大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法与流程

本发明涉及不良地质层的隧道加固技术领域，具体地，涉及一种大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法。

背景技术

隧道采用浅埋暗挖法在断裂带岩层施工时，受断裂带岩层影响拱顶上部围岩较为破碎、上部覆岩较浅且富水量较大，需要采用地层加固技术对隧道围岩进行加固，以提高断裂带岩层的力学性能，降低渗透性，从而保证隧道的安全施工并减少开挖引起的地面沉降。

目前针对上述不良地质状况，通常的处理方法是采用隧道内超前注浆、全断面洞内帷幕注浆等，其中最为有效的处理方式就是全断面洞内帷幕注浆。但是根据工况、工期判断，单纯的全断面洞内帷幕注浆加固方式无法保证注浆期间施工安全，且洞内注浆对隧道洞内断面的其它工序的施工影响较大，无法满足工期要求，且易发生溃砂塌方风险、断层破碎带突涌水风险和断层破碎带导通海水等施工灾害。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法，能够解决在现有技术中在断裂带岩层中大断面隧道前期加固不牢靠而造成施工安全问题，以及使用现有技术加固大断面隧道时施工效率低下的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法，所述加固方法包括以下步骤：s1)从待开挖隧道正上方的地表沿待开挖隧道的纵深方向按照第一间距垂直预钻多个地表注浆孔；s2)向每一所述地表注浆孔内注入混凝土浆液；s3)在所述待开挖隧道的开挖面上确定加固轮廓；s4)采用帷幕注浆法加固所述加固轮廓内的岩层。

具体地，步骤s2)中向每一所述地表注浆孔内注入混凝土浆液，包括：向每一所述地表注浆孔内插入袖阀管；向每一所述袖阀管内注入混凝土浆液，直到所述地表注浆孔的孔口有混凝土浆液溢出。

具体地，步骤s3)中在所述待开挖隧道的开挖面上确定加固轮廓，包括：在所述待开挖隧道的开挖面上确定隧道掌子面轮廓；在所述隧道掌子面轮廓以外第二间距位置确定加固轮廓。

具体地，步骤s4)中采用帷幕注浆法加固所述加固轮廓内的岩层，包括：s401)在所述隧道掌子面轮廓内两侧边墙与拱顶的交接处分别确定多条互相平行的帷幕墙廓形线，每一所述帷幕墙廓形线均包括与所述拱顶的拱顶弧线平行的弧线部和与水平面平行的直线部；s402)在每一所述帷幕墙廓形线上标记多个帷幕注浆孔的钻孔起始点，在距所述加固轮廓为第一深度位置确定加固轮廓截面，并在所述加固轮廓截面的廓形线上确定多个与所述钻孔起始点对应的钻孔终点；s403)根据所述帷幕注浆孔的钻孔深度将每一所述帷幕注浆孔分成多个注浆孔段，每完成一个所述注浆孔段的钻孔，向所述注浆孔段对应的岩层注入混凝土浆液，直到完成所述帷幕注浆孔的多个注浆孔段的注浆；s404)持续向所述帷幕注浆孔内注入混凝土浆液以形成帷幕加固桩，直到所述帷幕注浆孔的孔口有混凝土浆液溢出停止注浆。

具体地，步骤s403)中所述在每完成一个所述注浆孔段的钻孔，向所述注浆孔段对应的岩层注入混凝土浆液，包括：从所述钻孔起始点朝向对应的所述钻孔终点钻出给定深度的注浆孔段，向所述注浆孔段内插入劈裂注浆管；以第一注浆压力向所述劈裂注浆管内注入混凝土浆液以填充所述注浆孔段的岩层缝隙，其中注入混凝土浆液的时间持续至少第一时间段。

