盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构论文和设计-潘军

全文摘要

本实用新型提供一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构。所述加固结构包括置于盾构隧道两侧的左、右止浆墙，所述左、右止浆墙的置于岩溶区全断面灰岩地层内，其顶面高于盾构隧道顶面至少两米或与全断面灰岩地层的岩面线平齐，底面伸入盾构隧道以下至少两米的位置；所述左、右止浆墙是通过在盾构隧道两侧外边缘一米范围内垂直钻孔至盾构隧道以下至少两米的位置，并通过钻注一体机在全断面灰岩地层内注浆形成的止浆墙。本实用新型能有效封堵岩溶区隧道范围内全断面灰岩的裂隙，隔断隧道开挖范围地层水系与周边水系的通道，减少隧道盾构过程中水土损失，控制地面沉降或塌陷，保证工程安全顺利进行。

主设计要求

1.一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述加固结构包括置于盾构隧道(1)两侧的左、右止浆墙(2、3)，所述左、右止浆墙(2、3)的置于岩溶区全断面灰岩地层(4)内，其顶面高于盾构隧道(1)顶面至少两米或与全断面灰岩地层(4)的岩面线(4-1)平齐，底面伸入盾构隧道(1)以下至少两米的位置；所述左、右止浆墙(2、3)是通过在盾构隧道(1)两侧外边缘一米范围内垂直钻孔至盾构隧道(1)以下至少两米的位置，并通过钻注一体机(5)在全断面灰岩地层(4)内注浆形成的止浆墙。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述左、右止浆墙(2、3)的注浆钻孔(6)平面分布在隧道结构两侧外边线一米范围内，每侧分布有一排注浆钻孔(6)，且相邻注浆钻孔(6)的间距为1.5～3m。

3.根据权利要求1所述的一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述加固结构还包括沿着隧道中心线分布的多个补浆孔(7)，多个补浆孔(7)沿直线分布，且相邻两个补浆孔的间距为4～6m。

4.根据权利要求1所述的一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述左、右止浆墙(2、3)的注浆起始压力为0.7～0.8MPa，终孔压力为1.3～1.5MPa。

5.根据权利要求1所述的一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述左、右止浆墙(2、3)的分别置于盾构隧道(1)的边缘线上，且两止浆墙的厚度均为2～3m。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及到盾构隧道施工领域，具体是岩溶区盾构隧道在掘进过程中针对全断面灰岩地层裂隙的加固结构。

背景技术

岩溶发育区的轨道交通在线路设计时，受工程周边房屋密集、道路毗邻、地下管线众多等复杂城市环境的影响，隧道局部区段需穿越全断面灰岩地层。在岩溶区全断面灰岩层中,基岩裂隙发育，裂隙水与上覆层的潜水相互连通,灰岩裂隙多,水的流通量大,采用常规掘进方法难以达到预期质量要求和进度目标。且线路周边建构筑物密集、地下管线复杂、地面交通繁忙，一旦发生事故对周边造成不良社会影响极大。

发明内容

本实用新型根据现有技术的不足，提供一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，该加固结构采用岩层裂隙(溶洞)注浆的方式针对隧道周围进行加固，将隧道开挖范围的地层水系与周边水系隔断，减少水土损失，提高掘进速度，保证工程顺利实施。

为了实现本实用新型的目的,所采用的技术方案为一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述加固结构包括置于盾构隧道两侧的左、右止浆墙，所述左、右止浆墙的置于岩溶区全断面灰岩地层内，其顶面高于盾构隧道顶面至少两米或与全断面灰岩地层的岩面线平齐，底面伸入盾构隧道以下至少两米的位置；所述左、右止浆墙是通过在盾构隧道两侧外边缘一米范围内垂直钻孔至盾构隧道以下至少两米的位置，并通过钻注一体机在全断面灰岩地层内注浆形成的止浆墙。

