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超前导管注浆在富水区治理施工中的应用

《环球市场信息导报》 2013年5月13日 作者:张辉、刘文

文章关键词: 超前导管注浆   富水区   治理施工  
    结合小盘岭1#隧道富水段的综合治理,就隧道在渗水、淋水、突泥突水、涌水等病的治理中,对采用的超前导管注浆施工工艺和施工方法做总结。
     隧道涌水是指在富水的岩体中开挖隧道,岩体裂隙互相贯通并且含有富水时,大量的地下水就涌入洞内,新开挖的隧道就成为排水的新通道。在粘性土及未胶凝的断层破碎带中,涌水的动水压力和冲刷作用,能够导致隧道围岩失去稳定性,从而形成突泥突水的隧道灾害。从目前的隧道施工技术角度,治理涌水的方法较多,大多分为两类:即排水法和止水法。实际施工中排水和止水常常是被结合应用的。所以“堵排结合”是经常被采用的治理方法。下面结合小盘岭1#隧道涌水工程实例,介绍超前导管注浆在涌水治理中的应用。

  1 工程概况

  位置。小盘岭1号隧道位于珲春市密江乡东阳村至甩弯子村之间,进口里程DK340+132.0,终止DK346+419.0 .隧道全长6287m,最大埋深250m。

  气象特征。遂址区年平均气温6.8度,最冷月极端天气-32.5度,极端最高天气22.3度,年平均降水量为528.7mm,年最大降水量1065.6mm,年最小降水量365.4mm,年平均降水日数105天。

  物探解析地质构造。 GDK343+040—GDK343+540.0处为物探异常带,岩体较破碎,因地势较低,利于汇水形成富水区,对施工会产生较大影响。

  GDK343+040—GDK343+540.0段作为设计变更试验段, 采取“以堵为主,堵排结合”的原则进行施作。

  2 注浆导管施工工艺

  2. 1 导管工艺流程( 图1)



  图1 导管施工工艺流程

  定位。测量人员准确放出隧道开挖轮廓线,在轮廓线注浆工艺流程外侧打设超前管孔位,布设范围在起拱线以上,孔位间距为40 cm,,每环共37 个孔。

  钻孔。施工中采用TY28型凿岩机不少于8 台,进行钻孔作业,采用50 mm 钻头钻孔。每台钻机设2 名钻工,尽量减小钻孔横向偏位,控制钻孔深度误差在+ 5 cm 以内,并保证设计要求的30°外插角。

  钢花管制作及安装。a.小导管前端做成尖锥形,尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍,管壁上每隔10~20cm梅花型钻眼,眼孔直径为6~8mm,尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。小导管构造见图2。

  b.钢花管大样每个孔位打至设计深度后立即下管, 钢花管由人工辅助机械送入,钢管到位后。 采用锚固剂或水玻璃和水泥封口, 以防注浆时冒浆。

  注浆。采用水泥水玻璃双液注浆机2 台,注浆时注浆压力控制为初压1. 0~2. 0 MPa,在注浆孔的注浆末期,泵压逐渐升高后增压至3 MPa。当注浆压力不低于3. 0 MPa,稳定5 s 时可作为注浆孔施工的结束标准。

  2. 2 注浆材料与浆液配合比

  压浆材料一般要求在一定时间内具有胶凝作用,因此,多数情况下都采用以水玻璃为主体材料。设计中采用了水泥水玻璃类浆液,它是以水泥和水玻璃为主剂( 水泥浆要求: W ∶C= 1∶1;水玻璃要求: 模数m= 2. 4~3. 4,浓度B =35e′),两者按1∶1 的比例采用双液方式注入,加入2%缓凝剂( 磷酸氢二钠) 所形成的注浆材料。它具有以下优点:

  可以调节胶凝时间; 结石体抗压强度高,可达到5~20 MPa; 不会产生固化收缩而形成空隙, 有利于保持胶凝体与岩体的胶结和挤压作用; 浆液结石率为100%, 结石体渗透系数为10- 3 cm/ s, 抗渗性能好; 浆液在流散过程中, 发生的化学反应产生大量水化热, 这些热量将促使岩体含水量降低, 岩体强度和自稳性则因此而提高。

  2. 3  注浆设备

  隧道所用的注浆设备见表1。

  泄水孔施工。泄水孔施作的目的,一是减小裂隙水水压力,以预防掌子面突然涌水引起坍塌;二是集中引排,,减少掌子面渗漏水,改善施工条件, 减少材料浪费。目前根据现场实际围岩节理的发育情况和裂隙走向,对裂隙水分布及补给并对孔位做了及时调整,改在掌子面节理、裂隙发育的右上及左边偏下位置施打泄水孔, 单孔泄水量达到60 m3 / h,,使掌子面的淋水情况大为改观,泄水效果比较理想。泄水孔孔位见图3所示。

