大管棚超前帷幕止水注浆在隧洞涌水地段中的应用

2011-10-09田树宝黄伯顺祖博禹

中国科技信息 2011年2期

关键词：沟谷压水孔口

田树宝黄伯顺祖博禹

辽宁水利土木咨询有限公司沈阳 110003

大管棚超前帷幕止水注浆在隧洞涌水地段中的应用

田树宝黄伯顺祖博禹

辽宁水利土木咨询有限公司沈阳 110003

1. 工程简介

大伙房水库输水（二期）工程三标段位于抚顺市南郊，区内地形起伏较大，地势略呈北高南低，沟谷发育，本段主洞共穿越夜海沟东沟、夜海沟谷、郎士沟谷、偏坎子沟谷、英德堡的部分沟谷，这些沟谷埋深浅，且常年有流水，洞线穿越长度为87～766m，围岩较差，主要以Ⅴ类为主，部分Ⅳ类；有些沟谷在施工中出现了大量涌水，安全通过沟谷浅埋段是施工的难点之一

2. 问题的提出及方案确定

在实际施工中各沟谷都出现了涌水现象，特别是通过朗士沟谷时，主洞开挖到13+085～13+095时，出水量约2000～3000L/min·10m已达到涌水，开挖至桩号13+095～13+115时，水量达到5000～6000L/min·10m，围岩地质条件明显变差，在开挖过程中遇水经常坍塌，小导管注浆已不能满足施工安全的需求。为保证施工安全和洞室稳定，在13＋115桩号进行了超前勘探工作，进一步探明了前方30m范围内的地质状况，根据现场实际情况，结合其他隧道施工经验，认为较为合理的施工方法是采用超前大管棚帷幕注浆止水。

3.超前大管棚帷幕注浆的工程量和工期

根据前期勘探成果，为了达到止水目的，本次超前灌浆计划在主洞上部均匀布置2环共19个灌浆孔，其中外环孔10个，内环孔9个，外环间距1.2m内环1.08m，梅花布孔。

本次超前灌浆钻孔深度外环为25m，外插角为6°，内环为30m，外插角为3°。孔口管镶铸、待凝时间3天，钻、灌效率按30m/d·台计算，投入2台钻机，需9天，进退场3天，总计需12天。

4.施工方法

4.1、掌子面的封闭:掌子面的水集中导流，然后打锚杆(不要侵占108钢管的位置)，挂网，喷20cm厚C20混凝土，封闭掌子面。

4.2、测量放样：布设108管注浆孔的位子，在以顶半圆的圆心为圆心，3.5米为半径，间距为120cm,10个φ108钢管，在半径3.3米的内环间距为108cm,9个108钢管，和上面的10个管成梅花形布置。中间有两个钻心取样的探测孔，两个孔都在一个水平线上，在中心线两侧各1米处，距顶圆心下1.6米，放样完φ108注浆管的位置后，需用实验室手工钻心取样的手工钻机140mm直径的，把喷上的20cm的钢筋混凝土钻心取出来，这样就不会因为冲击钻作用在钢筋网上，把混凝土振落，使掌子面的封闭受到破坏，而不起作用。

4.3 搭钻机平台安装钻机

（1）钻机平台用脚手架搭设，平台一次性搭好，钻孔由三台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机的时间，便于钻机定位。

（2）平台支撑连接牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。

（3）钻机定位：精确核定钻机位置，使钻机与已设定好的孔口管方向平行。可用全站仪、挂线、地质罗盘导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴向与孔口管轴线相吻合。

4.4 钻孔及孔的冲洗

（1）为了便于安装孔口管，摘孔口段钻头直径采用φ130mm，1.5米深后，安要求摘管、堵漏、注浆。正常注浆孔径采用φ75mm，外环25米，内环30米。

（2）钻机开钻时，可低速低压，待成孔3m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。

（3）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进现象及时判定成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。

（4）钻进时若遇到坍孔、卡钻现象，需补浆后再钻进。

（5）认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断，作为开挖洞身的地质预报，为洞身开挖提供指导依据。

（6）用钻杆配合钻头来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

（7）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

（8）灌浆孔均进行冲洗。冲洗采用灌浆压力的80%，压力超过0.5MPa时，采用0.5MPa。

（9）裂隙冲洗应冲至回水澄清后10分钟结束，且总的时间要求，单孔不少于30min，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。

