專利名稱：海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法
技術領域：
本發明涉及地下工程施工技術領域，尤其涉及海底隧道穿越富水斷層破碎帶及裂隙發育巖體時上半斷面注漿堵水和下半斷面開挖排水的ー種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法。
背景技術：
由于我國沿海城市經濟實力不斷增長，城市建設日新月異，城市規模不斷擴大，沿海地區將有多處修建海底隧道或水下隧道。在海底修建隧道將面臨比陸地修建隧道更為嚴峻的地下水防治問題，海底隧道一般規模較大，エ期較緊，一旦出現涌泥突水后果不堪設想，而海底隧道發生涌泥突水的地段一般位于斷層破碎帶或節理裂隙發育段等不良地質和巖層接觸面。通常海底斷層破碎帶及其影響帶圍巖破碎、節理裂隙發育，圍巖自穩能力較差，且節理裂隙多與海底貫通，在該種地層段落施工時極易發生突水坍塌等事故。·國內外在采用鉆爆法修建隧道及地下工程時，對于富水斷層破碎帶及裂隙發育段的處理措施，通常有強行通過法、注漿加固法、凍結法、釋能降壓法等，針對海底隧道的特點常用的方法主要為注漿加固法和凍結法。注漿法常用來實現堵水和加固雙重目的，在海底隧道處理不良地層中應用最多。目前常用的注漿方式有全斷面超前預注漿、超前周邊帷幕注漿和局部斷面注漿等；全斷面超前預注漿通常加固隧道開挖面內及隧道開挖輪廓線外一定范圍，注漿后隧道前方形成一圓臺狀加固體，其特點是鉆孔數和注漿量較大，作業周期較長。超前周邊帷幕注漿通常加固隧道開挖面周邊一定范圍，漿液在隧道開挖輪廓線外形成堵水帷幕，其特點是鉆孔數和注漿量雖有所減少，但如水壓和水量較大時，周邊形成的帷幕容易破壞，易造成局部失穩。局部斷面注漿主要是針對地層局部破碎或涌水等薄弱部位進行加固和堵水，其特點是雖然針對性較強，但不適合于隧道前方大范圍破碎和富水地段的處理。凍結法是應用冷媒傳遞冷量使含水地層降溫達到凍結的方法，并依靠凍結后的巖土強度來承受圍巖壓力，使開挖和支護在凍結巖土的保護之下安全進行，該種方法成本昂貴、作業周期較長，通常應用在其他方法無法采用的地層。以上方法有的處理斷層破碎帶周期較長，工作量較大；有的無法滿足加固強度和隧道限量排水要求，因此，在實際施工中，単一處理方式，無法既保證施工開挖安全、滿足隧道排水量要求，又能高效快速通過破碎帶的要求，因此必須根據海底斷層破碎帶的特點和工程要求，進行有針對性的設計，尋求解決上堵下排的施工方法。
發明內容
為了克服背景技術中的不足，本發明的目的在于提出ー種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法。該方法在保證隧道開挖施工安全的同時，能最大限度的加快通過海底隧道斷層破碎帶的施工進度，從而達到安全、質量和進度效益的有機統一。為實現上述目的，本發明采用如下技術方案ー種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，采用隧道上半斷面快速注漿堵水加固和隧道下半斷面開挖排水快速通過兩大施工過程，其具體步驟如下
第一歩隧道上半斷面快速注漿加固，在到達富水斷層破碎帶或裂隙發育帶之前和結束之后，在計劃加固段長范圍之內，通過鉆孔對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外間范圍內進行注漿加固，封堵上半斷面地層周圍地下水，切斷隧道上半斷面開挖輪廓線外地下水流向隧道內的水力通道；
第二步隧道上半斷面周邊注漿完成后，按注漿孔數的3% 5%設置檢查孔，根據鉆孔注漿情況，將若干檢查孔布置在隧道上半斷面的開挖面上，進行效果檢查，注漿效果滿足預定標準后，然后進行下步工作；
第三步在隧道下半斷面鉆設排水檢查孔，鉆孔數為3個，分別位于隧道左、中、右側，三個鉆孔單孔最大涌水量小于預定標準時，然后進行下步工作；
第四歩隧道上半斷面開挖支護，根據設計支護參數，進行隧道上半斷面開挖和支護エ·作；設計支護參數一般為鋼架間距50cm ；
第五步隧道下半斷面快速開挖通過，隧道上半斷面通過注漿加固和封堵地下水后，根據預定的開挖進尺，首先進行上半斷面開挖和支護，隧道上半斷面開挖一段距離后，再快速跟進下半斷面開挖，及時將隧道初期支護封閉成環；
第六歩隧道初期支護封閉成環后，安全順利通過斷層破碎帶后，如果初期支護滲漏水量大于隧道滲漏水量預定標準，則根據滲漏水情況，適時實施徑向注漿堵水，保證隧道基本無滲漏。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第一歩中，對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外間范圍之內進行注漿加固，其注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外3 5m或注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外隧道半徑的0. 5 I倍；
