CN115012993A - 隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其包括S1，浇注止浆墙；S2，开设注浆孔和排水孔以及S3，注浆压力升高至设计终压后继续注浆。本申请具有提高围岩的稳定性、突涌体整体处治过程安全可靠的效果。
Description
技术领域
本申请涉及隧道开挖的领域，尤其是涉及一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法。
背景技术
目前，水利水电工程、轨道交通工程及地下工程等重大基础项目在建设过程中遭遇的地质条件更加复杂。例如，在城市地下交通工程建设过程中，经常会穿越自稳能力差、围岩强度低的富水岩溶发育区，在施工扰动和地下水的作用下极易诱发地表塌陷、施工机械陷落、突涌水等大型地质灾害。由于地下水环境是一个地下和地表关联性较强的整体，富水岩溶发育区突涌水灾害发生时，大量地下水流失将造成人员伤亡、建筑物沉降、经济损失以及生态破坏等问题。
针对上述现有技术，发明人认为山岭隧道穿越高压富水围岩的工况中，在涌水量很大、水压很高的情况下对泥石突涌体进行全封堵注浆堵水效果差，很容易发生突涌水。
发明内容
为了能够提升突涌体处理过程中的安全程度，本申请提供一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法。
本申请提供的一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，采用如下的技术方案：
一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，包括以下步骤：
S1，浇注止浆墙，在止浆墙上标记注浆孔和排水孔的位置，排水孔位于注浆孔下方；浇注止浆墙之前/同时/之后，在掌子面两侧设置迂回通道，迂回通道自掌子面前方向掌子面后的泥石突涌体或泥石突涌体后方延伸；
S2，开设注浆孔和排水孔，对止浆墙背后的泥石突涌体进行回填注浆；先保持排水孔的关闭，当注浆压力提升而注浆量不增加时，停止注浆，开启排水孔进行泄水后封堵排水孔，继续注浆；
S3，注浆压力升高至设计终压后继续注浆，注浆孔结束条件为：后续注浆量小于初始进浆量且排水通道突水量小于初始突水量；当所有注浆孔均符合结束条件，并无漏注现象，且浆液有效注入范围大于设计值时，结束全段注浆，否则重复S2-S3。
S4，泥石突涌体内浆液固结后，选择泥石突涌体前后两端同时或任一一端掘进，形成隧道。
通过采用上述技术方案，止浆墙上部设置注浆孔，下部设置排水孔，在注浆的同时通过排水孔泄水，降低了前方围岩水压力，边排边注浆，形成“上堵下排、泄水注浆”的施工思路。随着注浆的加强，出水量进一步减小、出水位置继续后退，掌子面后方出水得到进一步封堵，提高了注浆效果；经过实际项目中的应用，相比于现有技术中常采用的帷幕注浆，解决了突水情况发生后对于水的处治的技术难题，且整体处治过程安全可靠，降低了工程造价，缩短了施工工期；另外通过注浆材料的扩散和胶结作用，形成防水垫层，实现了隔水效果，显著提高了围岩的稳定性。
迂回通道能够绕行掌子面后的泥石突涌体，既能实现超前施工，又能发挥其超前地质探测的作用,为正洞施工提供更为准确的地质预报,降低施工风险,保障施工安全。具体来说：迂回通道可以超过正洞向前开辟工作面,远离破碎点，加快施工进度；迂回通道有利于施工通风和排水,改善掌子面的工作条件；迂回通道能够便于施工人员通过迂回绕行后采用多方位钻孔对高压富水溶腔进行排水降压，降低正洞的处理风险及难度；有利于施工及运营期间的逃生及救援。
可选的，S1中，注浆孔呈阵列状分布，以注浆孔到掌子面外缘距离分为不同阶段，并逐级由掌子面外缘向中心方向施工，每一阶段中按逆时针方向或顺时针方向对注浆孔编号，按编号顺序间隔施工，在一阶段中所有注浆孔完成施工后进行下一阶段的施工。
