丫口寨隧道徑向注漿施工方案

摘要：丫口寨隧道開(kāi)挖過(guò)程中，可能會(huì)吸奪暗河水，在該段開(kāi)挖初支完成后，圍巖有一定的自穩(wěn)能力時(shí)，先對(duì)涌水點(diǎn)進(jìn)行埋管集中引排，待涌水量及水壓減小達(dá)到允許排放標(biāo)準(zhǔn)后再采用徑向注漿加固圍巖堵水。

關(guān)鍵詞：隧道 徑向注漿 加固圍巖 堵水

1 工程概況

新建滬昆客運(yùn)專線貴州段CKGZTJ-9標(biāo)段丫口寨隧道，起訖點(diǎn)里程為：D2K845+478～D2K849+975，全長(zhǎng)4497m。位于貴州省安順市關(guān)嶺縣區(qū)域內(nèi)，為單洞雙線隧道。該隧道地質(zhì)條件差，工程風(fēng)險(xiǎn)大，屬“Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)”隧道。

其中，D2K847+850～D2K848+150段地質(zhì)為弱風(fēng)化泥巖、砂巖及灰?guī)r，且該區(qū)域內(nèi)隧道洞頂發(fā)育有2條暗河，隧道開(kāi)挖可能會(huì)吸奪暗河水。

為確保施工及運(yùn)營(yíng)期的安全，設(shè)計(jì)要求在該段開(kāi)挖初支完成后，圍巖有一定的自穩(wěn)能力時(shí)，先對(duì)涌水點(diǎn)進(jìn)行埋管集中引排，待涌水量及水壓減小達(dá)到允許排放標(biāo)準(zhǔn)后再采用徑向注漿加固圍巖堵水。

2 徑向注漿參數(shù)要求

隧道注漿參數(shù)以隧道圍巖狀況及滲水情況確定，注漿孔采用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，開(kāi)孔為75mm，終孔不得小于42mm。注漿鉆孔深度5m，環(huán)向間距1.5m，縱向間距2.5m，并呈交錯(cuò)布置，孔口采用φ42×3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管，管長(zhǎng)1.0m，管口采取安裝止?jié){閥止?jié){措施。注漿材料采用水灰比為1：1水泥凈漿，必要時(shí)采用水泥——水玻璃漿液，水泥采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，注漿終壓為1.5～2.0MPa。

為了滿足經(jīng)濟(jì)、合理的原則，在開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)圍巖滲水情況進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查和記錄，并在開(kāi)挖以后進(jìn)行了長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)，以準(zhǔn)確掌握滲水狀況，為注漿固結(jié)提供基礎(chǔ)依據(jù)。注漿布置示意如圖2-1所示。

注漿根據(jù)分區(qū)段分序進(jìn)行注漿，以一個(gè)作業(yè)臺(tái)架長(zhǎng)度6m左右為一個(gè)注漿段落，根據(jù)注漿孔在隧道展開(kāi)面上的布置，分為二序注漿，交錯(cuò)進(jìn)行，另外應(yīng)以隧道涌水點(diǎn)為中心，由四周逐步分序向涌水中心點(diǎn)注漿的順序進(jìn)行，其1序孔（離出水點(diǎn)遠(yuǎn)處）的注漿終壓取0.8～1.5MPa，2序孔（離出水點(diǎn)近處）注漿終壓取1.5～2.0MPa，若因集中涌水壓力較大造成漿液隨裂隙滲出時(shí)可采用速凝輔助措施提高漿液凝結(jié)時(shí)間，達(dá)到堵水效果。

3 注漿施工方案

3.1 施工順序 注漿施工由集中涌水較大的地段兩側(cè)逐步向集中涌水地段逐步靠近的方式進(jìn)行，為了防注漿串孔，防止?jié){液從附近鉆孔中滲流，施工采用隔排、隔孔施工，注漿順序按照先底部、再拱部、最后邊墻的順序進(jìn)行，注漿和鉆孔及時(shí)緊跟，減少空孔暴露時(shí)間，首先對(duì)注漿孔位進(jìn)行測(cè)量定位標(biāo)志和編號(hào)，以便鉆孔和注漿能夠同時(shí)作業(yè)，具體施工順序如圖3-1所示。

3.2 鉆孔施工 注漿孔位布置應(yīng)遵循“分段，分批，逐步加密”的原則，注漿孔采用YT-28風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，開(kāi)孔直徑75mm，終孔直徑42mm，成孔以后及時(shí)采用高壓水進(jìn)行清孔。

3.3 孔口管施工 孔口管采用Φ42無(wú)縫鋼管（壁厚3.5mm）加工，單節(jié)長(zhǎng)1m，管壁采用臺(tái)式鉆機(jī)鉆設(shè)孔徑6～8mm注漿小孔，按10～20cm孔間距呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部預(yù)留不小于30cm長(zhǎng)度作為不鉆孔止?jié){段。孔口管大樣見(jiàn)圖3-2。

鉆孔完成后，將孔口管加工完成的孔口管插入注漿孔內(nèi)，外漏15cm，并安裝止?jié){閥，采用錨固劑堵塞注漿管與注漿孔的空隙，堵塞長(zhǎng)度控制在15～20cm為宜。

