隧道帷幕注浆施工技术方案.doc
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1、XX隧道帷幕注浆施工技术方案1、工程概况XX隧道分界里程进口DK174+123,出口DK181+771。隧道中心里程DK177+947,隧道全长7648m。隧区属低山丘陵地貌,上覆第四系坡、残积层(Q4dl+el),下伏基岩为燕山期花岗岩(r52(3)c)。岩体节理发育,并发育石髻山断层,该断层为区域压性断层,石髻山断层上下盘发育在燕山期花岗岩中,与线路正交于DK178+680附近,产状N1020W/7585NE。段内地震动峰值加速度为0.15g。段内地下水较发育,主要赋存于基岩裂隙中,受地表水下渗补给,向韩江排泄,预测隧道内最大涌水量Q=60000m3/d,DK178+000DK178+97
2、0段地形较为平坦,埋深仅为6070m,且发育石髻山断层,为挤压性断裂,岩体破碎,且有沟水流经断层破碎带,有突水可能性;在DK178+700DK179+000左90200m间存在为XX水库,虽现场调查时本水库蓄水量较小,有近一半面积已见底,无漏水现象,来源于山间沟水,该水库现已经没有蓄水灌溉的作用。该水库位于距离线位较近,只有90m,对隧道的开挖有较大影响,有突水的可能。经取水样化验,水质属HCO-3.CINa+.Mg2+、SO2-4.HCO-3.SO2-4-Na+.Ca2+等型水。不良地质主要为钨矿采空区及出口危岩落石,钨矿采空区位于DK179+000DK180+000线路左侧1.5Km,对隧
3、道基本无影响。石髻山断层两端分布在DK178+560DK178+860段,断层角砾岩(Fbr):浅肉红色,原岩为粗粒花岗岩,块状构造,钙质胶结,岩体呈碎裂状,节理面铁质和钙质,绿泥石化严重,属级软岩。石髻山断层分布在DK178+600DK178+820段,属级抗震设防220m,台阶法+临时仰拱法。(二)、地质构造1、石髻山断层:为区域压性断层,断层上下盘发育在燕山期花岗岩中,与线路正交于DK178+680附近,产状N1020W/7585NE。断层附近有一鱼塘,经调查未发生漏水现象,山上沟水也未发生断流现象。据钻探及物探揭示,DK178+560DK178+860段,受断层挤压影响,岩体局部破碎,
4、多为强风化碎块状,可见绿泥石化,为断层破碎带;据抽、提水试验报告显示,破碎带含水量较小,根据物探:DK178+600DK178+800段隧道洞身剖面电阻率s值为111293.m,以极破碎岩体为主,夹部分破碎岩体,DK178+560DK178+600、DK178+700DK178+800隧道洞身剖面电阻率s值为262493.m,岩体破碎。该隧道节理发育,主要发育以下几组:N30W/80S:密闭,节理间距11.5m,贯穿性强,延展大于20m,节理面无充填,有锈斑,粗糙;N60E/32N:密闭,节理间距0.50.8m切割能力强,延展大于20m,节理面无充填,有锈斑,粗糙;N15E/75S:密闭,节理
5、间距0.50.8m,贯穿性强,延展大于20m,节理面无充填,粗糙、N40E/78S:密闭,节理间距0.30.5m,切割能力强,延展大于20m,节理面无充填,粗糙,公路边以此节理刷破;N40W/68N:密闭,节理间距0.51m,贯穿性强,延展大于10m,节理面无充填,有锈斑,粗糙;N60W/90:密闭,节理间距11.2m,贯穿性强,延展大于20m,节理面无充填,有锈斑,粗糙。(三)、预测断层涌水地段及可能引发的地质问题、环境问题该断层涌水量较大,DK178+000DK178+970段地形较为平坦,埋深仅为6070m,发育石髻山断层,为挤压性断裂,岩体破碎,沟水流经断层破碎带,存在突水可能性;在D
6、K178+700DK179+000左90200m间存在为XX水库,虽现场调查时本水库蓄水量较小,有近一半面积已见底,无漏水现象,来源于山间沟水,该水库现已经没有蓄水灌溉的作用。但水库位于距离线位仅有90m,对隧道的开挖有较大影响,存在突水的可能。3.编制依据国家、铁道部和地方政府的有关政策、法规和条例、规定;国家、铁道部颁布的现行相关设计规范,施工技术规范,各种试验(检验)、检测标准(规程);新建铁路厦门至深圳线厦门至潮汕段施工图XX隧道设计图厦门至深圳(广东段)铁路公司筹备组及上海天佑监理站下发的相关文件;客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准 铁建设2005160号;铁路隧道施工规范TB
7、10204-2002 J163-2002;客运专线铁路隧道工程施工技术指南 TZ214-2005;铁路工程施工安全技术规程TB10401.1-2003 J259-2003等;我单位拥有的科技成果、工法成果、管理水平,现阶段的技术装备力量和多年积累的铁路施工经验。4、施工方法根据设计图纸要求及超前地质预报、超前地质雷达、超前水平探孔,在DK178+700-DK178+810段地下水发育,可能导致突水涌泥,须采用超前帷幕注浆施工。采用孔口管和小导管注浆,钻孔长30m,孔口管采用直径89mm,壁厚5.5mm,作为止浆和孔口保护。注浆加固厚度控制在4.0m,全断面注浆则注浆孔全断面布置。为保证注浆效果