通过采用上述技术方案，注浆孔开设于止浆墙上并直接与掌子面后方的泥石突涌体连通，因此，当接连对相邻的注浆孔进行开孔注浆施工时，容易导致注浆孔之间的串浆，浆液凝胶的过程中容易经过刚开设的注浆孔跑浆或漏浆。另外，接连对相邻的注浆孔进行开孔注浆也会影响掌子面以及止浆墙此处的结构强度，在掌子面后方泥石突涌体仍存在较大水压的情况下，止浆墙上接连开设相邻的两个注浆孔会对掌子面以及止浆墙的封堵性能造成影响，容易产生突涌水。在实际应用中，采取上述方案后，先施做的注浆孔的吸浆量明显大于后施做的注浆孔，止浆墙上外圈的注浆孔的吸浆量明显大于内圈的注浆孔的吸浆量，即随着注浆的进行，透水裂隙由外至内逐渐被封堵，底层逐渐密实，达到了堵水与加固的目的。
可选的，注浆孔由掌子面外缘向中心方向的钻孔深度依次增大。
通过采用上述技术方案，注浆段落长度与地质条件、钻机能力、注浆工艺有关。钻孔越长钻机工效越低，注浆存在“楔形效应”，越向前浆液越难以扩散，注浆效果越差。因此，注浆段落在开始阶段应适当缩短，先通过浆液扩散将掌子面后的泥石突涌体初步封堵，减小出水量，同时加固围岩，再考虑后续的进一步注浆施工，直至将掌子面后的泥石突涌体封堵至不影响正常施工的程度。
可选的，S2中，先对掌子面进行闭水试验，掌握掌子面后方泥石突涌体的出水情况及水压情况，并对掌子面排水孔和注浆孔进行注浆测试，符合设计标准后进行回填注浆。
通过采用上述技术方案，闭水试验是为了确定已经将掌子面后方泥石突涌体内的水封堵，同时掌握掌子面后方的出水情况以及水压，能够便于设计和施工人员修改设计注浆量、设计注浆压力等数据，使得注浆过程更稳定有效。在已经确定水被封堵在掌子面之后，且获取了足量有效的数据后，便开始为回填注浆的开始做准备，试验通过后即可开始回填注浆。
可选的，S2中，采用顶水注浆原则，采取定压注浆，注浆压力为水压力的２倍～３倍。
通过采用上述技术方案，顶水注浆即浆液顶着水压向泥石突涌体内灌注。将掌子面后的泥石突涌体根据水量以及水压分为强水区和弱水区，在顶水注浆原则下的定压注浆能够将强水区的水通过排水孔排出，或将强水区的水压向弱水区，降低强水区的水量和水压，降低施工难度和施工后的围岩稳定性，有效地封堵地下水裂隙通道。
可选的，S3中，浆压力升高至设计终压，继续注浆1０min后，进浆量小于初始进浆量的1／4且检查孔突水量小于0.2Ｌ／（min·m）。
通过采用上述技术方案，在注浆压力升至设计终压后，在设计角度浆液已经足够将此处的透水裂隙固化封堵，但为了减小设计数据的误差带来的影响，继续注浆，通过观察进浆量和突水量判断掌子面后方的孔洞是否得到了有效足量填充，透水裂隙是否得到了有效足量封堵，减小了由于现场工况复杂、前期测量数据存在误差导致的设计数据出错，进而影响最终施工质量的可能。
可选的，S3中，所有注浆孔均注浆完成后，对原先泥石突涌体中水量和/或水压大的区域增加钻孔进行补注浆。
通过采用上述技术方案，原先泥石突涌体中水量和/或水压大的区域即为强水区，强水区内透水裂隙更多更大，透水裂隙结构更复杂，浆液难以一次性将透水裂隙填充完全，且围岩受水压影响相对其他位置更不稳定，因此通过增加钻孔进行补注浆能够对前期回填注浆中没有完全填满的透水裂隙进行补填，稳固围岩。
可选的，通过物探、钻探、地质雷达、地质扫描、水文调查中的一种或几种，获取岩溶发育规律，获取掌子面后方泥石突涌体内或周边各点的岩溶发育强度，基于选择岩溶发育程度低点的原则规划迂回通道开挖路线。
