注浆厚度确定、组合注浆及富水岩溶区隧道帷幕注浆方法

摘要

本发明公开了一种注浆厚度确定、组合注浆及富水岩溶区隧道帷幕注浆方法，注浆厚度确定方法，包括：确定注浆材料和注浆长度；在所述注浆材料和所述注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于所述三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于所述掌子面涌水量确定最佳注浆厚度。解决了现有技术中注浆模拟仅考虑了每延米的隧道涌水量问题，无法反应掌子面止水效果的技术问题。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道在岩溶富水区的施工技术领域，具体而言，涉及一种注浆厚度确定、组合注浆及富水岩溶区隧道帷幕注浆方法。

背景技术

随着高速铁路的快速发展，岩溶地区正在修建越来越深的富水隧道。在这些隧道的施工过程中，涌水突泥、塌方以及溶洞等问题往往制约着工程的顺利进行和安全。相关研究表明，涌水突泥是岩溶隧道发生频次最高的灾害，达到了所统计隧道的74.5％。因此，如何有效地处理隧道的岩溶富水区域逐渐成为这类工程的关键问题。

帷幕注浆是隧道穿越岩溶富水区的主要措施之一，可有效地减少隧道涌水。数值模拟可以进行各种地质条件下涌水量分析，基于此，许多学者对于不同的岩溶隧道进行了注浆模拟分析。然而，这些注浆模型大多仅考虑了每延米的隧道涌水量问题。在超前帷幕注浆的过程中，注浆重点是解决掌子面前方围岩的突水突泥，因此这些模拟对于评价超前帷幕注浆掌子面的止水效果仍然存在一定的局限性。

确定好注浆厚度和注浆材料以后，应选择合适的注浆工艺，以解决解决成孔不良、浆液扩散困难等技术难题。目前，常用的注浆工艺包括前进式注浆、后退式注浆和水平袖阀管束注浆。以往的实际注浆案例大多集中在单一注浆工艺的选择与实践上。然而，当地质条件复杂、涌水量不确定时，单一的注浆工艺可能难以满足工程需求。

发明内容

为此，本发明提供了一种注浆厚度确定、组合注浆及富水岩溶区隧道帷幕注浆方法，以解决现有技术中注浆模拟仅考虑了每延米的隧道涌水量问题，无法反应掌子面止水效果以及单一或两种注浆工艺在实际钻孔注浆的过程中难以解决塌孔、涌水量大和浆液分布不均匀的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种注浆厚度确定方法，包括：

确定注浆材料和注浆长度；

在所述注浆材料和所述注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于所述三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于所述掌子面涌水量确定最佳注浆厚度。

在上述技术方案的基础上，对本发明做如下进一步说明：

作为本发明的进一步方案，所述确定注浆材料，包括：

注浆材料以硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通单液浆和普通水泥-水玻璃双液浆为辅。

作为本发明的进一步方案，所述确定注浆长度，包括：

通过隧道地震波预测仪器初步长距离地预报掌子面前方的破碎区范围；

再通过地质雷达法和瞬变电磁法短距离预报掌子面前方的富水区范围；

结合超前水平钻孔成像验证所述破碎区范围和所述富水区范围，确定掌子面前方需要注浆加固的范围。

作为本发明的进一步方案，所述在所述注浆材料和所述注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于所述三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于所述掌子面涌水量确定最佳注浆厚度，包括：

根据地勘报告、注浆材料进行选取三维注浆加固模型参数；

采用实体单元模拟围岩和注浆区，采用板单元模拟初期支护，将模型四周取一定高度的节点水头高度作为边界条件，将隧道掌子面的压力水头设置为0。

一种组合注浆方法，包括：

将前进式分段注浆、后退式分段注浆、水平袖阀管束分段注浆相结合；

对于涌水量较大以及成孔性好的地层，采用前进式分段注浆工艺；

当遇到孔内塌孔的淤泥质粉质黏土地层时，采用后退式分段注浆工艺；

对于注浆效果仍然不好的钻孔采用水平油阀管束分段注浆工艺进行补充注浆。

作为本发明的进一步方案，所述前进式分段注浆包括：

安装孔口管，再通过孔口管分段向孔底钻进，分段长度5～8m，开始注浆，钻孔一段，注浆一段，逐段推进，直至设计孔深。

作为本发明的进一步方案，所述后退式分段注浆包括：

由孔底向孔口分段施工注浆，采用钻机一次性钻孔到设计孔深，通过钻杆注浆，分段后退，分段长度一般为2～4m，直到注浆从孔底推到孔口加固位置。

作为本发明的进一步方案，所述水平袖阀管束分段注浆包括：

水平袖阀管采用无缝钢管制作，单孔可根据钻孔地质情况下入1～3根不同长度的水平袖阀管束，提升浆液分布均匀性。

一种富水岩溶区隧道帷幕注浆方法，包括:

