CN215718802U - 地下隧洞掌子面高压涌水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，它包括设置在隧洞内部的施工排架，所述施工排架的顶部设置有施工平台；所述施工平台上搭载有用于造孔的远程造孔灌浆装置；所述远程造孔灌浆装置在掌子面的涌水孔处加工有涌水孔封堵结构；在掌子面的周边轮廓线往前方围岩向外发散采用帷幕灌浆截水结构。此系统针对隧洞开挖过程中，掌子面涌水问题，采用相应的封堵处理系统对掌子面进行封堵，起到了很好的封堵效果，保证了隧洞施工的顺利进行，同时保证了隧洞施工的安全性，也为后续类似施工提供工程借鉴。

Description

地下隧洞掌子面高压涌水处理系统

技术领域

本实用新型属于隧洞施工技术领域，尤其涉及地下隧洞掌子面高压涌水处理系统。

背景技术

对于隧道工程施工而言，地下水问题不可忽视。在隧道掘进施工中采取必要的措施对地下水进行预报和处理，对隧道的安全、快速施工和正常使用具有十分重要的意义。地下水处理的对策大体上分为两大类，即排水和堵水。实际上，排水和堵水通常相伴出现，因此“堵排结合”是治理隧道施工地下水问题的基本方法。但是在小洞径隧洞中，如果遇到水压大的地下水，大型堵水设备无法使用情况下，堵水工作需要技术及技巧。

本公司在三亚市西水中调施工过程中，其主要将位于宁远河上的大隆水库富余原水通过输水隧洞供给中部净水厂，进而为三亚市区供水的公共基础建设工程，包括取水工程、输水隧洞工程、输水管道工程。因施工需要，除利用永久布置的隧洞进口控制闸竖井、补水支洞、检修洞及隧洞出口作为施工通道外，另设有8条临时施工支洞，其中7#施工支洞与主洞连接桩号为ZD16+941.096，为斜井支洞，采用城门洞形开挖断面。7#支洞控制主洞段下游掌子面桩号ZD17+747钻孔作业时，孔眼（钻头直径42mm，孔眼距离底板高度0.5m）突然出现喷射涌水，喷射距离约7m。

根据当时涌水情况，掌子面单孔涌水量超过400m³/h，涌水压力极大，继续开挖危险性极大，油动或电动造孔设备在洞内都无法作业，小型的风动设备可以在洞内作业；其次由于目前主支洞涌水总量已超过800m³/h，通过计算抽排水所需总用电功率超过800kw，而目前7#支洞箱变总容量仅为900KVA，供电容量已不足以维持继续施工。因此需要采用一定的处理系统进行掌子面堵水作业，并对掌子面周边围岩进行封堵。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，此系统针对隧洞开挖过程中，掌子面涌水问题，采用相应的封堵处理系统对掌子面进行封堵，起到了很好的封堵效果，保证了隧洞施工的顺利进行，同时保证了隧洞施工的安全性，也为后续类似施工提供工程借鉴。

为了实现上述的技术特征，本实用新型的目的是这样实现的：地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，它包括设置在隧洞内部的施工排架，所述施工排架的顶部设置有施工平台；所述施工平台上搭载有用于造孔的远程造孔灌浆装置；所述远程造孔灌浆装置在掌子面的涌水孔处加工有涌水孔封堵结构；在掌子面的周边轮廓线往前方围岩向外发散采用帷幕灌浆截水结构。

所述施工平台的顶部区域设置有防水棚布，所述防水棚布固定在钢筋支架的底端，所述钢筋支架通过多根膨胀螺栓挂钩固定在隧洞的顶部弧形内壁上。

所述远程造孔灌浆装置包括钻爆台车，所述钻爆台车支撑在掌子面隧洞底部上；所述钻爆台车的顶部搭载有气腿钻机，所述气腿钻机的钻头装置通过滚筒支撑在导向架的顶部，所述钻头装置的输出端安装有钻杆。