8、和均匀性,注浆应分段进行。4.1注浆目的在岩溶水发育地段,当地下水大量排放可能影响当地生态环境时,采取“以堵为主,限量排放”的防排水原则。注浆的主要目的是加固围岩,限制排水量,保证隧道洞室稳定,确保施工及运营安全,实现有控制排放,减少(防止)水资源流失。本方案设计排水量控制标准按注浆后每延米洞壁渗漏量不大于13m3/dm考虑,施工过程中应根据工程场区环境敏感程度、超前地质预报预测及揭示的地质条件予以调整。为达到目的,施工中可根据工点的具体工程地质、水文地质、条件选用以防渗、堵水、固结或回填为目的的一种或几种的组合注浆措施。(1)防渗降低围岩的渗透性,消除或减少地下水的渗流量,降低工程扬压力或孔
9、隙水压力,提高围岩的抗渗透变形能力,限制排水量。(2)堵水截断水流,改善工程施工、运营条件。(3)固结改善隧道围岩的力学性能,提高其整体性。(4)回填充填隧道围岩的孔洞(溶洞、溶槽)、缝隙(裂隙、溶隙),防止塌陷,改善结构的力学条件。7.2注浆主要施工工艺及施工方法7.2.1帷幕注浆是通过在掌子面钻注浆孔,再向孔内压注化学浆液,浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水,保证围岩的裂隙被具有一定强度的浆体充填密实,并与岩体固结成一体,形成止水帷幕。7.2.2采用孔口管和小导管注浆,钻孔长30m,孔口管采用直径89mm,壁厚5.5mm,作为止浆和孔口保护。注浆加固厚度控制在5.0m,全断面注
10、浆则注浆孔全断面布置。7.3帷幕注浆施工方案超前帷幕预注浆,每一循环长度30m,开挖25m,预留5m止浆岩盘。固结范围:开挖轮廓线外4m。7.4帷幕注浆部位石髻山断层 DK178+700-DK178+7307.5注浆材料7.5.1注浆材料的选择及适用范围水泥:42.5普通硅酸盐水泥水玻璃:40Be水灰比:0.5:10.8:1针对断层破碎带发育情况,拟采用以下两种不同的注浆堵水材料。单液水泥浆类浆液单液水泥浆类浆液是以水泥为主,添加一定量的速凝剂,用水调剂成的浆液。它的主要特点是:凝结时间可根据实际需要随意调节,其变化范围为几分钟至几小时;浆液结石率可达100%,抗压强度可达510Mpa,抗渗性
11、能好;工艺设备简单,操作方便,但难以注入0.2mm以下岩溶裂隙;浆液无毒性,对地下水和环境无污染,较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全;来源丰富,价格便宜;凝结时间相对较长。根据注浆对浆液凝胶时间的要求,施工中在隧道内对不同浆液配比进行分组试验,取得不同凝胶时间下的配比,供注浆选用。水泥水玻璃类浆液水泥水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂,两者按一定比例采用双液方式注入,必要时加入缓凝剂(磷酸氢二钠)所形成的注浆材料。它的主要特点是:来源丰富,价格便宜;结石体抗压强度高,可达520Mpa,但后期强度由于水玻璃的作用易降低;浆液结石率为100%,结石体渗透系数10-3cm/s,抗渗性能好;但难以注
12、入0.2mm以下岩溶裂隙;采用双液方式注入,施工工艺较单液复杂。注浆施工时,浆液类型的选择原则是根据岩溶水赋存情况和涌水量大小而确定:当遇到断层破碎带或涌水量大时,选用单液或双液浆;以上两种注浆材料各有所长,在注浆过程中配合使用。7.6注浆工艺和作业要点7.6.1注浆工艺流程(见下图)注浆施工工艺流程图7.6.2注浆段长和注浆孔的布置根据钻机性能,选用每循环注浆段长30米;帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中,所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则,据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。帷幕注浆孔口布置图及纵剖面图帷幕注浆剖面图7.6.3注浆方式采用分段前
13、进式注浆或全孔一次压入式注浆。当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水,就一钻到底,全孔一次压入式注浆;在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水,立即停止钻孔,采取注一段钻一段的分段前进式注浆,直至终孔。7.6.4注浆参数的选择每循环注浆长度30m,单孔有效扩散半径2 m,孔底间距不大于3m;注浆范围为隧道开挖断面外4m。注浆方式:如果出水量较小且成孔容易,用一次性注浆方式或分段后退式注浆;如果成孔困难,则采用分段前进式注浆。注浆压力:正常注浆压力为静水压力+0.5Mpa,注浆终压不大于2.5倍的静水压力。施工中根据现场注浆试验进行调整。浆液的注入量:指单孔注入量,按假设浆液在地层中均匀扩散公式为: Q=R2Ln式
