隧洞涌水封堵方法与流程

1.本发明涉及隧洞工程技术领域，具体而言，涉及一种隧洞涌水封堵方法。


背景技术：

2.隧洞依据围岩岩性、风化程度和岩石质量等因素不同，分为五类围岩，第五类岩体节理裂隙极发育，地下水活动丰富，围岩不稳定。隧洞施工时，通常会遇到穿越围岩破碎段，且隧洞大部分位于地下水位以下的情况，隧洞四周围岩稳定性较差，岩溶涌水问题严重，安全风险大。
3.现有技术通常在隧洞涌水位置周边使用注浆材料堵水，在初期支护施工期间，时常发生开挖后暴露的岩面仍存在股状水、裂隙渗水现象，导致初支施工完毕后仍有较多股状水流出，且分布在拱部、拱肩、边墙各个部位，对隧洞的施工安全和施工作业造成了严重影响。


技术实现要素：

4.本发明解决的问题是如何解决隧洞涌水带出水量大而造成涌水封堵质量差和涌水封堵施工效率低的问题。
5.本发明提供了一种隧洞涌水封堵方法，包括以下步骤：
6.步骤s1，隧洞开凿时，在隧洞底部浇筑混凝土垫层并在混凝土垫层下侧预留排水沟；
7.步骤s2，在隧洞壁周边钻排水孔，再用排水管连通排水孔与排水沟，排水沟用于将水排至隧洞外的沉淀池；
8.步骤s3，在排水孔周边钻注浆孔，并往注浆孔内注入注浆材料，待排水管不出水和注浆孔内的注浆材料出现逆流后，再封堵注浆孔；
9.步骤s4，在隧洞内埋设二衬套管，同时在二衬套管与隧洞壁之间埋设注浆管道，然后在二衬套管与隧洞壁之间浇筑混凝土，二衬套管侧壁设有通孔，注浆管道的一端与通孔连通，注浆管道的另一端与排水沟连通；
10.步骤s5，待二衬套管与隧洞壁之间的混凝土达到75％的设计强度后，通过注浆管道往排水沟内注入注浆材料，封堵注浆管道下侧的排水沟。
11.与现有技术相比，本发明在高水压、大流量涌水的隧洞施工条件下，通过对涌水严重部位的周边钻排水孔并埋排水管，将涌水分流，降低封堵难度，再在隧洞底部浇筑混凝土垫层并在混凝土垫层下侧预留排水沟，对涌水进行统一纳排，提高排水效率，然后在排水孔周边的涌水不严重部位钻注浆孔并注入注浆材料，注浆材料在水流的带动下自动寻找细小裂隙通道并封堵加固，提高封堵质量，减少地面打钻注浆的工作量，最后通过在二衬套管与隧洞壁之间设置注浆管道，连通二衬套管和排水沟并注入注浆材料封堵排水沟，完全封堵隧洞涌水部位并保证封堵质量。
12.作为优选，步骤s3中在封堵注浆孔后还包括：切除排水管中伸出隧洞壁的部分，再
将注浆材料注入排水管并封堵排水管。
13.作为优选，步骤s5中封堵排水沟之后还包括：再将注浆管道封堵。
14.作为优选，当排水沟设于隧洞底部的中间时，通孔的数量设置为多个，且多个通孔位于二衬套管侧壁的相同一侧，相邻通孔的间距为4m-8m。
15.作为优选，当排水沟设于隧洞底部的两侧时，通孔的数量设置为多个，且多个通孔位于二衬套管侧壁的两侧，相同一侧的注浆管道连通相同一侧的通孔和相同一侧的排水沟，相同一侧的通孔中，相邻通孔间距为4m-8m。
16.作为优选，注浆管道的上部为水平设置。
17.作为优选，二衬套管内壁上设有水位传感器，水位传感器与二衬套管底部内壁的距离为二衬套管直径的3/4。作为优选，注浆材料为水泥浆、水泥黏土浆、水泥-水玻璃浆、超细水泥液和聚氨酯浆液中的一种或多种。
18.作为优选，聚氨酯浆液由重复的氨基甲酸酯链段单元组成，聚氨酯浆液遇水固化成型，用于堵水兼加固注浆孔。
19.作为优选，水泥-水玻璃浆包括以下组分：水泥熟料50-80wt.％、粉煤灰8-15wt.％、矿渣5-20wt.％、石膏1-3wt.％、速凝剂0.5-1.5wt.％、防水剂0.5-1.5wt.％、膨胀剂1-2wt.％和絮凝剂1-2wt.％。