所述钻头装置通过供风软管与供风管相连，所述供风管与高压气源相连，所述供风管上安装有供风阀门。

所述导向架包括平行布置的第一支撑管和第二支撑管，所述第一支撑管和第二支撑管的两端都分别通过锚杆锚固在隧洞的内侧壁上，所述第一支撑管和第二支撑管之间平行固定有滑杆，所述滚筒滑动支撑在滑杆的顶部。

所述涌水孔封堵结构包括涌水孔注浆孔，所述涌水孔注浆孔的进口部位安装有第一钢套管，所述第一钢套管和涌水孔注浆孔之间包裹有无纺布层，所述第一钢套管的外部端头通过法兰盘连接多根注浆管，所述注浆管上安装有注浆阀门。

所述帷幕灌浆截水结构包括内圈帷幕罐浆结构和外圈帷幕罐浆结构；所述内圈帷幕罐浆结构和外圈帷幕罐浆结构采用相同的结构，所述内圈帷幕罐浆结构包括斜注浆孔，在斜注浆孔的端头部位设置有第二套管；帷幕罐浆时，所述第二套管与灌浆设备相连。

所述外圈帷幕罐浆结构的斜注浆孔倾斜角度为10-14°，所述内圈帷幕罐浆结构的斜注浆孔倾斜角度为6-8°；且外圈斜斜注浆孔的长度大于外圈斜斜注浆孔的长度。

所述内圈帷幕罐浆结构和外圈帷幕罐浆结构施工顺序采用跳孔、间隔施工；一个循环注浆完毕后，开挖采用弱爆破、短进尺开挖一个循环；进行下一个循环开挖前，根据掌子面渗水情况以及超前探孔确定是否需要再次帷幕灌浆，如需要，则按前述方案再进行下一循环注浆面的帷幕灌浆，以此类推。

本实用新型有如下有益效果：

此系统针对隧洞开挖过程中，掌子面涌水问题，采用相应的封堵处理系统对掌子面进行封堵，起到了很好的封堵效果，保证了隧洞施工的顺利进行，同时保证了隧洞施工的安全性，也为后续类似施工提供工程借鉴。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的施工平台主视图。

图2为本实用新型的远程造孔灌浆装置主视图。

图3为本实用新型的远程造孔灌浆装置俯视图。

图4为本实用新型的掌子面正面灌浆布置图。

图5为本实用新型的涌水孔封堵结构图。

图6为本实用新型的注浆管安装布置图。

图7为本实用新型的帷幕灌浆纵断面图。

图8为本实用新型的帷幕灌浆典型断面图。

图中：施工排架1、施工平台2、掌子面3、防水棚布4、隧洞5、膨胀螺栓挂钩6、钻爆台车7、第一支撑管8、滑杆9、钻杆10、钻头装置11、滚筒12、第二支撑管13、气腿钻机14、供风软管15、供风阀门16、供风管17、涌水孔注浆孔18、第一钢套管19、无纺布层20、法兰盘21、注浆管22、注浆阀门23、涌水孔24、帷幕灌浆截水结构25、斜注浆孔26、下一循环注浆面27、外圈帷幕罐浆结构28、内圈帷幕罐浆结构29。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

参见图1-8，地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，它包括设置在隧洞内部的施工排架1，所述施工排架1的顶部设置有施工平台2；所述施工平台2上搭载有用于造孔的远程造孔灌浆装置；所述远程造孔灌浆装置在掌子面3的涌水孔24处加工有涌水孔封堵结构；在掌子面3的周边轮廓线往前方围岩向外发散采用帷幕灌浆截水结构25。通过采用上述结构的高压涌水处理系统能够用于隧洞隧洞开挖过程中，掌子面涌水问题，采用相应的封堵处理系统对掌子面进行封堵，起到了很好的封堵效果，保证了隧洞施工的顺利进行，同时保证了隧洞施工的安全性，也为后续类似施工提供工程借鉴。

