一种隧道高压富水断层带的快速施工方法

专利名称：：一种隧道高压富水断层带的快速施工方法
技术领域：
：本发明涉及隧道施工领域，具体为一种隧道高压富水断层的快速施工方法。
背景技术：
：当今随着工程建设的发展，复杂地区隧道修建技术获得了重大提升。目前对于高压富水断层带隧道的施工方法主要有释能降压法、帷幕注浆加固法，在实际施工中发现这两种方法均存在各自不同的问题，具体分析如下1、释能降压法存在的问题⑴对于断层地表以下为暗河以及岩溶发育、竖向节理裂隙发育存在宽张节理裂隙水，隧道上方地表为住房、道路和水田的情况，释能降压易引起地质灾害和环境重大影响事件，可控性差；(2)断层核心地带主要为断层泥，水量小，适用性差；2、帷幕注浆加固法存在的问题(1)对于断层带挤压密实，加固效果较差，注浆试验除大的节理裂隙外，浆脉基本无扩散；(2)存在注浆盲区，高压富水地段开挖风险较大；(3)工期时间长，无法满足快速施工要求。长期以来，传统认识对于高压富水断层来说，只能堵，不能放，如果放水，会导致断层地质条件更恶劣，而且认为注浆堵水和释能降压不可能同时使用。
发明内容本发明为了解决在传统认识指导下，对于高压富水断层带隧道的施工方法存在各自不同的问题，提供一种隧道高压富水断层带的快速施工方法。本发明是采用如下技术方案实现的一种隧道高压富水断层带的快速施工方法，当隧道平导和正洞进入高压富水断层带时，包括以下步骤(1)在正洞与平导之间增设至少一个泄水支洞作为长期分水降压通道，对断层交界面上盘水量水压进行逐级降压，泄水支洞施工超前正洞50-200m，对于正洞与平导大股出水采用引排不堵；所述泄水支洞的数量根据正洞及平导的地质情况和突水突泥风险情况而定；(2)待正洞水压降到0.3-0.5Mpa时采用信息化跟踪精确注浆方法进行注浆加固，具体方法如下A、施作止浆墙；设置孔口管、注浆管B、测量钻孔涌水C、压水试验D、布孔、钻孔作业a、先施作3-5个作为外圈孔的超前地质探孔，分布在拱顶、拱腰及拱脚处，根据超前地质探孔的监测结果探明实际地质情况及水文条件，优化后续布孔设计；b、施作其余外圈孔，为环形布置，注浆加固圈厚度为3.55m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；c、施作至少一层内圈孔，在外圈孔内侧呈环形布置，注浆加固圈厚度为1.52m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；d、施作工作面稳定孔，在工作面上半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为1.5m、且为梅花形的原则布孔；在工作面下半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为3.0m、且为梅花形的原则布孔；e、施作检查孔，根据上述外圈孔、内圈孔、工作面稳定孔的涌水量和注浆量分析结果，布置检查孔，主要布置在地质条件差或注浆薄弱区域的异常孔附近，采用一个异常孔周围布置两个检查孔的原则；f、施作管棚孔，在开挖轮廓线外拱部90°120°范围内布孔，布设间距4050cm，外插角5°7°；上述步骤中，内圈孔的层数根据注浆、堵水效果确定；超前地质探孔兼注浆孔和检查孔，三孔合一，内圈孔兼外圈孔的检查孔，工作面稳定孔兼内圈孔的检查孔，检查孔兼补充注浆孔，管棚孔兼周边补充注浆孔；E、注浆作业a、注浆顺序注浆过程按照外堵裂隙、内固围岩，由外及内、间隔跳孔的约束法进行注浆顺序控制，具体注浆顺序依次为超前地质探孔一其余外圈孔一内圈孔一工作面稳定孔一检查孔一管棚孔，注浆过程中，内层孔作为外层孔的检查孔，相邻孔互为检查孔；b、注浆方式采用前进式分段注浆，分段长度根据出水量及地层破碎程度进行控制出水量小于Q<10m3/h