径向和帷幕注浆技术在老东山隧道富水段的运用.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流径向和帷幕注浆技术在老东山隧道富水段的运用.精品文档.径向和帷幕注浆与抗水压衬砌综合技术在老东山隧道跨越地表水库段施工中的运用内容提要 老东山隧道洞身穿越一大型水库，为确保隧道施工安全，减少对地表环境的影响，以“以堵为主、限量排放”为基本原则，采用径向和帷幕注浆与抗水压衬砌施工技术进行综合治理。本文通过介绍该综合整治技术，为今后同类工程的施工提供了可借鉴的经验。关 键 词 双线大跨隧道 径向和帷幕注浆 富水 施工Application of Radial and Curtain Grouting and Anti-Water pressure Lining Construction Technologyin tunneling through the Section of Surface Reservoirin Construction of the Old Dongshan TunnelAbstract The Old Dongshan Tunnel traverses through a large reservoir, in order to ensure the safety of tunnel construction and reduce the environmental impact on the surface, take “stop up primarily, limit the quantity of emissions” as the basic principle, use the radial and curtain grouting and anti-water pressure Lining construction technology to make a comprehensive management. This paper, introduced the comprehensive improvement technology, has provided the experience for the construction of similar projects in the future ,it may use for reference.Key words Large-span Two-lane tunnel; Radial and Curtain grouting;Water-rich;Construction1 工程概况老东山隧道为单洞双线隧道，全长7578m，进口里程为DK947+555、出口里程为DK955+133。设计采用复合式衬砌，最大开挖断面为1536×1257cm。隧道最大埋深370m；隧道上覆第四系全新统坡洪积、坡残积粉质黏土，下伏泥岩夹砂岩、泥灰岩。洞身发育有老东山断层（F4）、官村至白云寺断层（F2）、哨村断层（F1）和蒙七铺向斜，其中哨村断层（F1）地表破碎带宽5080m，以断层角砾为主；设计隧道内最大涌水量为2.49*104 m3/d。隧道洞顶上方DK948+630+720处分布一座容量为78万方的东湾坝水库，水库与隧道的平面关系为线路前进方向隧道顶部,埋深约100米（具体平面位置见图1）。水库前方100米DK948+810处为老东山断层。隧道洞身穿越紫红色砂岩、泥岩等岩层,节理裂隙发育,岩体完整性差，地质情况极其复杂。为满足工期要求，设计在进口端增设一座斜井，新增斜井全长615m，与正洞相交于DK948+750,该斜井承担施工范围为DK948+750DK950+704段，该段主要地层为泥岩夹砂岩、泥灰岩，发育构造主要为老东山断层。