3.4 注漿施工

3.4.1 配合比確定。首先通過(guò)室內(nèi)確定初步配合比，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定最終配合比；注漿過(guò)程中，試驗(yàn)室第三分室現(xiàn)場(chǎng)旁站施工，掌握動(dòng)態(tài)注漿配合比控制。

配合比要求：

水泥為42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥（必要時(shí)采用超細(xì)水泥）；

水泥漿水灰比為0.8～1：1；

水灰比選用原則遵循“先稀后濃”的原則，隧道注漿配合比見(jiàn)附圖1內(nèi)容，必要時(shí)采用水泥——水玻璃雙液漿。

一般情況下（水量較小時(shí)），外圈孔采用純水泥漿；水量較大或靠近出水口孔時(shí)，采用水泥——水玻璃雙液漿。

水泥粒徑選擇按J.C.King可灌性判式進(jìn)行。J.C.King可灌性判式如下：

N1=D15/G85≥15或N1=D10/G95≥8

式中：N（通常取N1）——注漿比；

D15、D10——地層的粒徑累計(jì)曲線的15%，10%的顆粒直徑；

G85、G95——注漿材料的粒徑累計(jì)曲線的85%，95%的顆粒直徑（通常采用注漿材料顆粒的85%、95%粒徑）作為注漿材料的“最大代表粒徑”。

3.4.2 漿液配制。注漿材料采用水泥凈漿或水泥—水玻璃雙液漿，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿壓力及進(jìn)漿量可作適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)出現(xiàn)集中涌水較大及普通注漿堵水失敗時(shí)，需采用速凝輔助措施進(jìn)行補(bǔ)救，以縮短漿液凝固時(shí)間，達(dá)到迅速止水的效果。

水泥漿液采用NI1200P型制漿機(jī)現(xiàn)場(chǎng)制備，并通過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后通過(guò)漿液池輸入注漿機(jī)內(nèi)進(jìn)行注漿。

3.4.3 漿液壓注。拱墻的注漿利用自制臺(tái)車進(jìn)行，底板注漿采用左右幅錯(cuò)開(kāi)施工的方式進(jìn)行，注漿機(jī)選用效率高、耐高壓的注漿設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)采用ZJB/BP-55型臥式往復(fù)單作用三柱塞注漿泵，其排漿量為150L/min，工作壓力為22MPa，垂直輸送高度為40m，水平輸送距離為100m。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在保證漿液可灌性和有效擴(kuò)散距離前提下，應(yīng)根據(jù)滲漏水情況、節(jié)理裂隙發(fā)育情況合理選用漿液配比，并同時(shí)在實(shí)際施工中根據(jù)吸漿量和注漿壓力適時(shí)作以調(diào)整。

在注漿過(guò)程中若出現(xiàn)注漿量過(guò)大且壓力尚未達(dá)到預(yù)期值時(shí)，可以采取在漿液中添加速凝劑的方式減少漿液的流動(dòng)性，并可以盡可能縮小注漿范圍。

在注漿過(guò)程中，加強(qiáng)對(duì)注漿施工段附近圍巖的水文和地質(zhì)觀察，并對(duì)注漿施工地段進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作。當(dāng)注漿施工段附近出現(xiàn)集中突水或圍巖變形時(shí)應(yīng)暫停施工或調(diào)整注漿參數(shù)。

3.5 注漿工藝

3.5.1 作業(yè)方式。注漿方式采用全孔一次性壓入注漿方式進(jìn)行，便于漿液控制。

3.5.2 注漿壓力。采用“分級(jí)升壓法”進(jìn)行注漿壓力控制，開(kāi)始注漿時(shí)，不宜將壓力升至過(guò)高，而應(yīng)由低到高逐漸提高，注漿壓力一般控制在水點(diǎn)壓力的2～3倍范圍內(nèi)，其具體值還應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)注漿量進(jìn)行調(diào)整。

注漿施工工藝如圖3-3所示。

3.5.3 主要工藝要求

①注漿要求。a拌制水泥漿：鉆孔快完成時(shí)，應(yīng)先加水后加水泥，水泥漿液水灰比按1：1拌和10～20min。b注漿方案：實(shí)行跳孔注漿方案，注漿順序分區(qū)從兩側(cè)到拱頂，注漿壓力1.5～2MPa（注漿前進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，據(jù)此修正注漿參數(shù)），注漿孔壁與鋼管之間用錨固劑填實(shí)，孔口設(shè)止?jié){塞，注漿過(guò)程中若發(fā)生串漿，則關(guān)閉孔口閥門待其他孔注漿完畢后再打開(kāi)閥門。②注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上，單孔進(jìn)漿量小于20L/min，檢查孔涌水小于0.2L/min。全段注漿結(jié)束及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：a所有注漿孔均已符合單孔注漿標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象。b注漿后段內(nèi)涌水量不大于3m3/min。c注漿有效注入范圍大于設(shè)計(jì)值。

