一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法

本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法。

背景技术：

随着我国基础交通建设规模不断扩大，交通隧道的数量和里程数逐年增长。我国幅员辽阔，在隧道工程建设过程中，不可避免的穿越各种不良复杂地层，再加上地下水的共同作用，给隧道工程建设带来了巨大的挑战，稍有不慎极易诱发施工灾害。其中，在富水地区众多的隧道建设中，由地质构造运动、风化和溶蚀等一系列原因引起碎裂岩体带来的施工问题较为突出，因其往往具有高水压、岩体破碎等特点，若施工中采用的施工方法不恰当，则会导致掌子面失稳、围岩坍塌和涌突水等危害，甚至造成更为严重的人员伤亡和经济损失。

中国发明专利cn108952732a公开了一种适用于富水断层破碎带大断面隧道的开挖施工方法，通过两个侧导洞将掌子面划分为7部分进行开挖，该方法虽然能有效保障施工安全，但是没有设置排水方法，并且开挖工序较多，建设工期长、经济性欠缺。中国发明专利cn101798930a公开了一种隧道高压富水断层的快速施工方法，通过增设泄水支洞对富水区域进行逐级降压引排水，对正洞进行精确跟踪注浆加固，然后对隧道进行快封快挖，该方法虽然能保证高效排水和施工效率，但是由于增设泄水支洞，在一定程度上增大施工风险和增加施工成本。根据以上发明可知，目前富水碎裂岩体地区采用的施工方法仍存在工序复杂、排水能力差和建设成本高等问题。

本发明公开涉及一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法，主要适用于隧道穿越富水碎裂岩体地层的围岩稳定控制和开挖施工。该方法可实现快速稳定的排水降压，动态观测围岩中地下水压力、水量等情况，可准确把握施工开挖时机，物探与钻探相结合，提高了超前地质预报的准确性，为施工安全提供安全保障，同时施工步序简单，具有较强的适用性和经济性。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法，可迅速实现排水降压和稳定碎裂岩体，有效降低施工风险，保障隧道施工安全。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法，包括依次进行的如下步骤：

a、超前地质预报，隧道穿越富水碎裂岩体施工时，通过地质预报探测掌子面前方围岩的破碎程度和地下水分布状况；

b、超前小导管预加固，根据超前地质预报的结果，通过超前小导管注浆形成注浆层，对掌子面上方围岩进行超前支护；

c、在掌子面附近沿隧道径向打设径向小导管，用于排出隧道洞周的地下水；

d、在隧道两侧墙脚处分别向掌子面前方打设超前钻孔，所述超前钻孔一方面作为排水孔，排出掌子面前方地下水，另一方面作为地质预报钻孔；

e、通过径向小导管向岩体内注浆形成加固圈，加固隧道周边碎裂岩体，封堵地下水渗流路径。

进一步的，在步骤e之后还包括步骤：

f、隧道掘进开挖，封堵墙脚排水钻孔，通过控制爆破进行爆破开挖，并进一步施作隧道支护结构。

g、信息化施工，采取监控量测手段，实时监测隧道岩体的变形状况，通过信息反馈调整施工方案并指导施工现场。

优选的，所述超前地质预报是采用地质雷达地质预报法探测掌子面前方20～25m内的围岩状况，结合探测资料获取掌子面前方地层信息，预测地下水的赋存形式、位置和规模，所述地层信息包括岩体破碎情况和节理裂隙。

优选的，所述超前小导管预加固包括；在隧道拱部120°～180°的范围施作超前小导管注浆，超前小导管的直径为30～50mm，环向间距30cm，超前小导管的长度为3～5m，外插角10°～15°，超前小导管搭接长度为1m，通过超前小导管注浆形成注浆圈。

优选的，步骤c中，在隧道墙脚及以上范围钻孔均匀施作径向小导管，径向小导管直径为50mm，长度为3～5m，环向间隔为0.3m，纵向间隔为2.2m。

优选的，步骤d中，所述排水孔起始位置位于隧道两侧墙脚，排水孔最前端位于隧道轮廓线外3～5m，排水孔的直径为150～225mm，根据物探得到的地下水情况选择适当钻孔直径，钻孔长度为30m。

优选的，在步骤e中，当径向小导管的排水量明显减小，流量趋于稳定，且所有径向小导管的排水量的累计不超过30l/min时，开始通过径向小导管向岩体内注浆。

进一步优选的，通过径向小导管向岩体内注浆的浆液采用1：1水泥浆，水泥采用c25及以上等级混凝土，注浆压力比渗水压力大0.5mpa，优选比渗水压力大0.5～1mpa，单个径向小导管的进浆量小于20l/min时停止注浆。

