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【摘要】帷幕注浆处理隧道内涌水施工技术,对处理隧道穿越围岩节理发育,高压富水区,避免突发性涌水、突泥发生具有明显效果。
【关键词】帷幕注浆;隧道
0.概况
宜万铁路别岩槽隧道全长3721m,位于重庆市万州区,岩溶特别发育,施工可能会遇到溶洞、暗河、突水、突泥等。隧道主要以砂岩、泥岩、碳质页岩为主,其中DK403+980-DK404+190段为低阻体和F1断层,由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成,两侧分支断层、节理等次级构造发育,造成岩体破碎,围岩设计为Ⅵ级,破碎带长120m,为导水断层,最大涌水量154627m3/d,同时可能遭遇暗河和大型岩溶洞穴,一旦暗河水大量涌入隧道,不但引发严重地质灾害,还会引发重大环境地质问题。
在施工至DK403+980处进入EH-4低阻体离F1断层210m时,掌子面裂隙水突然增大,平均水量1000m3/h,独孔喷距6m,压力2.0MPa,制定了“加固堵水,稳定地层”的总体施工方案,采用了5m预加固帷幕注浆堵水方案。
1.帷幕注浆施工方案
1.1地质超前预报及探水
隧道开挖前,在DK403+980处采取TSP-203进行长距离预测,每次预测有效长度100m;并辅之以地质雷达和HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况,每次探测长度15~20m;并全过程采取MKD-5水平超前钻机通过钻孔钻探验证,每次钻探长度30~50m。若总涌水量大于170m3/min时,需进行全断面帷幕注浆堵水;若总涌水量小于170m3/min时,但个别探水孔出水量大于30m3/min时,则需对这些孔进行局部注浆处理。
1.2止浆墙施作
为防止未注浆段地下水涌向掌子面及下一段注浆时跑浆,一般情况下,若掌子面岩层较完整,可利用岩层作为止浆岩盘;若掌子面岩层破碎或地下水压力较大,则还需灌注砼墙作为止浆墙。止浆墙采用C20砼平底型,3m帷幕注浆厚1.0m,高10.62m;5m帷幕注浆厚1.5m,高11.25m。
3m帷幕注浆每循环布设5环共55个注浆孔,分2个循环进行钻孔、注浆,第一循环终孔位置距掌子面水平距离13m,第二循环27m,终孔位置在开挖轮廓线外3m处且保持3m终孔距离。
5m帷幕注浆每循环布设6环共93个注浆孔,分3个循环进行钻孔、注浆,第一循环终孔位置距掌子面水平距离10m,第二循环18m,第三循环30m,终孔位置在开挖轮廓线外5m处且保持3m终孔距离;注浆完成后,还需钻检查孔检查注浆质量,检查孔布置在出水多的部位或布置在开挖断面中心处。
1.3注浆方式及分段长度的确定
注浆方式采用分段后退式注浆,适用于裂隙不甚发育的岩层。
1.4注浆设计参数
1.4.1注浆范围:DK403+980~DK404+190段注浆范围为衬砌层以外5m;即各注浆钻孔的孔底位置应分别控制在开挖轮廓线外约3m、5m。
1.4.2注浆压力:为预注浆段洞身静水压力的2~3倍。
1.4.3注浆量估算:按理想状态考虑单孔浆液注入量,浆液在地层中均匀扩散时的计算式为:
Q=πR2Lnα(1+β)
式中:Q为总注浆量;R为浆液扩散半径,取2.0m;L为注浆孔长;n为地层裂隙率,取10%;α为浆液充填率,取90%;β为浆液损失系数,取10~20%。
1.4.4注浆材料及配合比:注浆材料主要为水泥单液浆和TGRM浆液。水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥,速凝剂用量为水泥重量的3%;水灰比为1:(0.6~1.0)。
1.4.5浆液扩散半径及孔底间距:浆液有效扩散半径2.0m;孔底间距≤3.0m。
1.5注浆工艺及要求
1.5.1钻机就位
