一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法技术

本发明专利技术公开一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，包括如下步骤：定位富水地层，进行隧道超前地质预报，探明前方掌子面富水地层分布情况和地下水赋存特征，结合地勘报告和现场试验，确定富水地层围岩参数；建立富水地层与前方掌子面中间岩盘的力学计算模型，计算保证富水地层与前方掌子面中间岩盘的安全距离L，根据安全距离L确定超前高位排水结构施作位置；布置超前高位排水结构；监测掌子面处涌水量，当涌水量低于预定值时，继续隧道开挖并施作注浆圈和止浆墙，直至穿越富水地层；布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌。所述方法集探测、排水为一体，实现远距离疏水降压及高位排水，确保施工安全和稳定性，具有很强的实用性。的实用性。的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法


[0001]本专利技术属于隧道工程施工
，具体涉及一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法。

技术介绍

[0002]随着西部大开发战略的深入开展和国民经济的快速发展，在铁路、公路、水电、跨流域调水及矿产资源等领域将会修建更多的长大隧道工程，在隧道修建过程中普遍会遇到高水压富水地层，给隧道施工安全和后期运营带来了极大的挑战。
[0003]在高水压地层隧道施工过程中，由于其空间环境复杂，高水压、开挖扰动作用强烈，使得掌子面极易发生挤出变形，甚至形成涌水、突泥等地质灾害，进而引起隧道围岩失稳，必须采用排水降压的方式，释放地层中储存的高压水，消减势能，降低水土压力对隧道稳定性的影响。目前采用的掌子面导坑排水，会使地层中岩体裂隙间的填充质产生大量的流失，从而严重破坏围岩的结构性使其自稳能力严重下降，特别是在未固结的高水压断层破碎带断层中，因为细粒流失是造成围岩松弛的重要原因。这也是隧道发生掌子面失效、坍塌的主要原因之一。因此，寻找一种准确、快速、高效的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，已成为深埋长大山岭隧道穿越高水压富水地层时亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在于针对现有技术的不足，提供一种探测、排水为一体的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，实现远距离疏水降压+高位排水，操作简单，施工安全，具有很强的实用性。
[0005]为实现上述技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，具体实施步骤包括：
[0007]步骤S1：定位富水地层：进行隧道超前地质预报，探明掌子面前方富水地层分布情况和地下水赋存特征，结合地勘报告和现场试验，确定富水地层围岩参数；
[0008]步骤S2：建立富水地层与前方掌子面中间岩盘的力学计算模型，计算保证富水地层与前方掌子面中间岩盘的安全距离L，根据安全距离L确定超前高位排水结构施作位置；
[0009]步骤S3、当掌子面行进到步骤S2所确定位置时布置超前高位排水结构；
[0010]步骤S4、监测掌子面处涌水量，当涌水量低于预定值时，继续隧道开挖并施作注浆圈和止浆墙；
[0011]步骤S5、重复步骤S4直至穿越富水地层；
[0012]步骤S6、布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌。
[0013]优选的，在所述步骤S1中，隧道超前地质预报采用水文地质调查、物探法与钻探法相结合的方法进行。
[0014]进一步地，在所述步骤S2中，安全距离L的计算公式如下式(1)：
[0015][0016]式中：L
‑
岩盘长度(m)，即安全距离；D
‑
隧道洞径(m)；σ1‑
极限平衡状态下富水地层对岩盘的竖向压力(Pa)；c
‑
富水地层粘聚力(Pa)；
‑
富水地层摩擦角(
°
)；σ
′1‑
岩盘处竖向土压力(Pa)；c
′‑
岩盘处粘聚力(Pa)；
‑
岩盘处摩擦角(
°
)；λ
′‑
岩盘处侧压力系数。
[0017]进一步地，在所述步骤S3中，所述布置超前高位排水结构的具体方法为：在拱部开挖轮廓线夹角为120
°
范围内，向前方围岩均匀布设7个钻孔，钻孔深入富水地层，再埋设超前排水长导管进行高位排水，超前排水长导管与钢拱架焊接固定。
[0018]优选的，在所述布置超前高位排水结构的具体方法中，钻孔外倾角10～15
°
，孔径φ60～70mm。
[0019]优选的，在所述步骤S4中，涌水量的所述预定值为20L/min。