时，分段长度小于10m/段；钻孔出水量10m3/h彡Q<30m3/h时，按照3_5m/段长度控制；钻孔出水量Q^30m3/h时，停止钻进立即进行注浆处理；地层无坍孔，分段长度小于10m/段；地层出现轻微坍孔，分段长度小于或等于5m/段；地层出现严重坍孔，停止钻进注浆；c、注浆材料选择以硫铝酸盐水泥单液浆、普通水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆为辅，其中硫铝酸盐水泥单液浆水灰比为(0.81.2)1，普通水泥单液浆水灰比为(0.61.2)1，普通水泥-水玻璃双液浆水灰比为(0.81.2)1，体积比为1(0.31)，超细水泥浆水灰比为(0.81.2)1；F、超前大管棚施工选择围岩较好地段为管棚搭接段落，采用无工作室管棚施工，施工中对搭接段和管棚后段采用小导管加强施作，管棚材料采用076-0108mm无缝钢管；G、玻璃纤维锚杆稳定工作面超前注浆结束后，在工作面上半断面的钻孔内放入中空玻璃纤维锚杆并进行注浆施工，使具高抗拉强度的锚杆通过浆液和软弱地层固结成为整体，形成纵向锚固柱；(3)拆除止浆墙止浆墙采用爆破法拆除，在其横断面方向，先掏心，周边预留50-100cm，逐圈采用爆破方法扩挖，在其纵向方向，分段爆破长度为50cm；在孔口管位置爆破加强；(4)采用快挖快封技术对正洞和平导进行开挖A、短距离超前和周边钻探在施工过程中加强前方及周边5.0m范围内的钻孔探测，正洞每循环上导施工6个孔，下、中导各施工2个孔；平导每循环上导施工3个孔，下、中导各施工2个孔；孔数实行分级管理，根据开挖长度的不同及时进行调整，对于前10m可减少至3个孔，后10m施工6个孔；B、对正洞采用三台阶七步开挖法进行施工，平导采用上下台阶开挖法进行施工。上述步骤中，止浆墙施作，设置孔口管、注浆管，测量钻孔涌水，压水试验等工序均和传统施工方法一样；三台阶七步开挖法以及上下台阶开挖法也是隧道施工领域常规的施工方法。本发明采用对断层高压富水段采用增设泄水洞作为泄水通道(分水降压通道)，一次或多次分水降压，控制排放，有效降低正洞水压，减少突水突泥量，降低正洞突水突泥风险；正洞采用信息化跟踪精确注浆方法加固隧道范围内围岩和封堵周边大的出水裂隙，保证安全前提下优化注浆设计施工方法和工艺，相比传统全断面帷幕注浆提高功效30-40%；注浆效果评定后移交开挖支护工序，加强施工组织，机械或控制弱爆破开挖，及时强支护，快挖快封安全快速通过。与传统施工方法相比，本发明具有以下优点1、对高压富水断层破碎带首次采用分水降压、信息化跟踪精确注浆和快挖快封组合技术，突破了以往分水降压(放)与注浆加固(堵)施工方法对立的观念，充分发挥了二者的优点加上快挖快封技术的合理应用，解决了隧道高压富水断层带施工的世界级难题；2、首次对多次分水降压变化规律进行了系统总结，得出了断层上盘分水降压效果好(有效降低水压、截断水的主要补给源)。泄能降压效果呈阶梯状降低，第二次相对第一次呈减半递减，第三次相对第二次递减减少。隧道突水有拱顶、上台阶、底板，证明断层水来自四面八方，上方为主要补给方向。平导、泄水支洞塌体范围不大(涌出物量大)，证明涌出物主要为节理裂隙疏通物，塌体为整体下坐形成，为高压、富水隧道分水降压方法采用和实施提供依据；3、采用信息化跟踪精确注浆方法具有以下优势(1)、打破了传统施工理念，将注浆设计与地质变化紧密结合，采用“堵裂隙、减少水量；固围岩、稳定地层”新的注浆机理；坚持“超前地质探孔一其余外圈孔一内圈孔一工作面稳定孔一检查孔(注浆补孔)一管棚孔”顺序施作，环环相扣；“超前地质探孔一注浆孔一检查孔互相利用，三孔合一”的注浆原则，设计思路转化使注浆孔减少30-40%(正洞加固圈厚度由8m-5m，平导加固圈厚度由8m_3m)，堵大水，堵裂隙水，加固地层，优化帷幕注浆孔数；