注衆加固預留止衆巖盤時，巖盤厚度一般為3 5m,設置止衆墻時,止衆墻米用標號C20以上等級混凝土，厚度I 3m ;注漿加固長度一般為15 30m，注漿壓カ為靜水壓カ的I 2倍；注漿孔在掌子面上形成環形布置，最外圈注漿孔距隧道開挖輪廓線不少于60cm ；鉆孔注漿順序為先外圈注漿孔，后內圈注漿孔，由上而下進行。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第二步中，所述檢查孔孔數為注漿孔數的3% 5% ;其中，檢查孔最大單孔鉆孔涌水量小于lL/min/m，全部檢查孔累計涌水量小于10L/min，注漿堵水率達80%以上，地層滲透系數在10_4cm/s以上；注漿效果預定標準為單孔鉆孔涌水量，單孔鉆孔涌水量小于2L/min/m，注漿堵水率達80%以上，地層滲透系數小于104cm/s。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第三步中，所述隧道下半斷面排水孔終孔位置位于隧道開挖輪廓線外2 3m，其中三個鉆孔的單孔最大涌水量預定標準為5L/min/m。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第四步中，隧道上半斷面支護工作，應按設計要求做好隧道上半斷面每榀拱架兩側邊墻鎖腳錨管，以保證施工安全，上半斷面臺階長度不得大于一倍隧道洞徑。其毎次開挖進尺不應超過兩倍拱架間距。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第五步中，所述隧道下半斷面開挖時應左右交錯進行，當隧道上半斷面開挖一段距離后，再快速跟進下半斷面開挖，開挖時應左右交錯進行，循環進尺根據圍巖地質條件和初期支護鋼架的間距確定，一般情況下每次開挖進尺小于一倍拱架間距；開挖過程中如有滲漏水，應及時抽排。上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第六步中，所述初期支護滲漏水預定標準為5L/min/m ;徑向注漿管采用042鋼花管，呈梅花型布置，徑向注漿壓カ為0. 5 IMPa。由于采用了上述技術技術方案，本發明具有如下優越性
I、適用于海底隧道斷層破碎帶或富水裂隙發育的破碎巖體地層，該方法施工效率高，費用低，可以在保證隧道開挖安全的前提下，減少注漿加固堵水工程量、提高施工效率、減少處理斷層破碎帶或裂隙發育帶的時間，為隧道的順利建成節約投資和時間。2、通過隧道上半斷面注漿加固，在保證了隧道開挖施工安全的同時，減少了鉆孔注漿數量，提高了注漿加固堵水的針對性和有效性。3、通過隧道下半斷面開挖排水，減少了作用在隧道上部注漿殼體的外水壓力，給·剰余地下水以一定出路，減少了作用在隧道結構上的外水壓力。4、隧道初期支護封閉成環，且通過斷層破碎帶后，根據預設滲漏水量標準進行徑向注漿封堵，在封閉的結構內進行施工，在保證了施工安全性的同時，減少了注漿堵水的盲目性，又滿足了防排水要求。
圖I是本發明海底隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法步驟流程 圖2是本發明隧道上半斷面注漿加固剖面布置 圖3是本發明隧道上半斷面注漿加固縱斷面示意 圖4是本發明開挖完成后徑向注漿示意 圖中1、隧道開挖輪廓線；2、鉆孔；3、本階段注漿孔圖中的實線)；4、上階段注漿孔(圖中的虛線)；5、襯砌(初期支護用的鋼架)；6、開挖掌子面；7、超前注漿加固區；8、下階段注漿起點。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步解釋，需說明的是，公開本發明的目的g在保護本發明構思內的施工方法及提出的相關技術標準和參數，只要隧道施工中采用上半斷面注漿堵水和下半斷面開挖排水方式通過斷層破碎帶或裂隙發育巖土帶，均在本發明的保護范圍之內。為使本發明的上述目的、特征和優點及相關技術參數能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發明實施例作進ー步詳細的說明。如圖I所示，ー種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，采用隧道上半斷面快速注漿堵水加固和隧道下半斷面開挖排水快速通過兩大施工過程，其具體步驟如下
第一歩110 :在到達富水斷層破碎帶或裂隙發育帶之前和結束之后，在預定加固段長范圍之內，通過鉆孔對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外一定范圍內進行注漿加固，封堵上半斷面地層周圍地下水，其注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外3 5m或為隧道半徑的(0.5 I)倍。(見圖2、圖3)
