隧道冲沟段施工方法

1.本技术涉及土木工程技术领域，具体而言，涉及一种隧道冲沟段施工方法。


背景技术：

2.全断面隧道掘进机(tunnel boring machine，tbm)是机械化施工中常用的智能化设备。在tbm掘进过程中可能会遇到隧道断层带，隧道断层带多发生在隧道的洞顶为冲沟的位置。发明人发现tbm在通过隧道断层带时安全隐患大，掘进时间也长、成本也高，甚至有可能出现tbm设备损坏和难以顺利通过的情况。因此，如何降低tbm在隧道冲沟段掘进施工的安全隐患是亟需解决的问题。


技术实现要素：

3.本技术的主要目的在于提供一种隧道冲沟段施工方法，解决如何降低tbm在隧道冲沟段掘进施工的安全隐患是亟需解决的问题。
4.为了实现上述目的，根据本技术提供了一种隧道冲沟段施工方法。
5.根据本技术的隧道冲沟段施工方法包括：s1：在冲沟段地表分序进行注浆孔的孔位放样，再按照分序加密的原则根据孔位对所述注浆孔进行钻进；其中，所述注浆孔的排与排之间和同一排注浆孔的孔与孔之间，分为二序施工，所述冲沟段地表为隧道上方的地形表面；s2：根据不同的地质条件以及现场注浆试验选择对应的钻孔冲洗方式进行注浆孔冲洗，根据不同的地质条件选择对应的裂隙冲洗方式对所述注浆孔的孔内裂隙进行冲洗；s3：在注浆孔冲洗后第一预设时段内进行压水试验，其中，在二序施工中的ⅰ序注浆孔中选预设比例的注浆孔进行单点法压水试验，除所述预设比例的注浆孔之外所有剩余的注浆孔进行简易压水试验；s4：安装注浆锚索并对所述注浆锚索进行锚固，当锚固时间达到第二预设时段后安装止浆塞、锚墩以及索具，通过锚索张拉器对所述注浆锚索进行涨紧；其中，同一排注浆锚索间采用w形钢带进行连接；s5：采用分段注浆法进行滞后注浆，当达到预设注浆施工时间后结束注浆；s6：注浆完成后，进行注浆效果检查。
6.可选的，在通过锚索张拉器对注浆锚索进行涨紧之后，所述方法还包括：对所述注浆锚索的预紧力进行检测；若在第三预设时段内所述预紧力下降，则对预紧力下降的注浆锚索实施二次涨紧。
7.可选的，在对所述注浆孔进行钻进后，所述方法还包括：根据钻孔要求对所述注浆孔进行检测，所述钻孔要求包括：实际施工钻孔轴线与预设钻孔轴向偏差小于5
°
，注浆锚索实际施工孔位与所述注浆孔对应的放样孔位偏差小于或等于10cm，钻孔深度大于或等于预设钻孔深度且小于或等于预设钻孔深度加长100mm。
8.可选的，所述钻孔冲洗方式包括自孔底向孔外敞开水冲洗、压力风冲洗、风水联合冲洗，所述裂隙冲洗方式包括压力水冲洗、压力风冲洗、风水轮换冲洗。
9.可选的，所述注浆孔和所述孔内裂隙冲洗时的冲洗水压选择80％的注浆压力，若所述冲洗水压大于1mpa，则所述冲洗水压选择1mpa；所述注浆孔和所述孔内裂隙冲洗时的
冲洗风压选择50％的所述注浆压力，若所述冲洗风压超过0.5mpa，则所述冲洗风压选择0.5mpa。
10.可选的，所述单点法压水试验和所述简易压水试验时的压水压力选择80％的注浆压力，若所述压水压力大于1mpa，则所述压水压力选择1mpa；所述简易压水试验的时长为20min，每5min测读一次压水流量，根据最后一次的压水流量值计算透水率。
11.可选的，滞后注浆的过程中，水泥为42.5mpa抗硫酸盐水泥，水泥浆液选择2：1、1：1、0.5：1三个水灰比级。
12.可选的，所述第一预设时段为24h，所述第二预设时段为30min，所述第三预设时段为48h。
13.可选的，在注浆锚索施工过程中，若所述预紧力小于预设张紧力的90％，则补打新的注浆锚索。
14.可选的，所述分段注浆法中的分段段长为：第一段为3.0m，第二段及以下为5.0m；所述预设注浆施工时间为大于7min且小于或等于8min。
15.可选的，所述预设比例的注浆孔为20％的注浆孔。