测量班在掌子面标出钻孔位置和孔号,利用自制升降式作业平台把钻机移位至掌子面,利用钻机首尾坐标差值来控制竖直角及水平角。
1.5.2施工前,先进行钻孔注浆试验,初步掌握浆液充填率、注浆量、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
1.5.3设置止浆岩盘或止浆墙:当掌子面围岩较为完整且出水点较远时,可在掌子面直接埋设孔口管,加固一个止浆岩盘;当掌子面围岩破碎且出水点较近时,采用砼止浆墙以确保注浆效果,砼止浆墙必须捣固密实,与掌子面围岩密贴,凿槽镶嵌在周围岩体内,确保砼止浆墙与周围岩体紧密相连。
1.5.4埋设孔口管:对于止浆岩盘采用压浆法,先用Φ110钻头钻深3m后放入管长3m的Φ108无缝钢管,管壁与孔口接触处敷设10mm排气孔,并采用早强锚固剂或麻丝堵塞,Φ108无缝钢管外露0.2~0.3m,连接注浆管路后压入浆液进行加固。对于砼止浆墙采用预埋法,先按设计的孔位和方向钻孔深0.6~0.8m,将孔口管插入,然后便立模边灌注砼止浆墙。孔口管应埋设牢固,并有良好的止浆措施。
1.5.5正式注浆前,用1.2倍的注浆设计终压进行压水试验,其目的:检察管路是否连接正常;检查管路系统是否耐压,有无漏水现象;测定岩层吸水量,以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量;测定注浆压力损失情况,确定终压;将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外。
1.5.6制浆:在搅拌机开动后加入定量的清水,水量可用搅拌机的容积加以控制,然后加入水泥连续搅拌3min即可经过滤桶过滤进入吸浆桶内,进行二次搅拌供注浆使用。配料必须计量准确,水泥等固体材料采用重量称量法,水、TRGM或HSC特种浆液等液体材料采用体积称量法。搅拌时严格按顺序加料。
1.5.7钻孔与注浆顺序:钻孔开孔直径为110mm,终孔直径为91mm。先钻外圈孔后钻内圈孔,同一圈孔先钻下部孔,后钻上部孔,间隔交替钻孔施工,后续孔检查前续孔的注浆效果;遇岩层破碎造成坍孔或钻孔涌水量过大时,采取前进式注浆,即注浆后再扫孔继续钻进,扫孔时钻机要给压均匀,轻压快转,防止偏离原孔位方向,否则采取后退式注浆。注浆顺序为先注无水孔,后注有水孔,钻一孔注一孔。
1.5.8注浆量的控制:注浆量由泵的排量来控制。为防止注浆泵升压太快,影响注浆效果,注浆前要测定钻孔的出水量,以确定注浆泵的注入速度,出水量≥2m3/h时,注入速度控制在80L/min,选择ZJB/BP-30型注浆机单孔注浆,出水量<2m3/h时,注入速度控制在50L/min,选择ZJB/BP-30型注浆机同时进行双孔注浆。根据注浆过程中的压力变化,随时调整泵量。单孔实际注浆量应略大于理论计算量,且达到设计终压值,用双重指标进行控制注浆量。
1.5.9浆液配合比的控制:原则是“先稀后浓,逐级变换”。当单孔出水量<2m3/h时,采用单液注浆;当单孔出水量≥2m3/h时,采用先注水泥浆后注TGRM或HSC特种浆液。
1.5.10注浆结束标准:在注浆过程中,注浆压力逐步升高,当达到设计终压值时,再继续注浆10min或以上即可结束本孔注浆。也可在单孔注浆量与设计注浆量大致相同,注浆结束时进浆量一般在20L/min以下结束本孔注浆。
2.注浆效果检查评定
在每循环注浆段设3个检查孔,以检查注浆效果。注浆效果评定标准:
2.1一般地段检查孔出水量小于0.4L/min。
2.2压水检查,在1.0Mpa压力下,进水量小于2L/min。
2.3测试检查孔水压,应小于0.75Mpa。
2.4由检查孔采取岩芯,观察注浆充填情况。如不能达到上述要求,则要根据情况进行补孔注浆,直到满足为止。
3.实际效果
