行调整，藏噶隧道穿越冰水堆积体 DK166+915—DK167+550段纵坡为上坡0.3％，实际施工时以13°为宜；DK167+550 —DK167+830段纵坡为下坡0.9％，实际施工时以12°为宜。
第2)部分步骤三中，超前小导管10布设范围为拱部及边墙，直径为42mm，长度为5m，超前小导管10纵向间距为1.6m，环向间距为0.5m，拱部外插角为 30°，边墙外插角为15°。
注浆结束后，在主要出水点附近打设检查孔，检查孔数量为总注浆孔1数 5％～10％，检查孔长度覆盖注浆段长。经察看检查孔成孔较好，未塌孔，无涌水涌泥；在掌子面拱顶、拱腰、隧底附近钻芯取样，发现芯样中浆液分布较均匀，加固脉络明显，土石间充填效果较好，测得浆液的扩散半径为2.0～2.5m，满足设计施工要求。
如图7所示，经检查注浆效果满足要求，隧道开挖掘进过程中，在帷幕注浆段拱部钻设3个径向检查孔，孔深4m，钻孔直径50mm，检查孔成孔较好。对检查孔出水量进行测定，单孔出水量小于0.15L/(m·min)，满足设计要求，严格遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤测量”的原则。
本发明针对富水季节围岩特性，通过超前帷幕注浆，可使隧道开挖轮廓外形成一道止水帷幕，以减小渗流量，防止渗漏水对围岩产生渗流破坏，并结合管棚加超前小导管进行补强注浆加固，减小后期开挖、支护过程中的坍塌风险，可有效解决富水季节隧道穿越冰水沉积层的围岩加固问题。
本发明考虑到枯水季节冰水堆积体受地表水补给量较少，水位低，水量少，掌子面具有一定的稳定性，可以按照普通V级围岩施工，直接采用“管棚+超前小导管”进行超前加固，在保证施工安全的前提下，可极大地加快施工进度。
本发明采用小断面三台阶开挖方法，通过架设临时横撑、使支护及时封闭成环，可减少对围岩的扰动，保证隧道施工过程中围岩的稳定性。
由上述实施例可知，本发明的方法保证了围岩的稳定性，确保隧道施工安全有效，并且在确保安全和质量的前提下，可大大节约成本，提高施工进度。
本发明经过拉林铁路藏噶隧道DK166+915～DK167+830穿冰水堆积体段围岩加固和开挖掘进施工，验证了其有效性和可靠性，实现了隧道在受季节性降雨影响下顺利高效地穿过了冰水堆积体段，现场根据隧道围岩情况进行3次帷幕注浆，注浆段落分别为DK166+915～DK166+945，DK166+945～DK166+975， DK166+320～DK166+350，现场施工进度整理如表1所示。
表1 隧道冰水堆积体段施工进度
有无帷幕注浆加固断面在雨季的沉降变化对比如图1中(a)，(b)所示。
由施工进度统计结果可知，在富水季节采用“帷幕注浆+管棚+超前小导管”的围岩加固措施，现场最高月平均进度仅15m，施工进度缓慢；在枯水季节采用“管棚+超前小导管”的围岩加固措施，现场最高月平均进度高达49.3m，最低月平均进度也有36.6m，显著加快了施工进度。同时，将DK167+335与DK167+555 断面的拱顶沉降时程曲线进行对比绘制，其中，DK167+335断面始施工于2017 年雨季，而DK167+555断面始施工于2018年雨季。可以看出，DK167+335断面的初期沉降速率以及沉降最大值均显著小于DK167+555断面，可以认为，全断面帷幕注浆的加固方式对于雨季冰水堆积体地层稳定性起到的显著的积极作用。因此，根据不同季节，针对性地采用不同围岩加固堵水方案，可使隧道安全高效地穿越冰水堆积体段。
实施例7
本发明的技术方案：一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固和开挖支护方法，包括富水季节与枯水季节两种加固方式。其中，富水季节的加固方式包括以下步骤：
S11：在掌子面前方施作止浆墙3；
S12；在止浆墙3后方范围初支上布设径向注浆导管7并径向注浆；
S13：在止浆墙上布设注浆孔注浆孔1，通过注浆孔1以高压渗透或挤密或劈裂注浆的方法注浆加固掌子面前方围岩，形成隧道未开挖段的止水帷幕；
S14：在开挖轮廓线4外拱部施作管棚孔；
S15：打设超前管棚11，进行管棚注浆；
S16：在拱部及边墙加设超前小导管10并进行预注浆。
其中，枯水季节的加固方式包括以下步骤：
S21：在开挖轮廓线4外拱部施作管棚孔；
S22：打设超前管棚11，进行管棚注浆；
