隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法
专利汇可以提供隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种隧道与地下工程围岩裂隙 水 注浆治理设计方法，包括分析区域地质与水文地质条件、查明主控含导水裂隙基本地质特征、分析测试典型注浆治理材料的理化性质、构建裂隙通道内注浆扩散控制方程、基于注浆过程控制的注浆压 力 理论值计算、基于围岩 稳定性 分析的极限注浆压力计算、确定注浆终压与钻孔间距设计值、制定注浆结束标准、动态设计地下工程围岩裂隙水注浆治理方案等步骤。采用本设计方法后，可实现隧道与地下工程围岩裂隙水注浆封堵工程中关键技术参数的科学选取，取得良好的注浆效果。，下面是隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法专利的具体信息内容。
1.一种隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，包括以下步骤：
A.分析区域地质与水文地质条件：综合运用地质分析及地球物理探查手段，分析区域地质与水文地质条件，定性分析研究区地质构造发育特征、节理裂隙发育特征、威胁地下工程建设的水源含水层与地下水补径排条件；圈定地下工程围岩中裂隙水富集区域；
B.查明主控含导水裂隙基本地质特征：利用已开挖地下工程空间，开展现场地质调查、测量及水文地质试验，确定主控含导水裂隙基本特征及其与次要节理裂隙间的水力联系；
C.分析测试典型注浆治理材料的理化性质：通过室内试验获取不同配比浆液粘度随时间变化规律及浆液凝胶时间；经数据拟合后浆液粘度时变函数可用下式表示：
μ(t)＝ktn+μ0
式中，μ(t)—浆液粘度时变函数，t—注浆时间，μ0—浆液初始粘度，k与n—浆液粘度时变参数；
D.构建裂隙通道内注浆扩散控制方程：概化边界条件建立裂隙通道内注浆扩散模型，基于静力平衡原理推导浆液运动平衡方程；结合浆液粘度时变函数与质量守恒原理，提出浆液扩散力学分析模型，进一步分析浆液扩散力学过程，推导浆液扩散控制方程，如下式所示：
式中，pg—注浆压力理论值，q—注浆速率，α—裂隙倾角，θ—浆液扩散方向方位角，b—裂隙宽度，τ0—浆液屈服剪切力，k与n—浆液粘度时变参数，ρ—浆液密度，g—自由加速度，R—注浆压力对应的浆液扩散距离，r0—注浆孔半径，pw—地下水的静水压力；
E.基于注浆过程控制的注浆压力理论值计算：根据注浆扩散控制方程计算注浆压力理论最大值；
F.基于围岩稳定性分析的极限注浆压力计算：分析注浆作用下地下工程围岩变形及破坏特征，确定裂隙水注浆封堵工程的极限注浆压力值；
G.确定注浆终压与钻孔间距设计值：综合考虑注浆过程控制和围岩稳定性，确定注浆治理工程注浆终压及其对应的浆液扩散距离，进一步确定注浆孔间距，指导注浆孔布置形式；
H.制定注浆结束标准：基于注浆速率、注浆压力和注浆时间提出单次注浆结束条件；
I.动态设计地下工程围岩裂隙水注浆治理方案：从注浆材料选择、注浆压力控制、注浆结束标准确定、注浆孔布置方面制定注浆方案；工程实施过程中根据反馈信息适时调整注浆压力、钻孔间距和钻孔数量。
2.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤A中分析区域地质与水文地质条件具体包括：
全面搜集研究区区域地质资料，分析围岩地层类型、岩性特征及其含水性，划分主要裂隙含水层和隔水层，确定威胁地下工程建设和安全运营的致灾裂隙含水层及其裂隙导水通道成因类型；运用构造地质学手段重点分析围岩中构造裂隙力学性质及产状，定性分析其含导水性；分析地下工程工程勘察资料，绘制大比例尺水文地质及工程地质剖面图，掌握致灾裂隙含水层和地下工程间的空间位置关系，分析地下水的补径排条件；运用地质分析与地球物理探查手段圈定围岩中富水区位置、规模。
3.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤B中查明主控含导水裂隙地质信息具体包括：
利用地下工程已开挖空间，开展现场地质调查及测量研究，分析地下工程围岩中裂隙组数、间距、产状、充填情况、裂隙宽度和延伸长度基本特征；根据裂隙通道空间发育程度以及其与富水区的位置关系，辨识主控含导水通道；选择主控含导水通道揭露的涌水点或探放水钻孔开展压水试验，注入示踪剂，查找裂隙网络间的水力联系，确定次要含导水通道。
