定向孔在隧道软弱围岩注浆加固中应用的初探

２００８年第８期　探矿工程（岩土钻掘工程）　７７　定向孔在隧道软弱围岩注浆加固中应用的初探　李建文　（煤炭科学研究总院西安研究院７－程地质研究所，陕西西安７１００５４）　摘要：通过传统隧道软弱围岩的注浆孔和定向孔的比较、分析，研究定向孔在隧道软弱围岩注浆加固中应用的可　行性。　关键词：定向孔；隧道；注浆；软弱围岩　中图分类号：Ｕ４５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７４２８（２００８）０８—００７７—０２　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ｏｎ　Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｈｏｌｅ　ｉｎ　Ｇｒｏｕｔｉｎｇ　Ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　Ｓｏｆｔ　Ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｒｏｃｋｓ／Ｌｌ　Ｊｉａｎ—ｗｅｌｚ　ｆ　Ｘｉ　ａｎ　Ｂｒａｎｃｈ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｏａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｘｉ　ａｎ　Ｓｈａｎｘｉ　７１００５４，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｏｎ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｈｏｌｅ印ｐｌｉｅｄ　ｉｎ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｓｏｆｔ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｔｏ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｈｏｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｈｏｌｅ；ｔｕｎｎｅｌ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ；ｓｏｆｔ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｒｏｃｋｓ　１　概述　熟，但定向孔在隧道软弱围岩注浆加固工程中的应　现在隧道软弱围岩的注浆预加固已步入了成熟　用还是空白。笔者通过理论分析，对定向孔在隧道　化的轨道，但仍有难题存在，如现建的铁、公路隧道　软弱围岩注浆加固工程中的应用做初步的探讨。　为了降低造价而弃弯取直，为此大部分要穿越深山　老林，这些地区的山体地形极不利于施工，即机具的　２定向孔在隧道软弱围岩注浆加固中的布设　搬运、安置等极其困难。若按传统的注浆施工设计　２．１　传统注浆孔设计的不足分析　方法（如图１所示），将极大的浪费人力、物力，而且　传统的注浆孔设计如图１所示。可以看出，这　也会拖延工期。常用于隧道支护的导管支护方法也　种注浆孔设计存在以下不足：　存在支护成本高、施工周期长的缺点。鉴于此，若将　（１）隧道的埋深较大，会浪费大量原料且有大　定向孔运用到隧道的软弱围岩的预加固中来，将会　量的无用进尺；　产生巨大的社会和经济效益。　（２）场地的要求高，机具搬运频繁，浪费人力、　物力，拖延工期。　２．２定向孔设计图例（图２）　２．３定向孔应用范围与施工注意事项　定向孔使用条件与施工注意事项见表１。　３定向孔应用的可行性研究　３．１　力学分析　首先，由于地下的开挖，使隧道周围的岩土体失　图１传统注浆孔布设示恿图　去了原有的支撑，破坏了原有的受力平衡状态，围岩　定向孔因其可以实现单孔位多孔底钻进而节约　将向洞内产生松胀位移，若围岩的性质均匀，位移将　大量的钻进费用，所以被广泛的应用于矿产勘探等　是按隧道的径向膨胀的，若岩石较碎、脆或是加固的　领域。在我国，定向钻进技术经过近５０年的研究、　效果不佳，隧道的上部围岩将会在重力及其他的应　应用与发展，已广泛地应用于各个领域，其成果已步　力作用下向洞内塌落，若注浆钢管能按隧道的切向　入了国际先进行列，各种工法的理论和操作都趋成　斜插入围岩中，就可起到更强支撑作用和位移阻挡　作用，如图３所示。　收稿１３期：２００８—０１—１６　作者简介：李建文（１９８１一），男（汉族），甘肃民勤人，煤炭科学研究总院西安研究院工程地质研究所工程师，勘查技术与工程专业，从事地基　与基础工程工作，陕西省西安市雁塔北路５２号，ｌｉｊｉａｎｗｅｎｌ５＠ｅｙｏｕ．ｃｏｍ。　维普资讯 http://www.cqvip.com ７８　探矿工程（岩土钻掘工程）　２００８年第８期　表ｌ　定向孔使用条件与施工注意事项　本　（ｂ）　（ｃ）　（ｄ）　（ｅ）　２（ｄ）、埋深较大的深埋隧道　先成中间孔，待浆液凝固后再　２（ｅ）　和场地条件较差的隧　成两边弯曲孔，这样易于造　斜，不过要准确计算、造斜，以　：　口　道　防注浆孔钻到隧道内　Ｉ　２（ｆ）　场地复杂，地表、地下　注意造斜的准确性　水少的地段　其次，斜插注浆管可紧贴隧道内壁，可更有效地　加固围岩。　再次，可防止在隧道内壁附近产生严重的应力　集中现象，提高了开挖安全可靠性。　３．２成孔可行性分析　图２定向注浆孑Ｌ布设示意图　（ａ）围岩径向位移　（ｂ）注浆管径向支撑　图３　围岩位移及注浆管支撑示意图　（ｃ）注浆管竖向支撑　斜直孔的施工难度较小，有较强的可行性，下面　重点讨论弯曲孔的可行性。　３．３经济效益分析　定向孔可以和传统的注浆孔设计一样较好地达　到预加固的目的（当然这需要进一步的论证），而且　可以仅需机具在较小的范围内移动，降低了对场地　的要求，节约了人力，减少了无功进尺，同样也节约　如图４所示，钻孔弯曲采用人工偏心楔，下面验　算弯曲强度。　，——　些堕，　了注浆花管，因此，笔者认为，定向孔在隧道注浆加　固中的运用在经济上是可行的。　４　结论　经过初步的力学、成孔工艺和经济可行性分析，　定向孔在隧道软弱围岩预加固工程中的应用是可以　实现的，且有节约人力物力、缩短工期的优点，有较　广阔的应用前景，当然有不足与需要改进的方面，如　定向孔的成孔难度较大，对技术的要求较高，注浆管　的下入有一定的难度。本文仅对定向孔在隧道软弱　图４弯曲强度验算示意图　围岩加固中应用的可行性作了初步的探讨，进一步　的论证和实践验证将在以后进行。　参考文献：　［１］吴光琳．定向钻进工艺原理［Ｍ］．成都：成都科技大学出版社　１９９１．　假设隧道半径尺为５　１１３．，埋深　为５０　１１３．，钻杆　弯曲强度　为０．４ｏ／ｍ，并使Ｄ、Ｅ重合，则曲率半径　Ｒ＝５７．３／０．４＝１４３．２５　１１３．，ＯＡ＝５５．４　１１３．，　Ａ　Ｄ，，Ｄ＝　１５。。根据计算，验证弯曲孔设计能满足施工要求。