确定注浆材料和注浆长度；

在所述注浆材料和所述注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于所述三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于所述掌子面涌水量确定最佳注浆厚度；

布置注浆工作面，修建止浆墙，防止注浆浆液从裂隙中流出；

止浆墙浇筑之前掌子面打系统锚杆并铺设钢筋网片，以便于混凝土能更好的覆盖在掌子面上；

将注浆顺序分批进行，钻一孔注一孔，在注浆之前采用了风水联合冲洗或用导管通入大流量水流,从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗；

将前进式分段注浆、后退式分段注浆、水平袖阀管束分段注浆相结合；对于涌水量较大以及成孔性好的地层，采用前进式分段注浆工艺；当遇到孔内塌孔的淤泥质粉质黏土地层时，采用后退式分段注浆工艺；对于注浆效果仍然不好的钻孔采用水平油阀管束分段注浆工艺进行补充注浆。

作为本发明的进一步方案，所述将前进式分段注浆、后退式分段注浆、水平袖阀管束分段注浆相结合；对于涌水量较大以及成孔性好的地层，采用前进式分段注浆工艺；当遇到孔内塌孔的淤泥质粉质黏土地层时，采用后退式分段注浆工艺；对于注浆效果仍然不好的钻孔采用水平油阀管束分段注浆工艺进行补充注浆，包括：

所述前进式分段注浆包括：安装孔口管，再通过孔口管分段向孔底钻进，分段长度5～8m，开始注浆，钻孔一段，注浆一段，逐段推进，直至设计孔深；

所述后退式分段注浆包括：由孔底向孔口分段施工注浆，采用钻机一次性钻孔到设计孔深，通过钻杆注浆，分段后退，分段长度一般为2～4m，直到注浆从孔底推到孔口加固位置；

所述水平袖阀管束分段注浆包括：水平袖阀管采用无缝钢管制作，单孔可根据钻孔地质情况下入1～3根不同长度的水平袖阀管束，提升浆液分布均匀性。

本发明具有如下有益效果：

该注浆厚度确定方法，确定注浆材料和注浆长度；在所述注浆材料和所述注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于所述三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于所述掌子面涌水量确定最佳注浆厚度。解决了注浆模拟仅考虑了每延米的隧道涌水量问题，无法反应掌子面止水效果的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的注浆厚度确定方法的流程示意图。

图2为本发明实施例提供的组合注浆方法的流程示意图。

图3为本发明实施例提供的富水岩溶区隧道帷幕注浆方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的掌子面涌水量随注浆厚度变化曲线示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本说明书所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1为本发明注浆厚度确定方法实施例流程图，如图1所示，本发明实施例提供的一种注浆厚度确定方法包括以下步骤：

S101，确定注浆材料和注浆长度；

具体的，如表1所示，注浆材料以硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通单液浆和普通水泥-水玻璃双液浆为辅。

表1

通过隧道地震波预测仪器初步长距离地预报掌子面前方的破碎区范围；

由于隧道地震波预测仪器对水体不敏感，再通过地质雷达法和瞬变电磁法短距离预报掌子面前方的富水区范围；

结合超前水平钻孔成像验证所述破碎区范围和所述富水区范围，确定掌子面前方需要注浆加固的范围。。通过这样一个远近结合的预报系统，能够较为精确地确定掌子面前方需要注浆加固的范围。本实例最终预测的需要注浆加固的范围为DK114+070～DK114+095。

S102，在注浆材料和注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于掌子面涌水量确定最佳注浆厚度；