4.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤C中分析测试典型注浆治理材料的理化性质具体包括：
以地下工程水害治理常用的水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆为对象，开展室内浆液凝胶试验，测定不用配比浆液的初凝时间；所述的水泥单液浆是指由干水泥和水搅拌混合而成的浆液，其配比用水灰比w/s表示，是指浆液中干水泥与水的质量比；所述的水泥-水玻璃双液浆是指由水泥单液浆和水玻璃混合而成的浆液，其配比用C:S表示，是指浆液中水泥单液浆与水玻璃浆的体积比；所述的初凝时间是指浆液配制时刻起，因粘度增大而由液态转化为固态的对应的时间；通过粘度测试试验获得水泥-水玻璃浆液的粘度随时间的变化曲线，经数据拟合后得到粘度时变函数。
5.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤E中基于注浆过程控制的注浆压力理论值计算具体包括：
分析含导水裂隙通道内注浆扩散控制方程，确定影响浆液扩散过程的主要因素，获得粘度时变浆液注浆过程中注浆压力组成部分，所述的粘度时变性浆液是指水泥-水玻璃双液浆，所述的注浆压力由扩散区浆液粘滞力、浆液与裂隙侧壁摩擦力及静水压力组成；理论分析中，裂隙侧壁假设为光滑面，故浆液与通道侧壁摩擦力可忽略；根据研究区主控含导水裂隙尺寸及初始注浆速率，计算实际工程条件下水泥-水玻璃双液浆扩散过程中最大粘滞力，当注浆区静水压力测得后，注浆压力理论值即可求得；所述的含导水裂隙尺寸是指理想条件下裂隙隙宽；所述的注浆速率是指单位时间内注入到环形通道内的注浆量；所述的最大粘滞力是指水泥-水玻璃双液浆初凝时间对应的扩散区浆液粘滞力之和；所述的注浆压力理论值等于扩散区浆液最大粘滞力与注浆区静水压力之和。
6.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤F中基于围岩稳定性分析的极限注浆压力计算具体如下：
根据工程地质勘察资料获取的地层的岩石基本力学参数，以主控含导水裂隙为原型，建立单裂隙高压注浆封堵三维数值分析模型，分析不同注浆压力下地下工程围岩变形及破坏规律，将注浆过程中围岩产生明显变形的注浆压力确定为极限注浆压力，注浆工程中注浆压力不可以超过该注浆压力。
7.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤G中确定注浆终压与钻孔间距设计值具体如下：
根据研究区水文地质资料确定注浆治理区域地下水静水压力，据此确定注浆压力理论值；综合考虑注浆压力理论值和极限注浆压力，确定注浆工程中的注浆终压。
8.如权利要求7所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述的注浆终压确定原则为：若注浆终压理论值小于极限注浆压力，则选取注浆终压理论值为注浆终压设计值；否则以极限注浆压力为注浆终压设计值；根据浆液扩散控制方程，计算与注浆终压设计值相对应的浆液扩散距离，并以此作为封堵同一含导水裂隙通道的相邻注浆孔间距。
9.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤H中制定注浆结束标准具体包括：
注入水泥单液浆达到终压后，注浆速率降低至50～60L/min且稳定30min，可结束注浆；
若浆液为水泥-水玻璃双液浆，注浆压力达到终压，且两种浆液的总注浆速率降至100L～
200L/min且稳定30min，可结束注浆。
10.如权利要求1所述的隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法，其特征是，所述步骤I中动态设计地下工程围岩裂隙水注浆治理方案包括：
从注浆材料配比选择、注浆压力控制、注浆结束标准确定、注浆孔布置、注浆过程控制等方面制定注浆方案，按照该方案在注浆区域内开展注浆治理工程，并根据注浆过程及时调整注浆压力、钻孔间距和钻孔数量关键参数。
隧道与地下工程围岩裂隙水注浆治理设计方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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