一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法与流程

1.本发明涉及隧道工程技术领域，具体涉及一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法。


背景技术：

2.随着交通的不断发展，公路工程以及铁路工程需要开挖更多的隧道，在隧道施工过程中需要面临的高压涌水突泥是一种常见的地质灾害，为了确保隧道施工的安全以及隧道的质量，需要一些对隧道施工过程中的涌水突泥现象进行防治的措施。
3.现有技术中，对于隧道涌水突泥的防治措施主要是通过注浆加固的方式，在隧道周围的围岩中形成止水层，止水层的效果与注浆材料、注浆工艺息息相关，现有的注浆工艺没有考虑到隧道爆破开挖引起的围岩塑性区域会贯穿断水层，当隧道拱顶围岩隔水层厚度小于隧道最大开挖跨度的一半时，爆破开挖引起的围岩塑性区域容易贯穿断水层，且现有的注浆工艺中的钻孔过程为了形成有效的止水层，通常会打上更深的注浆孔位，也容易贯穿隔水层，进而导致涌水突泥在止水层注浆过程中爆发，影响隧道工程的施工以及威胁施工人员的安全。
4.综上所述，急需一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法以解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本发明目的在于提供一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法，具体技术方案如下：
6.一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法，包括：
7.制作导管：所述导管为空心管，其一端设有尖锥状封口，另外一端为注浆开口；导管的管壁四周设有若干呈梅花形设置的注浆孔，相邻的注浆孔之间的间距相等；
8.孔位放样：隧道爆破开挖之前在止水层设置范围内的岩面上进行孔位放样，设置匹配所述导管的第一排导管孔位与第二排导管孔位，第一排导管孔位和第二排导管孔位均包含多个导管孔位；相邻的导管孔位之间间距相等；
9.钻孔：基于所述第一排导管孔位与第二排导管孔位进行钻孔，钻孔方向与隧道开挖方向之间的夹角为锐角，所述第一排导管孔位与第二排导管孔位沿着隧道开挖方向依次排布，两排孔位的最深钻孔部位均位于隧道的同一径向平面内；
10.清孔以及装配导管：将导管安装到钻好的孔中并进行清孔，再用密封材料封堵导管与围岩之间的空隙，并且预留排气孔；
11.进行注浆加固：准备注浆材料，通过导管对围岩进行注浆形成止水层，注浆压力达到终压后结束注浆；
12.止水层加固封堵：沿着隧道径向开设第三排导管孔位，对第三排导管孔位进行钻孔注浆，封堵所述止水层与隧道开挖轮廓之间的通道。
13.优选的，所述导管采用直径为50mm且厚度为5mm的无缝空心钢管制作，所述尖锥状封口沿着钢管长度方向为5cm，注浆孔直径为6mm，相邻的注浆孔之间的间距为15cm。
14.优选的，相邻的导管孔位之间排距和环向距离为25cm。
15.优选的，两排孔位的最深钻孔部位距离隧道开挖轮廓的距离分别为隧道最大开挖跨度以及隧道最大开挖跨度的一半。
16.优选的，导管孔位距离隧道起拱线最少四分之一的隧道最大高度。
17.优选的，对孔位进行钻孔的过程中，钻孔深度至少超过设计深度30cm。
18.优选的，对孔位进行钻孔的过程中，钻孔顺序由第一排导管孔位向第二排导管孔位进行。
19.优选的，在水泥浆制作过程中，所述水灰比为0.4-0.6，搅拌时间不少于3分钟。
20.优选的，所述密封材料为塑胶泥。
21.优选的，第三排导管孔位的最深钻孔部位与所述第一排导管孔位的最深钻孔部位重合。
22.应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
23.本发明中的第一排导管孔位、第二排导管孔位以及第三排导管孔位设计独特的放样孔位以及钻孔角度，通过导管注浆实现快速超前加固，形成止水层，所述止水层可以针对向斜岩溶富水带隔水层厚度超过隧道最大开挖跨度的一半且小于隧道最大开挖跨度进行爆破开挖，进而高压水在爆破的作用下诱发的涌水突泥问题，有效地防止涌水突泥灾害的发生。另外，本发明通过第一排导管孔位、第二排导管孔位以及第三排导管孔位实现快速注浆形成止水层，提高了注浆效率。
24.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
25.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
26.图1是止水层设置范围以及孔位放样的示意图；
27.图2是隧道开挖纵断面的示意图；
28.图3是导管的结构示意图。
29.其中，1-第一排导管孔位，2-第二排导管孔位，3-第三排导管孔位，4-止水层，5-导管，5.1-注浆孔，5.2-钢筋管箍，a-隧道开挖方向。
具体实施方式
