隧道富水断层突涌体快速安全处置方法与流程

1.本技术涉及隧道开挖的领域，尤其是涉及一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法。

背景技术：

2.随着我国隧道工程的蓬勃发展，山岭隧道也随之增多，在施工过程中难免遇到断层破碎带等地质条件，突水事故时有发生。若隧道突水情况处理不当，往往会遗留巨大的安全隐患，对隧道施工的安全及生产有着不利的影响。
3.现有技术资料中显示，很多隧址所处的断裂构造部位岩体破碎，赋水条件较好，隧道埋深大，水压力高。在这种情况下，基岩裂隙水主要分布于隧道洞身部分，由于断裂部位岩体比较破碎，所以施工期间易发生坍塌及突水、突泥等施工灾害。
4.针对上述现有技术，发明人认为山岭隧道穿越围岩遇到断层松散突涌体时，向断层松散突涌体内注浆的方法不足以对断层上段进行有效支撑，且难以实现对断层在隧洞掘进路径上的交错位置的快速封堵。

技术实现要素：

5.为了能够对断层上段进行有效支撑，并对断层在隧洞掘进路径上的交错位置的快速封堵，本技术提供一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法。
6.本技术提供的一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，采用如下的技术方案：一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，包括以下步骤：s1，浇注止浆墙，在止浆墙上标记注浆孔和排水孔的位置，排水孔位于注浆孔下方；s2，自止浆墙开始钻孔，形成注浆孔和排水孔，注浆孔向所述断层松散突涌体方向延伸，形成用于向断层松散突涌体内注浆的注浆通道；s3，注浆至所述断层松散突涌体内充满浆液后封闭所述排水孔和注浆孔；s4，管棚施工，止浆墙(2)上开设向浆液固结后的断层松散突涌体内延伸的钢管安装通道；止浆墙(2)后方断层松散突涌体内水体沿排水孔(22)流出，同步地，通过在所述安装通道内穿设管棚向所述断层松散突涌体内注浆；s5，所述断层松散突涌体和所述钢管安装通道内浆液固结后，继续自止浆墙处沿原始设计路线开挖。
7.通过采用上述技术方案，止浆墙上部设置注浆孔，下部设置排水孔，在注浆的同时通过排水孔泄水，降低了前方围岩水压力，边排边注浆，形成“上堵下排、泄水注浆”的施工思路。随着注浆的加强，出水量进一步减小、出水位置继续后退，掌子面后方出水得到进一步封堵，提高了注浆效果。通过止浆墙将管棚支撑，使充满浆液的管棚的结构强度提升，进而对断层在隧洞开挖路径上的交错位置进行支撑和封堵，结合充满了浆液的位于隧洞开挖路径上的断层，对隧洞开挖路径上方的断层进行有效支撑，减小了后续开挖步骤中隧洞开
挖路径上方断层持续下滑的可能。进而在浆液固结后能够继续按照原设计路线进行隧洞的掘进，并形成成型后的隧洞的顶壁。
8.可选的，s2中，跳跃式地间隔开孔注浆，在一阶段中所有注浆孔内浆液固结后进行下一阶段的施工。
9.通过采用上述技术方案，注浆孔开设于止浆墙上并直接与掌子面后方的断层松散突涌体连通，因此，当接连对相邻的注浆孔进行开孔注浆施工时，容易导致注浆孔之间的串浆，浆液凝胶的过程中容易经过刚开设的注浆孔跑浆或漏浆。另外，接连对相邻的注浆孔进行开孔注浆也会影响掌子面以及止浆墙此处的结构强度，进而削弱管棚对隧洞路径上方断层的支撑效果。在实际应用中，采取上述方案后，先施做的注浆孔的吸浆量明显大于后施做的注浆孔，即随着注浆的进行，第一阶段注浆使得断层松散突涌体中的大部分缝隙得到封堵，实现了隧洞开挖路径上断层的稳固，第二阶段注浆能够对断层中剩余的空隙进行补注，进一步提高了断层内空隙的充填率，达到对坍落下的断层加固的目的。
10.可选的，s2中，钢管安装通道开钻时设置上挑角度，钢管安装通道的开钻上挑角度包括3
°‑5°
。
11.通过采用上述技术方案，减小了钻杆太长钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象的发生，使得钻孔后形成的钢管安装通道整体均布于隧洞设计轮廓外，并能够对隧洞提供有效的保护效果。
12.可选的，s2中，采用顶水注浆原则，采取定量定压结合注浆，注浆量达到设计注浆量的1.5-2倍时，且注浆压力达到设计终压时，结束该孔注浆，当注浆过程中发现泄水孔出现跑浆串浆现象时结束该孔注浆。
