一种隧道断层破碎带开挖轮廓线边缘帷幕注浆体结构的制作方法

本实用新型属于隧道工程施工领域，特别涉及一种隧道断层破碎带开挖轮廓线边缘帷幕注浆体结构。

背景技术：

隧道断层破碎带施工时，该隧道断层破碎隧带周边围岩会发生较大的变化，会致使隧道内外发生不均匀沉降，破碎带彻底失去完整性，围岩完全丧失承载能力，同时透水性增大，施工时极易发生塌方、突水、涌泥等地质灾害。现有公开技术主要以全断面帷幕注浆为主，将隧道整个开挖断面进行注浆，该技术施工时比较耗时，注浆面较大浪费浆液严重，一定程度上增加了开挖爆破难度，增加了施工成本。在隧道施工过程中隧道涌水量大，会对施工人员安全和工程质量均造成重大影响。目前，在隧道施工进行注浆时，没有针对破碎带涌水和提高施工效率双重因素综合设计。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种隧道断层破碎带开挖轮廓线边缘帷幕注浆体结构，用以解决隧道断层破碎带施工时，防止开挖面涌水、注浆时排水以及提高施工效率等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种隧道断层破碎带开挖轮廓线边缘帷幕注浆体结构，包含分段式注浆区和连接于每个注浆区上的一组注浆管以及一组排水管；

注浆管为沿开挖向纵断面扇形分布，排水管间隔设置在破碎带设计排水断面上；

注浆区包含止水墙或初止水岩盘、浇筑带和预留止水岩盘；所述浇筑带内预留有不注浆待挖区。

进一步的，所述浇筑带的注浆轮廓线距隧道开挖线垂直距离至少4m，且浇筑带呈环形。

进一步的，所述预留止水岩盘在隧道开挖长向至少预留6m，预留止水岩盘在横断面上呈圆形，预留止水岩盘上的注浆管呈环形分布。

进一步的，所述止水墙或初止水岩盘上的注浆管长度短于浇筑带上的注浆管长度，浇筑带上的注浆管长度短于预留止水岩盘上注浆管长度。

进一步的，注浆管管底间距不大于3m，最外圈的注浆管按梅花形排列，环向间距和纵向间距均不小于1m；注浆管对应的注浆孔在沿开挖向纵断面扇形分布。

进一步的，所述排水管包含排水管管体和排水管阀门，排水管管体长度大于止水墙或初止水岩盘的厚度，每个排水管管体外露端安装有排水管阀门；相邻排水管间并联连接，并在起始排水管上安装总控制阀门。

进一步的，所述注浆管包含注浆管体、注浆管体外端安装的单控制阀门和注浆口，相邻注浆管间并联连接且还安装有总阀门。

进一步的，所述初止水岩盘、浇筑带和预留止水岩盘通过抗渗、易渗透和凝结时间短的双浆液浇筑而成。

本实用新型的有益效果体现在：

1）本实用新型通过初止水岩盘、浇筑带和预留止水岩盘的分区域设计和注浆，一方面利于对破碎带进行加固，另一方面在浇筑带中预留未注浆区域用于后续的开挖，由此提高后续的开挖效率；此外，各分区采用双浆浇筑而成，利于防渗、渗透和早凝；

2）本实用新型通过止水墙和排水管的结合设置，既利于对施工时破碎带涌水的封堵又利于对浇筑区域的及时排水，且排水管可单管排水或多管联合排水，易于适应现场施工状况，节省施工成本；

3）本实用新型通过注浆管的扇形布置和不同区域长度变化的设置，利于针对不同划分区域进行针对性注浆，利于提高施工质量和保证施工进度；通过注浆孔钻设角度保证注浆浆液的扩散程度，每个注浆孔设置好注浆塞控制注浆长度，该施工技术不需进行全孔注浆，有效的缩短了注浆时间长；注浆范围为开挖轮廓线外圈注浆，开挖断面内不进行注浆，减少了开挖断面注浆，较少浆液的使用量，节约了施工成本；由于开挖断面只有开挖轮廓线边缘有注浆液，在施工采用微爆破和机械配合施工即可，减少了打钻和爆破时间，能够有效地缩短工期；注浆量较小，浆液浪费量少，减少了对水资源的污染，具有较好的社会效益。

