一种富水黄土隧道的预加固施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体是一种富水黄土隧道的预加固施工方法。


背景技术：

2.黄土，作为第四纪地球发展演化过程中的一种地质产物，在全球具有广袤的分布范围，其覆盖面积约为1300万平方公里，约占陆地总面积的9.3%。而我国是世界上黄土分布面积最广的国家，随着我国西部大开发战略的深入，在我国黄土高原地区将会开展大量的铁路、公路及地铁等基础交通设施建设，黄土隧道在低湿度条件下具有明显的高强度和抗变形能力，但黄土隧道在浸水后围岩呈流-软塑状，强度大幅度骤降、变形突增。因此，在富水黄土隧道的施工过程中极易出现垮落、片帮、沉降、内移等现象，造成前期支护变形和坍塌等问题，将直接影响到工程施工的安全与进度，给工程质量达标带来了极大地难度。
3.针对富水黄土隧道的预加固问题，以往主要采用井点降水、大管棚、超前小导管、注浆法、冻结法等，但上述方法容易造成隧洞周边围岩的大面积沉降，注浆时浆液扩散不均匀、漏浆问题。使得开挖效率较低下，应用效果不够理想。可见，现有富水黄土的超前预加固方法还存在着加固效果不够理想，导致开挖效率较低的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种富水黄土隧道的预加固施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种富水黄土隧道的预加固施工方法，包括以下步骤：在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔金属管；每个多孔金属管端部均连接一根塑料管和一根电缆线，将每个所述多孔金属管上的塑料管与气水分离器连接，气水分离器连接真空泵，真空泵连接电源；开启所述真空泵使得多孔金属管内形成负压，在负压作用下，土体中的孔隙水通过多孔金属管管壁上的小孔排入气水分离器；土体含水率降至合格后，关闭所述真空泵，将所述多孔金属管上的电缆线分别与直流稳压电源的正、负极连接作为阳极和阴极，断开阳极多孔金属管与气水分离器的连接，在阳极多孔金属管内注入离子固化剂，使用加压装置将离子固化剂压入土体；使离子固化剂扩散至待加固区来加固待加固区土体。
6.作为本发明的进一步技术方案，多个所述多孔金属管为平行错位布置。
7.作为本发明的更进一步技术方案，所述多孔金属管由钛合金或锡铜粉末烧结制成。
8.作为本发明的再进一步技术方案，所述多孔金属管的内径为12mm，外径为18mm，长度为1-2m，孔径为40-60μm。
9.作为本发明的再进一步技术方案，所述直流稳压电源的输出电压为20-60v。
10.作为本发明的再进一步技术方案，所述使离子固化剂扩散至待加固区来加固待加固区土体的步骤为：开启真空泵、直流稳压电源，离子固化剂在电势梯度和负压作用下向阴极扩散；离子固化剂通过破坏双电层结构、离子交换作用加固待加固区土体。
11.作为本发明的再进一步技术方案，所述离子固化剂为高分子sh浆液、hp-1浆液或炳烯酸磺化聚合物f1离子固化剂。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、快速降水2、离子固化剂具有加固作用和防渗水作用；3、多孔金属管的超前支护作用；4、多孔金属管可作为排水通道、注液管道、电极，使用用途可灵活变换；5、能够有效解决富水黄土在含水率降至最优含水率后难以继续排水且强度仍不满足要求的问题；6、使得围岩强度大幅提高，缩短了施工工期，节省了施工成本。
附图说明
13.图1为本发明的流程图；图2为本发明中多孔金属管的排布示意图；图3为本发明中施工模拟示意图；图4为本发明中多孔金属管与气水分离器、真空泵的连接示意图；图5为本发明中阳极和阴极的布置示意图；图6为本发明中多孔金属管与气水分离器、真空泵、直流稳压电源的连接示意图。
14.图中：1-多孔金属管、2-直流稳压电源、3-气水分离器、4-真空泵、5-离子固化剂。
具体实施方式
15.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
