一种隧洞突水点应急抢险封堵结构及其施工方法与流程

1.本发明属于隧道施工领域，尤其涉及一种隧洞突水点应急抢险封堵结构及其施工方法。


背景技术：

2.在一些隧洞施工过程中，常会出现突发涌水情况，导致隧洞被淹没，影响施工，为此人们设计了一些突水点封堵结构，例如申请号为201810087642.8的中国专利公开了一种防治高压突水点无压封堵墙，包括止浆墙主体和挡水墙主体，所述止浆墙主体下部设有注浆管，所述止浆墙主体上设有两组泄水管，所述泄水管贯穿止浆墙主体和挡水墙主体，所述泄水管两端贯穿后向外侧延伸，所述止浆墙主体和挡水墙主体通过升降槽分为上下两部分。但是这类挡墙在水压过大时无法进行有效的封堵，因此需要一种隧洞突水点应急抢险封堵结构，可以在隧洞涌水时对突水点进行封堵，对已开挖段进行岩体加固及加强支护，消除质量安全隐患，保证后期开挖工作顺利开展。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种隧洞突水点应急抢险封堵结构，可以解决现有技术在水压过大时无法进行有效的封堵的问题。
4.本发明通过以下技术方案得以实现。
5.本发明提供的一种隧洞突水点应急抢险封堵结构，其特征在于：包括挡水墙，所述挡水墙两侧设有袋装水泥砌筑，且在一侧的袋装水泥砌筑内设有斜支撑，所述挡水墙一侧设有多堵围堰，挡水墙上设有多根引流管，引流管一端贯穿挡水墙和袋装水泥砌筑，引流管另一端自由伸入并安装阀门，所述挡水墙中设有多根灌浆管，灌浆管贯穿挡水墙和袋装水泥砌筑。
6.所述挡水墙内设有钢筋网和工字钢支撑，钢筋网和工字钢支撑相互连接组成框架结构，且挡水墙上部和下部均设有植筋。
7.一种隧洞突水点应急抢险封堵结构的施工方法，其特征包括以下步骤：
8.步骤s1，施工准备；
9.步骤s2，施工通道及操作平台搭建；
10.步骤s3，挡水墙浇筑；
11.步骤s4，洞内岩体加固及加强支护；
12.步骤s5，掌子面及周边封闭、突水点封堵；
13.步骤s6，灌浆效果检查及拱顶超前支护；
14.步骤s7，灌浆后清淤、临时措施拆除、永久设施建设；
15.步骤s8，挡墙、固结体爆破拆除。
16.所述步骤s2中，每隔5.5m设置一道围堰，施工通道及操作平台采用钢管、钢筋及木板在围堰上方搭设形成，钢筋与钢管绑扎牢靠并稳定架设在围堰上方，然后将木板铺设在
钢筋上方。
17.所述步骤s3施工时在掌子面底部采用砂袋砌筑一道拦水坎，预埋8根dn200引流管和5根dn32灌浆管，且其中一根灌浆管深入顶拱6m，一根深入顶拱9m，挡水墙浇筑前，使用袋装水泥堆叠作为支撑模板。
18.所述步骤s4中采用φ50钢管搭设满堂架作为操作平台，步骤s4中对隧洞边顶拱进行固结灌浆处理，固结灌浆采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比w:c＝0.5:1，水泥：水玻璃配比为＝1:0.03，灌浆孔以3m*3m间隔排布，灌浆孔深5m至6m，内径为φ50至φ60，灌浆压力呈线性增加，最大灌浆压力为0.8mpa，达到灌浆终压时的最小吃浆量为10～20l/min，时间维持10～15min停止灌浆，固结灌浆完成后，在隧洞顶拱及边墙布设φ32至φ36预应力锚杆，预应力锚杆长度规格为6m和9m，且预应力锚杆外露20cm，预应力锚杆以3m*3m间隔排布，且采用钢托板固定，预应力锚杆采用潜孔钻造孔。