具体地，所述第一注浆压力介于0.5-1.0mpa。

具体地，所述第一时间段介于10-15分钟。

本发明提供的大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法，采用地表预钻多个地表注浆孔向所述地表注浆孔内注入混凝土浆液的地表注浆方式，结合在待开挖隧道的开挖面上进行局部帷幕注浆的方法，对所述待开挖隧道进行前期加固，与现有技术采用单纯的全断面洞内帷幕注浆不同，采用地表注浆对所述待开挖隧道的拱顶部分岩层进行加固，加固效果更好，同时在地表注浆的过程中不会影响到在所述开挖面的前期准备工作，提高施工效率；在采用所述地表注浆完成对所述待开挖隧道的拱顶岩层的加固后，采用帷幕注浆法加固所述待开挖隧道的两侧墙外侧的岩层，且在进行地表注浆时还能够同时进行帷幕注浆，大大的提高了所述待开挖隧道的加固效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本发明实施方式提供的大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明实施方式提供的大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法流程图。本发明提供的加固方法包括以下步骤：s1)从待开挖隧道正上方的地表沿待开挖隧道的纵深方向按照第一间距垂直预钻多个地表注浆孔；s2)向每一所述地表注浆孔内注入混凝土浆液；s3)在所述待开挖隧道的开挖面上确定加固轮廓；s4)采用帷幕注浆法加固所述加固轮廓内的岩层。

在一个实施例中，所述待开挖隧道需要穿越一段长度为122m的断裂带岩层，所述待开挖隧道宽度为35.3m，根据待开挖隧道的尺寸参数，以所述待开挖隧道的中心线为基准向中心线两侧的所述待开挖隧道的宽度方向和所述待开挖隧道的纵深方向按照第一间距为1.2m垂直预钻地表注浆孔，在所述待开挖隧道的宽度方向每排钻孔13个，沿着待开挖隧道的纵深方向的总共预钻97排地表注浆孔，向每一所述地表注浆孔内注入混凝土浆液以完成地表注浆方式加固所述待开挖隧道拱顶至地表之间的岩层，在采用地表注浆完成所述待开挖隧道拱顶岩层的加固后，再采用帷幕注浆加固所述待开挖隧道两侧墙外侧的岩层。

具体地，步骤s2)中向每一所述地表注浆孔内注入混凝土浆液，包括：向每一所述地表注浆孔内插入袖阀管；向每一所述袖阀管内注入混凝土浆液，直到所述地表注浆孔的孔口有混凝土浆液溢出。

在一个实施例中，采用向所述地表注浆孔内插入小导管、锚杆、钢花管等任意一个注浆管至所述地表注浆孔内，通过向插入所述地表注浆孔的任意一个注浆管注入混凝土浆液的方式来完成地表注浆加固。

为了确保后续隧道开挖能够安全施工，需要对所述待开挖隧道的隧道掌子面轮廓外侧一定范围内的岩层进行加固，具体地，步骤s3)中在所述待开挖隧道的开挖面上确定加固轮廓，包括：在所述待开挖隧道的开挖面上确定隧道掌子面轮廓；在所述隧道掌子面轮廓以外第二间距位置确定加固轮廓。优选地，所述第二间距介于3-5m，确定所述加固轮廓即确定了后续帷幕注浆的加固范围。

具体地，步骤s4)中采用帷幕注浆法加固所述加固轮廓内的岩层，包括：s401)在所述隧道掌子面轮廓内两侧边墙与拱顶的交接处分别确定多条互相平行的帷幕墙廓形线，每一所述帷幕墙廓形线均包括与所述拱顶的拱顶弧线平行的弧线部和与水平面平行的直线部；s402)在每一所述帷幕墙廓形线上标记多个帷幕注浆孔的钻孔起始点，在距所述加固轮廓为第一深度位置确定加固轮廓截面，并在所述加固轮廓截面的廓形线上确定多个与所述钻孔起始点对应的钻孔终点；s403)根据所述帷幕注浆孔的钻孔深度将每一所述帷幕注浆孔分成多个注浆孔段，每完成一个所述注浆孔段的钻孔，向所述注浆孔段对应的岩层注入混凝土浆液，直到完成所述帷幕注浆孔的多个注浆孔段的注浆；s404)持续向所述帷幕注浆孔内注入混凝土浆液以形成帷幕加固桩，直到所述帷幕注浆孔的孔口有混凝土浆液溢出停止注浆。

