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        小斷面隧洞裂隙涌水灌漿封堵施工技術(shù)應(yīng)用

        2021-04-11 01:36:37任健偉
        工程技術(shù)研究 2021年10期
        關(guān)鍵詞:雙液出水量淺層

        任健偉

        中鐵五局集團路橋工程有限責(zé)任公司,廣東 廣州 511458

        1 工程概況

        貴州省貴陽市花溪輸水隧洞主洞長7.225km,采用懸臂式挖掘機(非爆破)機械開挖,開挖斷面為4.2m×4.1m城門洞型,設(shè)有的3個支洞(平洞)、6個施工作業(yè)面。隧洞最大埋深為85m,最小埋深為15m,均處于地下水位以下,最大外水頭68m。隧洞位于地下水水位線以下,地下巖溶、暗河發(fā)育,洞內(nèi)有各種涌水點。

        工程區(qū)地表水系發(fā)育,區(qū)內(nèi)分布的水庫有花溪水庫及阿哈湖水庫。工程區(qū)位于珠江流域與長江流域分水嶺帶,地勢較平緩,河谷較寬淺,丘陵起伏,為溶丘洼地地貌,溶丘最高海拔約為1286m,平原最低海拔約為1100m,地形高差<100m。由于地形平緩,在低洼或沖溝位置分布有眾多山塘。區(qū)內(nèi)小河溪流眾多,縱橫交錯。區(qū)內(nèi)地表水系發(fā)育,地下水埋藏淺,普遍埋深為0~30m。強溶蝕風(fēng)化巖體透水率普遍>5Lu,巖體透水性為弱透水上帶至強透水性;其下部弱溶蝕風(fēng)化至微風(fēng)溶蝕風(fēng)化巖體透水率普遍<5Lu,巖體透水性弱。

        2 裂隙涌水灌漿封堵施工技術(shù)

        2.1 鉆孔施工

        施工平臺采用簡易架管臨時搭設(shè),局部位置施工受限可在出渣車輛、開挖設(shè)備上,作業(yè)平臺外側(cè)設(shè)置安全防護架并掛網(wǎng)。作業(yè)平臺簡易,一次性搭設(shè)完成。受開挖斷面狹小限制,鉆孔施工可以選擇支架式KQD小型潛孔鉆機、YT28氣腿鑿巖機、履帶式氣動潛孔鉆等,鉆孔孔徑為50~120mm,鉆孔深度為100~800cm。鉆孔分類主要分為表層孔、淺層孔、分流孔及主灌孔。

        (1)表層孔。針對涌水點表層裂縫局部線狀流水,滲漏明顯的位置,出水量10m3/h,水壓較小,出水點集中成股狀。在出水區(qū)域采取順水流方向鉆孔,孔徑為50~80mm,鉆孔深度為100~200cm,在鉆孔內(nèi)安裝相應(yīng)孔徑的基巖灌漿塞(或者安裝鋼花管帶法蘭盤)。

        (2)淺層孔。水壓較大,出水點不集中的成片漏水,出水量30m3/h。采取在出水點附近鉆孔,鉆孔數(shù)為2~3個,鉆孔深度為100~300cm,要求鉆孔確定與裂隙水源頭連通。在鉆孔內(nèi)安裝相應(yīng)孔徑的基巖灌漿塞(或者安裝鋼花管帶法蘭盤)[1]。

        (3)分流孔、主灌孔。水壓較大,出水點明顯有裂隙大缺口,出水量100m3/h。采取在出水缺口附近用鉆孔,鉆孔數(shù)為3~5個,孔徑為80~110mm,鉆孔深度為300~800cm,要求鉆孔確定與裂隙水源頭連通。在鉆孔內(nèi)安裝相應(yīng)孔徑的基巖灌漿塞(或者安裝鋼花管帶法蘭盤)。

