地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，尤其涉及一种加固深埋隧道的施工方法。

背景技术：

随着铁路建设规模日益扩大，高速铁路隧道越来越多。注浆工艺是隧道及地下工程施工中处理软弱围岩和富水地层的重要辅助方法，但传统注浆工法选择上，埋深超过30米的隧道施工如遇到上述地质问题时，大多以洞内水平方向超前注浆为主，主要原因是考虑地表注浆孔超过30米以后，有效注浆效果范围的可控性问题和深孔成孔的难度问题。但洞内超前注浆工艺必然是“注浆一段、开挖一段、预留一段”的设计施工工序，掌子面都是单工序作业，耗时较长，隐形成本很高。

如中国专利申请第201720108627.8号公开的一种深埋盾构隧道充填注浆的布置结构，其在地面上等间距钻有第一序钻孔和第二序钻孔，所述的第一序钻孔和第二序钻孔相间布置，在第一序钻孔和第二序钻孔上均预先跟有钢套管，所述的钢套管伸入到位于地面以下的盾构管片的管壁中，在所述的钢套管内下放套管，在所述的套管的尾部内安装有注浆塞，注浆管伸入到所述的套管内，且尾部伸入至盾构管片内。但是，该深埋盾构隧道充填注浆的布置结构依然存在以下缺点或不足：(1)、针对的是埋深在18～27米的隧道，并不适合埋深超过30米的隧道；(2)、针对的是既有隧道的修复加固，无法实现注浆加固与隧道开挖同步进行。

又如中国专利申请201110260206.4号公开的一种隧道高压富水溶腔加筋注浆工艺方法，在隧道工作面前方需加固范围采用前进式分段注浆方式进行钻孔、注浆加固；注浆结束后，利用地质钻机在原注浆孔孔位进行锚杆孔钻设，洗孔，将玻璃纤维锚杆下入锚杆孔内，进行注浆施工。本发明通过注浆固结体内加设玻璃纤维锚杆与土(砂)体构成空间网状结构体，充分发挥玻璃纤维锚杆在此体系中强抗剪、切及抗拉作用。但是该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、该方法并不适合于与隧道开挖同步进行，施工过程为掌子面单工序作业，耗时较长；(2)、注浆材料需要添加玻璃纤维锚杆，成本较高。

因此，提供一种可实现注浆加固与隧道开挖同步进行的适合隧道深埋段的地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法成为业内急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法(简称ddd工法)，其通过采用地表定向大口径深孔注浆技术，使得深埋隧道也能选择地表注浆加固方案，实现注浆加固与隧道开挖同步进行，从而提高软岩隧道的挖掘进度围岩稳定性，降低施工成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法，包括：(1)、确定待挖隧道洞体的轮廓线，定位出由待挖隧道洞体的隧底所在平面形成的底面；(2)、设定位于待挖隧道洞体的拱顶上方4～5米且平行于底面的所在平面为第一平面，设定位于待挖隧道洞体的拱顶下方5～6米且平行于底面的所在平面为第二平面，设定位于待挖隧道洞体的轮廓线的左侧3～5米且垂直于底面的所在平面为第三平面，设定位于待挖隧道洞体的轮廓线的右侧3～5米且垂直于底面的所在平面为第四平面，设定贴合于待挖隧道洞体的轮廓线的左侧且垂直于底面的所在平面为第五平面，设定贴合于待挖隧道洞体的轮廓线的右侧且垂直于底面的所在平面为第六平面；(3)、沿待挖隧道洞体的横向方向自第三平面至第四平面之间，于待挖隧道洞体的拱顶上方的地表处向下垂直钻孔，间隔设定出若干个垂直于底面的垂直注浆孔，每个垂直注浆孔之间相距1～2米，其中，位于第五平面及第六平面之间的垂直注浆孔设定为第一类垂直注浆孔，第一类垂直注浆孔的末端抵顶于第二平面，位于第三平面与第五平面之间的垂直注浆孔设定为第二类垂直注浆孔，位于第四平面与第六平面之间的垂直注浆孔设定为第三类垂直注浆孔，第二类垂直注浆孔的末端及第三类垂直注浆孔的末端均抵顶于待挖隧道洞体的底面；以及(4)、在垂直注浆孔中依次分节下放袖阀管至垂直注浆孔的末端后，在袖阀管与垂直注浆孔之间注入配置好的套壳料；利用注浆芯管对袖阀管进行地表定向注浆，其中，在地表定向注浆过程中，第一类垂直注浆孔内的注浆段设定为自第一平面至第二平面之间的范围，第二类垂直注浆孔内的注浆段及第三类垂直注浆孔内的注浆段设定为自第一平面至底面之间的范围。