通过采用上述技术方案，岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层进行化学侵蚀、崩解、机械破坏、搬运、沉积等作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称，岩溶产生主要有三个条件，一是可溶性岩石是岩溶产生的物质基础,例如隧道穿越石灰岩、白云岩、泥灰岩、石膏、芒硝、岩盐等地层时,受地下水作用可能出现溶蚀现象。二是地质构造与地层结构的千差万别决定了岩溶类型的多样性、复杂性,岩体结构、构造以及岩层产状、接触关系、层厚、断裂、褶皱、节理、裂隙、软弱夹层、风化程度等地质特征决定了岩溶发育程度、发育强弱和规模的不同。三是地表水和地下水补给、径流、渗透和循环是岩溶形成和发育的必要条件，所以在山谷、洼地、岩溶盆地、竖井、漏斗、落水洞的部位,地表水汇集、下渗，容易在地层中形成水平径流带、垂直渗流带和深部滞留带,从而造成地下水补给和循环,给岩溶形成创造了必要条件。总结隧道岩溶发育规律，不仅能够为施工人员提供有意义的迂回通道路线参考，同时能够降低迂回通道开挖过程中突遇岩溶需要处治的可能，工期短，安全性高。
可选的，开挖迂回通道前，沿掌子面开挖轮廓线均匀设置多个水平钻孔，通过对比钻孔的涌水量，选择涌水量最小的钻孔相对于掌子面的所在侧作为迂回通道的开挖侧。
通过采用上述技术方案，能够通过水平钻孔的涌水量一步探明其富水规模和分布，便于施工人员选取涌水小的方位进行迂回通道的开挖，减小了迂回通道开挖过程中遇到突涌水的可能，施工安全程度得到提高，工期也得到了保障。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.止浆墙上部设置注浆孔，下部设置排水孔，在注浆的同时通过排水孔泄水，降低了前方围岩水压力，边排边注浆，形成“上堵下排、泄水注浆”的施工思路。随着注浆的加强，出水量进一步减小、出水位置继续后退，掌子面后方出水得到进一步封堵，提高了注浆效果；经过实际项目中的应用，相比于现有技术中常采用的帷幕注浆，解决了突水情况发生后对于水的处治和强风化破碎体地质加固的技术难题，且整体处治过程安全可靠，降低了工程造价，缩短了施工工期；另外通过注浆材料的扩散和胶结作用，形成防水垫层，实现了隔水效果，显著提高了围岩的稳定性；
2.迂回通道能够绕行掌子面后的泥石突涌体，既能实现超前施工，又能发挥其超前地质探测的作用,为正洞施工提供更为准确的地质预报,降低施工风险,保障施工安全。具体来说：迂回通道可以超过正洞向前开辟工作面,加快施工进度；迂回通道有利于施工通风和排水,改善掌子面的工作条件；迂回通道能够便于施工人员通过迂回绕行后采用多方位钻孔对高压富水溶腔进行排水降压，降低正洞的处理风险及难度；有利于施工及运营期间的逃生及救援。
附图说明
图1是实施例的示意图。
图2是实施例中为表示迂回通道位置的示意图。
附图标记说明：1、注浆孔；2、排水孔；3、系统锚杆。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，包括以下步骤：
参见图1，S1，浇注止浆墙，在止浆墙上标记注浆,1和排水孔2的位置，排水孔2区域位于注浆孔1区域下方。
参见图1，在一个较佳的实施例中，止浆墙采用Ｃ40混凝土浇筑，厚2.0ｍ，周边采用３排长３ｍ的42ｍｍ×4ｍｍ的系统锚杆3，系统锚杆3环向间距1.2ｍ，排距0.8ｍ，嵌入围岩内2.5ｍ，并注浆。止浆墙内埋设泄流钢管，泄流钢管端口形成排水孔2，排水孔2上增设阀门。
在一个较佳的实施例中，将注浆孔口管固定在止浆墙上，以在钻孔注浆过程中减少因安设孔口管而影响钻孔注浆施工进度。
在一个较佳的实施例中，浇注止浆墙的同时（或浇注前或浇注后），准备在止浆墙所在的正洞侧壁上开挖迂回通道。开挖迂回通道之前，首先沿掌子面开挖轮廓线均匀钻取多个水平钻孔，通过对比钻孔的涌水量，选择涌水量最小的钻孔相对于掌子面的所在侧作为迂回通道的开挖侧；同步地通过物探、钻探、地质雷达、地质扫描、水文调查的组合，获取岩溶发育规律，获取掌子面后方泥石突涌体内或周边各点的岩溶发育强度，基于选择岩溶发育程度低点的原则规划迂回通道开挖路线。之后在掌子面两侧开挖迂回通道，迂回通道自掌子面前方向掌子面后的泥石突涌体后方延伸。
