冰碛层隧道超前预加固方法与流程

1.本发明涉及一种隧道加固方法，尤其是冰碛层隧道超前预加固方法。


背景技术：

2.冰碛层为冰川作用所携带、搬运的泥砂和岩石碎块，在冰川消退以后留在原地并沉积形成的特殊地层，又称冰川沉积层，过去常称为泥砾层。
3.冰碛层颗粒细小、含泥量高，且存在高水头承压水的冰碛层地段，是冰碛层施工难度最大的，该段落易发生涌水、突泥，安全风险大；开挖过程中，由于周边围岩存在较大水压，可能造成初支大变形等情况；采用帷幕注浆施工时，不易达到预期效果。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种能够加固效果好、工艺可靠的冰碛层隧道超前预加固方法，具体技术方案为：
5.冰碛层隧道超前预加固方法，包括以下步骤：浇注止浆墙；钻机就位并定孔位；钻孔安装孔口管；跟管钻进、套管跟至设计深度；套管内插入袖阀管；拔出钢套管；袖阀管插入注浆芯管；制备浆液并从孔底分段后退式注浆；注浆结构检查；开挖支护；二次初砌。
6.进一步的，所述袖阀管内插入注浆芯管时注浆芯管设双止浆塞。
7.进一步的，注浆前进行压水试验：压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取净水压力的1.5～2.0倍，试验时每间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10％，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。
8.进一步的，注浆前进行钻孔冲洗：冲孔方式采用压力骤升骤减的放水方式，冲洗结束的标准为：出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗时间不低于30min。
9.进一步的，浆液为水泥浆液和水泥水玻璃双液，所述水泥浆液的水灰比为 0.6:1～1:1，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥细度不大于80um；所述水泥水玻璃双液的水玻璃波美度be＝40，模数为2.4～3.0，水玻璃浆液＝1:0.8。
10.进一步的，制浆时，设置搅拌储浆桶两台，搅拌储浆桶的容量1m3，储浆桶上装有依次连接的立式电动机、摆线针轮式减速器和搅拌轴，储浆桶的外侧设不少于两个的取浆口，取浆时使用1
×
1mm网筛过滤，过滤后进入叶片立式搅拌机进行二次搅拌。
11.进一步的，注浆时当注浆孔涌水量小于30l/min，选用纯水泥浆或水泥+水玻璃浆液；当注浆孔涌水量在30～200l/min范围内，选用凝胶时间为4～6min 的浆液；当注浆孔涌水量大于200l/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。
12.进一步的，注浆时的注浆顺序：先注外圈，后注内圈，先稀后密，由下而上间隔施作。
13.进一步的，止浆墙采用c30混凝土浇筑。
14.与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
15.本发明提供的冰碛层隧道超前预加固方法加固效果好，工艺可靠，并且能适用冰碛层、富水粉细砂地层、黄土、泥岩、破碎带和其它软岩地层。
附图说明
16.图1是冰碛层隧道超前预加固方法的流程图；
17.图2是注浆方式的示意图。
具体实施方式
18.现结合附图对本发明作进一步说明。
19.如图1和图2所示，冰碛层隧道超前预加固方法，包括以下步骤：浇注止浆墙；钻机就位并定孔位；钻孔安装孔口管；跟管钻进、套管跟至设计深度；套管内插入袖阀管；拔出钢套管；袖阀管插入注浆芯管；制备浆液并从孔底分段后退式注浆；注浆结构检查；开挖支护；二次初砌。
20.袖阀管内插入注浆芯管时注浆芯管设双止浆塞。
21.注浆前进行压水试验：
22.压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取净水压力的1.5～2.0倍，试验时每间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10％，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。
23.压水试验的目的是为了了解注浆孔各注浆段岩层的富水性、透水性，以确定浆液配比。预估浆液消耗量及材料用量。
24.注浆前进行钻孔冲洗：
25.冲孔方式采用压力骤升骤减的放水方式，冲洗结束的标准为：出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗时间不低于30min。
26.决定钻进孔段需注浆时，必须立即进行钻孔冲洗工作，钻孔冲洗的目的是清除钻孔中的残存岩粉，岩石裂隙中所填充的粘土杂质等物。
