1.本发明属于隧道注浆技术领域，具体涉及一种隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料及其堵水加固设计方法。
背景技术：2.随着基础设施建设的大力发展，我国隧道工程建设不断呈现“大埋深、长洞线、高应力、强岩溶、高水压、构造复杂、灾害频发”的特点，突水突泥灾害也日趋严峻。隧道突水突泥是指由于钻爆或开挖扰动引发的复杂地质灾害，灾害发生时碎石、土体和水的混合物在短时间内从突泥口高速大量喷涌而出，突水突泥发生后，隧道围岩压力得以卸载，围岩内部积聚的能量瞬间释放，突水突泥结束。因此，如何有效的规避和处治隧道断层破碎带突水突泥灾害是我国隧道建设面临的亟待解决的重要科学问题。隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料及其堵水加固设计方法是解决这一重要科学问题的关键，对隧道断层破碎带突水突泥灾害的处治、缩短复杂地质条件下隧道建设的施工周期、降低施工成本、延长隧道使用寿命具有重要的意义。
技术实现要素：3.为解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种具有优异的力学特性、超低的渗透系数、优异耐久性的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料及其可快速修复隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的堵水加固设计方法。
4.所述的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料由40-50wt％砂、20wt％粉煤灰、3-5wt％石灰、2wt％膨润土、15wt％水、10-20wt％水性聚氨酯组成。
5.所述的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的制备方法为：将砂、粉煤灰、石灰、膨润土和水100-1000rmp搅拌15-30min混合均匀，然后加入水性聚氨酯搅拌15-30s，即得隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料。
6.所述的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的堵水加固设计方法为：
7.(1)获取水文地质资料及水文地质条件的分析；
8.(2)探明致灾含水层及含水构造形式，量测突水突泥量大小；
9.(3)借助地质雷达、瞬变电磁、钻探揭露综合探测隧道围岩等级、主控区域含水构造、选定关键治理区域；
10.(4)给出断层破碎带突水突泥灾害支护强化方式及实施；
11.(5)钻孔布设，确定加固圈厚度、布孔数量、注浆孔深度、注浆间距等注浆参数，依据水力连通试验、现场实时监测、钻孔揭露资料、突水突泥稳定性监控、突水突泥量监控、水压监控动态调控注浆参数和钻孔布设；
12.(6)使用隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料对关键孔进行注浆；给出重点注浆区域面积和具体范围以减少注浆材料用量并确保注浆效果；
13.(7)引排孔注浆并对注浆堵水加固效果进行评价。
14.所述的水文地质资料为1:500-500000的水文地质图。
15.所述步骤(2)准确探明含水层的宽度、长度、空间形态、水量大小，给出最大涌水量、正常涌水量和平均涌水量数据。
16.所述步骤(4)，大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压。进一步，在迂回导坑靠近断层破碎带处设置2处不少于5m的止浆岩盘以保证断层破碎带处突水突泥不会影响前后方施工。
17.所述步骤(6)，突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板，ⅲ级以上围岩采用超前小导管注浆，ⅲ级及ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆，经高压注入突水突泥溃口、掌子面、衬砌。
18.所述高压注入的压力不少于10mpa，采用大于静水压2-3倍的注浆压力确保浆液快速充分地封堵突水突泥。
19.所述步骤(5)的钻孔布设采用均匀布孔、梅花形布孔或不少于3圈的多圈层布孔。
20.所述步骤(7)的评价采用评分法，注浆后隧道评分为85分以上，满足隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的堵水加固设计要求。
21.所述步骤(7)的评价采用钻孔检查法，固结体芯样抗压强度不小于10.0mpa，渗透系数不小于10-4
m/s。
22.本发明的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料具有优异的力学特性、超低的渗透系数及优异的耐久性能，堵水加固设计方法可快速修复和封堵隧道断层破碎带突水突泥灾害，提高在建隧道和运营隧道断层破碎带突水突泥灾害的处治能力，缩短复杂地质条件下隧道建设的施工周期、降低施工成本，快速贯通突水突泥隧道，使突水突泥隧道长期安全稳定地运营，延长断层破碎带突水突泥隧道的使用寿命，产生显著的经济社会效益。
具体实施方式
23.实施例1：
24.(1)获取水文地质资料及水文地质条件的分析；水文地质资料为1:500000的水文地质图。
25.(2)探明致灾含水层及含水构造形式，量测突水突泥量大小；准确探明含水层的宽度、长度、空间形态、水量大小，给出最大涌水量、正常涌水量和平均涌水量数据。
