引黄隧洞涌水封堵灌浆施工技术

(整期优先)网络出版时间:2017-12-22
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引黄隧洞涌水封堵灌浆施工技术

高玉芳

中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原030032

摘要:对隧洞施工过程中岩溶涌水等问题进行针对性分析,提出采用以堵为主、堵排结合的施工方案进行处理,隧洞的地下水治理取得了较为明显的效果。并对隧洞施工过程中的有益经验进行归纳总结,针对可能遇到的不良地质条件及施工组织提出了建议。

关键词:隧洞;涌水;堵漏;灌浆;

一、工程概况

该段原设计隧洞穿过奥陶系中统下马家沟组上段、深灰色、灰黑色厚层灰岩夹泥灰岩,岩溶地下水位位于洞底以下,围岩工程地质分类为85%的Ⅲ类围岩,15%的V类围岩。实际为石灰岩地质,裂隙特别发育且裂隙间充填大量粘土,施工至161+936处,掌子面前方顶拱围岩突变为砂卵石地质,无自稳能力,掌子面突然出现股状涌水,导致拱部发生坍塌,随着出水量的增加,坍塌范围逐渐扩大。经推测可能提前进入第三系N2松散层砂卵石地质段,砂砾石孔隙水涌出,导致坍塌,随着出水量的增加,掌子面出现突泥、突水。

二、清理淤泥

1、待突水、涌砂稳定后,采用边清边堵的方式,将淤泥清理距掌子面5m处进行封闭,清理过程中,每隔5m采用沙袋封堵;

2、距离掌子面3m左右,M7.5浆砌挡墙进行封堵;

3、清理过程中加强该段围岩监控量测工作;

三、封堵加固方案

1.对掌子面附近两侧边墙进行施作φ25锚杆,L=3.5m,@100cm,梅花型布置;使锚杆头外露80cm,且置入止浆墙中起连接作用,

2、用脚手架或边墙锚杆固定预埋管,预埋管布置如下图:

预埋管φ150钢管,做为掌子面排水;注浆预埋孔管:φ100,间距80cm,梅花型布置,做为帷幕注浆孔。

3、止浆墙用M7.5浆砌片石挡墙砌筑,之后进行喷锚,喷锚厚度不小于8cm,止浆墙施作完成后,对墙周边缝隙采用水泥—水玻璃双液浆封堵,确保止浆墙的密闭性;

4、要求施作时确保安全。

5、布置沉降,收敛观察点,且每天做观察记录。

四、全断面帷幕注浆预加固方案

根据前期地质初探和超前钻探结果显示,该段属于软弱围岩富水段,无自稳能力,出现突水、涌砂等地质灾害,为了在一定范围内加固和控制围岩,减小加固段岩体空隙率和渗透系数,控制围岩涌水和涌砂量,采用全断面帷幕注浆。首循环帷幕注浆段落长20m,开挖15m,预留5m作为下一循环注浆止水岩盘,注浆孔直径不小于50mm,具体循环长度,根据超前地质预报预定的岩槽、岩溶管道的分布情况而定。

1.注浆孔布置。按纵向20米一环布置注浆孔,每循环共设,31个注浆孔,具体孔位布置见下图(帷幕注浆孔位布置示意图),其中周边孔1-18号注浆孔外插角为9°-15°,18-31号注浆孔沿水平方向,外插角为0°。具体孔位根据探明含水体分布情况进行重点加强注浆。

2.注浆材料:采用水泥或水泥、水玻璃混合液(即CS浆液)①水泥:新鲜的425号普通硅酸盐水泥。②水玻璃:模数为2.4-3.4,浓度35°Be′(配置后)。③水灰比:浓浆:0.8:1;稀浆:1.15:1-1.5:1。④水泥浆与水玻璃浆体积比:1:0.8。⑤缓凝剂:磷酸氢二钠加入量为水玻璃重量的3%。硫酸(98%浓度):掺量为水玻璃重量的4%。

3.注浆参数。①注浆段20米,开挖15米。如地层极坏,钻孔极困难,可视具体情况缩短注浆长度。②注浆扩散半径1.0米,当断层破碎带充填较为密实时可适当减小,施工中应根据地质情况进行调整。③注浆管采用φ89热扎钢管,周边外插角在保证注浆扩散半径不小于1.0m的前提下,可根据施工中采用的设备情况进行确定。④凝结时间可通过改变水灰比、水玻璃用量及缓凝剂掺量控制,一般可按3分钟确定,遇富水情况应先1~2分钟,待水压变小后可改为3分钟。

