隧道超前预注浆施工

隧道超前预注浆施工（精选八篇）

隧道超前预注浆施工 篇1

关键词：岩溶区,复杂地质条件,超前帷幕注浆,设备配置

0引言

在水下隧道、地下工程以及无排水条件的隧道工程中,帷幕注浆加固技术得到了广泛的应用,其作用是限制排水量,保证隧道稳定以及提高其整体性。乌蒙山一号隧道的隧道区发育有15条断层,2个背斜,1个向斜。断层破碎带多由断层角砾组成,20 m～30 m断层影响带岩体破碎,碳酸盐地区沿断层带多发育大量岩溶形态,多为导水、集水带,容易发生突水突泥等地质灾害带,隧道开挖易于引起坍塌,对隧道施工影响较大。因此在可溶岩与非可溶岩接触带、可溶岩地段之断层破碎带、Ⅰ类物探异常区段的隧道施工,适宜采用超前帷幕注浆加固技术。

1工程概况

六沾铁路乌蒙山一号隧道属长大隧道,构造复杂、断层及节理裂隙发育、岩体破碎,施工期间可能会发生断层破碎带及影响带和倾角平缓破碎岩层较大规模坍方冒顶与大变形、可溶岩地段较大规模高压水突泥、具突出危险性的高浓度、高压力瓦斯及其煤系地层、周边采空区等重大隧道工程地质问题。

2注浆施工方案

注浆方式采用超前帷幕注浆和超前局部注浆两种方式。在可溶岩与非可溶岩接触带、可溶岩地段之断层破碎带、Ⅰ类物探异常区段采用超前帷幕注浆;在不同可溶岩地段的接触带、背斜向斜构造影响段、物探Ⅱ类异常区采用超前局部注浆。正洞:开挖轮廓线外5 m范围内超前帷幕注浆,每一循环长度30 m。超前局部注浆,注浆范围视实际情况确定。平导:开挖轮廓线外3 m范围内超前帷幕注浆,每一循环长度30 m。超前局部注浆,注浆范围视实际情况确定。

2.1 注浆方案选定原则

1)开挖后岩体完整,大面积淌水不注浆。固结圈渗透系数大于设计控制值不注浆。2)岩溶中等发育(局部地段)及物探Ⅱ类异常带。3)超前局部注浆和径向注浆在施工过程中根据超前地质预报信息和注浆效果确定。

2.2 布孔

2.2.1 正洞

浆液有效注浆范围为开挖轮廓线外5 m,每一循环长度30 m,开挖20 m～25 m,留10 m～5 m作业止浆岩盘;注浆孔孔底间距3 m,设3环,共98个孔;局部注浆根据局部出水点的水量、水压、位置、岩体条件等具体情况确定,如图1所示。

2.2.2 平导

浆液有效注浆范围为开挖轮廓线外3 m,每一循环长度30 m,开挖27 m,留3 m作业止浆岩盘;注浆孔孔底间距2 m,设4环,共45个孔;局部注浆根据局部出水点的水量、水压、位置、岩体条件等具体情况确定。平导注浆纵断面布置图如图2所示,平导A—A孔口布置图见图3。

2.3 钻孔

钻孔过程中,钻孔的方向和角度是最关键的,一定要严格按照设计文件来进行施工并及时纠偏。

2.4 浆液

当地质情况不同时,要选用相对应的浆液。较浓和凝胶时间短的配合比的浆液适合涌水量大、进浆快的情况。反之,在涌水量较小且进浆量较慢时,则选用凝胶时间长一些的配合比的浆液。

2.5 注浆方式及注浆工艺

对于隧道正洞预测可能产生严重突水突泥的地段实施超前帷幕注浆,注浆范围为衬砌轮廓线外8 m,每一循环注浆长度为30 m,开挖22 m,保留8 m止浆岩盘。对于预测可能产生突水突泥的地段实施超前帷幕注浆,注浆范围为衬砌轮廓线外5 m,每一循环注浆长度为30 m,开挖25 m,保留5 m止浆岩盘。相应平行导坑注浆范围分别为对衬砌轮廓线外5 m或3 m,开挖长度为25 m或27 m,保留5 m或3 m止浆岩盘。帷幕注浆的施工工艺见图4。

2.6 注浆结束标准

注浆压力和注浆量是注浆结束标准的根据和控制。根据注浆压力和注入量稳定时间控制单孔注浆结束标准,当注浆压力逐步升高,单孔注浆压力达到设计终压3 MPa～5 MPa,并继续注浆10 min以上,可结束本孔注浆,单孔注浆量与设计注浆量大致相同,结束时的进浆量在20 L/min以下可结束本孔注浆。

2.7 注浆堵水施工安排

帷幕注浆进度安排:正洞衬砌轮廓外5 m为50延米/月;平行导坑衬砌轮廓外3 m为100延米/月。径向注浆与掌子面施工平行作业,不占用循环时间。考虑对掌子面施工形成干扰,在径向注浆作业段,施工进度按折减20%考虑。

3乌蒙山隧道帷幕注浆堵水设备配套技术方案

3.1 注浆特点

注浆特点:1)注浆的规模较大;2)注浆的压力较高;3)工期较紧。

3.2 钻孔、制浆、注浆设备的选用及其技术参数

1)钻机的型号及技术参数。

选用ZYG150全液压钻机及YQ100风动钻机。ZYG150钻机由机头(钻杆推进器)、操作台、液压泵站三个部门组成,通过高压管及快速接头连接。

2)注浆设备规格及技术参数。

在不同条件下的注浆,选用三种不同类型的注浆机,分别为2TGZ60/210型可调式高压注浆泵(双液注浆机),ZG6310单液注浆机(往复式柱塞泵),KBY50/70全液注浆泵,其技术参数及主要性能见表1。对于水泥浆制浆设备,选用JZ350叶片式搅拌机4台。注浆设备的性能参数见表1。

4结语

超前帷幕注浆可以改善地层的透水特性,同时具有良好的止水效果,通过具体的工程实践表明乌蒙山一号隧道采用帷幕注浆封堵岩溶水的方案是可行的。超前帷幕注浆的实施过程中要根据钻孔内的出水多少、水压及所掌控的地质条件,及时调整浆液配合比,以取得最佳的注浆效果。

参考文献

[1]铁道部第四勘测设计院,铁道部第五工程局.南岭隧道岩溶突水涌泥地段综合整治技术[Z].1990.

[2]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]张海勇.帷幕注浆在雪峰山2号隧道中的应用[J].企业家天地,2012(5):76-78.

[4]林以齐.帷幕注浆对表土层施工环境的改善研究[J].科技传播,2012(11):75-73.

隧道超前预注浆施工 篇2

摘要：近年来，随着国家对山区道路建设能力的不断提升，隧道工程在道路建设中所占的比例提升，隧道施工技术的提升得到了越来越广泛的关注。但是，隧道建设中存在着围岩破碎等弱质夹层岩石发育丰富的问题。因此，在破碎围岩隧道中采用超前注浆小导管技术，解决道路施工中的塌方问题很有必要。本文在探讨超前注浆小导管在破碎围岩地质隧道中施工工艺的前提下，提出了一种新型的隧道工程超前支护凿孔工具。经试验，施工进度得到明显提高，值得使用和推广。

关键词：超前注浆小导管；破碎围岩；注浆参数

0.引言

随着超前注浆小导管技术和超前大管棚技术在隧道道路工程中的广泛使用，提升了隧道工程的施工质量。超前注浆小导管在使用的过程中，不仅加固了“管棚”，还起到了加固岩体和改善破碎围岩性质，提升围岩稳定能力的目的。通过注浆管和围岩的紧密结合，提升了围岩的承载能力。本文结合2009年-2013年大渡河金川水电站省道S211改线公路工程实例，对超前注浆小导管技术和新型隧道工程支护超前支护凿孔工具的工作原理、施工工艺以及施工效果进行分析，以提升其在道路隧道工程中的应用能力。

1.工程概况

大渡河金川水电站省道S211改线公路工程全程长3400m，其中包含新扎沟隧道680m。该路段隧道围岩破碎，主要围岩类型为V级和IV级，围岩完整性差，裂隙发育十分丰富。隧道开挖过程中，曾于2009年9月20日因塌方停工，为工程建设带来了较大的影响。为了提升隧道的开挖能力，在采用超前注浆小导管的前提下，运用工字钢+锚杆的型式进行初期加固，待初期支护稳定后再进行C25砼二次衬砌，最终完成隧道成型。在2010年9月20日复工后，通过一种新型的隧道工程超前支护凿孔工具的使用，提升了隧道开挖的安全性。通过两者的结合使用，道路建设过程中再未出现过塌方事故[1]。