19.所述步骤s5中，在挡水墙混凝土达到设计强度后，开始进行灌浆施工，挡水墙下半部灌浆时将底部引水钢管闸阀关闭，转而使用顶部钢管集中排水，使挡水墙后下部水处于静态，先通过底部预埋的3个注浆管进行双液浆灌浆，预埋管灌浆完成后，再采用手风钻在挡墙底部及两侧基础面钻孔，孔径φ32，孔深3m，间距1m，作为底部及两侧墙双液浆灌浆灌浆孔，继续进行挡墙底部及周边灌浆，直至挡墙底部及周边涌水全部堵住，底部及周边灌浆完成后，利用顶部预埋灌浆管进行掌子面堵水灌浆，灌浆时利用深入顶拱6m的灌浆管进行灌浆，并逐个关闭上部排水管闸阀并观察各类措施稳定状况及周边渗水情况，如有必要进行局部加固，直至引水管全部关闭只有留深入顶拱9m的回浆管排水，采取水泥-水玻璃双液浆。
20.所述步骤s5中，灌浆材料采用p.042.5普通硅酸盐水泥，水灰比w:c＝0.5:1，水玻璃配比为＝1:0.03，掌子面及周边封闭灌浆压力采用0.2～0.6mpa，先小后大逐级提升，每次提升压力为0.02mpa，连续灌注15min最小吃浆量为10～20l/min或灌浆压力稳定在0.6mpa时，可以结束该孔灌浆工作，进入下孔灌浆。
21.所述步骤s6中，挡水墙靠近顶部和底部分别布设1个超前探孔，检查是否有渗涌水并根据钻进速度判断凝结体强度，如钻孔中出现涌水或凝结体强度不足，开挖前再次进行灌浆固结封堵，挡水墙后拱顶布设12个20m长超前探孔，检查掌子面涌水点上方3m、5m、7m处的灌浆效果，若无涌水现象则利用探孔进行φ32超前锚杆安装并注浆锚固，锚杆长度20m，若钻孔中出现涌水则继续进行灌浆固结封堵，灌浆封堵完成后，重新打孔施做超前锚杆。
22.所述步骤s8中，待涌水通道完全封闭且形成稳定隔水层后，对挡水墙及固结体进行爆破拆除，采取多布孔、小药量、短进尺爆破，爆破后钢筋及型钢连接部位采用氧焊割除。
23.本发明的有益效果在于：通过采取“集中引排、岩体加固、灌浆封堵”方式治水，对掌子面突水点及前方未开挖洞段进行封堵，使工作面周边形成隔水帷幕墙，达到堵水的目的，灌浆结束后，经过封堵减少出水量，降低排水，工作面可正常施工，加快掘进速度，同时对已开挖段进行岩体加固及加强支护，消除质量安全隐患，保证后期开挖工作顺利开展。
附图说明
24.图1是本发明的结构示意图；
25.图中：1-挡水墙，2-袋装水泥砌筑，3-斜支撑，4-围堰，5-引流管，6-灌浆管，7-钢筋
网，8-工字钢支撑，9-植筋。
具体实施方式
26.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
27.如图1所示，一种隧洞突水点应急抢险封堵结构，其特征在于：包括挡水墙1，所述挡水墙1两侧设有袋装水泥砌筑2，且在一侧的袋装水泥砌筑2内设有斜支撑3，所述挡水墙1一侧设有多堵围堰4，挡水墙1上设有多根引流管5，引流管5一端贯穿挡水墙1和袋装水泥砌筑2，引流管5另一端自由伸入并安装阀门，所述挡水墙1中设有多根灌浆管6，灌浆管6贯穿挡水墙1和袋装水泥砌筑2。
