一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法

摘要

本发明涉及一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，该人工引流泄压方法包括以下步骤：一、探测隧道周围上下大型导水管道或富水区域；二、设计联排钻孔；三、钻孔施工及下管；四、压水致裂；本发明适用于地下水位会因降雨升降变化较大的地层，且隧道周边采用帷幕注浆堵水，无或很少排水孔的工程情况。采用本发明人工引流泄压方法能够有效实现降雨入渗水迅速排泄，不致引起地下水位长时间维持高水位而使隧道支护承受高压，防止因暴雨等强降雨引起地下水位暴涨，造成支护破坏的问题。本发明人工引流泄压方法设计科学合理，施工操作方便，具有良好的作用效果，值得推广应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，主要应用于在地下水位受强降雨影响较大的地层中修建的隧道，属于隧道挖掘技术领域。

背景技术

随着隧道工程的不断发展，隧道施工过程中遇到不良地质的情况不断增多。受复杂地质构造条件及地形地貌因素的影响，我国隧道施工经常穿过地质条件较差的地层。在地下水、地应力以及隧道围岩自身松散破碎的综合作用下，施工过程中容易出现隧道塌陷，涌水突泥及支护开裂等工程灾害和问题，为防止此类隧道施工安全隐患，注浆加固等方法逐渐在隧道施工过程中不断得到应用。然而，在对隧道围岩进行注浆加固的过程中，浆液的挤密填充作用使原有地层中的地下水裂隙通道封闭，可能会造成地下水流通不畅。

当隧道通过地下水位会因降水升降变化较大的地层时，在出现暴雨等强降雨的情况下，由于该地层中地下水排泄不畅，巨大的水压力将长时间作用在隧道围岩和支护上。尤其隧道施工过程中，隧道开挖及隧道帷幕施工通过该地层地下水流通裂隙，将造成原有的地下水通道被截断，帷幕注浆大大提高了围岩的抗渗能力，使得该地层地下水更加难以排泄，在突遇强降水时，降雨入渗水在地层中不断累积，且难以排泄，产生的水压力将长期作用在隧道支护和围岩上，容易导致隧道支护结构破坏，甚至造成涌水突泥等地质灾害。

目前，针对上述问题，可采用导通排水管道对地下水进行排泄，以防止对隧道支护的潜在威胁，但长期疏干将对周围环境造成不良影响，容易造成地势较高的地层干旱，附近地下水位下降等，且排出的地下水一般无法有效利用，将造成地下水资源的浪费。在该类地质条件下，必须创造出一种人工引流泄压方法，保证在突遇强降水的情况下，降雨入渗水迅速排泄，不致引起地下水位长时间维持高水位，同时，尽量减少对环境的不利影响。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法。

本发明的技术方案如下：

一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，包括以下步骤：

步骤一、探测隧道周围上下大型导水管道或富水区域：

利用瞬变电磁法、高密电阻率法、地震映像法和地质雷达法对涌水段隧道外侧含水状况进行综合探测，探测出涌水段隧道外侧主要富水区域及富水裂隙，综合分析隧道通过地下水主要排水管道区域附近围岩完整状况、地下大型导水管道及富水区域的分布情况；

步骤二、设计联排钻孔：

根据步骤一中确定的大型导水管道和富水区域的位置、间距以及附近围岩完整状况，设计联排钻孔，确定隧道侧壁钻孔起点、钻孔角度以及钻孔深度，钻孔终孔位置间距不超过10m，保证在高压水力劈裂作用下能发生水力联系；

步骤三、钻孔施工及下管：

根据步骤二确定设计的钻孔位置进行钻孔，钻孔采用前进式施工，每钻进一段检查一段，及时纠偏；一个钻孔施工结束后紧接着进行下管操作，待下管结束后再进行下一钻孔施工；下管用的压水管道采取全套管，在管套外侧做防水处理，防止注水反涌；

步骤四、压水致裂：

将步骤三施工完的钻孔间隔地分为两批，先对第一批钻孔加压注水，通过压力表读数实时监测，起压后压力逐渐升高至设定的注水压力值，此时停止注水；再对第二批钻孔进行加压注水，起压后压力逐渐升高直至劈裂贯通，而后迅速下降并逐渐趋于稳定低压力，压力不再上升，压力致裂完成。

优选的，在步骤一之前，还包括施工准备过程：了解加压注水地段的地质状况，包括水压、围岩裂隙发育程度、裂隙内填充物的性质以及隧道支护与注浆帷幕的强度，根据上述地质状况，确定造成围岩劈裂的注水压力范围，并以此设定注水压力值。