在一个实施例中，使用地表注浆加固了所述待开挖隧道拱顶的岩层后，采用帷幕注浆法加固所述待开挖隧道两侧墙与所述加固轮廓的轮廓线之间的岩层，具体地，在确定出所述隧道掌子面轮廓后，在所述隧道掌子面轮廓的两侧墙和拱顶的交接处确定出帷幕墙廓形线，所述帷幕墙廓形线的弧线部与所述拱顶的拱顶弧线平行，所述帷幕墙廓形线的直线部与水平面平行，所述弧线部与所述直线部相交形成帷幕墙交接点，所述隧道掌子面轮廓上的两侧墙的轮廓线和拱顶的拱顶弧线相交形成廓形交接点。

为了确保所述待开挖隧道两侧墙与所述加固轮廓的轮廓线之间的岩层的加固可靠，本实施例中确定三条帷幕墙廓形线以保证所需加固的岩层稳定，确定的三条帷幕墙廓形线分别为第一帷幕墙廓形线、第二帷幕墙廓形线和第三帷幕墙廓形线，所述第一帷幕墙廓形线、所述第二帷幕墙廓形线和所述第三帷幕墙廓形线对应的帷幕墙交接点分别为第一帷幕墙交接点、第二帷幕墙交接点和第三帷幕墙交接点；在所述隧道掌子面轮廓内，所述第一帷幕墙廓形线、所述第二帷幕墙廓形线和所述第三帷幕墙廓形线的弧线部互相平行且直线部互相平行，所述第一帷幕墙廓形线的第一帷幕墙交接点距所述廓形交接点1m，所述第二帷幕墙廓形线的第二帷幕墙交接点距所述廓形交接点1.6m，所述第三帷幕墙廓形线的第三帷幕墙交接点距所述廓形交接点2.2m。在确定出所述第一帷幕墙廓形线、第二帷幕墙廓形线和第三帷幕墙廓形线的具体位置后，在所述第一帷幕墙廓形线上按照间距950mm标记多个帷幕注浆的孔起始点，在所述第二帷幕墙廓形线上按照间距850mm标记多个帷幕注浆的孔起始点，第三帷幕墙廓形线上按照间距600mm标记多个帷幕注浆的孔起始点；在距所述加固轮廓为第一深度位置确定加固轮廓截面，并在所述加固轮廓截面的廓形线上确定多个与所述钻孔起始点对应的钻孔终点。实际应用中，帷幕注浆孔的中心线与水平面具有一定角度的钻孔倾角，同时帷幕注浆孔的中心线与过待开挖隧道的中心线且垂直于水平面的中垂面具有一定角度的钻孔偏角，优选地，所述钻孔倾角介于-60°～40°、钻孔偏角介于-36°～20°，根据帷幕注浆孔的钻孔深度和所述钻孔偏角和所述钻孔倾角可确定第一深度，从而确定所述加固轮廓截面的位置。所述加固轮廓截面的轮廓线上标记出多个钻孔终点，所标记的多个钻孔终点与多个钻孔起始点一一对应。根据所述帷幕注浆孔的钻孔深度将帷幕注浆孔分成多个注浆孔段，例如，所述帷幕注浆孔的钻孔深度为15m，将所述帷幕注浆孔分成三个注浆孔段，分别为第一注浆孔段、第二注浆孔段和第三注浆孔段；在完成第一注浆孔段的钻孔后，即刻向第一注浆孔段内注入混凝土浆液，待完成第一注浆孔段、第二注浆孔段和第三注浆孔段的注浆后，持续向所述帷幕注浆孔内注入混凝土浆液，直到所述帷幕注浆孔的孔口有混凝土浆液溢出停止注浆。