16.可选的，所述注浆效果检查包括：以声波测量岩体波速进行固结注浆质量检查，并结合钻孔压水试验、注浆前后物探成果、注浆施工资料以及钻孔取芯资料进行综合评定。
17.在本技术实施例的隧道冲沟段施工方法中，首先在冲沟段地表分序进行注浆孔的孔位放样，再按照分序加密的原则根据孔位对注浆孔进行钻进；其中，注浆孔的排与排之间和同一排注浆孔的孔与孔之间，分为二序施工，冲沟段地表为隧道上方的冲沟地形表面；然后根据不同的地质条件以及现场注浆试验选择对应的钻孔冲洗方式进行注浆孔冲洗，以及根据不同的地质条件选择对应的裂隙冲洗方式对注浆孔的孔内裂隙进行冲洗；在注浆孔冲洗后第一预设时段内进行压水试验，其中，在二序施工中的ⅰ序注浆孔中选预设比例的注浆孔进行单点法压水试验，除预设比例的注浆孔之外所有剩余的注浆孔进行简易压水试验；压水试验完成后安装注浆锚索并对注浆锚索进行锚固，当锚固时间达到第二预设时段后安装止浆塞、锚墩以及索具，通过锚索张拉器对注浆锚索进行涨紧；其中，同一排注浆锚索间采用w形钢带进行连接；最后采用分段注浆法进行滞后注浆，当达到预设注浆施工时间后结束注浆；注浆完成后，进行注浆效果检查。可以看到，本技术实施例的施工方法中，在遇到隧道冲沟段时，先通过冲沟段地表注浆加固的方式对围岩进行加固，增强了破碎围岩的整体性，提高了围岩的自承能力，并抑制了围岩的松动坍塌，因此可以有效的预防tbm掘进机在掘进过程中损坏、被埋等问题，降低了施工安全隐患，提高了施工的效率。另外，注浆方式选择的是锚索注浆的方式，相比于锚杆注浆的方式能够更加增强围岩的完整性。另外，本技术实施例具体的注浆施工流程设计构思巧妙，注浆质量易控制，而且应用环境友好。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
19.图1是根据本技术实施例提供的一种隧道冲沟段施工方法的流程图；
20.图2是根据本技术实施例提供的一种隧道冲沟段的断面图；
21.图3是根据本技术实施例提供的一种注浆孔孔位平面示意图；
22.图4-图5是根据本技术实施例提供的浆孔剖面图；
23.图6是根据本技术实施例提供的一种注浆锚索施工时的示意图。
24.图中，1-冲沟段地表，2-注浆孔，3-孔位，4-隧道，5
‑ⅰ
序注浆孔，6-注浆锚索，7-止浆塞，8-锚墩，9-索具，10-洞顶线，11-围岩，12-轴线，13
‑ⅱ
序注浆孔，14-注浆段，15-非注浆段，16-锚固剂，17-注浆泵，18-注浆桶。
具体实施方式
25.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
26.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
28.实施例1：
29.结合图1-6，对本技术实施例的一种隧道冲沟段施工方法进行具体说明：如图1所示，该方法包括如下的步骤s1-s6：s1.在冲沟段地表1分序进行注浆孔2的孔位3放样，再按照分序加密的原则根据孔位对注浆孔2进行钻进；其中，注浆孔2的排与排之间和同一排注浆孔2的孔与孔之间，分为二序施工，冲沟段地表1为隧道4上方的地形表面；s2.根据不同的地质条件以及现场注浆试验选择对应的钻孔冲洗方式进行注浆孔冲洗，根据不同的地质条件选择对应的裂隙冲洗方式对注浆孔的孔内裂隙进行冲洗；s3.在注浆孔冲洗后第一预设时段内进行压水试验，其中，在二序施工中的ⅰ序注浆孔5中选预设比例的注浆孔2进行单点法压水试验，除预设比例的注浆孔2之外所有剩余的注浆孔2进行简易压水试验；s4.安装注浆锚索6并对注浆锚索进行锚固，当锚固时间达到第二预设时段后安装止浆塞7、锚墩8以及索具9，通过锚索张拉器对注浆锚索6进行涨紧；其中，同一排注浆锚索6间采用w形钢带进行连接；s5.采用分段注浆法进行滞后注浆，当达到预设注浆施工时间后结束注浆；s6.注浆完成后，进行注浆效果检查。
