厦门市汀溪水库除险加固二期工程

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  摘要:随着社会的不断发展,工程建设中的施工与管理安全越来越引起社会公众的关注,本文就作者在此次施工过程中所遇到的隐患 及事后所采取的措施,处理方案做了详细的介绍。
  关键词:建设内容;施工方法;处理方案
  1  工程主要建设内容:
  1)、进口箱涵:水平距离52.213M,主要建设内容有土石方开挖,进水段箱涵喷射混凝土,钢筋制作,控制闸启闭房、控制闸门、砌筑等其他附属工程。
  2)、尾水隧洞:水平距离1212.664M,内容包括:洞身开挖、隧洞衬砌混凝土、初期支护喷射混凝土,隧洞钢筋等。
  3)、出口箱涵:水平距离108.611M,内容包括:土石方开挖,出口段箱涵喷射混凝土,钢筋制作、砌筑等其他附属工程。
  4)、水保和环境保护:尾水系统进口施工区、尾水系统出口施工区、弃渣场区、施工道路区及临时堆表土场区。
  尾水隧洞总长1212.664m,截止目前隧洞进口方向已开挖872m,出口方向已开挖82.864m,隧洞还剩余257.8m未开挖。当施工单位由出口方向开挖至桩号1+129.8处(82.864m处)时,出现突发性涌水及涌砂的坍塌现象,由于该部位地质具有遇水软化的特性,在承压水作用下,坡积土层呈液态涌出,涌砂量达到120立方米。由于坍塌的突发性及地质的不可预见性,各参建单位以及主管部门一致认为此处坍塌处理、变更是非常有必要的。为保证能安全顺利通过该段地下水丰富不良地质地段,施工单位编制了该处理实施方案,该处理实施方案主要包括对隧洞上方坍塌土体固结灌浆处理和洞内1+135~1+100段超前支护处理两大方面内容。
  2 坍塌后采取的措施
  (1)、施工人员及相关机械全部撤离洞内。
  (2)、洞内流砂坍塌事故发生后,施工项目部立即启动“预防坍塌事故应急预案”,成立了以项目经理为组长的应急小组。并安排人员24小时值班,随时观察现场情况。
  (3)、对隧洞出口进行了封闭,未经允许任何人不得进入隧洞。
  1. 、准确定位洞内坍塌处在山体的位置,方圆20m范围内已拉起警戒线,禁止任何人入内。

  (5)、利用洞渣进行设置两道土石围堰,以保持掌子面处的压力平衡稳定,防止流砂进一步扩展、发生较大的涌砂破坏。
  (6)、设计及地勘单位相关人员到达现场,对洞内的岩性、洞外的地形地貌进行了查看,并对洞内泥砂进行取样。
  3  坍塌处理方案
  隧洞坍塌处理的主要步骤:
  坍塌周围管井降水→隧洞内封堵→塌坑回填处理→坍塌处土体固结补强灌浆→隧洞开挖超前支护。
  3.1坍塌周围管井降水
  根据厦门地质工程勘察院出具的“厦门市汀溪水库除险加固二期工程A标段坍塌点工程物探勘查报告”及“设计尾水洞工程地质图纸”,坍塌处周围地下水丰富,施工前须先对坍塌周围富水区域进行降水后,才能进行对土体固结补强灌浆。根据坍塌处周边环境情况、工程地质条件、水文地质条件等,结合地区降水经验,采取管井降水较为经济合理,便于施工和质量控制。

3.1.1降水方案设计


  (1)、基坑总涌水量(Q)
  Q=1.366K(2H-S)S÷lg(1+R0/r0)=461.33m3/d
  H-含水层厚度,取值为9.0m。S-水位降深,取值为7.0m。
  R0――假想半径,R0=R+r0=93.91+7.83=101.74m
  影响半径R          R=2S√KH=93.91m
  等效影响半径r0      r0=0.29(a+b)=7.83m
  K----  渗透系数5
  a----场地(灌浆范围)长,取值为15m
  b----场地宽(灌浆范围),取值为12m
  1. 、单井涌水量(q)q=120πdL√K=168.50