之所以设置施工平台2，是因洞内涌水量大，积水深，在掌子面附近增设排水水泵控制水位的同时，还需搭设高出水面的灌浆施工平台，施工平台处的洞顶悬挂防水篷布,施工平台上布置高速注浆泵两台、0.2m³储浆桶两个，浆液搅拌机两台，电子台秤和灌浆材料，为满足连续灌浆要求，灌浆平台上需堆放至少5t水泥，输浆管采用DN32软管连接到用浆点。掌子面附近水深约50~60cm，为满足施工场地无水要求，需采用钢架管、钢筋网安全板等搭设施工平台，在施工平台上堆放注浆材料及摆放注浆设备，施工平台需高出水面至少30cm；其次为避免洞顶渗水影响，施工平台上方需悬挂防水篷布覆盖。

进一步的，所述施工平台2的顶部区域设置有防水棚布4，所述防水棚布4固定在钢筋支架的底端，所述钢筋支架通过多根膨胀螺栓挂钩6固定在隧洞5的顶部弧形内壁上。通过上述的防水棚布4能够保证作业过程中，施工平台顶部不会漏水。

进一步的，所述远程造孔灌浆装置包括钻爆台车7，所述钻爆台车7支撑在靠近掌子面隧洞底部；所述钻爆台车7的顶部搭载有气腿钻机14，所述气腿钻机14的钻头装置11通过滚筒12支撑在导向架的顶部，所述钻头装置11的输出端安装有钻杆10。之所以采用上述的远程造孔灌浆装置，是为防止突发性高强水压顶推钻杆造成人员伤害，采用导向架安装气腿钻进行造孔，操作人不直接操作手风钻，通过供风管上的供风阀门16控制钻机进行钻孔。采用两根DN108钢管和插入两侧壁围岩的钢筋作为导向架。

进一步的，所述钻头装置11通过供风软管15与供风管17相连，所述供风管17与高压气源相连，所述供风管17上安装有供风阀门16。提供过上述装置能够实现远程凿孔。

进一步的，所述导向架包括平行布置的第一支撑管8和第二支撑管13，所述第一支撑管8和第二支撑管13的两端都分别通过锚杆16锚固在隧洞5的内侧壁上，所述第一支撑管8和第二支撑管13之间平行固定有滑杆9，所述滚筒12滑动支撑在滑杆9的顶部。通过上述的导向架能够用于对钻杆进行导向，进而便于实现后续帷幕灌浆过程中，进行斜孔凿孔。

进一步的，所述涌水孔封堵结构包括涌水孔注浆孔18，所述涌水孔注浆孔18的进口部位安装有第一钢套管19，所述第一钢套管19和涌水孔注浆孔18之间包裹有无纺布层20，所述第一钢套管19的外部端头通过法兰盘21连接多根注浆管22，所述注浆管22上安装有注浆阀门23。

在涌水孔封堵结构施工过程中，采用气腿钻进行造孔，开孔孔径DN75mm，孔深1.5m，孔口插入1m长DN60第一钢套管19，外露约20cm，在外漏的套管口焊上法兰盘21、注浆阀门23，连接注浆管进行双液注浆，通过速凝水泥浆液封闭套管与孔壁之间的缝隙，待水泥浆液达到一定强度后取下连接法兰头，改用DN42钻头从DN60套管内钻设注浆孔至设计孔深或涌水层。

进一步的，所述帷幕灌浆截水结构25包括内圈帷幕罐浆结构29和外圈帷幕罐浆结构28；所述内圈帷幕罐浆结构29和外圈帷幕罐浆结构28采用相同的结构，所述内圈帷幕罐浆结构29包括斜注浆孔26，在斜注浆孔26的端头部位设置有第二套管25；帷幕罐浆时，所述第二套管25与灌浆设备相连。

帷幕灌浆钻孔按设计要求的孔距施工，孔位偏差严格控制在10cm以内，对于现场涌水压力较大的区域可适当加密孔距。采用跳孔施工，每个钻孔注浆完毕后在进行下一孔施工。钻孔过程中如果涌水突然增大，应停止钻孔，先进行灌浆施工，待水泥浆达到设计强度后再从套管内继续钻孔至设计孔深。

