CN114294013A - 一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，涉及隧道施工技术领域。该方法在研究突水机理的基础上进行隧道围岩的加固，包括在隧道基底进行支护，对护墙进行支护，对顶部进行支护以及对洞身进行支护；完成支护后对隧道进行二次注浆，并且将隧道内的泥浆和水排入外部的泥浆池，释放岩溶隧道突水突泥压力，对突水突泥空腔处理，进行灌浆回填；通过对二次注浆的注浆压力、注浆范围和注浆有效半径进行计算，准确的确定二次注浆参数，从而提高了施工效率；加固支护和二次注浆施工相互配合，保证了隧道施工的安全性，另外该方法还具有操作简便，施工灵活，安全性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，尤其是一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法。
背景技术
随着交通基础设置的发展，在地质复杂条件下，尤其是岩溶地质地区，修建隧道在穿越破碎带时经常会发生突水突泥的危险。
现有技术中对岩溶隧道突水突泥灾害存在较多的研究，其中有的是根据隧道的实际情况，开展超前地表预注浆技术在隧道浅埋偏压破碎带。利用ANSYS有限元分析法分析不同情况下的受力情况对以后超前地表预注浆的实施有指导和借鉴意义。还有的通过资料收集调研、理论研究、数值模拟分析和现场试验等手段,确定隧道断层突水突泥机理及其灾变演化过程,建立隧道断层突水突泥注浆治理技术体系。还有的通过调研深长隧道突水突泥灾害产生原因，提出了深长隧道五种突水致灾构造、三种突泥致灾构造，并对相应的致灾构造引发的突水突泥灾害进行分析。还有的通过对突水突泥灾害定义和类型的分析，建立了“地质勘查+TSP+地质雷达+超前钻探”的综合超前地质预报的体系。还有的采用理论分析、室内试验、模拟试验和现场试验相结合的综合研究方法，研究断层破碎带注浆加固机理，高承压水环境下注浆加固岩体稳定性与渐进失稳规律，以及断层突水突泥灾害复合控制注浆方法,取得一系列研究成果。另外还有的通过渗透注浆流体模型,推导注浆过程中浆液流量、注浆压力和渗透系数的解析解及相互影响,并对各种流体在岩土体中渗透和劈裂注浆力学机理进行分析；然后通过劈裂注浆机理模型实验研究,对注浆实验参数进行设计、对注浆机理进行分析、并对注浆效果进行检测。
现有的技术中对岩溶隧道突水突泥灾害进行了研究，但绝大多数的方法都是通过地质超前探测进行突水突泥区域的大致判定，再通过预注浆或者后注浆外加支护的方式进行处理，或者通过迂回的方式绕过危险区域进行施工。但这些方式对地质超前探测技术手段对施工的要求较高，且安全性难以保证。
发明内容
为了实现对岩溶突水突泥隧道的有效治理，降低施工难度，提高施工效率，保证施工安全，本发明提供了一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，具体技术方案如下。
一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，步骤包括：
S1.根据掌子面地质条件选择注浆方式；
S2.采用灌注桩进行基底加固支护；
S3.在隧道边墙设置混凝土护墙支护；
S4.隧道洞身上部初期支护与护墙所围成的空间内，设置防护层，形成顶部支护；
S5.设置钢筋网以及钢拱架，形成隧道洞身支护；
S6.完成支护后进行二次注浆，将隧道内部泥浆和水排入外部泥浆池，对内部形成的空腔进行灌浆回填。
优选的是，基底加固支护包括在下部设置钢筋混凝土钻孔灌注桩，上部设置耐腐蚀钢筋混凝土底板，上部和下部之间使用钢筋连接。
优选的是，混凝土护墙包括在护墙与隧道接触部位铺设的防水膜，以及在护墙内部留设排水管。
优选的是，顶部支护包括防护层上部设置的缓冲层，以及在防护层与隧道洞身之间设置防水层。
还优选的是，隧道洞身支护还包括设置的排水设施。
还优选的是，掌子面确定的注浆方式包括选择在开挖完成后进行注浆，或者在开挖前进行超前预注浆。
进一步优选的是，二次注浆的注浆压力计算公式如下：
PD＝fRD