本实用新型通过划段的方式将整体破碎带进行单元式施工，利于针对化作业，其中预留止水岩盘可作为下一段施工的初止水岩盘如此循环施工，进而保证了在破碎带施工的时间和施工质量；本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解；本实用新型的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是隧道断层破碎带开挖轮廓线钻孔施工示意图；

图2是隧道断层破碎带开挖轮廓线注浆示意图；

图3是排水管和注浆管分布连接示意图；

图4是隧道断层破碎带开挖轮廓线边缘帷幕注浆结构施工示意图；

图5是注浆孔空间分布示意图；

图6是a-a断面示意图；

图7是b-b断面示意图；

图8是c-c断面示意图；

图9是d-d断面示意图。

附图标记：1-操作平台、2-钻机、3-破碎带、4-止水墙、5-注浆孔、6-排水管、61-排水管管体、62-排水管阀门、7-隧道开挖线、8-初止水岩盘、9-浇筑带、10-预留止水岩盘、11-不注浆待挖区、12-注浆轮廓线、13-注浆机、14-注浆管。

具体实施方式

以西南某高速公路工程项目为例，该项目有分离式特长隧道一座，该地区为典型喀斯特地貌，隧址区山体岩溶裂隙发育，该隧道存在断层破碎带3，该断层破碎带3涌水量大围岩极为破碎。隧道最大埋深约600m。根据地勘资料和施工图设计，隧址区发育一条左行逆冲断层，断层面产状160°∠75°，呈舒缓波状延伸，断层面两侧均为泥盆系地层。该断裂为全新非活动断裂，断层破碎带3宽度约60m，影响范围约250m。断层对该段洞身围岩有较大影响，其破碎带3区间岩性主要以白云岩、灰岩和可溶性碳酸盐岩为主，裂隙局部发育，断层内富水，极易造成突水、涌泥、坍塌等安全隐患。

为保证隧道的正常施工，防止开挖或注浆时出现涌水，现通过边缘帷幕注浆结构进行施工。如图1所示，在隧道断层破碎带3进行施工时，先将下部的操作平台1进行平整，在操作平台1上安装钻机2，用于对注浆管14和排水管6所需穿接孔洞进行打设。如图2至图4所示，隧道断层破碎带3开挖轮廓线边缘帷幕注浆体结构，包含分段式注浆区和连接于每个注浆区上的一组注浆管14以及一组排水管6。分段式注浆区通过注浆机13注浆施工，将整体断层破碎带3划分为若干个单元后分段施工。注浆区包含止水墙4或初止水岩盘8、浇筑带9和预留止水岩盘10；其中预留止水岩盘10作为下一单元施工段的初止水岩盘8。止水墙4为第一段注浆区设置。在浇筑带9内预留有不注浆待挖区11，利于后续开挖施工。

本实施例中，对于止水墙4的施工，施工前对掌子面喷射20cm厚的c25混凝土封闭，在掌子面水量较大位置安装由无缝钢管制作的排水管6进行引排，每个孔口管安装阀门。第一段帷幕注浆前需采用浅孔注浆加固6m厚的围岩形成止水墙，将水集中堵至排水管6，注浆施工完成后，关闭闸阀，检查掌子面出水情况，若存在大股漏水，必须继续对止水墙4进行浅孔注浆加固。

本实施例中，排水管6包含排水管管体61和排水管阀门62，排水管管体61长度大于止水墙4或初止水岩盘8的厚度，每个排水管管体61外露端安装有排水管阀门62；相邻排水管6间并联连接，并在起始排水管6上安装总控制阀门。注浆管14包含注浆管体141、注浆管体141外端安装的单控制阀门和注浆口142，相邻注浆管14间并联连接且还安装有总阀门；注浆管14对应不同的注浆孔5提前预制并编号安装。

