岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法技术

本发明专利技术公开了一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，包括步骤为：（1）溶洞探测：掌子面发现突水突泥情况后，停止施工并进行超前地质预报探测，查明溶洞发育情况；（2）变形段加固：根据地质预报确定岩溶变形段范围，并对钻探预报已揭露的溶洞或潜在溶洞范围进行加固处理；（3）超长双层管棚施工：扩挖管棚工作室并架立钢架，打超前双层水平大管棚，喷射混凝土；（4）管棚补注浆：管棚间补打双层超前补强小导管并补注浆；（5）监控量测。本发明专利技术能有效降低隧道施工期间的安全隐患，提高隧道施工质量及结构稳定，对类似情况的隧道施工具有重要的借鉴意义。

【技术实现步骤摘要】
岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法
本专利技术涉及岩溶隧道处治施工及监控领域，特别是一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法。
技术介绍
岩溶喀斯特地貌在我国分布广泛，尤其是在广西地区，岩溶地质十分发育。随着我国西部地区基础设施建设的力度不断加大，大量的在建公路、隧道不可避免地需要穿越岩溶发育地区。岩溶隧道不仅涉及围岩大变形的问题，还涉及地下水隐患，因此穿越岩溶地段隧道突水突泥的探测、处治及监控运维技术是行业内的难题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，该岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法能有效解决现有岩溶隧道突泥突水，阻碍施工和造成人员伤亡的问题；并且便于对处治效果进行量测。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，包括如下步骤。步骤1、溶洞探测：掌子面发现突水突泥后，停止施工，并进行超前地质预报探测，查明溶洞发育情况。超前地质预报探测时，采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测。超长探头前端在溶洞或潜在溶洞前方岩石内的长度不小于3m。步骤2、变形段加固措施确定：根据步骤1中超前地质预报探测得到的溶洞或潜在溶洞范围，并结合现场情况，确定变形段加固措施。变形段加固措施采用超长双层大管棚超前加固，管棚的长度应大于临近掌子面溶洞的深度，以使得超长双层大管棚范围大于溶洞范围。步骤3、超长双层管棚施工：扩挖管棚工作室并架立钢架，打超长双层大管棚，喷射混凝土。超长双层大管棚中的跟管均采用双层套管加筋法进行施工。步骤4、管棚补注浆：管棚间补打双层超前补强小导管并补注浆。步骤5、监控量测：在隧道周围布设监控量测点，并对如下监控指标均进行监控：A、隧道拱顶位移。B、隧道周边围岩位移。C、初支与二衬间压力。D、二次衬砌混凝土应力。E、二次衬砌钢筋应力。F、隧道周边水压力。步骤6、隧道安全性评估与预警，具体评估及预警方法，包括如下步骤。步骤61、当完工后运营期间，步骤5量测的各个监测指标的变化值均小于设定的安全阈值，则表明隧道周边围岩及溶洞充填稳定，则隧道评估为安全。步骤62、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，隧道周边水压力超过设定的安全阈值，但初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值均小于设定的安全阈值，则隧道评估为安全。步骤63、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，同时，隧道周边水压力、初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值虽超过安全阈值，但应力变化值逐渐趋于收敛稳定，则说明隧道周边围岩及溶洞充填极不稳定，可能已产生塌陷作用于隧道支护结构上，但支护结构承载能力充足，工程暂时安全，但需根据实地调查情况考虑是否需要进一步加固。步骤64、其余情况，则隧道评估为不安全，需立即采取加固措施。步骤5中，在监控量测点布设时，在岩溶地质不良区段，应至少每间隔5m取一断面设置监控量测点。在灾变严重区段应进一步加密。步骤4中，超前补强小导管的注浆孔直径应不小于8mm，注浆孔间距应不大于15cm。小导管间纵向间距不大于50cm，环向间距不大于40cm。小导管的有效注浆段长度不小于340cm。管棚补注浆时，其注浆要求为：注浆采用后退式注浆，浆液为水泥浆，注浆压力初压为0.5～1.0MPa，终压为2.0MPa，压力稳定时间为1～5分钟。浆液扩散半径不小于0.5m。在步骤1中采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测时，超前钻探的范围应不小于隧道开挖轮廓线以外30~50m，偏转角度为5~20°在步骤1中采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测时，对于已揭露溶洞的钻孔，当孔深大于50m时，考虑到钻杆自重及动力衰减，向上调整1~2°。