富水极破碎围岩隧道塌方段围岩控制方法技术

本发明专利技术涉及隧道工程施工领域，具体为一种富水极破碎围岩塌方段围岩控制方法，解决现有方法治理周期长、加固范围及效果差、初期支护侵限变形开裂及易引发二次地质灾害等问题，包括塌方致灾因素及成灾程度探查分析、堆积体暴露面稳固及深部排水泄压、塌方段及影响区支护强度强化、塌方堆积体防突充实加固、非对称周边帷幕注浆加固、注浆加固塌方段开挖方法及初期支护方式确定、局部补充注浆、仰拱开挖及二衬施工等步骤。采取本工法施工后，缩短了富水极松散围岩隧道塌方处治工期，保障了围岩加固范围和强度，特别是直接塌方区围岩得到充分注浆加固，减缓了初期支护变形量，避免了侵限及二次地质灾害发生；有效地提高了塌方事故处治质量，创造了良好的社会效益和经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一项，属于隧道及地下工程领域。
技术介绍
随着我国交通建设的快速发展，山岭隧道占据的比重越来越大。受复杂地质构造条件及地形地貌因素的影响，我国山岭隧道工程经常穿过断裂破碎带及溶腔堆积体等极松散岩体。在地下水、地应力及松散围岩体破碎结构综合作用下，常因工程地质及水文地质条件突变、或支护结构及强度设计不足而造成初期支护变形开裂破坏，引发大规模塌方事故。塌方堆积物在隧道内形成由塌方口向两侧延伸数米至数十米的稳定锥形堆积体；堆积体内包含大量地下水体及泥、砂、孤石等堆积物，轻者影响隧道施工安全，影响工期；重者导致人员伤亡。注浆法是隧道塌方行之有效的处治方法，现有方法主要包括地面注浆及隧道内注浆。地面注浆工程主要针对浅埋隧道，且塌方对地表有显著影响，产生冒顶的事故的处置，但受制于复杂地表环境，施工运输条件差，工期较长，而对于埋深较大的隧道引发的地面塌陷(埋深大于50m)，则地表处治完全无法实施。隧道内实施的治理工程以塌方体注浆小导管固结注浆与塌方段壁后管棚注浆相结合的联合注浆方法为主。这种注浆方式存在严重不足:其一，塌方体往往具有结构松散、富泥、饱水的特征，风动凿岩机难以成孔，不利于打入注浆小导管，同时受风动凿岩机极限作业能力及塌方体内硬岩孤石的限制(硬岩孤石阻碍了小导管下入)，注浆小导管无法达到设计深度而影响充填固结效果；其二，管棚长度及外插角较小，注浆压力较低，造成塌方段围岩加固圈范围及强度有限，难以抵抗围压侧向压力。开挖轮廓难以控制，初期支护变形开裂，换拱频繁，造成围岩侧向侵限严重，大者可达数米，最终引发二次塌方，甚至发展为破坏强烈的突水突泥，严重拖延工期及造成巨大的经济损失。
技术实现思路
本专利技术针对富水断层破碎带或岩溶塌腔堆积体围岩隧道塌方的处理方法存在的治理效果不理想、初期支护变形开裂严重及易引发地质灾害等问题，提供了一种富水极破碎围岩隧道塌方段围岩综合控制方法。本方法是采用如下技术方案实现的:，包括以下步骤:A.塌方致灾因素及成灾程度探查分析；B.堆积体暴露面稳固及深部排水泄压:采用锚喷混凝土 +挂网方式对堆积体暴露面进行封闭，同时依据探测结果，针对关键富水区施工深部引水泄压孔，对堆积体内部地下水引流泄压；C.塌方及影响段支护强度强化:在塌方相邻段采用临时型钢支撑+网喷混凝土方式对塌方相邻段IOlOm范围内形成支护强化段；D.塌方堆积体防突充实加固:根据掌子面前方堆积体空洞及塌方体范围的探测结果，针对堆积体内部空腔，施工吹砂钻孔，进行吹砂充填空腔，并注单液浆固结进行处理；对极松散堆积体内部通过防突注浆孔进行充填固结；E.非对称周边帷幕注浆加固:对塌方区周边帷幕加固厚度增加至10m，其他区域加固圈厚度为5lm，注浆后形成受力平衡、变形协调的闭合注浆加固壳；F.注浆加固塌方段开挖方法及初期支护方式确定:注浆区段采用双侧壁导坑法进行开挖；初期支护采用双层支护；G.局部补充注浆:紧跟隧道开挖过程，针对探测或者直接揭露的注浆加固盲区采用导管径向注浆方式进行补注；H.仰拱开挖及二衬施工:洞身开挖支护完成后，及时进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬及时跟进，衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求。