27.浆液为水泥浆液和水泥水玻璃双液，所述水泥浆液的水灰比为0.6:1～1:1，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥细度不大于80um；
28.水泥水玻璃双液的水玻璃波美度be＝40，模数为2.4～3.0，水玻璃浆液＝1:0.8。
29.制浆时，设置搅拌储浆桶两台，搅拌储浆桶的容量1m3，储浆桶上装有依次连接的立式电动机、摆线针轮式减速器和搅拌轴，储浆桶的外侧设不少于两个的取浆口，取浆时使用1
×
1mm网筛过滤，过滤后进入叶片立式搅拌机进行二次搅拌。
30.注浆时当注浆孔涌水量小于30l/min，选用纯水泥浆或水泥+水玻璃浆液；当注浆孔涌水量在30～200l/min范围内，选用凝胶时间为4～6min的浆液；当注浆孔涌水量大于200l/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。
31.注浆时的注浆顺序：先注外圈，后注内圈，先稀后密，由下而上间隔施作。
32.单孔注浆结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；注浆结束时的进浆量小于20l/min。注浆全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；注浆后涌水量小于1m3/m
·
d；浆液有效注入范围值大于设计值。
33.注浆过程中的技术措施：
34.a.注浆前在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆液填充量、注浆量、浆液配比、凝结时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
35.b.一个孔段的注浆作业一般应连续进行直到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实行间歇注浆、制止串浆冒浆等有意中断，则应先扫孔至原设计深度后进行复注。
36.c.注浆顺序由外向内、同一圈孔间隔施工。
37.d.岩层破碎容易造成坍孔时，采用前进式注浆，否则采用后退式注浆。
38.e.当注浆中断时间超过浆液凝胶时间时，应在浆液凝胶之前把浆液从注浆管路系统中排出，用清水冲洗干净，查明中断原因，排除故障，处理好后再恢复注浆。
39.f.为防止浆液中混入纸片及水泥硬块杂物堵塞管路，在搅拌桶进口及出口处设置过滤筛或过滤网。
40.g.注浆过程中，必须注意观察注浆压力和吸浆量的变化情况，当出现异常时，应立即检查并及时处理。
41.h.注浆中出现注浆压力突然下降、流量增大，属跑浆或超扩散，可采用缩短凝胶时间，增大浆液浓度或采用低压、间歇注浆方法，及时调整处理。
42.特殊情况下的注浆措施：
43.a.注浆中断
44.对于注浆中断，应及时采取措施，缩短中断时间，尽量恢复注浆。如中断时间较长，应及时冲洗钻孔，并检查注浆设备，找出中断原因，采取有效措施，对注浆中断的孔段扫孔并进行复注弥补，以保证注浆质量。
45.b.串浆
46.当发生串浆应立即采取措施，可对串浆孔同时进行灌浆，或者将串浆孔用堵头封堵，待灌浆孔结束灌浆后，再将串浆孔打开，进行冲洗，而后继续钻孔或注浆。
47.c.岩层大量漏浆
48.发生岩层大量漏浆时，缩短注浆段，降低注浆压力，限制进浆量或加大浆液浓度等措施，严格控制注浆量，既保证注浆质量又不浪费浆液。
49.注浆质量检验及资料整理
50.注浆段的注浆孔全部注完后，应进行注浆效果检查和评定，不合格者应补注浆。对注浆质量的检查和评定首先要对注浆过程中的各种记录资料进行综合分析，分析注浆压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求；其次通过打检查孔来判断注浆质量，钻取岩心或钻孔摄像，观察浆液充填情况，并检查孔内涌水情况。检查孔应布置在出水较多的部位或布置在开挖面中心处，每循环布设3个检查孔；同时，也可以通过开挖后观察注浆扩散效果及渗漏情况进行检查验证。
51.冰碛层隧道超前预加固方法是将注浆钻孔一次钻完，由孔底向外分段注浆。其优点是注浆钻孔无重复钻进，工程量相对较小。
52.注浆参数
53.(1)注浆段长30m，开挖25m，并保留5m的止浆岩盘，第一环施作c20 混凝土止浆墙。实际施工中，如果注浆段长30m注浆效果不好，可以将注浆段长调整为20m，开挖15m，保留5m的止浆岩盘。
54.(2)用多功能液压钻机施钻，注浆孔开孔直径不小于φ108，终孔直径不小于φ90mm。
55.(3)注浆液扩散半径2m，每环终孔孔底间距不大于3m布设，每一循环共设7环注浆孔，注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m。