28.洞内掌子面涌水大，需先浇筑混凝土挡水墙后才能进行堵水灌浆。混凝土挡水墙采用c25混凝土浇筑，浇筑厚度5m。混凝土浇筑前，先采用人工清基。人工清基完成后，再进行涌水引排及混凝土浇筑。受现场条件限制，挡水墙1浇筑无法安装模板，因此在挡水墙1靠掌子面侧采用袋装水泥堆叠成袋装水泥砌筑2，作为支撑模板同时减小后期空腔回填灌浆工程量。在挡水墙1混凝土靠支洞侧采用袋装水泥砌筑2成台阶状作为支撑模板同时方便混凝土人工入仓。为确保灌浆施工人员、设备安全，将所有引排水管及注浆管连接至施工支洞扩挖段，并设置闸阀，在施工支洞扩挖段进行灌浆施工操作。为避免涌水对新浇筑混凝土挡水墙冲击造成结构破坏、强度降低等不良影响，在掌子面附近底部采用砂袋砌筑一道拦水坎并预埋8根dn200引流管5，进行中下部涌水引排，确保挡水墙1后积水及时排出，并设置5根dn32钢管做灌浆管6。在挡水墙1顶部设置5根dn200引流管5，进行顶部涌水引排，为了便于后期灌浆在掌子面顶部设置2根dn32灌浆管6，一根深入顶拱6m用于灌浆，一根深入顶拱9m用于回浆管。
29.所述挡水墙1内设有钢筋网7和工字钢支撑8，钢筋网7和工字钢支撑8相互连接组成框架结构，且挡水墙1上部和下部均设有植筋9。为了确保挡水墙1混凝土稳定，挡水墙1混凝土内配钢筋及型钢，在浇筑挡水墙部位底板、边顶拱设置三排φ25、l＝2m植筋9，植筋9入岩1m，外露1m，间距30cm，排距200cm。因围岩地质条件差，底板造孔易发生塌孔很难成孔，底板利用钻杆直接作为植筋9，利用钻杆孔进行注浆。挡水墙1靠掌子面方向内部设置双层φ25钢筋网7@20cm
×
30.20cm，两层间距200cm，挡水墙1靠支洞方向内部设置两层i20工字钢支撑8，两层工字钢支撑8间距200cm，每道工字钢支撑8间距50cm，并且工字钢支撑8与原洞室支撑工字钢焊接牢靠。挡水墙外侧也是用工字钢进行组成斜支撑3。钢筋网、植筋、工字钢支撑8、斜支撑3、原扩挖段钢拱架间相互焊接牢靠。
31.一种隧洞突水点应急抢险封堵结构的施工方法，其特征包括以下步骤：
32.步骤s1，施工准备，包括施工供风、施工用电、制浆系统准备等，便于施工的顺利进行。
33.步骤s2，施工通道及操作平台搭建，由于洞内涌水量大，为了便于堵水施工，采取从支洞搭设1.5m宽人行栈桥至工作面。为有效进行涌水、灌浆废水沉淀，防治堵塞、损坏水泵，减小水污染，洞内每隔5.5m设置一道围堰4，围堰4采用人工袋装石渣堆积1.4m高，形成多级沉淀池；人行栈桥采用钢管、φ25钢筋及木板在拦水墙上方搭设形成，钢筋与钢管绑扎牢靠并稳定架设在拦水墙上方，然后将木板铺设在钢筋上方。
34.步骤s3，挡水墙浇筑，通过浇注形成混凝土的挡水墙1对水流进行封堵。
35.步骤s4，洞内岩体加固及加强支护，由于支洞扩挖段及主洞扩挖段地质条件差，为防止高压灌浆导致岩体结构破坏、支护失效，发生安全事故或岩体击穿出现新的大涌水点，在堵水灌浆前需对支洞扩挖段及主洞扩挖段先进行岩体加固及加强支护处理。采用φ50钢管搭设满堂架作为操作平台，同时可起到一定支撑作用，先对支洞扩挖段及主洞扩挖段边顶拱进行固结灌浆处理，加强岩体稳定性、形成隔水层防止出现跑浆现象，固结灌浆采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比w:c＝0.5:1，水泥：水玻璃配比为＝1:0.03，每环布灌浆孔以3m*3m间排距为宜，成梅花形，φ50灌浆孔深5m，灌浆最大压力0.8mpa，灌浆压力呈规律性增加，并达到设计灌浆终压，达到灌浆终压时的最小吃浆量为10～20l/min，时间维持10～15min停止灌浆。固结灌浆完成后，在扩挖段顶拱及边墙布设φ32预应力锚杆，l＝6.0m/9.0m，外露20cm，间隔布设，采用钢托板固定，以1.5m*1.5m间排距为宜，成梅花形，预应力锚杆采用潜孔钻。