第二步120 ;隧道上半斷面周邊注漿完成后，根據鉆孔注漿情況，在隧道上半斷面合適位置鉆設一定數量的檢查孔，進行效果檢查，注漿效果滿足預定標準后，方可進行下步エ作。第三步130 :在隧道下半斷面鉆設排水檢查孔，鉆孔數為3個，分別位于隧道左、中、右側，三個鉆孔單孔最大涌水量小于預定標準時，方進行下步工作。第四步140 :隧道上半斷面開挖支護，根據設計支護參數進行隧道上半斷面開挖和支護工作。第五步150 :隧道下半斷面快速開挖通過。隧道上半斷面開挖一定距離后，再快速跟進下半斷面開挖，及時將隧道初期支護封閉成環。第六步160 :隧道初支封閉成環后，如果初期支護滲漏水量大于隧道滲漏水量預定標準，則根據滲漏水情況，適時實施徑向注漿堵水(見圖4隧道徑向注漿孔布置圖)，保證隧道初期支護基本無滲漏。
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下面結合圖2至圖4對上述各個詳細步驟進行詳細的說明，并結合附圖進行詳細的說明，需要說明的是，本實例采用了本發明的技術方案進行施工，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明并不局限于下述的實例。以某海底隧道穿越海底F2-1斷層為例，該隧道設計為雙向六車道，采用三孔形式，即左右兩側為左、右線主行車洞，中間為服務隧道穿越海底，采用鉆爆法施工。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第一歩中，對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外間范圍之內進行注漿加固，其注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外3 5m或注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外隧道半徑的0. 5 I倍；注漿加固預留止漿巖盤時，巖盤厚度一般為3 5m，設置止漿墻時，止漿墻采用標號C20以上等級混凝土，厚度I 3m ;注漿加固長度一般為15 30m，注漿壓カ為靜水壓カ的I 2倍；注漿孔在掌子面上形成環形布置，最外圈注漿孔距隧道開挖輪廓線不少于60cm;鉆孔注漿順序為先外圈注漿孔，后內圈注漿孔，由上而下進行。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第二步中，所述檢查孔孔數為注漿孔數的3% 5% ;其中，檢查孔最大單孔鉆孔涌水量小于lL/min/m，全部檢查孔累計涌水量小于10L/min，注漿堵水率達80%以上，地層滲透系數在10_4cm/s以上；注漿效果預定標準為單孔鉆孔涌水量，單孔鉆孔涌水量小于2L/min/m，注漿堵水率達80%以上，地層滲透系數小于 104cm/s。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第三步中，所述隧道下半斷面排水孔終孔位置位于隧道開挖輪廓線外2 3m，其中三個鉆孔的單孔最大涌水量預定標準為5L/min/m。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第四步中，隧道上半斷面支護工作，應按設計要求做好隧道上半斷面每榀拱架兩側邊墻鎖腳錨管，以保證施工安全，上半斷面臺階長度不得大于一倍隧道洞徑。其毎次開挖進尺不應超過兩倍拱架間距。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第五步中，所述隧道下半斷面開挖時應左右交錯進行，當隧道上半斷面開挖一段距離后，再快速跟進下半斷面開挖，開挖時應左右交錯進行，循環進尺根據圍巖地質條件和初期支護鋼架的間距確定，一般情況下每次開挖進尺小于一倍拱架間距；開挖過程中如有滲漏水，應及時抽排。在上述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法第六步中，所述初期支護滲漏水預定標準為5L/min/m ;徑向注漿管采用042鋼花管，呈梅花型布置，徑向注漿壓カ為0. 5 IMPa。本發明相比全斷面注漿帷幕注漿減少了工程量減少處理斷層破碎帶的時間；相比全斷面注漿帷幕注漿減少了工程量；
以上對本發明所提供的ー種海底隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法進行了詳細介紹，本文在具體實施過程中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實例的說明g在用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，在具體實施方式
及其應用范圍上均會有所改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。·
權利要求