注浆循环时间由原正洞40-50天提前到25天，平导由原30-40天提前到20天，注浆快速施工能力有突破，而且减少了注浆量，减少了对周围环境的影响；同时注浆质量的提高，保证了安全快速施工，消除了重大突水突泥事件，最大限度的保护周围环境；(2)、材料方面，通过采用MC超细水泥浆液，T-C浆液，T浆液施工适用性研究，确定以硫铝酸盐水泥单液浆、普通水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆为辅，的最优组合，普通水泥和硫铝酸盐水泥方便使用，注浆功效高，价格适中，推广前景好；(3)、工艺使用方面，对前进式和后退式注浆进行了研究，证明高压富水条件下采用塑料袖阀管和PVC管进行后退式注浆操作难度很大；对注浆步距规律进行了认真研究，一次注浆长度通常选择20-30m，使注浆工艺参数选择有了很大进步；(4)、无工作间管棚施工技术，取消管棚工作间，直接顶入不侵限位置(顶入处利用上循环大管棚受力)；取消管棚钢筋笼；通过管棚受力监测，一圈管棚受力即能满足要求，优化了原拟定双层管棚加强支护方案，简化了工序，而且对管棚材料进行了优化，从最初的①108mm无缝钢管+钢筋笼-①108mm无缝钢管76mm无缝钢管，不仅节约大量的钢材，而且采用076mm管棚比采用①108mm管棚施工速度提高2倍以上；(5)、施工中首次把注浆法与现有新意法有机结合，基于新意法玻纤锚杆稳定掌子面方法，超前注浆结束后，在工作面上半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为1.5m、且为品字形的原则布孔，成孔后下入中空玻璃纤维锚杆并进行注浆施工，使具高抗拉强度的锚杆通过浆液和软弱地层固结成为整体，形成纵向“锚固柱”，有效提高开挖面稳定性，方便安全开挖加快施工进度；(6)、对注浆结束标准进行了深入研究，检查孔单孔每米水量由原标准0.2L/min.m放宽到2L/min.m，开挖验证证明效果评定标准合理，认识理念有了很大提高，减少了注浆量，减少了对周围环境的影响，同时注浆质量的提高，保证了安全快速施工，消除了重大突水突泥事件，最大限度的保护周围环境。4、首次提出对于断层破碎带动水会有效消解地应力，相当于“应力流动重分布平衡效应”；节理裂隙发育会有效吸纳地应力，相当于“高阻尼吸附应力效应”。通过消解和吸纳有效减少地应力，为下步正确认识断层带地应力发生、发展规律，控制减少地应力作了开拓性的研究；5、通过对断层带的正确认识和分水降压的实施，优化减少了支护强度，原正洞8m帷幕注浆加固圈厚度优化为3.5_5m，原双层钢架支护优化为单层钢架支护，衬砌厚度由95cm优化为60cm，经济效益显著；6、通过组合方法的使用，使的高压富水断层隧道原先施工进度3_5m/月保证安全、质量的前提下提高到15-20m/月，极大的提高了施工进度和效率，保证了隧道的安全快速贯通，取得了良好的社会和经济效益。图1为超前注浆终孔交圈图；图2为钻孔涌水量时间效应图；图3为钻孔注浆量时间效应图；图4为注浆效果评定时浆液固结破碎岩体情况；图5为注浆效果评定时浆液充填裂隙情况；图6为隧道出口施工平面布置图；图中1_超前地质探孔；2-外圈孔；3-内圈孔；4-工作面稳定孔；5-管棚孔；6_正洞；7_平导；8-泄水支洞，9-横通道。具体实施例方式列举以下工程实例进一步说明本发明所述的施工方法一、工程简介，齐岳山隧道Fl1断层出露在地表DK364+950+180段，发育在T1j4白云岩为主的硬质可溶岩与T2bl含钙质成分的页岩、泥岩为主的软弱非可溶岩的交界部位，隧道范围DK365+110+340为主断裂带，具有多期性、次级构造发育，岩性成分复杂，胶结松散，岩体破碎，饱和水使岩土性态恶化特征。