一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法技术

本发明专利技术提供了一种用于基于诱导劈裂和坍塌钻孔的地表抬升控制方法。针对地铁工程过砂层横通道超前预注浆加固，通过布设坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔，实现控制浆液走向和降低地表抬升的目的。通过诱导劈裂钻孔，减低目标加固区地层应力，控制浆液走向，防止地表跑浆；通过坍塌钻钻孔，创造地层抬升缓冲区，降低地表抬升。两者配合管棚，既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法
本专利技术主要涉及一种用于地铁工程横通道砂层注浆加固过程中地表抬升的控制方法。
技术介绍
近年来，我国地铁工程相继投入建设，各种地质灾害控制成为亟待解决的关键问题。砂层注浆加固，尤其是在沿海城市，是一种地铁工程建设中常见面临的技术难题。下穿城市公路的横通道超前注浆加固难度最大，主要难点如下：(1)供水管线、燃气管钱、电力管廊和污水管道等一般沿城市公路布设，对于注浆导致的地表抬升要求更加严苛。(2)横通道埋深较浅，注浆过程中缺少足够的止浆地层，浆液较容易从地表跑浆；同时注浆终压不高，注浆效果不好。(3)砂层本身可压缩性不高，注浆容易导致地表抬升过大，注浆难度较大。因此，急需一种既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升的方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于基于诱导劈裂和坍塌钻孔的地表抬升控制方法。通过诱导劈裂钻孔，减低目标加固区地层应力，控制浆液走向，防止地表跑浆；通过坍塌钻钻孔，创造地层抬升缓冲区，降低地表抬升。两者配合管棚，既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，主要是针对地铁工程过砂层横通道超前预注浆加固，通过布设坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔，实现控制浆液走向和降低地表抬升的目的。进一步的，所述的坍塌诱导劈裂钻孔，布设于注浆钻孔下方，在注浆压力影响下发生坍塌，周围地层应力降低，差生薄弱面，为浆液提供劈裂空间，诱导浆液产生水平劈裂和局部充填挤密，控制浆液向地表扩散跑浆，进行减小地表抬升。进一步的，所述的坍塌钻孔布设于注浆钻孔上方靠近管线处，坍塌钻孔在地层抬升影响下可发生坍塌，形成一个缓冲区，吸收地层变形，降低对地表和管线影响。进一步的，在所述的每个坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔均安装套管、法兰盘和阀门，注浆过程中可根据跑浆情况和地表抬升进行开关调整，避免双液浆局部瞬时固化导致的地表突然抬升。进一步的，具体的施工方法如下：(1)在通道的横向截面上钻多个序列的钻孔，包括坍塌诱导劈裂钻孔、多层注浆孔、坍塌孔；钻孔均为水平钻孔，开孔深度低于要求的钻孔深度，并在每个钻孔内封固套管，在套管外端安装法兰盘和阀门；(2)将布设坍塌诱导劈裂钻孔全部钻井至指定分段深度，使阀门处于打开状态；(3)按照从中间向两侧的顺序，逐个将第一层注浆孔钻进至指定分段深度并进行注浆；第一层注浆施工完成后，将该层注浆孔钻再全部钻进至分段深度，使阀门处于打开状态，此时该层的注浆钻孔作为坍塌诱导劈裂钻孔使用；(4)按照从中间向两侧的顺序，逐个将第二层的钻孔钻进至指定分段深度并进行注浆，此时第二层的钻孔作为注浆钻孔；同样的，第二层注浆施工完成后，将该层注浆孔钻再全部钻进至分段深度，使阀门处于打开状态，此时该层的注浆钻孔作为坍塌诱导劈裂钻孔使用；(6)按照步骤(4)依次进行下一层的钻孔，直到该段注浆完成；(7)将掌子面钻孔钻进行分段深度进行注浆；第一段长全部注浆结束后，重复上述过程进行下一段长注浆施工。进一步的，在上述注浆过程中，如果出现地表或管线抬升过大的情况，可将坍塌钻孔全部钻进至相应的分段深度，使坍塌孔的阀门处于打开状态，然后再按照上述过程进行注浆；每个钻孔注浆前，根据地表抬升情况，可将坍塌钻孔进行重复扫孔。进一步的，在该步骤(3)中：若坍塌诱导劈裂钻孔出现跑浆严重时可将阀门关闭；进行下一个钻孔注浆时，再将坍塌诱导劈裂钻孔置于打开状态。进一步的，在该步骤(4)中：在注浆过程中，若第一层钻孔出现跑浆严重时可将对应的阀门关闭；进行下一个钻孔注浆时，再将该孔置于打开状态。进一步的，所述的坍塌诱导劈裂钻孔位于第一层注浆孔的下方，第一层注浆孔位于第二层注浆孔的下方，所述的坍塌孔位于所有注浆孔的上方。本专利技术的有益效果如下：本专利技术通过诱导劈裂钻孔，减低目标加固区地层应力，控制浆液走向，防止地表跑浆；通过坍塌钻钻孔，创造地层抬升缓冲区，降低地表抬升。两者配合管棚，既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为：坍塌诱导劈裂钻孔示意图；图2为：坍塌钻孔示意图；图3为：整体施工的示意图；图4为：在钻孔内安装封固套管，法兰盘和阀门的示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；为了方便叙述，本专利技术中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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专利技术的限制。正如
