优选斜孔固结灌浆与排水钻孔方案

本软件包（图10-22）对以下各建筑物的水泥灌浆、地下水排水和岩体加固，可优选出钻孔的方位和倾角。

图10-22　GJM 标题屏幕

（一）各类隧洞（非排水洞）轴向选择

隧洞轴线有水平的也有倾斜的。对于前者，没有角度的选择，只有轴向选择问题；对于倾斜隧洞有两向选择问题。一般来说，洞子的坡度常常是由多因素来决定的。而坡度的选定又反过来常常影响轴向的选择。

各类引水隧洞和交通洞等都为非排水洞。这类洞轴线的选择，主要选择那些穿裂隙少、岩体完整的方向。

进行效益系数计算，在效益系数计算成果中，选择效益系数最小的方向和倾角为选定的最佳方位和倾角，这类洞子可用效益系数的倒数——隧洞相对稳定系数来评价围岩的稳定性。岩体三维加固方向的效益系数最小者，即隧洞相对稳定系数最大者，是围岩较好的方向。

（二）排水洞轴向选择

在洞向选择方面，排水洞向选在多裂隙地段，对排除地下水是有利的，而其他洞子，则以避开多裂隙岩体是其主要目的。实际上并不存在完全水平的洞子，它们都是有一定坡度的。

把排水隧洞、探硐或其附近各类洞子的岩体结构面产状和隙宽资料输入到基本程序内，按排水隧洞可能的几个倾角（或坡度）进行全方位的计算。从计算成果提供的不同方向的效益系数中，选择水工设计可以接受的几种方向中，效益系数最大的那个方向及其坡度，即为优选的排水洞轴向和坡度（图10-23）。

图10-23　岩体加固界面菜单

例如，设计者划定NE10°～NE30°方向都为可比方向，其排水坡度2°～6°都可以。这样就可以组合出倾角2°的NE10°、NE20°和NE30°的方向；倾角4°的NE10°、NE20°和NE30°；倾角6°的NE10°、NE20°和NE30°的3 种组合关系。计算成果可提供出倾角2°、4°和6°的全方位的效益系数。从这些成果中就可以选出最优的方位和坡度。

（三）倾角大于60°的斜孔固结灌浆

固结灌浆是地基岩体加固最常用的方法之一。斜孔固结灌浆是所有其他斜孔灌浆比铅直孔灌浆提高效率系数最大的一种新方法。

斜孔灌浆的倾角，以避免浆液外溢为原则，其倾角不宜小于60°（与地基岩面的夹角）。这也就是说斜孔倾角60°、70°和80°都是斜孔灌浆孔可比的角度。

根据地基岩体结构面的编录资料，把结构面的倾向、倾角和隙宽等资料输入到本程序中，分别对斜孔倾角60°、70°和80°进行全方位的计算。一般来说，斜孔倾角愈缓，其效益系数就愈大；斜孔倾角愈陡则效益系数就愈小。但在选取斜孔灌浆倾角时，也要考虑斜孔倾角愈缓则钻孔与灌浆的难度就愈大，因而当决定灌浆斜孔倾角时，既要考虑灌浆效果，又要考虑钻孔与灌浆的难易程度。

在计算成果中，每种斜孔倾角都有几个较大效益系数值可供选择。根据著者在小浪底枢纽进水塔基固结灌浆的实践经验：斜孔倾角60°时，并不对钻孔和灌浆造成什么难度，其斜孔固结灌浆的效果也相当好；斜孔倾角80°时，其效益系数增大不多，斜孔和铅直孔灌浆本质上已没有明显差别。

（四）铅直帷幕倾斜孔产状选择

在已定的防渗帷幕或排水帷幕轴线上，如南北方向上，用向北倾斜的倾角50°、60°、70°和80°，或用向南倾斜的倾角50°、60°、70°和80°等4 个倾角的倾斜孔进行全方位计算。从4种倾角的计算成果中（向北倾或向南倾各4 个倾角），可从8 个效益系数中选择效益数最大的方位和倾角为最佳斜孔产状。

