CN208106440U - 适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，在隧道开挖之前，沿隧道开挖轮廓线倾斜向外均匀钻设超前斜向预注浆孔，完成后沿超前斜向预注浆孔进行注浆加固，在隧道的掌子面上沿隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔，完成后沿超前轴向预注浆孔进行注浆加固；在隧道开挖之后，对已挖部分沿隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔，完成径向加固注浆孔后沿径向加固注浆孔进行注浆加固。通过超前斜向预注浆孔和超前轴向预注浆孔注浆加固，从而将隧道挖掘范围和挖掘范围以外的围岩富水湿陷性黄土软弱地层进行有效加固，在开挖之前使得隧道部分和隧道外围部分固结成一个整体，防止隧道开挖过程中发生隧道拱部溜塌的危险。

Description

适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构

技术领域

本实用新型涉及隧道加工施工技术领域，具体而言，涉及一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构。

背景技术

现有技术在断层及富水流砂地段施工隧道时，为防止开挖面涌水、涌砂，注浆方式一般采用隧道全封闭深孔预注浆，即沿隧道全断面开挖轮廓线轴向辐射状注浆孔，然后，注入按一定比例配制而成的水泥、水玻璃双液浆，浆液渗透扩散到岩层或砂层的孔隙中，并快速凝固，与周围破碎岩块结成具有一定强度的结石体，在隧道周边及开挖面形成一个固结堵水帷幕，切断地下水流通路。但现有技术在断层及富水地段施工时，由于地下水流量大，按常规的注浆方法使注浆的浆液极易随水流排出，浆液滞留困难，造成了浆液浪费和注浆凝结效果差。以及开挖后初支背后脱空现象无法解决。

（1）现有技术单纯的超前断面注浆只是对隧道开挖轮廓线内软弱土层进行加固处理，不能解决隧道开挖轮廓线外软弱土层的稳定性，在开挖过程中存在隧道拱部溜塌的危险。

（2）现有技术处理富水软弱地层时钻孔孔径和孔深较大，在富水软弱地层中大孔径成孔难度大。因大孔径和大深度注浆时，注浆压力相对较低，浆液难以渗透或挤压软弱土层，继而可能会存在空腔或水囊，无法达到注浆后的饱满度要求。

（3）现有技术通常采用水泥单液浆、水泥+水玻璃双液浆或改性水玻璃化学浆，上述浆液凝固时间较长，一般都在一分钟以上，且凝固时间无法准确掌握，注浆过程中浆液未凝固就随地下水流走，造成浆液的浪费。

（4）现有技术无法解决开挖后初支背后脱空弊病，无法保证初支背后围岩的饱满度和稳定性，继而可能会导致支护结构的开裂，影响隧道支护结构的安全性。

发明内容

本实用新型的主要目的在于提供一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，以解决现有技术中富水湿陷性黄土隧道开挖过程中存在隧道拱部溜塌的危险的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，包括超前斜向预注浆孔、超前轴向预注浆孔和径向加固注浆孔，在隧道开挖之前，靠近隧道开挖轮廓线倾斜向外均匀钻设超前斜向预注浆孔，完成超前斜向预注浆孔后沿超前斜向预注浆孔进行注浆加固；在隧道开挖之前，在隧道的掌子面上沿隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔，完成超前轴向预注浆孔后沿超前轴向预注浆孔进行注浆加固；在隧道开挖之后，对已挖部分沿隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔，完成径向加固注浆孔后沿径向加固注浆孔进行注浆加固。

进一步地，在隧道开挖之前，沿隧道开挖轮廓线上的每个钻孔点位倾斜向外钻设两个倾斜角度不同的超前斜向预注浆孔。

进一步地，超前斜向预注浆孔的轴线与隧道的轴线的夹角大于等于8°小于等于30°。

进一步地，大倾角的超前斜向预注浆孔的长度小于小倾角的超前斜向预注浆孔的长度。

进一步地，每次开挖的隧道长度短于超前轴向预注浆孔的长度和小倾角的超前斜向预注浆孔在隧道轴线上的投影的长度，预留一段止浆墙。

进一步地，在止浆墙的部位钻设超前斜向预注浆孔和超前轴向预注浆孔。

进一步地，相邻两个超前斜向预注浆孔的环向间距大于等于0.5米小于等于1米。

进一步地，相邻两个超前轴向预注浆孔的间距大于等于1米小于等于1.5米。

进一步地，注浆时采用复合浆液，复合浆液包括水泥、固化剂、改性剂和水。

进一步地，在复合浆液中，按重量计算，水灰比W/c大于等于0.65:1小于等于1:1，按体积计算，水泥浆与固化剂的比例为大于等于1：1小于等于1：0.6，改性剂的体积占比为大于等于1%小于等于5%。

