(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 1085714 A(43)申请公布日 2018.09.28
(21)申请号 201810437984.8(22)申请日 2018.05.09
(71)申请人 宁波市交通规划设计研究院有限公
司
地址 315400 浙江省宁波市宋诏桥路72号(72)发明人 牛富生 朱汉华 盛初根 姚志坤
周立平 唐金樑 熊少辉 郑远彪 (74)专利代理机构 杭州求是专利事务所有限公
司 33200
代理人 傅朝栋 张法高(51)Int.Cl.
E02D 5/46(2006.01)E02D 15/04(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
(54)发明名称
一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法(57)摘要
本发明公开了一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，属于地下工程施工领域。对于已探明位置和边界的岩溶洞，沿隧道走向从岩溶洞的一端边界为起始成桩面，打设一排顺次咬合的高压旋喷桩；当完成一排高压旋喷桩施工后，沿隧道走向推进施工下一排高压旋喷桩，直至完成岩溶洞另一端边界处的最后一排高压旋喷桩；相邻的两排高压旋喷桩之间也保持咬合；每排高压旋喷桩均覆盖所处截面的岩溶洞洞体。本发明不仅能够用咬合桩体在一定区域完全填充，而且成桩体可根据探测确定的溶洞边界可长可短，在同样都用水泥浆液的情况下此法更为安全可靠。
CN 1085714 ACN 1085714 A
权 利 要 求 书
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1.一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，步骤如下：1)利用岩溶洞探测方法，确定待施工的隧道上方或下方存在的岩溶洞位置和边界；2)对于已探明位置和边界的岩溶洞，沿隧道走向从岩溶洞的一端边界为起始成桩面，打设一排排列方向与隧道横截面平行的高压旋喷桩，且此排高压旋喷桩中的每个桩体顺次咬合；当完成一排高压旋喷桩施工后，沿隧道走向推进施工下一排高压旋喷桩，直至完成岩溶洞另一端边界处的最后一排高压旋喷桩；相邻的两排高压旋喷桩之间也保持咬合，使两排高压旋喷桩之间没有空隙；每排高压旋喷桩中，在竖向方向，每个桩体的顶部和底部分别伸出该桩体所在位置的岩溶洞顶部和底部边界；在横向方向，整排高压旋喷桩的两侧跨度至少覆盖隧道横向跨度范围内的岩溶洞洞体。
2.如权利要求1所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述的岩溶洞探测方法，优选采用多种探测方法相结合的综合探测手段，准确确定岩溶洞边界。
3.如权利要求1所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述的岩溶洞探测方法为原位钻探与物探相结合的方法。
4.如权利要求1所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，高压旋喷桩的施工方法为：
2.1)用钻机预先在成桩位置进行引孔，引孔直径不小于220mm，引孔深度超过桩底1米以上；
2.2)引孔至设计深度后，移除引孔钻机，将旋喷钻机就位对中并调整水平度把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置；
2.3)将清水以高压流形式从高压水喷管的喷嘴喷射出管口，利用喷射流冲击并破坏前方土层，使其成泥浆状；
2.4)再将预先配制好的水泥浆液在高压脉冲泵的作用下，通过另一注浆管孔口从喷嘴中高压喷射入泥浆土层内；
2.5)同时将钻杆一边旋转一边逐渐提升，从而使水泥浆液在土层内与土体得到充分搅拌，待浆液完全凝固后将形成桩体。
5.如权利要求4所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，水泥浆液的水泥配合比为1:1，注浆压力为40Mpa。
