一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法
阅读说明：本技术 一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法 (Integrated freezing injury-water injury prevention and control method for tunnel construction and maintenance ) 是由 凌贤长 于源 韩笑 马朋辉 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法,属于隧道工程施工技术领域,具体方案包括以下步骤：步骤一、利用超前探孔技术准确探测软岩地质情况和地下水发育情况；步骤二、依据超前探孔探测结果对富水地段采取超前钻孔泄水降压；步骤三、对超前小导管注浆堵水、加固围岩；步骤四、开挖、施做初期支护结构；步骤五、初期支护施做完毕后施作径向小导管；步骤六、开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土；步骤七、施作二次衬砌。本发明解决了极端冻融区高富水软岩山岭隧道由于地下水、软岩岩性给施工带来的影响,有效控制了高富水冻融环境下给隧道带来的危害及破坏,降低了冻融因素对隧道施工及运营期的影响。(A tunnel construction and maintenance integrated freezing damage-water damage prevention and control method belongs to the technical field of tunnel engineering construction, and the specific scheme comprises the following steps: the method comprises the following steps of firstly, accurately detecting soft rock geological conditions and underground water development conditions by utilizing a pilot hole detection technology; step two, adopting advanced drilling to drain water and reduce pressure for the water-rich area according to the advanced hole detection result; grouting the leading small guide pipe to block water and reinforce the surrounding rock; excavating and constructing a primary supporting structure; step five, constructing a radial small conduit after finishing the construction of the primary support; excavating an inverted arch and pouring inverted arch concrete; and seventhly, constructing a secondary lining. The method solves the problem that the construction of the high water-rich soft rock mountain tunnel in the extreme freezing and thawing area is influenced by the properties of underground water and soft rock, effectively controls the damage and destruction of the tunnel in the high water-rich freezing and thawing environment, and reduces the influence of freezing and thawing factors on the tunnel construction and operation period.)
技术领域