应用本实用新型的技术方案，在隧道开挖前，靠近隧道开挖轮廓线倾斜向外均匀钻设超前斜向预注浆孔，完成超前斜向预注浆孔后沿超前斜向预注浆孔进行注浆加固，在隧道的掌子面上沿隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔，完成超前轴向预注浆孔后沿超前轴向预注浆孔进行注浆加固，从而将隧道挖掘范围和挖掘范围以外的围岩富水湿陷性黄土软弱地层进行有效加固，在开挖之前使得隧道部分和隧道外围部分固结成一个整体，达到开挖要求，降低了开挖难度及风险，防止隧道开挖过程中发生隧道拱部溜塌的危险。并且，在隧道开挖后，对已挖部分沿隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔，完成径向加固注浆孔后沿径向加固注浆孔进行注浆加固，从而使得增加开挖后隧道围岩的稳定性和耐久性，解决现有技术中隧道开挖后初支背后脱空的弊病。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了本实用新型的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构的结构示意图；

图2示出了图1的A-A剖面结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、超前斜向预注浆孔；20、超前轴向预注浆孔；30、径向加固注浆孔；40、隧道开挖轮廓线；50、止浆墙。

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特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

为解决现有技术中富水湿陷性黄土隧道开挖过程中存在隧道拱部溜塌的危险的问题，本实用新型提供了一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构。

如图1和图2所示，适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构包括超前斜向预注浆孔10、超前轴向预注浆孔20和径向加固注浆孔30，在隧道开挖之前，靠近隧道开挖轮廓线40倾斜向外均匀钻设超前斜向预注浆孔10，完成超前斜向预注浆孔10后沿超前斜向预注浆孔10进行注浆加固；在隧道开挖之前，在隧道的掌子面上沿隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔20，完成超前轴向预注浆孔20后沿超前轴向预注浆孔20进行注浆加固；在隧道开挖之后，对已挖部分沿隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔30，完成径向加固注浆孔30后沿径向加固注浆孔30进行注浆加固。

在隧道开挖前，靠近隧道开挖轮廓线40倾斜向外均匀钻设超前斜向预注浆孔10，完成超前斜向预注浆孔10后沿超前斜向预注浆孔10进行注浆加固，在隧道的掌子面上沿隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔20，完成超前轴向预注浆孔20后沿超前轴向预注浆孔20进行注浆加固，从而将隧道挖掘范围和挖掘范围以外的围岩富水湿陷性黄土软弱地层进行有效加固，在开挖之前使得隧道部分和隧道外围部分固结成一个整体，达到开挖要求，降低了开挖难度及风险，防止隧道开挖过程中发生隧道拱部溜塌的危险。并且，在隧道开挖后，对已挖部分沿隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔30，完成径向加固注浆孔30后沿径向加固注浆孔30进行注浆加固，从而使得增加开挖后隧道围岩的稳定性和耐久性，解决现有技术中隧道开挖后初支背后脱空的弊病。

如图2所示，在隧道开挖之前，沿隧道开挖轮廓线40上的每个钻孔点位倾斜向外钻设两个倾斜角度不同的超前斜向预注浆孔10。通过沿隧道开挖轮廓线40上的每个钻孔点位倾斜向外钻设两个倾斜角度不同的超前斜向预注浆孔10，从而增加隧道开挖轮廓线40外围的加固厚度，进而增加隧道开挖轮廓线40外围的结构强度，防止发生隧道开挖过程中发生隧道拱部溜塌的危险。

如图2所示，超前斜向预注浆孔10的轴线与隧道的轴线的夹角大于等于8°小于等于30°。试验证明，角度在大于等于8°小于等于30°时，在保证浆液的流出在隧道开挖轮廓线40外围的加固厚度的同时，能够有效控制浆液的流出量，减少浆液的浪费，保证加固的结构强度。

如图2所示，大倾角的超前斜向预注浆孔10的长度小于小倾角的超前斜向预注浆孔10的长度，从而形成双重加固。

优选地，隧道开挖轮廓线40外围的加固顺序为：由隧道的拱脚两侧分层向上至拱顶交接咬合，使隧道开挖轮廓线外围形成整体稳定的保护壳；施钻注浆顺序：先打大倾角的超前斜向预注浆孔10后小倾角的超前斜向预注浆孔10，先注大倾角的超前斜向预注浆孔10，后注小倾角的超前斜向预注浆孔10，每钻完一个点位的两个孔即进行注浆加固，并且钻孔注浆时，采取跳孔施钻注浆方式，防止对上一个已完成的但尚未完全凝固的超前斜向预注浆孔10产生破坏。

如图2所示，每次开挖的隧道长度短于超前轴向预注浆孔20的长度和小倾角的超前斜向预注浆孔10在隧道轴线上的投影的长度，预留一段止浆墙50，在止浆墙50的部位钻设超前斜向预注浆孔10和超前轴向预注浆孔20。隧道一般的长度都较大，而钻孔的深度有限，难以一次性完成加固，因而需要分段循环进行多次加固。为防止下一次加固之前发生开挖面涌水、涌砂，因而需要预留一段止浆墙50，作为阻挡。

