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        大支坪隧道帷幕注漿施工技術(shù)

        2012-07-30 08:59:34黎愛(ài)清
        鐵道建筑 2012年4期
        關(guān)鍵詞:孔口涌水量帷幕

        黎愛(ài)清

        (中鐵十六局集團(tuán)第五工程有限公司,河北唐山 064099)

        1 工程概況

        大支坪隧道位于湖北省巴東縣大支坪鎮(zhèn),東起支井河,中間經(jīng)大支坪鎮(zhèn),西至野三河。隧道進(jìn)口里程為DK130+142,出口里程為 DK138+912,全長(zhǎng)8 770 m。宜萬(wàn)鐵路第16標(biāo)段大支坪隧道正洞進(jìn)口段4 388 m,施工里程 DK130+142—DK134+530,平導(dǎo)4 410 m,隧道洞身通過(guò)廣泛分布的可溶巖地層,巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,水文地質(zhì)條件和地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,為宜萬(wàn)鐵路主要控制性工程之一。大支坪隧道為全線(xiàn)Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)隧道,巖溶水發(fā)育,穿過(guò)7條斷層,其中5條在本標(biāo)段;發(fā)育3條地下暗河及巖溶管道流,其中兩條與本標(biāo)段有關(guān),有可能造成隧道突水、突泥。F4、F5、F7團(tuán)包斷裂帶帷幕注漿段長(zhǎng)達(dá)614 m。隧洞正常涌水量 Q=137 040 m3/d,強(qiáng)降雨條件下隧道涌水量Q=512 422 m3/d。有巖溶地面塌陷、水源枯竭、隧道突水、突泥、煤系地層瓦斯等地質(zhì)問(wèn)題。

        2 大支坪隧道施工難點(diǎn)

        1)應(yīng)在施工前進(jìn)行預(yù)測(cè)、預(yù)探或超前鉆探,為處理不良地質(zhì)提供依據(jù),因不良地質(zhì)分布在本隧道的起點(diǎn)至終點(diǎn),在施工中應(yīng)進(jìn)行全過(guò)程預(yù)測(cè)、預(yù)探。

        2)本隧道的不良地質(zhì)趨于集中分布。大支坪隧道穿過(guò)7條斷層,其中5條在本標(biāo)段;發(fā)育3條地下暗河及巖溶管道流,有可能造成隧道突水、突泥。

        3)雨季時(shí)隧道滲水量大,降雨轉(zhuǎn)化迅速。按設(shè)計(jì)資料,最大涌水量為512 422 m3/d,是正常涌水量的37.3倍,降雨轉(zhuǎn)化為泉水約需7~12 h。雨季流量增大,給開(kāi)挖和支護(hù)帶來(lái)極大困難。

        4)不良地質(zhì)種類(lèi)齊全,出現(xiàn)不可預(yù)見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害機(jī)率高。在施工中洞內(nèi)既要防突泥、突水、地下水流失、暗河改道,又要預(yù)防硫酸根離子對(duì)混凝土的侵蝕,還要防瓦斯對(duì)施工帶來(lái)的安全隱患;在洞外既要防止洞頂?shù)叵滤萁?,地表塌陷引起水環(huán)境變化,還要防止棄渣引起環(huán)境污染。

        3 大支坪隧道帷幕注漿施工

        帷幕注漿適用于隧道工程的富水?dāng)鄬訋Ш蛙浫鯂鷰r施工,利用配套的機(jī)械設(shè)備,采取合理的注漿工藝,經(jīng)過(guò)注入一定比例配置而成的水泥單液漿或水泥—水玻璃雙液漿,通過(guò)滲透擴(kuò)散、裂隙填充、擠壓填充、劈裂擴(kuò)散等不同的方式注入工程對(duì)象,使圍巖固結(jié)成具有一定強(qiáng)度的整體結(jié)構(gòu),在隧道外形成一個(gè)堵水帷幕,保證隧道施工順利進(jìn)行。

        3.1 注漿設(shè)備

        大支坪隧道目前采用的鉆機(jī)為宣化生產(chǎn)的YQZ100和ZD60錨固鉆機(jī),注漿機(jī)采用的是ZJB(BP)-30.50泵,注漿壓力可達(dá)到30 MPa。

        3.2 注漿管材

        結(jié)合注漿工藝,注漿管材主要有大管棚、小導(dǎo)管(花管)、中空錨桿、孔口管、袖閥管、TSS管等。

        3.3 注漿孔布設(shè)設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)