2.超前注浆小导管的力学模型

超前注浆小导管通过在初支体系和开挖岩体两端的固定，采用中间部分悬空的方式，构成一个简易的支梁结构。如图1所示。它的工作原理是通过小导管向围岩注浆，在提升围岩强度和围岩完整性的同时，通过围岩的加固工作，增强围岩和周围环境的适应能力。

超前注浆小导管的目的是在围岩的周围形成一个有力的“加固拱”，通过提升其长度和注浆的质量，提升整个岩体的安全性。同时，在小导管的相互搭建中，能有效提升管棚的加固作用。通过注浆小导管的加固作用，使图中B方向的支座承载能力得到加强，并且能够有效提升中间土体的承载能力，使整个不平衡的受力结构成为一个受力均匀的荷载。

图1 超前注浆小导管力学模型

3.超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中的施工中的应用

3.1超前注浆小导管作用机理

超前小导管通过对掌面和拱腰受力环向的改变，能有效减少拱线的受力影响，通过位移和竖向荷载的变化，在纵向上能够增加掌子面的位移，增强位移的稳定性。小导管在超前支护中，通过荷载作用力的传递，能够改变掌子面和衬砌的应力分布。在隧道开挖的过程中，通过减少掌子面的荷载力，将力量传递给初支，减少隧道建设过程中前方围岩的承载力。通过超前注浆小导管的使用，能够改变隧道内部的应力分布，减少塌方事故的发生，有利于隧道的安全建设。

3.2超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中的影响要素分析

影响超前注浆小导管加固能力的因素很多，包括地质条件、注浆厚度、注浆范围等各种因素。在施工过程中，由于施工建设的复杂性和不可重复性，要求在施工前运用模拟数值的方法对各项影响因素进行综合考量。比如软件数值模型的使用，通过对有限单因素的控制，在模型中分析各因素对加固效果的影响[2]。

3.3超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中的施工设备分析

在施工中，主要采用设备进行注浆，通过对公移流量、公移压力、设备功率以及水灰比进行参数考量，在设备中的主回路、换向控制回路以及电机控制回路中，实现注浆目标。另外，在注浆参数的考量上，水灰比按照同等的比例进行单液水泥注浆，注浆前进行注浆记录和现场测试，以提升注浆的安全性和稳定性。再考量掌子面施工安全的前提下，确保导管施工和支护施工的安全性。最后，还要为隧道内进行施工的注浆超前小导管进行施工参数测试。一般来讲，超前小导管的施工直径为42mm，管壁厚度为3.5mm，在承压端上加上钢箍，通过注浆管在隧道开挖轮廓线上的布置，搭建外插角为30度和60度，搭线长度不小于120cm的超前注浆小导管。

3.4超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中的施工工艺

在小导管的安装上，导管的制作要合乎规范，在现场确定空位后，即可进行钻孔的施工，在钻孔施工完成后，检查小导管的安装。在小导管的安装完成后，便可进行注浆施工，在堵孔后进行压水试验，通过水的实验，来扩充浆液的通路。在确保浆液能提升加固的松散体之后，按照从下至上的顺序进行注浆施工。在施工过程中，很容易出现跑浆的现象，通过钻头和小导管的连接，便可以解决这一问题。该施工工艺的创新在下一个部分会进行具体讲解，在此不作赘述。在注浆完成后，还要进行注浆的检查，保证注浆的成功，当浆液达到一定的凝固时间后，进行下一个钻孔的开挖施工。同时还应当注意破碎围岩和浆液渗透的情况，及时发现情况，进行工艺的维护。

4.超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中的施工技术创新

2009年9月20日因塌方停工后，我部在进行技术反思的同时，针对隧道软弱岩层破碎和结构岩体松散的问题，进行了技术创新。提出在超前注浆小导管中才有有效成孔的技术进行钻孔工艺的创新。它由钻头、钻杆以及前后端接钻头组成，通过在钻杆上链接超前小导管的技术创新，有效解决了破碎巖层超前小导管的成孔问题。通过该项技术的工艺创新，在运用过程中，由于避免了超前支护不足而产生的塌方现象，有效地提升了施工进度。其结构如图2所示：

图2 一种新型的隧道工程超前支护凿孔工具

5.超前注浆小导管在破碎围岩隧道开挖中施工效果检测

为了研究小导管加固和超前注浆小导管对加固效果的不同效果。隧道的深埋为C/D=2，小导管的管径为42mm，长度为6m，纵向搭接长度为2m，超强注浆小导管的加固厚度为0.5m。通过数据对比分析可知，采用超前注浆小导管加固的隧道，加固后拱顶和地表的沉降值分别为28mm和14mm，而仅采用小导管加固技术的拱顶最大值为38mm，地表沉降值为17mm.由此可知，超前注浆小导管在提升地表沉降力和加固拱顶的影响上，作用显著。在该工程的施工前期，未采用超前注浆小管工艺，事故频发。在复工后，经过技术的改进，有效提升了施工效果。该技术已经在某些工程得到运用，在隧道开挖衬砌施工中，提高了岩体的稳定性，施工效果较好[3]。

6.结语

超前注浆小导管在加固过程中具有较强的支护能力，在运用的过程中，具有简单方便，灵活经济的优点。不仅能够提高隧道内部破碎围岩的力学性能，也能增加隧道的稳定性，在隧道开挖的过程中，防止因隧道开挖而导致地表变形的现象产生。在本工程中，通过采用超前注浆小导管技术和新型的隧道工程超前支护凿孔工具的结合，有效地保证了施工的顺利进行，值得推广。

参考文献：

[1]李传书.长大管棚在隧道浅埋穿越高速公路中的应用[J].西部探矿工程，2010，5（23）：12-16.

[2]石磊.注浆在塌方处理中的应用[J].中华建设，2011，7（15）：34-38.

大窝山隧道超前注浆小导管施工技术 篇3

武广客运专线大窝山隧道全长3 893 m,我项目部负责进口段施工,施工场地位于清远市银盏林场,地处低山丘陵地貌,最大埋深200 m,基岩为花岗岩。地下水主要为基岩裂隙水和构造裂隙水。该段设计Ⅴ级围岩段415 m,Ⅳ级围岩段118 m,Ⅲ级围岩段543 m,Ⅱ级围岩段853 m,斜切式洞门明挖段18 m。

大窝山隧道进口Ⅴ级、Ⅵ级围岩主要位于洞口段和距进口1 340 m以后的断层帷幕注浆段,为全风化或强风化花岗岩,地质条件差,围岩自稳能力差,为保证开挖施工安全,拱部采用超前小导管注浆预支护。

2 工艺原理及特点

2.1基本原理

小导管超前注浆的基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打(钻、压)入地层中,借助注浆泵的压力,使浆液通过小导管渗透,扩散到地层孔隙或裂隙中,以改善土体物理力学性能,这样既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳———地层自承拱,同时管体又可起到超前锚杆的作用,从而达到增加土体的自稳时间、提高开挖面地层自稳能力、限制地层松弛变形的目的。

小导管超前注浆固结原理可归纳为以下两种:

1)渗入性注浆;2)劈裂、压密注浆。

2.2 工艺特点

1)形成了管棚与固结联合的超前支护体系,提高岩体自身的稳定性,抑制围岩松弛变形,增强了施工的安全性。

2)加固效果稳妥可靠,注浆质量易于控制。

3)采用超前支护手段,通过调整凝固时间,可大大缩短暗挖工序时间。

4)采用常用小型机械施作,无需配备专用设备,工艺操作简便,一般工地都可掌握。

3 施工工艺及操作要求

小导管施工工艺流程见图1。

3.1 准备工作

1)熟悉设计图纸,由测量队准确地进行开挖轮廓放线。

2)制作小导管。小导管采用外径42 mm,壁厚3 mm的热轧无缝钢管,钢管前端作成尖锥状,尾部焊接6.5加筋箍,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管连接,尾部长度不小于30 cm,作为不钻孔的止浆段。管壁四周钻四排Φ6 mm孔,孔间距10 cm～20 cm,呈梅花形布置,小导管大样见图2。

3.2 喷混凝土封闭开挖面

为了防止小导管注浆时浆液沿隧道掌子面渗漏,需做止浆墙封闭开挖面,止浆墙采用喷射混凝土方法制作,喷混凝土范围为开挖面和5 m范围内的坑道,厚度为5 cm～10 cm,喷射混凝土施工按喷射混凝土作业指导书有关规定操作。