  式中:L--有效过滤器长度,取值为2.0m。
  d---滤水井管半径,取值为0.1m。
  (3)、降水井数量计算    N=1.1Q/q =2.74(口)
  根据“物探报告”,坍塌处周围存在4个“富水区”分别为“1-1富水区,1-2富水区,2-1富水区,2-2富水区”,其中“2-1富水区”距离坍塌处较远(约20m),所以在另外3个“富水区”各布置1口降水井。另外,该区域地下水丰富,且水源补充充分,根据专家组建议,在坍塌处外围再布置4口管井进行降水,降水井的数量可根据现场情况进行增减。同时为了观测地下水位降低情况,在离外围管井约5m处布置4个水位观测井(做法同管井)。
  (4)、井深设计:
  公式Hw=H+Δh+iLh+L+T计算,井深为28米。
  式中:H――深度(固结灌浆深度),23m;Δh――降水水位到坑底的距离,1.0m;
  iLh――水力坡度与井点管到基坑中心的水平距离,1m;
  L――过滤器有效工作部分长度,2.0m;T――沉砂管长度,1.0m。
  地下水位须降至洞底高程以下1.5m后,再进行土体固结灌浆。
  3.2隧洞内封堵
  (1)、考虑到拆除的方便,在隧洞1+147处用浆砌条石挡墙进行封堵。
  (2)、砌筑挡墙涌砂侧先封堵一道砂袋挡墙,同时用砂将挡墙内部填满,以免灌浆时浆液渗漏严重。
  (3)、挡墙底部埋设5~8根Φ50mm的PVC排水管,以利于洞内涌水排出,待土体固结灌浆时再将排水管封堵。   3.3洞顶地面塌坑回填处理
  洞内封堵完成后,先对洞顶地面灌浆范围进行地表清理,后再对塌坑进行回填粘土并密实处理。回填粘土范围宽于塌坑约2m、高于地面约50cm,并用防水薄膜覆盖,并在灌浆范围四周布置截水沟。
  3.4土体固结补强灌浆
  因隧洞坍塌处已经冒顶,坍塌的土体在两道碎石围堰的封堵下已经处于应力平衡状态,暂时不会坍塌,但如果冒然进行洞内开挖施工,会致使坍塌土体失去平衡,可能会造成更大面积的坍塌和安全事故。根据施工现场的实际情况,并考虑开挖的稳固安全性,采取对坍塌处及周围(约塌坑边线外2m范围)的土体采用固结补强灌浆的施工方案,将水泥浆低压注入松动的土体,对松动土质进行固结,具体施工方案如下:
  (1)、布孔:
  在坍塌处横向约10m、纵向约10m范围内进行补强固结注浆,布孔暂时按已扰动的土体600mm*600mm、原状土1300mm*1300mm的方格型布置(共布置约165孔),具体布置需根据现场实际灌浆情况而定(布孔间距需根据现场实际情况调整,间距不一定均匀布置,工程量按实计算)。
  (2)、主要施工方法:
  1)、固结灌浆施工工艺流程为:
  定孔——钻孔——下注浆管——灌浆——封孔
  2)、定孔
  首先对灌浆孔进行孔号编排,进行定点,再由钢卷尺将具体孔位现场标出。
  3)、钻孔
  固结灌浆孔钻孔采用地质钻机,孔径采用φ110mm,孔位、孔向和孔深应满足要求。钻孔一次成孔,并用泥浆护壁。固结灌浆孔深度为隧洞底标高以下1m。
  4)、下注浆管
  钻孔完成,下φ108mm的注浆管,注浆管采用无缝钢管,注浆管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置(防止注浆出现死角),间距为150mm。
  5)、制浆
  固结灌浆采用水泥浆并掺加适量的水玻璃(体积比为1:0.5,具体比例现场试验为准),制浆的水泥用普通硅酸盐水泥,标号不低于PO.42.5。搅拌时间高速搅拌机应不少于30s,普通搅拌机应不少于3分钟,从开始备制到用完的时间宜小于4h。浆液温度应保持在5~40C,低于或超过此标准的应视为废浆。
  6)、水泥灌浆
  固结灌浆采用分段灌注(每段不宜超过6m);灌浆孔分为两序,按照分序加密的原则进行;先施工 I序孔,后施工II序孔。灌浆方式采用纯压式进行,固结灌浆压力暂定为0.3~0.5MPa,具体压力以现场灌浆试验为准。
  固结灌浆采用纯水泥浆,灌浆浆液浓度应由稀变浓、逐级变浆,水泥浆液的水灰比比级可采用3:1、2:1、1:1、0.5:1四个比级。浆液变换标准:
  ①灌浆压力保持不变而注入率持续减少,或注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。
  ②当某一级浆液注入量达到300L以上,或灌注时间已达1h,而灌浆压力和注入率无改变或改变不明显时,可加浓一级。
  ③当注入率大于30L/min时,可视情况越级变浆。
  ④若遇浆液注入量小,查看地质情况,可视具体选改用超细水泥制浆。
  每次灌浆前均要用比重计测读浆液比重,符合要求后才能开始进行灌浆。
  在灌浆过程中,若有冒浆、漏浆,应根据具体情况采用表面封堵、低压、浓浆、限流、限量、间歇等方法进行处理。