F11断层分为上下盘破碎岩体接触带和核部破碎软弱带，构造裂隙发育，透水性强；中间核心地带以类似于含碎石粉质黏土或碎石土状的松软物质为主，饱和富水泥质含量大。预测DK365+110+450段正常涌水量为11000m7d，最大涌水量为114000m7d，超前钻孔实测水压1.7-2.6Mpa，单孔涌水量1800m3/h，是齐岳山隧道受地下水威胁最严重的地段，是隧道界公认的世界性难题。二、采用本发明所述方法进行该隧道断层施工，具体步骤如下一种隧道高压富水断层带的快速施工方法，当隧道平导和正洞进入高压富水断层带时，包括以下步骤7(1)2009年3月1日平导突水后，考虑到正洞开挖断面大(K1.5抗水压衬砌管棚工作间断面约100m3)，开挖风险较大，考虑到分水降压后水量、水压降低，优化原支护厚度，缩小断面。为进一步降低正洞开挖风险，确保安全，如图6所示，在平导与正洞间增设泄水支洞，作为长期分水降压通道，泄水支洞后方通过横通道9与正洞连通，对断层交界面上盘水量水压进行逐级降压，超前掘进，进一步降低正洞水量、水压，6月20日超前钻探时突水，瞬间流量约4800m3/h，突水稳定后流量约1200m3/h，携带物约1000m3，正洞水压降低至0.5-0.8Mpa。2009年7月24日正洞上台阶清底铺底施工中，上台阶涌水，瞬间流量约2800-3200m3/h,突水稳定后流量约600-800m3/h，携带物约30_50m3，正洞涌水后水压降低至0.3-0.5Mpa，对正洞和平导涌水采用引排不堵措施。(2)待正洞水压降到0.3-0.5Mpa时采用信息化跟踪精确注浆方法进行注浆加固，具体方法如下A、对正洞施作止浆墙止浆墙采用C25混凝土浇筑，平导厚1.5m_2.5m,正洞厚2m-3m，基底嵌入层50cm；周边预埋1.5m长的Φ42πιπι导管，止浆墙浇注完成后，通过导管进行注浆，对止浆墙与初期支护间的空隙进行封堵；设置孔口管、注浆管钻到预定深度后，停止钻进，退出钻具，利用钻机或人工顶进孔口管，留30厘米在外；管身焊倒刺以增加(抗冲出的)摩阻力，孔口缠麻丝填胶泥，再灌浆充填管外壁与孔壁间隙，固结孔口管。必须注意在高压涌水和高压力注浆时，孔口管必须用锚杆等固定牢靠，防止高压大水冲出孔口管，或注浆反压射出伤及人员和机械设备。待孔口管固结好后，方可继续钻进，以免钻机震松孔口管。为有效控制突涌水，孔口管前段必须安设高压闸阀。设置孔口管的作用是保护孔壁、导向和防止钻孔突然涌大水。B、测量钻孔涌水测水量，采用孔口管放水容器测量；测水压，采用孔口管安设压力表测量；测涌水位置，采用钻杆米数测量；钻进过程中如果采用水钻，用清水作冲洗液，若钻孔冲出的水量比正常钻进情况下的大、水质异常浑浊或喷射远距离沙石，此时应停止钻进，测定水量、水压和涌水位置，确定处理方案和注浆方式。C、压水试验同时启动两台泵进行注水，先检查混合器是否有串水现象，正常后开始往孔内注水，逐步加大排量，升高压力，当注水压力达到或略大于预定的注水压力，维持23分钟，检查注浆系统和掌子面有无串漏水现象，如无即可结束注水试验，准备注浆；通过压水试验，检查管路系统、孔口装置及止浆岩盘的密封性能，同时测定注浆段围岩的单位吸水量，评定围岩的裂隙发育情况，为确定浆液的配合比和注浆量及注入速度提供依据，同时可冲洗疏通裂隙，利于提高注浆效果。D、布孔、钻孔作业，如图1所示，a、先施作3-5个作为外圈孔的超前地质探孔1，分布在拱顶、拱腰及拱脚处，通常拱顶布一孔，拱腰、拱脚各两个，根据超前地质探孔的监测结果探明实际地质情况及水文条件，优化后续布孔设计；b、施作其余外圈孔2，为环形布置，注浆加固圈厚度为3.55m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；c、施作一层内圈孔3，在外圈孔内侧呈环形布置，注浆加固圈厚度为1.52m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