        3.4 注漿方式

        采用分段前進(jìn)式注漿或全孔一次壓入式注漿。當(dāng)鉆孔過(guò)程中未遇見(jiàn)泥夾層或涌水,就一鉆到底,全孔一次壓入式注漿;在鉆孔過(guò)程中遇到泥夾層或涌水,立即停止鉆孔,采取注一段鉆一段的分段前進(jìn)式注漿,直至終孔。

        圖1 注漿孔縱斷面和平面布置(單位:mm)

        3.5 注漿參數(shù)的選擇

        每循環(huán)注漿長(zhǎng)度27 m,單孔有效擴(kuò)散半徑2.0 m左右,終孔間距3.0 m;注漿范圍為隧道開(kāi)挖斷面外3 m。注漿時(shí)如果水量較小且成孔容易,用一次性注漿方式或分段后退式注漿;如果成孔困難,則采用分段前進(jìn)式注漿。

        注漿壓力的主要參數(shù)對(duì)漿液的擴(kuò)散范圍、巖層裂隙充填的密實(shí)程度及注漿效果的好壞起著決定性的作用,一般富水地段注漿壓力取靜水壓力的2~3倍??傋{量按假設(shè)漿液在地層中均勻擴(kuò)散公式Q=Anα(1+β),其中,Q為總注漿量,m3;A為注漿范圍巖體體積;nα(1+β)統(tǒng)稱(chēng)為填充率,取10 ~20。

        3.6 止?jié){墻及止?jié){巖盤(pán)

        根據(jù)掌子面圍巖及出水情況確定混凝土止?jié){墻長(zhǎng)1~3 m,本段注漿在DK131+155掌子面左3 m為止?jié){墻。根據(jù)注漿段圍巖情況預(yù)留3 m厚止?jié){巖盤(pán)。

        3.7 埋設(shè)孔口管

        先用鉆機(jī)鉆進(jìn)4.0 m深,再將φ108 mm孔口管插入,外露20~30 cm,管壁與孔口接觸處用麻絲堵塞,注漿固結(jié)孔口管,孔口管起著導(dǎo)向作用,鉆孔安裝時(shí)要控制好外插角度。

        3.8 鉆孔

        對(duì)探孔預(yù)測(cè)水壓較高(P≥1.0 MPa),且水量較大(Q≥20 m3/h)的區(qū)域,采用孔口管注漿,否則采用止?jié){塞止?jié){方式注漿。當(dāng)采取后退式分段注漿時(shí),可直接鉆孔至設(shè)計(jì)深度。當(dāng)采取前進(jìn)式分段注漿時(shí),采取鉆一段注一段的方式,直至設(shè)計(jì)孔深。

        鉆孔按先外圈的順序進(jìn)行,內(nèi)圈鉆孔可參照外圈鉆孔的順序,嚴(yán)格記錄好鉆孔和巖石裂隙發(fā)育情況。若單孔出水量<30 L/min,可繼續(xù)施鉆;若單孔出水量>30 L/min,立即停鉆進(jìn)行注漿。

        3.9 注漿

        注漿管路連接好后,通過(guò)壓水檢查注漿管路的密封性,同時(shí)沖洗巖石裂隙,擴(kuò)大漿液通路,增加漿液沖塞的密實(shí)性。固結(jié)孔口管和封孔注漿時(shí)選用雙液漿;當(dāng)注漿孔涌水量<30 L/min時(shí),選用純水泥漿;當(dāng)注漿孔涌水量在30~200 L/min范圍內(nèi),選用凝膠時(shí)間為4~6 min的漿液;當(dāng)注漿孔涌水量>200 L/min,選用凝膠時(shí)間為2~4 min的漿液.

        1)后退式分段注漿。后退式分段注漿利用鉆機(jī)鉆孔,將氣囊(水囊)式止?jié){塞置入注漿鉆孔內(nèi),通過(guò)輸水﹙氣﹚設(shè)備,使止?jié){塞膨脹,和巖壁形成止?jié){系統(tǒng),滿(mǎn)足分段后退式注漿要求。每注漿段長(zhǎng)5 m,第一注漿段完成后,后退止?jié){塞至下一注漿段預(yù)定位置進(jìn)行第二段注漿,如此下去,直至該孔注漿完成后開(kāi)始下一注漿孔的注漿施工,見(jiàn)圖2(a)。

