隧道断层破碎带排水施工方法与流程

文档序号:26054330发布日期:2021-07-27 15:31阅读:123来源:国知局
隧道断层破碎带排水施工方法与流程

本申请涉及隧道施工排水的领域,尤其是涉及一种隧道断层破碎带排水施工方法。



背景技术:

目前,公路工程新建项目所处的区域大多位于山区,隧道建设成为了公路建设的重要工程项目之一。在隧道建设过程中,突水是经常遇到的工程地质灾害之一,具有“强突发、高应力、高水压”等特征,而断层破碎带是导致隧道突水突泥的主控因素之一,因此,隧道施工过程中对于断层破碎带的治理也成为了隧道顺利施工的关键。

申请号为201110076630.3的中国发明申请中公开了一种隧道充水破碎围岩高压空气驱水注浆加固方法,采用如下步骤:a、探明充水破碎围岩范围及充水情况后对水平地质钻孔,接着插入耐压管件并封堵其四周;b、封闭掘进工作面形成止浆墙;c、向耐压管件内通高压空气将破碎围岩空隙内的充水置换排出;d、待空气压力维持平衡后,耐压管件内通水泥浆液充填空隙内充水置换成空气的破碎围岩。采用高压空气对破碎围岩空隙中的充水进行驱赶,将隧道周围的破碎围岩中的充水排离,再填充水泥浆液进行空隙加固。

针对上述中的相关技术,发明人认为通入高压空气会导致破碎围岩内部承受压力增大,对破碎围岩区域产生较大扰动,增大了隧道断层破碎带施工过程中发生安全事故的可能性。



技术实现要素:

为了提升隧道断层破碎带施工过程中的安全性,本申请提供一种隧道断层破碎带排水施工方法。

本申请提供的隧道断层破碎带排水施工方法采用如下的技术方案:

隧道断层破碎带排水施工方法,包括以下步骤:

步骤一、断层破碎带探测:探明断层破碎带位置和地下水情况;

步骤二、超前排水加固:在断层破碎带上的隧道开挖轮廓线外环形钻设排水孔和注浆孔,形成排水孔层和注浆孔层,排水孔层设置在注浆孔层远离隧道开挖轮廓线一侧,并在掘进工作面上构筑止浆墙;之后通过排水孔排水,同时,向注浆孔中注入浆液,对隧道围岩进行加固,待注入的浆液固化后,停止排水,完成超前排水加固;

步骤三:断层破碎带挖掘:对位于断层破碎带的隧道工段进行循环掘进开挖。

通过采用上述技术方案,首先对断层破碎带进行探测,以明确断层破碎带具体位置,对设计图纸上标定的断层破碎带位置进行校验,并且探明断层破碎带中的地下水分布情况,根据探测结果做出施工规划,提前调度需要的施工设备。根据施工规划进行隧道施工,待隧道掘进到断层破碎带位置后,在开挖前对断层破碎带进行超前排水加固;通过对隧道周围靠近隧道区域进行排水泄压,使得隧道周围破碎岩体内部压力下降,进而减少注浆时注浆压力对隧道周围破碎岩体的扰动,提升了对断层破碎带的加固效果,而且隧道周围破碎岩体水压下降有助于减缓破碎岩体中的水体流速,进而减少水体流动对注浆液的影响,进一步提升对断层破碎带的加固效果,使得后续隧道断层破碎带掘进施工时发生安全事故的可能性得以降低,有效提升了隧道断层破碎带施工过程中的安全性。之后的隧道开挖采用循环掘进的逐段开挖方式,有助于及时对隧道围岩的形变进行观测、处置,进一步提升了施工安全性。

可选的,所述步骤二中排水孔排水时采用泵抽主动排水。

通过采用上述技术方案,采用泵抽的主动排水方式,有助于进一步降低隧道周围破碎岩体内的水体施加到破碎岩体上的作用力,降低破碎岩体的承压,减小注浆过程对破碎岩体的扰动,进而增强加固效果,提升隧道断层破碎带施工过程中的安全性。

可选的,所述步骤三循环掘进开挖过程中,挖掘所述步骤一中探测到的无水或贫水的断层破碎带区域时,掘进循环进尺控制在1.0m-1.5m之间;挖掘步骤一种探测到的富水的断层破碎带区域时,循环进尺控制在0.5m-1.0m之间。

通过采用上述技术方案,根据探测到的地下水分布结果适应性设置施工方法,减小富水断层破碎带的循环进尺量,便于对挖掘之后断层破碎带的围岩形变以及可能发生的突水、突泥现象进行观测,及时应对,进一步降低发生安全事故的可能性,提升施工安全性。

