一种隧道突泥涌水的施工方法与流程

1.发明涉及隧道建设领域,尤其涉及一种隧道突泥涌水的施工方法。


背景技术：

2.隧道建设受各种不利地质灾害影响,其中突泥、涌水是富水区域隧道施工经常出现的问题，隧道长期涌水会产生破坏生态环境,导致施工条件恶化、威胁隧道运营期衬砌安全等问题，严重的甚至会诱发工程地质灾害,因此研究隧道涌水治理具有很强的实践意义。
3.现有隧道涌水处治采用封堵法，封堵法虽然能堵住涌水,但是水流易扩散乱窜造成不可控的水灾变,且涌水易造成隧道围岩中细小颗粒外流,导致破碎围岩结构局部脱空与垮塌，而封堵造成的水压升高会威胁衬砌稳定性,影响隧道施工和运营期的安全，且涌水大大恶化隧道施工环境，增加施工难度。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种隧道突泥涌水的施工方法。
5.该方法包括步骤a洞内处治措施、步骤b掌子面注浆加固、步骤c管棚超前预支护及套拱支撑、步骤d径向注浆加固、步骤e加密监控量测布点。
6.步骤e在进行步骤a、步骤b、步骤c、步骤d时同时实施，对静水压力、水量、涌泥量进行测量，用于判断各步骤处理突泥涌水的处治效果。
7.进一步的，步骤a洞内施作止浆墙，当洞内泥浆与掌子面的距离达到3m时停止施工，施工止浆墙的过程中应用大块预制件和洞碴，分三台阶进行施工，每一级止浆墙都需要埋设一定数量的排水管、注浆管以及孔口管，用于隧道排水、注浆以及注浆时注浆管万一被冲出时作为注浆孔的钻进导向。
8.通过上述技术方案，可以完成隧道内的排水以及注浆工作。
9.进一步的，步骤b掌子面注浆加固；洞内管棚的地质条件通常为断层破碎带，在开展洞内管棚施工的过程中，必须首先注浆加固掌子面。将管棚施工工作室设置在工作面后一段，一般来说，和正常开挖半径相比，管棚施工工作室开挖半径相对较大，如果断面面积有所增加，应该适当提高支护参数，本文涉及隧道掌子面的注浆管长度约为4～5.5m，相邻钢管之间的间距约为1.0m，呈梅花形布置，应用水平注浆的方式进行混凝土注浆，注浆材料的水泥灰控制在(0.6～3.0):1之间，控制注浆压力在0.5～1.0mpa之间，在正式注浆之前，需要通过现场试验确定最佳的浆液配合比和注浆压力。
10.通过上述技术方案，可以保证开挖工作平稳顺利进行。
11.进一步的，步骤c管棚超前预支护及套拱支撑；完成掌子面的注浆加固后，在套拱上安装导向管，作为管棚的固定端，用其控制管棚搭设角度和方向，管棚的固定端为套拱，在套拱内部设置工字钢，将孔口管和工字钢焊接在一起；应用双面焊接的方式焊接钢拱、钢筋网和孔口管，保证焊缝的长度超过5d；套拱应用混凝土制作而成，根据实际施工情况可以
适当加入早强剂。在管棚施工过程中，为了保证套拱施工的稳定性，可以适当使用临时支撑提高套拱的稳定性。管棚采用壁厚为8mm的热轧无缝钢管制作而成，控制钢管的间距约为0.3m，控制仰角处于2～3
°
之间，在管棚注浆过程中，应用水泥
‑
水玻璃浆液作为注浆液，控制其体积比1∶0.3～1∶1，水玻璃浓度采用30～35be
′
。
12.通过上述技术方案，可以确保管棚施作方位的准确性。
13.进一步的，步骤d径向注浆加固；在管棚超前预支护及套拱支撑后，进行径向注浆对隧道预支护，通常应用长度为4.5m的钢花管，控制钢花管的纵向间距为1.5m，环向间距为0.6m，保证倾角上斜60
°
，在这个施工阶段，所有的管长和注浆深度参数必须严格按施工设计进行，开始全面注浆工作前，必须通过现场试验确定最佳的注浆压力和最佳的配合比参数，开展注浆施工时，注浆材料通常应用m30水泥砂浆，控制水灰比为(0.5～0.8)∶1，掺入适量的水玻璃或氯化钙，注浆分为初压和终压，初压压力控制在0.5～1.0mpa，终压通常为2.0mpa，严格按从两边向拱顶的方向进行注浆。