14、中:Q-单孔注浆量(m3); R-浆液扩散半径(m)取2.5m; L-注浆孔长(m); n-地层的裂隙(),取24%; -浆液在岩石裂隙中的充填系数,视岩石情况取0.30.9; -浆液消耗率,取1.1。7.6.5止浆岩盘一个止浆岩盘止浆效果的好坏,将直接关系到帷幕注浆成功与否。本隧道根据注浆段围岩情况预留5m止浆岩盘,这样既确保注浆效果,又避免每个注浆循环浇筑混凝土作为止浆墙这道工序,可以加快施工进度。7.6.5.1止浆岩盘的施工当出现大股涌水时,应采用下面的施工方案:先对掌子面出水点进行引流工作,清底,浇筑砼止浆墙,砼施工过程中预埋孔口管与小导管注浆建造止浆岩盘,最后进行引流管的关水工作。止
15、浆墙的设置:根据掌子面围岩及出水情况确定砼止浆墙长3米,具体施工步骤:在出水点采用260钢管引水,同时自制“U”形槽放置于引流管下方,使散水归槽,保证掌子面基底干燥。砼止浆墙施工时在涌水点用模板加工成木箱形图状,并预留2根108泄水管。在砼浇筑过程中预留第一环注浆孔的孔口管,第一段浇筑完后,浇筑第二段砼前,对孔口管、引流管及泄水管进行接长处理。同时在浇筑第二段砼中预埋二、三环注浆孔的孔口管,和拱部预埋32小导管,小导管环向间距40cm。7.6.5.2止浆岩盘注浆加固注浆孔的布置:分三种方式:第一,按圆形布置注浆孔,根据地质和涌水情况确定注浆加固孔,预留注浆加固孔的2倍的孔位用于帷幕注浆和检查孔
16、;第二,小导管布置在拱部;第三,108泄水管,布置在引流管下方。注浆加固注浆前进行关水试验,观察止浆墙背后渗水情况。由于散水未能全部归流,可能在止浆墙与周边岩壁之间、以及止浆墙集水槽底部的砼面均有少量水渗出。打开引水管,进行注浆加固。先利用注浆机注拱部及周边小导管,注浆过程中双液浆会随水从周边流出,稳定注浆压力,待浓浆流出且压力升高时,停止该孔注浆,间隔进行下一孔注浆。所有小导管注浆完成后,对集水槽108泄水管注单液浆,直至引水管内有浓浆流出后停止。关水检查加固完成半小时,关水检查,如止浆墙无渗漏则进行帷幕注浆,如仍有渗水,重新加固止浆墙。7.6.6埋设孔口管固结牢固密实,保证不漏浆、不窜浆的
17、孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素,其埋设方法:先用YQ-100型冲击式钻机钻3.0m深,再将89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。7.6.7钻孔先根据设计图孔位、钻孔参数,在工作面上放出钻孔位置,并用油漆标定。调整钻杆的仰角和水平角,移动钻机,将钻头对准所标孔位。将棱镜放在钻杆的尾端,用全站仪检查钻杆的姿态并调整。根据探孔预测结果,决定是否采用孔口管。对探孔预测水压较高(P1.0MPa),且水量较大(Q20m3/h)的区域,采用孔口管注浆,否则采用止浆塞止浆方式注浆。当采取后退式分段注浆时,可直
18、接钻孔至设计深度。当采取前进式分段注浆时,采取钻一段注一段的方式,直至设计孔深。钻孔按先外圈,后内圈的顺序进行。内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序,后序孔可检查前序孔的注浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数,另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求,即可进行下一圈孔的钻进,减少钻孔的工作量,加快施工进度。钻孔时,还要严格作好钻孔记录,包括孔号、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,若单孔出水量小于30L/min,可继续施钻;若单孔出水量大于30L/min ,立即停钻进行注浆。7.6.8浆液的配制单液水泥浆先在机内放入定量清水进行搅拌,然
19、后放入水泥,连续搅拌3分钟即可。双液浆水泥浆的配制同上,水玻璃浆的配制方法是现在搅拌桶内加一定量的清水,然后再放入一定量的浓水玻璃,搅拌均匀即可。两种浆液通过注浆机在混合器处混合后进入地层。水泥水玻璃双液浆中水泥浆越浓,水泥浆与水玻璃的比值越大,则凝胶时间越短,一般在30秒到数分钟;若要缩短或增加凝胶时间,可加入速凝剂或缓凝剂,可调范围十几秒至几十分钟。(3)制浆注意事项为了保证浆液质量,配料时制浆材料必须计量准确,水泥、缓凝剂、速凝剂等固体材料采用重量称量法,水、水玻璃采用体积称量法,其中水、水泥、水玻璃称量误差不应大于5,外加剂称量误差不应大于1。严格按照顺序加料,有外加剂的浆液中,外加剂
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