3.6 注漿量計(jì)算

3.6.1 總注漿量。Q=Anα（1+β）

式中：Q為總注漿量（m3）；A為注漿范圍圍巖體積 （m3）；nα（1+β）為填充率，在裂隙帶取3%，斷層帶取8%，溶蝕帶取25%。

3.6.2 單孔注漿量。Q=πRhnα（1+β）×2

式中：Q 為單孔注漿量（m3）；R為漿液擴(kuò)散半徑（m） 取2.0m；h為注漿段長(zhǎng)（m）取30m；n為地層裂隙度（孔隙率）；α為漿液填充率；β為漿液損失率，n、α、β由表3-1確定。

漿液配合比的選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液的擴(kuò)散半徑，由試驗(yàn)室通過(guò)試驗(yàn)確定，一般情況下可選擇：①水泥漿：水玻璃漿=1：0.8（體積比），水玻璃用量一般是水泥重量的1/4～1/3。②水泥漿的水灰比=0.8～1.1。

漿液凝膠的確定一般采用CS漿液作壓注試驗(yàn)，當(dāng)進(jìn)漿量很大、泵壓長(zhǎng)時(shí)間不升高時(shí)，膠凝時(shí)間選1～2min；當(dāng)進(jìn)漿量中等、泵壓穩(wěn)定上升時(shí)，膠凝時(shí)間選3～4min；進(jìn)漿量較小、泵壓升高很快時(shí)，膠凝時(shí)間選5～6min。

經(jīng)上述內(nèi)容，計(jì)算得出：每環(huán)鉆注漿孔19、20個(gè)交錯(cuò)布孔，每米注漿巖體體積為202m3，壓注水泥漿50.5m3/每延米。

4 機(jī)械設(shè)備配置

主要機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表4-1內(nèi)容。

5 施工控制要點(diǎn)

5.1 埋孔口管 埋管鉆孔的直徑要大于孔口管外徑，施鉆要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)位置、方向進(jìn)行。孔鉆好后將孔口管置于孔內(nèi)。所有孔口管（包括注漿管）都安好后，關(guān)閉孔口閥，埋管結(jié)束。

5.2 測(cè)涌水量及前方地下水的連通性 當(dāng)遇到較大的涌水時(shí)，應(yīng)停鉆測(cè)涌水量，方法是用容器接任孔口管中流出的水，用秒表計(jì)時(shí)測(cè)得每分鐘容器接到的水量。如無(wú)特殊情況，探孔鉆至設(shè)計(jì)深度后也要測(cè)一下涌水量，涌水量小于0.2L/min的孔可不注漿。

為了解前方地下水的連通性，在測(cè)涌水量的過(guò)程中可分別測(cè)量各單孔涌水量；然后分別關(guān)閉其中某一孔口閘關(guān)閉后，測(cè)剩余探孔涌水量以及全部孔口閘閥打開(kāi)時(shí)的涌水量。

5.3 測(cè)涌水壓力 鉆好孔口后關(guān)閉孔口閘閥，安上水壓表，然后開(kāi)閘放水，當(dāng)水壓表的指針?lè)€(wěn)定時(shí)記下其讀數(shù)。

5.4 注水試驗(yàn) 孔鉆好后，在孔口管的閥門上安上漿液混合器并連接注漿泵，啟動(dòng)注漿泵向孔中壓注清水，逐步加大水量和壓力，當(dāng)注水壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力時(shí)，維持2～3min，檢查注漿系統(tǒng)有無(wú)串水、漏水現(xiàn)象，測(cè)得注水量后卸壓，此注水量即為巖石吸水量。

6 徑向注漿施工注意事項(xiàng)

①鉆進(jìn)過(guò)程中遇涌水或巖層破碎造成卡鉆，應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿，掃孔后再行鉆進(jìn)。②注漿過(guò)程中，若壓力突然升高，應(yīng)停止注漿，檢查后，再行注漿。③注漿過(guò)程中，注意觀察初期支護(hù)的變形情況，準(zhǔn)備好加固措施。④鉆孔：鉆孔位置要準(zhǔn)確，施鉆時(shí)鉆機(jī)要盡量貼近巖面，以保證開(kāi)孔質(zhì)量；換鉆桿時(shí)要注意檢查鉆桿是否彎曲，有無(wú)損傷，中心水孔是否暢通等。⑤注漿時(shí)如遇竄漿或跑漿，采用間隔一孔或幾孔注漿方式。⑥注漿中，注漿量和注漿壓力是兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。一般規(guī)律是：初始階段壓力較低，注入量增大；正常階段壓力和注入量呈小的波浪式起伏狀態(tài)，但總的比較平穩(wěn)；壓密注滿階段注入量迅速遞減而壓力迅速升高；在注漿中根據(jù)設(shè)計(jì)注漿量和壓力按照上述規(guī)律進(jìn)行控制。⑦為減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)，施工中宜采用微震爆破開(kāi)挖，原則上采取短進(jìn)尺、密布眼、少藥量、弱爆破，同時(shí)，要加強(qiáng)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)。⑧在圍巖破碎及富水段鉆孔注漿施工，必須安設(shè)反壓防噴裝置，以確保施工人員安全。⑨施工排水溝要及時(shí)疏排，嚴(yán)防積水。

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