某隧道DK2154+130～DK2154+360段帷幕注漿施工

秦生華

1 工程概況

武廣客運專線大窩山隧道全長3 893 m,根據設計圖地質資料顯示,隧道范圍內地層燕山期花崗巖,巖石差異風化明顯。DK2154+130 m～DK2154+360 m段線路大角度穿富源水斷層,該斷層長約15 km,斷層破碎帶寬約150 m～200 m。線路通過富源水斷層與伯公坳水庫相連,伯公坳水庫位于線路左側,距線路較近,最近處約442 m,隧道底標高低于水庫常年蓄水位約50 m。由于在此段施工存在不可預見的水壓較高、無自穩能力、涌水量大于控制值、可能突水突泥等隱患,為了在一定范圍內加固圍巖,減少加固圈巖體空隙率及滲透系數,控制圍巖涌水量,采用全段面帷幕注漿堵水。

大窩山隧道穿越斷層帶DK2154+130 m～DK2154+360 m段設計采用圍巖帷幕注漿止水,注漿范圍為開挖輪廓線外4 m。

2 帷幕注漿預加固施工方案

在大窩山隧道受左側水庫水壓力較大的巖層,由于水壓較高、無自穩能力、涌水量大于控制值、可能突水突泥等,為了在一定范圍內加固圍巖,減少加固圈巖體空隙率及滲透系數,控制圍巖涌水量,采用全斷面帷幕注漿堵水。注漿范圍為開挖輪廓線外4 m,縱向長 30 m一環,開挖25 m,保留5 m長止漿巖盤,壓注水泥漿液。注漿開孔直徑不小于108 mm,終孔直徑不小于90 mm。每循環設8環注漿孔,共163孔,孔長4 002 m。

2.1 注漿孔布置

按縱向長30 m一環布設注漿孔,每循環設8環注漿孔,共163孔,孔長4 002 m。

2.2 注漿管加工

為防止注漿過程中產生大量串漿,嚴重影響注漿質量,注漿鋼花管宜加工成TSS管模式。

注漿鋼花管采用φ 89 mm×4.5 mm×6 m(3 m)焊接鋼管加工制作。注漿管前端加工成尖錐狀并焊死,后端加工成絲扣,用于連接注漿管路。距注漿管后端10 cm處焊接一道管箍,纏上棉紗后頂入地層用于止漿。

2.3 注漿材料

主要采用水泥漿液,水泥為425號普通硅酸鹽水泥,水灰比為 0.8∶1～ 1∶1。

在封孔或涌突水時采用水泥水玻璃雙液漿作為注漿材料,采用425號普通硅酸鹽水泥,水玻璃波美度為40;水泥漿∶水玻璃漿液為 1∶0.8,水泥漿的水灰比為 0.8∶1～ 1∶1。

2.4 注漿參數

1)單孔有效擴散半徑1.5 m,終孔間距2.0 m。鉆孔孔徑為108 mm。2)注漿范圍為隧道開挖輪廓線外4 m。3)注漿壓力為1.5 MPa～ 2 MPa。

2.5 施工方法及工藝流程

2.5.1 施工方法

1)鉆孔和注漿機具由鉆機、雙液注漿泵、流量控制閥、雙桶漿液攪拌機組成,漿液在鉆進前端孔口混合,進行分段前進式注漿。

2)超前探水,確定注漿地段：開挖前,首先采用 TSP203系統進行地質預報,紅外線探水儀探測前方圍巖含水情況,再打超前探水孔,根據探水孔鉆孔的地質信息,結合其他探測手段獲取的信息進行全面綜合分析,據此確定施工方案。

3)掌子面處理：注漿鉆孔前,對掌子面進行加固處理,保證注漿時能承受注漿壓力。圍巖較好時,采用噴混凝土20 cm～30 cm厚封閉掌子面;圍巖破碎、地質較差時,澆筑1.5 m～2.0 m厚的混凝土止漿墻。每環注漿止水盤長度為5 m。

4)鉆機就位：按設計的孔口坐標在掌子面上用紅油漆標出孔口位置,并注明孔號;利用鉆機首尾坐標差值控制豎直及水平角。

5)埋設孔口管：牢固密實,保證不漏漿、不串漿的孔口管是決定注漿效果好壞的重要因素。其埋設方法：先用XY-2PC鉆機鉆3.2 m深,再將3 m長一端焊上法蘭盤,插入孔口管,外露20 cm～30 cm,管壁與孔口接觸處用麻絲填塞,再向孔口管內注漿固結。