30.对于步骤s1中的冲沟段地表1，提供了一种隧道冲沟段的断面图，如图2所示，洞顶线10为隧道4的内部顶端所对应的直线，洞顶线10上方凹陷处为冲沟，洞顶线10上方为围岩11，围岩11的表面为冲沟状，即冲沟段地表1。另外，对于注浆孔2孔位3的放样具体可以采用gps测量仪或者全站仪进行。其中gps测量仪为全球定位系统(global positioning system，gps)测量仪，根据gps测量仪或全站仪可以精准定位并根据设计的放样点进行孔位
3的放样。孔位3放样完成后，就可以进行注浆孔2钻进。注浆孔2钻进时是采用地质钻机进行钻进，具体的地质钻机可以选择气动凿岩钻机或液压凿岩钻机，比如可以选择gy100凿岩钻机。钻进时从冲沟地表垂直洞顶线10向下钻进，注浆孔2的深度也是提前设置好的，按照预设钻孔深度进行钻进。如图3所示，为一种注浆孔2孔位3平面示意图，中间的虚线为隧道4的轴线12，在轴线12方向和轴线12两边方向分别分布孔位3，图3中孔位3与孔位3之间的距离以及排与排之间距离都是示意性的，在实际应用根据实际需求可以调整。步骤s1中的二序施工是将注浆孔2分为ⅰ序注浆孔5和ⅱ序注浆孔13，按照先后顺序分别对ⅰ序注浆孔5和ⅱ序注浆孔13进行注浆。另外，在对注浆孔2钻进后，根据钻孔要求对注浆孔2进行检测，钻孔要求包括：实际施工钻孔轴线与预设钻孔轴向偏差小于5
°
，注浆锚索6实际施工孔位3与注浆孔2对应的放样的孔位3偏差小于或等于10cm，钻孔深度大于或等于预设钻孔深度且小于或等于预设钻孔深度加长100mm。如果不满足钻孔需求还需要进行注浆后重新钻进。钻孔遇有洞穴、塌孔或掉块难以钻进时，可先进行注浆处理，再行钻进。如图4和图5所示，都是注浆孔2剖面图，图4是在掘进一部分后才发现冲沟段，所以隧道4上方的注浆孔2只能钻到隧道4的顶部为止，图5中是对于前方还没有掘进的冲沟段的部分，注浆时会贯穿隧道4注浆，即注浆孔2钻到隧道4下方为止。另外，还需要说明的是，如图4和图5中所示，注浆孔2分为注浆段14和非注浆段15，在注浆的时候只对注浆段14注浆，非注浆段15是地表向下预设段，非注浆段15的长度根据行业标准或者地质特征确定，图4和图5中的具体的距离值都是示意性的，在实际应用中可以根据实际需求调整。
31.在注浆孔2钻进完成后，进入步骤s2进行钻孔(注浆孔2)的冲洗，步骤s2中钻孔冲洗方式包括自孔底向孔外敞开水冲洗、压力风冲洗、风水联合冲洗，裂隙冲洗方式包括压力水冲洗、压力风冲洗、风水轮换冲洗。进一步的，注浆孔2和孔内裂隙冲洗时的冲洗水压选择80％的注浆压力，若冲洗水压大于1mpa，则冲洗水压选择1mpa；注浆孔2和孔内裂隙冲洗时的冲洗风压选择50％的注浆压力，若冲洗风压超过0.5mpa，则冲洗风压选择0.5mpa。本实施例中注浆压力需要根据围岩的抗压轻度选择适合的注浆压力，另外，对于“80％、1mpa、50％、0.5mpa”这些数值的选择，都可以根据实际的需求和行业标准进行小范围的调整。
32.按照步骤s2的冲洗方式对注浆孔2和孔内裂隙冲洗完成后，进入步骤s3进行压水试验。步骤s3中，第一预设时段为24h，即在冲洗完成后24h内要做压水试验，如果没有在24h内做压水试验，则在压水试验前还需要再进行注浆孔2和孔内裂隙冲洗。另外，步骤s3中具体是在ⅰ序注浆孔5中选20％的注浆孔2进行单点法压水试验，剩余80％的ⅰ序注浆孔5和全部的ⅱ序注浆孔13进行简易压水试验。其中，单点法压水试验和简易压水试验时的压水压力选择80％的注浆压力，若压水压力大于1mpa，则压水压力选择1mpa；简易压水试验的时长为20min，每5min测读一次压水流量，根据最后一次的压水流量值计算透水率，压水试验成果用透水率表示。具体透水率的计算公式如下：q＝q/(p