附图说明
20.图1为本发明实施例中隧洞涌水封堵方法步骤s3后的横截面示意图；
21.图2为图1中切除排水管伸出隧洞壁部分后的横截面示意图；
22.图3为本发明实施例中隧洞涌水封堵方法步骤s5后的横截面示意图；
23.图4为图3的纵截面示意图。
24.附图标记说明：
25.1、排水沟，2、排水孔，3、排水管，4、注浆孔，5、二衬套管，6、注浆管道，7、通孔，8、水位传感器。
具体实施方式
26.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
27.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“下侧”、“上部”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.另外，术语“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
30.此外，术语“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机构连接；可以是直接连接，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.本发明实施例提供了一种隧洞涌水封堵方法，如图1-4所示，包括以下步骤：
33.步骤s1，隧洞开凿时，在隧洞底部浇筑混凝土垫层并在混凝土垫层下侧预留排水沟1；
34.步骤s2，在隧洞壁涌水严重部位的周边钻排水孔2，再用排水管3连通排水孔2与排水沟1，排水沟1用于将水排至隧洞外的沉淀池；
35.步骤s3，在排水孔2周边的涌水不严重部位钻注浆孔4，并往注浆孔4内注入注浆材料，待排水管3不出水和注浆孔4内的注浆材料出现逆流后，再封堵注浆孔4；
36.步骤s4，在隧洞内埋设二衬套管5，同时在二衬套管5与隧洞壁之间埋设注浆管道6，然后在二衬套管5与隧洞壁之间浇筑混凝土，二衬套管5侧壁设有通孔7，注浆管道6的一端与通孔7连通，注浆管道6的另一端与排水沟1连通；
37.步骤s5，待二衬套管5与隧洞壁之间的混凝土达到75％的设计强度后，通过注浆管道6往排水沟1内注入注浆材料，封堵注浆管道6下侧的排水沟1；
38.步骤s6，封堵完成后，对下一个涌水带重复步骤s2-步骤s5，直到完成整个隧洞涌水带的封堵。
39.与现有技术相比，本发明在高水压、大流量涌水的隧洞施工条件下，通过对涌水严重部位的周边钻排水孔2并埋排水管3，将涌水分流，降低封堵难度，再在隧洞底部浇筑混凝土垫层并在混凝土垫层下侧预留排水沟1，对涌水进行统一纳排，提高排水效率，然后在排水孔2周边的涌水不严重部位钻注浆孔4并注入注浆材料，注浆材料在水流的带动下自动寻找细小裂隙通道并封堵加固，提高封堵质量，减少地面打钻注浆的工作量，最后通过在二衬套管5与隧洞壁之间设置注浆管道6，连通二衬套管5和排水沟1并注入注浆材料封堵排水沟1，完全封堵隧洞涌水部位并保证封堵质量。可见本发明采用“排堵结合”治理原则，对边墙底角、隧洞底部及施工缝等涌水和股水严重部位以疏排水为主，对隧洞拱顶纵向裂缝等涌水不严重部位以堵为主。