可选择地，垂直注浆孔的孔径设定为150～220毫米。

可选择地，在步骤(3)的钻孔过程中，选择套管作为钻孔外侧防护随钻杆跟进打入以防止破坏钻孔。

可选择地，在步骤(4)中，在袖阀管与垂直注浆孔之间注入配置好的套壳料之前，还包括起拔套管的步骤。

可选择地，套壳料由水、铝酸盐水泥以及粘土混合配制得到，其中水、铝酸盐水泥、粘土的重量比例为(1.5～1.6):1:(1.5～2)。

可选择地，在袖阀管的直径为70～80毫米。

可选择地，在步骤(4)中，地表定向注浆采取分段后退式注浆工艺，注浆分段步距设定为60～120厘米。

可选择地，在步骤(4)中，地表定向注浆的起始压力设定为2～3兆帕，地表定向注浆的终止压力设定为6～7兆帕。

可选择地，在步骤(4)中，地表定向注浆的注浆液包括：硅酸盐水泥、石英砂、分散剂、以及缓凝剂混合配制得到，其中硅酸盐水泥、石英砂、分散剂、以及缓凝剂的配比按重量计比例为硅酸盐水泥20％～60％、石英砂4～15％、分散剂0.5％～1％、缓凝剂0.1％～0.5％。

可选择地，分散剂为聚羧酸减水剂，缓凝剂为柠檬酸。

优选地，在地表定向注浆过程中，注浆工艺设定为跳孔注浆且跳孔距离逐渐增大。

可选择地，待挖隧道洞体的埋深超过30米，垂直注浆孔的深度可达到120米，待挖隧道洞体的月进尺最快可达到80米。

本发明的有益效果是：(1)、可以达到注浆加固与隧道开挖同步进行，不仅节省了工时，而且有效提高了围岩的稳定性；(2)、对于深埋隧道亦可进行垂直注浆加固，降低了注浆难度，提高了注浆加固速度；(3)、地表定向注浆过程中针对不同深度的岩体采用不同的注浆压力，从而有效确保浆液扩散范围与注浆填充效果，保证注浆范围，避免浆液上串，进而提高岩体密实度，增强其整体性，提高围岩稳定性高。

附图说明

图1示出了本发明的地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法的流程图。

图2示出了本发明的的地表定向注浆的纵向示意图。

具体实施方式

接下来参照附图具体描述本发明的地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法。

首先，为了加快施工进度，需要超前探明地质条件，接着如图1所示，在步骤s1中，确定待挖隧道洞体的轮廓线q(如图2所示)，定位出由待挖隧道洞体的隧底所在平面形成的底面l。

在步骤s2中，设定位于待挖隧道洞体的拱顶上方4.5米且平行于底面l的所在平面为第一平面s1，设定位于待挖隧道洞体的拱顶下方6米且平行于底面l的所在平面为第二平面s2，设定位于待挖隧道洞体的轮廓线q的左侧4米且垂直于底面l的所在平面为第三平面s3，设定位于待挖隧道洞体的轮廓线q的右侧4米且垂直于底面l的所在平面为第四平面s4，设定贴合于待挖隧道洞体的轮廓线q的左侧且垂直于底面l的所在平面为第五平面s5，设定贴合于待挖隧道洞体的轮廓线q的右侧且垂直于底面l的所在平面为第六平面s6(如图2所示)。