本实施例中，注浆管14为沿开挖向纵断面扇形分布，排水管6间隔设置在破碎带设计排水断面上。对于注浆管14的分布，根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围，岩层裂隙发育情况，含水层分部情况和钻孔作业要求而定，注浆管14对应的注浆孔5在沿开挖向纵断面扇形分布。如图5所示，注浆孔5长短结合并呈伞形辐射状布置。图中，ⅰ至ⅵ表示不同区域注浆孔5的开孔；孔中心位置注浆孔5长度为30米，中心孔之上的孔按照一定的角度向外呈伞形辐射状，注浆范围为开挖轮廓线以内80cm。ⅰ孔为中心孔，ⅰ孔与ⅱ孔夹角4°26′51″、ⅱ孔与ⅲ孔夹角4°23′40″、ⅲ孔与ⅳ孔夹角4°17′32″、ⅳ孔与ⅴ孔夹角2°7′16″、ⅴ孔与ⅵ孔夹角7°21′53″。ⅰ孔长度30m注浆长度6m，ⅱ孔长度30.09m注浆长度6.02m，ⅲ孔长度30.36m注浆长度14.78m，ⅳ孔长度30.80m注浆长度24.64，ⅴ孔长度22.80m注浆长度21.30m，ⅵ孔长度13m注浆长度13m。该孔隧道断层破碎带的ⅰ-ⅴ孔均采用分段后退式帷幕注浆，ⅵ孔视情况而定可采去全孔一次性注浆、分段前进式注浆，分段后退式注浆。

其中，对于分段后退式注浆的施工流程为：施工准备→施工止水墙→测量布孔→确定钻孔方向→孔口管段钻孔安装→钻孔至设计深度→分段安装注浆塞→浆液制备注浆。

分段前进式注浆施工流程为：施工准备→施工止水墙→测量布孔→确定钻孔方向→管段钻孔安装→钻孔至设计深度→第一段钻孔5m→浆液制备→第一段注浆→分段钻孔注浆。

全孔一次性注浆施工流程为：施工准备→施工止水墙→测量布孔→确定钻孔方向→孔口管段钻孔安装→钻孔至设计深度→安装注浆系统→将液制备注浆。

如图6至图9所示，浇筑带9的注浆轮廓线12距隧道开挖线7垂直距离至少4m，且浇筑带9呈环形。预留止水岩盘10在隧道开挖长向预留6m，预留止水岩盘10在横断面上呈圆形，预留止水岩盘10上的注浆管14呈环形分布。止水墙4或初止水岩盘8上安装的注浆管14长度短于浇筑带9上安装的注浆管14长度，浇筑带9上安装的注浆管14长度短于预留止水岩盘10上安装的注浆管14长度；注浆管14管底间距不大于3m，最外圈的注浆管14按梅花形排列，环向间距和纵向间距均不小于1m。

本实施例中，初止水岩盘8、浇筑带9和预留止水岩盘10通过抗渗、易渗透和凝结时间短的双浆液浇筑而成。由于该破碎带3为富水断层破碎带，涌水量较大，选用双液浆。单液水泥浆液抗渗性能好，但难以注入0.2mm以下的岩石裂隙，且胶凝时间较长，难以对岩层进行加固，会造成浆液浪费。

结合注浆机13的压强和破碎带3围岩性质，选择水泥-水玻璃双液浆，施工中水玻璃采用35°be。水泥-水玻璃凝结时间有以下规律：sio2含量高，凝结时间短，结石强度高，其他条件相同时，水玻璃浓度为30°~50°be时，双液浆的凝结时间会随着水玻璃浓度减小而缩短，通过现场反复试验得出当水泥浆：水玻璃=1：0.5体积比凝结时间较短。注浆量、浆液配比、注浆效果进行比较，当水泥浆-水玻璃体积比较小时，浆液用量较大，注浆效果不明显。当水泥浆：水玻璃=1：0.6时注浆方量接近设计值，检查注浆效果较好，根据注浆效果和经济效益综合考虑，确定帷幕注浆双液浆比例：水泥浆：水玻璃=1：0.6。在断层破碎带3帷幕注浆之前，须先对注浆管14路进行压水试验，检查注浆管14路的密封性，防止管路堵塞及漏浆，同时通过管路压水冲洗岩层裂隙，扩大浆液通道，增加浆液的流通路线。让浆液充填裂隙，提高岩层密实性。

本申请为通过开挖轮廓线帷幕注浆施工，够有效地加固隧道断面周边围岩，同时也能承受隧道水压力，保证隧道施工安全，该方法有效的解决了注浆时间长，注浆浆液使用量大等问题。隧道断层的破碎带3采用帷幕注浆施工方法注浆时间短、浆液用量小。在开挖过程中隧道可有效避免发生坍塌、涌水、突泥等安全事故。

以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。