S23：在拱部及边墙加设超前小导管10并进行预注浆。
在本实施例中，步骤S11包括：沿止浆墙3设计位置周边布置止浆墙锚杆8，止浆墙锚杆8一端插入止浆墙3，另一端插入到围岩内，在止浆墙3设计位置底部安装钢管桩13，钢管桩13下端埋入围岩内，上端插入止桨墙3内。后将止浆墙3分上下台阶立模一次浇筑成型，下台阶部分设排水管2。
采用台阶法浇筑止浆墙，墙厚2m；后期全断面喷20cm厚C25砼封闭。钻孔导向管按设计角度、方向等参数提前布置，采用横纵向I16工字钢和Φ22钢筋固定在止浆墙内。
止浆墙修筑时，为防止墙体在注浆压力下向外产生位移，须通过周边布置Φ22径向砂浆锚杆，分别插入到止浆墙50cm、插入到围岩内200cm；在底部岩性软弱松散时，底部安装Φ108钢管桩增强止浆墙抗倾覆能力。
在本实施例中，步骤S12包括：止浆墙及钻机操作平台修建完成后，为防止全断面注浆过程中浆液回流挤裂掌子面后方初支，在掌子面后方9m范围初支布设径向注浆导管并径向注浆。
径向注浆导管采用Φ42钢管制作，长度4.5m，沿管壁每15cm钻设1对
溢浆孔，间距1.5m×1.5m梅花型布置。注浆材料采用普通水泥-水玻璃双液浆。
在本实施例中，步骤S13包括：注浆孔1终孔按照依次间隔的多个终孔断面布置，其中，最后的终孔断面较之前的终孔断面增加布置多环注浆孔1终孔，以布满整个终孔断面，中间的终孔断面上的注浆孔1沿所在终孔断面周边布设至少一环。
优选的，帷幕注浆每循环长度为30m(含止浆墙3)注浆孔1按照A、B、C 三个终孔断面布置，注浆终孔至少在开挖轮廓线4外5m范围内，终孔间距最大不超过3m，扩散半径按2m设置。
在本实施例中，步骤S13还包括：将径向钻设溢浆孔的注浆小导管7以梅花型布置在初支上，环向最外圈注浆孔灌注硫铝酸盐水泥单液浆，剩余内圈注浆孔灌注水泥-水玻璃双液浆。在地质成孔困难地段，钻孔分四段进行，注浆方法为前进式分段注浆，使浆液扩散均匀；在地质成孔容易地段，钻孔采用一次性成孔方案，注浆方法为后退式一次注浆。
优选的，注浆实施的顺序按“先外后内，自下而上、间隔跳孔”原则进行，其中环向最外圈注浆孔灌注425级硫铝酸盐水泥单液浆，目的在于实现快速封堵岩体中的渗流通道；剩余内圈注浆孔灌注水泥-水玻璃双液浆，目的在于实现围岩的挤密、加固。注浆终压控制在4MPa左右。
在本实施例中，步骤S14～S16、S21～S23包括：超前管棚11、超前小导管 10在隧道拱部沿环向间隔布设，并倾斜插入围岩中，相邻两环超前管棚11搭接，并灌注水泥单液浆。
超前管棚11为
热轧无缝钢管，长10m，每环设27根，管棚孔外插角为10°～15°，环向间距为40cm，纵向间距为6.4m，保证前后两环超前管棚足够的搭接长度，提高管棚支护刚度；超前小导管10布设范围为拱部及边墙，直径为42mm，长度为5m，超前小导管10纵向间距为1.6m，环向间距为0.5m，拱部外插角为30°，边墙外插角为15°。
实施例8
本发明涉及一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固和开挖支护方法，具体包括如下步骤：采用实施例7中加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑12，破除止浆墙3，采用小断面三台阶法开始开挖。
小断面三台阶法过程中，拱部及仰拱喷25cm厚C25喷砼；钢架采用I20b 工字钢，全环封闭，间距0.8m，采用螺栓联接；拱部设置
组合中空锚杆，边墙设置
砂浆锚杆，间距1.2*1m(纵*环)；
钢筋网片全断面布置，尺寸20*20；锁脚锚管采用4m/根
锁脚导管，每环设置8根锁脚导管。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明针对富水季节围岩特性，通过超前帷幕注浆，可使隧道开挖轮廓外形成一道止水帷幕，以减小渗流量，防止渗漏水对围岩产生渗流破坏，并结合管棚加小导管进行补强注浆加固，减小后期开挖、支护过程中的坍塌风险，可有效解决富水季节隧道穿越冰水沉积层的围岩加固问题。
本发明考虑到枯水季节冰水堆积体受地表水补给量较少，水位低，水量少，掌子面具有一定的稳定性，可以按照普通V级围岩施工，直接采用“管棚+小导管”进行超前加固，在保证施工安全的前提下，可极大地加快施工进度。
