溶岩裂隙涌水处理施工结构[实用新型专利]

(12)实用新型专利

(10)授权公告号 CN 206667278 U(45)授权公告日 2017.11.24

(21)申请号 201720384514.0(22)申请日 2017.04.13

(73)专利权人 中铁十一局集团城市轨道工程有

限公司

地址 430074 湖北省武汉市东湖高新区佳

园路23号

专利权人 中铁十一局集团有限公司(72)发明人 阳紫东　肖清安　张桥　胡俊　

许瑜柯　陈浩淼　龙卫明　张福平　(74)专利代理机构 武汉楚天专利事务所 42113

代理人 杨宣仙(51)Int.Cl.

E02D 19/16(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图2页

()实用新型名称

溶岩裂隙涌水处理施工结构

(57)摘要

本实用新型提供一种溶岩裂隙涌水处理施工结构。所述施工结构包括设置板压结构和多个垂直分层注浆孔，所述板压结构是由围护结构围设而成的排水空腔、覆盖在排水空腔腔口的支撑板、设置在支撑板上部的混凝土压板和设置在围护结构外部的混凝土防水板组成；在围护结构下部设有引流排水管，在引流排水管置于板压结构外部的部分设有控制阀；所述多个垂直分层注浆孔分散设置在板压结构的周围，并采用垂直分层注浆的方式在涌水口下方的溶岩裂隙岩层内从下至下依次形成多层注浆隔水层。本实用新型对岩溶地区裂隙水的封堵作用较好，时效性及稳定性较强，可有效制止二次开挖时基坑的再次涌水现象发生。

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权　利　要　求　书

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1.一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述施工结构包括设置在涌水口(1)处的板压结构和布设在涌水口(1)周围的多个垂直分层注浆孔(11)，所述板压结构是由堆砌而成的围护结构(2)在涌水口(1)周围围设而成的排水空腔(3)、覆盖在排水空腔(3)腔口的支撑板(9)、设置在支撑板(9)上部的混凝土压板(6)和设置在围护结构(2)外部的混凝土防水板(10)组成，所述混凝土压板(6)和混凝土防水板(10)之间密封连接；在围护结构(2)下部设有引流排水管(4)，所述引流排水管(4)进水口置于排水空腔(3)内，出水端穿过围护结构(2)和混凝土防水板(10)置于板压结构的外部，并在引流排水管(4)置于板压结构外部的部分设有控制阀(5)；所述多个垂直分层注浆孔(11)分散设置在板压结构的周围，并采用垂直分层注浆的方式在涌水口(1)下方的溶岩裂隙岩层(7)内从下至下依次形成多层注浆隔水层(8)。

2.根据权利要求1所述的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：每个注浆孔(11)采用从上至下逐层垂直注浆的方式进行注浆，在每层注浆层的浆液将岩间裂隙封堵完成形成稳定注浆隔水层(8)后，再继续垂直钻孔进行下层注浆隔水层(8)的施工。

3.根据权利要求1所述的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述混凝土压板(6)和混凝土防水板(10)是采用混凝土在支撑板(9)和围护结构(2)外部一起覆盖反压形成的混凝土结构层。

4.根据权利要求1所述的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述围护结构(2)围设而成的排水空腔(3)面积为1-4m2。

5.根据权利要求1所述的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述围护结构(2)是采用沙袋在涌水口(1)周围堆砌而成的圆形或方形结构，围护结构(2)的高度高于涌水口(1)的高度。

6.根据权利要求1所述的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述多个注浆孔(11)呈梅花形分布，布孔间距为1.5-3m。

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溶岩裂隙涌水处理施工结构

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技术领域

[0001]本实用新型属于城市轨道交通工程领域，具体是一种基坑开挖过程中针对岩溶裂隙涌水的治理施工结构。

背景技术

[0002]在我国岩溶地区面积辽阔，我国南方云南、广西、广东、贵州、四川等地区均受岩溶影响较大。岩溶问题是一个重大课题，在国内城市开发和工程建设中，涉及该问题较多。从国内外现有的文献看，对岩溶突水的机理研究相对较少，主要的原因是：岩溶突水作为隧道及地下工程中的一种地质灾害。国内外对岩溶的机理研究相对较少，突水以及相关的突泥问题对地下工程及隧道而言是一个十分严重的危害，其突发性、不可抵挡的巨大威力严重地威胁着施工人员的生命安全，因此对岩溶突水机理进行深入研究，却是非常必要和迫切的。