6.如权利要求4所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述钻杆的转速为2～3转/min，提升速度为40min/m，提升步距为100s/50mm。
7.如权利要求4所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述高压旋喷桩桩体直径为φ2400mm。
8.如权利要求4所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述高压旋喷桩的咬合喷浆施工顺序采用隔3打1施工。
9.如权利要求4所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，所述高压旋喷桩施工完成后，采用钻孔取芯方法进行检验，取芯部位在两桩交接处，由取芯来判别桩体的完整性。
10.如权利要求1所述的采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其特征在于，当待施工的隧道上方或下方存在多个岩溶洞时，采用相同方法逐个进行处治。
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说 明 书
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一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法
技术领域
[0001]本发明涉及地下工程施工领域，具体涉及一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法。
背景技术
[0002]隧道工程修建过程中遇到其上方和下方有地下岩溶洞的情况，溶洞就像“怪兽大嘴”，若是岩溶洞在隧道上方，如果长期不处理岩溶洞则有可能造成地表塌陷，岩溶洞内若积水还有可能造成隧道渗漏水；若是岩溶洞在隧道下方，如果不处理岩溶洞或处理不好则有可能造成隧道沉降大，进而影响后期运营。目前岩溶洞的探测，较多采用单一的钻孔钻探或是高密度电法、地震映像、地质雷达等方法，导致前期岩溶洞探测精度不高，采用的钻孔注浆在不知岩溶洞边界的情况下，注浆扩散注浆量以及扩散半径在实际工程中很难控制，效果不佳。
发明内容
[0003]本发明针对目前隧道岩溶洞探测确定边界以及钻孔注浆处治岩溶洞存在的问题，并提供一种采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法。[0004]本发明所采用的具体技术方案如下：
[0005]采用高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，其步骤如下：[0006]1)利用多种岩溶洞探测方法，原位钻孔勘探与物探相结合准确确定待施工的隧道上方或下方存在的岩溶洞位置和边界；
[0007]2)对于已探明位置和边界的岩溶洞，沿隧道走向从岩溶洞的一端边界为起始成桩面，打设一排排列方向与隧道横截面平行的高压旋喷桩，且此排高压旋喷桩中的每个桩体顺次咬合；当完成一排高压旋喷桩施工后，沿隧道走向推进施工下一排高压旋喷桩，直至完成岩溶洞另一端边界处的最后一排高压旋喷桩；相邻的两排高压旋喷桩之间也保持咬合，使两排高压旋喷桩之间没有空隙；每排高压旋喷桩中，在竖向方向，每个桩体的顶部和底部分别伸出该桩体所在位置的岩溶洞顶部和底部边界；在横向方向，整排高压旋喷桩的两侧跨度至少覆盖隧道横向跨度范围内的岩溶洞洞体。[0008]本发明中，竖向方向是指与水平面垂直的竖直方向，即深度方向；横向方向是指水平从左到右的方向。隧道横向跨度范围内的岩溶洞洞体是指隧道的横向两侧边界所在铅垂面范围内的岩溶洞洞体，但不包括隧道设计边界范围内的洞体，因为此部分洞体在隧道开挖过程中会被挖除。但为了安全起见，在横向方向，整排高压旋喷桩的两侧跨度除了覆盖隧道横向跨度范围内的岩溶洞洞体之外，还应当尽量向外再延伸一定的安全距离。[0009]作为优选，所述的岩溶洞探测方法，优选采用多种探测方法相结合的综合探测手段，准确确定岩溶洞边界。[0010]作为优选，所述的岩溶洞探测方法为原位钻探与物探相结合的方法。[0011]作为优选，高压旋喷桩的施工方法为：