帷幕注浆成功封堵高压水。开挖后,其浆液大部分均匀分布在裂隙中,同时对围岩也起到很好的加固作用,为别岩槽隧道的掘进起到了关键作用。但由于在裂隙发育不完善岩层中注浆难度极大,注浆时浆液难以均匀渗透到泥岩中,形成完整、连续、致密的注浆固接体,在局部会存在一定的薄弱环节。■
【关键词】帷幕注浆;隧道
0.概况
宜万铁路别岩槽隧道全长3721m,位于重庆市万州区,岩溶特别发育,施工可能会遇到溶洞、暗河、突水、突泥等。隧道主要以砂岩、泥岩、碳质页岩为主,其中DK403+980-DK404+190段为低阻体和F1断层,由可溶的灰岩、白云质灰岩钙质胶结而成,两侧分支断层、节理等次级构造发育,造成岩体破碎,围岩设计为Ⅵ级,破碎带长120m,为导水断层,最大涌水量154627m3/d,同时可能遭遇暗河和大型岩溶洞穴,一旦暗河水大量涌入隧道,不但引发严重地质灾害,还会引发重大环境地质问题。
在施工至DK403+980处进入EH-4低阻体离F1断层210m时,掌子面裂隙水突然增大,平均水量1000m3/h,独孔喷距6m,压力2.0MPa,制定了“加固堵水,稳定地层”的总体施工方案,采用了5m预加固帷幕注浆堵水方案。
1.帷幕注浆施工方案
1.1地质超前预报及探水
隧道开挖前,在DK403+980处采取TSP-203进行长距离预测,每次预测有效长度100m;并辅之以地质雷达和HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况,每次探测长度15~20m;并全过程采取MKD-5水平超前钻机通过钻孔钻探验证,每次钻探长度30~50m。若总涌水量大于170m3/min时,需进行全断面帷幕注浆堵水;若总涌水量小于170m3/min时,但个别探水孔出水量大于30m3/min时,则需对这些孔进行局部注浆处理。
1.2止浆墙施作
为防止未注浆段地下水涌向掌子面及下一段注浆时跑浆,一般情况下,若掌子面岩层较完整,可利用岩层作为止浆岩盘;若掌子面岩层破碎或地下水压力较大,则还需灌注砼墙作为止浆墙。止浆墙采用C20砼平底型,3m帷幕注浆厚1.0m,高10.62m;5m帷幕注浆厚1.5m,高11.25m。
3m帷幕注浆每循环布设5环共55个注浆孔,分2个循环进行钻孔、注浆,第一循环终孔位置距掌子面水平距离13m,第二循环27m,终孔位置在开挖轮廓线外3m处且保持3m终孔距离。
5m帷幕注浆每循环布设6环共93个注浆孔,分3个循环进行钻孔、注浆,第一循环终孔位置距掌子面水平距离10m,第二循环18m,第三循环30m,终孔位置在开挖轮廓线外5m处且保持3m终孔距离;注浆完成后,还需钻检查孔检查注浆质量,检查孔布置在出水多的部位或布置在开挖断面中心处。
1.3注浆方式及分段长度的确定
注浆方式采用分段后退式注浆,适用于裂隙不甚发育的岩层。
1.4注浆设计参数
1.4.1注浆范围:DK403+980~DK404+190段注浆范围为衬砌层以外5m;即各注浆钻孔的孔底位置应分别控制在开挖轮廓线外约3m、5m。
1.4.2注浆压力:为预注浆段洞身静水压力的2~3倍。
1.4.3注浆量估算:按理想状态考虑单孔浆液注入量,浆液在地层中均匀扩散时的计算式为:
Q=πR2Lnα(1+β)
式中:Q为总注浆量;R为浆液扩散半径,取2.0m;L为注浆孔长;n为地层裂隙率,取10%;α为浆液充填率,取90%;β为浆液损失系数,取10~20%。
1.4.4注浆材料及配合比:注浆材料主要为水泥单液浆和TGRM浆液。水泥采用P.O32.5普通硅酸盐水泥,速凝剂用量为水泥重量的3%;水灰比为1:(0.6~1.0)。
1.4.5浆液扩散半径及孔底间距:浆液有效扩散半径2.0m;孔底间距≤3.0m。
1.5注浆工艺及要求
1.5.1钻机就位
测量班在掌子面标出钻孔位置和孔号,利用自制升降式作业平台把钻机移位至掌子面,利用钻机首尾坐标差值来控制竖直角及水平角。