[0003]近些年，很多地区报道因为地下工程基坑开挖触及地下连带溶岩裂隙等造成地面坍塌，甚至出现天坑等说法，因此在施工过程中，应考虑避免溶岩问题带来周边环境的影响。岩溶裂隙涌水是基坑开挖过程中常见的一种由不良地质造成的施工问题。在基坑开挖过程中，因基底岩层破碎程度大，岩石RQD值小，完整性差，导致基坑外地下水通过岩溶裂隙绕过基坑围护结构底部，涌入基坑内部，由于内外水位高差大，产生较大水头压力，导致突涌水量大，水压大难以封堵；同时层状基岩裂隙水以及岩溶裂隙水，为承压水，地下水的赋存不均一，在裂隙发育地段，水量较丰富，由于岩层的涌水量和透水性主要由其裂隙发育程度所控制，存在明显的不均匀性， 因此存在局部有较大涌水量的可能。

[0004]目前应对基坑开挖涌水处理的主流办法为基坑内引流反压基坑外引孔注浆的方法，该治理方法在应对岩溶裂隙突涌主要存在以下显著缺陷：[0005]1、溶岩中溶洞及裂隙水源通道错综复杂，水源及通道无法明确并针对处理，钻孔注浆具有很大盲目性，造成引孔注浆范围广，工程难度大及处理费用高，耗时长；[0006]2、钻孔注浆对强风化带及破碎带裂隙填充的针对性差，对岩溶间裂隙填充处理范围无统一的理论依据；[0007]3、采用水泥单或双液浆从孔底自下而上注浆处理，坑外注浆采用自下而上注浆方式，对浆液填充裂隙的效果只能通过水流量的大小及注浆压力的大小来判断，具有盲目性不确定性。若在水流量减小后提杆注浆，无法确定下部裂隙是否填充充实，后期如果出现水流量减小不明显，得出裂隙涌水带位于此处需要后期在此位置再次补浆时，需要再次引孔注浆，后期补充注浆浆液扩散非常困难。注浆凝固的土体与岩层接触面不严密，不能完全封死渗流水，同时基坑涌水存在多个水源，有的可能还未探明。发明内容

[0008]本实用新型针对现有地下工程基坑开挖过程中岩溶裂隙水突涌治理工艺针存在针对性不足，效果不明显，经验盲目性的问题，提供了一种垂直分层注浆治理溶岩裂隙涌水

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处理施工结构，该施工结构采用基坑内部注浆处理，对基底地层采用浆液填充，从涌水根源上治理与外部地下水位隔绝。

[0009]本实用新型提供的技术方案：所述一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，其特征在于：所述施工结构包括设置在涌水口处的板压结构和布设在涌水口周围的多个垂直分层注浆孔，所述板压结构是由堆砌而成的围护结构在涌 水口周围围设而成的排水空腔、覆盖在排水空腔腔口的支撑板、设置在支撑板上部的混凝土压板和设置在围护结构外部的混凝土防水板组成，所述混凝土压板和混凝土防水板之间密封连接；在围护结构下部设有引流排水管，所述引流排水管进水口置于排水空腔内，出水端穿过围护结构和混凝土防水板置于板压结构的外部，并在引流排水管置于板压结构外部的部分设有控制阀；所述多个垂直分层注浆孔分散设置在板压结构的周围，并采用垂直分层注浆的方式在涌水口下方的溶岩裂隙岩层内从下至下依次形成多层注浆隔水层。[0010]本实用新型较优的技术方案：每个注浆孔采用从上至下逐层垂直注浆的方式进行注浆，在每层注浆层的浆液将岩间裂隙封堵完成形成稳定注浆隔水层后，再继续垂直钻孔进行下层注浆隔水层的施工。

[0011]本实用新型较优的技术方案：所述混凝土压板和混凝土防水板是采用混凝土在支撑板和围护结构外部一起覆盖反压形成的混凝土结构层。[0012]本实用新型较优的技术方案：所述围护结构围设而成的排水空腔面积为1-4m2。[0013]本实用新型较优的技术方案：所述围护结构是采用沙袋在涌水口周围堆砌而成的圆形或方形结构，围护结构的高度高于涌水口的高度。[0014]本实用新型较优的技术方案：所述多个注浆孔呈梅花形分布，布孔间距为1.5-3m。[0015]本实用新型基坑内突涌处采取分层注浆的方式，将各处水路在最终汇聚于处，上部采用混凝土回填，后分层引孔注浆，从底部开始与外界水源隔离开。[0016]本实用新型适用于涌水源离开挖面距离较大，及岩溶发育地区外界水 通过岩溶地带与开挖基坑相通的情况，对岩溶地区裂隙水的封堵作用较好，时效性及稳定性较强，可有效制止二次开挖时，基坑的的再次涌水现象发生。附图说明