3.3 钻孔、安装小导管

1)测量放样,在设计孔位标标记。

2)钻孔需沿隧道纵向开挖轮廓线向外以5°～7°外插角钻孔,钻孔深度为4.5 m,钻孔完毕将小导管沿孔打入。如遇地层松软,也可用游锤或手持风钻直接打入。

3)与支撑结构的连接。

一般有三种方法:

a.对于格栅钢架,将末端置于钢架腹部并焊固在格栅钢架上;对于型钢钢架,首先在拱架腹板中央开孔,钻孔和安装均通过该孔安装后末端同钢架焊固

b.在钢架(型钢或格栅)顶部钻孔,安装后末端焊固在钢架上;

c.将末端用短筋环向焊固相连,以增强共同支护作用。

3.4 密封

小导管打入后,将注浆泵的高压胶管与管口连通,并且用棉纱等将管口处的缝隙塞紧,以保证注浆时不至于渗漏浆液。管路接通后先要压水检查密封性,达到要求后方可注浆。

3.5 注浆

注浆顺序由下向上进行,浆液可用拌合机拌制,水泥浆水灰比分别为1.5∶1,1∶1.0,0.8∶1三个等级,浆液由稀到浓逐级变换,即先注稀浆,然后逐步变浓直到0.8∶1为止,考虑到注浆后需尽快开挖,注浆宜用普通水泥或早强水泥,拌浆时可按试验室要求适量掺加减水剂,注浆压力控制在0.5 MPa～1 MPa之间。

注浆过程中出现以下异常现象的处理方法:

1)串浆,即浆液从其他孔流出的现象。发生串浆时,应将串浆孔及时堵塞,轮到该管注浆时,再拔下堵塞物,用铁丝或钢筋将管内杂物清除,并用高压风或水冲洗(拔塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序),然后再注浆。

2)注浆时压力突然升高,则可能发生堵管,应停机检查。当堵管时,要敲打或滚动以疏通注浆管,无法疏通时要补管。

3)注浆过程中出现进浆量很大,压力长时间不升高的现象,则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶。

4 施工注意事项

1)严格控制小导管施作角度;

2)严格控制小导管环向间距;

3)严格控制小导管打入长度及纵向搭接长度;

4)做好钻孔记录;

5)做好注浆记录;

6)做好固结效果记录;

7)确保注浆效果。

5 结语

大窝山隧道为武广客运专线双线铁路隧道,Ⅴ级围岩开挖断面154.4 m2,Ⅳ级围岩开挖断面150 m2,由于开挖断面大,地质条件差,如果直接进行开挖,处理不好容易造成塌方掉块,一则施工安全得不到保证,二则塌方掉块多了需要用同标号喷射混凝土回填,会大大的增加施工成本。我们通过在拱部施工超前注浆小导管,在前方管棚的庇护下进行开挖,既保证了施工安全,又使得开挖轮廓得到很好的控制,避免了大的超挖现象出现,节约了施工成本

摘要：为确保隧道施工安全,避免开挖过程中出现塌方现象,对采用超前注浆小导管对前方围岩进行预支护的施工技术进行了详细介绍,为类似情况的隧道超前小导管施工提供一定的借鉴。

关键词：隧道,超前注浆,小导管,施工

参考文献

[1]高付才.大别山特长隧道快速施工技术[J].山西建筑,2007,33(33):329-330.

隧道超前预注浆施工 篇4

关键词：断层,富水,超前帷幕注浆,施工技术

1 工程概况

泽雅隧道全长12030m, 为单洞双线隧道, 是金温线铁路上最长的隧道和重点控制性工程之一。隧道进口里程DK156+358, 出口里程DK168+388。除进出口段浅埋外, 洞身一般埋深大于100m, 局部地段埋深大于400m。泽雅隧道DK165+488~DK165+540段穿越F12断层, 设计为Ⅴ级围岩, 属于泽雅隧道2#斜井工区施工范围, 该断层属北东向断裂, 破碎带宽2~20m, 局部有岩脉充填。断裂性质早期为压性, 晚期为张性。大地电磁探测结果显示, 该段视电阻率等值线呈低阻凹陷, 推测为断层破碎带, 本段岩体破碎, 地下水发育, 施工中存在坍塌、突水、涌水的可能。

2 超前地质预报

2012年3月15日, 开挖施工到165+543, 距设计断层结构面3米, 掌子面围岩开始破碎, 节理发育, 拱顶有少量水流出, 根据围岩条件分析, 即将进入F12断层破碎带, 和设计里程基本相符, 即刻停止了掌子面开挖施工, 按设计要求进行了超前地质预报工作, 先后施作了掌子面地质素描、超前水平钻钻探、TSP探测和红外探水。

2.1 超前水平钻

根据设计要求, 在DK165+543掌子面上导施作了5个孔, 具体为拱部3个孔, 边墙2个孔, 孔径为110mm, 孔深达到27-30米左右。钻孔在施作到12米左右的时候, 即到里程DK165+531, 拱顶三个孔均出现涌水, 经估算, 合计涌水量约150m3/h, 后经过四天的观察, 随着时间的推移水量并无明显减少。同时, 在12米至16米范围时, 即DK165+531-DK165+527, 钻孔过程中出现明显卡钻, 有泥浆冒出, 推测该地段为断层。

2.2 红外探水

2012年3月23日, 运用HW-304红外探测仪对DK165+543掌子面及后方50米范围进行探测, 预报掌子面前方30米地质情况, 根据红外探测结果及已开挖揭示的围岩地质情况分析如下:

开挖揭示的围岩地质情况:围岩为流纹质晶屑凝灰岩, 弱风化, 节理裂隙较发育, 岩体较破碎, 地下水发育, 边墙股状出水。

结合红外探测原理分析判定:DK165+543~DK165+513段, 岩体较破碎, 节理裂隙发育, 地下水发育。

2.3 TSP探测

2012年03月23日, 中铁隧道勘测设计院工程勘察分院在现场监理见证下, 采用瑞士生产的TSP203仪器在165+543里程出进行了TSP探测, 探测结果如下:

在探测段DK165+543~DK165+402范围内, 掌子面已开挖揭示的围岩为为侏罗系上统灰紫色流纹质玻屑凝灰岩, 弱风化, 块状构造, 岩体整体较破碎, 属硬岩, 节理裂隙发育, 地下水较发育。

DK165+543~DK165+444岩体较破碎, 围岩稳定性一般, 节理裂隙发育, 属硬岩;DK165+444~DK165+402岩体较完整, 围岩稳定性较好, 节理裂隙较发育。

其中在DK165+520~DK165+506段滴水、渗水, 存在线状水发育或股状水;DK165+444~DK165+442、DK165+424~DK165+421段附近存在渗水、滴水现象。

后经过业主单位、设计单位、监理单位和施工单位对现场地质情况进行分析, 结合多种地质超前预报报告揭示的前方围岩地下水发育的现状, 决定采取超前帷幕注浆的方式进行堵水, 防止开挖施工引起涌水、突水等地质灾害。

3 注浆截水帷幕施工

3.1 注浆截水帷幕设计

根据水文地质及施工条件, 结合工程类比, 确定全断面超前帷幕注浆设计参数, 如表1所示。

全断面超前预注浆孔位布置如图3、图4所示。

3.2 止浆墙施工

止浆墙采用C20混凝土浇筑, 厚度为1m。为保证止浆墙的稳定, 在其周边利用2排环向间距1.5m, 排距1m, 长2m的Φ25mm砂浆锚杆与围岩相连, 同时在浇注过程时, 在周边预埋1m长的Φ42mm导管, 管口紧贴初支面, 止浆墙浇注完成后, 通过导管进行注浆对止浆墙与初支护间的裂隙进行封堵, 形成封闭体系, 防止超前注浆时跑浆, 影响注浆效果。

3.3 注浆材料

浆液配比是决定注浆效果的一个关键因素, 根据注浆时对浆液凝胶时间的要求, 施工前, 对不同浆液配比进行分组试验。注浆施工时, 配比的选择原则是根据涌水量大小和进浆情况而确定:当涌水量大, 进浆快时, 选用较浓浆和凝胶时间短的配比;反之, 当涌水量较小且进浆量较慢时, 则选用凝胶时间长一些的配比。当注浆孔涌水量小于30L/min时, 选用纯水泥浆;当注浆孔涌水量在30~200L/min范围内, 选用凝胶时间为4~6min的浆液;当注浆孔涌水大于200L/min, 选用凝胶时间为3~4min的浆液。