图1 老东山隧道顶部东湾坝水库平面布置图2 隧道施工后地表环境状况老东山隧道进口新增斜井于2008年9月15日完成挑顶进入正洞施工，向进、出口双向施工，采用的施工方法为三台阶七步开挖法。2008年12月16日，隧道大里程端施工掌子面为DK948+822。已开挖范围内揭示地层岩性为为紫红色夹灰绿色泥岩、砂岩，中厚层状,泥质、细粒结构、泥钙质胶结，与设计基本相符。节理较发育,岩体呈块状结构，岩体破碎，泥岩具擦痕迹象，为老东山断层影响带，水量丰富，地下水沿结构面涌出,往小里程端未见有渗水，往大里程端洞内局部渗水一直严重，12月1日隧道洞内涌水量为4738m3/d，2008年12月16日升至5200m3/d，洞内涌水量呈逐渐加大之势。具体见下图。2008年12月1日12月8日期间，水库水位以每天5cm的速度下降，从12月8日开始水库水位以每天10-12cm的速度下降，水位下降呈现加剧之势。同时发现周边村庄先后有20口井水位有不同程度的下降，3口井水位下降超过1米，2口井水位下降超过2米，另外3口井已经干枯。水库观察记录数据如下表：地表水与地下水水联系情况：洞内每天涌水量为5200m3;地表水库约10060m2，每水位下降天1012cm，水量流失量约为1000m3，其余4000m3水量为断层破碎带裂隙水。 3 原因分析当时正值枯水季节，水库水位下降与雨水补给不足有一定的关系；隧道进入正洞开挖后，往小里程端开挖掌子面地下水水量较小，岩性为粉砂质泥岩夹砂岩，该段施工至水库下后停止了掌子面的掘进。说明在水库下往小里程段隧道开挖未影响到水库地表水流失，隧道岩性起到一定的隔水作用。往大里程端开挖洞内局部渗水一直严重，至2008年12月12日施工至DK948+815，掌子面岩体破碎严重，地下水沿裂隙呈水帘状涌出。据掌子面布置了两个近40m探水孔，地下水呈股状涌出水，流量Q右=40L/s、Q左=30L/s。推测该水主要来自老东山构造带水。同时据水库水位监测，水位下降较快。据地表调绘，该段地层产状变化较大，据水库边量测岩层产状N70°E/41°SE，视倾角25°，岩层倾向大里程开挖段。根据岩层产状推断，隧道涌水段与地表水库沿岩层层面连通，推断水库水沿层间裂隙向洞内涌出，推测隧道DK948+875+966段开挖对水库影响最大。水库水来源于山间裂隙渗水，裂隙渗水分布范围广，隧道开挖也导致了局部裂隙渗水中断，减少了水库的水源补给。水库观察记录数据如下表；综合分析后认为；斜井进入正洞后往大里程开挖，由于进入了老东山断层构造带及影响带，导致构造带水大量涌出；同时水库水及山间渗水沿层间裂隙涌入洞内，从而导致了水库地表水的流失，影响了当地的生态环境。4 综合整治措施4.1施工方案选定由于老东山隧道洞顶地表水库水量的明显损失，已造成水库周边三个自然村的302家住户共1236人生活用水困难，以及1423亩农田无法正常灌溉；同时，洞内受涌水的影响，施工步伐缓慢、安全风险巨大。如果继续施工，则可能会引起顶部地表水及东湾坝水库存水流失，最终造成水资源匮乏，环境破坏严重；隧道施工的安全性也无法保证。为此，洞内必须采取有效措施对涌水进行封堵，堵住地下水的出水口。根据实际施工揭示的围岩地质状况，为确保施工安全，减少对地表环境的影响，确定了以“以堵为主、限量排放”为基本原则，通过对DK948+730DK948+980段150m范围内采取径向和帷幕注浆堵水与抗水压衬砌结合的综合整治方案达到以下三个目的，第一是要降低围岩的渗透性，提高其抗渗能力，减少地下水的渗流量；其次是疏导(局部为堵水）水流，改善工程施工、运营条件；第三是改善隧道围岩的力学性能，提高其整体性；4.2径向注浆技术 通过对隧道该段全断面径向注浆，形成5m厚注浆加固圈，减少地层透水系数，提高围岩自稳时间和强度，达到堵水和加固的目的；4.2.1设计参数 注浆段落为DK948+750DK949+810段全断面5径向注浆，段长60.0m，注浆范围为全断面开挖轮廓线外5m。