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2.1)用钻机预先在成桩位置进行引孔，引孔直径不小于220mm，引孔深度超过桩底
1米以上；
[0013]2.2)引孔至设计深度后，移除引孔钻机，将旋喷钻机就位对中并调整水平度把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置；
[0014]2.3)将清水以高压流形式从高压水喷管的喷嘴喷射出管口，利用喷射流冲击并破坏前方土层，使其成泥浆状；
[0015]2.4)再将预先配制好的水泥浆液在高压脉冲泵的作用下，通过另一注浆管孔口从喷嘴中高压喷射入泥浆土层内；
[0016]2.5)同时将钻杆一边旋转一边逐渐提升，从而使水泥浆液在土层内与土体得到充分搅拌，待浆液完全凝固后将形成桩体。[0017]进一步的，水泥浆液的水泥配合比为1:1，注浆压力为40Mpa。[0018]进一步的，所述钻杆的转速为2～3转/min，提升速度为40min/m，提升步距为100s/50mm。
[0019]进一步的，所述高压旋喷桩桩体直径为φ2400mm。[0020]进一步的，所述高压旋喷桩的咬合喷浆施工顺序采用隔3打1施工。[0021]进一步的，所述高压旋喷桩施工完成后，采用钻孔取芯方法进行检验，取芯部位在两桩交接处，由取芯来判别桩体的完整性。[0022]作为优选，当待施工的隧道上方或下方存在多个岩溶洞时，采用相同方法逐个进行处治。
[0023]实际工程中浆液可能顺着岩溶洞向左右流动，或沿着松散的岩石或土体下渗到岩土体一定深度，钻孔注浆注浆量以及扩散半径不容易控制，所以处治效果不好。本发明采用大直径高压旋喷桩来替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法在前期岩溶洞边界确定准确的情况下，不仅能够用咬合桩体在一定区域完全填充，而且成桩体可根据探测确定的溶洞边界可长可短，在同样都用水泥浆液的情况下此法更为安全可靠。附图说明
[0024]图1为钻孔注浆处治隧道岩溶洞示意图；
[0025]图2为钻孔咬合桩与钻孔注浆结合处治隧道岩溶洞示意图；[0026]图3为高压旋喷桩咬合替代钻孔注浆处治隧道岩溶洞示意图；
[0027]图4为高压旋喷桩咬合替代钻孔咬合桩以及注浆钻孔处治隧道岩溶洞示意图；[0028]图5为高压旋喷桩咬合喷浆孔平面示意图(单位：mm)；
[0029]图6为高压旋喷桩咬合喷浆施工顺序示意图(编号表示施工顺序)。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。[0031]本实施例中的待修建隧道位置下方存在岩溶洞，需要进行探测明确位置和边界范围。目前岩溶洞的探测，较多采用单一的钻孔钻探或是物探(高密度电法、地震映像、地质雷达、弹性波CT法、管波测试法等)方法，没有反复验证导致前期岩溶洞探测精度不高，采用溶
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洞假定边界来钻孔注浆，注浆扩散注浆量Q以及扩散半径R在实际工程中较难控制，效果不佳。因此，本发明提出采用多种综合手段譬如原位钻探与物探相结合的方法，利用多种方法的探测结果进行交叉比对，最终准确确定岩溶洞边界。把前期岩溶洞探测落到实处，因为这直接关系到岩溶处治效果，更关系到隧道后期运营维护。[0032]本实施例中，岩溶洞具有两种类型，分别如图1和2所示。其中图1中的岩溶洞较小，其横向跨度小于隧道本身的横向跨度，而图2中的岩溶洞较大，其横向跨度大于隧道本身的横向跨度，边界超出了隧道的两侧边界。对于图1的岩溶洞，常规做法是利用勘察钻孔(兼注浆孔)以及加密注浆孔从地面向下打入洞中，然后向其中注入水泥浆。但在实际工程中浆液可能顺着岩溶洞向左右流动，或沿着松散的岩石或土体下渗到岩土体一定深度，钻孔注浆注浆量以及扩散半径不容易控制，所以处治效果不好。[0033]对于图2的岩溶洞，由于其边界超出了隧道本身的跨度，因此超出部分无需做过多处理，仅需要处理跨度范围一定安全距离内的洞体部分；常规做法是在隧道结构的边界两侧各打设一排钻孔咬合桩，隔断隧道跨度范围内的洞体，然后再利用勘察钻孔(兼注浆孔)以及加密注浆孔向其中注入水泥浆。然而，在实际施工过程中，如果用钻孔咬合桩来进行隔离封堵，此时水泥注浆则沿着松散的岩石或土体下渗到岩土体一定深度，注浆量和注浆扩散半径仍旧不能较好控制，再加上钻孔咬合桩的工程量较大，造成造价太大。[0034]因此，针对该隧道的岩溶处治，本实施例提供了采用大直径高压旋喷桩替代钻孔注浆的隧道岩溶处治方法，步骤如下：