[0020]进一步地，步骤S6中所述衬砌背后排水系统，包括超前排水长导管、异径三通管和环向排水管，所述异径三通管的侧通管与直通管相互垂直并连通，所述侧通管为进水管，所述直通管为出水管，两侧出水口端设有环状沟槽；所述超前排水长导管与异径三通管的侧通管通过法兰板组连接，所述环向排水管与所述异径三通管的直通管通过卡箍连接，卡箍嵌入环状沟槽内。
[0021]进一步地，所述超前排水长导管的管体为无缝钢管，前端为实心尖锥头；管壁间隔钻设多组环形进水孔，沿钢管轴向相邻的进水孔之间交错分布。
[0022]进一步地，所述超前排水长导管的管体后部用钢筋加焊焊接有管箍，管箍是超前排水长导管与钢拱架的连接构件；管箍至超前排水长导管后端部焊接的法兰板之间的管壁上不钻孔。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：
[0024]1)本专利技术形成了探测、排水为一体的高水压富水地层控制掌子面稳定的施工方法，通过地勘资料和超强地质预报获得相关岩土体参数，通过理论计算得出安全距离，根据计算结果在安全距离位置施作超前高位排水结构，实现远距离疏水降压+高位排水，在符合经济效益的同时能保证高水压富水地层条件下隧道掌子面在整个施工过程中的稳定性，操作简单，施工安全，具有很强的实用性。
[0025]2)本专利技术通过超前高位排水，在排水的同时，能够减少地层填充质的流失，保护注浆圈的施作。
[0026]3)本专利技术中超前高位排水结构施工方法简单，仅需在超前导管与衬砌背后排水系统的正常施工工序上，将超前排水长导管与环向排水管连接，施工工序明确，在高水压富水地层隧道施工过程中可实施性较强。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1为本专利技术中安全距离计算模型示意图；
[0029]图2为本专利技术的隧道施工中远离富水地层的施工示意图；
[0030]图3为隧道施工中靠近富水地层施作超前高位排水结构的示意图；
[0031]图4为隧道施工中富水地层施作注浆圈和止浆墙的示意图；
[0032]图5为隧道施工中穿越富水地层，施作二次衬砌的示意图；
[0033]图6为超前排水长导管施工布置示意图；
[0034]图7是隧道施工中采用的超前高位排水系统的结构示意图；
[0035]图8为异径三通管(7)的结构示意图；
[0036]图中标注为：1
‑
超前排水长导管，2
‑
富水地层，3
‑
水位线，L
‑
安全距离，5
‑
注浆圈，6
‑
止浆墙，7
‑
异径三通管，8
‑
环向排水管，9
‑
二次衬砌，σ1
’‑
竖向土压力，τ
‑
岩盘阻力，σ3
‑
侧向土压力，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：具体实施步骤包括：步骤S1：定位富水地层（2），进行隧道超前地质预报，探明前方掌子面富水地层分布情况和地下水赋存特征，结合地勘报告和现场试验，确定富水地层围岩参数；步骤S2：建立富水地层（2）与前方掌子面中间岩盘的力学计算模型，计算保证富水地层与前方掌子面中间岩盘的安全距离L，根据安全距离L确定超前高位排水结构施作位置；步骤S3、当前方掌子面行进到步骤S2所确定位置时布置超前高位排水结构；步骤S4、监测前方掌子面处涌水量，当涌水量低于预定值时，继续隧道开挖并施作注浆圈（5）和止浆墙（6）；步骤S5、重复步骤S4直至穿越富水地层（2）；步骤S6、布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌（9）。2.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S1中所述隧道超前地质预报，采用水文地质调查、物探法与钻探法相结合的方法进行。3.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S2中所述安全距离L的计算公式如下：式中：岩盘长度，即安全距离；隧道洞径；极限平衡状态下富水地层对岩盘的竖向压力；富水地层粘聚力；富水地层摩擦角；岩盘处竖向土压力；岩盘处粘聚力；岩盘处摩擦角；岩盘处侧压力系数。4.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S3中所述布置超前高位排水结构的具体方法为：在拱部开挖轮廓线夹角为120
°
范围内，向前方围岩均匀布设7个钻孔，钻孔深入富水地层（2），再埋设超前排水长导管（1）进行高位排水，超前排水长导管（1）与钢拱架焊接...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗胜利，伍容兵，郭永发，袁云洪，刘璐，殷洪波，杨进京，郑刚强，罗竹，刘强，李国金，李贵民，刘正初，丁文云，姚贺东，
申请(专利权)人：中铁二院昆明勘察设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：