可选的,所述步骤三掘进过程中,当掘进面出现大面积渗水或发现掘进面出现裂隙发育情况后,在待挖掘岩体上钻设二次注浆孔、构筑止浆墙,进行二次注浆加固。

通过采用上述技术方案,对有较大发生涌水、突水,甚至突泥事故可能的岩体进行二次注浆,一方面对岩体进行加固,另一方面将隧道周边渗涌水控制在正常限度内,进一步降低隧道断层破碎带施工过程中发生不安全是事故的可能性。

可选的,所述步骤三中向所述二次注浆孔注浆前,通过二次注浆孔向破碎岩体内注入缓膨型遇水膨胀止水颗粒,对隧道周边渗涌水程度进行控制。

通过采用上述技术方案,在注浆前向破碎岩体内注入缓膨型遇水膨胀止水颗粒,通过缓膨型遇水膨胀止水颗粒对破碎岩体中的渗水缝隙进行封堵,将隧道周边渗涌水程度控制在一定限度内,有助于降低隧道周边水体流动对二次注浆质量的影响,使得二次注浆获得较高质量,提升加固效果,进而提升施工安全性。而缓膨型遇水膨胀止水颗粒的缓膨作用使得其能够对隧道周边的较大区域的渗涌水程度进行控制,有助于提升二次注浆范围。

可选的,所述缓膨型遇水膨胀止水颗粒注入前经过预浸泡,预浸泡终止指标为缓膨型遇水膨胀止水颗粒再浸泡不超过6-12h即可快速膨胀。

通过采用上述技术方案,一方面有助于将二次注浆范围控制在合适区域内,另一方面有助于缩短二次注浆工期。

可选的,所述步骤三中二次注浆加固后,随隧道掘进,向挖掘出的隧道壁上喷射混凝土进行封堵。

通过采用上述技术方案,在隧道壁上喷射混凝土对隧道壁进行封闭,减少隧道内的渗涌水情况的发生,并对隧道围岩进行加固,有助于提升施工安全性。

可选的,所述步骤三中分2-4层向隧道壁上喷射混凝土,每层喷射厚度不小于5cm,对于每层混凝土喷射完成后存在的断续漏水位置布设弹簧半圆排水管进行导水,并在弹簧半圆排水管表面喷射下层混凝土,形成导水封闭结构。

通过采用上述技术方案,设计的弹簧半圆排水管,与喷射的混凝土配合,形成导水封闭结构,进一步降低隧道内发生渗水、涌水事故的可能。

可选的,所述步骤一还包括:探明断层破碎带位置后,对断层破碎带进行超前钻探,确定隧道围岩实际情况。

通过采用上述技术方案,采用超前钻探对断层破碎带的隧道围岩情况进行进一步确认,与探明的断层破碎带位置相印证,更加深入的掌握断层破碎带的具体情况,方便对应设计施工方案,明确施工重点工段。

可选的,所述步骤一超前钻探后,对超前钻探产生的钻孔的出水量进行持续监测并记录。

通过采用上述技术方案,对超前钻探产生的钻孔的出水量进行检测,明确隧道周围断层破碎带的水量丰富程度,通过持续监测,便于对施工时采用的施工措施产生的实际效果相印证,为后期的项目总结和以后的施工积累经验。

综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:

1.设计的超前排水加固步骤,通过对隧道周围靠近隧道区域进行排水泄压,使得隧道周围破碎岩体内部压力下降,进而减少注浆时注浆压力对隧道周围破碎岩体的扰动,提升了对断层破碎带的加固效果,而且隧道周围破碎岩体水压下降有助于减缓破碎岩体中的水体流速,进而减少水体流动对注浆液的影响,进一步提升对断层破碎带的加固效果,使得后续隧道断层破碎带掘进施工时发生安全事故的可能性得以降低,有效提升了隧道断层破碎带施工过程中的安全性;

2.在注浆前向破碎岩体内注入缓膨型遇水膨胀止水颗粒,通过缓膨型遇水膨胀止水颗粒对破碎岩体中的渗水缝隙进行封堵,将隧道周边渗涌水程度控制在一定限度内,有助于降低隧道周边水体流动对二次注浆质量的影响,使得二次注浆获得较高质量,提升加固效果,进而提升施工安全性;

3.设计的弹簧半圆排水管,与喷射的混凝土配合,形成导水封闭结构,进一步降低隧道内发生渗水、涌水事故的可能,增强施工安全性。

附图说明

图1是本申请实施例的隧道断层破碎带排水施工方法的工艺流程图。

图2是图1中超前排水加固阶段掘进面钻设排水孔和注浆孔后的结构示意图。

附图标记说明:1、隧道开挖轮廓线;2、排水孔;3、注浆孔。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种隧道断层破碎带排水施工方法。参照图1和图2,隧道断层破碎带排水施工方法包括如下步骤:

步骤一、断层破碎带探测:采用tsp隧道超前地质预报仪和地质雷达探测仪对隧道围岩的结构特征进行预报,探明设计图纸标定的断层破碎带和可能存在的断层破碎带位置;采用红外探水仪探明地下水情况;之后应用水平地质钻机对隧道围岩进行超前钻探,确定断层破碎带围岩的具体结构特征,明确断层情况,其中,超前钻探采用抽芯钻进方式,以确定围岩实际情况,并在钻孔完成后从孔口向孔内夯入钢管作为出水管,钢管与孔口缝隙采用快速砂浆填塞封闭,之后在钢管外口安装阀门和流量计,对出水量进行持续监测并记录。

步骤二、超前排水加固:在靠近断层破碎带的已挖掘隧道中提前布置移动泵站和集水坑,之后在断层破碎带岩体上的隧道开挖轮廓外环形钻设排水孔2,形成排水孔层,排水孔2与隧道开挖轮廓线1的径向环距为3.5m,在排水孔2中插入排水管,排水管与排水孔2孔口缝隙采用快速砂浆填塞封闭,再在排水管外口安装阀门,并将排水管与移动泵站通过管路连通;然后在断层破碎带岩体上的隧道开挖轮廓外环形钻设注浆孔3,形成注浆孔层,注浆孔3与隧道开挖轮廓线1的径向环距为1.0m,在注浆孔3中插入注浆管,注浆管与注浆孔3孔口缝隙采用快速砂浆填塞封闭,并在掘进工作面上喷砼,形成3-5cm厚的止浆墙。

然后打开排水管上的阀门,通过移动泵车将断层破碎带中的水体导入集水坑中,对断层破碎带中的水体进行泄压,并使得靠近注浆管的水体流动速度减小,进而使得注浆管附近水体环境相对稳定,之后通过注浆管向断层破碎带岩体中压注浆液,浆液在注浆压力作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中,将破碎岩体中的空气、水份排出,之后随浆液固化,将排水管上的阀门关闭,停止排水;通过浆液固化对破碎岩体进行胶结,与破碎岩体形成具有一定强度和抗渗阻水能力的固结体,完成断层破碎带超前排水支护。

步骤三、断层破碎带挖掘:对位于断层破碎带的隧道工段进行循环掘进开挖,挖掘步骤一中探测到的无水或贫水的断层破碎带区域时,掘进循环进尺控制在1.0m-1.5m之间;挖掘步骤一种探测到的富水的断层破碎带区域时,循环进尺控制在0.5m-1.0m之间。

当掘进面出现大面积渗水或发现掘进面出现裂隙发育情况后,在隧道开挖轮廓外环形钻设二次注浆孔,二次注浆孔与隧道开挖轮廓线1的径向环距为0.5m,在二次注浆孔中插入二次注浆管,二次注浆管与二次注浆孔孔口缝隙采用快速砂浆填塞封闭;之后使用移动泵车向二次注浆管中泵入混合有缓膨型遇水膨胀止水颗粒的水体,然后暂时封闭二次注浆管,通过缓膨型遇水膨胀止水颗粒的吸水膨胀对二次注浆管周围的破碎岩体裂隙进行堵塞,对隧道周边渗涌水程度进行控制。其中,缓膨型遇水膨胀止水颗粒由缓膨型遇水膨胀止水带剪碎得到,且与水体混合前经过预浸泡,预浸泡终止指标为缓膨型遇水膨胀止水颗粒再浸泡不超过6-12h即快速膨胀,以缩短缓膨型遇水膨胀止水颗粒在破碎岩体中的膨胀耗时。

当待掘进面渗水情况改善或达到缓膨型遇水膨胀止水颗粒充分膨胀用时后,对掘进工作面进行喷砼,形成3-5cm厚的止浆墙,并打开二次注浆管,进行二次注浆加固,注浆时对二次注浆管进行间隔注浆,使得部分注浆管作为导水管使用,在注浆过程中发现有充当导水管的注浆管开始冒浆时,对冒浆注浆管进行封闭,直至充当导水管的注浆管全部封闭,且注浆压力达到1.5mpa,完成注浆,继续掘进。在继续掘进过程中,随掘进进行,在挖掘出的隧道壁上喷射混凝土进行封堵,混凝土分为2-4层喷射,每层厚度不小于5cm,通常控制在5cm-8cm之间。一层混凝土喷射完成固化后进行观察,若存在断续漏水点,在断续漏水位置布设弹簧半圆排水管,并通过设定对弹簧半圆排水管进行临时固定,弹簧半圆排水管一端引入集水坑,之后向弹簧半圆排水管表面喷射2cm-3cm速凝灰浆进行包裹固定,然后喷射第二层混凝土进行封闭,若二层混凝土固化后还有渗漏现象,再加设弹簧半圆排水管,并固定、封闭,喷射三层混凝土,直至封闭为止,形成导水封闭结构。

本实施例中的浆液均为水泥浆和水玻璃的混合浆液,水泥浆和水玻璃在混合浆液中的体积比为1:1,水泥浆的水灰比为=1:1,水玻璃浓度为25°bé-40°bé。

以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

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