[0017]图1是本实用新型的结构示意图；

[0018]图2是本实用新型的第二层注浆隔水层的注浆示意图；[0019]图3是本实用新型的注浆孔分布示意图。[0020]图中：1—涌水口，2—围护结构，3—排水空腔，4—引流排水管，5—控制阀，6—混凝土压板，7—溶岩裂隙岩层，8—注浆隔水层，9—支撑板，10—混凝土防水板，11—分层注浆孔，12—基坑设计底面具体实施方式

[0021]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。如图1至图3所示的一种溶岩裂隙涌水处理施工结构，包括设置在涌水口1处的板压结构和布设在涌水口1周围的多个垂直分层注浆孔11，所述板压结构是由堆砌而成的围护结构2在涌水口1周围围设而成的排水空腔3、覆盖在排水空腔3腔口的支撑板9、设置在支撑板9上部的混凝土压板6和设置在围护结构2外

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部的混凝土防水板10组成，所述围护结构2是采用沙袋在涌水口1周围堆砌而成的圆形或方形结构，围护结构2的高度高于涌水口1的高度，围护结构2围设而成的排水空腔3面积为1.5-2.5m2；所述混凝土压板6和混凝土防水板10是采用混凝土在支撑板9和围护结构2外部一起浇筑形成的混凝土结构层。在围护结构2下部设有引流排水管4，所述引流排水管4进水口置于排水空腔3内，出水端穿过围护结构2和混凝土防水板10置于板压结构的外部，并在引流排水管4置于板压结构外部的部分设有控制阀5。[0022]如图3所示，所述多个垂直分层注浆孔11分散设置在板压结构的周围，呈梅花形分布，布孔间距为1.5-3m。并采用垂直分层注浆的方式在涌水口1下方的溶岩裂隙岩层7内从下至下依次形成多层注浆隔水层8。每个注浆孔11采用从上至下逐层垂直注浆的方式进行注浆，在每层注浆层的浆液将岩间裂隙封堵完成形成稳定注浆隔水层8后，再继续垂直钻孔进行下层注浆隔水层8的施工。[0023]本实用新型在施工之前，先确定突涌水的成因，通过对涌水点涌水情况的观察来判断该处是否为岩溶裂隙水。确定为岩溶裂隙水时则参考涌水位置的地质勘查报告，通过对涌水点周围地质勘查资料的分析判断该处涌水的成因是否是岩间裂隙涌水。当涌水成因为岩间裂隙水时，外部水位通过岩石间的裂隙渗入基坑内，涌水点多无固定水脉，则在涌水点影响范围内外水头压力差决定；如为外部水位通过溶洞的反涌，溶洞周围有稳定的隔水层，涌水点较为单一时，则通过引流反压止住涌水再进行处理。[0024]本实用新型根据基坑开挖深度及基岩完整性，确定引孔深度及布孔间距，根据布孔间距选定浆液配合比及注浆压力，根据地勘资料提供的岩石RQD及分化程度确定注浆预估量。

[0025]其具体施工过程如下：[0026]1.发现涌水情况后，首先在涌水口1处施做板压结构。具体是先通过沙袋堆砌围护结构2，将涌水口1围起来，使涌水(可能杂带泥沙)都聚集在围护结构形状的排水空腔3中，并采用钢丝软管进行引流管导流，并在排水空腔的腔口设置支撑板，然后采用混凝土浇筑覆盖反压的方式将排水空腔和围护结构覆盖，并在在支撑板上部和围护结构外侧形成混凝土压板6；

