大伙房水庫輸水工程六河不良地質(zhì)段施工處理

李艷紅

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧沈陽 110179)

大伙房水庫輸水工程六河不良地質(zhì)段施工處理

李艷紅

(中國水利水電第六工程局有限公司,遼寧沈陽 110179)

大伙房水庫輸水工程六河段在不同工況前提下,通過采取有效處理措施,安全、高質(zhì)量通過不良地質(zhì)段,可為類似工程提供參考。

不良地質(zhì)段 處理方案 輸水工程

1 概述

1.1 工程概況

大伙房水庫輸水工程六河施工段位于桓仁縣境內(nèi),洞段全長共140m,主要包括此洞段的開挖、初期支護(hù)、襯砌、回填灌漿等施工項目。

1.2 施工難點

本工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜,F13斷層帶的核心部位,位于六河古河床下部,存在巖溶現(xiàn)象,尤其在F13斷層帶洞室開挖過程中,極易發(fā)生涌水現(xiàn)象。施工存在一定程度不可預(yù)見性。

2 處理方案

2.1 超前預(yù)注漿

2.1.1 灌漿材料、制漿和灌漿設(shè)備

(1)灌漿材料和漿液。1)灌漿采用的水泥品種為普通硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級不低于42.5Mpa。燒失量不大于1.0%,比表面積不小于5000m2/kg。對于工況二,在普通水泥漿液灌漿效果不理想的情況下,可分別選用干磨細(xì)水泥及超細(xì)水泥漿液。2)灌漿用的水泥必須符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),不得使用受潮結(jié)塊的水泥。3)灌漿用水應(yīng)符合JGJ63－89第3.0.4條的規(guī)定。制漿用水的溫度不得高于40℃。4)對于突水或涌水部位,在水泥漿液中加入外加劑或其他摻合料,以保證能夠及時對這些部位進(jìn)行封堵,特殊情況視現(xiàn)場確定。

(2)制漿。1)制漿材料必須稱重,稱重誤差應(yīng)小于5%。水泥等固相材料宜采用重量稱重法。2)漿液必須攪拌均勻并測定漿液濃度。3)純水泥漿液的攪拌時間,使用普通攪拌機(jī)時,應(yīng)不少于3min;使用高速攪拌機(jī)時,宜不少于30s。漿液在使用前應(yīng)過篩,自制備至用完的時間宜小于4h。

(3)灌漿設(shè)備和機(jī)具。1)攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速和拌和能力應(yīng)分別與所攪拌漿液類型和灌漿泵的排漿量相適應(yīng),并應(yīng)能保證均勻、連續(xù)的拌制漿液。2)灌漿泵采用多缸柱塞式,灌漿泵性能應(yīng)與漿液類型、濃度相適應(yīng),容許工作壓力應(yīng)大于最大灌漿壓力的1.5倍,并應(yīng)有足夠的排漿量和穩(wěn)定的工作性能。3)灌漿管路應(yīng)保證漿液流動暢通,并應(yīng)能承受1.5倍的最大灌漿壓力。4)使用壓力宜在壓力表最大標(biāo)值的l/4～3/4之間。壓力表應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查,不合格的和己損壞的壓力表嚴(yán)禁使用。壓力表和管路之間應(yīng)設(shè)有隔漿裝置。5)孔口封封閉器應(yīng)具有良好的封閉和耐壓性能,在其使用的最大灌漿壓力下能可靠的封閉灌漿孔段,并且宜于安裝和拆卸。6)高壓灌漿泵,其壓力擺動范圍不大于灌漿壓力的20%;耐蝕灌漿閥門;鋼絲編織膠管;大量程壓力表,其最大標(biāo)值宜為最大灌漿壓力的2.0～2.5倍;孔口封閉器;灌漿自動記錄儀。

2.1.2 灌漿

(1)止?jié){墻。在洞室開挖至下一循環(huán)灌漿掌子面位置時,應(yīng)根據(jù)所揭露的圍巖地質(zhì)條件,確定止?jié){墻(巖盤)的設(shè)置。如果掌子面及洞周地質(zhì)條件在超前灌漿前均較好,采用灌漿加固后的注漿巖體本身作為止?jié){巖盤;否則,采用噴射C30混凝土(t=20cm)封閉掌子面,作為止?jié){墻;如果掌子面處于工況二洞段,并且采用超前預(yù)注漿效果不明顯,采用2～3m厚的C25現(xiàn)澆混凝土封閉掌子面作為止?jié){墻。