[0035]1)利用原位钻探与物探相结合等综合手段探测岩溶洞，确定待施工的隧道上方或下方存在的岩溶洞位置和边界。处治时，仅需要处治隧道结构边界外部的岩溶洞即可，因为隧道结构本身边界内部的岩溶洞会被后续开挖，无需处理。因此下述所述的岩溶洞均是指隧道结构本身边界外部的岩溶洞。
[0036]2)对于已探明位置和边界的岩溶洞，沿隧道走向从岩溶洞的一端边界为起始成桩面(打设桩体的竖直面)，打设一排大直径高压旋喷桩，且此排高压旋喷桩中的每个桩体顺次咬合，各桩体的排列方向与隧道横截面平行。当完成一排高压旋喷桩施工后，沿隧道走向推进施工下一排高压旋喷桩，直至完成岩溶洞另一端边界处的最后一排高压旋喷桩。相邻的两排高压旋喷桩之间也保持咬合，使两排高压旋喷桩之间没有空隙。如图5所示，最终施工完成的多排高压旋喷桩连片布置，其在水平面上形成的投影面需覆盖整个待处治的岩溶洞投影面。而且如图3和4所示，每排高压旋喷桩中，在竖向方向，每个桩体的顶部和底部分别伸出该桩体所在位置的岩溶洞顶部和底部边界一定距离。得益于高压旋喷桩的施工工艺，成桩体可根据探测确定的溶洞边界进行长短调整。另外，在横向方向，整排高压旋喷桩的两侧跨度至少覆盖隧道横向跨度范围内的岩溶洞洞体。对于图3的洞体而言，由于其岩溶洞的横向跨度范围小于隧道横向跨度范围，因此每排高压旋喷桩位于最两侧的两条桩体均位于岩溶洞边界外，使得岩溶洞被全部填充。而对于图4所示的洞体而言，由于岩溶洞的横向跨度范围大于隧道横向跨度范围，因此仅需处理隧道横向跨度范围内的洞体。在施工时每排高压旋喷桩位于最两侧的两个桩体应分别在隧道横向跨度范围外一定安全距离处，之间的区域则连续咬合填充。因此，通过采用本发明的处治方法，隧道跨度范围内较小的岩溶洞被完全填充，而较大的岩溶洞位于隧道跨度内的部分也被完全填充。[0037]本实施例中，高压旋喷桩的施工方法可采用如下步骤进行：
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(2.1)用GYQ-400钻机预先在成桩位置进行引孔，减少削孔时间，避免障碍物对旋
喷桩钻头的损伤和影响垂直度。引孔直径不小于220mm，引孔深度超过桩底1米以上，以保证旋喷桩施工的范围需要，采用膨润土泥浆护壁提高引孔质量的方法。[0039](2.2)引孔至设计深度后，移除引孔钻机，将大直径超高压旋喷钻机就位对中并调整水平度把带有喷嘴的注浆管钻入土层的预定位置。[0040](2.3)将清水以高压流形式从高压水喷管的喷嘴喷射出管口，其喷射流将冲击、破坏前方土层，使成泥浆状。[0041](2.4)再将预先配制好的水泥浆液(水泥配合比为1:1，注浆压力为40Mpa)，通过高压脉冲泵获得巨大冲击能量，通过另一注浆管孔口从喷嘴中以流量113L/min高压喷射入泥浆土层内。[0042](2.5)钻杆同时以一定转速(2～3转/min)、一边旋转一边徐徐提升/退出(提升速度为40min/m，提升步距为100s/50mm)，从而使水泥浆液在土层内与土体得到充分搅拌。待浆液完全凝固后将形成具有一定直径φ2400mm的桩体。[0043](2.6)大直径高压旋喷桩咬合喷浆施工顺序采用隔3打1施工，如图6所示，形成相互交叠、咬合的高压旋喷桩后，不仅能够用咬合桩体在一定区域完全填充，而且成桩体可根据探测确定的溶洞边界可长可短。[0044]旋喷桩施工完成后，可采用钻孔取芯方法进行检验。如图5所示，取芯部位宜在两桩交接处，由取芯来判别桩体的完整性。若桩体存在缺陷则可进行后续的补强措施。[0045]另外，当待施工的隧道上方或下方存在多个岩溶洞时，采用相同方法逐个进行处治。当完成隧道范围内所有的岩溶洞处治后，即可按照常规的隧道施工方法进行隧道主体结构的开挖施工。
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