具体地，步骤s403)中所述在每完成一个所述注浆孔段的钻孔，向所述注浆孔段对应的岩层注入混凝土浆液，包括：从所述钻孔起始点朝向对应的所述钻孔终点钻出给定深度的所述注浆孔段，向所述注浆孔段内插入劈裂注浆管；以第一注浆压力向所述劈裂注浆管内注入混凝土浆液以填充所述注浆孔段的岩层缝隙，注入混凝土浆液的时间持续至少第一时间段。

在上述实施例中，在所述钻孔起始点向对应的钻孔终点方向钻孔，当钻孔深度达到7m后钻孔停止，第一注浆孔段形成，向第一注浆孔段内插入劈裂注浆管，通过所述劈裂注浆管向第一注浆孔段对应的岩层中注入混凝土浆液。为了确保注浆后的混凝土能够填充到所述待开挖隧道两侧墙与所述加固轮廓的轮廓线之间的岩层缝隙中，保证加固可靠，具体地，所述第一注浆压力介于0.5-1.0mpa，具体地，所述第一时间段介于10-15分钟，注入的混凝土浆液在注浆压力为0.5-1.0mpa的情况下持续注浆10-15分钟，能够确保混凝土浆液充分的填充到所述第一注浆孔段对应的所述待开挖隧道两侧墙与所述加固轮廓的轮廓线之间的岩层缝隙中，利于加固第一注浆孔段对应的岩层。完成第一注浆孔段的注浆后，在第一注浆孔段的孔底继续朝向钻孔终点钻孔，当钻孔深度达到11m时钻孔停止，第二注浆孔段形成，向第二注浆孔段内插入劈裂注浆管，通过所述劈裂注浆管向第二注浆孔段对应的岩层中注入混凝土浆液，注浆压力和注浆持续时间满足第一注浆压和第一时间段，完成第二注浆段的注浆后，在第二注浆段的孔底继续朝向钻孔终点钻孔，直到钻孔深度达到预定的深度15m钻孔停止，钻孔第三注浆孔段形成，向第三注浆孔段内插入劈裂注浆管，通过所述劈裂注浆管向第三注浆孔段对应的岩层中注入混凝土浆液，注浆压力和注浆持续时间满足第一注浆压和第一时间段，在完成所述第一注浆孔段、第二注浆孔段和第三注浆孔段的注浆后，持续向所述帷幕注浆孔内注浆以形成帷幕加固桩。当在第一帷幕墙廓形线、第二帷幕墙廓形线和第三帷幕墙廓形线上标记的多个钻孔起始点上施作帷幕加固桩后，第一帷幕墙廓形线上的帷幕加固桩形成第一帷幕加固墙、第二帷幕墙廓形线上的帷幕加固桩形成第二帷幕加固墙、第三帷幕墙廓形线上的帷幕加固桩形成第三帷幕加固墙，所形成的第一帷幕加固墙、第二帷幕加固墙和第三帷幕加固墙将所述待开挖隧道两侧墙与所述加固轮廓的轮廓线之间的岩层通过浇筑混凝土浆液层层加固，确保了后续待开挖隧道的施工安全。

本发明提供的大断面隧道在断裂带岩层的快速注浆加固方法，采用地表预钻多个地表注浆孔向所述地表注浆孔内注入混凝土浆液的地表注浆方式，结合在待开挖隧道的开挖面上进行局部帷幕注浆的方法对所述待开挖隧道进行前期加固，与现有技术采用单纯的全断面洞内帷幕注浆不同，采用地表注浆对所述待开挖隧道的拱顶部分岩层进行加固，加固效果更好，同时在地表注浆的过程中不会影响到在所述开挖面的前期准备工作，提高施工效率；在采用所述地表注浆完成对所述待开挖隧道的拱顶岩层的加固后，采用帷幕注浆法加固所述待开挖隧道的两侧墙外侧的岩层，且在进行地表注浆时还能够同时进行帷幕注浆，大大的提高了所述待开挖隧道的加固效率。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。