13.通过采用上述技术方案，顶水注浆即浆液顶着水压箱空洞内灌注。将掌子面后的空洞根据水量以及水压分为强水区和弱水区，在顶水注浆原则下的定压注浆能够将强水区的水通过排水孔排出，或将强水区的水压向弱水区，降低强水区的水量和水压，降低施工难度和施工后的围岩稳定性，有效地封堵地下水裂隙通道。由于实施注浆各孔的注浆量极不均匀，单孔注浆量的代表性较为一般，所以在顶水注浆原则下的定量注浆能够与定压注浆形成互补，在二者任一达到期望值时结束注浆，减小过度注浆导致跑浆现象的发生。
14.可选的，s2中，单孔注浆量计算公式为：q＝πr2ln，其中“r”为浆液扩散半径，“l”为导管长度，“n”为围岩的孔隙率。
15.通过采用上述技术方案，提供了一种能够根据不同工况而获得预估注浆量的计算方式，使得能够根据不同的工况获得较为接近真实需求量的预估注浆量。
16.可选的，s2中，形成钢管安装通道包括以下步骤：管棚钻孔和清孔排渣。
17.通过采用上述技术方案，通过止浆墙承担载荷，进而开始管棚钻孔，清孔排渣则是为了后续管棚的安装和注浆的顺畅。
18.可选的，管棚钻孔采取分节钻孔，包括当第一节钻杆管套钻入岩层至尾部剩余20停止钻进，卡紧钻杆和管套，钻机反转脱开钻杆和套管；钻机沿导轨退回原位，装入第二节钻杆和套管，并在钻杆和套管前安装好联系接套，钻机将第二节钻杆和套管送至第一节钻杆和套管尾部，方向对准后联成一体，继续钻进，并按同样方法继续接长钻杆和套管。
19.通过采用上述技术方案，通过分节钻进的方式，能够获得穿过断层的钢管安装通道，进而使得钢管安装通道内的浆液能够均匀全面的填充至断层的空隙中，实现对断层的
固结，减小断层持续坍落的可能，并使后续的隧洞掘进顺畅进行。
20.可选的，所述钢管安装通道内设置有孔钢花管，有孔钢花管固定支撑于所述止浆墙上，相邻两钢管安装通道内的钢管接头交错设置。
21.通过采用上述技术方案，能够增强管棚的整体结构强度，使得有孔钢花管形成的管棚能够承担更大的载荷，进而对隧道设计路径上方的断层施加有效稳定的支撑，减小了断层继续坍落的可能。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.止浆墙上部设置注浆孔，下部设置排水孔，在注浆的同时通过排水孔泄水，降低了前方围岩水压力，边排边注浆，形成“上堵下排、泄水注浆”的施工思路。随着注浆的加强，出水量进一步减小、出水位置继续后退，掌子面后方出水得到进一步封堵，提高了注浆效果。通过止浆墙将管棚支撑，使充满浆液的管棚的结构强度提升，进而对断层在隧洞开挖路径上的交错位置进行支撑和封堵，结合充满了浆液的位于隧洞开挖路径上的断层，对隧洞开挖路径上方的断层进行有效支撑，减小了后续开挖步骤中隧洞开挖路径上方断层持续下滑的可能。进而在浆液固结后能够继续按照原设计路线进行隧洞的掘进，并形成成型后的隧洞的顶壁； 2.顶水注浆即浆液顶着水压箱空洞内灌注。将掌子面后的空洞根据水量以及水压分为强水区和弱水区，在顶水注浆原则下的定压注浆能够将强水区的水通过排水孔排出，或将强水区的水压向弱水区，降低强水区的水量和水压，降低施工难度和施工后的围岩稳定性，有效地封堵地下水裂隙通道。由于实施注浆各孔的注浆量极不均匀，单孔注浆量的代表性较为一般，所以在顶水注浆原则下的定量注浆能够与定压注浆形成互补，在二者任一达到期望值时结束注浆，减小过度注浆导致跑浆现象的发生。
附图说明
23.图1是实施例的示意图。
24.图2是实施例中隧道富水断层突涌体支撑结构的示意图。
25.附图标记说明：1、隧道路径；2、止浆墙；21、管棚导向钢管；22、排水孔；23、注浆孔；24、钢管安装通道；25、拱架。
具体实施方式
26.以下结合附图对本技术作进一步详细说明。
27.本技术实施例公开一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，包括以下步骤：参见图1，s1，在隧道路径1的掌子面处浇注止浆墙2，使止浆墙置于坍落的断层松散突涌体前方。在止浆墙2上标记注浆孔23和排水孔22的位置，排水孔22位于注浆孔23下方。
28.参见图1，在一个较佳的实施例中，止浆墙2采用c40混凝土浇筑，厚2.0m，周边采用3排长3m的42mm
×
4mm的锁脚锚杆，锁脚锚杆环向间距1.2m，排距0.8m，嵌入围岩内2.5m，并注浆。
29.s2，自止浆墙2开始钻孔，形成注浆孔23和排水孔22，注浆孔23向断层松散突涌体方向延伸，形成用于向断层松散突涌体内注浆的注浆通道。止浆墙2后方断层松散突涌体内水体沿排水孔22流出，同步地，通过注浆通道向断层松散突涌体内注浆。止浆墙2内埋设泄流钢管，泄流钢管端口形成排水孔22，排水孔22上增设阀门。
30.s3，注浆至所述断层松散突涌体内充满浆液后封闭排水孔22和注浆孔23。