优选的，步骤f中，当两个排水孔的累计排水量减少至10～30l/min且流量稳定后，注浆封排水孔，开始采用控制爆破进行隧道开挖，开挖进尺不超过2m。

优选的，在步骤g中，每完成2次开挖进尺布置一个监控断面，在监控断面的拱脚和拱顶设置可靠的监测点，实时监测隧道围岩收敛和拱顶沉降，测量频率3～5次/天；当围岩变形速率v＜0.2mm/d时，继续施工；当围岩变形速率持续大于0.2mm/d时，停止施工。

本发明的有益效果如下：

一、本发明设置的径向小导管，前期作为排水孔，可降低掌子面周围的水压，也可掌握水压力变化，后期作为注浆孔，通过注浆加固碎裂岩体，控制围岩的稳定性，实现一孔多用，充分发挥钻孔的功能；

二、本发明在富水碎裂岩体地区施工时，排水方式多样，有径向排水措施，也设置有掌子面前方排水措施，通过多路径排水可快速实现排水降压，保护掌子面稳定；

三、本发明在隧道开挖阶段，前期在掌子面设置的超前排水孔可以为爆破施工提供临空面，有助于提高爆破速度和爆破质量，同时爆破裂隙有利于地下水向墙脚排水孔汇聚，排出洞外；

四、本发明掌子面的超前水平钻孔除了具有排水降压功能，还可以通过钻孔岩芯情况判断地层信息，与该发明采用的物探相互印证，为隧道施工提供更准确的地质预报；

五、本发明首先对掌子面进行短距离精确超前地质预报，揭示掌子面前方围岩和地下水状况，然后才去超前小导管注浆预加固掌子面上方岩体，进一步通过径向小导管和掌子面超前钻孔进行排水，进而完成隧道开挖。该方法可快速排水、工序简单，避免了增设排水支洞等常规措施，施工安全性有保障，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明施工流程图；

图2是隧道纵断面及施工各组成部分示意图；

图3是隧道横断面及径向排水小导管、墙脚排水孔布置图。

图中：1-超前小导管、2-超前小导管注浆层、3-径向小导管、4-排水孔、5-径向小导管注浆层、6-隧道支护结构。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明了，以下将结合本发明的附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1，一种适用于富水碎裂岩体的隧道施工方法，包括如下步骤：

1)隧道穿越富水碎裂岩体施工时，通过超前地质预报探测掌子面前方围岩的破碎程度和地下水分布状况；

2)为防止掌子面碎裂岩体发生失稳坍塌，通过超前小导管注浆形成注浆层2，对掌子面上方围岩进行超前支护；

3)为降低掌子面附近水压，在掌子面附近沿施作隧道径向小导管3，用于排出隧道洞周的地下水，实现排水降压；

4)在隧道两侧墙脚处分别向掌子面前方打设超前钻孔，一方面作为排水孔4，排出掌子面前方地下水，降低掌子面前方水压；另一方面作为地质预报钻孔，提高超前地质预报的准确性；

5)径向小导管排水一段时间后，沿小导管向岩体内注浆形成加固圈5，加固隧道周边碎裂岩体，封堵地下水渗流路径；

6)隧道掘进开挖。当隧道墙脚两个排水钻孔排水量均明显减小且流量恒定时，立即封堵墙脚排水钻孔，通过控制爆破进行爆破开挖，进一步施作隧道支护结构6；

7)信息化施工。采取监控量测手段，实时监测隧道岩体的变形状况，通过信息反馈调整设计并指导施工现场。

请参阅图2和图3，在隧道拱部120°～180°的范围为施作超前小导管注浆，直径为30～50mm，环向间距30cm，长度为3～5m，外插角10°～15°，小导管1搭接长度为1m，通过超前小导管注浆形成注浆圈2，加固碎裂岩体、封堵地下水。

进一步，在隧道墙脚及以上范围钻孔均匀施作径向小导管3，小导管直径为50mm，长度为3～5m，钻孔环向距离为0.3m，纵向距离为2.2m。

进一步，通过钻孔设备打设排水孔4，排水孔起始位置位于隧道两侧墙脚，排水孔最前端位于隧道轮廓线外3～5m。钻孔直径为150～225mm，根据物探得到的地下水情况选择适当钻孔直径，钻孔长度为30m。当径向排水小导管3排水量明显减小流量趋于稳定，且所有排水小导管累计排水量不超过30l/min，即可通过小导管向岩体进行注浆，浆液可采用1：1水泥浆，水泥采用c25及以上等级混凝土；径向注浆压力比渗水压力大0.5mpa，一般为0.5～1mpa；单孔进浆量小于20l/min时可停止注浆。当两个排水孔的累计排水量明显减小(10～30l/min)且流量稳定后，可通过注浆封排水孔，开展后续施工环节。

本发明不局限于以上实施方式，同时还可有诸多其它实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。