（10）当邻近有正在灌浆的孔或临近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗。

（11）注浆孔段裂隙冲洗后，该孔应立即连续进行注浆作业，因故中断时间间隔超过24h时，在注浆前重新进行裂隙冲洗。

4.5 压水试验

结合裂隙冲洗，采用“简易压水”、“单点法”进行压水试验。试验压力为灌浆压力的80%，该值若大于0.5MPa时，采用0.5MPa；压水20min，每5min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

4.6 灌浆材料、灌浆设备

4.6.1 材料

灌浆采用纯水泥浆。

（1）水泥。水泥采用浑河牌P.O 42.5级普通硅酸盐水泥，其质量满足灌浆要求。施工过程中，对于受潮结块的水泥和出厂期超过三个月的水泥及时清场，不得使用。

（2）拌和用水。抽取4＃支洞施工区内的地下水，水温及水质均符合灌浆要求。

4.6.2 灌浆设备

（1）灌浆泵使用BW-250/500灌浆泵1台，其最大容许工作压力为10.0Mpa，排浆量能满足灌浆最大注入率的要求。

（2）根据灌浆需要配置1台高速和1台低速浆液搅拌机。高速搅拌机为自制的300L搅拌桶；低速浆液搅拌机为YJ－200型双层搅拌桶，能保证均匀连续地拌制浆液。

（3）灌浆管路选用可承受最大压力为15MPa的高压钢丝编织胶管；压力表最大标值为10MPa，已经过率定。压力表和管路之间应设有隔浆装置。

（4）孔口封闭器为自制法兰盘，耐高压，易于安装和卸除。

（5）注浆时采用自动记录仪记录水泥用量。其性能指标满足施工要求。

（6）所有注浆设备、仪器、仪表均始终保持工作状态正常，并应配有足够的备用设备。电力驱动的设备保证接地良好并经确认能保证施工安全时，方可使用。

4.7 灌浆

4.7.1 施工工艺

4.7.2 灌浆程序

（1）一般要求。超前预注浆必须严格按照《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）中相关规定执行。

（2）施工程序。外排I序孔→外排 II序孔→内排I序孔→内排 II序孔。

（3）工艺流程。孔口扩大段钻孔（孔口段钻头直径采用φ130mm，钻深1.5米）→冲孔及压水试验→镶铸孔口管（φ108mm的钢管19个）→灌浆（19个孔都达到闭浆标准）→下一段钻孔→冲孔及压水试验→全孔灌浆结束→封孔。

（4）灌浆段1.5米段,外环孔25米一段，内环30米一段。摘管注浆完成后，采用φ75mm钻头重新开钻，外环孔10个25米深，内环孔9个30米深，按要求钻孔、钻孔冲洗和压水试验后，进行灌浆。

（5）超前预注浆采用“孔口封闭，孔内循环分段灌浆法，分段原则为出水量大于30L/min的需要进行注浆处理。设计初始灌浆压力0.25MPa，最大灌浆压力不超过0.5MPa。

（6）各注浆孔段不论透水率大小均按技术要求进行注浆，对特殊地层注浆段应采取相应的施工技术措施，有效控制灌浆量。

（7）射浆管采用4′硬质PVC管，注浆时射浆管底部距离孔底不大于0.5m。

（8）注浆应尽快达到设计压力，但对于注入率较大部位应分级升压。

（9）注浆浆液水灰比拟采用2﹕1、1﹕1、0.5﹕1三个比级。开灌水灰比采用3﹕1。

（10）注浆应由稀至浓逐级变换。灌浆的变换原则如下：

1）当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。

2）当某级浆液注入量已达到300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时，应该浓一级水灰比。

3）当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。

4.7.3 灌浆结束标准和封孔方法

（1）超前预注浆结束条件为，注浆段在最大设计压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注15min结束。

（2）全孔注浆结束并经监理工程师验收合格后，采用“压力灌浆封孔法”进行封孔。

4.8 灌浆质量控制

⑴注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后做压浆实验，确定合理的注浆参数，据以施工。

⑵注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆或采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。

（3）注浆过程应派专人负责，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

5、劳动力组织及设备投入

超前预注浆施工工序多，工种杂、技术性强、要求技术工人具有各方面独立操作能力，又能处理管棚施工中一般的故障，管棚施工的质量很大程度上取决于钻孔和注浆的质量。为了保质保量快速完成本次超前灌浆任务，达到预期止浆目的，使得下步主洞开挖安全顺利进行，结合现场作业条件，承包人配置了相应的设备资源和人力资源。见表2-1、表2-2。