径向注浆孔按照梅花形布置，每一环设38个孔，环向、纵向间距均为120cm。注浆材料采用水泥浆，富水地段、注浆困难地段采用水泥水玻璃双液浆。水泥采用425普通硅酸盐水泥，水灰比为0.8:11:1,注浆压力为0.81.5MP，双液浆配合比根据现场试验确定。4.2.2注浆施工、钻孔在注浆地段用油漆准确标注注浆孔的位置。根据标注的注浆位置，按照垂直初期支护表面方向施作注浆孔，注浆的间距、深度等必须符合设计要求。径向注浆孔深为5m，采用75mm钢花管作为孔口管，管长1m，注浆孔布设见图2。、注浆试验注浆前，首先进行注浆试验，掌握浆液填充率、注浆量、浆液配合比、凝结时间、浆液扩散半径、注浆终压等参数，以现场动态调整相关注浆参数，保证注浆质量，从而达到注浆的目的与注浆效果，如果注浆参数和设计参数有较大差别，及时通知相关单位进行现场确认，以调整相应参数。、钻孔注浆设备检查，在进行注浆的地段的风水管路上安装闸阀，为钻孔设备提供动力。钻孔采用TY-28风动凿岩机、注浆设备采用KBY-150型注浆设备。检查注浆设备的状况，是否正常运行。并检查其管路是否畅通、机械、电力线路是否安全、各种润滑油、机油是否满足运行要求。吸浆管路和高压管路是否安全等检查项目。并利用清水进行试机。、注浆材料准备根据注浆段落的长度和钻孔情况，每次注浆前，应在施工现场准备不少于5t的水泥和至少两桶的水玻璃。、注浆孔检查根据注浆设计要求注浆孔径60mm，实际钻孔不得小于设计值。孔口位置与设计位置偏差为±5cm。孔底位置偏差±15cm。、注浆实施注浆材料采用普通水泥单液浆，浆液配比为W:C0.8:11:1；注浆结束标准以定压为主，注浆终压为1.02Mpa；注浆过程中，注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间上不去，如果工作面漏浆，采取封堵措施；如果跑浆通过调换浆液种类、调整浆液配合比等；必要时采用间歇注浆，以达到注浆目的；如果出现大型空洞及时与设计单位联系。单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；注浆结束时的进浆量小于5L/min。全段结束标准： 所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象； 注浆后预测涌水量小于3m3/m·d； 检查孔渗水量小于0.2L/m·min； 检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满； 浆液有效注入范围大于设计值。、 注浆效果检查评定方法及要求注浆效果评定是决策开挖施工方案的依据。、采用地质雷达结合抽样钻探检验注浆质量，达不到设计要求的进行应进行方案调整、补充设计和补孔注浆，检查孔应根据现场情况随机抽取，但必须重新成孔，不可利用即有注浆孔，检查孔抽查率按总注浆孔的510%抽取；检查孔取芯率达到70以上，浆液填充率必须达到80以上；对检查孔进行注浆，压力应很快上升，且进浆量很小；检查孔应无流泥，成孔好，无坍孔现象，渗水量小于0.2L/m·min。、根据现场钻孔所揭示的地质状况，注浆结束后，可采用分析法即结合注浆过程中P-Q-t曲线进行分析，要求达到设计终压，注浆速度不小于5L/min，并且Pt曲线呈上升趋势，Qt曲线呈下降趋势及施工总注浆量反算出浆液填充率达到7080判定注浆效果；、对检查孔进行注浆，压力应很快上升，且进浆量很小；、检查孔应无流泥，成孔好，无坍孔现象，涌水量小于0.2L/m·min；径向注浆施工情况见下图。4.3帷幕注浆技术 通过在隧道即将穿越的不良地质富水区段进行超前帷幕注浆，使隧道在开挖通过这些区域时，灌入的浆液能在隧道的周围形成一个帷幕防水圈，加强隧道整体的防水性能，为隧道的开挖施工创造较好的施工条件。