（五）倾斜帷幕倾斜孔产状优选(https://www.xing528.com)

根据实际需要的不同，防渗与排水帷幕可分为两大类：一是单层帷幕，它可以是直立的，也可以是倾斜的；二是多层帷幕，它可以设计成多层倾斜，也可以设计成上层是倾斜的，中层是直立的，下层是倾的。这里我们不谈直立帷幕与倾斜帷幕如何组合问题，而只谈直立帷幕与倾斜帷幕是如何优选斜孔产状的。

图10-24　帷幕斜孔与帷幕顶端轴线的平面布置示意图

BE —设计的帷幕顶端轴线；BC — 选中的斜孔方位及斜孔斜深度；CD— 帷幕底端线（平行顶端轴线）；BD—帷幕底端线距拟想的垂直帷幕底端线的水平距离；α—帷幕顶端轴线的方位角；β—斜孔的方位角；λ—倾斜帷幕的倾向；φ1—BE 与BC的方位角之差；φ2—斜孔与倾斜帷幕倾角方位角之差

在已定的防渗帷幕或排水帷幕轴线上，如南北方向上，用向北倾斜的倾角50°、60°、70°和80°，或用向南倾斜的倾角50°、60°和80°，或用倾角50°、60°、70°和80°等4 个倾角的倾斜孔进行全方位计算。从4 种倾角的计算成果中（向北倾或向南倾各4 种倾角），可从8 个效益系数中选择效益数最大的方位和倾角为最佳斜孔产状。

在已定的帷幕轴线的某一调查点上，按斜孔倾角50°、60°、70°和80°等4 种角度进行全方位计算，从4 个全方位计算成果中，选择效益系数最大的斜孔产状或业主或设计者可接受的倾角中，选择最优方向作为选定的斜孔产状。由于最优斜孔产状的选定，斜孔假倾角γ也就知道了。由图10-24 可以看出，β与λ的含义。将γ、β、λ输入程序，我们就可以得知倾斜帷幕的真倾角γ（λ=tan-1tanβ/cosφ2）和倾斜帷幕底端线距拟想的垂直帷幕底端线的水平距离（L）。

（六）隧洞顶、底拱固结灌浆与排水钻孔产状的优选

隧洞底拱的加固钻孔产状的优选方法与（三）方法相同。顶拱加固钻孔的产状与底拱加固孔的产状相同，顶拱钻孔产状虽在计算中利用倾向、倾角表示，人们习惯用仰向、仰角表示。顶底孔的仰倾角相同，把倾向加上180°后即变成了仰向。这也就是说，只要知道底孔的最优产状，不必上机计算，只要把底孔最优倾向加上180°后就成为顶拱孔的最优仰向了。

（七）直立边坡加固

（略）

（八）倾斜边坡灌浆与锚固孔的产状选择

（略）

（九）圆形洞或椭圆洞围岩岩体三维加固方向和角度的选择

目前，对圆形洞或地下洞室等围岩无论是灌浆加固还是排除地下水，其加固钻孔布置，都是与开挖面成垂直方向均匀布置，甚至连岩性也不考虑。这就是所谓的系统加固方法。

即使系统加固岩体，著者认为同样有必要从三维方向选择二次效益系数最大的产状作为选定加固孔产状。利用该软件可以计算洞周上各个点位的钻孔最优产状。

（十）非圆形洞围岩加固

马蹄形隧洞和城门洞形隧洞都属于非圆形洞。对于其顶底拱加固孔，可用（三）程序进行计算；对于直边墙，可用（五）程序进行计算；对于弧形拱的加固孔，可用（九）程序进行计算。

（十一）竖井围岩加固

交通竖井、岩基内通风井和调压井等的岩壁加固都属于竖井型围岩加固。把竖井平切面当做圆来看待，以指北点为零，顺时针旋转周为360°。每1°处的基岩都可视为一批伞形孔群比较孔，从中优选出来的产状即可作为围岩加固孔的产状。