1.一種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，采用隧道上半斷面快速注漿堵水加固和隧道下半斷面開挖排水快速通過兩大施工過程，其步驟如下 第一步隧道上半斷面快速注漿加固，在到達富水斷層破碎帶或裂隙發育帶之前和結束之后，在計劃加固段長范圍之內，通過鉆孔對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外的范圍之內進行注漿加固，封堵上半斷面地層周圍地下水，切斷隧道上半斷面開挖輪廓線外地下水流向隧道內的水力通道； 第二步隧道上半斷面周邊注漿完成后，按注漿孔數的3% 5%設置檢查孔，根據鉆孔注漿情況，將若干檢查孔布置在隧道上半斷面的開挖面上，進行效果檢查，注漿效果滿足預定標準后，然后進行下步工作； 第三步在隧道下半斷面鉆設排水檢查孔，鉆孔數為3個，分別位于隧道左、中、右側，三個鉆孔單孔最大涌水量小于預定標準時，然后進行下步工作； 第四步隧道上半斷面開挖支護，根據設計支護參數，進行隧道上半斷面開挖和支護工作；設計支護參數一般為鋼架間距50cm ； 第五步隧道下半斷面快速開挖通過，隧道上半斷面通過注漿加固和封堵地下水后，根據預定的開挖進尺，首先進行上半斷面開挖和支護，隧道上半斷面開挖一段距離后，再快速跟進下半斷面開挖，及時將隧道初期支護封閉成環； 第六步隧道初期支護封閉成環后，安全順利通過斷層破碎帶后，如果初期支護滲漏水量大于隧道滲漏水量預定標準，則根據滲漏水情況，適時實施徑向注漿堵水，保證隧道基本無滲漏。
2.根據權利要求I所述的海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，其特征在于所述第一步中，對隧道上半斷面及上半斷面開挖輪廓線外的范圍之內進行注漿加固，其中，隧道上半斷面指的是隧道起拱線以上的拱部部位，隧道上半斷面注漿堵水加固范圍為隧道起拱線以上開挖輪廓線外的一段范圍，其注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外3 5m或注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線外的隧道半徑的O. 5 I倍； 注衆加固預留止衆巖盤時，巖盤厚度一般為3 5m,設置止衆墻時,止衆墻米用標號C20以上等級混凝土，厚度I 3m ;注漿加固長度一般為15 30m，注漿壓力為靜水壓力的I 2倍；注漿孔在掌子面上形成環形布置，最外圈注漿孔距隧道開挖輪廓線不少于60cm ；鉆孔注漿順序為先外圈注漿孔，后內圈注漿孔，由上而下進行。
3.根據權利要求I所述的海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，其特征在于所述第二步中，按注漿孔數的3% 5%設置的檢查孔數，其中，檢查孔最大單孔鉆孔涌水量小于lL/min/m，全部檢查孔累計涌水量小于10L/min，注漿堵水率達80%以上，地層滲透系數在10_4cm/s以上。
4.根據權利要求I所述的海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，其特征在于所述第三步中，在隧道下半斷面鉆設排水檢查孔，所述排水檢查孔的中孔位置位于隧道開挖輪廓線外2 3m，其中三個鉆孔的單孔最大涌水量預定標準為5L/min/m。
5.根據權利要求I所述的海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，其特征在于所述第四步中，隧道上半斷面支護工作，應按設計要求做好隧道上半斷面每榀拱架兩側邊墻鎖腳錨管，以保證施工安全，上半斷面臺階長度不得大于一倍隧道洞徑；其每次開挖進尺不應超過兩倍拱架間距。
6.根據權利要求I所述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法，其特征在于所述第五步中，所述隧道上半斷面開挖一段距離后，再快速跟進下半斷面開挖時應左右交錯進行，循環進尺根據圍巖地質條件和初期支護鋼架的間距確定，一般情況下每次開挖進尺小于一倍拱架間距；開挖過程中如有滲漏水，應及時抽排。
7.根據權利要求I所述的隧道斷層破碎帶上堵下排施工方法，其特征在于所述第六步中，所述初期支護的隧道滲漏水量預定標準為5L/min/m.，徑向注漿，注漿管采用Φ42鋼花管，呈梅花型布置，徑向注漿壓力為O. 5 IMPa。
全文摘要
本發明涉及地下工程施工技術領域，公開一種海底隧道斷層破碎帶上堵下排的施工方法，其步驟如下對隧道上半斷面快速注漿加固，按注漿孔數的3%～5%設置檢查孔，在隧道下半斷面鉆設排水檢查孔，檢測單孔最大涌水量小于預定標準時，進行隧道上半斷面開挖和支護工作；然后對隧道下半斷面快速開挖通過，并及時將隧道初期支護封閉成環，安全順利的通過斷層破碎帶，并保證隧道基本無滲漏。本發明適用于海底隧道斷層破碎帶或富水裂隙發育的破碎巖體地層，在封閉的結構內進行施工，保證了隧道開挖施工安全的同時，減少了鉆孔注漿加固堵水工程量，又滿足了防排水要求。具有施工效率高，費用低，為隧道的順利建成節約了投資和時間。
文檔編號E21D9/00GK102787846SQ20121026741
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者卓越, 楊祖根, 王明勝, 羅嵩 申請人:中鐵隧道集團有限公司