；d、施作工作面稳定孔4，在工作面上半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为1.5m、且为梅花形的原则布孔；在工作面下半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为3.0m、且为梅花形的原则布孔；e、施作检查孔，根据上述外圈孔、内圈孔、工作面稳定孔的涌水量和注浆量分析结果，布置检查孔，主要布置在地质条件差或注浆薄弱区域的异常孔附近，采用一个异常孔周围布置两个检查孔的原则；f、施作管棚孔5，在开挖轮廓线外拱部90°120°范围内布孔，布设间距4050cm，外插角5°7°；超前地质探孔兼注浆堵水孔、工作面稳定孔兼注浆孔、管棚孔兼注浆孔、检查孔兼补充注浆孔等互相利用，后续孔验证前序孔注浆效果，逐环稳步优化，减少钻孔、注浆数量，加快循环施工周期。钻孔是注浆施工的第一道工序，钻孔质量的好坏直接影响注浆质量，钻孔速度的快慢制约注浆工期。所以应严格按照设计的钻孔方向、角度、孔径进行钻进，按钻机的操作规程操作。钻机的定位一般是按照计算好的坐标位置就位的。注浆钻孔在掌子面的位置，预先设定钻机位置(高度、离掌子面的距离、偏中距)，然后根据终孔位置、孔长等计算出每个钻孔在掌子面的坐标值和钻孔的倾角、偏角。E、注浆作业a、注浆顺序注浆过程按照外堵裂隙、内固围岩，由外及内、间隔跳孔的约束法进行注浆顺序控制，具体注浆顺序依次为超前地质探孔一其余外圈孔一内圈孔一工作面稳定？L一检查孔一管棚孔，注浆过程中，内层孔作为外层孔的检查孔，相邻孔互为检查孔；b、注浆方式采用前进式分段注浆，分段长度根据出水量及地层破碎程度进行控制出水量小于Q<10m3/h时，分段长度小于IOm/段；钻孔出水量10m3/h彡Q<30m3/h时，按照3-5m/段长度控制；钻孔出水量Q>30m3/h时，停止钻进立即进行注浆处理；地层无坍孔，分段长度小于IOm/段；地层出现轻微坍孔，分段长度小于或等于5m/段；地层出现严重坍孔，停止钻进注浆；C、注浆材料选择以硫铝酸盐水泥单液浆、普通水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆为辅，其中硫铝酸盐水泥单液浆水灰比为(0.81.2)1，普通水泥单液浆水灰比为(0.61.2)1，普通水泥-水玻璃双液浆水灰比为(0.81.2)1，体积比为1(0.31)，超细水泥浆水灰比为(0.81.2)1；F、超前大管棚施工常规洞内大管棚施工，为了满足钻孔设备工作要求，必须沿开挖轮廓线扩大6080cm(10-15m长采用大钻机时)作为管棚施工工作间，不仅开挖工作量相当大，且在对于软弱地层扩大断面开挖风险性极高。为了提高施工效率，避免软弱破碎地层开挖工作间的高风险和额外的开挖工程量，施工中通对地层分析，合理优化注浆管棚施工段长，选择围岩较好地段为管棚搭接段落，采用无工作室管棚施工，施工中对搭接段和管棚后段采用小导管加强施作，管棚材料采用Φ76-Φ108mm无缝钢管。具体施工步骤如下a.管棚加工大管棚采用直径Φ76-Φ108_πκ壁厚7mm9mm无缝钢管加工，每节长610m，采用丝扣法或内套钢管焊接连接，每根管棚前端加工成椎形尖端并封闭，便于管棚安设。管壁梅花形布设Φ8πιπι溢浆孔，孔间距50cm，每根管棚末端一节不布设溢浆孔；b.管棚施工沿大管棚导向管调整好钻孔角度，采用Φ90πιπιΦ125πιπι钻头钻进引孔到设计长度。引孔完成后采用清水洗孔排渣后退出钻杆，根据设计长度下入管棚。对管棚侵限段不下入管棚(采用玻纤锚杆代替，受力依靠上循环管棚)，通过钻机直接将管棚顶到开挖轮廓线外；c.管棚安设完成后进行全孔一次性管棚注浆；d.