[发明专利]一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法

权利要求书

1.一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）进行超前地质预报，探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置；

（2）根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置，进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计，确定目标注浆加固区域；

（3）在目标注浆加固区域布设监测点，监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果；

（4）在掌子面上喷射混凝土，浇筑止浆墙，所述止浆墙的厚度根据经验取值，与目标注浆加固区域的范围有关；在止浆墙上测量放线，设计超前注浆孔位和超前管棚孔位；

（5）按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业，并在超前注浆孔内安装注浆管，将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工，形成注浆加固增强区；具体操作为：当专用钻头进入设计加固增强区域时，提高钻机供水流量、供水压力及专用钻头转速，扩大专用钻头的钻取范围，但仍然保持低震动状态；当破碎的富水泥岩较小颗粒流出量达到0.8m³时，退出专用钻头的钻杆；专用钻头呈锥形，由均匀大小的多个钻头片组成，每个钻头片的表面上设置有粉碎块；钻头片设置增强支撑结构，该增强支撑结构分别与钻杆和钻头片连接；当专用钻头正常钻孔时，控制增强支撑结构收缩，保证多个钻头片收缩呈锥形；当到达设计加固增强区域时，控制增强支撑结构伸展，保证多个钻头片以其前端为支点径向向外展开，从而扩大专用钻头的钻取范围；当形成待注浆加固的空洞后，再次控制增强支撑结构收缩，保证多个钻头片收缩呈锥形，进行后续的正常钻孔；

（6）制备超前注浆液和超前管棚注浆液；所述超前注浆液和超前管棚注浆液均包括以下重量份的组分：细砂200-260，P.O 42.5水泥50-60，斑脱岩30-40，飞灰30-35，泡花碱30-35，矿渣微粉25-30，FGD石膏10-15，硫铝酸盐水泥10-12，三（2-羟乙基）胺8-10，火碱3-5，硫酸钠2-4，偏铝酸钠2-4，纤维素羟丙基甲基醚1-2，聚氧乙烯二醇1-2，木钠1-2；所述细砂的粒径为0.15-0.2mm，P.O 42.5水泥通过100μm方孔筛的筛余量为8-10％，火碱粒度为150目；所述超前注浆液和超前管棚注浆液的水灰比为1.5:1-2:1；所述超前注浆液和超前管棚注浆液的制备包括如下步骤：1)将斑脱岩、硫铝酸盐水泥进行破碎、研磨，使其最大粒径为100-110μm；2)按重量配比称取各组分；并将细砂、斑脱岩、飞灰、火碱、硫酸钠和偏铝酸钠进行充分混合形成混合物；3)将混合后的混合物进行高度精磨形成颗粒，使得颗粒的粒径范围为18-22μm，比表面积为1000-1200m²/kg，高度精磨过程中加入FGD石膏和三（2-羟乙基）胺，得产品，备用；4)将水与P.O 42.5水泥、硫铝酸盐水泥均匀混合制成水泥浆；将泡花碱、矿渣微粉、纤维素羟丙基甲基醚、聚氧乙烯二醇和木钠加入适量水中均匀混合、溶解，得到浆液；5)将步骤3）中的产品和步骤4）中的水泥浆、浆液充分混合均匀，制得所述超前注浆液和超前管棚注浆液；

（7）在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆，注浆结束过程中实时监测注浆施工情况，并根据实际情况随时调整注浆施工，完成所有超前注浆孔位的注浆工作，监测注浆固化效果；

（8）在开挖隧道拱部130-140°范围内进行超前管棚施工，超前管棚的材料采用Φ80mm-Φ90mm的热轧无缝钢管，在施工完成的超前管棚孔中插入管棚至设计深度，超前管棚布设完成后，采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆，监测注浆固化效果。

2.根据权利要求1所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。

3.根据权利要求2所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4-4.5m，监测点的间距为1.5-1.8m。