一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法技术

本发明专利技术公开了一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，步骤如下：采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况；在隧道内双侧布置L形渐变式排水洞，设置扇形排水孔及注浆孔，上层注浆下层排水；设置复合式柱面止浆墙，实施全断面超前化学注浆加固；采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工，布置锥形梅花状检查排水孔检测注浆效果，最后开挖隧道。本发明专利技术采用三层立体注浆排水，水泥水玻璃和环氧树脂分序注浆等技术，克服了在松散软弱角砾岩及高压富水的围岩地区注浆固结效果差和堵水作用不明显的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法
本专利技术涉及一种隧道的施工方法，特别是涉及一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法。
技术介绍
随着国民经济的迅速发展，一大批工程建设正如火如荼的进行。隧洞工程作为主要的工程结构形式，已经广泛应用于水利水电的地下工程、交通工程、输水工程、矿山工程等。隧洞工程建设过程中通常会遇到不良地质体，由地质构造作用形成的断层软弱角砾岩就是常见的一种，由于其力学强度较低，透水性好，胶结不良、易变形，充填物为泥，往往成为制约工程建设的关键因素之一。断层角砾岩作为断层破碎岩中的一种，是沉积碎屑岩，由岩石碎裂变形逐渐加剧所成，在断层应力作用下，断层的俩个端盘移动时，上、下俩盘之间的岩石不断的被糅合，原岩破碎成角砾状，角砾杂乱松散，砾间由软弱的泥质包包裹，含有丰富的粘土矿物，含水量较大时较软弱且呈塑性。因此，隧洞穿过往往成为工程建设中的控制性因素，开挖支护施工难度很大，容易出现涌水、突泥、塌方、泥石流等地质灾害，甚至发生人员伤亡等事故。软弱角砾岩断层破碎带富含的地下水为孔隙水，节理裂隙发育，岩体很破碎，无胶结，地下水渗透路径通畅，且连通性好，地下水运移速度和相互补给速度快。在饱和条件下的抗压、抗剪强度很弱，具有较大的渗透性和地层不稳定性，很难成洞。在施工过程中必须采用多种措施加强支护，做好堵水、排水工作。目前，高压富水特大断层软弱角砾岩隧道按照常规的施工方法无法达到预期围岩加固效果，不能满足隧道排水和堵水的要求。因此，必须根据断层软弱角砾岩隧道的特点和工程要求，采取针对性的方案，堵排结合，围岩加固，找到穿越富水特大软弱角砾岩断层破碎带的施工方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能降低洞顶及周边裂隙水压、减少隧洞涌水量、提高注浆围岩的加固及堵漏效果和稳固开挖围岩的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，包括以下步骤：步骤1：采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况，走向，渗水涌水位置及水流方向，水压大小，涌水量大小，为下一步的隧道施工设计提供依据；步骤2：在隧道内双侧布置排水洞，排水洞内设置扇形的排水孔及注浆孔，上层注浆下层排水，对隧道进行排水降压的同时在上层预先设置一道防水屏障；步骤3：在隧道掌子面设置复合式柱面止浆墙，实施全断面超前预注浆加固，形成5.0m-5.5m注浆加固圈；步骤4：采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工，并预注浆，布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果，最后实施围岩开挖、临时支护以及径向固结灌浆进行封堵措施。上述步骤1中所述的地质超前预报方法采用TGP206超前地质预报系统远探测、Beam电法近预测、超前水平钻探补充探测和掌子面地质编录法临近预报相结合。超前水平钻孔孔径为Φ108，孔数6-8个，长度应根据钻进过程中的钻孔速度、返流液体的颜色及携带物的变化选取，防止涌水突泥的产生。