可灌性差、难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆成拱加固方法与流程

本发明涉及隧洞及地下工程技术领域，尤其是涉及一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法。

背景技术：

隧洞作为穿越山脉、河流、海峡等自然障碍的通道，广泛应用于水利水电工程、交通工程、引调水工程、矿山工程等。隧洞开挖过程中通常会遇到较难自稳的不良地质体，如细砂、黏土、砂化白云岩等地层，其特性是自稳能力差，开挖时可能会垮塌，富水条件时更为严重，往往会成为制约隧洞开挖的关键因素。

对于可灌性较好的较难自稳地层，采用水泥基材料超前灌浆是工程中较为常用的处理方法。

对于可灌性差的较难自稳地层，目前主要采用冷冻法，或溶液型灌浆材料进行超前灌浆法，或大管棚（小导管）密集支护、短进尺开挖法，或高压旋喷法。在实际施工中发现，这几种方法均存在不同的问题，具体分析如下：

1、冷冻法存在的问题：施工周期长、成本高，长洞段开挖时难以采用；

2、化学灌浆（溶液型灌浆材料超前灌浆）存在的问题：要求浆液固结体具一定强度，通常要求达10mpa以上，该类材料成本高、可控性差，且大部分对环境存在影响，尤其是在饮用水源附近或引水隧洞时需慎用；

3、大管棚（小导管）密集支护、短进尺开挖法存在的问题：功效低，且加固效果难以保证，经常会遇到大体积土体垮塌现象、隧洞工期长时间拖延现象。

4、高压旋喷法存在的问题：遇到块石、卵石及其他坚硬岩土体时处理效果难以保证；设备体积比较大，施工不灵活、不方便，施工仰孔和水平孔的时候操作较为复杂；具明显裂隙的地层中，扩散距离相对比较小。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术中，可灌性差、较难自稳地层隧洞按照常规的开挖加固方法无法达到快速、经济的目的，不能满足隧洞开挖防渗和稳定的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法，以解决现有技术中存在的可灌性差、较难自稳地层隧洞按照常规的开挖加固方法无法达到快速、经济的目的，不能满足隧洞开挖防渗和稳定要求的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法，其特征在于：包括下述步骤：

（1）在靠近隧洞开挖边线的内侧沿隧洞开挖边线划分成数个加固区域；

（2）加固区域的加固：

①在靠近隧洞开挖边线的内侧在第一个加固区域钻设第一组冲洗灌浆孔和抽排孔，所述冲洗灌浆孔和抽排孔相邻钻设，且所述冲洗灌浆孔的位置高于抽排孔的位置，所述冲洗灌浆孔和抽排孔均沿隧洞的开挖方向钻设，所述抽排孔的孔深不小于冲洗灌浆孔的孔深；

②在抽排孔内设置抽排管，所述抽排管的侧壁上开设有抽排透孔；

③对冲洗灌浆孔依次进行冲洗、吹孔；

同时，采用抽排泵将抽排孔内的空气和水抽走；在对冲洗灌浆孔进行冲洗、吹孔以及采用抽排泵对抽排孔抽排的共同作用下，在冲洗灌浆孔和抽排孔间形成灌注水泥浆液的通道；

④在高压力下向冲洗灌浆孔内灌注水泥浆液，同时继续采用抽排泵对抽排孔进行抽排；将水泥浆液充填到冲洗灌浆孔和抽排孔间形成灌注水泥浆液的通道内；完成第一个加固区域的初步加固；

⑤在所述冲洗灌浆孔和抽排孔间钻设加强灌浆孔一，并向加强灌浆孔一内低压灌注溶液型灌浆材料，第一个加固区域的加固完成；

⑥重复上述步骤①-⑤，直至所有的加固区域加固完成。

进一步的，还包括步骤（3）在加固区域间进行再次加固：

在相邻的加固区域间钻设加强灌浆孔二，并向加强灌浆孔二内低压灌注溶液型灌浆材料。

进一步的，所述步骤（2）⑤以及步骤（3）中，所述溶液型灌浆材料为环氧树脂浆液或水玻璃浆液。

进一步的，所述步骤（2）①中，在钻设冲洗灌浆孔或抽排孔遇到大流量或高压力出水时，在所述冲洗灌浆孔或抽排孔的上侧钻设排水孔。

进一步的，所述步骤（2）②中，所述抽排透孔为直径8mm-25mm的圆孔，且所述圆孔处设有过滤结构。

进一步的，所述步骤（2）③中，所述冲洗是采用水对冲洗灌浆孔进行冲洗；所述吹孔是采用高压风对冲洗灌浆孔进行吹孔。

进一步的，所述步骤（2）③中，吹孔的高压风的风压为0.3mpa-0.6mpa。

进一步的，所述步骤（2）③中，在吹孔20min-40min后或者抽排孔明显漏风时停止吹孔。

进一步的，所述步骤（2）④中，所述水泥浆液中的水与水泥的质量比范围为2:1-5:1。

进一步的，所述步骤（2）④中，在灌注水泥浆液的过程中，观测抽排泵的排水情况，当抽排泵的排水出现从冲洗灌浆孔灌注的水泥浆液后，再灌注水泥浆液30min-60min，然后关闭抽排泵；继续灌注水泥浆液30min。