31.s4，管棚施工，止浆墙2上开设向浆液固结后的断层松散突涌体内延伸的钢管安装通道24；止浆墙2后方断层松散突涌体内水体沿排水孔22流出，同步地，通过在所述安装通道24内穿设管棚向断层松散突涌体内注浆。
32.具体的，形成钢管安装通道包括以下步骤：架设拱架23、管棚钻孔和清孔排渣。
33.架设拱架25：在掌子面开挖轮廓线上方架设拱架25,并用锚杆锁定,将管棚导向钢管21焊在拱架25背部，然后挂网喷浆封闭掌子面,只露出管棚导向钢管21端头。
34.管棚钻孔：
⑴
钻孔前检查钻机各部位运转是否正常,对非正常部位进行更换,检查水压能否达到施工要求；钻孔时按设计位置开钻。
35.⑵
使用顶驱液动锤把套管与钻杆同时冲击回转钻入第一节钻杆和套管。
36.⑶
当第一节钻杆和管套钻入岩层，尾部剩余20cm停止钻进，用两把管钳人工卡紧钻杆和管套，钻机低速反转，脱开钻杆和套管；钻机沿导轨退回原位，人工装入第二节钻杆和套管，并在钻杆和套管前安装好联系接套，钻机低速送至第一节钻杆和套管尾部，方向对准后联成一体，继续钻进。按同样方法继续接长钻杆和套管。
37.⑷
钻孔完结后，把套管内孔注水清洗干净后，取出钻杆，套管仍留在孔内做护孔用。
38.⑸
管棚安设完成后，取出套管继续钻进其他注浆孔23，已完成的注浆孔23处安装注浆法兰盘。
39.在一个较佳的实施例中，注浆孔23开钻上挑角度为3
°
,并在开钻的同时随时检查角度值和钻进方向。
40.在一个较佳的实施例中，相邻两孔钢管接头错开1m,同一断面钢管接头数≤50％。
41.在一个较佳的实施例中，管棚导向钢管21外插角为1.5
°
。
42.具体的，在管棚钻孔步骤后形成的钢管安装通道24内插入有孔钢花管，作为形成管棚的管件使用，然后实施孔内注浆。
43.在一个较佳的实施例中，注浆过程采用顶水注浆原则，采取定量定压结合注浆，注浆量达到设计注浆量的2倍时或注浆压力达到设计终压时，结束该孔注浆。其中单孔注浆量计算公式为：q＝πr2ln，其中“r”为浆液扩散半径，“l”为导管长度，“n”为围岩的孔隙率。
44.具体的，本实施例中的定量标准：注浆量根据地层围岩孔隙率按15％计，单孔延米设计注浆量为2.0m3。当单孔注浆量达到设计注浆量的2倍，压力仍然不上升，可采取调整浆液配比缩短凝胶时间或进行间歇注浆等措施使注浆压力达到设计终压，结束该孔注浆。
45.本实施例中的定压标准：注浆压力达到设计终压4.0mpa并维持10min以上可结束该孔。
46.在一个较佳的实施例中，当注浆过程中发现泄水孔出现跑浆串浆现象时结束该孔注浆。
47.在一个较佳的实施例中，跳跃式地间隔开孔注浆，在一阶段中所有注浆孔23内浆液固结后进行下一阶段的施工。
48.具体的，用高压泵将水泥浆压入钢管内，浆液通过钢管注浆眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层，采用导管编号注浆，先注“单”号孔，待2天固结后，再注“双”号孔。
49.在一个较佳的实施例中，注浆量应满足设计要求；若注浆量超限，未达到压力要求，则调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。
50.在一个较佳的实施例中，为确保施工安全，注浆过程中加强监控量测。在隧洞内设置2个监测断面，每个断面设置拱顶沉降测点1个，拱腰位置1对收敛变形测点。量测频率为1次/4小时。
51.在一个较佳的实施例中，水泥浆搅拌好放入储浆桶后，在吸浆过程中不停地搅动，防止浆液离析；注浆过程中，若地层吸浆量很大，注浆压力长时间不上升，选择降低水灰比来提高水泥浆稠度，缩短浆液凝胶时间，以达到控制注浆范围的目的。
52.在一个较佳的实施例中，注浆选择水泥-水玻璃复合型浆液，注浆过程中，持续监控水玻璃注入流量不超过设计流量，间歇性通过敲击确定注浆管路是否堵塞，间歇性观察水玻璃输送管在工作状态下是否有抖动，防止堵管。
53.在一个较佳的实施例中，注浆过程中，发生其他孔串浆的现象，此时关闭该串浆孔继续注浆；但串浆现象发生频繁，此时加大钻孔与注浆孔23的间隔，减少串浆现象的出现；在一个较佳的实施例中，串浆现象发生频繁，采取“钻一孔注一孔”的注浆方式，减少了串浆现象的发生。
54.在一个较佳的实施例中，跑、漏浆现象严重，通过间歇注浆的方式以及调整浆液配比缩短凝胶时间的方法进行封堵。
55.在一个较佳的实施例中，注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施。如跑浆可通过调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，进行大泵量、低压力注浆，必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的。