上述控制方法具体包括以下步骤:A.塌方致灾因素及成灾程度探查分析综合分析隧道勘察期及施工揭露的地质及水文地质资料，从地质构造、岩层岩性、地形地貌及地下水等方面对塌方致灾因素进行分析；综合利用物探及钻孔手段对塌方纵向及横向成灾规模进行探查，尤其是堆积体洞内充填形态、范围及堆积体内地下水富水情况及水压状况，为重点治理区域圈定和治理方案制定提供依据。B.堆积体暴露面稳固及深部排水泄压为增强塌方堆积体稳定性，采用锚喷挂网方式对堆积体暴露面进行封闭，形成堆积体暴露面网喷混凝土封闭体，同时依据地球物理探测结果，针对关键富水区施工超前探孔，对堆积体内部地下水引流泄压，防止堆积体封闭后静水压力抬升而造成渗透失稳破坏。在塌方体暴露面布设钢筋网，并喷射厚40cm的C25混凝土 ；暴露面上布置间排距均为2m、呈梅花型的锚杆，锚杆采用长3m的<p32mm钢筋，其下部2.5m插入堆积体内，尾部与钢筋网焊接为一体。针对富水区段及塌方口附近布置3飞根引流泄压孔，孔深30m，并全程下入(p89mm无缝热轧钢花管。引流泄压钻孔尾端均安装高压阀门，以控制引排水。C.塌方段及影响区支护强度强化在塌方相邻段采用临时型钢支撑+网喷混凝土方式对塌方相邻段IOlOm范围形成支护强化段，可抑制塌方后延和保障注浆加固过程中人员及设备安全；支护参数为:25b工字钢，每榀间距50cm ；C20喷射混凝土厚25cm ;双层20cmX20cm 0mm钢筋网。D.塌方堆积体防突充实加固根据掌子面前方堆积体空洞及塌方体范围的地球物理探测结果，针对堆积体内部空腔，采用吹砂充填，并注少量42.5R普通水泥单液浆固结进行处理；通过深孔注浆，对极松散堆积体内部进行充填固结，提高其自稳能力及抵抗注浆压力荷载。吹砂孔及注浆钻孔采用ZLJ2300B型地质钻机，直径90mm合金钻头施作。吹砂孔全程下入<p89mm无缝热轧钢管，通过空压机泵送细沙，压力控制在5MPa以内，吹砂完成后进行注浆工作；注浆孔设计深度为2(T30m，起始端下入3m外径108mm的地质管作为孔口管，终孔间距5飞m，并均匀布孔；吹砂孔及注浆孔端部焊接注浆螺丝头及高压阀门，以连接注浆设备；注浆材料采用42.5R普通水泥单液浆，单液浆水灰比(水与42.5R普通水泥质量比)为1:1，注浆终压控制设计2.5MPa，扩散半径不小于3m ;充填注浆加固采用前进式分段控制注浆工艺。E.非对称周边帷幕注浆加固主体注浆加固工程采用“塌方区重点治理、围岩闭合加固”的非对称式周边帷幕系统注浆加固方法；塌方区周边帷幕加固厚度增加至10m，其他区域加固圈厚度为5lm，注浆后形成受力平衡、变形协调的闭合注浆加固壳。周边帷幕注浆钻孔采用海王星90B钻机施工，钻孔均匀布置。注浆材料采用单液水泥浆和C-S双液浆，材料参数如下:水泥浆水灰比为1:1，为提高水泥浆的早期强度，在单液浆中加入水泥质量0.3^0.5%的三乙醇胺；水玻璃浓度在35 42Be之间，模数为2.3^3.0，42.5R普通水泥单液浆和水玻璃体积比为2:1。注浆工艺采用前进式分段控制注浆工艺。所述前进式分段控制注浆工艺是:先使用无芯地质钻头在松散围岩体内施工长3.5m的浅孔，下入3m外径108mm的孔口管并注浆封固，形成孔口管封固段，注浆终压为5MPa ;利用cp75mm无芯钻头扫孔并钻进至第一注浆段深度，并进行注浆，注浆终压为2^3MPa ;注浆成后，扫孔并钻进至第二段注浆段深度，再次注浆，注浆终压为3 4MP ;依次前进注浆，注浆压力由外而内注浆提高，末段终压控制在6MPa ;每个注浆段长为5m，采用单液及双液交替注浆方式。F.注浆加固塌方段开挖方法及初期支护方式确定注浆区段采用双侧壁导坑法进行开挖；初期支护采用双层支护:第一层由118工字钢钢支撑，纵向间距0.5m，钢筋网采用双层钢筋网，纵、环向_，网格20 X 20cm，喷射C20混凝土厚25 30cm ;第二层采用格栅钢架，格栅钢架主筋采用O 025钢筋，截面高度15X 15cm，格栅拱架纵向间距为本文档来自技高网...