技术介绍
所介绍的，现有技术中下穿城市公路的横通道超前注浆加固难度最大，主要难点如下：(1)供水管线、燃气管钱、电力管廊和污水管道等一般沿城市公路布设，对于注浆导致的地表抬升要求更加严苛。(2)横通道埋深较浅，注浆过程中缺少足够的止浆地层，浆液较容易从地表跑浆；同时注浆终压不高，注浆效果不好。(3)砂层本身可压缩性不高，注浆容易导致地表抬升过大，注浆难度较大。因此，急需一种既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升的方法。本申请的一种典型的实施方式中，主要针对地铁工程过砂层横通道超前预注浆加固，通过布设坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔，实现控制浆液走向和降低地表抬升的目的。施工时，可在注浆钻孔下方提前做几个普通钻孔，即坍塌诱导劈裂钻孔，通注浆钻孔注浆时，坍塌诱导劈裂钻孔在注浆压力影响下发生坍塌，周围地层应力降低，差生薄弱面，为浆液提供劈裂空间，诱导浆液产生水平劈裂和局部充填挤密，控制浆液向地表扩散跑浆，进行减小地表抬升。坍塌诱导劈裂钻孔见图1；注浆导致地表抬升过大时，为了进一步控制地表抬升，可在注浆钻孔上方，靠近危险管线部位，施工一排孔径略大的普通水平钻孔，即坍塌钻孔。注浆过程中，地层上移抬升，导致钻孔坍塌，形成一个缓冲区，吸收地层变形，降低对地表和管线影响。坍塌钻孔见图2；本专利技术通过诱导劈裂钻孔，减低目标加固区地层应力，控制浆液走向，防止地表跑浆；通过坍塌钻钻孔，创造地层抬升缓冲区，降低地表抬升。两者配合管棚，既能保证注浆效果同时能有效控制地表抬升。下面结合工程实例对本专利技术进一步说明。注浆方案采用前进式分段注浆，浆液采用水泥-水玻璃双液，钻孔布置见图3包括A序钻孔、B序钻孔、C序钻孔和坍塌钻孔，其中A序钻孔为坍塌诱导劈裂钻孔，B序钻孔为注浆钻孔兼做坍塌诱导劈裂钻孔，C序钻孔为注浆钻孔。具体实施步骤如下：(1)首先按图3示进行开孔(包括A序钻孔、B序钻孔、C序钻孔和坍塌钻孔)，该钻孔均为水平钻孔，每个开孔的深度2m，并在每个钻孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，针对地铁工程过砂层横通道超前预注浆加固，通过布设坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔，实现控制浆液走向和降低地表抬升的目的。

【技术特征摘要】
1.一种基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，针对地铁工程过砂层横通道超前预注浆加固，通过布设坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔，实现控制浆液走向和降低地表抬升的目的。2.如权利要求1所述的基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，所述的坍塌诱导劈裂钻孔，布设于注浆钻孔下方。3.如权利要求1所述的基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，所述的坍塌钻孔布设于注浆钻孔上方靠近管线处。4.如权利要求1所述的基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，在所述的每个坍塌诱导劈裂钻孔和坍塌钻孔均安装套管、法兰盘和阀门，注浆过程中可根据跑浆情况和地表抬升进行开关调整，避免双液浆局部瞬时固化导致的地表突然抬升。5.如权利要求1所述的基于钻孔坍塌和诱导劈裂的砂层注浆地表抬升控制方法，其特征在于，具体如下：(1)在通道的横向截面上钻多个序列的钻孔，包括坍塌诱导劈裂钻孔、多层注浆孔、坍塌孔；钻孔均为水平钻孔，开孔深度低于要求的钻孔深度，并在每个钻孔内封固套管，在套管外端安装法兰盘和阀门；(2)将布设坍塌诱导劈裂钻孔全部钻井至指定分段深度，使阀门处于打开状态；(3)按照从中间向两侧的顺序，逐个将第一层注浆孔钻进至指定分段深度并进行注浆；第一层注浆施工完成后，将该层注浆孔钻再全部钻进至分段深度，使阀门处于打开状态，此时该层的注浆钻孔作为坍塌诱导劈裂钻孔使用；(4)按照从中间向两侧的顺序，逐个将...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩伟伟，刘人太，王雪亮，李克先，李卫，张建伟，姜鹏，
申请(专利权)人：山东科技大学，山东大学，中铁工程设计咨询集团有限公司，青岛市地铁一号线有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37