在步骤1中采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测时，根据钻速变化和返水压来判定溶洞的存在。根据钻速变化和返水压来判定溶洞的具体方法，包括如下步骤。步骤11、若钻进时，钻速突然增大并维持增大值不变，一段时间后又突降，但钻机推力在此过程中未明显减小，则推断为具有溶洞或潜在溶洞。步骤12、钻进过程中，若有明显的返水特征，返水压不低于设定值，且返水颜色呈黄色，则推断为软泥充填型溶洞。步骤13、若钻进时，钻速平稳且无返水，则表明岩层岩质较均匀，没有溶洞发育。步骤1中，超前地质预报探测时，采用取芯钻探和冲击钻探相结合的方法进行钻探。当需要对围岩物理及力学性质进行详细分析时，以取芯钻探为主。否则，以冲击钻探为主。本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术首先进行溶洞探测，查明岩溶发育情况，确定变形处治段范围；然后对变形处治段进行加固处理；后进行超长双层管棚施工和管棚补注浆；最后进行监控量测。上述步骤便于实施，能够使岩溶隧道突泥突水问题得到解决，且监测数据能为后期的施工及运营维护提供支持。2、对于岩溶隧道突水突泥的处治施工具有很强的适用性，监控方案能为后期的施工及运营维护提供支持。该方法能有效降低隧道施工期间的安全隐患，提高隧道施工质量及结构稳定，对类似情况的隧道施工具有重要的借鉴意义。附图说明图1是本专利技术一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法的结构示意图。图2显示了超前地质预报探测时，在掌子面正视图中，钻孔位置及角度调整示意图。图3显示了超前地质预报探测时，在掌子面俯视图中，钻孔位置及角度调整示意图。图4显示了超前地质预报探测时，在掌子面左视图中，钻孔位置及角度调整示意图。图5显示了超长双层管棚施工时，管棚钢架示意图。图6显示了超前补强导管的示意图。图7显示了隧道周围监控量测点的布设示意图。图8显示了二次衬砌内力测点的布置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体较佳实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本专利技术的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本专利技术的保护范围。如图1所示，一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，包括如下步骤。步骤1、溶洞探测：掌子面发现突水突泥后，停止施工，并进行超前地质预报探测，查明溶洞发育情况。掌子面施工过程中，如下情况，需停工：1、因前期工程地质勘察中查明不到掌子面附近详细的溶洞发育情况，所以在掌子面推进过程中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤1、溶洞探测：掌子面发现突水突泥后，停止施工，并进行超前地质预报探测，查明溶洞发育情况；超前地质预报探测时，采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测；超长探头前端在溶洞或潜在溶洞前方岩石内的长度不小于3m；/n步骤2、变形段加固措施确定：根据步骤1中超前地质预报探测得到的溶洞或潜在溶洞范围，并结合现场情况，确定变形段加固措施；变形段加固措施采用超长双层大管棚超前加固，管棚的长度应大于临近掌子面溶洞的深度，以使得超长双层大管棚范围大于溶洞范围；/n步骤3、超长双层管棚施工：扩挖管棚工作室并架立钢架，打超长双层大管棚，喷射混凝土；超长双层大管棚中的跟管均采用双层套管加筋法进行施工；/n步骤4、管棚补注浆：管棚间补打双层超前补强小导管并补注浆；/n步骤5、监控量测：在隧道周围布设监控量测点，并对如下监控指标均进行监控：/nA、隧道拱顶位移；B、隧道周边围岩位移；C、初支与二衬间压力；D、二次衬砌混凝土应力；E、二次衬砌钢筋应力；F、隧道周边水压力；/n步骤6、隧道安全性评估与预警，具体评估及预警方法，包括如下步骤：/n步骤61、当完工后运营期间，步骤5量测的各个监测指标的变化值均小于设定的安全阈值，则表明隧道周边围岩及溶洞充填稳定，则隧道评估为安全；/n步骤62、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，隧道周边水压力超过设定的安全阈值，但初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值均小于设定的安全阈值，则隧道评估为安全；/n步骤63、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，同时，隧道周边水压力、初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值虽超过安全阈值，但应力变化值逐渐趋于收敛稳定，则说明隧道周边围岩及溶洞充填极不稳定，可能已产生塌陷作用于隧道支护结构上，但支护结构承载能力充足，工程暂时安全，但需根据实地调查情况考虑是否需要进一步加固；/n步骤64、其余情况，则隧道评估为不安全，需立即采取加固措施。/n...