在一个较佳的实施例中，突涌体向正洞涌入至停止时开始浇注止浆墙。
S2，先对掌子面进行闭水试验，掌握掌子面后方整体出水情况及水压情况，并对掌子面排水孔和注浆孔进行注浆测试，符合设计标准后进行回填注浆。
在一个较佳的实施例中，对排水孔和注浆孔进行注浆测试，注浆终压达到4Mpa时，注浆结束。此时若泥石突涌体内的水(或泥水)已封堵至掌子面后方，则开始回填注浆。若仍有水（或泥水）漏出，则开始新一轮测试，并将注浆终压提高至前一测试注浆终压的120%，重复至没有水（或泥水）漏出后，进行回填注浆。
回填注浆前，先通过区域的定位孔进行无约束的注浆堵水。之后开设注浆孔和排水孔，对止浆墙背后的泥石突涌体进行回填注浆；注浆过程中先保持排水孔的关闭，当注浆压力提升而注浆量不增加时，停止注浆，开启排水孔进行泄水后封堵排水孔，继续注浆。
参见图1，在一个较佳的实施例中，钻机使用90型钻头，通过孔口管进行钻孔,注浆孔1的设置位置在止浆墙上呈阵列状分布，以注浆孔1到掌子面外缘距离分为不同层，并逐级由掌子面外缘向中心方向施工，每一层中按逆时针方向（或顺时针方向）对注浆孔1编号，按编号顺序间隔施工，按掌子面外缘向内方向施工，在一层中所有注浆孔1完成施工后进行下一层段的施工。
在一个较佳的实施例中，以三层注浆孔为例。第一层的钻深为5ｍ，之后安设注浆堵头进行注浆施工，当该段注浆达到设计标准后，拆除注浆堵头；第二层注浆在第一层孔深的基础上再钻进10ｍ进行注浆施工；第三层钻孔至设计标准位置，进行注浆施工。在其他实施例中也可以根据地质情况调整钻注段长。
在一个较佳的实施例中，注浆孔前段安设108ｍｍ×4ｍｍ套管。
在一个较佳的实施例中，注浆孔基于顶水注浆原则，采取定压注浆，注浆压力为水压力的２（或3倍）。
在一个较佳的实施例中，水泥浆搅拌好放入储浆桶后，在吸浆过程中不停地搅动，防止浆液离析；注浆过程中，若地层吸浆量很大，注浆压力长时间不上升，选择降低水灰比来提高水泥浆稠度，缩短浆液凝胶时间，以达到控制注浆范围的目的。
在一个较佳的实施例中，注浆选择水泥-水玻璃复合型浆液，注浆过程中，持续监控水玻璃注入流量不超过设计流量，间歇性通过敲击确定注浆管路是否堵塞，间歇性观察水玻璃输送管在工作状态下是否有抖动，防止堵管。
在一个较佳的实施例中，注浆过程中，发生其他孔串浆的现象，此时关闭该串浆孔继续注浆；但串浆现象发生频繁，此时加大钻孔与注浆孔的间隔，减少了串浆现象的出现；
在一个较佳的实施例中，串浆现象发生频繁，采取“钻一孔注一孔”的注浆方式，减少了串浆现象的发生。
在一个较佳的实施例中，跑、漏浆现象严重，通过间歇注浆的方式以及调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵。
在一个较佳的实施例中，注浆结束后注浆连接件、注浆三通以及管路清洗干净，清洗完以后，把注浆管从注浆法兰盘上拆掉，并把注浆法兰盘从孔口管上拆掉，以便下一次扫孔。
在一个较佳的实施例中，在钻孔、注浆过程中采取对洞内监控量测和检查，实时掌控围岩变形情况。如发现围岩变形异常，立即停止施工，同时做好初支加固部位的拱顶沉降、周边收敛、止浆墙纵向位移监测的监控项目
S3，注浆压力升高至设计终压后继续注浆，注浆孔结束条件为：，继续注浆1０min后，进浆量小于初始进浆量的1／4且检查孔突水量小于0.2L／（min·m）；当所有注浆孔均符合结束条件，并无漏注现象，且浆液有效注入范围大于设计值时，结束全段注浆，否则重复S2-S3。
在一个较佳的实施例中，当所有注浆孔均注浆完成后，对原先泥石突涌体中水量（或水压）大于原泥石突涌体平均水量（或水压）的区域增加钻孔进行补注浆。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，浇注止浆墙，在止浆墙上标记注浆孔和排水孔的位置，排水孔位于注浆孔下方；浇注止浆墙之前/同时/之后，在掌子面两侧设置用于对泥石突涌体后方施工的迂回通道，迂回通道自掌子面前方向掌子面后的泥石突涌体或泥石突涌体后方延伸；