        (4)孔位布置及鉆孔。根據(jù)涌水點位置進行鉆孔數(shù)量、角度、深度、孔徑等布設(shè),鉆孔需一次性成孔,對裂隙出水起到引排作用。如果灌漿時出現(xiàn)裂隙滲漏問題,立即暫停灌漿,同步進行滲水點封堵。①掌子面正前方:沿著掌子面方向和順著掌子面四周,孔與掌子面呈外插角3°~5°,孔間距為1~1.5m,需根據(jù)具體施工情況確定。②邊墻、頂拱及底板。鉆孔是為了阻水灌漿,主要為淺層阻水孔,根據(jù)出水點區(qū)域的涌水情況布置鉆孔。根據(jù)涌水量,鉆孔設(shè)置分流孔及主灌漿孔,同時選擇合適的鉆機設(shè)備進行鉆孔,孔徑>φ50mm。

        2.2 安裝灌漿(引排)管

        灌漿管主要采用鐵管及架管,根據(jù)鉆孔孔徑合理、快速選擇材料進行制作。根據(jù)鉆孔類型或孔徑、孔深,止?jié){包用孔口段外包土工布(管外纏繞麻繩)制成,其長度根據(jù)壓力值調(diào)整??變?nèi)距離孔底20~50cm,孔內(nèi)采用花管。灌漿管均提前安裝法蘭盤,用于安裝閥門。

        2.3 裂隙及周邊封閉

        壓水或灌漿過程中新出現(xiàn)的裂隙,則采用能夠快速凝結(jié)并有一定強度的特殊材料處理。對表層裂隙滲漏進行鑿槽嵌縫的處理(槽上寬10cm、下寬15cm,深5cm)。如果仍然存在裂隙滲漏問題,則掛設(shè)鋼筋網(wǎng)加強封堵,主要用雙液法結(jié)合水溶性聚氨酯。同時,可以采用錨噴砼對滲流面積大的涌水部位進行封堵。有條件的施工單位可安設(shè)鋼支撐進一步確保封堵牢固,保證灌漿壓力,確保封堵范圍,達到更好的封堵效果[2]。

        2.4 涌水壓力及涌水量測定

        灌漿施工前需要對已經(jīng)引排后集中出水量進行測定,便于指導(dǎo)判定裂隙封堵措施的效果,指導(dǎo)后續(xù)灌漿施工,確保灌漿封堵成功率(每一輪灌漿、待凝、檢查用時約36h)。

        2.5 灌漿

        (1)制漿及外加劑、封堵材料的使用。采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥在洞口露天集中制備水泥漿,通過管道泵送至灌漿作業(yè)點。在作業(yè)點按比例加入膨脹劑、速凝劑、水玻璃、機制砂等外摻劑輔助,再添加化學(xué)控制液(阻水專用液),適用于注入量較大及封堵表層裂隙滲漏。在涌水較大、封堵困難的情況下,可以采用高壓3SNS灌漿泵、止水針頭及單向閥止回漿。其他涉及的材料主要為堵漏王、無水氯化鈣、Sika l02止水砂漿(速凝水泥)及水溶性聚氨酯等,可以用于應(yīng)急封堵灌漿過程中出現(xiàn)的滲漏。

        (2)灌漿。阻水灌漿工藝主要為孔口混合灌注,按“先圍后堵”的方式進行純水泥漿液模帶(塞)和水泥-化學(xué)控制液雙液模帶(塞)的施工。在灌前進行試壓及壓水試驗,檢測巖石表層是否出現(xiàn)滲漏,如出現(xiàn)裂隙滲漏問題,則采用不同級別的水灰比配置的水泥,保證阻水效果。水玻璃雙液灌注時,按體積比1∶0.03~1∶0.1控制水泥漿液與化學(xué)控制液摻量,添加劑量按照3%~10%的水泥重量,灌漿效果水玻璃摻量不宜過高。