【技术特征摘要】
1.一种岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、溶洞探测：掌子面发现突水突泥后，停止施工，并进行超前地质预报探测，查明溶洞发育情况；超前地质预报探测时，采用超长探头进行溶洞或潜在溶洞范围的探测；超长探头前端在溶洞或潜在溶洞前方岩石内的长度不小于3m；
步骤2、变形段加固措施确定：根据步骤1中超前地质预报探测得到的溶洞或潜在溶洞范围，并结合现场情况，确定变形段加固措施；变形段加固措施采用超长双层大管棚超前加固，管棚的长度应大于临近掌子面溶洞的深度，以使得超长双层大管棚范围大于溶洞范围；
步骤3、超长双层管棚施工：扩挖管棚工作室并架立钢架，打超长双层大管棚，喷射混凝土；超长双层大管棚中的跟管均采用双层套管加筋法进行施工；
步骤4、管棚补注浆：管棚间补打双层超前补强小导管并补注浆；
步骤5、监控量测：在隧道周围布设监控量测点，并对如下监控指标均进行监控：
A、隧道拱顶位移；B、隧道周边围岩位移；C、初支与二衬间压力；D、二次衬砌混凝土应力；E、二次衬砌钢筋应力；F、隧道周边水压力；
步骤6、隧道安全性评估与预警，具体评估及预警方法，包括如下步骤：
步骤61、当完工后运营期间，步骤5量测的各个监测指标的变化值均小于设定的安全阈值，则表明隧道周边围岩及溶洞充填稳定，则隧道评估为安全；
步骤62、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，隧道周边水压力超过设定的安全阈值，但初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值均小于设定的安全阈值，则隧道评估为安全；
步骤63、当完工后运营期间，步骤5量测的隧道拱顶位移和隧道周边围岩位移的位移值超过设定的安全阈值，同时，隧道周边水压力、初支与二衬间压力、二次衬砌混凝土应力和二次衬砌钢筋应力的应力变化值虽超过安全阈值，但应力变化值逐渐趋于收敛稳定，则说明隧道周边围岩及溶洞充填极不稳定，可能已产生塌陷作用于隧道支护结构上，但支护结构承载能力充足，工程暂时安全，但需根据实地调查情况考虑是否需要进一步加固；
步骤64、其余情况，则隧道评估为不安全，需立即采取加固措施。


2.根据权利要求1所述的岩溶隧道突水突泥检测、处治及监控运维为一体的方法，其特征在于：步骤5中，在监控量测点布设时，在岩溶地质不良区段，应至少每间隔5m...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆俊晖，周祥，蓝日彦，宋伟，孙朋雷，林增海，唐国军，米徳才，何廷全，陈人豪，熊劲松，黄东，黄云，张观树，李洋益，
申请(专利权)人：广西交通设计集团有限公司，广西北投交通养护科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45