        2)全孔一次性注漿。直接將注漿管路和注漿孔口裝置接通進(jìn)行注漿施工。全孔一次性鉆孔注漿施工模式如圖2(b)。

        3)前進(jìn)式分段注漿。前進(jìn)式分段注漿工藝是針對(duì)成孔困難,涌水量很大等特殊地質(zhì)條件下的一種可行性較高的注漿技術(shù),遇水即注漿,再掃空,再注漿,直至設(shè)計(jì)孔深。對(duì)于涌水壓力較小的注漿孔,可將止?jié){

        圖2 注漿模式

        塞放入孔中直接進(jìn)行注漿??咨睿? m的鉆孔,注雙液漿時(shí)應(yīng)考慮分段注入。對(duì)于水壓力較大的注漿孔,可將注漿芯管焊在法蘭盤(pán)上,再安裝在孔口管法蘭盤(pán)上,進(jìn)行注漿。由于巖石破碎或因涌水量過(guò)大,不能一次成孔時(shí),設(shè)置孔口管并采用分段前進(jìn)式注漿,在該注漿段完成注漿后,掃孔鉆進(jìn)至下一段,然后注漿,如此往復(fù),直到設(shè)計(jì)深度。

        3.10 注漿速度

        當(dāng)鉆孔涌水量>50 L/min時(shí),注漿速度60~100 L/min;當(dāng)涌水量 <50 L/min時(shí),注漿速度 35~80 L/min。

        3.11 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

        注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)注漿壓力和注漿量來(lái)控制。一般采用定壓注漿。當(dāng)注漿壓力逐步升高,達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10 min以上,可結(jié)束本孔注漿;單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致相同,注漿結(jié)束時(shí)的注漿量在20~30 L/min以下,可結(jié)束本孔注漿。注漿結(jié)束時(shí),應(yīng)先打開(kāi)泄?jié){管閥門(mén),再關(guān)閉進(jìn)漿管閥門(mén)并及時(shí)用清水將注漿管路沖洗干凈后方可停機(jī)。

        3.12 異常情況處理

        若鉆孔過(guò)程中,遇見(jiàn)突泥情況,立即停鉆,拔出鉆桿,安裝孔口管及高壓閥,進(jìn)行注漿。若掌子面小裂隙漏漿,先用水泥漿浸泡過(guò)的麻絲填塞裂隙,并調(diào)整漿液配比,縮短凝膠時(shí)間;若仍跑漿,在漏漿處采用普通風(fēng)鉆淺孔注漿固結(jié)。若掌子面前方裂隙串漿或漏漿,采用止?jié){塞穿過(guò)該裂隙進(jìn)行后退式注漿。當(dāng)注漿量很大,壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高,則調(diào)整漿液濃度及配合比,縮短凝膠時(shí)間,進(jìn)行小泵量,低壓力注漿,以使?jié){液在巖層裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間,以便凝膠;有時(shí)也可以進(jìn)行間歇式注漿,但停注時(shí)間不能超過(guò)漿液凝膠時(shí)間。

        3.13 注漿效果檢查

        處理巖溶注漿時(shí)注漿效果檢查采用P—Q—t曲線(xiàn)法;注漿量分布特征法(不能有注漿盲區(qū));涌水量對(duì)比法(堵水率達(dá)到80%,總涌水量≤5 m3/m/d);檢查孔觀察法(檢查孔無(wú)涌水、涌砂,放置1 h仍無(wú)涌水、涌砂)。

        大支坪隧道進(jìn)口通過(guò)幾次的注漿摸索,注漿效果比較明顯,但在注漿過(guò)程中,也存在許多不足之處,如注漿存在一些盲區(qū),注漿孔布置存在不合理等都極大地影響注漿效果,需要開(kāi)挖后進(jìn)行補(bǔ)注漿,但隨著進(jìn)一步施作的開(kāi)展,注漿技術(shù)逐步趨于完善。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在大支坪隧道多處進(jìn)行帷幕注漿堵水,保證了施工過(guò)程的安全,防止了水資源的流失,保證了施工順利進(jìn)行。

        [1]陳金城.天心山隧道帷幕注漿及地表深孔注漿施工技術(shù)[J].鐵道建筑,2005(9):50-52.

        [2]劉德強(qiáng),宋戰(zhàn)平,姜忻良.巖溶隧道帷幕注漿止水技術(shù)及施工——以宜(昌)萬(wàn)(州)鐵路金子山隧道為例[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2007(3):38-42.

        [3]趙繼增.青島膠州灣海底隧道涌水?dāng)鄬尤珨嗝驷∧蛔{技術(shù)研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009(6):116-120.

        [4]張生學(xué).隧周帷幕注漿施工對(duì)隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響研究[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2008(1):55-59.

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