[0027]2.在板压结构周围引孔注浆，进行分层垂直注浆。为防止岩溶裂隙水突涌，采用分层钻孔注浆方法注浆，以4m范围做半径合理布置孔位，根据灰岩地区浆液扩散半径范围，孔间距1--1.5m梅花形布置。部分孔位与现场出现冲突时，可做出适当调整，以便于现场施工；对每个标注孔位进行编号并记录坐标，以备后期使用；钻孔顺序从外向内，当外部每层开孔注浆完毕再进行内部孔位注浆，逐层深入；钻孔施工分3层钻孔终孔孔深分别为4m，9m，13m(钻孔遇完整岩芯1m为最终深度，然后等分三层深度)，待第一层孔位注浆完毕后，在原孔位从新下钻进行第二层钻孔及注浆依次类推；在注浆过程中防止钻入裂隙发生喷涌，在引流排水管4上设有控制阀5，在注浆过程中，如果出现冒浆现象及时关闭引流排水管4的阀门，防止浆液从涌水口1喷涌，将浆液有效控制在处理范围内。[0028]本实用新型在注浆过程中还应注意：根据设计要求每个注浆孔钻到一定深度，开孔直径为φ91mm，在钻机钻孔过程中应随时注意，孔位有无明水，及水量大小，时刻做好应对措施，防止在钻孔过程中出现涌水涌沙；注浆所用的水泥宜采用普通硅酸盐水泥，水泥标号宜为P.O42.5；浆液必须搅拌均匀，注浆过程必须连续，严格控制水灰比，水泥浆液搅拌时

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间不应少于2min以免浆液离析，影响质量；在注浆过程中，对地面周边水位、地面沉降等点位进行检测并及时反馈监测数据。

[0029]本实用新型中的注浆采用wss注浆工法。其主要原理是：注浆时，浆液在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，形成劈裂式注浆，达到改良土层性状的目的。其注浆特性是使该土层粘结力(c)、内磨擦角

值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用；颗粒间隙中充满固结的浆液后，使 土层透水性降低，形成隔水层。[0030]劈裂注浆采用高压注浆工艺，将水泥或化学浆液等注入土层，以改善土层性质，在注浆过程中，注浆管出口的浆液对四周地层施加了附加压应力，使土体发生剪切裂缝，而浆液则沿着裂缝从土体强度低的地方向强度高的地方劈裂，劈入土体中的浆体便形成了加固土体的网络或骨架。劈裂注浆是目前应用较广的一种软弱土层加固方法，它既可应用于渗透性较好的砂层，又可应用于渗透性差的粘性土层。因在相同地层中劈裂注浆扩散范围与注浆时间及注浆压力成正比。在上一层形成隔水层情况下，可增大下一层注浆压力提高浆液扩散范围，注浆压力随着上部隔水层厚度增大逐层增大，最终从底层开始使用浆液将岩溶地层的裂隙封堵死，与外界水源隔开。[0031]本实用新型中的浆液配比：注浆采用双液注浆工艺，水泥浆水灰比为1：1，水玻璃原材采用浓度约为BE＝40(密度为1.38t/m3)，水泥浆：水玻璃的配比根据现场试验的凝结时间确定。以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例以双液方式注入，必要时加入附加剂所组成的注浆材料。克服了单液水泥浆的凝结时间长且不能控制、结石率低等缺点，提高了水泥注浆的效果，扩大了水泥注浆的适用范围。

[0032]水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的，在硅酸三钙的水化过程中产生氢氧化钙。当加入水玻璃后，水玻璃马上与新生成的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙。

[0033]经过试验得到最佳的双液浆施工配比为：采用水灰质量比为1：1.5水泥浆，Be＝40的水玻璃溶液，两者按照1：1体积配合；选用水玻璃为Be＝40水玻璃溶液，比重为1.381，水玻璃含量为480.58Kg/m3，其双液浆配比(质 量比)为：水：水泥：水玻璃(纯水玻璃)＝745:445:240＝1.67:1:0.。按该比例合成的双液浆凝结时间大致在10s-15s以内，可起到迅速止水的效果。

[0034]本实用新型的注浆终止压力根据地下水位及压力可作调整压力控制在0.5MPa以下，恒压10分钟即停，以免压力过大引起浆液集中串浆，影响封水止水效果；在注浆过程中对漏水点附近及引流管密切关注，一旦发生冒浆现象立即停止注浆并对冒浆点进行封堵处理，封堵完成后静置1～2分钟后重新开始注浆，在施工过程中加强对浆液配比抽查保证浆液凝固时间满足施工要求。注浆过程中对压力进行控制当发现压力过大时及时提管，在注浆时注浆孔邻孔打开，观察出浆、出水情况。[0035]浆液填充情况判断：可根据涌水点位置的地质勘查报告，确定该位置岩层的破碎程度，再根据岩石的RQD值反推需要填充浆液的预估量，当浆液填充情况达到预估量，且压力达到设计值，水流量变化明显是，则可判断注浆填充完毕，可进行下一层施工。

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说　明　书　附　图

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图1

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图2

图3

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