一种用于不同填充类型溶洞的注浆方法

技术领域

本发明属于地下工程技术领域，尤其涉及一种用于不同填充类型溶洞的注浆方法。

背景技术

目前，岩溶亦称喀斯特，是指可溶性岩层如碳酸盐类的石灰岩、白云岩以及硫酸盐类的石膏等受水的化学和物理作用产生沟槽、裂隙和空洞，以及由于空洞顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等侵蚀和堆积地貌形态特征和地质作用的总称。

岩溶地区为地质灾害区，地下存在大量的溶土洞区域，地质条件一般都较为复杂，勘察难度大，其产生的影响和危害通常也较大。在这类区域施工的工程桩和基坑施工前，需先对溶洞进行处理，岩溶注浆是解决这一问题的新技术。

通常，岩溶注浆多是采用地面垂直钻孔，利用惰性材料形成的浆液，在一定压力作用下注入岩溶裂隙、溶洞中以及软塑黏土体孔隙中，以达到充填岩溶空洞，控制地基整体沉降、减少变形的效果。这种方式多是针对于建设前期的地基处理过程中，而对于已建成的建构筑出现岩溶地面塌陷时，由于施工空间有限，采用地面垂直钻孔的方式就无法解决；同时，现有技术中关于溶洞处理过程中所需注浆量确定的方法还尚未见报道。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有岩溶注浆技术多是针对于建设前期的地基处理过程中，而对于已建成的建构筑出现岩溶地面塌陷时，由于施工空间有限，采用地面垂直钻孔的方式就无法解决；同时，现有技术中关于溶洞处理过程中所需注浆量的确定方法还尚未见报道。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于不同填充类型溶洞的注浆方法。

本发明是这样实现的，一种用于不同填充类型溶洞的注浆方法，所述用于不同填充类型溶洞的注浆方法包括以下步骤：

步骤一，针对隧道底部位置，综合运用超前地质预报法来确定待注浆填充溶洞的位置、类型及分布情况，并在检测到溶洞位置处做好标记；

步骤二，设计注浆钻孔位置，采用钻机在待注浆填充溶洞区域的上方进行钻孔，通过一次钻孔将多个溶洞连通，并在应力集中位置加密布设钻孔；

步骤三，根据地质钻孔的钻探结果，确定溶洞分布规律的分形参数；

步骤四，根据分形参数确定溶洞体积，并根据现场注浆量确定溶洞注浆量系数，确定现场区域溶洞注浆量；

步骤五，根据溶洞面积及确定的现场区域溶洞注浆量，配置注浆浆液；

步骤六，注浆前先进行注水试验，检查注浆管路是否正常并判断地层的吸浆能力；检查结束后，将注浆装置安装在注浆钻杆的末端，将注浆器送入至指定溶洞，根据确定的现场区域溶洞注浆量进行溶洞注浆；