其中f为注浆过程中的压力系数，RD为有效注浆长度，即复用巷道两帮围岩松动圈半径。进一步优选的是，二次注浆的注浆量计算公式如下：
Q＝πr2Lαβn
其中Q为二次注浆量；r为二次注浆的有效扩散半径；n为孔隙率；L为二次注浆钻孔的整体长度；α为二次注浆填充系数；β为二次注浆压力衰减系数。
进一步优选的是，二次注浆有效半径的计算公式如下：
R＝(0.87+1.27γh/σc)×H/2
其中γ为岩体容重，h为注浆地点埋深，σc为两边岩体平均抗压强度，H为隧道高度。
本发明提供的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法的有益效果是，该方法结合了突水突泥机理进行隧道围岩加固，包括隧道基底支护、护墙支护、顶部支护以及洞身支护，并对支护后的隧道进行二次注浆；将隧道内部泥浆与水排入外部泥浆池，释放岩溶隧道突水突泥压力，对突水突泥空腔处理，进行灌浆回填，从而保证开挖过程的顺利进行，实现岩溶隧道突水突泥的防治；合理确定注浆的注浆压力、注浆范围和注浆有效半径进行计算，准确的确定二次注浆参数，从而提高了施工效率；加固支护和二次注浆施工相互配合，保证了隧道施工的安全性，另外该方法还具有操作简便，施工灵活，安全性高等优点。
附图说明
图1是基于二次注浆的岩溶隧道治理方法的流程图；
图2是基底支护的结构示意图；
图3是护墙支护的结构示意图；
图4是护墙的变形缝布置示意图；
图5是顶部支护的布置示意图；
图中：1-灌注桩，2-底板，3-混凝土承台，4-隧道，5-排水管，6-护墙，7-防水膜，8-止水带，9-变形缝，10-缓冲层，11-防护层。
具体实施方式
结合图1至图5所示，本发明提供的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法的具体实施方式如下。
一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，该方法包括隧道基底支护、护墙支护、顶部支护以及洞身支护等，并对支护后的隧道进行二次注浆，并将隧道内部泥浆与水排入外部泥浆池，释放岩溶隧道突水突泥压力，对突水突泥空腔处理，进行灌浆回填，从而保证开挖过程的顺利进行，实现岩溶隧道突水突泥的防治，保证了隧道安全。该方法的具体步骤包括：
S1.根据掌子面地质条件选择注浆方式。掌子面确定的注浆方式包括选择在开挖完成后进行注浆，或者在开挖前进行超前预注浆。
具体的是，如果掌子面地质条件如果符合安全开挖施工的要求，则先开挖掌子面，开挖施工完成后进行后注浆；如不符合安全开挖施工的要求，则应先在掌子面进行超前预注浆。
根据掌子面能否满足进行安全开挖施工为前提，并充分考虑开挖支护完成后注浆工作的施工难度、施工质量保证以及施工造价等综合因素，决定注浆方案。对于掌子面前方地质条件如果符合安全开挖施工的要求，则应先开挖掌子面，在开挖施工完成后进行后注浆，以达到注浆堵水、加固围岩的目的，若不满足，则应先在掌子面进行超前预注浆，起到注浆堵水、加固围岩效果，并满足隧道的安全开挖的施工要求。所述后注浆包括补充注浆、局部注浆以及径向注浆三种类型；所述预注浆包括探水孔超前预注浆、局部超前预注浆和全断面超前预注浆。
S2.采用灌注桩进行基底加固支护。基底加固支护包括在下部设置钢筋混凝土钻孔灌注桩，上部设置耐腐蚀钢筋混凝土底板，上部和下部之间使用钢筋连接。
具体的是，根据隧道岩溶发育规模、充填物少以及含水量少的特点，对溶洞采用灌注桩进行基底加固，桩结构下部设计为钢筋混凝土钻孔灌注桩，上部采用C35耐腐蚀钢筋混凝土，桩与板使用钢筋连接，钻孔桩桩径为1.5m，桩的布置方式为矩形，桩与桩的间距纵向为4m，横向为5.5m，采用C35耐腐蚀性钢筋混凝土，端承桩底部嵌入基岩深度最小为2m，设置一道钢边止水带，底板使用C20混凝土，厚度为0.5-1m，且随隧道仰拱的曲线变化。隧道底板的充填物为淤泥型粘土，厚度5m，将隧底淤泥清除干净，再进行桩的施作，桩上段设置1m厚的C35钢筋混凝土承台进行跨越，承台厚度1m，隧道的洞身施工即在该承台上进行。