本实用新型较优的技术方案：所述左、右止浆墙的注浆钻孔平面分布在隧道结构两侧外边线一米范围内，每侧分布有一排注浆钻孔，且相邻注浆钻孔的间距为1.5～3m。

本实用新型较优的技术方案：所述加固结构还包括沿着隧道中心线分布的多个补浆孔，多个补浆孔沿直线分布，且相邻两个补浆孔的间距为4～6m。

本实用新型较优的技术方案：所述左、右止浆墙的注浆起始压力为0.7～0.8MPa，终孔压力为1.3～1.5MPa。

本实用新型较优的技术方案：所述左、右止浆墙的分别置于盾构隧道的边缘线上，且两止浆墙的厚度均为2～3m。

本实用新型中的注浆采用钻注一体机钻杆与注浆管为一体，因此注浆过程中可以确保注浆位置的准确性，避免了传统的袖阀管注浆工艺中袖阀管安装不到位、袖阀管安装过程中被损坏、袖阀管工艺注浆过程中无法准确将浆液注至岩层裂隙位置。钻注一体机操作简便，钻杆与注浆管为一体，施工过程中，如施工进度要求不高，可无需采取地质钻机钻孔，同时钻孔壁与注浆管之间可无需人工填塞套颗料，且整个设备体积小、重量轻，移动、运输简单方便、快速。

在具体的实例中通过本实用新型加固处理后的，盾构通过掌子面为全断面微风化硬岩裂隙发育、地下水较大区段，掘进过程中对地层地下水流失情况基本得到控制，需往土仓加水(2-5m^{3<\/sup>\/环)进行渣土改良，说明开挖掌子面来水较少，止水效果相对处理之前明显。}

本实用新型能有效封堵岩溶区隧道范围内全断面灰岩的裂隙，隔断隧道开挖范围地层水系与周边水系的通道，改善盾构环境，减少隧道盾构过程中水土损失，控制地面沉降或塌陷，并减轻施工过程对周边环境的影响，保证工程安全顺利进行。

附图说明

图1是本实用新型的剖面位置示意图；

图2是本实用新型的注浆孔分布图；

图3是本实用新型地质钻孔示意图；

图4是本实用新型中安装注浆管(下钻)示意图。

图中：1—盾构隧道，2、3—左、右止浆墙，4—全断面灰岩地层，4-1—岩面线，5—钻注一体机，6—注浆钻孔，7—补浆孔，8—上部砂土底层，9—地面，10—裂隙。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1和图2所示的一种盾构隧道穿岩溶区全断面灰岩地层的裂隙加固结构，其特征在于：所述加固结构包括置于盾构隧道1两侧的左、右止浆墙2、3，所述左、右止浆墙2、3的分别置于盾构隧道1的边缘线上，且两止浆墙的厚度均为2～3m。所述左、右止浆墙2、3的置于岩溶区全断面灰岩地层4内，其顶面高于盾构隧道1顶面至少两米或与全断面灰岩地层4的岩面线4-1平齐，底面伸入盾构隧道1以下至少两米的位置；所述左、右止浆墙2、3是通过在盾构隧道1两侧外边缘一米范围内垂直钻孔至盾构隧道1以下至少两米的位置，并通过钻注一体机5在全断面灰岩地层4内注浆形成的止浆墙，所述左、右止浆墙2、3的注浆起始压力为0.7～0.8MPa，终孔压力为1.3～1.5MPa。如图2所示，所述左、右止浆墙2、3的注浆钻孔6平面分布在隧道结构两侧外边线一米范围内，每侧分布有一排注浆钻孔6，且相邻注浆钻孔6的间距为1.5～3m。