36.步骤s5，掌子面及周边封闭、突水点封堵，挡水墙混凝土达到设计强度后，开始进行灌浆施工。挡墙下半部灌浆时将底部引水钢管闸阀关闭，转而使用顶部钢管集中排水，使挡水墙后下部水处于静态，先通过底部预埋的5个注浆管进行双液浆灌浆，预埋管灌浆完成后，再采用手风钻在挡墙底部及两侧基础面钻孔，孔径φ32，孔深3m，间距1m，作为底部及两侧墙双液浆灌浆灌浆孔，继续进行挡墙底部及周边灌浆，直至挡墙底部及周边涌水全部堵住。
37.底部及周边灌浆完成后，利用顶部预埋灌浆管进行掌子面堵水灌浆，灌浆时利用深入顶拱6m的灌浆管进行灌浆，逐个关闭上部排水管闸阀并观察各类措施稳定状况及周边渗水情况，如有必要进行局部加固，直至引水管全部关闭只有留深入顶拱9m的回浆管排水，采取纯水泥浆灌浆。
38.(1)灌浆材料：采用p.042.5普通硅酸盐水泥，水灰比w:c＝0.5:1，水玻璃配比为＝1:0.03，可根据现场实际情况做适当调整。
39.(2)灌浆设备：灌浆设备选用高压灌浆泵。
40.(3)计量工具：现场计量工具采用灌浆记录仪、量桶、电子称等。
41.(4)掌子面及周边封闭灌浆压力：灌浆压力采用0.2～0.6mpa，先小后大逐级提升，每次提升压力以0.02mpa，进浆宜缓慢，不应急促；连续灌注15min最小吃浆量为10～20l/min或灌浆压力稳定在0.6mmp a时，可以结束该孔灌浆工作，进入下孔灌浆。
42.(5)突水点封堵灌浆结束标准：待回浆管回浓浆，停止灌浆管灌浆(或者根据业主、监理指示结束灌浆)。
43.步骤s6，灌浆效果检查及拱顶超前支护，灌浆完成，打超前探孔检查，若探孔涌水较大，继续打深孔进行堵水灌浆，若水量较小或无水，可进行后续施工。
44.挡水墙至掌子面灌浆效果检查：挡水墙靠近顶部和底部分别布设1个超前探孔，检查是否有渗涌水并根据钻进速度判断凝结体强度，如钻孔中出现涌水或凝结体强度不足，开挖前再次进行灌浆固结封堵。
45.拱顶灌浆效果检查：主洞扩挖段拱顶布设12个20m长超前探孔(孔径φ50、间距0.8米，外偏角为14
°
、22
°
、30
°
各4个)，可检查掌子面涌水点上方3m、5m、7m处的灌浆效果，若无涌水现象则利用探孔进行φ32超前锚杆安装并注浆锚固，锚杆长度20m，可起到超前支护作
用，便于后期开挖；若钻孔中出现涌水则继续进行灌浆固结封堵，灌浆封堵完成后，重新打孔施做超前锚杆。
46.超前探孔采用潜孔钻钻孔，孔径50mm，钻孔过程中如出现渗涌水现象，应及时进行灌浆。
47.步骤s7，灌浆后清淤、临时措施拆除、永久设施建设，人工从内向外逐步进行清淤及施工通道、平台拆除；最在进行主集水井开挖支护，水泵转移安装规整；最后进行底板垫层浇筑。
48.步骤s8，挡墙、固结体爆破拆除，待涌水通道完全封闭且形成稳定隔水层后，对下游挡水墙及固结体进行爆破拆除，为减小扰动，采取多布孔、小药量、短进尺爆破。爆破后钢筋及型钢连接部位采用氧焊割除。
49.所述步骤s2中，每隔5.5m设置一道围堰4，施工通道及操作平台采用钢管、钢筋及木板在围堰4上方搭设形成，钢筋与钢管绑扎牢靠并稳定架设在围堰4上方，然后将木板铺设在钢筋上方，利用围堰4形成形成多级沉淀池，便于排出涌水时减少含沙量，施工通道及操作平台便于工人进行施工。