14.通过上述技术方案，可以进一步保证隧道施工安全。
15.进一步的，步骤e加密监控量测布点；监控量测包含施工期间监控量测和运营期间监控量测，施工期间监控量测应加强水文量测、观测，量测静水压力、水量、涌泥量，观测地下水水量变化、水压变化及是否出现突泥或淤塞的情况，运营期间监控量测应加强地下水变化情况及隧道结构受力、变形情况量测，并继续监测斜井隧道初期支护及二次衬砌变形、受力情况及水文情况。
16.综上所述，通过本发明所提方法能够有效控制隧道的突泥涌水的水流扩散，并将突泥涌水造成的影响限定在可控范围,同时不影响隧道施工环境。
附图说明
17.图1为本发明的止浆墙示意图；
18.图2为本发明的处治断面示意图。
具体实施方式
19.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结合,下面结合附图和有具体实施例对本技术作进一步详细说明。
20.隧道区基岩性更接近花岗岩，属于混合岩，风化作用导致隧址附近岩体破碎，随着地质构造的运动，破碎的岩体会慢慢进入到围岩内部，进而造成隧道以及隧道附近区域的地质情况十分复杂。
21.隧道周围存在两条区域性断层，其中一条为南北走向正断层，记为f1断层，另外一条为东西走向的正断层，记为f2断层，其中，f1断层倾向西，另外一条隧道位于f1断层的西侧，因为受到f1断层的影响，围岩岩体出现严重的破碎，稳定性较差。另外，f1断层作为导水断层，含有较多的裂隙水，在隧道开挖的过程中，受到裂隙水的影响，洞内会出现较大的涌水量，f2断层倾向南，f1断层和f2断层在某国道附近交汇。岩体因为受两断层的影响，出现较为严重的破碎，再加上长时间的风化，岩体剥落为矿物细粒，缝隙中储存一定量的大气降水，矿物细粒和大气降水相互混合形成泥浆。
22.隧道出口位置的围岩主要为中风化围岩，围岩具有较好的整体性，岩层起到隔绝
地下水的效果，导致地下水在破碎的岩体内聚集，导致地下水排水不顺畅，随着水位逐渐上升，补给与排泄相互平衡后，形成稳定的地下水。
23.水位线相对较高，掌子面的位置通常较地下水位低，所以，掌子面承受的水压较大，完成爆破后，隔水层会被打穿，矿物细粒及黏土会随着地下水一起冲出，最终造成涌水和突泥的情况。
24.本发明所采用的技术方案是，由于地下水发育，施工时可能产生突泥、涌水危及施工安全的岩溶、破碎带发育地段，根据“排堵结合，综合治理”的原则，通过注浆堵水加固围岩，防止突泥、涌水，确保施工安全，对于施工中揭示的岩溶管道水、暗河，在不影响地表环境的段落，采取“疏导引排水为主”的治水原则。
25.对隧道开挖导致的地下水流失有可能引起地表环境变化并影响到居民生产生活用水的段落，采取“以堵为主”的防水措施，措施包括洞内处治措施、掌子面注浆加固、管棚超前预支护及套拱支撑、径向注浆加固、加密监控量测布点。
26.该方法包括步骤a洞内施作止浆墙、步骤b掌子面注浆加固、步骤c管棚超前预支护及套拱支撑、步骤d径向注浆加固、步骤e加密监控量测布点。
27.如图1所示，本发明中，洞内施作止浆墙；洞内施作止浆墙，当洞内泥浆与掌子面的距离达到3m时停止施工，施工止浆墙的过程中需要应用大块预制件和洞碴，分三台阶进行施工，每一级止浆墙都需要埋设一定数量的排水管、注浆管以及孔口管，用于隧道排水、注浆以及注浆时注浆管万一被冲出时作为注浆孔的钻进导向。
28.本发明中，掌子面注浆加固；洞内管棚的地质条件通常为断层破碎带，在开展洞内管棚施工的过程中，为了保证开挖工作平稳顺利进行，必须首先注浆加固掌子面。将管棚施工工作室设置在工作面后一段，一般来说，和正常开挖半径相比，管棚施工工作室开挖半径相对较大，其尺寸结合管棚施做空间进行合理设置；