管棚孔兼注浆孔前期注浆按注浆分段原则操作，注浆完后洗孔，满足注浆效果要求后，下入管棚进行全孔一次性注浆；G、玻璃纤维锚杆稳定工作面传统帷幕注浆和周边超前管棚施工完成后，最大的危险就是防止开挖工作面前方因高水压作用失稳以及防止开挖面临空局部垮塌，因此必须采取有效的措施稳定工作面，本发明在施工中首次把注浆法与现有新意法有机结合，超前注浆结束后，在工作面上半断面的钻孔内放入中空玻璃纤维锚杆并进行注浆施工，使具高抗拉强度的锚杆通过浆液和软弱地层固结成为整体，形成纵向锚固柱。有效提高开挖面稳定性，方便安全开挖，加快施工进度。多个循环开挖揭示验证，采用玻璃纤维锚杆加固对稳定掌子面具有明显作用。注浆效果评定方法及标准A、分析法a、钻孔涌水量分析通过对注浆施工段内水量横断面及纵向分布情况的监测，明确出水区域，有针对性的加强注浆施工，注浆方式、工艺依据水量分布进行动态调整，提高堵水率。并作为结束后的重点检查及补充注浆区域，并在开挖施工过程中加强支护和补充注浆。b、钻孔涌水量时间效应分析以施工过程中各钻孔施工顺序及单孔最大涌水量绘制钻孔水量时间效应图和单孔注浆量图进行对比分析，如图2、图3所示。由图中可得①地层吸浆量与涌水量，具有明显的对应关系，符合地层加固堵水机理；②钻孔水量随着时间有明显的递减效应，说明达到堵水目的；③地层吸浆量随时间减小，空隙率逐渐减小，地层逐渐密实，达到充填裂隙，固结围岩的目的。C、P-Q-T曲线分析通过注浆施工过程绘制的P-Q-T曲线分析，浆液流量及注浆压力随时间变化必须符合充填裂隙、封堵涌水的注浆机理，若曲线发生异常变化，应及时分析查找原因，制定对策，保证注浆质量。d、注浆堵水率分析以斜井工区正洞第2循环钻孔注浆施工为例，对施工过程不同阶段钻孔中最大涌水量进行统计分析各阶段的堵水率如表1所示。表1各阶段注浆堵水率表<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>从表1可以看出，前期5个注浆孔兼超前探孔钻孔施工过程中，平均涌水量达到90m3/h(最大150m3/h)，注浆结束后，在外圈孔施工过程中单孔平均最大涌水量为50m3/h，堵水率达到45%；随着由外及内注浆施工的逐渐推进，二圈孔施工完成后堵水率达到83.6%；补充注浆孔后，检查孔施工过程堵水率达到97.8%，达到了预期的堵水效果。由外及内的施工工序，后续钻孔出水量减小后，有利于快速施工，也达到了约束注浆的目的。B、检查孔法a、检查孔出水量分析注浆结束后，根据钻孔注浆施工过程出水区域分布及注浆量分布情况，在薄弱区域进行钻孔检查，检查孔出水量是主要的评价标准，现有设计检查孔出水量标准为0.2L/min.m。在平导第一循环试验段钻孔注浆施工过程，注浆结束后经过分析法评定已经满足注浆效果，但检查孔水量均在2L/min.m左右，为设计检查标准的10倍。后经过反复补充注浆，在出水量大的区域共补设注浆孔41个，但注浆量较少，钻孔出水量基本保持不变，后经过采用超细水泥继续进行补充注浆仍未能达到设计要求。综合以上几种效果检查及评定方法对注浆效果分析①通过注浆涌水裂隙得到有效封堵，检查孔水量明显减小，未出现坍孔现象。②该循环注浆纵向浆液量分布比较均勻，但由于地层裂隙分布的不规则决定浆液在地层中扩散很不均勻，即使反复注浆也难以封堵所有裂隙，因此局部仍然存在细小的渗水裂隙，在高压作用下仍表现为局部渗水，所以检查孔出水量达到0.2L/min-m是比较困难的。③根据钻孔角度和钻孔深度，大部分出水点在纵向15m后，径向3m外，且结合检查孔及取芯孔钻进速度分析，通过注浆后地层密实度较高，检查孔完成后将进行环向间距30cm的0108mm管棚施作并进行管棚注浆，在超前管棚支护及注浆帷幕共同作用下，注浆效果基本满足开挖施工要求，可以进行试验性开挖。