3.4 钻孔注浆机械、设备选取及配置

根据隧道内场地狭小, 要求所选用的钻机、注浆机等机械在洞内操作方便, 功率强大, 性能优良, 转移便捷, 体积小, 占用作业空间小。钻机应能水平钻孔30m以上, 且成孔快;注浆机应能满足4MPa以上注浆压力, 并且操作简单, 配合比易控制, 配备的主要注浆设备见表2。

3.5 注浆顺序

钻孔按先外圈后内圈的顺序进行。外圈孔先钻1、3、5…, 之后再钻2、4、6…, 之后间隔钻剩余孔, 内圈钻孔参照外圈钻孔的顺序。后序孔可检查前序孔的浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况, 调整注浆参数;另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求, 即可进行下一圈孔的钻进, 减少钻孔的工作量, 加快施工进度。

3.6 钻孔注浆施工工艺

3.6.1牢固密实, 保证不漏浆、不串浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素。其埋设方法:钻进3米后安放φ108、壁厚5mm、长度3m的孔口管。再将2.8m长一端焊上法兰盘, 外露20cm, 孔口管前端30cm及60cm处分别用φ6.5钢筋焊成倒锥形, 以增加抗拔力, 管壁与孔口接触处用麻丝填塞, 再向孔口管内注双液浆固结。为防止钻孔过程中突发涌水突泥, 孔口管安设完成前端须安设高压闸阀, 通过高压闸阀进行钻孔施工。孔口管起着导向作用, 钻孔安装时要控制好外插角度。

3.6.2注浆采用后退式分段注浆, 即将气囊式止浆塞放入注浆孔内, 通过输气设备, 使止浆塞膨胀, 和岩体形成止浆系统, 满足后退式分段注浆要求。分段长度5~10m, 第一注浆段完成后, 后退止浆塞至下一注浆段预定位置进行第二段注浆, 如此循环, 直至该孔注浆完成。

3.6.3当岩层破碎或涌水量过大, 不能一次成孔时, 采用分段前进式注浆。在该段注浆完成后, 扫孔钻进至下一段, 再注浆, 如此循环往复, 直至达到设计深度。

3.6.4注浆泵开机前旋转压力调节旋钮将油压调到要求的表刻度上, 随注浆阻力的增大, 泵压打开泄浆阀减压。

3.6.5若钻孔过程中, 遇到较大突涌水, 应立即停止钻孔, 进行注浆。

3.7 注浆结束标准

单孔结束标准:注浆压力逐步升高至设计终压;并继续注浆十分钟以上;注浆结束时的进浆量小于5L/min。

全孔结束标准:所有注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注现象;浆液有效注入范围大于设计值;注浆预测涌水量小于3m3/m.d;检查孔涌水量小于0.2L/m.min;检查孔钻取岩芯, 浆液充填饱满。

注浆结束时, 应先打开泄浆管阀门, 再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管路冲洗干净后方可停机。

3.8 异常情况处理

在注浆过程中, 不可避免地会出现诸如跑浆、窜浆、单孔受浆量特别大而压力不上升难以达到正常结束等异常情况, 即时采取措施加以处理。

3.8.1作业面跑浆是发生比较多的一种情况, 主要原因是止浆岩盘充填不密实或混凝土止浆墙灌注不密实。处理措施先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙, 并调整浆液配合比, 缩短凝胶时间, 若仍跑浆在漏浆处用普通风枪钻浅孔注浆固结。

3.8.2注浆过程中, 注浆压力突然升高, 说明裂隙被堵, 采用另一台小泵量注浆机压注单液水泥浆或压注清水待浆压恢复正常再注。

3.8.3水泥浆泵吸不上浆, 这种现象经常发生, 主要原因是进浆口被堵, 或者是泵阀门处钢球被浆液固结, 或结块堵塞。处理方法是停泵清理, 另一台泵采用间歇注清水的方法。为了减少此类情况出现, 可注一段时间浆后注1~2min的清水, 在注浆过程中清洗管路。

3.8.4当注浆量很大, 而泵压又长时间不上升, 产生这种现象的原因一般是超扩散或浆液流失。处理措施是调整浆液的浓度, 先稀后浓, 单、双液交替灌注施工, 缩短浆液的凝胶时间, 控制注浆量。

3.8.5对于水量大、水压高的出水点, 用进浆量大, 注浆压力高的单液注浆机或两台同孔注浆, 确保单孔一次到位, 尽量避免反复扫孔注浆, 减少工序转换, 缩短施工时间。

3.8.6当含泥沙量较大时, 利用超细注浆材料并加适量速凝剂的方法解决注浆数量和注浆效果不理想的问题。

3.8.7对于围岩破碎、裂隙发育、串漏浆现象严重、含水、泥夹层多的地段, 采用双孔同时注浆和调整注浆参数的方法, 必要时施作整体或局部止浆墙来避免漏浆现象发生和防止高压注浆时围岩坍塌。

3.9 注浆效果检查

3.9.1 分析法

(1) P-Q-t曲线法。施工中, 为了更为有效的对注浆过程进行适时监控, 采用灌浆自动记录系统对注浆过程中压力和流量进行控制, 准确记录单孔单段注浆量和注浆压力, 并通过自动绘制P-Q-t曲线对注浆效果进行分析评价。P-Q-t曲线表现形式如图3所示。

注浆过程中, 总体趋势均表现为注浆压力随注浆时间呈注浆上升趋势, 最终达到设计终压, 随着压力升高, 速度也呈现明显下降趋势。对于出水量较大的孔, 初始压力都在1.7MPa左右, 注浆速度一般在30L/min左右, 注浆时间一般跟出水量的大小成正比, 随着注浆的进行, 浆液逐渐对出水裂隙进行封堵, 注浆速度随即下降, 注浆压力快速上升, 经过对已充填裂隙的快速挤压密实过程后, 压力达到或超过设计注浆压力, 而停止注浆。对于个别水量较小或无水的注浆孔, 初始压力都比较小, 但注浆压力上升较快, 地层吸浆较小。随着浆液的注入和注浆压力的上升并达到设计注浆压力, 出水裂隙被浆液充填密实, 地层破碎岩体也得到有效加固, 地层取得较好的改良效果。

(2) 钻孔出水量及注浆量情况分析

注浆施工过程中, 根据钻孔过程中的涌水量及注浆过程中的注浆量绘制涌水量时间效应图及对应注浆量时间效应图。

由图6可以看出, 各孔出水量虽然表现出一定的离散性质, 但一序孔出水量明显大于二序孔, 随着钻孔注浆施工进行, 后续孔出水量明显减小, 大部分孔表现为无水, 说明经过注浆后大的出水裂隙得到有效封堵和固结, 注浆效果较为明显。

由图7可以看出, 各孔之间注浆量分布离散性较大, 二序孔注浆过程中个别孔仍表现出较大的吸浆量, 这与地层裂隙发育的不规则性有着重要的关系, 该段岩层层状裂隙及节理极其发育, 浆液沿层面裂隙扩散范围相对较大, 而在垂直岩面方向浆液扩散极其困难, 因此浆液扩散各向差异性较大。

通过单孔注浆量和对应孔出水量对比可以看出, 单孔注浆量和出水量有较为明显的对应关系, 出水量大的孔地层吸浆较大, 出水量小的孔吸浆量较小, 说明对该段地层注浆主要是以封堵地下出水裂隙为主。个别孔出水量虽然比较小, 但注浆量仍然较大, 表现出局部地层比较破碎, 地层孔隙率较大, 这与钻孔注浆施工过程中钻孔揭示地质情况一致。

3.9.2 检查孔法

(1) 检查孔观察法:按“全覆盖、有重点、无盲区”的原则, 重点对钻孔注浆施工过程中可能出现的薄弱环节进行钻孔检查, 检查孔数量按注浆孔总数的10%控制。检查孔在施钻过程中, 无卡钻、涌泥、涌砂现象, 成孔性较好, 但个别检查孔单孔出水量大于0.2L/min·m的评定标准, 不过基本都在2.0L/min·m以内, 且在后续对检查孔进行注浆封堵时, 地层吸浆量较小, 说明经过注浆加固后, 地层密实度得到很大提高。