  有灌浆孔串浆时,若串浆量大且不能并灌时,应封闭被串孔,待灌浆结束后,将被串孔洗净后再补灌。
  因故中断灌浆时,应及早复灌;时间超过30min时,应将灌浆孔冲洗干净后再灌;若冲洗无效,要求扫孔复灌,复灌采用开灌水灰比,若注入率与中断前相近,可采用中断前水灰比继续灌注。
  固结灌浆结束标准:固结灌浆在达到设计压力(试验压力)下,当注入率不大于0.4L/min后,继续灌注30min可结束灌浆。
  7)、封孔
  封孔采用压力封孔法,待灌浆结束后采用0.5:1的水泥浆进行封孔,当注入率小于0.4L/min持续20min后结束封孔,并将孔口抹平。
  8)、灌浆质量检查
  固结灌浆压水检查在灌浆结束后3天进行。检查孔数为总孔数的5%。固结灌浆检查用压水试验,采用单点法,透水率q≤3Lu即为合格,压水结束后采用压力封孔法直接进行封孔,当注入率小于0.4L/min持续30min后结束封孔。
  固结灌浆质量的压水试验检查,其孔段合格率应在80%以上;不合格孔段的透水率值不超过设计规定值的50%,且不集中,灌浆质量可认为合格。
  3.5隧洞开挖超前支护:
  根据现场地质及地勘报告推断桩号1+129.8~1+100极有可能跟坍塌处的地质一样,为粉质砂土。为确保施工安全,从桩号1+135开始采取以下超前支护方案:
  (1)、进行拱顶及侧墙的超前地质勘探。
  (2)、加密超前排水管,按间距1m布置,侧墙同样要布置(原设计只有拱顶布置3根排水管)。
  (3)、钢支撑的间距采用30~50cm(原设计为50~70cm),每榀钢拱架之间增加间距1m的Φ25的链接筋,同时工字钢支撑立柱底加设一根[20槽钢(横向)并浇筑20cm厚的C20混凝土,使拱架形成一个整体结构。
  (4)、开挖需“短进尺,勤支护”。每次进尺控制在30~50cm,挂网喷锚要及时,材料与设备需准备充分。钢筋网在原设计间距200mm的φ8钢筋网的基础上增加细钢丝网片。
  (5)、采用超前小导管注浆的方案进行超前支护。小导管注浆施工方案如下:
  ① 小导管布置
  小导管采用直径为Φ42,厚3.0mm的热轧无缝钢管,长5m/根,每个断面布置两排。小导管环向间距25cm、排拒25cm、纵向间距150cm,第一排外插角为15°,第二排外插角为10°。   ②  小导管结构
  小导管前端加工成锥形,以便插打,并防止浆液前冲。小导管中间部位钻φ10mm的注浆孔,注浆孔呈梅花形布置(防止注浆出现死角),间距为150mm,尾部1m范围内不钻孔以防漏浆,末端焊直径为6mm的环形箍筋,以防打设小导管时端部开裂,影响注浆管联接。
  ③ 小导管安装方法
  在预定的位置用YT28风动凿岩机钻孔。钻孔时采用普通钻杆,钻头采用直径Φ50钎头,以满足成孔后孔径大于钢管直径3~5mm的要求。把管子插入孔内,带好丝扣保护帽,专用顶头顶入到要求的深度,使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。然后再用CS胶泥填充孔口。注浆管的外露长度为30cm。以便连接孔口阀门和管路。顶管时注意保护钢管尾部不被损坏,以便与高压注浆管连接。
  ④ 小导管注浆
  注浆采用ZYB70/80D型双浆液注浆机,注浆时必须连续进行。当出现有串孔和漏浆现象发生时,可采用间隔一段时间后再行补注的方式进行。为加快注浆速度和发挥设备效率,可采用群管注浆,每次3~5根。注浆时遵循从下到上,从无水至有水的原则进行。
  a  浆液的选择
  浆液采用水泥浆液,水灰比1:1(重量比),施工时由试验室选定,使用42.5强度的水泥。
  b 注浆量
  为了获得良好的固结效果,必须注入足够的浆液量,确保有效扩散范围。注浆范围按开挖轮廓线外0.3~0.5m设计并且浆液在地层中均匀扩散。
  浆液单孔注入量Q和围岩的孔隙率有关,根据扩散半径及岩层的裂隙进行估算,其值为:
  Q=πR2Lη(m3)
  式中:R—浆液扩散半径(m);
  L—压浆段长度(m);
  η—岩层孔隙率,砂土取40%,粘土20%,断层破碎带5%。
  c 注浆压力
  注浆压力不高于0.2Mpa,施工中根据施工现场试验确定较合理的注浆参数。
  d 止浆盘
  由于采用低压加固注浆,止浆盘为5~10cm厚喷射混凝土封闭,防止跑浆。
  ⑤ 注浆注意事项
  注浆前检查注浆泵、管路及接头牢固程度,防止浆液冲出伤人。
  注浆时密切监视压力变化,发现异常及时处理。
  注浆时注意防止串浆和跑浆,若发生串浆和跑浆要停止注浆,分析原因随时解决。做好注浆压力、注浆量、注浆时间等各项记录。
  锚杆、喷射混凝土、钢支撑等施工方法按原支护方案施工。
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