·
l)；其中，q为透水率，q为压水流量，p为水压，l为试验段长度。另外，对于“20％、80％、1mpa、20min、5min”这些数值的选择，都可以根据实际的需求和行业标准进行小范围的调整。
33.在压水试验完成后，应及时进入步骤s4，步骤s4中，具体的使用锚固剂16对注浆锚索6进行锚固，当锚固时间达到第二预设时段后安装止浆塞7、锚墩8以及索具9，其中第二预设时段为30min，表示锚固时间至少要达到30min才可以进行止浆塞7、锚墩8以及索具9的安装。在止浆塞7、锚墩8以及索具9的安装，要通过锚索张拉器对所述注浆锚索6进行涨紧，而
且在通过锚索张拉器对注浆锚索6进行涨紧之后，还需要对注浆锚索6的预紧力进行检测；若在第三预设时段内预紧力下降，则对预紧力下降的注浆锚索6实施二次涨紧。其中第三预设时段为48h。安装注浆锚索6即后续使用锚索方式进行注浆，本技术实施例选择锚索而不用锚杆注浆，是因为锚索可以提高围岩的完整性，从根本上改善围岩力学性能，有效地控制围岩的位移，促使其稳定。
34.步骤s5中，分段注浆法中的分段段长为：第一段为3.0m，第二段及以下为5.0m；预设注浆施工时间为大于7min且小于或等于8min。预设注浆施工时间是通过下述方式确定的：当注浆开始后尽快使压力达到设计值，接触段和注入率大的孔段逐级升压，注浆过程中，浆液变换及注浆结束时必须测记浆液密度，其测值应反映在注浆原始记录中，经实验分析，在注浆施工时间达到7min以上时浆液扩散半径的增长比例在10％以下，因此结合现场施工时间的不可控性，最终确定合理注浆时间为7～8min，符合规定时即可结束注浆。滞后注浆的过程中，水泥为42.5mpa抗硫酸盐水泥，水泥浆液选择2：1、1：1、0.5：1三个水灰比级。另外，注浆浆液配制阶段，应严格按照设计材料配比进行加料，搅拌均匀，在进行注浆作业时，在出浆口布设过滤网，防止配料结块对注浆孔2造成堵塞。如图6所示，为一种注浆锚索6施工时的示意图，图6中包括锚固剂16、止浆塞17、锚墩8、索具9、注浆泵17、注浆桶18，锚固剂16和止浆塞17都覆在注浆锚索6上。在施工时，注浆桶18中的注浆浆液通过注浆泵17向注浆孔2中注浆。另外，对于“42.5mpa、2：1、1：1、0.5：1”都可以根据实际的施工需求按照行业标准进行小范围调整。
35.进一步的，在注浆锚索6施工过程中，还需要对注浆锚索6的预紧力进行检测，如果检测到预紧力小于预设张紧力的90％，则表示锚索质量有问题，需要及时在有问题的锚索的附近补打新的注浆锚索6，并且施工完成后也要定期对锚索预紧力进行检测，检测出问题后也需要及时进行补救。
36.步骤s6中，注浆效果检查包括：以声波测量岩体波速进行固结注浆质量检查，并结合钻孔压水试验、注浆前后物探成果、注浆施工资料以及钻孔取芯资料进行综合评定。评定结果符合施工需求后，完成隧道冲沟段加固，之后tbm就更安全的进行掘进了。
37.基于以上描述，总结本技术实施例的有益效果如下：
38.1、隧道冲沟段由于地质情况较差，围岩稳定性较差，先进行地表预注浆加固可增强破碎围岩的整体性和稳定性，提高了围岩的自承能力，并抑制了围岩的松动坍塌，保障tbm机顺利掘进，有效预防tbm机被埋或卡机等情况；
39.2、地表预注浆加固效果稳妥可靠，注浆质量易控制；
40.3、采用注浆锚索超前支护方式，可大幅降低劳动强度，提高机械化程度，提高施工效率，减少支护成本；锚索注浆相比于锚杆注浆方式能够更好增强围岩的完整性，提高施工的安全性；
41.4、施工方案设计构思巧妙，施工效率高、安全性好，并且应用环境友好，市场前景广阔。
42.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。