26.(3)借助地质雷达、瞬变电磁、钻探揭露综合探测隧道围岩等级、主控区域含水构造、选定关键治理区域；
27.(4)给出断层破碎带突水突泥灾害支护强化方式及实施；大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压，在迂回导坑靠近断层破碎带处设置2处5m的止浆岩盘以保证断层破碎带处突水突泥不会影响前后方施工。
28.(5)钻孔采用梅花形布孔，确定加固圈厚度、布孔数量、注浆孔深度、注浆间距等注浆参数，依据水力连通试验、现场实时监测、钻孔揭露资料、突水突泥稳定性监控、突水突泥量监控、水压监控动态调控注浆参数和钻孔布设；
29.(6)使用隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料对关键孔进行注浆；突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板，ⅲ级以上围岩
采用超前小导管注浆，ⅲ级及ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆，经不少于10mpa高压注入突水突泥溃口、掌子面、衬砌。
30.(7)引排孔注浆并对注浆堵水加固效果进行评价。
31.所述隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的配制：将40％砂、20％粉煤灰、5％石灰、2％膨润土、15％水800rmp搅拌15min混合均匀，然后加入18％水性聚氨酯搅拌15s。
32.采用评分法检验注浆效果时，注浆后隧道评分为88分，满足隧道断层破碎带突水突泥堵水加固要求。
33.上述隧道断层破碎带突水突泥注浆材料的基本性能如表1所示，其中注浆材料的密度为1.89g/cm3，抗压强度为15mpa，渗透系数为1.2*10-6
m/s，满足设计要求。
34.表1.隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的基本性能
[0035][0036]
实施例2：
[0037]
(1)获取水文地质资料及水文地质条件的分析；水文地质资料为1:500000的水文地质图。
[0038]
(2)探明致灾含水层及含水构造形式，量测突水突泥量大小；准确探明含水层的宽度、长度、空间形态、水量大小，给出最大涌水量、正常涌水量和平均涌水量数据。
[0039]
(3)借助地质雷达、瞬变电磁、钻探揭露综合探测隧道围岩等级、主控区域含水构造、选定关键治理区域；
[0040]
(4)给出断层破碎带突水突泥灾害支护强化方式及实施；大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压，在迂回导坑靠近断层破碎带处设置2处5m的止浆岩盘以保证断层破碎带处突水突泥不会影响前后方施工。
[0041]
(5)钻孔采用5圈层布孔，确定加固圈厚度、布孔数量、注浆孔深度、注浆间距等注浆参数，依据水力连通试验、现场实时监测、钻孔揭露资料、突水突泥稳定性监控、突水突泥量监控、水压监控动态调控注浆参数和钻孔布设；
[0042]
(6)使用隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料对关键孔进行注浆；突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板，ⅲ级以上围岩采用超前小导管注浆，ⅲ级及ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆，经不少于10mpa高压注入突水突泥溃口、掌子面、衬砌。
[0043]
(7)引排孔注浆并对注浆堵水加固效果进行评价。
[0044]
所述隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的配制：将50％砂、20％粉煤灰、3％石灰、2％膨润土、15％水800rmp搅拌15min混合均匀，然后加入10％水性聚氨酯搅拌35s。
[0045]
采用评分法检验注浆效果时，注浆后隧道评分为90分，满足隧道断层破碎带突水突泥堵水加固要求。
[0046]
上述隧道断层破碎带突水突泥注浆材料的基本性能如表2所示，其中注浆材料的密度为2.01g/cm3，抗压强度为18mpa，渗透系数为1.8*10-6
m/s，满足设计要求。
[0047]
表2.隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的基本性能
[0048][0049]
实施例3：
[0050]
(1)获取水文地质资料及水文地质条件的分析；水文地质资料为1:500000的水文地质图。
[0051]
(2)探明致灾含水层及含水构造形式，量测突水突泥量大小；准确探明含水层的宽度、长度、空间形态、水量大小，给出最大涌水量、正常涌水量和平均涌水量数据。
[0052]
(3)借助地质雷达、瞬变电磁、钻探揭露综合探测隧道围岩等级、主控区域含水构造、选定关键治理区域；
[0053]
(4)给出断层破碎带突水突泥灾害支护强化方式及实施；大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压，在迂回导坑靠近断层破碎带处设置2处5m的止浆岩盘以保证断层破碎带处突水突泥不会影响前后方施工。
[0054]
(5)钻孔采用梅花形布孔，确定加固圈厚度、布孔数量、注浆孔深度、注浆间距等注浆参数，依据水力连通试验、现场实时监测、钻孔揭露资料、突水突泥稳定性监控、突水突泥量监控、水压监控动态调控注浆参数和钻孔布设；
[0055]