基于上述技术方案，本实施例至少可以产生如下技术效果：

本发明提供的可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法是针对可灌性差、较难自稳地层，提供了一种经济、快速的灌浆加固方法，本方法施工灵活且快速，在不更换设备和不增加设备的情况下，可有效增加浆液扩散距离，从而可在加固方案设计时加大灌浆孔间距，与常规超前灌浆相比预计可以减少加固区内30%的钻孔量；本方法是对隧洞开挖边线附近的土体进行可控扰动，经清洗、吹孔，在孔间形成大水灰比水泥浆液可灌入的通道，对通道附近土体进行有效加固；孔间采用少量低强度（固结体强度1mpa以上）、环保型溶液型浆液进行灌注，针对水泥浆液未扩散到的土体进行加固；在靠近隧洞开挖边线内侧形成一个加固拱圈，以解决隧洞开挖后衬砌未施工完成期间的隧洞稳定及防渗问题，提高了隧洞开挖效率，保证了隧洞安全快速贯通。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例1的施工示意图；

图2是本发明实施例2的施工示意图；

图3是本发明实施例3的施工示意图。

图中：1、隧洞开挖边线；2、冲洗灌浆孔；3、抽排孔；4、加强灌浆孔一；5、加强灌浆孔二；6、隧洞掌子面；7、隧洞底边线；a、第一个加固区域；b、第二个加固区域；c、第三个加固区域；d、第四个加固区域；e、第五个加固区域；f、第六个加固区域。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-图3所示：

实施例1：

准备开挖的隧洞，在开挖前进行加固，隧洞开挖边线1、隧洞掌子面6以及隧洞底边线7如图1所示。

一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法，包括下述步骤：

（1）在靠近隧洞开挖边线1的内侧沿隧洞开挖边线1划分成六个加固区域；

所述加固区域包括第一个加固区域a、第二个加固区域b、第三个加固区域c、第四个加固区域d、第五个加固区域e和第六个加固区域f；加固区域的数量可以根据需要进行划分

（2）加固区域的加固：

①在靠近隧洞开挖边线1的内侧在第一个加固区域a钻设第一组冲洗灌浆孔2和抽排孔3，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3相邻钻设，且所述冲洗灌浆孔2的位置高于抽排孔3的位置，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3均沿隧洞的开挖方向钻设，所述抽排孔3的孔深不小于冲洗灌浆孔2的孔深；若钻孔遇大流量或高压力出水时，可在钻孔孔位上部增设较大口径的排水孔，排水孔间距一般可取0.8m，孔径100mm，排水孔深度不应小于“冲洗灌浆孔2”或“抽排孔3”孔深；

②在抽排孔3内设置抽排管，所述抽排管的侧壁上开设有抽排透孔；所述抽排透孔为直径15mm的圆孔，且所述圆孔处设有过滤结构；所述过滤结构为包裹在抽排管抽排透孔外侧的透水土工布或钢丝网，以防止土、杂质等将抽排透孔堵塞；

从抽排孔3的孔口处向孔内延伸1.0m的范围内，在抽排孔3与抽排管间的间隙内填塞有水泥浆或水泥砂浆，待水泥浆或水泥砂浆凝固后用于将抽排孔3与抽排管间的间隙塞填封闭，便于抽排；

③对冲洗灌浆孔2依次进行冲洗、吹孔；所述冲洗是采用水对冲洗灌浆孔2进行冲洗，冲洗时间是40min；所述吹孔是采用高压风对冲洗灌浆孔2进行吹孔；吹孔的高压风的风压为0.5mpa；在吹孔30min后，抽排孔3出现明显漏风，停止吹孔；

同时，采用抽排泵将抽排孔3内的空气和水抽走；在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；所述灌注水泥浆液的通道的形成过程为：在可灌性差、较难自稳地层中本来就存在一些通道，经过冲洗和抽排后，可以加强和提高水泥浆液的流动扩散性，在对冲洗灌浆孔2进行冲洗、吹孔以及采用抽排泵对抽排孔抽排3的共同作用下，就可以在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；