  止浆措施。设计中指出小导管管尾0. 5 m 范围内不打注浆孔。GDK343+040 断面超前导管注浆过程中,孔口出现大量溢浆现象。分析原因: 施打泄水孔后, 实际涌水量为100~120 m3/ h,设计方案治理水量为60~80 m3 / h,这样实际水压力也会比设计大很多。经调整我部采取如下措施进行止浆: 管尾0. 7 m 范围内不打注浆孔,送管施工完成后,先用止浆塞塞紧0. 7 m中的前0. 15~0. 20 m 范围,减小导管与孔壁之间的水量和流速,使渗漏水从导管中流出,便于封堵止浆。再用干水泥和水玻璃严密封。

  预防堵管措施。在GDK343+040断面导管注浆过程中, 3 号、7 号、21 号等孔位出现堵管现象。分析认为: 双液浆凝结时间较短,施工中若采用一段或一段半注浆设备,在换孔过程中,如果时间过长,浆液就会在注浆管中胶凝而堵管。因此在换孔过程中, 首先要打开合流管部位的排浆阀,排出浆液,再用清水清洗注浆管,防止多次注浆的胶凝物累积堵管。

  注浆顺序控制。GDK343+040断面导管顺序注浆施工后,个别孔周边仍存在渗漏现象。考虑到该段围岩裂隙发育,在裂隙分布及走向影响下,渗水、涌水分布、压力等存在不规律性的特点,在孔位注浆顺序上做了适当调整。

  在裂隙发育程度相近、渗漏水、涌水情况基本相同的部位,采用间隔注浆法,这样不仅可以节约注浆材料,还可以使封闭更加严密,提高帷幕效果;

  在渗漏水、涌水情况不同且压力相差较大的部位,采用由弱到强,即由渗漏水部位向涌水部位注浆,保证每个孔在裂隙水压力差及注浆泵压力作用下注浆饱满、充分填满裂隙, 提高止水效果。

  单孔注浆压力控制。因为渗水、涌水分布和压力等均不存在规律性,针对不同的孔位, 注浆压力控制也不尽相同。

  在压力相对较小的孔位,先低压注浆,减小管尾附近围岩裂隙渗漏,再高压注浆,使浆液进一步充满裂隙,封堵裂隙水,最后降压持荷10 s,降低浆液流速,让导管及其周围浆液有充分的胶凝时间。

  在压力较大的孔位,先高压,再低压,实行高低压反复的方法, 既保证有足够的压力将浆液压入裂隙,又保证导管及裂隙中的浆液有足够的时间胶凝。

  3 注浆效果

  GDK343+040-- GDK343+055施工段完成后,堵止效果明显。

  注浆前GDK343+040~+ GDK343+055段拱部渗漏、淋水严重,无法完成喷射作业,注浆后浆液通过裂隙反渗至该段封闭围岩。

  注浆前部分导管及其周边有淋水或涌水现象,注浆后在原渗漏水部位绝大部分有浆液渗出,渗漏水明显减少。

  经过超前导管注浆治理段落,开挖施工后,围岩裂隙水及孔隙水明显减少,爆破后的洞渣中含大量的浆液胶凝体,洞渣结块率高, 充填密实,胶结牢固。

  ( 4) 从出水量方面看,自GDK343+040断面施打泄水孔后,最大水量达到120 m3/ h左右,注浆施工后水量降低至65 m3 / h 左右。

  4 施工中存在的问题

  注浆压力。根据GDK343+040 断面围岩情况推断以后一段为软弱岩体,围岩裂隙发育,节理逐渐清晰,强度也有提高,与软弱岩体存在一定差异。注浆过程中,在没有止浆墙的情况下,压力过大浆液会从裂隙中渗出,甚至喷射出来,压力难以增高,并使周边泥质岩和欠稳定的岩块掉落。长时间维持在0. 7~1. 5 MPa 左右。围岩整体性较好的孔位注浆2. 5 min 左右,压力会迅速增至3. 0 MPa,甚至更高, 注浆量则略低于设计值。

  注浆量。围岩裂隙发育段,部分孔在注浆2~2. 5 min后,浆液会从裂隙中渗漏、喷射出来,但渗漏或喷射的浆液会逐渐胶凝逐渐堵住裂隙。为了达到止水目的,就要延长注浆时间,导致浆液大量流失。注浆开挖后发现,洞内渣石中存在大量双液浆胶凝体。这些都是注浆量加大的体现。

  5 结语

  在GDK343+040~+ GDK343+055 涌水段超前注浆导管施工试验段,我们坚持“以堵为主,堵排结合”的原则,按照设计方案进行施工,在实践中总结一套简易高效的施工经验,虽然施工中还存在一些缺陷,但从注浆后效果来看,还是达到了封闭围岩、封堵裂隙水的效果,导管注浆方案的可行性为我部以后处理涌水提供宝贵的实践资料,我们将致力完善导管注浆,坚持“以堵为主,堵排结合”的原则。为改善了施工作业条件,保证隧道安全掘进提供强有力的支撑。

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