S2，开设注浆孔和排水孔，对止浆墙背后的泥石突涌体进行回填注浆；先保持排水孔的关闭，当注浆压力提升而注浆量不增加时，停止注浆，开启排水孔进行泄水后封堵排水孔，继续注浆；
S3，注浆压力升高至设计终压后继续注浆，注浆孔结束条件为：后续注浆量小于初始进浆量且排水通道突水量小于初始突水量；当所有注浆孔均符合结束条件，并无漏注现象，且浆液有效注入范围大于设计值时，结束全段注浆，否则重复S2-S3；
S4，泥石突涌体内浆液固结后，选择泥石突涌体前后两端同时或任一一端掘进，形成隧道。
2.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S1中，注浆孔呈阵列状分布，以注浆孔到掌子面外缘距离分为不同阶段，并逐级由掌子面外缘向中心方向施工，每一阶段中按逆时针方向或顺时针方向对注浆孔编号，按编号顺序间隔施工，在一阶段中所有注浆孔完成施工后进行下一阶段的施工。
3.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：注浆孔由掌子面外缘向中心方向的钻孔深度依次增大。
4.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S2中，先对掌子面进行闭水试验，掌握掌子面后方泥石突涌体出水情况及水压情况，并对掌子面排水孔和注浆孔进行注浆测试，符合设计标准后进行回填注浆。
5.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S2中，采用顶水注浆原则，采取定压注浆，注浆压力为水压力的２倍～３倍。
6.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S3中，浆压力升高至设计终压，继续注浆1０min后，进浆量小于初始进浆量的1／4且检查孔突水量小于0.2Ｌ／（min·m）。
7.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S3中，所有注浆孔均注浆完成后，对原先泥石突涌体中水量和/或水压大的区域增加钻孔进行补注浆。
8.根据权利要求1所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：S1中，通过物探、钻探、地质雷达、地质扫描、水文调查中的一种或几种，获取岩溶发育规律，获取掌子面后方泥石突涌体内或周边各点的岩溶发育强度，基于选择岩溶发育程度低点的原则规划迂回通道开挖路线。
9.根据权利要求8所述的隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法，其特征在于：开挖迂回通道前，沿掌子面开挖轮廓线均匀设置多个水平钻孔，通过对比钻孔的涌水量，选择涌水量最小的钻孔相对于掌子面的所在侧作为迂回通道的开挖侧。
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| CN202210619800.6A CN115012993A (zh) | 2022-06-02 | 2022-06-02 | 隧道富水岩溶突涌体快速安全处置方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117217030A (zh) * | 2023-11-09 | 2023-12-12 | 中铁十六局集团有限公司 | 基于台阶法清淤下突涌体加固时注浆间距的确定方法 |
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2022
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