16.实施例1一种富水黄土隧道的预加固施工方法，包括以下步骤：在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔金属管1，多个所述多孔金属管1为平行错位布置，多孔金属管1由钛合金烧结制成，多孔金属管1的内径为12mm，外径为18mm，长度为1m，孔径为40μm；每个多孔金属管1端部均连接一根塑料管和一根电缆线，将每个所述多孔金属管1上的塑料管与气水分离器3连接，气水分离器3连接真空泵4，真空泵4连接电源；开启所述真空泵4使得多孔金属管1内形成负压，在负压作用下，土体中的孔隙水通过多孔金属管1管壁上的小孔排入气水分离器3；土体含水率降至合格后，关闭所述真空泵4，将所述多孔金属管1上的电缆线分别
与直流稳压电源2（输出电压为20-60v）的正、负极连接作为阳极和阴极，断开阳极多孔金属管1与气水分离器3的连接，在阳极多孔金属管1内注入高分子sh浆液（离子固化剂5），使用加压装置将高分子sh浆液压入土体；开启真空泵4、直流稳压电源2，高分子sh浆液在电势梯度和负压作用下向阴极扩散；高分子sh浆液通过破坏双电层结构、离子交换作用加固待加固区土体。
17.实施例2一种富水黄土隧道的预加固施工方法，包括以下步骤：在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔金属管1，多个所述多孔金属管1为平行错位布置，多孔金属管1由钛合金或锡铜粉末烧结制成，多孔金属管1的内径为12mm，外径为18mm，长度为1.5m，孔径为50μm；每个多孔金属管1端部均连接一根塑料管和一根电缆线，将每个所述多孔金属管1上的塑料管与气水分离器3连接，气水分离器3连接真空泵4，真空泵4连接电源；开启所述真空泵4使得多孔金属管1内形成负压，在负压作用下，土体中的孔隙水通过多孔金属管1管壁上的小孔排入气水分离器3；土体含水率降至合格后，关闭所述真空泵4，将所述多孔金属管1上的电缆线分别与直流稳压电源2（输出电压为20-60v）的正、负极连接作为阳极和阴极，断开阳极多孔金属管1与气水分离器3的连接，在阳极多孔金属管1内注入hp-1浆液（离子固化剂5），使用加压装置将hp-1浆液压入土体；开启真空泵4、直流稳压电源2，hp-1浆液在电势梯度和负压作用下向阴极扩散；hp-1浆液通过破坏双电层结构、离子交换作用加固待加固区土体。
18.实施例3一种富水黄土隧道的预加固施工方法，包括以下步骤：在隧道开挖轮廓线外侧的土体内，沿隧道开挖方向打入若干个多孔金属管1，多个所述多孔金属管1为平行错位布置，多孔金属管1由钛合金或锡铜粉末烧结制成，多孔金属管1的内径为12mm，外径为18mm，长度为2m，孔径为60μm；每个多孔金属管1端部均连接一根塑料管和一根电缆线，将每个所述多孔金属管1上的塑料管与气水分离器3连接，气水分离器3连接真空泵4，真空泵4连接电源；开启所述真空泵4使得多孔金属管1内形成负压，在负压作用下，土体中的孔隙水通过多孔金属管1管壁上的小孔排入气水分离器3；土体含水率降至合格后，关闭所述真空泵4，将所述多孔金属管1上的电缆线分别与直流稳压电源2（输出电压为20-60v）的正、负极连接作为阳极和阴极，断开阳极多孔金属管1与气水分离器3的连接，在阳极多孔金属管1内注入丙烯酸磺化聚合物f1离子固化剂5，使用加压装置将丙烯酸磺化聚合物f1离子固化剂5压入土体；开启真空泵4、直流稳压电源2，丙烯酸磺化聚合物f1离子固化剂5在电势梯度和负压作用下向阴极扩散；丙烯酸磺化聚合物f1离子固化剂5通过破坏双电层结构、离子交换作用加固待加固区土体。
19.以上实施例可以很好的解决富水黄土隧道围岩强度较低、开挖存在安全隐患的问题，具体方法请参阅图1至图6。本发明的实施例可以快速将土体含水率降至最优含水率，且本发明提供的方法无需采用其他注液管道，不会对围岩造成额外扰动；多孔金属管不仅可
以作为排水通道，还可作为注液管，此外，多孔金属管还作为电渗效应的阴、阳极促进离子固化剂的扩散；综上所述，本发明提供的方法有四大优势：一、快速降水；二、离子固化剂具有加固作用和防渗水作用；三、多孔金属管的超前支护作用；四、多孔金属管可作为排水通道、注液管道、电极，使用用途可灵活变换。本发明能够有效解决富水黄土在含水率降至最优含水率后难以继续排水且强度仍不满足要求的问题。该方法的处理使得围岩强度大幅提高，缩短了施工工期，节省了施工成本。
20.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。