本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法。
背景技术
对于软岩山岭隧道来说，相较于一般岩体而言，软弱围岩的岩体节理、裂隙发育，较为破碎，且强度低，围岩自稳定性差，加之，若软岩山岭隧道所处为地下水较丰富的高富水区时，软岩遇水易软化、崩解，当施工期隧道穿越高富水软岩时，容易发生大变形、掌子面滑塌、突水突泥、开挖轮廓难以控制、支护结构受损、钢架扭曲折断、衬砌开裂等工程事故，此外，富水区如若存在承压水，且施工时没有合理的针对性施工方案，则危害更大，注浆时浆液不等凝固就被冲走，喷射混凝土不等胶凝就被冲散等等。特别是在极端冻融区，高富水软岩山岭隧道施工期间除可能发生以上的工程事故外，常常发生渗水挂冰，冻融环境下，地下水会严重影响隧道衬砌施工时混凝土的养护，若施工时对地下水没有采用专门的措施，那么在隧道运营期间，也会发生渗漏，正所谓“十隧九漏”，围岩中地下水的渗漏，会导致隧道内路面积水，给行车带来了极大地安全隐患，极端冻融区隧道渗漏水将会导致冻融循环引起衬砌混凝土冻胀开裂、变形、承载力降低等一系列冻害问题。
目前，极端冻融区高富水软岩山岭隧道在施工期间，经常由于对实际软岩岩体特征认识不深，同时对地下水特别是承压水在开挖掘进过程中的探测不足，导致没有合理的针对性方案，故而，极易引发变形、滑塌、突水突泥、开挖轮廓难以控制、支护结构受损、钢架扭曲折断、衬砌开裂、渗水挂冰等工程事故，也给隧道服役运营期间带来了很大隐患。
发明内容
本发明的目的是为了解决极端冻融区高富水区软岩山岭隧道施工期存在的问题，综合分析考虑现有施工技术存在的优势和不足，提供一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
步骤一、利用超前探孔技术在隧道的开挖轮廓线内部沿隧道的开挖方向准确探测软岩地质情况和地下水发育情况；
步骤二、依据超前探孔探测结果对富水地段沿隧道的开挖方向采取超前钻孔泄水降压；
步骤三、在洞身拱部120-140°范围内沿隧道开挖轮廓线的外部均布施作超前小导管，对超前小导管注浆堵水、加固围岩；
步骤四、开挖、施做初期支护结构；
步骤五、初期支护施做完毕后，沿隧道开挖轮廓线的周向设置，且垂直于隧道的开挖方向施作径向小导管；
步骤六、开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土；
步骤七、施作二次衬砌。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.寒区隧道建养一体化冻害-水害防控方法，采用“探-泄-注-堵-疏”复合式止水施工技术方法，有效控制了高富水区地下水特别是承压水对软岩隧道施工的危害和破坏，在极端冻融区，治水后也改善了衬砌混凝土的养护环境。
2.针对极端冻融区环境特点，开挖前进行超声波探冰，若含冰达到一定量，采用专利“季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法”先进行注浆加固处理，避免因融化发生滑塌。
3.泄水时，在隧道正下方施作深埋排水沟，用于泄水的排疏，避免泄出的结冰。
4.考虑施工步序，超前小导管注浆可以承载围岩受力，实现疏水效果后再做衬砌，改善了衬砌的养护环境。
5.考虑冻结影响，提前分析冻结深度，用冻结深度确定注浆圈范围，拦住圈外的水，同时应考虑注浆后的冻结深度，以此确定注浆圈可以节约成本，堵水注浆范围大于计算后的冻结深度。
6.注浆材料中加入适量石膏进行保温，可以使冻结深度变小，降低造价。
7.针对软岩特点，采取超前小导管注浆和小导管径向注浆加固围岩，改善了岩体结构，提高了软弱围岩自稳性。
8.施作的径向小导管前期用做排水通道进行疏水，减缓地下水特别是承压水对初期支护的破坏作用，同时，若初期支护结构变形开裂或施做二次衬砌前，则可通过径向小导管进行径向注浆加固围岩、再次堵水，防止衬砌背后脱空。
附图说明
图1是超前探测孔及泄水孔布置示意图；
图2是超前小导管布置示意图；
图3是超前小导管结构示意图；
图4是径向小导管布置示意图；
其中，1是超前探测孔；2是泄水孔；3是超前小导管；4是隧道开挖轮廓线；5是径向小导管；31是尖端；32是压浆孔；33是管箍。
具体实施方式
下面将结合附图1-4和具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一
本发明是为了解决极端冻融区高富水软岩山岭隧道由于地下水、软岩岩性给施工带来的影响，提供一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法，有效控制了高富水冻融环境下给隧道带来的危害及破坏，针对软弱围岩的岩性特点采取小导管超前注浆和小导管径向注浆方式，精确控制注浆范围，有效降低了冻融环境下围岩水对衬砌的影响，改善了衬砌混凝土养护条件，避免了支护体系冻融病害，整体上达到治水、软岩加固的目的，进而降低了冻融因素对隧道施工及运营期的影响。