【技术保护点】
富水极破碎围岩隧道塌方段围岩控制方法，其特征是包括以下步骤：A．塌方致灾因素及成灾程度探查分析；B．堆积体暴露面稳固及深部排水泄压：采用锚喷混凝土+挂网方式对堆积体暴露面进行封闭，同时依据探测结果，针对关键富水区施工深部引流泄压孔，对堆积体内部地下水引流泄压；C．塌方及影响段支护强度强化：在塌方相邻段采用临时型钢支撑+网喷混凝土方式对塌方相邻段10~20m范围内增强支护强度，形成支护强化段；D．塌方堆积体防突充实加固：根据掌子面前方堆积体空洞及塌方体范围的探测结果，针对堆积体内部空腔，施工吹砂钻孔，进行吹砂充填空腔，并注单液浆固结进行处理；对极松散堆积体内部通过防突注浆孔进行充填固结；E．非对称周边帷幕注浆加固：对塌方区周边帷幕加固厚度增加至10m，其他区域加固圈厚度为5~8m，注浆后形成受力平衡、变形协调的闭合注浆加固壳；F．注浆加固塌方段开挖方法及初期支护方式确定：注浆区段采用双侧壁导坑法进行开挖；初期支护采用双层支护；G．局部补充注浆：紧跟隧道开挖过程，针对探测或者直接揭露的注浆加固盲区采用导管径向注浆方式进行补注；H．仰拱开挖及二衬施工：洞身开挖支护完成后，及时进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬及时跟进，衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求。...

【技术特征摘要】
1.水极破碎围岩隧道塌方段围岩控制方法，其特征是包括以下步骤: A.塌方致灾因素及成灾程度探查分析； B.堆积体暴露面稳固及深部排水泄压:采用锚喷混凝土+挂网方式对堆积体暴露面进行封闭，同时依据探测结果，针对关键富水区施工深部引流泄压孔，对堆积体内部地下水引流泄压； C.塌方及影响段支护强度强化:在塌方相邻段采用临时型钢支撑+网喷混凝土方式对塌方相邻段IOlOm范围内增强支护强度，形成支护强化段； D.塌方堆积体防突充实加固:根据掌子面前方堆积体空洞及塌方体范围的探测结果，针对堆积体内部空腔，施 工吹砂钻孔，进行吹砂充填空腔，并注单液浆固结进行处理；对极松散堆积体内部通过防突注浆孔进行充填固结； E.非对称周边帷幕注浆加固:对塌方区周边帷幕加固厚度增加至10m，其他区域加固圈厚度为5lm，注浆后形成受力平衡、变形协调的闭合注浆加固壳； F.注浆加固塌方段开挖方法及初期支护方式确定:注浆区段采用双侧壁导坑法进行开挖；初期支护采用双层支护； G.局部补充注浆:紧跟隧道开挖过程，针对探测或者直接揭露的注浆加固盲区采用导管径向注浆方式进行补注； H.仰拱开挖及二衬施工:洞身开挖支护完成后，及时进行仰拱施工，并封闭成环；其后二衬及时跟进，衬砌各项施工工艺和技术指标必须满足设计或规范要求。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤A的具体步骤是，综合分析隧道勘察期及施工揭露的地质及水文地质资料，从地质构造、岩层岩性、地形地貌及地下水方面对塌方致灾因素进行分析；综合利用物探及钻孔手段对塌方纵向及横向成灾规模进行探查，包括堆积体洞内充填形态、范围及堆积体内地下水富水情况及水压状况，为重点治理区域圈定和治理方案制定提供依据。3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤B的具体步骤是，在塌方体暴露面布设钢筋网，并喷射厚40cm的C25混凝土 ；暴露面上布置间排距均为2m、呈梅花型的锚杆，锚杆采用长3m的(p32mm钢筋，其下部2.5m插入堆积体内，尾部与钢筋网焊接为一体；针对富水区段及塌方口附近布置3飞根深部引流泄压孔，孔深30m，并全程下入q)89mm无缝热轧钢花管；引流泄压钻孔尾端均安装高压阀门，以控制引排水。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤C中，所述支护强化段的参数为:25b工字钢，每榀间距50cm ；C20喷射混凝土厚25cm ;双层20cmX 20cm、98mm钢筋网。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤D的具体步骤是，吹砂钻孔及防突注浆孔采用ZLJ2300B型地质钻机，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李术才，张伟杰，张庆松，张霄，刘人太，张连震，朱明听，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：