40.作为另一种实施方式，步骤s3中在封堵注浆孔4后还包括：切除排水管3中伸出隧洞壁的部分，再通过注浆设备将注浆材料注入排水管3并封堵排水管3。采用上述方法，通过封堵排水管3内的少量涌水，避免少量涌水排入排水沟1，提升后续注浆管道6对排水沟1注浆时的注浆质量。
41.作为另一种实施方式，步骤s5中封堵排水沟1之后还包括：再将注浆管道6封堵。采用上述方法，通过封堵二衬套管5侧壁的通孔7和注浆管道6，提升二衬套管5的密闭性。
42.作为另一种实施方式，排水沟1设于隧洞底部的中间，通孔7的数量为多个，多个通孔7位于二衬套管5侧壁的相同一侧，相邻通孔7的间距为4m-8m。采用上述结构，通过将通孔
7设置于二衬套管5侧壁的相同一侧，方便注浆设备在二衬套管5内相同一侧操作，另外，由于相邻通孔7的间距受相邻注浆管道6间距要求的影响，为了增加排水沟1注浆密度并提升封堵质量，需要将相邻注浆管道6间距设置在4-8m。本实施方式中相邻通孔7的间距为6m，可将排水沟1完全封堵。
43.作为另一种实施方式，排水沟1设于隧洞底部的两侧，通孔7的数量为多个，多个通孔7位于二衬套管5侧壁的两侧，相同一侧的注浆管道6连通相同一侧的通孔7和相同一侧的排水沟1，相同一侧的通孔7中，相邻通孔7间距为4m-8m。采用上述结构，通过在隧洞底部的两侧分别设置排水沟1，提升排水沟1的涌水排出速度，再将多个通孔7设置于二衬套管5侧壁的两侧，并将相同一侧的通孔7和排水沟1连通，提升排水沟1的注浆速度，再将相同一侧中相邻通孔7的间距设为4m-8m，进一步增加排水沟1注浆密度并进一步提升封堵质量。
44.作为另一种实施方式，注浆管道6的上部为水平设置。采用上述结构，方便注浆设备往注浆管道6内注入注浆材料并使注浆材料不倒流，同时也避免施工时水流入注浆管道6稀释排水沟1内的注浆材料，影响排水沟1的注浆质量。
45.作为另一种实施方式，二衬套管5内壁上设有水位传感器8，水位传感器8与二衬套管5底部内壁的距离为二衬套管5直径的3/4。采用上述水位传感器8，监测二衬套管5内水流的高度，当水流高度大于二衬套管5直径的3/4时，需要控制二衬套管5内的水流量，以免隧洞出现水流过载而造成排水不畅事故；还可以通过稳定隧洞水流，并监测二衬套管5中不同位置的水位传感器8，当某一水位传感器8及其下游水位传感器8出现警报时，表明该水位传感器8所在的二衬套管5处出现渗水，方便维修人员精确找出渗水点及后续隧洞检修。
46.作为另一种实施方式，注浆材料为水泥浆、水泥黏土浆、水泥-水玻璃浆、超细水泥液和聚氨酯浆液中的一种或多种。水泥浆的原材料来源广泛、成本低、无毒性、施工工艺简单方便，但水泥浆液稳定性较差、易沉淀析水、凝结时间长，并且由于水泥颗粒直径较大，注入能力对微细裂隙往往受到限制，在地下水流速较大的条件下，水泥浆液易受水的冲刷和稀释而难以固结，抗水溶蚀性和抗水分散性差，为了改善水泥浆的性质，常在水泥浆中掺入各种外加剂。例如，为了提高浆液的稳定性，一般是向水泥浆液中加入0.2％-5％的膨润土等外加剂。对于水泥黏土浆，由于黏土的分散性高、亲水性好，在水泥浆液中加入黏土可以提高水泥浆液的稳定性和结石率，降低水泥浆的分层离析程度，从而改善浆液的可注性，作为工程加固注浆材料，黏土的掺量不宜过多，一般掺量为水泥重量的5％-15％。水泥-水玻璃浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入速凝剂或缓凝剂所组成的注浆材料。