[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

说明书

本发明公开一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，包括如下步骤：定位富水地层，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；建立富水地层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；布置超前高位排水结构；监测掌子面处涌水量，当涌水量低于预定值时，继续隧道开挖并施作注浆圈和止浆墙，直至穿越富水地层；布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌。所述方法集探测、排水为一体，实现远距离疏水降压及高位排水，确保施工安全和稳定性，具有很强的实用性。

技术领域

本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法。

背景技术

随着西部大开发战略的深入开展和国民经济的快速发展，在铁路、公路、水电、跨流域调水及矿产资源等领域将会修建更多的长大隧道工程，在隧道修建过程中普遍会遇到高水压富水地层，给隧道施工安全和后期运营带来了极大的挑战。

在高水压地层隧道施工过程中，由于其空间环境复杂，高水压、开挖扰动作用强烈，使得掌子面极易发生挤出变形，甚至形成涌水、突泥等地质灾害，进而引起隧道围岩失稳，必须采用排水降压的方式，释放地层中储存的高压水，消减势能，降低水土压力对隧道稳定性的影响。目前采用的掌子面导坑排水，会使地层中岩体裂隙间的填充质产生大量的流失，从而严重破坏围岩的结构性使其自稳能力严重下降，特别是在未固结的高水压断层破碎带断层中，因为细粒流失是造成围岩松弛的重要原因。这也是隧道发生掌子面失效、坍塌的主要原因之一。因此，寻找一种准确、快速、高效的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，已成为深埋长大山岭隧道穿越高水压富水地层时亟需解决的问题。

发明内容

本发明旨在于针对现有技术的不足，提供一种探测、排水为一体的高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，实现远距离疏水降压+高位排水，操作简单，施工安全，具有很强的实用性。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案为：

一种高水压富水地层隧道控制掌子面稳定的施工方法，具体实施步骤包括：

步骤S1：定位富水地层：进行隧道超前地质预报，探明掌子面前方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和止浆墙；

步骤S5、重复步骤S4直至穿越富水地层；

步骤S6、布置衬砌背后排水系统，施作二次衬砌。

优选的，在所述步骤S1中，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。

进一步地，在所述步骤S2中，安全距离L的计算公式如下式(1)：

式中：L-岩盘长度(m)，即安全距离；D-隧道洞径(m)；σ₁-极限平衡状态下富水地层对岩盘的竖向压力(Pa)；c-富水地层粘聚力(Pa)；-富水地层摩擦角(°)；σ′₁-岩盘处竖向土压力(Pa)；c′-岩盘处粘聚力(Pa)；-岩盘处摩擦角(°)；λ′-岩盘处侧压力系数。