(2) 检查孔取芯法。从取芯的情况看, 芯样大多成短柱状, 可明显看到被浆液充填的裂隙及已经被浆液固结的破碎岩体, 浆液充填饱满, 加固效果明显。

3.9.3 结论与体会

(1) 在隧道施工过程中, 对断裂富水段进行全断面超前帷幕注浆是行之有效的, 也是有必要的。

(2) 超前帷幕注浆施工质量的好坏与注浆施工工艺、注浆参数、注浆材料、机械设备等有很大关系。在注浆施工过程中, 只有不断深入研究并解决好各自间相互影响的因素, 才能提高帷幕注浆的质量。

a.注浆段长:采用前进式分段注浆时, 注浆段长度的选取一定要适当, 如注浆段过长, 一是在注浆过程中, 孔越深, 浆液到孔底时, 压力损失较大, 很难保证孔底的注浆效果;二是在钻孔过程中, 一方面对钻机性能要求增高, 另一方面还大大的增加了重复扫孔的工作量;如注浆段过段, 又涉及到工序频繁转换的问题, 不利于施工的开展。根据目前的国内机械设备及施工水平, 建议注浆段长在23~30m较为适宜。

b.注浆分段长度:采用前进式分段注浆时, 对破碎且局部裂隙较大或水量较大地段, 一定要严格控制分段长度, 以确保浆液在地层中的均匀扩散, 如分段长度过长, 则对一些细小缝隙很难达到加固效果, 但在某一区域, 这种细小缝隙达到一定量时, 在高水压的作用下, 加固圈很容易被击穿。而对于局部围岩相对完整且水量较小地段, 则应适当加大分段长度, 以减少重复扫孔的数量, 加快施工进度。

c.注浆速度:应根据不同地层的吸浆率合理调整注浆速度, 对裂隙较大地段, 注浆速度相应放大, 裂隙较小地段, 如压断层, 则注浆速度要相应放缓, 以防速度过快, 造成压力升高过快的假象。

d.钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻, 应停止钻进, 进行注浆, 扫孔后再行钻进。

e.注浆过程中, 若压力突然升高, 应停止注浆, 检查后, 再行注浆;必须建立良好的止浆体系, 并加固好后方的周边岩体, 确保注浆过程的安全。

f.注浆过程中, 注意观察止浆岩盘的变形情况, 准备好加固措施。

(3) 注浆效果评定应结合工程水文地质及现场施工情况, 采取多种方法, 综合进行分析。

结合P-Q-t曲线、钻孔出水量及注浆量情况, 检查孔芯样及孔内摄像情况综合进行分析, 认为在超前小导管预支护的情况下, 可以进行开挖, 但建议开挖过程中, 及时施做超前地质预报, 对前方地层及水的分布情况进行探测, 避免突发涌水。开挖时应遵循弱爆破、短进尺、早支护、勤量测的原则, 开挖完成后应初支要及早封闭成环, 并加强施工监测, 做好信息化施工。

参考文献

[1]张民庆, 张梅.高压富水断层“外堵内固注浆法”设计新理念与工程实际[J].中国工程科学, 2009.

隧道超前预注浆施工 篇5

关键词：砂层,隧道,注浆,预加固

0 引言

地铁暗挖施工技术是一项新发展的技术,相比较于明挖法而言,具有占地少、对交通影响小、受地面征地改移因素制约小等优点,而得到了较广泛的推广。较常用的超前注浆预加固措施主要有锚杆、超前小导管、超前大管棚等。超前小导管注浆施工由于其操作工艺简单,施工方便,地层适用性强,而得到了广泛的应用。

注浆就是在隧道开挖之前,沿其拱部开挖轮廓线,外围用钻机成孔(或其他工具),然后利用注浆泵将浆液注入到地层中。浆液凝结硬化后,在隧道拱部形成一道连续的拱墙,从而达到加固围岩、截断残余水、减小作业面坍塌的效果,为施工创造良好的作业环境。

1 工程概况

1.1 结构形式

青年大街站—怀远门站区间为标准双线双洞隧道,主体结构为马蹄形断面,复合式衬砌,采用矿山法施工。初期支护采用C25喷射混凝土+格栅钢架措施,厚度为25 cm;二次衬砌采用C30,S10模筑防水钢筋混凝土结构,厚度为35 cm。初支与二衬之间设一道1.5 mm厚的ECB柔性防水板进行全包防水处理。

1.2 工程地质

本区间地质为浑河高漫滩及古河道,围岩类别为Ⅰ类～Ⅱ类,主要为中粗砂及砾砂层,地形变化比较平缓,地面标高介于44.67 m～49.63 m之间,最大地面高差4.96 m,区间隧道顶板埋深介于17.9 m～10.4 m之间。

2 注浆管施工方法

根据设计文件要求,注浆小导管采用ϕ42 mm,t=3.5 mm的热轧钢管,布置在拱部开挖轮廓120°范围内,管壁每隔100 mm～200 mm交错钻眼,眼孔直径6 mm～8 mm,管外端剩余1 m不钻孔,小导管长度为2.5 m/根,每两榀格栅打设一排(格栅间距50 cm/榀),环向间距30 cm,外插角15°～20°左右。

原设计小导管长2.5 m/根,两榀一打,但施工过程中很容易造成拱部土体坍塌。通过现场调整,将打设频率改为逐榀打设,小导管长度改为1.8 m/根。小导管打设时沿格栅外侧内环钢筋的上部及内侧外环钢筋的下部打入,导管角度控制在15°左右。这样在下一循环开挖时小导管与开挖轮廓面的距离基本都控制在10 cm左右(属注浆加固有效范围),可以有效保证开挖面的稳定。

3 超前注浆施工工艺

超前注浆主要适用于隧道拱部处于无粘结力、自稳能力差的砂层及砾砂、卵石层中。针对注浆材料的不同,注浆液主要有水泥浆、水泥—水玻璃双液浆、改性水玻璃浆、固砂剂等。

3.1 超前小导管注浆参数

1)注浆压力:

0.4 MPa～0.6 MPa;

2)浆液扩散半径:

15 cm～25 cm;

3)注浆速度:

不大于30 L/min;

4)浆液注入量:

按公式Q=π·R2·L·n·α·β计算。其中,R为浆液扩散半径,m;L为注浆管长,m;n为地层孔隙率;α为地层填充系数,一般取0.8;β为浆液消耗系数,一般取1.1～1.2。

3.2 水泥浆

水泥浆主要适用于无水的中粗砂层及砾砂、卵石层中,水灰比为(1.2～0.8)∶1,并可掺加0.5%(占水泥比重)的食盐以及0.05%(占水泥比重)的三乙醇胺复合促凝剂,以加快凝结速度。水泥浆的主要特点是注浆工艺简单,可操作性强,成本低廉,但凝结速度较慢,具有一定的局限性。

3.3 水泥—水玻璃双液浆

简称C-S浆液,其中水泥浆采用水灰比为(1～1.5)∶1的浆液(质量比),根据胶凝时间的不同可适当掺加1%～3%的缓凝剂。水玻璃浆液由40 Be′稀释到35 Be′～38 Be′左右。根据双液泵的工作原理,将两种浆液的体积比尽量调整为1∶1左右。水泥—水玻璃双液浆的特点是凝结性能好,并能够根据现场需要合理调整凝结时间(几十秒至几十分钟),结石率高,结石体强度较高,具有凝结及填充空隙的双重作用;缺点是操作工艺较复杂,注浆设备(双液泵)较昂贵,两个注浆管的进浆量无法保证达到设计要求的比例,造成初凝时间的变化。而且水泥—水玻璃双液浆的凝结体具有时效性,其中的碱离子由于溶解而造成固结体疏松,从而导致注浆效果下降直至消失。

3.4 改性水玻璃浆

改性水玻璃浆是在弱碱性的水玻璃中加入一定量的稀硫酸使之呈弱酸性,主要工作步骤是:将水玻璃溶液由40 Be′稀释到10 Be′～20 Be′;硫酸由98%以上浓度稀释为10%～20%稀硫酸。然后将一定量的水玻璃溶液倒入稀硫酸溶液中,边倒边搅拌,使之充分混合。

改性水玻璃浆液具有价格低,可注性好,凝结时间可调等优点,缺点是硫酸危险性较大,以及由于浆液已经提前混合,剩余浆液无法较长时间放置等。

3.5 固砂剂浆液

自流平固砂剂为沈阳市某公司专门针对沈阳砂层地质注浆加固而研制的,是由无机胶凝材料为基材,以及多种辅助材料复合而成的新型注浆材料。该产品具有水中不离散、硬化速度快、早期强度高、操作时间可以调整等特点。

技术性能指标:1)自流平固砂剂净浆流动度可达到440 mm,具有良好的流动性和自密实性,可灌性能好。2)水灰比可控制在0.8∶1~4∶1之间,根据现场需要调整配合比。3)净浆的初凝时间为7 min~10 min,终凝时间为10 min~13 min,间隔不大于3 min。环境温度每下降5℃凝结时间延长1倍。4)注浆压力控制在0.6 MPa以内,使用10 m3以上空压机配合即可完成注浆。

4结语

应用注浆法克服不良地层,解决残余水及防止塌方问题,在国内外已有很多成功的经验。土体超前注浆预加固是暗挖隧道施工的关键环节,是保证安全开挖的重要步骤,此工序在砂层地质中尤为重要。因此,隧道施工时每一环在开挖前都必须进行严格注浆,并保证足够的凝结时间,确保砂层有效固结。在实际施工过程中,应不断摸索改进经验,根据地质情况的变化,选择适当的注浆方法,及时调整浆液参数,协调解决注浆加固方法在不同地质中的经济适应性,充分考虑成本、质量、安全及进度之间的关系,保证工程顺利实施。

参考文献

[1]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京:科学出版社,2005.