水泥-水玻璃浆液的凝结固化反应包括水泥水化反应、水泥水化反应产物ca(oh)2与水玻璃的反应，即水泥与水拌和成水泥浆液后，由于水解和水化作用，产生活性很强的ca(oh)2；水玻璃与ca(oh)2起作用，生成具有一定强度的凝胶体-水化硅酸钙。水泥-水玻璃浆液克服了单液水泥浆的凝结时间长且不易控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。超细水泥颗粒的最大粒径小于20μm，平均粒径4μm左右，比表面积大，凝结体强度高、稳定性好，渗透能力强，可以达到和化学浆材相近的可注性，且浆材无污染。聚氨酯浆液主要采用多异氰酸酯和聚醚树脂等作为主要原材料，加入各种外加剂配制而成。浆液注入地层后与水发生反应生成聚氨酯泡沫体，起加固地基和防渗堵水的作用。
47.作为另一种实施方式，聚氨酯浆液由重复的氨基甲酸酯链段单元组成，聚氨酯浆
液遇水固化成型，用于堵水兼加固注浆孔4。氨基甲酸酯链段单元由异氰酸酯和多元醇反应而成，其中，异氰酸酯中含有大量活性极强的异氰酸酯端基，极易与羟基化合物反应生成氨基甲酸酯；异氰酸酯与水反应生成脲与二氧化碳，体系发泡膨胀；异氰酸酯进一步与脲或氨基甲酸酯反应交联固结，形成体形结构的聚氨酯树脂。
48.作为另一种实施方式，水泥-水玻璃浆包括以下组分：水泥熟料50-80wt.％、粉煤灰8-15wt.％、矿渣5-20wt.％、石膏1-3wt.％、速凝剂0.5-1.5wt.％、防水剂0.5-1.5wt.％、膨胀剂1-2wt.％和絮凝剂1-2wt.％。采用上述水泥-水玻璃浆可以缩短其在注浆孔4内的凝固时间，提高封堵质量。
49.实施例
50.一种隧洞涌水封堵方法，如图1-4所示，包括以下步骤：
51.步骤s0，人工清除仰拱底部浮碴、浮灰、积水等杂物，使新鲜岩面外露，清底后测量员即对隧洞净空断面进行检查复核，要求中线、高程、断面尺寸、净空大小及二次衬砌内轮廓满足设计要求，个别突出部位及侵限部分人工凿除；
52.步骤s1，隧洞开凿时，在隧洞底部浇筑20cm厚c20的混凝土垫层并在混凝土垫层下侧预留排水沟1，混凝土垫层底板轴线处设宽度为40cm、高度为20cm的中间排水沟1，排水沟1顶采用钢板封盖；
53.步骤s2，全面仔细排查隧洞涌水带渗水情况，在隧洞壁涌水严重部位的周边钻排水孔2，再用排水管3连通排水孔2与排水沟1，排水管3的管径视水量大小而定，排水沟1用于将水排至隧洞外的沉淀池；
54.步骤s3，在对拱顶、边墙和排水孔2周边的涌水不严重部位钻注浆孔4，并往注浆孔4内注入注浆材料，待排水管3不出水和注浆孔4内的注浆材料出现逆流后，再封堵注浆孔4；
55.步骤s4，在隧洞内安装、焊接和防腐二衬套管5，二衬套管5为钢制套管，每节8m，以6-7节为一段，同时在二衬套管5与隧洞壁之间埋设注浆管道6，然后在二衬套管5与隧洞壁之间浇筑混凝土，二衬套管5侧壁设有通孔7，注浆管道6的一端与通孔7连通，注浆管道6的另一端与排水沟1连通，在浇筑混凝土时，应加强对注浆管道6的保护，不得出现挤扁或直弯以免影响浆液的流动，注浆管道6的开端(上部)水平设置并应临时封堵，避免异物进入；
56.步骤s5，待二衬套管5与隧洞壁之间的混凝土达到75％的设计强度后，通过注浆管道6往排水沟1内注入注浆材料，封堵注浆管道6下侧的排水沟1；
57.步骤s6，封堵完成后，对下一个涌水带重复步骤s2-步骤s5，直到完成整个隧洞涌水带的封堵。
58.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。