上述步骤2中所述的排水洞为双侧L形渐变式排水洞，L形渐变式排水洞与隧道平行段相距8m-10m，开挖位置应从隧道掌子面后退15m-30m处开始，排水段形状为城门型，尺寸由2m×2.5m渐变为2m×5m，增大断面后，方便上层注浆下层排水的布孔，同时便于钻孔操作。排水洞的掌子面应距离断层破碎带3m-5m，以确保安全。在开挖排水洞时，当隧道开挖方向为逆坡时，在排水洞与隧道交集部位设置集水池，采用C25砼浇筑，水池大小根据排水量大小及抽排能力确定，不小于5m3。排水洞在布孔掌子面处基底应高于同桩号隧道顶板标高至少3m。所述的排水孔布置为，向前钻设水平和倾角的排水孔；排水洞底部设置6排排水孔，第1排排水孔长度45-55m，钻孔角度平行于隧道轴线，第2排长度50-60m，钻孔与隧道轴线夹角5°-10°，第3排长度30-40m，钻孔与隧道轴线夹角20°-25°。第4排长度20-25m，钻孔与隧道轴线夹角29°-35°。第5排长度18-20m，钻孔与隧道轴线夹角45°-51°。第6排长度12-15m，钻孔与隧道轴线夹角65°-76°。排水洞顶部注浆孔的布置与排水孔相同，这里不再阐述。排水洞的排水管采用Φ108无缝钢管，管壁上钻Φ8小孔，环向10-12个，沿纵向均匀分布，外裹3层2mm×2mm网眼塑料网并扎紧，采用这种结构可过滤断层软弱角砾岩中的碎石软泥，防止堵孔。排水管孔口装置采用Φ110mm高密度聚乙烯管，安装完成后充水压力为0.1～0.2MPa。排水洞内的排水孔钻孔深度应超过设计孔深不小于0.5m。所述的复合式柱面止浆墙的砼标号不低于C30，厚度不低于3m，复合式柱面止浆墙应嵌入岩体不低于1m，复合式柱面止浆墙与岩体接触部位布设Φ25中空注浆径向锚杆，锚杆长度不小于2m。所述的复合式柱面止浆墙的顶部断面应扩大50cm以上，左右两侧及底部应扩大100cm以上，底部两侧浇筑宽度不小于1/2或1/3倍隧道宽度，使复合式柱面止浆墙嵌入岩体锚固稳定，同时防止下沉。在复合式柱面止浆墙的结构设计中，复合式柱面止浆墙的圆弧角度α根据圆弧半径r确定，当α为20°时，r取2倍隧道宽度，当α为30°时，r取1.8倍隧道宽度，当α为40°时，r取1.6倍隧道宽度。往隧道前进方向修筑不小于3m的浆砌石滤水层并布设钢丝网，采用这一新理念，不仅可作为复合式柱面止浆墙的压力缓冲层，同时可提高排水效果。所述的全断面超前预注浆堵水加固，灌浆孔采用水平灌浆孔与斜向灌浆孔相结合，斜向灌浆孔布置在隧道开挖轮廓线内侧10-20cm范围内，环向间距40-50cm，主要固结止水范围为隧道开挖线外不小于5m围岩圈。水平灌浆孔布置在隧道断面中部，环形布置2-3圈，环向间距100cm，主要固结隧道断面内围岩。在全断面超前预注浆过程中，应根据特大断层软弱角砾岩含水量的分布设置排水管及水池。所述的全断面超前预注浆采用分段前进式帷幕化学注浆，环氧树脂灌浆材料与水玻璃灌浆材料分序使用，其中Ⅰ序孔采用水泥水玻璃双液浆灌浆，Ⅱ序孔采用环氧树脂灌浆，水泥-水玻璃双液浆为A液和B液的混合液，配合比为A液：B液＝1：0.6～0.4(体积比)，CW环氧树脂化学注浆材料中基液：固化剂＝7：1(重量比)。当灌前压水透水率大于10Lu时，采用水泥-水玻璃灌浆，水玻璃掺量5％，灌至透水率小于5Lu时，改用环氧树脂加固。灌浆压力在初期可采用1MPa，最大压力不超过2.5MPa。第一环至第二环Ⅰ序孔灌浆压力为1MPa,Ⅱ序孔灌浆压力为1.5MPa,第三环至第五环Ⅰ序孔灌浆压力为1.5MPa,Ⅱ序孔灌浆压力为2.0MPa,第六环至第九环Ⅰ序孔灌浆压力为2.0MPa,Ⅱ序孔灌浆压力为2.5MPa。同时，在隧道断面内按注浆孔数的10％-15％设置排水检查孔，环向设置3-4个。既可超前探测前方围岩注浆后的固结效果，也可作为排水孔检测含断层软弱角砾岩的隧道断面内的排水量，当所测最大单孔排水量小于5L/m·min时，可对隧道进行开挖，当所测最大单孔排水量为5-15L/m·min时，就针对较大排水部位进行注浆补强，当所测最大单孔排水量大于15L/m/min时，应在隧道范围内重新布置注浆孔全断面注浆。