(2)鉆孔及沖洗。1)根據(jù)地質(zhì)條件,可選擇各種相宜的造孔方法。2)鉆孔位置與設(shè)計位置的偏差不得大于10cm。3)鉆孔應(yīng)埋設(shè)孔口管,孔口管長度應(yīng)不小于2.5m,固管采用05：l水泥漿或雙液漿,待疑時間為72h,鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜應(yīng)及時糾正。4)應(yīng)對鉆孔過程中的異常情況(掉鉆、涌水、涌砂等)進(jìn)行記錄分析,供研究參考用。對于突水突砂情況,應(yīng)立即匯報并進(jìn)行處理,處理完畢后再繼續(xù)掃孔鉆灌。5)灌漿段在灌漿前應(yīng)進(jìn)行鉆孔沖洗,孔內(nèi)沉積厚度不得超過30cm。6)灌漿孔各灌漿段在灌漿前應(yīng)進(jìn)行簡易壓水試驗,壓力1.0MPa,壓水20min,每5min測讀一次壓入流量,取最后的流量值作為計算流量,成果以透水率表示。

(3)灌漿方法和灌漿方式。1)灌漿孔分序應(yīng)遵照環(huán)間分序環(huán)內(nèi)加密的程序進(jìn)行。2)灌漿方法采用自外向內(nèi)、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、分段灌漿的方法,射漿管宜下至距孔底不大于50cm處。3)對于工況一,灌漿段每段長5m,最后一段小于8m時,可一次灌注;對于工況二,灌漿段每段長3m,最后一段小于5m時,可一次灌注。

(4)灌漿壓力和漿液變換。1)灌漿設(shè)計壓力為3MPa。灌漿應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計壓力,但注入率大時應(yīng)分級升壓。2)漿液水灰比采用2：1、l：1、0.8：1、0.5：1四個比級。灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀變濃,逐級變。漿液變換遵照下列原則執(zhí)行：①當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時,或當(dāng)注入率不變而壓力持續(xù)升高時,不得改變水灰比。②當(dāng)某一比級漿液的注入率已達(dá)300L以上或灌注時間己達(dá)1h,而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時,應(yīng)改濃一級。③當(dāng)注入率大于30L/min時,可根據(jù)具體情況越級變濃。

(5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)及封孔方法。1)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在設(shè)計壓力下,注入率達(dá)到lL/min,持續(xù)灌注l0min即可結(jié)束。2)封孔采用壓力灌漿封孔法,灌漿壓力采用0.5Mpa,灌入水灰比采用0.5：l,當(dāng)注入率不大于1L/min,持續(xù)灌注10min結(jié)束。

(6)特殊情況處理。1)串漿：如串漿孔具備灌漿條件,可同時進(jìn)行灌漿,否則應(yīng)進(jìn)行封堵。2)灌漿中斷：灌漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,如因故中斷,應(yīng)及早恢復(fù)灌漿,否則應(yīng)根據(jù)實際情況,對鉆孔進(jìn)行沖洗或掃孔后恢復(fù)灌漿;恢復(fù)灌漿后的水灰比和灌注壓力可采用中斷前數(shù)值。3)灌漿段注入量大,灌漿難于結(jié)束時,可選用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等措施并報送工程師批準(zhǔn)執(zhí)行。4)對于工況二,普通水泥漿液灌漿效果不理想時,根據(jù)實際情況,經(jīng)由各方研究,可采用干磨細(xì)水泥、超細(xì)水泥等漿液進(jìn)行灌注。

(7)灌漿質(zhì)量檢查。1)灌漿質(zhì)量檢查以檢查孔壓水試驗及取芯分析成果為主,結(jié)合外觀檢查、資料整理等情況,綜合評定。2)每循環(huán)

(135孔)檢查孔數(shù)量暫定為5個,應(yīng)在孔斜偏差較大、灌漿情況不正常等部位布設(shè),并報送工程師批準(zhǔn)。3)所有檢查孔均應(yīng)全孔取芯,并作正式壓水試驗。取芯成果應(yīng)包括獲得率及巖芯描述;壓水試驗應(yīng)在該部位灌漿結(jié)束對后進(jìn)行,段長應(yīng)比該部位灌漿段長短3m,壓力為0.5MPa。4)壓水試驗檢查質(zhì)量判斷標(biāo)準(zhǔn)：透水率≤5Lu。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),檢查孔分段的合格率應(yīng)在90%以上,灌漿質(zhì)量可認(rèn)為合格;否則,應(yīng)研究解決辦法。5)檢查孔應(yīng)進(jìn)行灌漿和封孔。如檢查孔所有段均合格,可采用全孔一次灌漿,壓力0.5Mpa;否則應(yīng)對不合格段分別進(jìn)行灌漿,要求與普通灌漿段相同。