结合类似工程如重庆高速公路方斗山隧道等相似工程，开挖掘进过程中均遭遇到断层破碎带，水量和水压力较大，原设计全断面超前预注浆结束后检查孔评定标准为0.2L/minm，实际施工中注浆结束后，检查孔出水量均远超过设计评定标准，考虑到断层地质的复杂性质及工期和成本要求，按照在满足开挖要求的前提下，实际施工过程中对注浆标准进行适当调整后，开挖过程中均安全通过断层带。根据该断层地质情况并结合其它类似工程钻孔注浆效果检查及开挖施工情况类比，提出检查孔出水量建议标准。①单孔出水量不大于2L/minm，水质较清。②检查孔不坍孔，不涌泥涌砂。提高检查孔出水量标准为2L/min.m开挖，经开挖揭示完全满足安全开挖要求。说明2L/min.m的检查孔出水量控制标准是符合高压富水断层破碎带地质特点。b、钻孔取芯通过钻孔取芯，分析浆液对破碎地层的固结程度，为开挖施工提供依据，如图4所示，固结效果较好；c、孔内摄像利用孔内摄像进行注浆效果评定，能够较为直观的对浆液充填度和地层的稳定性质以及出水情况进行分析判识，是一种操作方便实用的方法，如图5所示，成孔情况及浆液充填裂隙情况均达到要求。通过注浆效果评定后，达到注浆加固堵水的目的，移交开挖班组进行开挖。(4)拆除止浆墙止浆墙采用爆破法拆除，在其横断面方向，先掏心，周边预留50-100cm，逐圈采用爆破方法扩挖，在其纵向方向，分段爆破长度为50cm；在孔口管位置爆破加强；止浆墙拆除施工时严格控制装药量和起爆顺序，防止爆破时损坏原有初期支护和后方机械设备等，严禁放大炮，止浆墙拆除前也必须施工超前探孔。止浆墙破除要点分顺序、分区域，控制爆破；密打眼、少装药，控制震动；止浆墙不等厚，应合理优化炮眼；(5)采用快挖快封技术对正洞和平导进行开挖A、短距离超前和周边钻探在施工过程中加强前方及周边5.0m范围内的钻孔探测，正洞每循环上导施工6个孔，下、中导各施工2个孔；平导每循环上导施工3个孔，下、中导各施工2个孔；孔数实行分级管理，根据开挖长度的不同及时进行调整，对于前10m可减少至3个孔，后10m施工6个孔；B、对正洞采用三台阶七步开挖法进行施工，平导采用上下台阶开挖法进行施工。三、监控量测监控量测是隧道施工管理中的一个重要环节。对洞外降雨及洞内水量、水压和围岩支护体系的稳定性状态进行监测，确保施工安全、有序、快速。施工过程中主要进行的量测项目、测点布置及方法见表2，量测频率见表3，对量测数据进行分析和反馈，变形管理等级见表4。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>注B为隧道开挖宽度表4变形管理等级表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>注U为实测位移值；Uo为最大允许位移值。权利要求一种隧道高压富水断层带的快速施工方法，其特征是当隧道平导和正洞进入高压富水断层带时，包括以下步骤(1)在正洞(6)与平导(7)之间增设至少一个泄水支洞(8)作为长期分水降压通道，对断层交界面上盘水量水压进行逐级降压，泄水支洞施工超前正洞50-200m，对于正洞和平导大股出水采用引排不堵；(2)待正洞水压降到0.3-0.5Mpa时采用信息化跟踪精确注浆方法进行注浆加固，具体方法如下A、施作止浆墙；设置孔口管、注浆管B、测量钻孔涌水C、压水试验D、布孔、钻孔作业a、先施作3-5个作为外圈孔的超前地质探孔(1)，分布在拱顶、拱腰及拱脚处，根据超前地质探孔的监测结果探明实际地质情况及水文条件，优化后续布孔设计；b、施作其余外圈孔(2)，为环形布置，注浆加固圈厚度为3.5～5m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；c、施作至少一层内圈孔(3)，在外圈孔内侧呈环形布置，注浆加固圈厚度为1.5～2m，相邻外圈孔开孔间距为1.5m，终孔间距为3m；d、施作工作面稳