S3.在隧道边墙设置混凝土护墙支护。混凝土护墙包括在护墙与隧道接触部位铺设的防水膜，以及在护墙内部留设排水管。
其中护墙在基底施工完成后，隧道洞身施工之前进行施工。具体的是，在隧道边墙设置C20混凝土护墙防护，护墙厚度不小于2m，外墙坡率为1：0.2，护墙的高度17m，护墙内部留设排水管，排水管间距5m，护墙与隧道接触部位铺设防水膜，两翼护墙对称，护墙形状约为直角梯形，护墙每隔5m设置一条变形缝，变形缝中设置止水条带。护墙的施工是在基地施工完成后，隧道洞身施工之前进行施作。
S4.隧道洞身上部初期支护与护墙所围成的空间内，设置防护层，形成顶部支护。顶部支护包括防护层上部设置的缓冲层，以及在防护层与隧道洞身之间设置防水层。
其中缓冲层的施工是在隧道洞身初期支护以后进行。具体的是，对于隧道顶部支护，由于溶洞围岩结构较为完整，无需进行溶洞顶部的加强支护，而隧道运营以后围岩腐蚀破坏容易产生落石，对隧道造成损伤，因此需加强隧道顶部的防护。在隧道洞身的上部，即隧道初期支护与护墙所围成的空间内，设计厚度为1m的防护层，防护层的上部设计厚度不少于1m的缓冲层，防护层采用泵送C20混凝土，缓冲层采用泵送中粗砂。在防护层和隧道洞身之间设有防水层。
S5.设置钢筋网以及钢拱架，形成隧道洞身支护。
隧道洞身支护包括钢筋网设计、钢拱架设计施工以及隧道内防排水设施等。由于隧道洞身上部是开放的，所以钢筋网的制作需要在现场制作，保证钢筋网的横向环形闭合，网格的间距为15cm*15cm，选择直径为8的钢筋。纵向钢筋维持钢筋网的完整性，同样由于洞身的开放，无法进行喷浆，采用衬砌台车进行混凝土的塑性，在洞身的拱顶开放部位上部增设模板塑性，每个循环3m，仰拱位置的初期支护混凝土施工应当首先进行，采用回填的方式，选用C30混凝土，厚度为30cm。洞身采用全环I22a型钢拱架，每环间距0.5m，钢拱架安装要严格按照设计要求，快速安装，尽早闭合。喷射混凝土厚度不小于30cm，每个循环2m。
为减小衬砌背后水压力，及时将围岩少量渗水排出洞外，拱墙环向、墙脚纵向设盲管。纵、环向盲沟及泄水孔均直接与隧道侧沟连通，将地下水引入洞内侧沟。环向盲沟采用直径50HDPE单壁打孔波纹管，水管加工下料时应考虑接头预留长度，保证环向盲管端能与纵向直径80HDPE双壁打孔波纹管搭接，盲管与喷射混凝土表面紧密接触，并保持一定的松弛度，不宜张拉过紧，固定盲管的外露锚钉应切除或以砂浆抹平，防止刺破防水板，纵、环向盲沟、泄水管采用变径三通接头连接牢固，泄水管的出口应离开水沟内壁一定距离，不得紧贴沟壁表面，施工中要做好水管接头处理工作，防止杂物进入管道。
S6.完成支护后进行二次注浆，将隧道内部泥浆和水排入外部泥浆池，对内部形成的空腔进行灌浆回填。
其中，注浆压力的大小影响着注浆液在巷道煤岩体中的扩散范围和扩散速度，注浆压力的选取直接影响着复用巷道注浆加固的效果，而注浆压力的选取又取决于巷道周边煤岩体的力学性能、注浆液的性质及所要求的浆液扩散半径。二次注浆的注浆压力计算公式如下：
PD＝fRD
其中f为注浆过程中的压力系数，RD为有效注浆长度，即复用巷道两帮围岩松动圈半径。当注浆地点埋深小于250m时，f＝0.022～0.020；注浆地点埋深为250-350m时，f＝0.020～0.018；注浆地点埋深为350-450m时，f＝0.018～0.016；RD为有效注浆长度，即复用巷道两帮围岩松动圈半径。
由于注浆量会受复用巷道两帮围岩的裂隙发育、松动圈范围及围岩岩性的影响。二次注浆的注浆量计算公式如下：
Q＝πr2Lαβn
其中Q为二次注浆量；r为二次注浆的有效扩散半径；n为孔隙率，可以取0.85；L为二次注浆钻孔的整体长度；α为二次注浆填充系数，可以取0.70；β为二次注浆压力衰减系数，可以取1.25。
二次浆液在巷道两帮煤岩体裂隙中的扩散是极为不规则的，随着煤岩体自身的渗透系数、裂隙发育宽度、二次注浆压力、二次注浆时间的增加而逐渐增大，随着二次浆液的浓度和二次注浆液的粘度的增加而注浆减小。因此现场通常以调节注浆液的二次注浆压力、注浆量及注浆浓度等参数来控制浆液在煤岩体中的扩散范围。二次注浆有效半径的计算公式如下：