优选的，步骤三中，钻孔施工前，先由测量人员按设计参数在隧道掌子面止浆墙上用红油漆标出钻孔位置，并依次标明孔号。

优选的，步骤三中，利用HL650型凿岩钻机进行钻孔，用钻机首尾坐标差值来控制钻孔施工前进的竖直角及水平角。

优选的，步骤三中，在管套外侧做防水处理是指采用全套管施工，使用密闭防水套管，全程套管护壁。

优选的，步骤三中，在下管之前，先对施工所需要的钢管进行压水试验，试加水压至1.2倍设定的注水压力值，静置45min，检查钢管有无漏水问题，重复完成3次压水试验。此设计的好处在于，检验施工装置的耐高压强度及有无漏水情况，保证施工质量。

优选的，步骤四中，当钻孔数量为奇数时，将靠近大型地下导水管道及富水区域的两个钻孔分在第二批进行加压注水。

本发明的有益效果在于：

本发明适用于地下水位会因降雨升降变化较大的地层，且隧道周边采用帷幕注浆堵水，无或很少排水孔的工程情况。采用本发明人工引流泄压方法能够有效实现降雨入渗水迅速排泄，不致引起地下水位长时间维持高水位而使隧道支护承受高压，防止因暴雨等强降雨引起地下水位暴涨，造成支护破坏的问题。本发明人工引流泄压方法设计科学合理，施工操作方便，具有良好的作用效果，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明中的隧道截面图；

图2为本发明中的钻孔纵截面图；

图3为本发明中第一批钻孔高压注水劈裂示意图；

图4为本发明中高压注水劈裂最终效果示意图；

其中：1—道路，2—隧道轮廓线，3—围岩加固区，4—致灾水源，5—地下富水区，6—高压劈裂钻孔，7—高压水力劈裂导水裂隙。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、探测隧道周围上下大型导水管道或富水区域：

利用瞬变电磁法、高密电阻率法、地震映像法和地质雷达法对涌水段隧道外侧含水状况进行综合探测，探测出涌水段隧道外侧主要富水区域及富水裂隙，综合分析隧道通过地下水主要排水管道区域附近围岩完整状况、地下大型导水管道及富水区域的分布情况；

该步骤中，采用瞬变电磁法、高密电阻率法、地震映像法和地质雷达法四种方法单独分别进行探测，通过这四种探测方法进行相互验证，可提高探测主要富水区域及富水裂隙的精度。

步骤二、设计联排钻孔：

根据步骤一中确定的大型导水管道和富水区域的位置、间距以及附近围岩完整状况，设计联排钻孔，确定隧道侧壁钻孔起点、钻孔角度以及钻孔深度，钻孔终孔位置间距不超过10m，保证在高压水力劈裂作用下能发生水力联系；

步骤三、钻孔施工及下管：

根据步骤二确定设计的钻孔位置，先由测量人员按设计参数在隧道掌子面止浆墙上用红油漆标出钻孔位置，并依次标明孔号；

然后按照孔号依次进行钻孔，利用HL650型凿岩钻机进行钻孔，用钻机首尾坐标差值来控制钻孔施工前进的竖直角及水平角。钻孔采用前进式施工，每钻进一段检查一段，及时纠偏，一个钻孔施工结束后紧接着进行下管操作，待下管结束后按孔号顺序再进行下一钻孔施工；下管用的压水管道采取全套管，在管套外侧做防水处理，采用全套管施工，使用密闭防水套管，全程套管护壁，防止注水反涌。

步骤四、压水致裂：

将步骤三施工完的钻孔间隔地分为两批，孔号为奇数的分为第一批，孔号为偶数的分为第二批。先对第一批钻孔加压注水，通过压力表读数实时监测，起压后压力逐渐升高至设定的注水压力值，此时停止注水；再对第二批钻孔进行加压注水，起压后压力逐渐升高直至劈裂贯通，而后迅速下降并逐渐趋于稳定低压力，压力不再上升，压力致裂完成，最终效果如图4所示。

实施例2：

一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，该方法操作步骤如实施例1所述，其不同之处在于：在步骤一之前，还包括施工准备过程：了解加压注水地段的地质状况，包括水压、围岩裂隙发育程度、裂隙内填充物的性质以及隧道支护与注浆帷幕的强度，根据上述地质状况，确定造成围岩劈裂的注水压力范围，并以此设定注水压力值。

实施例3：

一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，该方法操作步骤如实施例1所述，其不同之处在于：步骤三中，在下管之前，先对施工所需要的钢管进行压水试验，试加水压至1.2倍设定的注水压力值，静置45min，检查钢管有无漏水问题，重复完成3次压水试验。下管前，检验施工装置的耐高压强度及有无漏水情况，保证整个施工质量。

实施例4：

一种隧道外侧富水区的人工引流泄压方法，该方法操作步骤如实施例1所述，其不同之处在于：步骤四中，当钻孔数量为奇数时(如图3和图4所示)，将靠近大型地下导水管道及富水区域的两个钻孔分在第二批进行加压注水。采取此种设计，在对第一批中间部分的钻孔进行加压注水劈裂后，劈裂缝隙向两侧扩散，这样再对第二批钻孔进行加压注水劈裂时，能够与第一批的劈裂裂缝更好地连接起来，达到更优的劈裂贯通效果。