29.如果断面面积有所增加，应该适当提高支护参数，本发明涉及隧道掌子面的注浆管长度约为4～5.5m，相邻钢管之间的间距约为1.0m，呈梅花形布置，应用水平注浆的方式进行注浆，注浆材料的水泥灰控制在0.4～0.6之间，控制注浆压力在0.5～1.0mpa之间，在正式注浆之前，需要通过现场试验确定最佳的浆液配合比和注浆压力。
30.本发明中，管棚超前预支护及套拱支撑；完成掌子面的注浆加固后，在套拱上安装导向管，作为管棚的固定端，用其控制管棚搭设角度和方向，进而确保管棚施作方位的准确性；管棚的固定端为套拱，在套拱内部设置工字钢，将孔口管和工字钢焊接在一起；应用双面焊接的方式焊接钢拱、钢筋网和孔口管，保证焊缝的长度超过2.5d
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3d(d为孔口管直径)；套拱应用混凝土制作而成，根据实际施工情况可以适当加入早强剂；在管棚施工过程中，为了保证套拱施工的稳定性，可以适当使用临时支撑提高套拱的稳定性。管棚采用壁厚为8mm的热轧无缝钢管制作而成，控制钢管的间距约为0.3m，控制仰角处于2～3
°
之间；在管棚注浆过程中，应用水泥
‑
水玻璃浆液作为注浆液，控制其体积比1∶0.3～1∶1，水玻璃浓度采用30～35be
′
。
31.本发明中，径向注浆加固；为了进一步保证隧道施工安全，在隧道开挖施工之前，必须进行径向注浆对隧道进行预支护，通常应用长度为4.5m的钢花管，控制钢花管的纵向间距约为1.5m，环向间距为0.6m，保证倾角上斜60
°
，在这个施工阶段，所有的管长和注浆深度参数必须严格按施工设计进行；开始全面注浆工作前，必须通过现场试验确定最佳的注
浆压力和最佳的配合比参数。开展注浆施工时，注浆材料通常应用m30水泥砂浆，控制水灰比为(0.5～0.8)∶1，掺入适量的水玻璃或氯化钙，注浆分为初压和终压，初压压力控制在0.5～1.0mpa，终压通常为2.0mpa，严格按从两边向拱顶的方向进行注浆。
32.本发明中，施工工序如下：
33.1:对掌子面前方及周边进行综合超前地质预报，掌握洞分布、水压及充填物情况；
34.2:在确保安全的情况下，通过控制爆破小范围、小尺寸地揭穿各溶洞；
35.3:有序地排险、抽水、清淤、再排险；
36.4:施作拱墙溶腔内连接锚杆及边墙回填层外侧钢架喷射混凝土防护壳，埋设主要溶腔、岩溶管道内预留排水钢管及混凝土泵送管。
37.5:施作初期支护，跨洞处需施作水平工字钢托架。
38.6:清除仰拱底5.0m范围的溶洞内淤泥充填物，采用洞渣分层压实换填及c20混凝土回填，施作钢筋混凝土托梁，如图2所示。
39.7:对拱墙初期支护背后的溶腔内进行清淤，设置必要的临时支撑，(分层)泵送c35混凝土对溶腔、岩溶管道进行回填、封堵；
40.8:进行径向系统注浆，依次采用钻孔向围岩注水泥砂浆及纯水泥浆液，通过补注浆直至满足验收要求；
41.9:及时施作仰拱及仰拱填充。
42.10:根据水文监测情况及注浆堵水效果，适时施作二次衬砌。
43.本发明中，监控量测；监控量测应包含施工期间监控量测和运营期间监控量测，施工期间监控量测应加强水文量测、观测，量测静水压力、水量、涌泥量，观测地下水水量变化、水压变化及是否出现突泥或淤塞的情况；运营期间监控量测应加强地下水变化情况及隧道结构受力、变形情况量测，并继续监测斜井隧道初期支护及二次衬砌变形、受力情况及水文情况。
44.本发明所提方法能够有效控制隧道的突泥涌水的水流扩散，并将突泥涌水造成的影响限定在可控范围,同时不影响隧道施工环境。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解的是,在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种效的变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。