宝成杨家湾隧道岩溶、突泥、涌水施工专项方案

宝成杨家湾隧道岩溶、突泥、涌水施工专项方案内容摘要：

加明显。 对于具有充填介质的裂隙或溶洞，选择注浆材料时，必须对充填介质进行筛分试验，确定充填介质的粒径分布及细度，再采用 判式进行计算，对注浆材料粒径进行选择，以保证所选取的注浆材料在介质中的可注性。 判式如下： 1585151  GDN 式中： N(通常取 Nl)—— 注浆比； 11 D15— 一充填介质的粒径累积曲线的 15%的直径； G85— 一注浆材料的粒径累积曲线的 85%的直径。 当注浆比小于 15 时，则该注浆材料针对充填介质的可注性差，当注浆比大于 15 且注浆比越大说明该材料的可注性越好。 （ 2）凝胶时间可控 注浆加固堵水是浆液通过扩散在一定的范围内形成截水帷幕，降低地层的透水性，加固地层，并提高钻孔注浆效率，因此浆液的凝胶时间要有一定的可控性，凝胶时间可在几秒到 90分钟范围内随意调节，并能准确控制，使得浆液注入地层后，不易被地下水稀释，从而可以保持其原有的凝胶化性能，提高注浆堵水的效果。 （ 3）强度高 浆液以大劈裂、强挤压、密填充的方式进入地层，因而较难形成均匀、连续的固结体构造，开挖后若浆液强度不能抵抗高压动水 ，很容易被水击穿崩溃，造成流水、涌砂。 因此浆液抗压强度要求为： 1 小时强度 1MPa 以上， 1天强度 10MPa以上， 28天强度 20MPa以上。 （ 4）结石率高、具有微膨胀性 浆液结石率太低，水泥凝结后，产生收缩，形成新的渗水通道，因此浆液具有微膨胀性，结石率达到 98%以上。 （ 5）抗分散性 岩溶地段水压高、水量大，因此要求注浆材料必须具备良好的抗水分散， 水流中，留存率 80%以上。 （ 6）环保性 为把隧道建设成为绿色环保工程，因此注浆材料必须具有无毒无臭，对环境不污染，对人体无害，非易燃易爆物品，对管路 系统、砼、橡胶制品等无腐蚀性，且易清洗等特点。 因此注浆材料选择水泥类和水泥化学类无污染，环保型浆材，禁止采用化学注浆材料（水玻璃系浆材除外）。 （ 6）经济性 若注浆材料价格昂贵，大量使用势必提高工程造价，增加资金投入，难以被施工单位和业主所接受。 因此选择注浆材料时必须考虑到材料的经济性，在满足注浆效果要求的前提下，应选择源广价廉，且易于运输，配制方便，配比操作容易的注浆材料。 综上所述，正洞一般地段采用普通硅酸盐纯水泥浆 (简称 C浆 )，水灰比 (～ 12 ):1，局部揭示岩溶管道流，根据具体情况选用快凝、早 强、抗流失性能的水反应浆材，拟选择硫铝酸盐水泥（快硬、早强）作为灌浆料，硫铝酸盐水泥是一种以无水硫铝酸钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙为主要成份的水泥材料，具有早强、快硬等特点。 当溶洞充填物较密实浆液扩散困难时采用超细水泥 (简称 MC 浆 )进行灌注；平导采用普通硅酸盐纯水泥浆，水灰比 (～ ):1，必要时采用 TGRM 水泥浆液，局部揭示岩溶管道流时采用硫铝酸盐水泥浆液。 在正洞与平导超前预注浆施工中，当围岩自稳能力较好属硬岩、注浆仅为单纯堵水时也可在注浆堵水或终孔封孔时采用普通水泥－水玻璃双液浆(简称 CS 浆 )进行 注浆堵水施工。 注浆材料配比如 表 342《注浆材料配比表》 所示，具体可根据现场情况适当调节。 表 342 注浆材料配比表 序号 名 称 配比参数 水灰比 体积比 水玻璃浓度 1 普通水泥单液浆 W:C=(～ ):1 2 超细水泥单液浆 W:C=(～ ):1 3 硫铝酸盐水泥浆 W:C=(～ ):1 4 TGRM水泥浆 W:C=(～ ):1 5 普通水泥 水玻璃双液浆 W:C=(～ ):1 C:S=1:(1～ ) 30~35Be’ 6 超细水泥 水玻璃双液浆 W:C=(～ ):1 C:S=1:(1～ ) 30~35Be’ 特种浆材使用原则 当正洞及平导揭示岩溶管道流，地质条件较差，探明前方地质存在岩溶、突泥、突水地质灾害风险时，为保证注浆效果，满足后期隧道开挖围岩强度的需要，同时加快钻孔、注浆施工速度，应使用 快凝、早强、抗流失性能的水反应的 特种水泥材料，特种浆材的使用原则如下： （ 1） 由于每循环的 4圈孔、 5圈孔、 6圈孔、 7 圈孔加固的围岩范围是相当于隧道开挖过程中的维护结构，注浆效 果越好加固强度越高，隧道开挖越安全，因此在揭示岩溶、突泥、涌水风险区域的外围 4 圈孔、 5 圈孔、 6圈孔、 7圈孔使用特种水泥材料（包括硫铝酸盐水泥、超细水泥等）。 （ 2）在单个孔注浆量较大，注浆压力长时间不上升时，（例如：单个注浆分段长度内的注浆量大于 2m3注浆压力仍然不上升时），使用特种水泥（硫铝酸盐水泥）材料，当 13 特种注浆材料的注浆量仍大于 2m3时，使用双液浆封孔，间歇一段时间再重新扫孔注浆，直至达到注浆效果。 （ 3）前方地层充填物致密，普通水泥注不进去或扩散困难、采用前进式注浆后仍然很慢时，使用超细水泥。 浆液 选择流程见 图 341《 注浆材料动态选择流程图 》 所示。 注浆结束注浆达到设计标准注入特种浆材注浆1 h继续注入 C 浆（0. 8：1）注浆1 h注入 CS 浆注入 C 浓浆（： 1）注浆压力不上升注浆压力迅速上升 注浆压力缓慢上升到 1~ 2MPa注浆8 h注入 C 浆（先稀后浓，： 1~： 1） 图 341 注浆材料动态选择流程图 钻孔注浆顺序 钻孔注浆顺序采用由外向内、由下向上、同一圈孔间隔跳孔的原则，每次隔孔 1～2个孔。 这样通过实施约束型注浆，达到注浆堵水、加固的目的。 注浆结束标准 单孔结束标准 在注浆过程中，当注到一定时间、一定量时，若注浆过程中，注浆压力逐步上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计终压并稳定 10min 后，即可结束该 孔注浆。 或注浆结束时的进浆量小于 20L/min 即可结束注浆。 当注浆量达到一定量时，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措施结束该孔注浆。 全段结束标准 （ 1）所有注浆孔均达到单孔注浆结束标准，无漏注现象，则可结束注浆。 （ 2）检查孔涌水量小于 178。 min；任意孔出水量小于 10L/m。 （ 3）检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满，其固结体物理力学性能指标不得小于以下 14 值，且经评判开挖不会发生突水、突泥灾害。 C≥ 、φ≥ 35176。 、 E≥ 、μ≤。 注浆施工工艺 流程 （ 1）超前预注浆采用 MK5 地质钻机钻孔，开孔直径Φ 130mm（Φ 140mm），终孔Φ90mm（Φ 115mm）左右； （ 2）采用Φ 130mm（Φ 140mm）钻头开孔钻至 后，安设并固结、锚固孔口管。 孔口管采用Φ 108mm（Φ 127mm），δ =6mm， L=3m 热扎无缝钢管，前端焊接法兰盘。 为防止钻进过程中突发涌水，钻进前应在孔口管上安设好后安设高压防水球阀； （ 3）超前预注浆的常规形式采用全孔一次性注浆或后退式注浆，当岩层破碎易坍孔或卡钻时，采用前进式注浆方式。 分段长度为 1～ 5m，实际分段步长可根 据地质情况进行适当调整； （ 4）注浆顺序采取间隔跳孔的方式，实施约束型注浆模式，达到注浆堵水、加固的目的。 超前预注浆施工工艺流程如 图 342《 超前预注浆施工工艺流程图 》 所示。 图 342 超前预注浆施工工艺流程图 15 注浆效果检查及评定 所有注浆孔都结束以后，应进行注浆效果检查，注浆效果检查采用探孔检查法、PQT曲线检查法和声波检查法，必要时进行检查孔取芯检查。 分析法 （ 1） PQt曲线法 通过对注浆施工中所记录的注浆压力 P、注浆速度 Q 进行 Pt， Qt 曲线 绘制，根据地质特征、注浆机制、设备性能、注浆参数等对 PQt 曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。 注浆施工中 Pt 曲线呈上升趋势， Qt 曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度 (常取 5～ 10 L/min)。 （ 2）浆液填充率反算 通过统计总注浆量，可采用下式反算出浆液填充率，根据浆液填充率评定注浆效果，即Σ Q=Vnα (1+β )，式中：Σ Q 为总注浆量 (m3)， V 为加固体体积 (m3)， n－为地层孔隙率或裂隙度，α－为浆液填充率，β－为浆液损失率。 当地层含水量不大时，浆液 填充率须达到 70%以上，地层富含水时，浆液填充率须达到 80%以上。 检查孔法 （ 1）选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔数量按注浆孔总数的 10%（不得少于 5 个）控制，检查孔不得与注浆孔重合设置。 检查孔无裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于 178。 min，任意孔出水量小于10L/min。 （ 2）必要时检查孔取芯分析其固结体物理力学性能指标，通过检查孔的岩芯中浆液固结体的含量，以及固结体的强度来判断浆液的固结情况和注浆效果。 在注浆过程中，不可避免地会出 现诸如跑浆、窜浆、单孔注浆量特大而压力不上升难以达到正常结束标准等异常现象，即时采取措施加以处理。 作业面跑浆是发生比较多的一种情况，主要原因是止浆岩盘充填不密实或混凝土止浆墙灌注不密实。 处理措施是先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配合比，缩短胶凝时间，若仍跑浆在漏浆处用普通风枪钻浅孔注浆固结。 16 注浆过程中，注浆压力突然升高，说明裂隙被堵，采用另一台小泵量注浆机压注单液水泥浆或压注清水待浆压恢复正常再注。 水泥浆泵吸不上浆，这种现象经常发生，主要原因是进浆口被堵或者是泵阀门处钢球被浆液固结或结块堵塞。 处理方法是停泵清理，另一台泵采用间歇注清水的方法。 为了减少此类情况出现，可注一段时间浆后注 1～ 2min 的清水，在注浆过程中清洗管路。 当注浆量很大，而泵压又长时间不上去，产生这种现象的原因一般是超扩散或浆液流失。 处理措施是调整浆液的浓度，先稀后浓，单双液浆交替灌注施工，缩短浆液的胶凝时间，控制注浆量。 超前局部注浆方案 当掌子面超前探水出水总量＜ 10m3/h，但个别孔出水量＞ 2m3/h 时，在水量超标区域实施超前局部注浆。 当隧道含水体（岩溶、断层破碎带、溶槽、溶隙等）涌水量及涌水压力不大时（小于 ）使用孔口安装止浆塞直接利用探水孔进行超前局部注浆。 采用止浆塞注浆堵水，钻孔孔径为φ 90mm，止浆塞为水囊式止浆塞φ 91mm。 止浆塞的堵水位置为距钻孔孔口向内 6m的地方，为使止浆塞安装到位，用φ 42mm 的无缝钢管（长 6m）将止浆塞的一端接长，并在端头设一阀门（ DN50mm）。 止浆塞使用前，将手动水压泵连接好，用水压泵试验止浆塞的膨胀情况。 止浆塞安装前，先打开一端的阀门，保证水能从止浆塞中顺利流出，用钻机等机械配合人工将止浆塞塞入孔内，在塞到位后，立即用水压泵将止浆塞注水膨胀，在水压泵压力达到 4MPa 时，停止加压。 为防止意外，将止浆塞的外露端与掌子面的锚杆头连接牢固，此时再关闭阀门即可安全堵水。 若孔口段岩石破碎，应安设孔口管，钻孔采用 MK5型地质钻机，钻机配直径φ 130mm和φ 90mm 两种钻头，在开孔时用φ 130mm 的钻头钻进 ，以便于安装孔口管。 孔口管安装后，再用φ 90mm 的钻头钻进至终孔。 孔口管安设前先用麻丝棉纱等缠绕，然后打入注浆孔，孔口与岩壁之间用膨胀快硬水泥堵塞，详见 图 351《孔口管安装示意图》 ,孔口管安装完毕后注浆并封堵孔口。 17 图 351 孔口管安装示意图 钻孔开孔后， 安装孔口管（φ 108mm 无缝钢管，壁厚 6mm），孔口管长 ，一端焊接法兰盘，便于连接阀门 DN100mm，阀门可与注浆机连接。 孔口管中部适当缠绕麻丝呈纺锤形，将孔口管用钻机顶入孔内，并用膨胀快硬水泥堵塞。 在孔口管周边安设 4 根φ 22mm 长 3m的锚杆，锚杆头与孔口管焊接牢固，将孔口管拉住，避免被水压及注浆压力冲出。 超前局部注浆过程中，若涌水量及压力较大，则在出水孔口处 2～ 4m范围内钻一至二个分流孔，以减小涌水压力，探水孔和分流孔均作为注浆孔。 超前局部注浆宜采用水泥 水玻璃双液浆或水泥砂浆。 若遭遇岩溶空洞， 且水压较小，空洞较大时可考虑混凝土输送泵压注 C15混凝土充填。 注浆参数 超前局部注浆利用探水孔作为注浆孔，局域性的对水量超标的区域进行局部超前注浆，超前局部注浆参数见 表 351《超前局部注浆参数表》 、超前局部注浆布孔见 附图二《杨家湾隧道超前局部注浆 示意 图》。 表 351 超前局部注浆参数表 注浆材料 注浆材料采用普通硅酸盐水泥单液浆或水泥 水玻璃浆液，注浆孔封孔时采用水泥 水玻璃浆液，在出现水量大、水压高、地质条件差、成孔困难、普通水泥浆注浆效果较序号 参数名称 参 数 值 1 注浆深度 根据探水孔出水位置、含水体形态、范围等确定 2 浆液扩散半径 3 注浆速度 10～ 50L/min 4 注浆压力 静水压 + 5 孔口管 φ 108普通钢管 ,δ =6mm,L=3m 6 注浆方式 全孔一次性 18 差等特殊情况时，选用其他特种浆材。 注浆材料选择见 表 352《注浆材料选择表》 ，各种注浆材料配合比见 表 353《注浆材料配比表》。 表 352 注浆材料选择表 序号 注浆方式 注浆材料 1 主要注浆 普通水泥单液浆 2 封孔注浆 水泥 水玻璃双液浆 3 特殊情况 特种。