56.(4)钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。
57.(5)原则上均采用后退式注浆、如岩层破碎容易造成坍孔时，可采用前进式注浆。
58.(6)钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时，应停止钻进进行注浆、扫孔后再行钻进。
59.(7)注浆参数
60.①
单孔有效扩散半径2m，终孔环向间距不大于3m。钻孔孔径φ108。
61.②
注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m。
62.③
注浆终压为1.5～2mpa。注浆前应进行压水实验，据此修正注浆参数。
63.(8)注浆控制标准
64.①
单孔水量10l/min或超前钻孔中水量超过0.4l/(min
·
m)时应进行注浆。
65.②
单孔注浆结束标准:
66.a.注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；
67.b.进浆量小于初始进浆量的1/4；
68.c.检查孔涌水量小于0.2/min。
69.③
全段注浆结束标准：
70.a.所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；
71.b.注浆后隧道预测涌水量小于1m3/(d
·
m)；
72.c.浆液有效注入范围大于设计值；
73.d.检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
74.(9)注浆材料选择
75.注浆材料主要为水泥浆液，水泥水玻璃双液浆主要在封孔或涌突水时用。水泥采用：42.5级普通硅酸盐水泥，水玻璃采用：波美度be＝40；水泥浆水灰比＝0.8:1～1:1，水玻璃浆液＝1:0.8。
76.(10)钻孔注浆作业要求
77.①
钻孔顺序由外向内，先无水孔后有水孔。
78.②
钻机安装应平整稳固，保证钻杆中心线与设计注浆孔中心线相吻合，在钻孔过程中要经常检查校正钻杆方向。注浆孔的孔底偏差不应大于孔深的1/40，检查孔的孔底偏差不应大于孔的1/80。
79.③
钻孔2m后应安装孔口管或注浆管，测量水压力及涌水量，并按表格填写记录。
80.④
在涌水量大、压力高的地段钻孔时，应先设置带闸阀的孔口管，当出现大量涌水时，拔出钻具，关闭孔口管上的闸阀再进行注浆；当开挖工作面围岩破碎，应先设置止浆墙和孔口管，孔口管埋入止浆墙深度随最大注浆压力而定，孔口管为直径不小于90mm无缝钢管。
81.⑤
对易坍孔或易卡钻的地层采用前进式注浆，否则采用后退式注浆。
82.⑥
注浆速率主要取决于地层的吸浆能力(即地层的孔隙率)和注浆设备的动力参
数，考虑到多种因素建议注浆速率范围取5～110l/min，施工中可根据实际情况进行调整。
83.止浆墙采用c30混凝土浇筑，厚度2.0m，高度6.0m，止浆墙底部虚渣需清理干净。混凝土浇筑前在止浆墙内埋设足够数量的φ108排水管，实际埋设数量以将水排干不影响止浆墙施工为准。止浆墙周边采用两环φ32钢筋与周边初支连接锚固，锚固钢筋长度2.0m，环向间距1.5m，插入止浆墙和初支各1.0m。钻机操作平台采用c25混凝土浇筑20cm厚，平台顶面距离拱顶5.0m，长度9m，便于钻机移动。平台两侧及靠近止浆墙侧均预留0.8m不浇筑混凝土，作为排水沟。
84.为防止全断面注浆过程中浆液回流挤裂掌子面后方初支，止浆墙及钻机操作平台修建完成后，在掌子面后方9m范围初支施做径向注浆(仅在第一循环注浆施做)。小导管采用φ42钢管制作，长度4.5m，间距1.5m
×
1.5m梅花型布置。注浆材料采用普通水泥
‑
水玻璃双液浆，浆液配比：w:c＝0.8:1～1:1，c:s＝1:1。注浆压力0.5～1.0mpa。小导管外露长度20cm，前端加工成锥形封闭，沿管壁每15cm钻设1对φ8mm溢浆孔。
85.如图2所示，每环注浆先注奇数编号的注浆孔，再注偶数编号的注浆孔，并以偶数编号的注浆孔作为检查孔。待本环所有注浆孔注完后，根据压浆孔的出水量确定局部是否需要补设注浆孔。一般每孔延米的出水量大于0.2l/min或局部孔出水量大于3l/min时，追加钻孔注浆。
86.注浆采用反复压注，稀浆与浓浆交替，压力与注入浆量相结合的方式进行。注浆压力从低到高逐步增压，终压力取1.5～2mpa，注浆前应进行压水试验，据此修正注浆参数。注浆时间根据浆液的注入速率进行调整。当注浆的压力和进浆量均小于规定后，结束该孔注浆。
87.本发明提供的冰碛层隧道超前预加固方法加固效果好，工艺可靠，并且能适用冰碛层、富水粉细砂地层、黄土、泥岩、破碎带和其它软岩地层。
88.以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。