[发明专利]一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法

权利要求书

1.一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：具体实施步骤包括：

步骤S1：定位富水地层（2），进行隧道超前地质预报，探明前方掌子面富水地层分布情况和地下水赋存特征，结合地勘报告和现场试验，确定富水地层围岩参数；

步骤S2：建立富水地层（2）与前方掌子面中间岩盘的力学计算模型，计算保证富水地层与前方掌子面中间岩盘的安全距离L，根据安全距离L确定超前高位排水结构施作位置；

步骤S3、当前方掌子面行进到步骤S2所确定位置时布置超前高位排水结构；

步骤S4、监测前方掌子面处涌水量，当涌水量低于预定值时，继续隧道开挖并施作注浆圈（5）和止浆墙（6）；

步骤S5、重复步骤S4直至穿越富水地层（2）；

步骤S6、布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌（9）。

2.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S1中所述隧道超前地质预报，采用水文地质调查、物探法与钻探法相结合的方法进行。

3.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S2中所述安全距离L的计算公式如下：

式中：岩盘长度，即安全距离；隧道洞径；极限平衡状态下富水地层对岩盘的竖向压力；富水地层粘聚力；富水地层摩擦角；岩盘处竖向土压力；岩盘处粘聚力；岩盘处摩擦角；岩盘处侧压力系数。

4.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S3中所述布置超前高位排水结构的具体方法为：在拱部开挖轮廓线夹角为120°范围内，向前方围岩均匀布设7个钻孔，钻孔深入富水地层（2），再埋设超前排水长导管（1）进行高位排水，超前排水长导管（1）与钢拱架焊接固定。

5.根据权利要求4所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：所述钻孔外倾角10~15°，孔径φ60~70 mm。

6.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S4中所述涌水量的预定值为20L/min。

7.根据权利要求1所述高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：步骤S6中所述衬砌背后排水系统，包括超前排水长导管（1）、异径三通管（7）和环向排水管（8），所述异径三通管（7）的侧通管与直通管相互垂直并连通，所述侧通管为进水管，所述直通管为出水管，直通管的两侧出水口端设有环状沟槽（14）；所述超前排水长导管（1）与异径三通管（7）的侧通管通过法兰板组连接，所述环向排水管（8）与所述异径三通管（7）的直通管通过卡箍连接，卡箍嵌入环状沟槽（14）内。

8.根据权利要求7所述的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：所述超前排水长导管（1）的管体为无缝钢管，前端为实心尖锥头（10）；管壁间隔钻设多组环形进水孔（11），沿钢管轴向相邻的进水孔之间交错分布。

9.根据权利要求7所述的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：所述超前排水长导管（1）紧贴管内壁设置有金属滤网（12），所述金属滤网（12）的标准目数是30目。

10.根据权利要求8所述的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，其特征在于：所述超前排水长导管（1）的管体后部用钢筋加焊焊接有管箍（13），管箍是超前排水长导管与钢拱架的连接构件；管箍至超前排水长导管后端部焊接的法兰板之间的管壁上不钻孔。