[2]彭泽润.北京地铁复八线土建工程施工技术[M].北京:中国科学技术出版社,2003.

[3]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.

隧道超前预注浆施工 篇6

1 案例分析

某城市轨道交通项目的一个临时竖井位于所在城市的某繁华街道辅道与主干道之间的绿化带内, 区间线路南北方向下穿该繁荣街道, 而此繁荣街道为双向八车道, 交通量大, 周边高楼林立, 管线众多。竖井中心里程为YDK17+225.0, 担负暗挖隧道施工任务为172单延米。设计中隧道断面7m, 隧道上断面<6-6>硬塑状砂质粘性土, <10-1>全风化片麻岩<10-2>强风化片麻岩;下断面<10-3>中风化片麻岩, <10-4>微风化片麻岩。其中硬塑状砂质粘性土是由下伏混合片麻岩风化残积而成, 岩石组织与结构已全部破坏, 遇水易软化、崩解, 天然含水率19.2%~34.3%;全强风化混合片麻岩岩芯泡水易软化、崩解, 含水率15.5%~31.6%, 岩体完整程度属极破碎~破碎, 可见在施工中应用传统的注浆工艺并不能保证开挖过程掌子面的稳定性, 失水控制有效性和周边环境的稳定性, 所以采用富水地层暗挖隧道深孔预注浆施工技术。

2 富水地层暗隧道深孔预注浆技术应用

案例工程在应用富水地层暗挖隧道深孔预注浆施工技术前结合设计图纸和技术规范进行了全面的施工技术准备, 在明确注浆参数、注浆孔平面布置、钻孔深度、计算钻孔角度、注浆导管加工、注浆平台搭设与验收、监测点布设及初始值测定等内容的基础上进行了深孔预注浆施工方案的编制, 并进行了全面的技术交底, 以此保证施工过程的顺利进行以及施工质量满足要求。

2.1 测量放线

此阶段施工主要以注浆孔的平面布置情况为依据, 在开挖面范围内进行。

2.2 平台搭设

结合案例工程的实际状况, 在对地基承载力、支架的刚度和强度进行反复验算并保证其性能满足设计标准的前提下, 选择规格为Φ48mm的钢管和十字扣件按照钻孔高度搭设平台, 将走道板铺设于平台顶层并用钢丝固定连接。

2.3 钻孔及管安装

首先, 掌子面标定孔位钻进角度确定的前提下, 利用配Φ120mm潜孔锤钻头的YQ100E-1型电动潜孔钻机打造深度为4.0m的开孔, 并将由δ=5mm钢管加工的长度为4m的Φ108mm孔口管安装;其次, 在孔内杂质清楚后将注浆管插入孔口管并保证其外露30至50cm, 为避免注浆过程中孔内涌水, 应有意识的设置挡水端头和排水阀门、闸阀等结构, 其在注浆时可发挥排气的作用。再次, 应利用潜孔钻机在孔口管内打造出直径为9cm的钻孔, 为控制长距离钻孔的钻杆下垂度要对钻杆的角度、开钻的顺序等进行准确的把握, 落实多给水、慢速度、轻加压操作, 当因岩层破碎发生卡钻时, 钻孔操作应停止并在有效的注浆扫孔后继续进行, 在其深度达到要求后同样要进行注浆扫孔, 在此基础上进行注浆管的安装, 使用的3根注浆管长度应严格的把控并做好记录, 使第一环和第二环的管长差距分别为2m和3m, 而后环管相差均为4m, 并用透明胶带将注浆管口和梅花形注浆孔封堵

2.4 封孔

为使孔口管安装的稳定性满足要求且在注浆过程中不会发生漏浆问题, 将长度在0.5至0.8m的麻丝成纺锤型将孔口套管缠绕并在水泥基锚固剂的作用下将其设置到预定位置, 并在利用双快水泥封堵固定注浆管后进行持续养护3天, 为注浆做准备。

2.5 试注浆

此过程由相关的施工主体按照试验参数进行, 在试验中确实确定地层注浆配比、注浆压力、注浆量、每一段注浆时间等注浆过程中需要的数据, 为注浆的有效性奠定基础, 此步骤的主要目的是确定适合工程需要的注浆参数。

2.6 注浆

注浆前需要安装注浆法兰头、检修调试注浆设备、配备注浆所需要的材料和对钻孔进行有效的清洁, 以此保证试注浆参数在实际注浆中仍然具有指导性, 这是保证注浆质量的关键环节, 应受到高度关注, 在注浆的过程中应按照先内后外、先单后双、先长后短的顺序逐步进行, 并严格的按照试注浆中获取的参数开展, 在注浆的过程中允许结合实际情况对注浆参数进行微调。

2.7 施工监测

在注浆的过程中应利用抽芯钻打造出横穿隧道的监测孔, 进行对施工地质的分析, 并通过设置与孔口的阀门对出水量进行动态跟踪, 当注浆结束后要重新进行地质探测和太水量读取, 这对注浆的效果判断具有重要的作用, 而且也可以保证后期施工的安全性。

结合案例工程的施工过程和施工质量可以发现工程中供水管累计最大沉降、拱顶沉降累计最大变化、隧道收敛累计变化最大值等均在合理的范围内, 换言之其对保证工程的安全性和稳定性以及周围建筑、构筑物的安全性等都发挥了预期的效果, 富水地层暗挖隧道深孔预注浆施工技术相比传统注浆技术效果明显。

3 结束语

通过上述分析可以发现, 富水地层暗挖隧道深孔预注浆施工技术的合理应用对缩减富水地层的渗水量, 提升隧道开挖的安全性、施工效率, 缩减施工成本和工期等方面均具有积极的作用, 可有效的提升施工企业的经济、社会效益, 所以应结合实际情况合理的推广应用。

参考文献

[1]翁敦理, 陈明辉.深孔注浆技术在地铁暗挖隧道施工中的应用[J].现代隧道技术, 2012, (2) :137-141.

[2]刘建伟.大断面富水地层暗挖隧道的施工技术[J].铁道建筑, 2013, (6) :49-50.

魏家山隧道周边深孔预注浆施工技术 篇7

关键词：隧道,涌突水,深孔预注浆,超前地质预报

1 概述

在山岭隧道修建过程中经常遇到涌水等地质灾害, 往往给施工过程中及隧道修建后带来较大影响, 因此, 对隧道涌水进行治理是一项重要的任务, 尤其是在施工阶段, 采取必要的治理措施既可以防止突水事故的发生, 又为以后的运营安全提供保障, 同时还可以保护自然生态环境[1]。同时在涌水处理过程中选择合理、经济有效的处理方法, 有着重大的技术价值及经济和社会意义。

2 工程概况

魏家山隧道设计为上下行分离式特长隧道, 隧道左线3107m, 右线3075m。隧道埋深一般约100~200m, 最大埋深215m, 岩层产状平缓, 节理陡峭, 由粉砂质泥岩、细砂岩、泥质粉砂岩构成, 围岩大多为IV级, 少量为III级。围岩节理较发育, 不同岩性层间结合较差, 含孔隙、裂隙水。

隧道轴线K100+400至出口段西侧160m~300m处为谭家河水库, 水库距离隧道水平距离205m, 高差35.7m, 且该段位于铁山背斜核部附近, 地表裂隙相对发育, 水库地表水可能转化为地下水下渗入隧道, 对隧道影响较大的段落为K100+200~+600段。

隧道最大涌水量为10876m3/d, 一般涌水量为5437m3/d。

3 施工及涌水情况

(1) 施工方法

该段属于Ⅲ级围岩, 以细砂岩为主, 整体性较好, 采用全断面开挖法, 每循环进尺3.5m。

(2) 涌水情况

当掘进至K100+636处开挖工在钻孔时出现涌水, 涌水从炮孔位置涌出, 呈喷射状、股状及线状, 主要涌水有5个炮孔, 其余炮孔以线状水从掌子面渗流而下。经实测单个孔最大水量2.58L/s, 次日监测最大涌水量29.3m3/h, 涌水量均衡无衰减。