一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法，其中，“探”是指超前探测，利用超前探孔技术准确探测软岩地质情况和地下水发育情况，具体包括通过岩芯取样准确判定软岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其水压情况，且利用超前探孔技术探测地下水的同时，采取超声波探冰技术探测软岩的含冰情况，若含冰，采用专利“季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法”进行处理；“泄”是指超前钻孔泄水降压，依据超前钻孔探测结果对富水地段采取超前钻孔泄水降压，同时在隧道正下方施作深埋排水沟，用于泄水的排疏，避免结冰；“注”、“堵”是指超前小导管注浆堵水、加固围岩；“疏”一是指泄水前在隧道正下方施作深埋排水沟，用于泄水的排疏，避免泄出的水结冰，二是指注浆后形成的注浆圈能起到疏水的作用，三是指初期支护施做完毕后，施作的径向小导管前期可用做排水通道进行疏水，减缓地下水特别是承压水对初期支护的破坏作用。
本发明的技术方案具体步骤如下：
步骤一：开挖掘进隧道前，仔细分析设计提供的地质资料，初步判断掌子面前方软岩级别和地下水发育情况，以此为超前钻探提供指导意见。
步骤二：利用超前探孔技术准确探测软岩地质情况和地下水发育情况：通过岩芯取样准确判定软岩岩性、结构特征，通过探孔出水量准确判定地下水发育情况及其水压情况，超前探孔采用Ф100-Ф120mm钻探机进行钻探，每45-55m钻探一次，每次钻探50-60m左右。利用超前探孔技术探测地下水的同时，针对极端冻融区环境特点，采取超声波探冰技术探测软岩的含冰情况，若含冰，进行除冰注浆封堵止裂，可采用中国发明专利申请CN201711412048.3“季冻区隧道围岩裂缝除冰注浆止裂系统及方法”进行处理，先进行注浆加固处理，避免因融化发生滑塌。
步骤三：超前钻孔泄水降压。依据超前钻孔探测结果对富水地段采取超前钻孔泄水降压，超前泄水孔采用Ф85-Ф95mm钻头的钻探机进行钻孔，每25m钻孔一次，钻孔深度30m。超前探测孔1及泄水孔2布置详见附图1，所述泄水孔2为多个，沿隧道的开挖方向均布设置在隧道开挖轮廓线4的内部周向位置，所述超前探测孔1布置在隧道开挖轮廓线4的内部且位于多个泄水孔2的中部位置，同时在隧道正下方施作深埋排水沟，结合超前探测的水位含水量，设计沟的深度，用于泄水的排疏，避免泄出的水结冰。
步骤四：超前小导管3注浆堵水、加固围岩。在洞身拱部120-140°范围内(α的角度)沿隧道开挖轮廓线4的外部均布施作超前小导管3，超前小导管3外插角为10-30°，长度4-6m，环向间距为1-2m，详见附图2，注意堵水注浆范围应大于冻结深度，考虑冻结影响，提前分析冻结深度，用冻结深度确定注浆圈范围，拦住圈外的水，同时应考虑注浆后的冻结深度，以此确定注浆圈可以节约成本，堵水注浆范围大于计算后的冻结深度，附图3为超前小导管3的结构示意图，所述超前小导管3前端设置有尖端31，后端设置有管箍33，其侧壁上设置有若干个压浆孔32。优选的，所述超前小导管3为无缝钢管。
步骤五：开挖、施做初期支护结构。
步骤六：初期支护施作完毕后施作小导管5，径向小导管5长为5-6m，间距0.5-1m，所述径向小导管5沿隧道开挖轮廓线4的周向设置，且垂直于隧道的开挖方向，所述径向小导管5前期用做排水通道进行疏水，减缓地下水特别是承压水对初期支护的破坏作用，同时，若初期支护结构变形开裂或施做二次衬砌前，则可通过径向小导管5进行径向注浆加固围岩、再次堵水，防止衬砌背后脱空，详见附图4。
步骤七：开挖仰拱并浇筑仰拱混凝土。
步骤八：施做二次衬砌。
本发明提出的一种隧道建养一体化冻害-水害防控方法，解决了极端冻融区高富水软岩山岭隧道由于地下水、软岩岩性给施工带来的影响，有效控制了高富水冻融环境下给隧道带来的危害及破坏，针对软弱围岩的岩性特点采取小导管超前注浆和小导管径向注浆方式，精确控制注浆范围，有效降低了冻融环境下围岩水对衬砌的影响，改善了衬砌混凝土养护条件，避免了支护体系冻融病害，整体上达到治水、软岩加固的目的，进而降低了冻融因素对隧道施工及运营期的影响。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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