6)注漿：注漿采用水泥漿液,水泥水玻璃雙液漿主要在封孔或涌突水時用。

7)注漿方式：采用前進式注漿。

8)鉆孔注漿順序及注漿速度：先內圈后外圈,同一圈孔間隔施工。鉆進過程中遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時,則停止鉆進,進行注漿掃孔后再行鉆進。

9)注漿程序：注漿管接通后,先壓水 2 min～5 min,檢查注漿泵及管路系統工作是否正常。注漿開始后將吸漿龍頭快速從清水池中放入各自的漿液池中,即開始注漿;當壓力達到終壓時(一般控制在1.5 MPa～2 MPa),并繼續注漿 10 min以上,即注漿封孔。注漿結束后,關閉逆止閥,泄壓閥打開,用水沖洗管路干凈為止。

10)檢查：待每個環節注完后,在本注漿循環(30 m)開挖輪廓線內鉆3個檢查孔檢查注漿效果：a.單孔結束：當注漿壓力達到終壓時并繼續注漿10 min以上,進漿量小于20 L/min,檢查孔的涌水量小于0.2 L/min,鉆取巖芯漿液充填飽滿,則注漿達到效果,否則補注漿。b.全段結束：所有注漿孔均符合單孔結束條件,無漏漿現象,注漿后預測涌水量小于3 m3/(m?d),漿液有效注入范圍大于設計值。所有注漿參數均通過試驗確定,符合現場情況,達到預期效果。

洞室開挖后,如局部還有漏水,進行局部徑向注漿止水。

2.5.2 施工工藝流程

超前帷幕注漿施工工藝流程見圖1。

2.6 主要機械設備配置

主要機械設備配置如表1所示。

2.7 安全質量注意事項

1)認真做好超前地質預報和圍巖量測工作,并及時將信息反饋到施工中,隨時指導施工,確保安全。

2)保證洞內新鮮空氣供應,照明充足,有一個良好的作業環境。

3)鉆機鉆孔時嚴禁無關人員觸摸鉆機,作業過程中接換鉆桿嚴禁開機回缸,鉆進時要保證水壓達到0.8 MPa以上,嚴禁低水壓及無水作業,注意鉆機的運轉情況,發現電機過熱,立即停機冷卻、檢修。

4)注漿時,作業人員要求戴口罩、防護眼鏡和手套,并與作業面保持5 m以上距離。觀察記錄人員應站在注漿混合器的側面,以防漿液噴出傷人。注漿過程中不得停泵,如確需停泵且時間較長,應重新鉆孔再進行注漿。

5)注漿量不得少于設計量的80%,全部注漿孔都要符合單孔注漿標準。

6)嚴格按照設計的注漿長度和注漿范圍進行施工,要求注漿堵水率不低于90%,注漿結石體的7 d單軸抗壓強度不小于4.5 MPa。

7)開挖后若發現漏漿或出水量達不到要求,則實施補注漿后開挖,嚴禁在出水量不滿足要求的情況下繼續掘進。

8)每循環注漿段開挖,必須確保預留5 m以上的止漿巖盤作為下一循環預注漿孔的工作面,嚴禁超挖、多挖。

9)注漿后,嚴格按照Ⅴ級圍巖掘進方法進行施工,雙側壁導坑法或微臺階法開挖,仰拱鋪底超前,二襯緊跟,確保安全。

表1 主要機械設備配置表

3 注漿效果

隧道帷幕注漿情況較為復雜,在施工中應根據實際情況進行多次反復的鉆注。從實際施工結果分析,其灌注效果一次比一次明顯,最終經多次打鉆檢驗及雷達儀器的檢測,帷幕注漿達到了堵水止水的要求,隔斷了水源,治住了滲漏水的現象,提高了施工的安全性。

帷幕注漿不僅是一項施工技術問題,且有大量的管理問題,應該把它看成是一個復雜的系統工程,面廣、環節多且工序多變。它涉及到工程施工方法及質量;地質及水文地質條件的再分析;方案設計及確定;各種參數選擇及在施工過程中因素多變而進行參數的合理調整;施工人員的組織與素質;鉆注設備、器材的選擇、加工等方面,必須應用科學的施工管理方法,進行質量控制和環節銜接才能達到效果好、進度短的目的。

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