优选地，相邻两个超前斜向预注浆孔10的环向间距大于等于0.5米小于等于1米，相邻两个超前轴向预注浆孔20的间距大于等于1米小于等于1.5米。孔距较小，采用多孔少注的方式，使得浆液渗透更饱满，能够有解决富水湿陷性黄土造成的突水、涌泥安全隐患。

优选地，其特征在于，注浆时采用复合浆液，复合浆液包括水泥、固化剂、改性剂和水。在复合浆液中，按重量计算，水灰比W/c大于等于0.65:1小于等于1:1，按体积计算，水泥浆与固化剂的比例为大于等于1：1小于等于1：0.6，改性剂的体积占比为大于等于1%小于等于5%。

通过上述配比，浆液初凝时间可达到5s~35s，结石体的抗压强度达5~10MPa，凝结和结石率可达100%；结石体的渗透系数为10^-3cm/s，可用于裂隙宽度为0.2mm以上的岩体或粒径为1mm的砂层；材料来源丰富，价格较低对环境及地下水无污染。凝结硬化后抗渗性强，胶结能力强，起到永久固化围岩的作用。注浆时，采用管口浆液混合法注浆，即水泥浆、固化剂和改性剂在注浆管管口混合，浆液5~35s后凝固，开始向管口流动，因为凝固时间快，部分浆液堵塞钻孔封闭孔口，浆液开始扩散当达到一定压力时，管底部堵塞的初凝的浆液被挤开，浆液继续向挤开的裂隙流动，形成挤密劈裂效果，浆液固化后达到稳固状态。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：

1. 通过“超前斜向预注浆孔10”、“超前轴向预注浆孔20”和“径向加固注浆孔30”多种注浆工艺综合运用，有效固结隧道开挖轮廓线内外设计范围富水湿陷性黄土软弱地层，且有效解决开挖后初支背后围岩脱空弊病，使隧道围岩得到有效固结，达到开挖要求，降低了开挖难度及风险。

2. 采用多孔少注的方式、减小注浆孔径，从而减小成孔的难度，采用适当压力的注浆施工，浆液渗透更饱满，能够有解决富水湿陷性黄土造成的突水、涌泥安全隐患。

3.通过浆液的合理配比，浆液初凝时间达到5s~35s，结石体的抗压强度达5~10MPa，凝结核结石率可达100%；结石体的渗透系数为10^-3cm/s，可用于裂隙宽度为0.2mm以上的岩体或粒径为1mm的砂层；凝结硬化后抗渗性强，胶结能力强，起到永久固化围岩的作用。

4. 有效解决隧道开挖后初支背后脱空弊病，提高隧道支护结构背后围岩的稳定性和支护结构的耐久性，避免隧道开挖后围岩因压缩变形导致支护结构发生破坏。

5. 适用于隧道全断面富水湿陷性黄土的固化、新建建筑或设备基础湿陷性黄土地基处理、存在不均匀沉降的建筑或设备基础湿陷性黄土地基处理。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，包括：

超前斜向预注浆孔(10)，靠近隧道开挖轮廓线(40)倾斜向外均匀钻设所述超前斜向预注浆孔(10)；

超前轴向预注浆孔(20)，在所述隧道的掌子面上沿所述隧道的轴向方向钻设多个超前轴向预注浆孔(20)；

径向加固注浆孔(30)，对已挖部分沿所述隧道的周向均匀钻设径向加固注浆孔(30)。

2.根据权利要求1所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，沿所述隧道开挖轮廓线(40)上的每个钻孔点位倾斜向外钻设两个倾斜角度不同的所述超前斜向预注浆孔(10)。

3.根据权利要求2所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，所述超前斜向预注浆孔(10)的轴线与所述隧道的轴线的夹角大于等于8°小于等于30°。

4.根据权利要求2所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，大倾角的所述超前斜向预注浆孔(10)的长度小于小倾角的所述超前斜向预注浆孔(10)的长度。

5.根据权利要求4所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，每次开挖的隧道长度短于所述超前轴向预注浆孔(20)的长度和小倾角的所述超前斜向预注浆孔(10)在隧道轴线上的投影的长度，预留一段止浆墙(50)。

6.根据权利要求5所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，在所述止浆墙(50)的部位钻设所述超前斜向预注浆孔(10)和所述超前轴向预注浆孔(20)。

7.根据权利要求1所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，相邻两个所述超前斜向预注浆孔(10)的环向间距大于等于0.5米小于等于1米。

8.根据权利要求1所述的适用于富水湿陷性黄土隧道的固化结构，其特征在于，相邻两个所述超前轴向预注浆孔(20)的间距大于等于1米小于等于1.5米。