步骤三中，所述确定溶洞分布规律的分形参数的方法，包括：

(1)用尺寸计算数量的分形方法确定溶洞体积模型：

N＝Ch

其中，h为溶洞高度；N为高度不小于h的溶洞总数；D为斜率常数；C为截距常数，其值等于溶洞高度最小时的地质钻孔数；

(2)对所述溶洞体积模型的表达式两边取对数，得到lnN与lnC的线性关系表达式：

lnN＝-Dlnh+lnC；

(3)绘制以lnh为横坐标、以lnN为纵坐标的关系图，进行线性拟合；同时根据线性拟合结果确定溶洞分布规律的分形参数；

其中，关系图中的线性分布看作是以lnh为横坐标、以lnN为纵坐标、斜率为-D、在y轴上的截距为lnC的直线；

步骤六中，所述通过注浆装置进行溶洞注浆的方法，包括：

(1)注浆钻杆通入浆液，提升注浆压力使得第一止回阀打开，后部止浆器的第二弹性套管膨胀紧贴钻孔侧壁；

(2)继续提高注浆压力致使第二止回阀打开，浆液进入注浆器和前部止浆器，前部止浆器的第一弹性套管膨胀紧贴钻孔侧壁；

(3)继续提高注浆压力致使注浆器的第四止回阀打开，浆液注入至溶洞内；取出注浆钻杆；

步骤五中，所述注浆浆液的配置方法为：

(I)按水灰比计算出所需的水泥和水的用量；

(II)在搅拌机内加入计算好的用水量，边搅拌边加入计算好的水泥用量；

(III)搅拌均匀后倒入储浆池内备用。

进一步，步骤二中，所述设计注浆钻孔位置的方法为：

钻孔布设于隧道隐伏溶洞的正上部，孔距控制在0.8m～1.2m范围之内，针对隐伏溶洞应力集中部位，在原有孔位个数的基础上，增加钻孔数量。

进一步，步骤二中，所述多个溶洞在水平方向串联。

进一步，步骤二中，所述钻机为水平定向钻机。

进一步，步骤二中，所述应力集中位置的判断方法，包括：

采集隧道底部位置岩层参数和钻机运行的参数，建立钻孔模型；

添加边界条件，对模型进行仿真，确定溶洞岩层的应力分布，确定应力集中位置。

进一步，步骤四中，所述溶洞注浆量系数的确定方法，包括：

(i)对于隧道沿线已注浆的区段，根据分形参数确定溶洞体积V

α＝V

(ii)对于隧道沿线未注浆的区段，根据分形参数确定溶洞体积V

V

进一步，步骤六中，所述注浆前先进行注水试验的过程为：

在溶洞上一个水平的钻孔中，向钻孔中注入一定量的水，使钻孔内保持一定水位；

建立水位与注水量的函数关系模型，测定透水层渗透系数。

进一步，所述注浆浆液的配比为：浆液的水：水泥的质量比为0.8:1～1:1.5。

进一步，所述水泥由硅酸盐水泥熟料、混合材料和适量石膏组成；

水泥比表面积大于300m2/kg，80微米方孔筛余小于10％或45微米筛余小于30％。

进一步，所述注浆钻杆和注浆钻杆之间转动连接，待注浆完毕后，通过旋转注浆钻杆，取出注浆钻杆，注浆装置整个留在钻孔内。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明提供的用于不同填充类型溶洞的注浆方法，针对不同类填充型溶洞，提出了对于应用注浆装置进行溶洞注浆的普适方法，施工作业简单，迅速，施工时间短，适应性强。同时，本发明针对区域性溶洞分布问题，采用溶洞体积确定模型进行计算，无需精确确定区域内溶洞的具体分布与具体大小，实现了区域性的溶洞分布体积的确定方法，解决了多组设备进行注浆的繁琐工艺。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的用于不同填充类型溶洞的注浆方法流程图。

图2是本发明实施例提供的确定溶洞分布规律的分形参数的方法流程图。

图3是本发明实施例提供的溶洞注浆量系数的确定方法流程图。

图4是本发明实施例提供的注浆浆液的配置方法流程图。

图5是本发明实施例提供的通过注浆装置进行溶洞注浆的方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于不同填充类型溶洞的注浆方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的用于不同填充类型溶洞的注浆方法包括以下步骤：

S101，针对隧道底部位置，综合运用超前地质预报法来确定待注浆填充溶洞的位置、类型及分布情况，并在检测到溶洞位置处做好标记。

S102，设计注浆钻孔位置，采用钻机在待注浆填充溶洞区域的上方进行钻孔，通过一次钻孔将多个溶洞连通，并在应力集中位置加密布设钻孔。

S103，根据地质钻孔的钻探结果，确定溶洞分布规律的分形参数。

S104，根据分形参数确定溶洞体积，并根据现场注浆量确定溶洞注浆量系数，确定现场区域溶洞注浆量。

S105，根据溶洞面积及确定的现场区域溶洞注浆量，配置注浆浆液。

S106，注浆前先进行注水试验，检查注浆管路是否正常并判断地层的吸浆能力；检查结束后，将注浆装置安装在注浆钻杆的末端，将注浆器送入至指定溶洞，根据确定的现场区域溶洞注浆量进行溶洞注浆。