1.5.2施工前,先进行钻孔注浆试验,初步掌握浆液充填率、注浆量、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
1.5.3设置止浆岩盘或止浆墙:当掌子面围岩较为完整且出水点较远时,可在掌子面直接埋设孔口管,加固一个止浆岩盘;当掌子面围岩破碎且出水点较近时,采用砼止浆墙以确保注浆效果,砼止浆墙必须捣固密实,与掌子面围岩密贴,凿槽镶嵌在周围岩体内,确保砼止浆墙与周围岩体紧密相连。
1.5.4埋设孔口管:对于止浆岩盘采用压浆法,先用Φ110钻头钻深3m后放入管长3m的Φ108无缝钢管,管壁与孔口接触处敷设10mm排气孔,并采用早强锚固剂或麻丝堵塞,Φ108无缝钢管外露0.2~0.3m,连接注浆管路后压入浆液进行加固。对于砼止浆墙采用预埋法,先按设计的孔位和方向钻孔深0.6~0.8m,将孔口管插入,然后便立模边灌注砼止浆墙。孔口管应埋设牢固,并有良好的止浆措施。
1.5.5正式注浆前,用1.2倍的注浆设计终压进行压水试验,其目的:检察管路是否连接正常;检查管路系统是否耐压,有无漏水现象;测定岩层吸水量,以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量;测定注浆压力损失情况,确定终压;将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外。
1.5.6制浆:在搅拌机开动后加入定量的清水,水量可用搅拌机的容积加以控制,然后加入水泥连续搅拌3min即可经过滤桶过滤进入吸浆桶内,进行二次搅拌供注浆使用。配料必须计量准确,水泥等固体材料采用重量称量法,水、TRGM或HSC特种浆液等液体材料采用体积称量法。搅拌时严格按顺序加料。
1.5.7钻孔与注浆顺序:钻孔开孔直径为110mm,终孔直径为91mm。先钻外圈孔后钻内圈孔,同一圈孔先钻下部孔,后钻上部孔,间隔交替钻孔施工,后续孔检查前续孔的注浆效果;遇岩层破碎造成坍孔或钻孔涌水量过大时,采取前进式注浆,即注浆后再扫孔继续钻进,扫孔时钻机要给压均匀,轻压快转,防止偏离原孔位方向,否则采取后退式注浆。注浆顺序为先注无水孔,后注有水孔,钻一孔注一孔。
1.5.8注浆量的控制:注浆量由泵的排量来控制。为防止注浆泵升压太快,影响注浆效果,注浆前要测定钻孔的出水量,以确定注浆泵的注入速度,出水量≥2m3/h时,注入速度控制在80L/min,选择ZJB/BP-30型注浆机单孔注浆,出水量<2m3/h时,注入速度控制在50L/min,选择ZJB/BP-30型注浆机同时进行双孔注浆。根据注浆过程中的压力变化,随时调整泵量。单孔实际注浆量应略大于理论计算量,且达到设计终压值,用双重指标进行控制注浆量。
1.5.9浆液配合比的控制:原则是“先稀后浓,逐级变换”。当单孔出水量<2m3/h时,采用单液注浆;当单孔出水量≥2m3/h时,采用先注水泥浆后注TGRM或HSC特种浆液。
1.5.10注浆结束标准:在注浆过程中,注浆压力逐步升高,当达到设计终压值时,再继续注浆10min或以上即可结束本孔注浆。也可在单孔注浆量与设计注浆量大致相同,注浆结束时进浆量一般在20L/min以下结束本孔注浆。
2.注浆效果检查评定
在每循环注浆段设3个检查孔,以检查注浆效果。注浆效果评定标准:
2.1一般地段检查孔出水量小于0.4L/min。
2.2压水检查,在1.0Mpa压力下,进水量小于2L/min。
2.3测试检查孔水压,应小于0.75Mpa。
2.4由检查孔采取岩芯,观察注浆充填情况。如不能达到上述要求,则要根据情况进行补孔注浆,直到满足为止。
3.实际效果
帷幕注浆成功封堵高压水。开挖后,其浆液大部分均匀分布在裂隙中,同时对围岩也起到很好的加固作用,为别岩槽隧道的掘进起到了关键作用。但由于在裂隙发育不完善岩层中注浆难度极大,注浆时浆液难以均匀渗透到泥岩中,形成完整、连续、致密的注浆固接体,在局部会存在一定的薄弱环节。■