R＝(0.87+1.27γh/σc)×H/2
其中γ为岩体容重，h为注浆地点埋深，σc为两边岩体平均抗压强度，H为隧道高度。
二次注浆钻孔的孔深根据隧道围岩体的松动圈范围而定，孔间距的选择根据注浆液的有效扩散半径而定，因此其孔间距应为二次注浆有效半径的1.65-1.75倍之间，具体根据现场施工情况而定。
将隧道内部泥浆与水排入外部泥浆池，释放岩溶隧道突水突泥压力，并随着压力释放，内部形成的空腔需要灌浆回填，进行隧道加固，以保证开挖过程的顺利进行。该方法结合了突水突泥机理进行隧道围岩加固，包括隧道基底支护、护墙支护、顶部支护以及洞身支护，并对支护后的隧道进行二次注浆；将隧道内部泥浆与水排入外部泥浆池，释放岩溶隧道突水突泥压力，对突水突泥空腔处理，进行灌浆回填，从而保证开挖过程的顺利进行，实现岩溶隧道突水突泥的防治；合理确定注浆的注浆压力、注浆范围和注浆有效半径进行计算，准确的确定二次注浆参数，从而提高了施工效率；加固支护和二次注浆施工相互配合，保证了隧道施工的安全性，另外该方法还具有操作简便，施工灵活，安全性高等优点。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，步骤包括：
S1.根据掌子面地质条件选择注浆方式；
S2.采用灌注桩进行基底加固支护；
S3.在隧道边墙设置混凝土护墙支护；
S4.隧道洞身上部初期支护与护墙所围成的空间内，设置防护层，形成顶部支护；
S5.设置钢筋网以及钢拱架，形成隧道洞身支护；
S6.完成支护后进行二次注浆，将隧道内部泥浆和水排入外部泥浆池，对内部形成的空腔进行灌浆回填。
2.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述基底加固支护包括在下部设置钢筋混凝土钻孔灌注桩，上部设置耐腐蚀钢筋混凝土底板，上部和下部之间使用钢筋连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述混凝土护墙包括在护墙与隧道接触部位铺设的防水膜，以及在护墙内部留设排水管。
4.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述顶部支护包括防护层上部设置的缓冲层，以及在防护层与隧道洞身之间设置防水层。
5.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述隧道洞身支护还包括设置的排水设施。
6.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述掌子面确定的注浆方式包括选择在开挖完成后进行注浆，或者在开挖前进行超前预注浆。
7.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述二次注浆的注浆压力计算公式如下：
PD＝fRD
其中f为注浆过程中的压力系数，RD为有效注浆长度，即复用巷道两帮围岩松动圈半径。
8.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述二次注浆的注浆量计算公式如下：
Q＝πr2Lαβn
其中Q为二次注浆量；r为二次注浆的有效扩散半径；n为孔隙率；L为二次注浆钻孔的整体长度；α为二次注浆填充系数；β为二次注浆压力衰减系数。
9.根据权利要求1所述的一种基于二次注浆的岩溶隧道治理方法，其特征在于，所述二次注浆有效半径的计算公式如下：
R＝(0.87+1.27γh/σc)×H/2
其中γ为岩体容重，h为注浆地点埋深，σc为两边岩体平均抗压强度，H为隧道高度。
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2021
- 2021-12-27 CN CN202111607007.6A patent/CN114294013A/zh active Pending
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