本发明实施例提供的步骤S102中，所述设计注浆钻孔位置的方法为：钻孔布设于隧道隐伏溶洞的正上部，孔距控制在0.8m～1.2m范围之内，针对隐伏溶洞应力集中部位，在原有孔位个数的基础上，增加钻孔数量。

本发明实施例提供的步骤S102中，所述多个溶洞在水平方向串联。

本发明实施例提供的步骤S102中，所述钻机为水平定向钻机。

本发明实施例提供的步骤S102中，所述应力集中位置的判断方法，包括：

采集隧道底部位置岩层参数和钻机运行的参数，建立钻孔模型；

添加边界条件，对模型进行仿真，确定溶洞岩层的应力分布，确定应力集中位置。

如图2所示，本发明实施例提供的步骤S103中，所述确定溶洞分布规律的分形参数的方法，包括：

S201，用尺寸计算数量的分形方法确定溶洞体积模型。

S202，对所述溶洞体积模型的表达式两边取对数，得到lnN与lnC的线性关系表达式。

S203，绘制以lnh为横坐标、以lnN为纵坐标的关系图，进行线性拟合；同时根据线性拟合结果确定溶洞分布规律的分形参数。

本发明实施例提供的步骤S201中，所述溶洞体积模型的表达式为：

N＝Ch

其中，h为溶洞高度；N为高度不小于h的溶洞总数；D为斜率常数；C为截距常数，其值等于溶洞高度最小时的地质钻孔数。

本发明实施例提供的步骤S202中，所述lnN与lnC的线性关系表达式为：

lnN＝-Dlnh+lnC。

本发明实施例提供的步骤S203中，所述关系图中的线性分布看作是以lnh为横坐标、以lnN为纵坐标、斜率为-D、在y轴上的截距为lnC的直线。

如图3所示，本发明实施例提供的步骤S104中，所述溶洞注浆量系数的确定方法，包括：

S301，对于隧道沿线已注浆的区段，根据分形参数确定溶洞体积V

S302，对于隧道沿线未注浆的区段，根据分形参数确定溶洞体积V

本发明实施例提供的步骤S301中，所述溶洞注浆量系数α的计算公式如下：

α＝V

本发明实施例提供的步骤S302中，所述溶洞注浆量V

V

如图4所示，本发明实施例提供的步骤S105中，所述注浆浆液的配置方法为：

S401，按水灰比计算出所需的水泥和水的用量。

S402，在搅拌机内加入计算好的用水量，边搅拌边加入计算好的水泥用量。

S403，搅拌均匀后倒入储浆池内备用。

本发明实施例提供的注浆浆液的配比为：浆液的水：水泥的质量比为0.8:1～1:1.5。

如图5所示，本发明实施例提供的步骤S106中，所述通过注浆装置进行溶洞注浆的方法，包括：

S501，注浆钻杆通入浆液，提升注浆压力使得第一止回阀打开，后部止浆器的第二弹性套管膨胀紧贴钻孔侧壁。

S502，继续提高注浆压力致使第二止回阀打开，浆液进入注浆器和前部止浆器，前部止浆器的第一弹性套管膨胀紧贴钻孔侧壁。

S503，继续提高注浆压力致使注浆器的第四止回阀打开，浆液注入至溶洞内；取出注浆钻杆。

本发明实施例提供的注浆钻杆和注浆钻杆之间转动连接，待注浆完毕后，通过旋转注浆钻杆，取出注浆钻杆，注浆装置整个留在钻孔内。

本发明实施例提供的步骤六中，所述注浆前先进行注水试验的过程为：

在溶洞上一个水平的钻孔中，向钻孔中注入一定量的水，使钻孔内保持一定水位；

建立水位与注水量的函数关系模型，测定透水层渗透系数。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。