进一步的，所述外圈帷幕罐浆结构28的斜注浆孔倾斜角度为10-14°，所述内圈帷幕罐浆结构29的斜注浆孔倾斜角度为6-8°；且外圈斜斜注浆孔的长度大于外圈斜斜注浆孔的长度。

进一步的，所述内圈帷幕罐浆结构29和外圈帷幕罐浆结构28施工顺序采用跳孔、间隔施工；一个循环注浆完毕后，开挖采用弱爆破、短进尺开挖一个循环；进行下一个循环开挖前，根据掌子面渗水情况以及超前探孔确定是否需要再次帷幕灌浆，如需要，则按前述方案再进行下一循环注浆面27的帷幕灌浆，以此类推。

实施例2：

本实用新型处理系统的施工总体程序：

首先，对掌子面主要出水点进行堵水注浆，封堵完毕后再从周边轮廓线往前方围岩向外发散做帷幕灌浆截水，接着通过超前探孔探明前方已无涌水后，采用短进尺（小于帷幕灌浆段长度的一半）、弱爆破开挖。每开挖一个循环做一次超前探孔，如再次出现涌水，则再进行一次超前帷幕灌浆，以此循环直至度过此富水段。

注浆具体流程为：

注浆孔准备（搭设施工平台、预埋套管、灌浆设备和材料准备、增加抽排水能力）→从预埋套管内钻注浆孔→套管连接阀门及注浆管→关闭阀门连接注浆泵→进行压水测试确定水压力→调整注浆机压力→拌制水泥浆开始高压注浆→达到设计要求后停止注浆，关闭注浆阀门→封孔→检查效果→进行下一孔施工。

注浆孔需分多次成孔，第一次钻孔孔深约1.2m，孔径75mm，插入外包无纺布的套管后注入水泥-水玻璃速凝浆液封闭管外壁与孔壁之间的缝隙，待达到强度后从套管内用气腿钻继续钻进直到基岩裂隙水汇水带，注浆后再钻到设计孔深。

堵水灌浆采用“小口径、孔口封闭、自下而上、孔间循环”的施工方法。对掌子面一般的出水孔直接安装注浆管进行压入式灌浆，因右下角最大出水点水压过大，无法直接扩孔安装注浆管，需事前在周边区域1m范围钻DN75泄压孔，钻孔需缓慢进行，时刻注意孔内水量及水压情况，出现水量时立即停止钻孔，安装DN60套管及闸阀控制涌水量，然后直接对该泄压孔进行注浆，如注浆过程中发现从原涌水点串浆，则加入一定比例水泥-水玻璃浆液，加速水泥浆在裂隙中凝结速度，尽量减小大量串浆漏浆影响注浆效果。此类泄压孔需布置多个并依次注浆封堵，直至原涌水孔水压力降低至满足扩孔要求。

涌水孔扩孔完毕安装好钢套管后，为防止注浆堵水过程中注浆管被水压冲出脱落，需对注浆管进行加固。具体加固措施为：在已安装的注浆管周边钻设数根φ22锚杆，锚杆深入围岩至少1m，外露长度大约30cm，焊接横向钢筋，使锚杆端头与注浆管牢固连接，然后安装模板浇筑混凝土。

掌子面各出水点堵水完毕后，根据堵水效果开始掌子面周边围岩的帷幕灌浆施工，帷幕灌浆孔沿周边轮廓布设两排，外侧注浆孔沿周边开挖线按照1m间距布置，采用气腿钻钻孔，外插角约12°，孔深6m；内排注浆孔从轮廓线向内收缩0.5m布置，孔距0.5m，外插角约8°，孔深4m。施工顺序采用跳孔、间隔施工，具体施工布孔图见附件。