具体的，根据地勘报告、注浆材料进行选取三维注浆加固模型参数；

采用实体单元模拟围岩和注浆区，采用板单元模拟初期支护，将模型四周取一定高度的节点水头高度作为边界条件，将隧道掌子面的压力水头设置为0。

优选的，一定高度为100m；

不注浆时，掌子面的模拟涌水量结果为77.67m

本发明注浆厚度确定方法以掌子面止水效果来确定注浆厚度，更贴合实际需求。

图2为本发明组合注浆方法实施例流程图，如图1所示，本发明实施例提供的一种组合注浆方法包括以下步骤：

S201，将前进式分段注浆、后退式分段注浆、水平袖阀管束分段注浆相结合；

S202，对于涌水量较大以及成孔性好的地层，采用前进式分段注浆工艺；

具体的，所述前进式分段注浆包括：

安装孔口管，再通过孔口管分段向孔底钻进，分段长度5～8m，开始注浆，钻孔一段，注浆一段，逐段推进，直至设计孔深。

S203，当遇到孔内塌孔的淤泥质粉质黏土地层时，采用后退式分段注浆工艺；

具体的，所述后退式分段注浆包括：

由孔底向孔口分段施工注浆，采用钻机一次性钻孔到设计孔深，通过钻杆注浆，分段后退，分段长度一般为2～4m，直到注浆从孔底推到孔口加固位置。

S204，对于注浆效果仍然不好的钻孔采用水平油阀管束分段注浆工艺进行补充注浆；

具体的，所述水平袖阀管束分段注浆包括：

水平袖阀管采用Φ25mm壁厚2.5mm无缝钢管制作，单孔可根据钻孔地质情况下入1～3根不同长度的水平袖阀管束，提升浆液分布均匀性。

本发明组合注浆方法，可以解决钻孔涌水量大、易塌孔且浆液分布不均匀等技术难题，为隧道在岩溶富水隧道的帷幕注浆处理提供了借鉴。

图3为本发明富水岩溶区隧道帷幕注浆方法实施例流程图，如图1所示，本发明实施例提供的一种富水岩溶区隧道帷幕注浆方法包括以下步骤：

S301，确定注浆材料和注浆长度；

具体的，注浆材料以硫铝酸盐水泥单液浆为主，普通单液浆和普通水泥-水玻璃双液浆为辅。

通过隧道地震波预测仪器初步长距离地预报掌子面前方的破碎区范围；

再通过地质雷达法和瞬变电磁法短距离预报掌子面前方的富水区范围；

结合超前水平钻孔成像验证所述破碎区范围和所述富水区范围，确定掌子面前方需要注浆加固的范围。

S302，在注浆材料和注浆长度已确定的基础上，构建不同注浆厚度对应的三维注浆加固模型，基于三维注浆加固模型得到不同注浆厚度下的掌子面涌水量，基于掌子面涌水量确定最佳注浆厚度；

具体的，根据地勘报告、注浆材料进行选取三维注浆加固模型参数；

采用实体单元模拟围岩和注浆区，采用板单元模拟初期支护，将模型四周取一定高度的节点水头高度作为边界条件，将隧道掌子面的压力水头设置为0。

S303，布置注浆工作面，修建止浆墙，防止注浆浆液从裂隙中流出；止浆墙浇筑之前掌子面打系统锚杆并铺设钢筋网片，以便于混凝土能更好的覆盖在掌子面上；

具体的，首先修建止浆墙，防止注浆浆液从裂隙中流出。止浆墙浇筑之前掌子面打系统锚杆并铺设钢筋网片，以便于混凝土能更好的覆盖在掌子面上。止浆墙采用C25混凝土浇筑，厚度1.0m，高度6.0m，止浆墙浇筑前预埋足够数量的Φ108排水管，排水管焊接法兰盘，将水引排至止浆墙外。钻机操作平台长度9m，采用C25混凝土浇筑20cm厚，平台顶面距离拱顶5.0m，便于钻机移动。平台两侧及靠近止浆墙侧均预留0.8m作为排水沟。

平台修建完成后修建钻机爬坡坡道，角度不大于25°。坡道修在线路一侧，另一侧作为注浆设备与材料存放场地。

第1循环超前注浆施工里程DK114+070～DK114+095，纵向加固长度25m。环向加固范围为开挖轮廓线外5m范围，按照注浆范围设计图来打设注浆孔，开孔使用Φ130钻头，开孔深度为1.5m。下一步安装孔口管，一端焊接法兰盘，另一端缠麻绳。用硫铝酸盐水泥封堵，防止漏浆。外露20cm左右，然后开始打孔，钻机使用Φ90钻头钻进。注浆孔浆液扩散半径1.5m，终孔间距≤2.3m，单循环设13m补充断面、25m终孔断面2个注浆断面，共130个注浆孔。

S304，将注浆顺序分批进行，钻一孔注一孔，在注浆之前采用了风水联合冲洗或用导管通入大流量水流,从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗；

具体的，注浆顺序分批进行，为避免钻孔串浆应钻一孔注一孔，在注浆之前采用了风水联合冲洗或用导管通入大流量水流,从孔底向孔外冲洗的方法进行冲洗。按发散-约束型注浆按“先外后内，自上而下、间隔跳孔”原则进行。按照B序孔→C序孔→D序孔→E序孔→F序孔→A序孔施工顺序进行施工。

S305，将前进式分段注浆、后退式分段注浆、水平袖阀管束分段注浆相结合；对于涌水量较大以及成孔性好的地层，采用前进式分段注浆工艺；当遇到孔内塌孔的淤泥质粉质黏土地层时，采用后退式分段注浆工艺；对于注浆效果仍然不好的钻孔采用水平油阀管束分段注浆工艺进行补充注浆；

具体的，所述前进式分段注浆包括：安装孔口管，再通过孔口管分段向孔底钻进，分段长度5～8m，开始注浆，钻孔一段，注浆一段，逐段推进，直至设计孔深；

所述后退式分段注浆包括：由孔底向孔口分段施工注浆，采用钻机一次性钻孔到设计孔深，通过钻杆注浆，分段后退，分段长度一般为2～4m，直到注浆从孔底推到孔口加固位置；

所述水平袖阀管束分段注浆包括：水平袖阀管采用无缝钢管制作，单孔可根据钻孔地质情况下入1～3根不同长度的水平袖阀管束，提升浆液分布均匀性。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。