4.3.1超前探水首先对掌子面前方采用TSP和地质雷达等综合物探手段进行超前地质预报，再施作超前探水孔进行超前探水；超前探水孔在隧道上导坑共布置3个89钻孔，钻孔深度大于40米，呈三角形分布于上导坑掌子面。若探水孔出水并大于10m3/h时，需进行全断面预注浆堵水；出水量小于10m3/h，但个别孔出水量大于2m3/h，则对这些孔眼进行局部注浆，或在开挖轮廓外形成封闭的注浆帷幕。4.3.2注浆设计根据各探水孔的出水情况，确定注浆扩散半径为2米，加固有效范围为开挖轮廓线外5米；全断面超前帷幕注浆段落长30米，开挖25米，留5米作为止浆岩盘，注浆孔孔底间距按照2.5米控制,周边帷幕注浆设3环,正面封堵钻孔4环。4.3.3注浆施工、止浆墙施工在隧道正洞DK948+815+820段施作沙袋围堰（高4m），同时预埋76长度35米的排水管将水引出（排水管结合注浆孔口管位布设，孔口安装阀门）；对DK948+815+820段初期支护进行扩挖，并重新施作该段初期支护。止浆墙墙底厚5m，上部厚度为3m，止浆墙嵌入开挖线50cm。止浆墙分次浇注，第一次施作至距拱顶1.5m高，施作完毕后向墙后抛填片石；第二次完成上面的止浆墙。止浆墙与初期支护间的施工缝预留8钢筋，间距50cm，环向预留25连接锚杆，间距为1m。止浆墙施作完成后，对墙周边缝隙采用水泥水玻璃双液浆封堵，确保止浆墙的密闭性。止浆墙的具体形式见图3。、顶水注浆施工待止浆墙强度达到设计强度后，对从掌子面引出的预埋排水管实施顶水注浆，以从整体控制突、涌水的形式和减少出水对施工的影响。注浆材料主要采用普通水泥单液浆，困难地段采用水泥水玻璃双液浆。注浆材料选择顺序为先粗颗粒，后细颗粒，先注凝胶时间长的浆液，后注凝胶时间短的浆液。普通水泥单液浆配比: W:C=(0.60.8):1；双液浆配比：W:C=(0.30.8):1，C1:C2=1:1。、超前帷幕注施工、帷幕注浆钻孔的布置方法超前帷幕注浆的钻孔施作，使用两台能够倾斜和偏移角度的XY-2BC2水平工程地质钻机；钻孔采用环形布孔法，首循环共布置七圈，钻孔角度呈发射状分布。具体的孔位布置和坐标参数详见附图2及附表1。、帷幕注浆钻孔及设备选择、人员组织A、钻机就位：根据孔口坐标在掌子面上用红油漆标出孔口位置，并注明孔号；利用钻机首尾坐标差值控制竖直及水平角。B、埋设孔口管：牢固密实，保证不漏浆、不串浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素。其埋设方法：先用XY-2型钻机钻3.2m深，再将3m长一端焊上法兰盘，直径108mm孔口管插入，外露2030cm，管壁与孔口接触处用麻丝填塞，再向孔口管内注双液浆固结。孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。C、钻孔：开孔时按照轻加压、速度慢、给水多的操作要点施工。钻孔时，严格做好钻孔记录：孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。施钻过程中，单孔出水量小于30L/min，继续施钻；单孔出水量大于30L/min，立即停钻进行注浆。D、根据超前帷幕钻孔注浆施工的要求，投入以下机械设备；机械设备一览表名称XY-2BC2地质钻机注浆泵制浆搅拌机储料搅拌机高压注浆管数量4台4台4台3台400米E、人员组织 该帷幕注浆工序共设专职人员50人。其中工序技术组织总负责1人，专职技术员3人，钻孔施工人员31人，注浆施工人员15人。、浆液配比和材料的选择：浆液配比是决定注浆效果的一个关键因素，根据注浆时对浆液凝胶时间的要求，施工前，对不同浆液配比进行分组试验。当涌水量大，进浆快时，选用较浓浆和凝胶时间短的配比；反之，当涌水量较小且进浆量较慢时，则选用凝胶时间长一些的配比。浆液配比参数表序号名称浆液配合比水灰比体积比水玻璃浓度1普通水泥单液浆W:C=0.8:11:12普通水泥-水玻璃双液浆W:C=0.8:11:1C:S=1:0.51:13038Be注浆材料考虑到超前堵水帷幕注浆的要求，选择普通硅酸盐水泥单液浆、普通硅酸盐水泥水玻璃双液浆等两种注浆材料。