30.向斜核部可熔岩与非可熔岩接触带形成的富水带水压高，但非可熔岩渗透系数小，自身可以防治涌水突泥事故的发生。在隧道开挖爆破过程中，因洞周围岩变形大，导致其塑性区扩展并贯穿非可熔岩连通水体后才会发生涌水突泥事故。
31.经现场围岩中位移监测数据分析表明，当隧道拱顶围岩隔水层厚度大于隧道最大开挖跨度时，爆破开挖引起的围岩塑性区不会贯穿隔水层，故不需要采取涌水突泥防治措施。当隧道拱顶围岩隔水层厚度小于隧道最大开挖跨度的一半时，爆破开挖引起的围岩塑
性区容易贯穿隔水层，且打设过深的锚杆也容易贯穿隔水层，故需采取全断面注浆加固的涌水突泥防治方法。
32.而当隧道拱顶围岩隔水层厚度超过隧道最大开挖跨度的一半且小于隧道最大开挖跨度时，爆破开挖引起的围岩塑性区扩展到隧道最大开挖跨度的一半左右，但由于向斜富水带的高水压作用在弹性区上，导致此部分围岩塑性区继续扩展，从而贯穿整个隔水层，故需在弹性区围岩上设置注浆止水层，用于防治涌水突泥，防止在隧道爆破开挖过程中导致的涌水突泥发生。为了解决上述问题，本发明提出的一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法。以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
33.实施例1：
34.本实施例提出了一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法，其过程包括：
35.制作导管5：如图1所示，所述导管5为空心管，其一端设有尖锥状封口，另外一端为注浆开口；导管5的管壁四周设有若干呈梅花形设置的注浆孔5.1，相邻的注浆孔5.1之间的间距相等。本实施例优选的所述导管5采用直径为50mm且厚度为5mm的无缝空心钢管制作，所述尖锥状封口沿着钢管长度方向为5cm，注浆孔5.1直径为6mm，相邻的注浆孔5.1之间的间距为15cm。进一步地，所述导管5靠近注浆开口的一段为不钻孔的止浆段，其长度为1m，且焊接直径为6mm的钢筋管箍5.2。
36.孔位放样：隧道爆破开挖之前在止水层4设置范围内的岩面上进行孔位放样，设置匹配所述导管5的第一排导管孔位1与第二排导管孔位2，第一排导管孔位1和第二排导管孔位2均包含多个导管孔位；相邻的导管孔位之间间距相等；两排导管孔位成梅花形设置。优选的，相邻的导管孔位之间间距为25cm，导管孔位距离隧道起拱线最少四分之一的隧道最大高度。直径50mm的导管5其注浆后覆盖的最小范围是周围2.5倍直径，即选择了25cm间距。第一排导管孔位1以及第二排导管孔位2的导管5的注浆覆盖范围为最小为50cm，确保最终成形的止水层4的壳体的厚度为50cm，经现场试验50cm厚度的止水层4能达到防治涌水突泥的效果。
37.钻孔：基于所述第一排导管孔位1与第二排导管孔位2进行钻孔，钻孔方向与隧道开挖方向a之间的夹角α为30
°
的锐角，所述第一排导管孔位1与第二排导管孔位2沿着隧道开挖方向依次排布，两排孔位的最深钻孔部位均位于隧道的同一径向平面内。两排孔位的最深钻孔部位距离隧道开挖轮廓的距离分别为隧道最大开挖跨度以及隧道最大开挖跨度的一半。优选的，对孔位进行钻孔的过程中，钻孔深度至少超过设计深度30cm。对孔位进行钻孔的过程中，钻孔顺序由高位孔向低位孔进行。
38.准备注浆材料：所述注浆材料为水泥浆，水灰比为0.4-0.6，其制作过程为：准备搅拌机，先按照搅拌机的容量加入适量的水，然后按本实施例优选的水灰比0.5加入对应量的水泥，搅拌时间不少于3分钟。
39.清孔以及装配导管：将锚杆钻机的钻杆换成钎尾，并将钎尾放入导管中，再利用锚杆钻机将导管安装到钻好的孔内，并利用高压风将孔内的渣土吹出。完成导管安装后，利用塑胶泥封堵空口及其周围空隙，并留排气孔。
40.进行注浆加固：通过导管对围岩进行注浆形成止水层4，其过程为：观察注浆压力和排浆量的变化，防止堵管、跑浆和漏浆。注浆量达到预定的注浆量或注浆压力达到终压
(1.0mpa)时可结束注浆。本实施例通过三种导管孔位实现快速注浆形成止水层，提高了注浆效率。
41.止水层4加固封堵：沿着隧道径向开设第三排导管孔位3，封堵所述止水层4与隧道开挖轮廓之间的通道。第三排导管孔位3的最深钻孔部位与所述第一排导管孔位1的最深钻孔部位重合。由于第一排导管孔位1以及第二排导管孔位形成的止水层4之间平行，出现了容易造成涌水突泥的通道，故而需要在第一排导管孔位1的钻孔最深点沿隧道径向采用相同的导管注浆加固封堵。
42.本实施例提出的一种用于向斜富水带隧道的涌水突泥防治方法，本方法严格按照双排导管构造制作导管；隧道爆破开挖之前在止水层4设置范围内进行孔位放样；然后采用锚杆钻机进行钻孔，钻孔间距和方向按照双排导管设置参数进行；配制注浆材料和注浆设备准备；安装双排导管并注浆超前加固，在围岩开挖后的弹性变形区形成止水层4。所述止水层4可以针对向斜岩溶富水带隔水层厚度超过隧道最大开挖跨度的一半且小于隧道最大开挖跨度进行爆破开挖，进而高压水在爆破的作用下诱发的涌水突泥问题，有效地防止涌水突泥灾害的发生。
43.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。