④利用灌浆泵在7mpa的压力向冲洗灌浆孔2内灌注水泥浆液，将水泥浆液充填到冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道内；完成第一个加固区域a的初步加固；所述水泥浆液中的水与水泥的质量比为4:1；

在灌注水泥浆液的过程中，需要观测抽排泵的排水情况，当抽排泵的排水出现从冲洗灌浆孔2灌注的水泥浆液后，再灌注水泥浆液50min，关闭抽排泵；继续进行灌注水泥浆液30min。

⑤在所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3间钻设加强灌浆孔一4，并向加强灌浆孔一4内低压灌注溶液型灌浆材料，第一个加固区域a的加固完成；所述溶液型灌浆材料为环氧树脂浆液；

⑥重复上述步骤①-⑤，直至所有的加固区域加固完成；

（3）在加固区域间进行再次加固：

在相邻的加固区域间钻设加强灌浆孔二5，并向加强灌浆孔二5内低压灌注溶液型灌浆材料（为节省成本也可采用定量灌注的方法），所述溶液型灌浆材料为环氧树脂浆液。

加固灌注完成后，固结的土体可形成数米厚的拱形加固体，起到承载加固的作用，可采用人工开挖的方式进行开挖；开挖的同时加强监测和防护；开挖完成后，及时采用支护措施。

实施例2：

准备开挖的隧洞，在开挖前进行加固，隧洞开挖边线1、隧洞掌子面6以及隧洞底边线7如图2所示。

一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法，包括下述步骤：

（1）在靠近隧洞开挖边线1的内侧沿隧洞开挖边线1划分成五个加固区域；

所述加固区域包括第一个加固区域a、第二个加固区域b、第三个加固区域c、第四个加固区域d和第五个加固区域e；

（2）加固区域的加固：

①在靠近隧洞开挖边线1的内侧在第一个加固区域a钻设第一组冲洗灌浆孔2和抽排孔3，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3相邻钻设，且所述冲洗灌浆孔2的位置高于抽排孔3的位置，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3均沿隧洞的开挖方向钻设，所述抽排孔3的孔深不小于冲洗灌浆孔2的孔深；若钻孔遇大流量或高压力出水时，可在钻孔孔位上部增设较大口径的排水孔，排水孔间距一般可取1.0m，孔径146mm，排水孔深度不应小于“冲洗灌浆孔2”或“抽排孔3”孔深；

②在抽排孔3内设置抽排管，所述抽排管的侧壁上开设有抽排透孔；所述抽排透孔为直径8mm的圆孔，且所述圆孔处设有过滤结构；所述过滤结构为包裹在抽排管抽排透孔外侧的透水土工布或钢丝网，以防止土、杂质等将抽排透孔堵塞；

从抽排孔3的孔口处向孔内延伸0.5m的范围内，在抽排孔3与抽排管间的间隙内填塞有水泥浆或水泥砂浆，待水泥浆或水泥砂浆凝固后用于将抽排孔3与抽排管间的间隙塞填封闭，便于抽排；

③对冲洗灌浆孔2依次进行冲洗、吹孔；所述冲洗是采用水对冲洗灌浆孔2进行冲洗，冲洗时间是20min；所述吹孔是采用高压风对冲洗灌浆孔2进行吹孔；吹孔的高压风的风压为0.6mpa；在吹孔40min后，停止吹孔；

同时，采用抽排泵将抽排孔3内的空气和水抽走；在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；所述灌注水泥浆液的通道的形成过程为：在可灌性差、较难自稳地层中本来就存在一些通道，经过冲洗和抽排后，可以加强和提高水泥浆液的流动扩散性，在对冲洗灌浆孔2进行冲洗、吹孔以及采用抽排泵对抽排孔抽排3的共同作用下，就可以在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；

④利用灌浆泵在3mpa压力向冲洗灌浆孔2内灌注水泥浆液，将水泥浆液充填到冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道内；完成第一个加固区域a的初步加固；所述水泥浆液中的水与水泥的质量比为2:1；

在灌注水泥浆液的过程中，需要观测抽排泵的排水情况，当抽排泵的排水出现从冲洗灌浆孔2灌注的水泥浆液后，再灌注水泥浆液60min，关闭抽排泵；继续进行灌注水泥浆液30min。

⑤在所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3间钻设加强灌浆孔一4，并向加强灌浆孔一4内低压灌注溶液型灌浆材料，第一个加固区域a的加固完成；所述溶液型灌浆材料为水玻璃浆液；