说明:本监测表只统计前一周涌水量情况, 后续一段时间均衡无减。

(3) 超前地质预报[2]

在掌子面拱顶和“牛角”位置钻了三个超前孔探测, 发现掌子面前方3.2~7米含有黄色泥砂岩夹层, 钻进速度较快为3~5min/m (正常细砂岩段25min/m) 。

中铁西南科学研究院分别先后采用了HSP声波反射法和地质雷达法对K100+636掌子面前方进行超前探测预报。

测试掌子面岩性主要为浅灰色中厚层状细砂岩, 夹紫红色薄层泥岩, 岩层产状为:320∠4°, 岩体较破碎至较完整, 呈块状结构, 属微风化岩, 层间结合一般, 节理不发育, 主要发育一组节理, 节理产状为:145∠45°, 节理间距0.5~1.0m, 延伸长度2.0~3.0m, 节理面形态平直、面光滑, 无充填。

(4) 水质分析

经西南交通大学专家、科研人员对隧道涌水和谭家河水库的水进行取样比对分析, 两者几乎相似。

4 处理方案研究

(1) 涌水原因分析

魏家山隧道地质特殊, 位于铁山背斜核部, 有节理裂隙, 已开挖的423m均干燥无水, 掌子面突然出现大量涌水, 很异常;并且涌水恒定无衰减迹象;地表观察无其他集水源, 旁边的谭家河水库成为唯一能持续提供的水源。钻探情况表明掌子面前方地质软弱;山顶观测掌子面已接近凹槽冲沟段, 也符合地质变差的地形条件, 综上几方面的情况:持续涌水的出现说明前方地层中有相对富水地带, 有水的补给源, 直接水源是基岩裂隙水, 间接水源是谭家河水库水源。水库与隧道的关系为水平距离205米, 垂直距离35.7米, 水力坡度很大, 达到17%并且隧道埋深相对较浅, 渗透系数相对较大。隧道出口段K101+059~K100+640纵向坡为+0.3%, K100+640~+080纵向坡为-2.7%, 涌水掌子面桩号K100+636正处于纵断面变坡点位置。

(2) 处理方案选定

考虑到谭家河水库为蒲家镇饮水源, 为保证附近村庄水系不受影响, 保障蒲家镇生产生活用水, 经综合研究决定采用预注浆 (水泥-水玻璃双液浆) , 在隧道开挖轮廓周围形成5米左右的注浆圈, 封闭水源。同时也做好排水设施, 疏通中央排水沟, 配备抽水量大于100m3/h的潜水泵。

5 注浆设计[3]

根据“以堵为主, 以排为辅, 堵排结合、综合治理”的原则, 对魏家山隧道右线掌子面K100+636涌水进行周边深孔预注浆设计, 设计注浆段为K100+636~K100+606, 长30m, 加固范围为开挖轮廓线外5m, 分三环 (四圈) 实施, 第一环长11m, 第二环长20m, 第三环长30m。

注浆孔布置由工作面开挖方向呈伞形辐射状, 钻孔布置成四圈, 共89个孔, 内外圈按梅花形排列, 并采用长短孔相结合, 保证注浆充分、不留死角。浆液扩散半径2m, 孔底间距不大于3m, 孔径φ110mm。

注浆材料为水泥-水玻璃双液浆, C:S=1:0.5 (体积比) , 水泥浆水灰比1:1, 水泥采用42.5普通硅酸盐水泥, 水玻璃模数2.8, 水玻璃浓度35Be’。

双液注浆堵水的机理是在发生涌水的位置附近注入快凝早强的双液浆, 双液浆在随地下水流动的同时快速凝结, 凝结的浆体不断堆积并达到一定强度, 堵塞涌水通道, 达到堵水效果。

6 注浆施工方法及工艺

6.1 注浆施工工艺流程见下图所示:

6.2 施工方法

6.2.1 施工止浆墙

首先在掌子面设置1m厚C25混凝土止浆墙, 止浆墙前端勘入围岩不小于30cm。在墙体内按照设计孔位布置图预埋φ127mm、L=3m无缝钢管作为孔口管, 孔口管外露0.2~0.3m。止浆墙采用泵车分四次浇筑完成, 每次浇筑高度约2m。

6.2.2 钻孔清孔

(1) 布孔

根据设计要求, 对准孔位, 根据不同入射角度钻进, 保证孔位偏差不大于2cm, 入射角度偏差不大于1°。为保证止水效果, 在涌水量较大、围岩较破碎的拱顶加密布孔, 在拱底适当扩大布孔间距。

(2) 钻孔

a潜孔钻机置于台车上, 定好角度, 加固牢实, 确保施工精度。

b开钻前期采用低速钻进, 待钻机正常钻进时 (一般进尺0.5m左右) , 将钻机速度调至正常运行速度。钻孔过程密切观察钻进速度、涌水、岩层等情况, 及时作好记录。

c开孔孔径及深度:孔径φ110mm, 孔深根据Ⅰ~Ⅳ圈设计深度施钻。

d钻至设计深度后, 用高压风清洗孔洞残碴, 确保注浆通道顺畅。

根据现场实际情况, 在拱顶加密布孔, 在拱底适当扩大布孔间距, 其它设计参数均不变。

6.2.3 注浆

(1) 注浆段总长30m, 分三环 (四圈) 实施, 第一环 (Ⅰ圈) 长11m, 第二环 (Ⅱ圈) 长20m, 第三环 (Ⅲ、Ⅳ圈) 30m。注浆至开挖轮廓线外5m, 浆液扩散半径为2m。

(2) 注浆材料为水泥-水玻璃双液浆, 根据设计及试验室试验确定配合比:C:S=1:0.5 (体积比) , 水泥浆水灰比1:1, 水泥采用42.5普通硅酸盐水泥, 水玻璃模数2.8, 水玻璃浓度35Be’。

(3) 注浆顺序:按先外圈后内圈, 同一圈先上部孔后下部孔、间隔跳孔, 逐渐加密, 先注无水区, 后注有水区。

(4) 注浆压力:静水压力1.5~2MPa, 采用纯压式灌浆, 压力表安装在孔口进浆管路上, 压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的20%, 压力读数读压力表指针摆动的中值。

(5) 注浆结束标准:第一序孔按注浆量达到或接近预估注浆量可结束注浆;第二序孔按注浆压力达到设计压力, 注浆量逐渐减少至小于1L/min.m并维持10min以上, 可结束本孔注浆。

6.3 注浆效果检查

根据注浆情况, 选择拱顶涌水量较大且比较薄弱环节的注浆部位布设检查孔, 检查孔垂直于开挖面布设, 检查孔长15m, 对注浆段取芯检查注浆效果。一共施作3个检查孔, 所取岩芯中有浆液结实体的碎块存在, 说明浆液已完全固结, 且具有一定强度。检查孔在钻进过程中有少量渗水, 放置24h后渗水量没有明显增加, 这表明检查孔部位已被浆液基本完全固结, 达到止水的目的。

开挖过程中采用微弱爆破全断面开挖方式, 经监测组对隧道围岩变形监测显示几乎无沉降收敛, 开挖过程中围岩稳定。从K100+636~K100+616开挖断面揭示掌子面均干燥无水, 只有拱腰墙壁有局部少量渗水, 说明本次预注浆止水效果是比较明显的, 保证了安全掘进也达到止水的目的。

6.4 注意事项

(1) 注浆压力突然升高, 应停止水玻璃浆液, 只注水泥浆, 待泵压恢复正常后再进行双液注浆。

(2) 进浆量很大, 压力长时间不升高, 则应调浓浆液或调整配合比, 缩短浆液胶凝时间, 进行小泵量、低压力注浆, 使浆液在岩层裂隙中有相对停留的时间, 以便胶凝, 也可采用间歇式注浆, 但停注时间不能超过浆液的胶凝时间。

(3) 注浆过程中压力突然下降, 增大流量仍不回升, 则缩短胶凝时间, 加大浆液浓度或用间歇式注浆。

(4) 当止浆墙或孔口等处发生跑浆现象时, 应缩短胶凝时间, 进行小泵量、低压力注浆或采用间歇式注浆, 或进行外部堵塞。

(5) 如发生串浆现象, 应关闭串浆孔的孔口阀门, 继续注浆。

(6) 钻孔过程中未涌水的, 就一钻到底, 全孔一次压入式注浆;在钻孔过程中, 如发现有水, 即停止钻孔, 采取注一段钻一段的前进式注浆, 直至达到设计段长位置。