        (3)灌漿方法。①灌漿原則。灌漿順序:灌無水孔→灌出水量小的孔→灌出水量大的孔。灌漿原則按照“先表面封堵,然后淺層封堵,最后分流孔、主灌孔灌漿”進行,即形成約束區(qū),以封堵散水方法限制地下水竄流,集中封堵灌漿。施灌工藝遵循從散狀出水段兩端逐步向中間靠攏的原則,在灌注頂部孔后灌底部孔。如果封堵裂隙過程中出現(xiàn)新的滲漏出水點,應(yīng)及時停止封堵灌漿,并淺層灌漿新出現(xiàn)的出水點,處理新的滲漏出水點后再恢復(fù)該孔的封堵灌漿工作。②表層孔灌漿。線狀、滴狀和局部股狀滲水是掌子面及邊頂拱裂隙滲水的主要形式。如果嵌縫方式無法封堵部分涌水壓力較大的表層滲漏,則采取表層灌漿孔措施,嚴密封堵。灌漿采用水泥灌漿專用液,水泥漿與灌漿專用液的體積比為1∶0.05~1∶0.1,雙液孔口混合直接灌注或手提式灌漿泵灌注水溶性聚氨酯,雙液灌漿水灰比為0.5∶1,灌漿最大控制壓力為0.5MPa。③淺層孔灌漿。為了快速阻水及在表層形成一定厚度的“止水蓋重帶”,灌漿時采用純壓式的模袋卡塞,灌漿控制壓力為0.5MPa。灌注純水泥漿液至孔內(nèi),中途使用雙液灌漿需根據(jù)具體施工情況,灌漿水灰比為0.5∶1,水泥漿與阻水灌漿專用液的體積比為1∶0.03~1∶0.1,及時封堵表面裂隙,直至該孔灌注作業(yè)完成,再進行下一個作業(yè)。關(guān)閉孔口強行待凝前,需要灌注水泥-化學(xué)控制液水泥量達到灌漿10t的限量標準。待凝后打開控制閘閥,如無涌水則孔灌漿完成,即進行下一孔灌漿,仍有涌水則繼續(xù)灌注[3]。④分流孔、主灌漿孔灌漿。封堵表層和淺層灌漿結(jié)束后,匯集分散的涌水至主水孔,再灌注純水泥漿液,灌入一定水泥量后如果壓力和流量沒有出現(xiàn)明顯變化,則灌注水泥-化學(xué)控制液雙液,通過單液-雙液交替灌注等工藝措施可以明顯提升灌注效果,直至該孔灌注結(jié)束。在灌注過程中,施工人員需根據(jù)流量壓力變化調(diào)整雙液配比,如果灌注雙液過程中出現(xiàn)明顯的流量降低(小于30L/min)、壓力升高情況,則再次灌注純水泥漿液。

        為了控制淺層孔灌漿的施工成本,實際灌漿時可以根據(jù)灌前測量的涌水流量調(diào)整用量。灌漿壓力相比滲水壓力大0.3~0.5MPa,根據(jù)現(xiàn)場實際情況可以適當(dāng)加大或減小灌漿壓力,一般調(diào)整0.5~1.0MPa。

        3 裂隙涌水灌漿封堵成果分析

        灌漿結(jié)束12h后,進行鉆孔檢查。鉆孔主要針對裂隙出水區(qū)域走邊范圍布設(shè),通過鉆孔判斷灌漿效果,滿足要求即可恢復(fù)施工。同時,有條件的可以進行壓水試驗,根據(jù)壓水透水率分析判斷灌漿封堵效果。

        4 結(jié)束語

        在小斷面隧洞開挖施工過程中,掌子面容易出現(xiàn)裂隙涌水問題,是施工過程中的難題之一。涌水量小、壓力小的情況處理比較容易。涌水量巨大、壓力大的情況影響也較大,受空間限制,大型設(shè)施無法使用,涌水處理不及時可能造成人員傷亡、隧洞淹沒等,從而造成工程項目暫停,后續(xù)處理難度大、用時長。涌水對狹小施工工作面產(chǎn)生負面影響,嚴重制約現(xiàn)場施工進度,亦造成施工成本增加。為此,提出使用高效灌漿封堵施工技術(shù),可以有效減少涌水量,同時增強圍巖穩(wěn)定性,使施工得以快速恢復(fù)。

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