定孔(4)，在工作面上半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为1.5m、且为梅花形的原则布孔；在工作面下半断面按照相邻孔之间上下左右间距均为3.0m、且为梅花形的原则布孔；e、施作检查孔，根据上述外圈孔、内圈孔、工作面稳定孔的涌水量和注浆量分析结果，布置检查孔，主要布置在地质条件差或注浆薄弱区域的异常孔附近，采用一个异常孔周围布置两个检查孔的原则；f、施作管棚孔(5)，在开挖轮廓线外拱部90°～120°范围内布孔，布设间距40～50cm，外插角5°～7°；E、注浆作业a、注浆顺序注浆过程按照外堵裂隙、内固围岩，由外及内、间隔跳孔的约束法进行注浆顺序控制，具体注浆顺序依次为超前地质探孔—其余外圈孔—内圈孔—工作面稳定孔—检查孔—管棚孔，注浆过程中，内层孔作为外层孔的检查孔，相邻孔互为检查孔；b、注浆方式采用前进式分段注浆，分段长度根据出水量及地层破碎程度进行控制出水量小于Q＜10m3/h时，分段长度小于10m/段；钻孔出水量10m3/h≤Q＜30m3/h时，按照3-5m/段长度控制；钻孔出水量Q≥30m3/h时，停止钻进立即进行注浆处理；地层无坍孔，分段长度小于10m/段；地层出现轻微坍孔，分段长度小于或等于5m/段；地层出现严重坍孔，停止钻进注浆；c、注浆材料选择以硫铝酸盐水泥单液浆、普通水泥单液浆为主，普通水泥-水玻璃双液浆、超细水泥浆为辅，其中硫铝酸盐水泥单液浆水灰比为(0.8～1.2)∶1，普通水泥单液浆水灰比为(0.6～1.2)∶1，普通水泥-水玻璃双液浆水灰比为(0.8～1.2)∶1，体积比为1∶(0.3～1)，超细水泥浆水灰比为(0.8～1.2)∶1；F、超前大管棚施工选择围岩较好地段为管棚搭接段落，采用无工作室管棚施工，施工中对搭接段和管棚后段采用小导管加强施作，管棚材料采用Φ76-Φ108mm无缝钢管；G、玻璃纤维锚杆稳定工作面超前注浆结束后，在工作面上半断面的钻孔内放入中空玻璃纤维锚杆并进行注浆施工，使具高抗拉强度的锚杆通过浆液和软弱地层固结成为整体，形成纵向锚固柱；(4)拆除止浆墙止浆墙采用爆破法拆除，在其横断面方向，先掏心，周边预留50-100cm，逐圈采用爆破方法扩挖，在其纵向方向，分段爆破长度为50cm；在孔口管位置爆破加强；(5)采用快挖快封技术对正洞和平导进行开挖A、短距离超前和周边钻探在施工过程中加强前方及周边5.0m范围内的钻孔探测，正洞每循环上导施工6个孔，下、中导各施工2个孔；平导每循环上导施工3个孔，下、中导各施工2个孔；孔数实行分级管理，根据开挖长度的不同及时进行调整，对于前10m可减少至3个孔，后10m施工6个孔；B、对正洞采用三台阶七步开挖法进行施工，平导采用上下台阶开挖法进行施工。全文摘要本发明涉及隧道施工领域，具体为一种隧道高压富水断层的快速施工方法，解决在传统认识指导下，对于高压富水断层带隧道的施工方法存在很多问题，在正洞与平导之间增设泄水支洞，对断层交界面上盘水量水压进行逐级降压，对于正洞大股出水采用引排不堵；待正洞水压降到0.3-0.5MPa时，采用信息化跟踪精确注浆方法对正洞进行注浆加固；采用快挖快封技术对正洞和平导进行开挖。对高压富水断层破碎带首次采用分水降压、信息化跟踪精确注浆和快挖快封组合技术，突破了以往分水降压与注浆加固施工方法对立的观念，解决了隧道高压富水断层带施工的世界级难题，提高了施工进度和效率，保证了隧道安全快速贯通。文档编号E21D11/04GK101798930SQ20101013369公开日2010年8月11日申请日期2010年3月24日优先权日2010年3月24日发明者兰福东,吴波,和万春,商崇伦,宋津喜,席继红,张梅,张金柱,徐家定,武亮月,王晋雄,祁玺剑,董裕国,赵西民,邱文恒,骆文学申请人:中铁十二局集团有限公司