56.在一个较佳的实施例中，注浆结束后注浆连接件、注浆三通以及管路清洗干净，清洗完以后，把注浆管从注浆法兰盘上拆掉，并把注浆法兰盘从孔口管上拆掉，以便下一次扫孔。
57.s5，断层松散突涌体和钢管安装通道(24)内浆液固结后，继续自止浆墙(2)处沿原始设计路线开挖。
58.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：包括以下步骤：s1，浇注止浆墙(2)，在止浆墙(2)上标记注浆孔(23)和排水孔(22)的位置，排水孔(22)位于注浆孔(23)下方；s2，自止浆墙(2)开始钻孔，形成注浆孔(23)和排水孔(22)，注浆孔(23)向断层松散突涌体方向延伸，形成用于向断层松散突涌体内注浆的注浆通道；s3，注浆至所述断层松散突涌体内充满浆液后封闭所述排水孔(22)和注浆孔(23)；s4，管棚施工，止浆墙(2)上开设向浆液固结后的断层松散突涌体内延伸的钢管安装通道（24）；止浆墙(2)后方断层松散突涌体内水体沿排水孔(22)流出，同步地，通过在所述安装通道（24）内穿设管棚向所述断层松散突涌体内注浆；s5，所述断层松散突涌体和所述钢管安装通道（24）内浆液固结后，继续自止浆墙(2)处沿原始设计路线开挖。2.根据权利要求1所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s2中，跳跃式地间隔开孔注浆，在一阶段中所有注浆孔(23)内浆液固结后进行下一阶段的施工。3.根据权利要求1所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s4中，钢管安装通道（24）开钻时设置上挑角度。4.根据权利要求1或3所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s4中，钢管安装通道（24）的开钻上挑角度包括3
°‑5°
。5.根据权利要求1所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s2中，采用顶水注浆原则，采取定量定压结合注浆，注浆量达到设计注浆量的1.5-2倍时，且注浆压力达到设计终压时，结束该孔注浆。6.根据权利要求1或5所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s2中，注浆过程中发现泄水孔出现跑浆串浆现象时结束该孔注浆。7.根据权利要求1或5所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s2中，单孔注浆量计算公式为：q=πr2ln，其中“r”为浆液扩散半径，“l”为导管长度，“n”为围岩的孔隙率。8.根据权利要求1所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：s4中，管棚施工包括以下步骤：管棚钻孔和清孔排渣。9.根据权利要求1或8所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：管棚钻孔采取分节钻孔，包括当第一节钻杆管套钻入岩层至尾部剩余20-30cm时停止钻进，卡紧钻杆和管套，钻机反转脱开钻杆和套管；钻机沿导轨退回原位，装入第二节钻杆和套管，并在钻杆和套管前安装好联系接套，钻机将第二节钻杆和套管送至第一节钻杆和套管尾部，方向对准后联成一体，继续钻进，并按同样方法继续接长钻杆和套管。10.根据权利要求1或8所述的隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其特征在于：所述钢管安装通道（24）内设置有孔钢花管，有孔钢花管固定支撑于所述止浆墙（2）上，相邻两钢管安装通道（24）内的钢管接头交错设置。

技术总结

本申请涉及一种隧道富水断层突涌体快速安全处置方法，其包括S1，浇注止浆墙，在止浆墙上标记注浆孔和排水孔的位置，排水孔位于注浆孔下方；S2，自止浆墙开始钻孔，形成注浆孔和排水孔，注浆孔向所述断层松散突涌体方向延伸，形成注浆通道S3，注浆至所述断层松散突涌体内充满浆液后封闭所述排水孔和注浆孔；S4，管棚施工；S5，继续自止浆墙处沿原始设计路线开挖。本申请具有提高围岩的稳定性、突涌体整体处治过程安全可靠的效果。过程安全可靠的效果。过程安全可靠的效果。