(6)使用隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料对关键孔进行注浆；突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板，ⅲ级以上围岩采用超前小导管注浆，ⅲ级及ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆，经不少于10mpa高压注入突水突泥溃口、掌子面、衬砌。
[0056]
(7)引排孔注浆并对注浆堵水加固效果进行评价。
[0057]
所述隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的配制：将40％砂、20％粉煤灰、3％石灰、2％膨润土、15％水800rmp搅拌30min混合均匀，然后加入20％水性聚氨酯搅拌30s。
[0058]
采用评分法检验注浆效果时，注浆后隧道评分为84分，满足隧道断层破碎带突水突泥堵水加固要求。
[0059]
上述隧道断层破碎带突水突泥注浆材料的基本性能如表3所示，其中注浆材料的密度为2.23g/cm3，抗压强度为22mpa，渗透系数为2.5*10-6
m/s，满足设计要求。
[0060]
表3.深埋高压富水隧道涌水注浆材料的基本性能
[0061]
技术特征：1.一种隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料，其特征在于，所述注浆材料由40-50wt％砂、20wt％粉煤灰、3-5wt％石灰、2wt％膨润土、15wt％水、10-20wt％水性聚氨酯组成。2.根据权利要求1所述的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法的具体步骤为：将砂、粉煤灰、石灰、膨润土和水100-1000rmp搅拌15-30min混合均匀，然后加入水性聚氨酯搅拌15-30s，即得隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料。3.根据权利要求1所述的隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的堵水加固设计方法为：(1)获取水文地质资料及水文地质条件的分析；(2)探明致灾含水层及含水构造形式，量测突水突泥量大小；(3)借助地质雷达、瞬变电磁、钻探揭露综合探测隧道围岩等级、主控区域含水构造、选定关键治理区域；(4)给出断层破碎带突水突泥灾害支护强化方式及实施；(5)钻孔布设，确定加固圈厚度、布孔数量、注浆孔深度、注浆间距等注浆参数，依据水力连通试验、现场实时监测、钻孔揭露资料、突水突泥稳定性监控、突水突泥量监控、水压监控动态调控注浆参数和钻孔布设；(6)使用隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料对关键孔进行注浆；(7)引排孔注浆并对注浆堵水加固效果进行评价。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的水文地质资料为1:500-500000的水文地质图。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)，大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压；在迂回导坑靠近断层破碎带处设置2处不少于5m的止浆岩盘以保证断层破碎带处突水突泥不会影响前后方施工。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)，突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板，ⅲ级以上围岩采用超前小导管注浆，ⅲ级及ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆，经高压注入突水突泥溃口、掌子面、衬砌；所述高压注入的压力不少于10mpa。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)的钻孔布设采用均匀布孔、梅花形布孔或不少于3圈的多圈层布孔。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)的评价采用评分法，注浆后隧道评分为85分以上，满足隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料的堵水加固设计要求。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(7)的评价采用钻孔检查法，固结体芯样抗压强度不小于10.0mpa，渗透系数不小于10-4m/s。
技术总结本发明公开了一种隧道断层破碎带突水突泥用注浆材料及其堵水加固设计方法。该注浆材料由砂、粉煤灰、石灰、膨润土、水和水性聚氨酯组成。堵水加固设计方法为大型断层破碎带突水突泥量巨大时采用迂回导坑迂回开挖、泄水洞降能释压，突水突泥结束后掌子面采用全断面帷幕注浆开挖后辅以径向注浆补强，衬砌顶板或底板及Ⅲ级以上围岩采用超前小导管注浆，Ⅲ级及Ⅲ级以下围岩采用超前锚杆注浆。该注浆材料具有优异的力学特性、超低的渗透系数、优异耐久性，该堵水加固设计方法可快速修复和封堵隧道断层突水突泥灾害，快速贯通突水突泥隧道，使突水突泥隧道长期安全稳定的运营，延长断层破碎带突水突泥隧道的使用寿命。带突水突泥隧道的使用寿命。
技术研发人员：周新星 孔繁盛 张艳聪 边伟 高学凯 荣亚鹏 吕子龙 许勇 李亚龙 任文晋 窦斌强
受保护的技术使用者：山西省交通科技研发有限公司
技术研发日：2022.03.30
技术公布日：2022/7/5