50.所述步骤s3施工时在掌子面底部采用砂袋砌筑一道拦水坎，预埋8根dn200引流管和5根dn32灌浆管，且其中一根灌浆管深入顶拱6m，一根深入顶拱9m，挡水墙浇筑前，使用袋装水泥堆叠作为支撑模板，使用砂袋砌筑一道拦水坎，可以临时阻挡水流，避免水流影响挡水墙1的砌筑，同时便于固定模板，实现挡水墙1浇筑模的固定，引流管可以抽取涌水，避免涌水聚集，灌浆管用于挡水墙浇注后对涌水点进行灌浆，深入顶拱6m的灌浆管用于最后的灌浆操作，深入顶拱9m的灌浆管用于回浆。
51.所述步骤s4中采用φ50钢管搭设满堂架作为操作平台，提高支护结构的强度，步骤s4中对隧洞边顶拱进行固结灌浆处理，固结灌浆采用水泥-水玻璃双液浆，水灰比w:c＝0.5:1，水泥：水玻璃配比为
52.＝1:0.03，灌浆孔以3m*3m间隔排布，灌浆孔深5m至6m，内径为φ50至φ60，灌浆压力呈线性增加，最大灌浆压力为0.8mpa，达到灌浆终压时的最小吃浆量为10～20l/min，时间维持10～15min停止灌浆，固结灌浆完成后，在隧洞顶拱及边墙布设φ32至φ36预应力锚杆，预应力锚杆长度规格为6m和9m，且预应力锚杆外露20cm，预应力锚杆以3m*3m间隔排布，且采用钢托板固定，预应力锚杆采用潜孔钻造孔，灌浆后可以加强岩体稳定性、形成隔水层防止出现跑浆现象。
53.所述步骤s5中，在挡水墙混凝土达到设计强度后，开始进行灌浆施工，挡水墙下半部灌浆时将底部引水钢管闸阀关闭，转而使用顶部钢管集中排水，使挡水墙后下部水处于静态，先通过底部预埋的3个注浆管进行双液浆灌浆，预埋管灌浆完成后，再采用手风钻在挡墙底部及两侧基础面钻孔，孔径φ32，孔深3m，间距1m，作为底部及两侧墙双液浆灌浆灌浆孔，继续进行挡墙底部及周边灌浆，直至挡墙底部及周边涌水全部堵住，底部及周边灌浆完成后，利用顶部预埋灌浆管进行掌子面堵水灌浆，灌浆时利用深入顶拱6m的灌浆管进行灌浆，并逐个关闭上部排水管闸阀并观察各类措施稳定状况及周边渗水情况，如有必要进行局部加固，直至引水管全部关闭只有留深入顶拱9m的回浆管排水，采取水泥-水玻璃双液浆，通过灌浆对突水点进行封堵，避免突水对隧道施工造成影响。
54.所述步骤s5中，灌浆材料采用p.042.5普通硅酸盐水泥，水灰比w:c＝0.5:1，水玻
璃配比为＝1:0.03，掌子面及周边封闭灌浆压力采用0.2～0.6mpa，先小后大逐级提升，每次提升压力为0.02mpa，连续灌注15min最小吃浆量为10～20l/min或灌浆压力稳定在0.6mpa时，可以结束该孔灌浆工作，进入下孔灌浆，提高灌浆的封堵效果，且通过吃浆量可以准确判断停止灌浆的时机，提高灌浆的质量。
55.所述步骤s6中，挡水墙靠近顶部和底部分别布设1个超前探孔，检查是否有渗涌水并根据钻进速度判断凝结体强度，如钻孔中出现涌水或凝结体强度不足，开挖前再次进行灌浆固结封堵，挡水墙后拱顶布设12个20m长超前探孔，检查掌子面涌水点上方3m、5m、7m处的灌浆效果，若无涌水现象则利用探孔进行φ32超前锚杆安装并注浆锚固，锚杆长度20m，若钻孔中出现涌水则继续进行灌浆固结封堵，灌浆封堵完成后，重新打孔施做超前锚杆，通过探孔来判断封堵的效果，便于为施工方案的指定提供必要的条件。
56.所述步骤s8中，待涌水通道完全封闭且形成稳定隔水层后，对挡水墙及固结体进行爆破拆除，采取多布孔、小药量、短进尺爆破，爆破后钢筋及型钢连接部位采用氧焊割除。