2.2 開挖及支護(hù)

2.2.1 超前支護(hù)

對于工況一,超前支護(hù)采取超前小導(dǎo)管注漿,具體措施如下：(1)小導(dǎo)管選用外徑42mm的熱軋鋼管,長度3.5m;管壁每隔10～20cm交錯鉆眼,眼孔直徑6～8mm。(2)沿掌子面頂拱部位外綸廓以10～30°外插角鉆孔,將小導(dǎo)管打入圍巖。縱向兩組小導(dǎo)管間應(yīng)有不小于l00cm的水平搭接長度,小導(dǎo)管環(huán)向間距200～500mm。(3)小導(dǎo)管注漿前,應(yīng)對掌子面及5m范圍內(nèi)的洞壁噴射厚為50～l00mm的混凝土進(jìn)行封閉。灌注漿液采用0.5：1普通硅酸鹽水泥漿液,灌注壓力采用0.5～1.0MPa;必要時孔口處設(shè)置止?jié){塞。注漿6～8小時后可進(jìn)行開挖,開挖時應(yīng)保留1.5～2.0m厚的巖石作為止?jié){墻。

對于工況二,超前支護(hù)措施采用注漿管棚,具體措施如下：(1)管棚布設(shè),應(yīng)沿洞室開挖輪廓外全周均勻布置,中心間距300mm。施工時設(shè)5～6m的管棚工作室,具體尺寸根據(jù)承包商的設(shè)備要求而定。

(2)管棚施工前,應(yīng)在洞室開挖輪廓外圍設(shè)置lm厚的混凝土墻,其上按照管棚鋼管的孔位預(yù)埋導(dǎo)向管。管棚外插角為5°。(3)管棚鋼管為熱軋無縫鋼管,內(nèi)徑為108mm,壁厚6mm,長度20m。每節(jié)鋼管長度5m,接頭處采用厚壁管箍,絲扣長度不小于150mm,接頭應(yīng)錯開布置。(4)管棚鋼管孔口2m范圍不開孔,其余部分按20～30cm間距設(shè)一對直徑8mm的注漿孔。根據(jù)超前預(yù)注漿的效果,確定管棚鋼管內(nèi)是否注漿。(5)如需要搭接,縱向兩組管棚的搭接長度按5m考慮,最小的搭接長度應(yīng)不小于2m。

2.2.2 開挖及支護(hù)

對于工況一,采用微震控制爆破技術(shù)、短臺階法開挖,開挖的循環(huán)進(jìn)尺不大于0.5m。初期支護(hù)采用錨噴和格柵聯(lián)合支護(hù)措施。

對于工況二,采用預(yù)留核心土,臺階分步法開挖,對于該段不允許采用爆破方式,可采用強(qiáng)力風(fēng)鎬進(jìn)行開挖。每一個分步開挖后,應(yīng)立即采用噴混凝土封閉洞室圍巖,并及對進(jìn)行拱架支護(hù)和錨桿、掛網(wǎng)支護(hù)等,要求整個工序(開挖及初期支護(hù)等)在短時間(2～3h)內(nèi)完成,以保正圍巖穩(wěn)定。

施工開挖過程中,需要注意仰拱的及時封閉以及底腳的鎖腳錨桿的施工。

2.3 襯砌

采用模筑鋼筋混凝土襯砌,混凝土的強(qiáng)度等級為為C30,F200,W12。襯砌的分段長度12m,混凝土襯砌的施工及時進(jìn)行,以用來同初期支護(hù)共同抵抗圍巖的變形。

2.4 施工監(jiān)測

在施工過程中要做好現(xiàn)場量測工作,以掌握圍巖及支護(hù)的變形情況,從而調(diào)整支護(hù)參數(shù)和襯砌時機(jī)。

3 結(jié)語

本工程不良地質(zhì)段處理根據(jù)實際情況制定不同工況的超前注漿方案,確保安全、高質(zhì)量通過不良地質(zhì)段,工程工期縮短、經(jīng)濟(jì)效益較好。

[1]SL279—2002,水工隧道設(shè)計設(shè)計規(guī)范[S].

李艷紅,遼寧省鐵嶺縣人,1965年10月23日出生,女,漢族,本科,工程師,研究方向為水利工程管理、施工管理等。