(7) 若一个注浆段完成后需要继续注浆, 则留5m不开挖作为下一注浆段的止浆盘。

(8) 注浆结束7d后采用5点法压水试验或钻孔取芯试验进行注浆检查, 若灌浆质量不合格, 则加密钻孔补注浆。

7 结语

本次注浆的30m一共消耗水泥-水玻璃双液浆402.2m3, 与设计方量基本吻合。从正式开始施工止浆墙到注浆结束, 整个施工过程耗时27天。在钻孔时采用的是潜孔钻干钻, 导致洞内灰尘很多, 应该加强通风洒水降尘, 保证洞内施工环境。

通过运用超前预注浆技术, 不仅顺利通过高压富水破碎带, 取得了较好的堵水效果, 保护了自然生态环境, 而且降低了工程造价, 加快了施工进度, 为确保工程的顺利完成创造了条件, 同时也提高了隧道的长期稳定性及营运安全性。

鉴于魏家山隧道紧邻谭家河水库特殊的水文地质条件, 对隧洞前方潜在的富水带、突水点进行有效的超前地质预报对指导隧道施工, 及时采取措施、预防涌突水事件意义重大。采用宏观预报 (工程地质法) 、长距离预报 (TSP、HSP法及陆地声纳法等) 、短距离预报 (超前钻孔、表面雷达、孔内雷达及经验法等) 相互结合, 相互印证。

隧道涌突水的治理是一项复杂的系统工程, 应根据涌突水情况以及周围的地理、水文地质环境和施工工期要求, 综合分析, 合理选择治理方案, 坚持“预报为先、择机封堵、堵排结合、综合治理”的原则, 保证安全、质量、效率“三驾马车”齐头并进。

参考文献

[1]弓俊伟, 付黎龙, 张灵波.大瑶山1号隧道涌水段注浆施工方案研究[J].2009, 02 (4) :1004-2954.

[2]吴德胜, 刘继滨等.魏家山隧道 (出口) 右洞掌子面前方地质预报报告09, 2010.

隧道超前预注浆施工 篇8

根据地质勘察报告, 某隧道工程存在不良地质地段, 该段地质情况为:围岩为强风化石英岩, 岩体破碎, 节理裂隙发育, 有泥质充填, 呈碎块状结构—散体状结构, 有渗水, 易坍塌, 经反复综合论证, 确定采用水平旋喷超前预支护后再以CRD法开挖施工。

2 水平旋喷预支护加固机理

水平旋支护是以高压泵为动力源, 通过水平钻机钻杆、喷嘴把配制好的浆液高压喷射到土体内, 喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体射穿, 并在喷嘴作缓慢旋转和进退的同时切割土体, 强制土颗粒与浆液搅拌混合, 待浆液凝固后形成水平圆柱状水泥土固结体。当旋喷柱体环向相互咬合后, 便在隧道开挖轮廓线外形成拱形预支护棚, 起到了防流沙、抗滑移防渗透的作用, 保证了隧道掘进的安全。水平旋喷预支护具有以下特点。

2.1 可控性好

水平旋喷的浆液局限在土体破坏的范围内, 浆液的注入部位和范围是可以控制的, 可通过调节注入参数 (切削土体压力, 固化材料的注入速度, 配比, 注入量等) 获得满足设计要求的固结体。

2.2 对周围土体扰动小

喷射流在能量衰减前使其射流交汇, 在碰撞点切削能量相互抵消, 碰撞点以外的地方射流已无能力切削土体, 加固体均匀程度好, 对周围土体扰动小。

2.3 成本较低、效率较高

由于限定注入范围, 相对注入量大幅减少, 成本较帷幕注浆低;同时钻进、搅拌、注浆工艺连续, 施工效率高。

2.4 效果好

同时具有提高复合土体强度、防渗、抗滑、预支撑等多种性能, 发挥作用快且成效显著。

3 水平旋喷预支护加固方案

根据该工程的实际情况, 确定旋喷加固体的直径为500mm, 孔深XXm, 环向间距在开孔处为0.35m, 终孔处0.4m, 外插角3°~5°, 相邻旋喷加固体咬合厚度大于10cm;同时, 为确保施工安全, 旋喷预支护施工完成, 待水泥固结体达到50%的强度再进行隧道开挖。

4 水平旋喷预支护施工

4.1 施工参数

钻杆每节3m长、外径50mm, 旋喷钻头外径90mm;钻杆钻进速度0.25~1.35m/min;钻杆 (轴) 转速70~120r/min;水泥浆配合比m C:m W=1:0.8;旋喷压力20~25MPa。

4.2 施工工艺流程

(1) 封闭掌子面。水平旋喷施工前先喷射20cm厚混凝土封闭掌子面, 防止掌子面坍塌和涌砂、流泥。

(2) 测放桩位。在掌子面上将孔位准确地测放出来, 并标示清楚, 便于钻机就位, 减小定位误差

(3) 安装工作平台。工作平台具备升降功能, 其上还安装轨道, 便于钻机升降平移。

(4) 钻机就位。钻机安放稳固, 对正孔位并调整好钻杆角度。

(5) 浆液制备。浆液用高速搅拌机搅制, 拌制浆液必须连续均匀, 搅拌时间不小于3分钟, 随伴随用, 一次搅拌使用时间控制在2h以内, 且必须在初凝前用完;在制浆过程中随时测量浆液比重, 每孔施工结束后统计该孔的材料用量。

(6) 钻进、送浆、搅拌。边钻进、边压送水泥浆、边搅拌控制好钻进速度、浆液压力和送浆量;开孔之初应观察孔口的水泥土浆体是否已得到充分搅拌以此来调整钻进速度;开孔时慢进, 待钻至lm左右深度时再按设计钻速施工。

(7) 退钻、送浆、重复搅拌。一边向外退钻, 一边送浆, 一边再重复搅拌, 使水泥和土颗粒混合均匀;当浆液从喷嘴喷出并达到设计压力后开始旋喷, 前端原地旋喷时间不少于30s。

(8) 封口成桩。当旋喷至孔口时停止, 立即推出钻杆, 用棉纱堵塞孔口。

(9) 按先周边后工作面的顺序进行钻孔和旋喷施工, 孔位从下到上, 左右交替进行, 采用隔孔施工, 跳跃式成桩。钻机移到下孔位开钻前, 核查相邻桩的成桩时间, 后施工的桩必须在相邻桩成桩时间超过初凝时间后且达到一定强度时才能开钻, 确保相邻桩相互咬合

5 工法要点

5.1 精度控制

施工时应注意水平旋喷桩体的空间分布, 水平方向上应注意钻进过程保持钻杆给进一致, 以免造成窜桩无法钻进或旋喷等现象。

5.2 旋喷的整体稳定性控制

通过保证旋喷预支护成桩施工过程中浆液质量、水泥用最、压浆过程中的连续性、喷浆进退速度和复喷次数, 确保旋喷桩的桩体强度和承载力;同时, 通过隔孔施工、跳跃式成桩, 控制相邻桩施工时机、咬合质量等措施, 提高水平旋喷桩的整体稳定性。

5.3 控制孔口溢流

孔口溢流是水平旋喷桩施工的关键部分, 与竖直旋喷不同, 水平旋喷施工时往往具有一定的上倾角度, 若不控制好孔口的返浆溢流则会造成无法成桩或成桩失败等现象。孔口的返浆溢流不应过大, 溢流过大, 孔内浆液无法充分填充旋喷所产生的孔洞部分, 造成桩体有空洞的现象, 桩体达不到强度要求;溢流过小, 则又会使得孔内压力过大, 造成周边土体变形等不良现象。因此, 施工时须结合现场实际情况选用合理的止浆措施。

5.4 加强监测

采用信息化施工, 成立专门的监测小组, 及时测量各项数据, 分析并指导施工, 确保施工方法的科学可靠及施工过程中的安全, 对施工中的断桩、漏桩、施工中引起的沉降、变形等随时监测, 发现问题及时补救。

6 旋喷加固效果

采用水平旋喷预支护加固后, 固结体周围土体得到了挤压和加固, 土体孔隙比减小, 抗渗能力得到提高;经现场测试, 桩间咬合率达85%, 固结体的强度接近C10素混凝土, 固结体弹性模量提高700多倍, 形成了较好的拱壳支护, 保证了掘进安全。

参考文献

[1]建筑桩基技木规范.JGJ94-94.