然后，在步骤s3中，沿待挖隧道洞体的横向方向自第三平面s3至第四平面s4之间，于待挖隧道洞体的拱顶上方的地表处向下垂直钻孔，采用全站仪、钢尺等工具间隔设定出若干个垂直于底面的垂直注浆孔，每个垂直注浆孔之间相距1.5米，每个垂直注浆孔的孔径为200毫米。

为了既满足加固需要又可节约注浆液，对不同位置的垂直注浆孔的深度进行不同的限定。其中，位于第五平面s5及第六平面s6之间的垂直注浆孔设定为第一类垂直注浆孔，第一类垂直注浆孔的末端抵顶于第二平面s2，位于第三平面s3与第五平面s5之间的垂直注浆孔设定为第二类垂直注浆孔，位于第四平面s4与第六平面s6之间的垂直注浆孔设定为第三类垂直注浆孔，第二类垂直注浆孔的末端及第三类垂直注浆孔的末端均抵顶于待挖隧道洞体的底面l。

接着，在步骤s4中，在垂直注浆孔中依次分节下放直径为80毫米的袖阀管至垂直注浆孔的末端后，在袖阀管与垂直注浆孔之间注入配置好的套壳料，利用注浆芯管对袖阀管进行地表定向注浆，其中，在地表定向注浆过程中，第一类垂直注浆孔内的注浆段设定为自第一平面s1至第二平面s2之间的范围，第二类垂直注浆孔内的注浆段及第三类垂直注浆孔内的注浆段设定为自第一平面s1至底面l之间的范围。

在该非限制性实施方式中，对垂直注浆孔进行钻孔时，采用地质钻机按标出的孔位垂直于地面进行钻孔，形成直径为150～220毫米的垂直注浆孔。

垂直注浆孔的钻孔完成后先退钻杆，在垂直注浆孔中分节放下直径75毫米的钢质袖阀管至垂直注浆孔的末端。随后，利用注浆芯管对钢性袖阀管进行注浆。

作为一种非限制实施方式一，在步骤s1之前，还包括对需要注浆区域进行地质勘测探明地质条件，根据地质条件选择套管作为钻孔外侧防护随钻杆跟进打入以防止钻孔破坏。选择套管跟进打入，进一步包括在袖阀管安设完成后、注入套壳料封孔前起拔套管。

在该非限制性实施方式中，地表定向注浆的起始压力设定为2～3兆帕，地表定向注浆的终止压力设定为6～7兆帕。

作为一种非限制实施方式二，套壳料由水、铝酸盐水泥以及粘土混合配制得到，其中水、铝酸盐水泥、粘土的重量比例为1.5:1:1.5，从而对垂直注浆孔的孔壁进行防护，防止发生塌孔情况。

作为一种非限制实施方式三，在地表定向注浆过程中，每个垂直注浆孔在进行注浆时采取分段后退式注浆工艺，即在注浆段内由末端进行注浆，每次注浆段长控制为0.6～1.2米，注完第一注浆段后，后退注浆芯管，进行第二注浆段的注浆，以此下去，直至完成注浆段注浆。注浆过程对注浆液进行凝胶时间的测定，确保注浆施工效果。

在完成一个垂直注浆孔的注浆工作后，本发明采用跳孔注浆方式，即先进行单序孔注浆，再进行双序孔袖阀管补充注浆。同时，为了防止出现串浆的情况，在进行跳空注浆时，控制跳孔的距离逐步加大，同时采取定量注浆以控制单孔注浆量的措施，从而防止串浆情况的发生。

作为一种非限制实施方式四，地表定向注浆的注浆液包括：硅酸盐水泥、石英砂、分散剂、以及柠檬酸混合配制得到，其中硅酸盐水泥、石英砂、聚羧酸减水剂、以及柠檬酸的配比按重量计比例为硅酸盐水泥20％～60％、石英砂4～15％、聚羧酸减水剂0.5％～1％、柠檬酸0.1％～0.5％。

经本发明的地表定向大口径深孔注浆的隧道施工方法之后，注浆后的地层被浆液有效地填充、挤密和劈裂，地层达到了止水和加固的双重目的，稳定性得到了极大的提高，有效地控制了沉降，初支变形得到了控制，隧道开挖速度明显提升，注浆饱满，浆液填充密实。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。