本发明根据不同季节(枯水季与富水季)，针对性地采用不同围岩加固堵水方案，并结合合理的隧道开挖方法，在确保隧道安全高效地穿越冰水堆积体段的前提下，也可大大节约成本，可保证施工进度。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在掌子面前方施作止浆墙(3)；
S2；在止浆墙(3)后方范围初支上布设径向注浆导管(7)，注浆加固；
S3：在止浆墙上布设注浆孔(1)，注浆孔(1)延伸至止浆墙(3)前方的隧道未开挖段；
S4：通过注浆孔(1)以高压渗透或挤密或劈裂注浆的方法注浆加固，形成隧道未开挖段的止水帷幕；
S5：在开挖轮廓线(4)外拱部施作管棚孔；
S6：打设管棚钢管(11)，进行管棚注浆；
S7：在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
2.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，步骤S1包括：沿止浆墙(3)设计位置周边布置止浆墙锚杆(8)，所述止浆墙锚杆(8)一端插入止浆墙(3)，另一端插入到围岩内，在止浆墙(3)设计位置底部安装钢管桩(13)，钢管桩(13)下端埋入围岩内，上端插入止桨墙(3)内，后将止浆墙(3)分上下台阶立模一次浇筑成型，下台阶部分设排水管(2)。
3.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，步骤S2包括：将管壁钻设溢浆孔的径向注浆导管(7)以梅花型布置在掌子面后方初支上，灌注水泥-水玻璃双液浆。
4.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，步骤S3包括：注浆孔(1)终孔按照依次间隔的多个终孔断面布置，其中，最后的终孔断面较之前的终孔断面增加布置多环注浆孔(1)终孔，以布满整个终孔断面，中间的终孔断面上的注浆孔(1)沿所在终孔断面周边布设至少一环。
5.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，步骤S4包括，通过注浆孔(1)对掌子面前方围岩进行注浆加固，在地质成孔困难地段，钻孔分四段进行，注浆方法为前进式分段注浆，使浆液扩散均匀；在地质成孔容易地段，钻孔采用一次性成孔方案，注浆方法为后退式一次注浆。
6.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，步骤S4还包括：环向最外圈注浆孔灌注硫铝酸盐水泥单液浆，剩余内圈注浆孔灌注水泥-水玻璃双液浆，注浆套管封堵以双液浆为主。
7.按照权利要求1所述受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩加固方法，其中，管棚钢管(11)沿隧道环向间隔布设，并倾斜插入围岩中，与隧道壁存在外差角，相邻两环管棚钢管(11)搭接。
8.一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩开挖方法，具体包括如下步骤，采用权利要求1所述加固方法加固围岩后，在隧道内架设临时横撑(12)，破除止浆墙(3)，采用小断面三台阶法开始开挖。
9.一种受季节性降雨影响下冰水堆积体隧道围岩支护，包括，
一个位于隧道掌子面的止浆墙(3)；
一个与止浆墙(3)围成封闭空间，并位于隧道未开挖段的止水帷幕；
多个从止浆墙(3)延伸至止水帷幕的注浆段，注浆段的端部形成管状止水帷幕的管侧壁和管端壁，管端壁和止桨墙(3)封闭管状止水帷幕两端；
多个位于隧道初支上的径向注浆导管(7)注浆支护段；
多个环绕隧道开挖轮廓线(4)外拱部的管棚钢管(11)注浆支护段；
多个在拱部及边墙架设超前小导管注浆支护段。
10.一种枯水季冰水堆积体隧道围岩加固方法，其特征在于，包括以下步骤：
I.在开挖轮廓线(4)外拱部施作管棚孔；
II.打设管棚钢管(11)，进行管棚注浆；
III.在拱部及边墙加设超前小导管注浆支护。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20210226 |
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