帷幕灌浆采用跳孔施工，钻孔应缓慢进行，过程中出现涌水后，立即停止钻孔，在已完成的灌浆孔内安装注浆管直接进行灌浆，堵水完毕后再从原来预埋套管的注浆重新钻孔至设计孔深后，再一次性注浆完成单个孔施工。

一个循环注浆完毕后，开挖采用弱爆破、短进尺开挖一个循环。进行下一个循环开挖前，根据掌子面渗水情况以及超前探孔确定是否需要再次帷幕灌浆，如需要，则按前述方案再进行一个循环帷幕灌浆，以此类推。

Claims (9)

1.地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于，它包括设置在隧洞内部的施工排架（1），所述施工排架（1）的顶部设置有施工平台（2）；所述施工平台（2）上搭载有用于造孔和注浆堵水的远程造孔灌浆装置；所述远程造孔灌浆装置在掌子面（3）的涌水孔（24）处加工有涌水孔封堵结构；在掌子面（3）的周边轮廓线往前方围岩向外发散采用帷幕灌浆截水结构（25）。

2.根据权利要求1所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述施工平台（2）的顶部区域设置有防水棚布（4），所述防水棚布（4）固定在钢筋支架的底端，所述钢筋支架通过多根膨胀螺栓挂钩（6）固定在隧洞（5）的顶部弧形内壁上。

3.根据权利要求1所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述远程造孔灌浆装置包括钻爆台车（7），所述钻爆台车（7）支撑在掌子面隧洞底部上；所述钻爆台车（7）的顶部搭载有气腿钻机（14），所述气腿钻机（14）的钻头装置（11）通过滚筒（12）支撑在导向架的顶部，所述钻头装置（11）的输出端安装有钻杆（10）。

4.根据权利要求3所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述钻头装置（11）通过供风软管（15）与供风管（17）相连，所述供风管（17）与高压气源相连，所述供风管（17）上安装有供风阀门（16）。

5.根据权利要求3所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述导向架包括平行布置的第一支撑管（8）和第二支撑管（13），所述第一支撑管（8）和第二支撑管（13）的两端都分别通过锚杆（16）锚固在隧洞（5）的内侧壁上，所述第一支撑管（8）和第二支撑管（13）之间平行固定有滑杆（9），所述滚筒（12）滑动支撑在滑杆（9）的顶部。

6.根据权利要求3所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述涌水孔封堵结构包括涌水孔注浆孔（18），所述涌水孔注浆孔（18）的进口部位安装有第一钢套管（19），所述第一钢套管（19）和涌水孔注浆孔（18）之间包裹有无纺布层（20），所述第一钢套管（19）的外部端头通过法兰盘（21）连接多根注浆管（22），所述注浆管（22）上安装有注浆阀门（23）。

7.根据权利要求1所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述帷幕灌浆截水结构（25）包括内圈帷幕罐浆结构（29）和外圈帷幕罐浆结构（28）；所述内圈帷幕罐浆结构（29）和外圈帷幕罐浆结构（28）采用相同的结构，所述内圈帷幕罐浆结构（29）包括斜注浆孔（26），在斜注浆孔（26）的端头部位设置有第二套管（25）；帷幕罐浆时，所述第二套管（25）与灌浆设备相连。

8.根据权利要求7所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述外圈帷幕罐浆结构（28）的斜注浆孔倾斜角度为10-14°，所述内圈帷幕罐浆结构（29）的斜注浆孔倾斜角度为6-8°；且外圈斜斜注浆孔的长度大于外圈斜斜注浆孔的长度。

9.根据权利要求7所述地下隧洞掌子面高压涌水处理系统，其特征在于：所述内圈帷幕罐浆结构（29）和外圈帷幕罐浆结构（28）施工顺序采用跳孔、间隔施工；一个循环注浆完毕后，开挖采用弱爆破、短进尺开挖一个循环；进行下一个循环开挖前，根据掌子面渗水情况以及超前探孔确定是否需要再次帷幕灌浆，如需要，则按前述方案再进行下一循环注浆面的帷幕灌浆，以此类推。

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