⑥重复上述步骤①-⑤，直至所有的加固区域加固完成；

（3）在加固区域间进行再次加固：

在相邻的加固区域间钻设加强灌浆孔二5，并向加强灌浆孔二5内低压灌注溶液型灌浆材料，所述溶液型灌浆材料为水玻璃浆液。

加固灌注完成后，固结的土体可形成数米厚的拱形加固体，起到承载加固的作用，可采用人工开挖的方式进行开挖；开挖的同时加强监测和防护；开挖完成后，及时采用支护措施。

实施例3：

准备开挖的隧洞，在开挖前进行加固，隧洞开挖边线1、隧洞掌子面6以及隧洞底边线7如图2所示。

一种可灌性差、较难自稳地层隧洞开挖前快速灌浆加固方法，包括下述步骤：

（1）在靠近隧洞开挖边线1的内侧沿隧洞开挖边线1划分成七个加固区域；

所述加固区域包括第一个加固区域a、第二个加固区域b、第三个加固区域c、第四个加固区域d、第五个加固区域e、第六个加固区域f和第七个加固区域g；

（2）加固区域的加固：

①在靠近隧洞开挖边线1的内侧在第一个加固区域a钻设第一组冲洗灌浆孔2和抽排孔3，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3相邻钻设，且所述冲洗灌浆孔2的位置高于抽排孔3的位置，所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3均沿隧洞的开挖方向钻设，所述抽排孔3的孔深不小于冲洗灌浆孔2的孔深；若钻孔遇大流量或高压力出水时，可在钻孔孔位上部增设较大口径的排水孔，排水孔间距一般可取0.5m，孔径76mm，排水孔深度不应小于“冲洗灌浆孔2”或“抽排孔3”孔深；

②在抽排孔3内设置抽排管，所述抽排管的侧壁上开设有抽排透孔；所述抽排透孔为直径25mm的圆孔，且所述圆孔处设有过滤结构；所述过滤结构为包裹在抽排管抽排透孔外侧的透水土工布或钢丝网，以防止土、杂质等将抽排透孔堵塞；

从抽排孔3的孔口处向孔内延伸1.5m的范围内，在抽排孔3与抽排管间的间隙内填塞有水泥浆或水泥砂浆，待水泥浆或水泥砂浆凝固后用于将抽排孔3与抽排管间的间隙塞填封闭，便于抽排；

③对冲洗灌浆孔2依次进行冲洗、吹孔；所述冲洗是采用水对冲洗灌浆孔2进行冲洗，冲洗时间是20min；所述吹孔是采用高压风对冲洗灌浆孔2进行吹孔；吹孔的高压风的风压为0.3mpa；在吹孔20min后，停止吹孔；

同时，采用抽排泵将抽排孔3内的空气和水抽走；在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；所述灌注水泥浆液的通道的形成过程为：在可灌性差、较难自稳地层中本来就存在一些通道，经过冲洗和抽排后，可以加强和提高水泥浆液的流动扩散性，在对冲洗灌浆孔2进行冲洗、吹孔以及采用抽排泵对抽排孔抽排3的共同作用下，就可以在冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道；

④利用灌浆泵在10mpa压力向冲洗灌浆孔2内灌注水泥浆液，将水泥浆液充填到冲洗灌浆孔2和抽排孔3间形成灌注水泥浆液的通道内；完成第一个加固区域a的初步加固；所述水泥浆液中的水与水泥的质量比为5:1；

在灌注水泥浆液的过程中，需要观测抽排泵的排水情况，当抽排泵的排水出现从冲洗灌浆孔2灌注的水泥浆液后，再灌注水泥浆液30min，关闭抽排泵；继续进行灌注水泥浆液30min。

⑤在所述冲洗灌浆孔2和抽排孔3间钻设加强灌浆孔一4，并向加强灌浆孔一4内低压灌注溶液型灌浆材料，第一个加固区域a的加固完成；所述溶液型灌浆材料为环氧树脂浆液；

⑥重复上述步骤①-⑤，直至所有的加固区域加固完成；

（3）在加固区域间进行再次加固：

在相邻的加固区域间钻设加强灌浆孔二5，并向加强灌浆孔二5内低压灌注溶液型灌浆材料，所述溶液型灌浆材料为环氧树脂浆液。

加固灌注完成后，固结的土体可形成一定厚度的拱形加固体，起到承载加固的作用，可采用人工开挖的方式进行开挖；开挖的同时加强监测和防护；开挖完成后，及时采用支护措施。

加固灌注完成后，固结的土体可形成数米厚的拱形加固体，起到承载加固的作用，可采用人工开挖的方式进行开挖；开挖的同时加强监测和防护；开挖完成后，及时采用支护措施。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。