3.施工方法,(1)注浆机具由一台工程钻机、两台单液注浆泵或两台双液注浆泵、流量控制阀、两台双桶浆液搅拌机组成,浆液在钻进前方与孔口混合,进行分段后退式注浆。(2)超前探水,首先采用TSP203地质预报系统、地质雷达进行地质预报探测前后围岩含水情况,再打超前探水孔,根据探水孔钻孔的地质信息,结合其各种探测手段获取的信息进行全面综合分析,据此确定施工方案。(3)掌子面处理:注浆钻孔前,对掌子面进行加固处理,保证注浆时能承受注浆压力。围岩较好时,采用钢筋网锚喷混凝土封闭掌子面,围岩地质破碎、地质较差时,浇筑5m厚的混凝土止浆墙(且设φ25径向锚杆,锚杆头伸入混凝土长度不少于80cm,锚杆环向间距1.0m,长3.5m)。每一循环注浆止水盘长度预留为5m。(4)钻机就位:按设计的孔口坐标在掌子面上用红油漆标出孔口位置,并注明孔号,利用钻机坐标和仰角来控制钻孔方向。(5)埋设孔口:牢固密实,保证不漏浆。不串浆的孔口是注浆效果好坏的主要因素。其埋设方法,先用钻机钻孔,再将一端焊上法兰盘的孔管插入,外露50cm,管壁与孔口接触用锚固剂填塞。再向孔口管内注浆固结。孔口管起导向作用,钻孔安装时控制好外插角度,开孔时按照轻加压,速度慢,给水多的操作重点施作。同时要做好孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况,出现涌水位置,涌水量和涌水压力,成孔难易程度。(6)注浆,注浆采用水泥浆液或水泥水玻璃双液浆,浆液配合比是决定注浆效果的一个关键因素。采用双液浆和单液浆交替进行。(7)注浆方式:采用后退式注浆,岩层破碎容易造成坍孔时,采用前进式注浆。(8)钻孔注浆顺序及注浆速度:先外圈后内圈,同一圈孔间隔施工。钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时,则停止钻进,进行注浆扫孔后再进行钻进。(9)注浆程序:注浆管接通后,先压水2~5min,检查注浆泵及管路系统工作是否正常。注浆开始后浆吸浆龙头快速从清水池中放入各自的浆液池中,即开始注浆;当压力达到终压时(一般控制在1-3.5Mpa),并继续注浆10min以上,即注浆封孔。注浆结束后,关闭逆止阀,泄压阀打开,用水冲洗管路干净为止。(10)检查:待每个环节注完后,在本注浆循环(20m)开挖轮廓线内钻2-3个检查孔检查注浆效果。洞室开挖后,如局部还有漏水,进行局部径向注浆。径向注浆加固范围为开挖轮廓线外5m,注浆孔梅花形布置,孔位环向间距1.0m,纵向间距1.0m,径向注浆采用φ42mm的钢花管注浆。注浆材料采用超细水泥单液浆。浆液配比为:W:MC=0.6:1-0.8:1。注浆结束标准以定压为主,注浆终压力为3-4Mpa。

4.施工工艺流程,超前帷幕注浆施工工艺流程。注浆采取钻一段注一段的分段式注浆,直至终孔。注浆作业按照钻孔—出水—测水压、水量—压水试验—注浆—扫孔—出水—再注浆—达到设计要求。全部注浆孔注浆完成后,地下水状态达到无水或小于地下水状态Ⅰ级(干燥或湿润:渗水量<10L/(min·10m)),若达到上述标准则进行开挖,否则进行补孔注浆,直至满足上述要求为止。

5.施工技术要求,为满足注浆工程达到设计标准,严格按下列技术要求进行施工:(1)注浆钻孔孔位偏差不大于0.05m,孔身垂直度不大于1%,成孔直径75-89mm。(2)钻孔深度必须达到设计要求,严禁中途终孔,并采取隔孔注浆施工。(3)注浆过程中压力必须达到稳定确定值,否则应通过反复注浆直至达到设计压力值。(4)按照设计要求的水灰比及水玻璃配比配置浆液,浆液不得出现沉淀离析现象,浆液应随搅拌随灌注,对超过2小时的浆液应停止使用。(5)施工过程中的原始记录必须准确无误,实事求是,字迹清晰,签署齐全。采用灌浆堵漏后可有效降低渗水和涌水量,为隧洞开挖创造较好的施工条件。

参考文献:

[1]李连成.隧洞工程涌水处理的对策和措施.2015.

[2]邵政春.引水隧洞施工期涌水涌砂灌浆处理技术.2016.