为了取得满意的注浆效果，该两种注浆材料将在注浆施工中，在现场时应根据出现的情况适时调换、灵活使用。、注浆方式：钻孔中未出现泥夹层或涌水量小于30L/min，就一钻到底，进行分段后退式注浆，以保证注浆质量；当钻孔中遇泥夹层或涌水量大于30L/min，立即停止钻进，采取钻一段注一段的分段前进式注浆，直至终孔。钻孔注浆顺序及注浆速度：一般应先注外圈，后内圈，同一圈由下而上间隔施作。当钻孔涌水量大于50L/min时，注入速度80150L/min；当涌水量小于50L/min时，注入速度3080L/min。注浆程序：注浆管接通后，先压水25min，检查注浆泵及管路系统工作是否正常。注浆开始将吸浆龙头较快从清水池中放入各自的浆液池中，即开始注浆；当压力达到终压时，即注双液浆封孔。注浆结束后，关闭逆止阀，泄压阀打开，用水冲洗管路干净为止。、注浆压力选择注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量以及是否经济。因此，正确确定注浆压力与合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关，我们根据现场实际情况按如下经验公式计算： P'<P<（35）P; P= P'+0.51.5MPa 式中： P设计注浆压力（终压值）（Mpa）； P'注浆处静水压力（Mpa）。、注浆结束标准单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆，单孔注浆量与设计注浆量大致相同，结束时的进浆量在2030L/min以下可结束本孔注浆。全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点附近设置至少5个检查孔，测孔内涌水量，要求全断面小于1.0m3/d.m；或进行压水试验，在0.75Mpa压力下，吸水量小于2L/min，若达到上述标准则进行开挖，否则补孔注浆，直到满足上述要求为止。、注浆效果评定 注浆段的注浆孔全部注完后，应进行住浆效果检查和评定，不合格者应补钻孔注浆检查方法有：(1)对注浆过程中的各种记录资料综合分析，注桨压力和注浆量变化是否合理，是否达到设计要求(2)设检查孔,每循环设23个检查孔,检查孔钻取岩芯,观察浆液充塌情况，并检查检查孔内涌水量，检查孔涌水量小于0.2L/m.min。帷幕注浆施工见下图；4.4衬砌结构由于隧道富水段附近发育有一条断层带，有产生严重突水、突泥的可能，属高水压强富水地段。为确保隧道后期运营安全，在径向和帷幕注浆施工的基础上，对DK948+810+980段采用抗水压型衬砌，该段衬砌取消背后环向盲管，保留纵向盲管及泄水孔，施工缝处止水带采用中埋式钢边止水带。5 施工注意事项1、施工中加强监测，洞内每隔5m布置一监测断面，洞外加强水库监测，如有异常，应立即通知人员撤离，以策安全。2、 注浆过程中，注意观察止浆岩盘的变形情况，准备好加固措施；若压力突然升高,应停止注浆,检查后,再行注浆。3、在施工过程中，二衬的防水系统是确保隧道不渗不漏的关键控制点，需要特别注意。6 结束语通过采用径向和帷幕注浆施工技术与抗水压衬砌相结合的综合整治措施,实践证明该方案是行之有效的；老东山隧道洞内大量涌水的问题得到了有效的控制, 经量测，注浆后每延米洞壁渗漏量为2.8m3/d·m。防止了地下水的继续流失，地表资源得到了很好的保护；同时，隧道前方的围岩得到了很好的加固，保证了隧道洞室的稳定，确保了施工安全。另外，通过对DK948+810+980段采用抗水压型衬砌，有效规避了断层破碎带可能产生严重突水、突泥的危害，这些措施的综合应用，将确保后期运营安全。该方法在富水断层带和软弱岩层段的施工中有很好的借鉴作用。