所述的环向封闭式带基础的超前管棚导向墙采用C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，其特征是：包括以下步骤：步骤1：采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况，走向，渗水涌水位置及水流方向，水压大小，涌水量大小，为下一步的隧道施工设计提供依据；步骤2：在隧道内双侧布置L形渐变式排水洞，排水洞内设置扇形的排水孔及注浆孔，上层注浆下层排水，对隧道进行排水降压的同时在上层预先设置一道防水屏障；步骤3：在隧道掌子面设置高强度复合式柱面止浆墙，实施全断面超前预注浆加固，形成5.0m‑5.5m注浆加固圈；步骤4：采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工，并预注浆，布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果，最后实施围岩开挖、临时支护以及径向固结灌浆进行封堵措施。

【技术特征摘要】
1.一种高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，包括以下步骤：步骤1：采用地质超前预报方法探明隧道掌子面前方的断层软弱角砾岩的分布情况，走向，渗水涌水位置及水流方向，水压大小，涌水量大小，为下一步的隧道施工设计提供依据；步骤2：在隧道内双侧布置L形渐变式排水洞，排水洞内设置扇形的排水孔及注浆孔，上层注浆下层排水，对隧道进行排水降压的同时在上层预先设置一道防水屏障；步骤3：在隧道掌子面设置高强度复合式柱面止浆墙，实施全断面超前预注浆加固，形成5.0m-5.5m注浆加固圈；步骤4：采用环向封闭式带基础的超前管棚导向墙进行超前长管棚的施工，并预注浆，布置锥形梅花状检查排水孔排水和检查注浆效果，最后实施围岩开挖、临时支护以及径向固结灌浆进行封堵措施，其特征在于：上述步骤2中排水孔布置为，向前钻设水平和倾角的排水孔，L形渐变式排水洞的底部设置6排排水孔，第1排排水孔长度45-55m，钻孔角度平行于隧道轴线，第2排长度50-60m，钻孔与隧道轴线夹角5°-10°，第3排长度30-40m，钻孔与隧道轴线夹角20°-25°。第4排长度20-25m，钻孔与隧道轴线夹角29°-35°，第5排长度18-20m，钻孔与隧道轴线夹角45°-51°，第6排长度12-15m，钻孔与隧道轴线夹角65°-76°，L形渐变式排水洞的顶部的注浆孔与排水孔的布置方式基本一致。2.根据权利要求1所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，其特征在于：上述步骤2中所述的排水洞为双侧L形渐变式排水洞，L形渐变式排水洞与隧道平行段相距8m-10m，开挖位置从隧道掌子面后退15m-30m处开始，排水段形状为城门型，尺寸由2m×2.5m渐变为2m×5m，布孔采用上层注浆下层排水，L形渐变式排水洞的掌子面距离断层破碎带3m-5m；开挖所述的排水洞时，当隧道开挖方向为逆坡时，在排水洞与隧道交集部位设置集水池，采用C25砼浇筑，集水池大小根据排水量大小及抽排能力确定，不小于5m3；上述步骤2中所述的排水洞在布孔掌子面处基底高于同桩号隧道顶板标高至少3m。3.根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，其特征在于：上述步骤3中复合式柱面止浆墙的砼标号不低于C30，厚度不低于3m，复合式柱面止浆墙嵌入岩体不低于1m，复合式柱面止浆墙与岩体接触部位布设Φ25中空注浆径向锚杆，锚杆长度不小于2m；复合式柱面止浆墙的顶部断面扩大50cm以上，左右两侧及底部扩大100cm以上，底部两侧浇筑宽度不小于1/2或1/3倍隧道宽度；复合式柱面止浆墙的圆弧角度α根据圆弧半径r确定，当α为20°时，r取2倍隧道宽度，当α为30°时，r取1.8倍隧道宽度，当α为40°时，r取1.6倍隧道宽度，往隧道前进方向修筑不小于3m的浆砌石滤水层并布设钢丝网。4.根据权利要求1或2所述的高压富水特大断层软弱角砾岩隧道的施工方法，其特征在于：上述步骤3中所述的全断面超前预注浆堵水加固，灌浆孔采用水平灌浆孔与斜向灌浆孔相结合，斜向灌浆孔布置在隧道开挖轮廓线内侧10-20cm范围内，环向间距40-50cm，主要固结止水范围为隧道开挖线外不小于5m围岩圈，水平灌浆孔布置在隧道断面中部，环形布置2-3圈，环向间距100cm，主要固结隧道断面内围岩。5.根据权利要求1或2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹峰，凌同华，张胜，黄阜，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43