所述加固结构还包括沿着隧道中心线分布的多个补浆孔7，多个补浆孔7沿直线分布，且相邻两个补浆孔的间距为4～6m。

下面结合实施例对本实用新型进一步说明。实施例以某地铁施工项目为例，该项目的某个盾构区间范围内其道路为双向四车道，路面较为狭窄，人流车流繁忙，道路两侧建筑密集，地下管线复杂，线路在本标段里程约YDK28+345.000下穿宽约10m的红星河水渠，隧道埋深约9～15.5m。本区间灰岩地层分布如下：上～中统壶天群段(C2+3ht)：主要分布里程约YDK28+567.000～YDK28+794.400；石磴子段(C1ds)：主要分布里程约YDK27+250.600～YDK28+127.000；测水段(C1dc)：主要分布里程约YDK28+127.600～YDK28+567.000。该区间隧道所处于岩溶坍塌高发区，且溶洞处于极限平衡状态，工程细小扰动都极易破坏溶土洞极限平衡状态，发生坍塌沉降风险，且掘进地层上部为富水砂层，下部为微风化灰岩，存在较多碎屑结构、裂隙发育，因大部分区段砂层直接覆盖在微风化基岩面上，详勘综合判定地表水与赋存在砂层、基岩、岩溶水的水力联系密切，在此类地层中盾构正常掘进易引起地面岩面上方砂层流失导致异常沉降、坍塌、管线断裂等风险。为控制及降低盾构在全断面灰岩地段掘进过程中造成地面塌陷风险概率，需对区间里程左线ZDK27+467.3～ZDK27+629.1及区间右线YDK27+598.8～YDK27+791.6隧道掘进范围内岩溶裂隙地层进行加固处理，其具体处理方法步骤如下：

(1)范围确定：通过现场调查，明确现场管线及障碍物情况并导入到图中，根据设计布孔情况结合现场建构筑物情况，将局部因建构筑物影响的孔位进行优化设置并进行交底。根据设计图纸，测量放出钻孔位置后由现场技术人员确认钻孔孔位是否与设计图纸相符，裂隙处理位置如图2所示；

(2)钻孔取芯在已放出确认完成的钻孔位置采用钻注一体机或地质钻机进行钻孔，因钻注一体机在岩层中施工速度慢，故为提高施工速度，通常采取地质钻机进行钻孔，且钻孔过程中可完整提取岩芯。取芯工作中，钻取芯样依次摆设，同时拍照留存便于后期综合分析，指导后续注浆工作；

(3)下管注浆：本区间在全断面灰岩裂隙注浆处理实施过程中，采用钻注一体机注浆工艺进行裂隙注浆处理，采用双液浆填充岩层裂隙，浆液比例为水泥：水＝1:1，水泥浆：水玻璃＝1:1，浆液凝结时间调整为30-40s。根据钻孔地质资料揭示情况，每个孔需对作业人员进行交底，注明地层漏水破碎位置并进行重点把控。在进行双液浆施工时，先对岩土交界处进行封堵，后由深至浅依次注浆，在进行双液浆注浆过程中压力稍有偏大，普遍起始压力为0.6-0.7MPa，终孔压力为1.2-1.5MPa，根据现场监测情况控制提杆或终孔，下管注浆如图3所示。其注浆处理完成后的结构示意图如图1所示。

实施例中在采用钻注一体机注浆施工过程中，注浆压力小，因此施工前通过进行了详细的管线及建筑物调查，以及周密的现场施工组织，对周边管线及建构筑物影响较小，钻孔及注浆过程无重大安全隐患，同时，钻注一体机设备体积小，所占位置小，施工过程中做好现场施工正常围蔽即可，避免了其他钻孔注浆施工工艺过程中需进行大量围蔽，占地面积大，对周边交通的影响大的弊端。在整个施工过程中及时处理现场泥浆及杂物等，无较大噪音、粉尘等污染，对周围环境基本无影响。

采用本实用新型中的结构加固处理后，该区间的后续盾构掘进参数正常，掘进速度8-15mm\/min，扭矩2300-2800KN·M，推力1000-1500T，土压1.1-1.8bar(主要为1\/3仓气压)，出渣量均匀稳定。通过地面注浆处理后，盾构通过掌子面为全断面微风化硬岩裂隙发育、地下水较大区段，掘进过程中对地层地下水流失情况基本得到控制，需往土仓加水(2-5m^{3<\/sup>\/环)进行渣土改良，说明开挖掌子面来水较少，止水效果相对处理之前明显。}

通过该全断面岩裂隙加固后,左、右线岩溶裂隙地层范围的盾构均安全顺利进行,地表沉降在安全可控范围之内。所以本实用新型从测试的效果看,可证明能达到预期的目的,实用性价值可靠。

需要说明的是在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述，只是本实用新型的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

设计图

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