隧道富水斷層帶深孔超前預注漿全封閉固結止水工法

PAGE1PAGE14隧道富水斷層帶深孔超前預注漿全封閉固結止水工法一、前言隧道及地下工程的富水斷層帶，由于圍巖軟弱破碎，穩(wěn)定性差，加之水的影響，采用一般的方法，施工極其困難，作業(yè)不安全，掘進速度慢，工程質量難以保證。在這種不良地質地段施工，采用深孔超前預注雙液漿全封閉固結止水技術，是一種安全可靠的有效方法。本工法是在遼寧省本溪—田師府鐵路改線段的XX單線鐵路隧道穿越250m富水斷層破碎帶科學試驗與施工實踐的基礎上形成的。該斷層破碎帶內構造裂隙水、節(jié)理裂隙水和石灰?guī)r溶蝕裂隙水富集，水量豐富，地表水與地下水連通。隧道地表附近還有許多村落和工礦企業(yè)，要依靠地表出露的幾眼泉水提供生活和工業(yè)用水，不能因為施工造成水的流失導致搬遷和破壞生態(tài)環(huán)境。為此，建設單位明確提出“要保護水源，不準打漏”。為了達到既保護水源，又加快施工的目的，第十九工程局與鐵道建筑研究設計院組成聯(lián)合攻關組，開發(fā)了深孔超前預注水泥—水玻璃雙液漿全封閉固結止水新技術，順利通過了250m富水斷層帶。二、工法特點本工法與周邊淺眼預注漿相比，有以下幾點特點：1.工作面和周邊圍巖均布孔，進行全斷面全封閉深孔注漿固結止水，在隧道開挖斷面周邊能形成一定厚度的堵水帷幕，對于水源保護要求高、以堵為主的隧道和地下工程尤為合適。2.注漿孔深度大，注漿段長度20m左右，可減少注漿與開挖工序的頻繁倒換和作業(yè)循環(huán)次數(shù)，故能加快進度。3.采用靈活機動、高效的瑞典液壓鉆孔臺車鉆孔、下注漿管，移位、對位方便，鉆孔、下管快，作業(yè)效率高。凡有液壓鉆孔臺車的工點，不必另配其他的鉆孔設備，能發(fā)揮一機多用的效果。三、基本原理和適用范圍(一)基本原理對于地質復雜的富水斷層破碎帶，水源保護要求很高。為了防止開挖面涌水，除了沿隧道開挖輪廓線(含底部)按軸向輻射狀布孔外，在開挖面中心，也布孔注漿。注入按一定比例配制而成的水泥—水玻璃雙液漿后，漿液滲透擴散到破碎帶的孔隙中并快速凝固，與周圍破碎巖塊固結成具有一定強度的結石體，在隧道周邊及開挖面形成一個堵水帷幕(加固區(qū))，切斷地下水流通路，以此達到固結止水、保持圍巖穩(wěn)定、增強施工安全的目的。(二)適用范圍本工法適用于鐵路、公路、水工隧道及其他地下工程的富水斷層帶和軟弱圍巖施工，也可用于隧道及其他地下工程塌方的處理整治。對于要求保護水資源、防止施工時地下水流失，以及嚴格控制地表下沉的工程尤為適用。四、施工工藝和作業(yè)要點(一)施工程序施工程序見圖1。(二)超前地質預報遙對于構造復雜慣、水量豐富的夢大斷層帶，必顆須準確預報工笨作面前肝方須20~邁25m彼范圍的工程地可質和水文地質宿情況，以便為睜制定施工方案汪和確定注漿參軟數(shù)提供依據(jù)，只因此，鉆孔作傾業(yè)前必須把超襪前地質預報作融為一個工序納驢施工過程宅。碰復1輸.鞋鉆孔方法：利裹用液壓鉆孔臺珍車施鉆深孔，智一般在拱頂、艇超拱線和隧道剝中下部位各鉆銷一哨Ф先7帳6蟲孔，孔深超出處注漿段紅5m戀左右你。扶承2炸.每預報內容：預襖測工作面前方幻注漿段長范圍妹的地質構造和汽巖性、地下水俘出露位置和水匆量大小，以及捆斷層圍巖變化祖情況等影。乓號3濾.授預報方法：采盡用鉆眼排碴取焰樣分析，記錄盼鉆速、水質水盞量變化情況以堤及開挖后的巖捧面觀測素描，貌綜合判斷預報燙前方水文、地麗質條件農。酸粥(者三哲)瞇鉆孔作捎業(yè)吧石1慈.蛇布孔：臺車就由位固定后，由屑測量工站在臺酷車臂托籃上，百用紅油漆在掌向子面上按設計疾準確畫出鉆孔廁位置，標注編喊號渾。限2.鉆孔培(1膜)主施鉆時臺車在岔臂必須頂緊在才掌子面上，以辜防止過大顫動捉而影響施鉆精脂度寄。金薪(2忠)攤鉆機開孔時鉆貝速宜低，鉆深衫20cm陰后轉入正常鉆愈速叔。擴數(shù)(3肆)神第一根鉆桿鉆綢完后，鑿巖機習與鉆桿脫離，痰使用聯(lián)接套接府第二根，依次爸接桿直至鉆到籍設計深度掀。熔警(4陵)肆鉆孔深度達到侮設計要求后，漁鑿巖機后退帶勾出鉆桿，人工捏用卡鉗或大扳舞手卡緊前桿，蠢鑿巖機反轉，息松開連接套卸若下鉆桿，按同庭樣方法依次拆乘卸鉆桿退出孔即外執(zhí)。周襪3目.慰開孔孔徑及深道度：注漿孔喇和肝φ滔10盒2灑鉆頭開孔，孔俗內放置慢長愁3~育6m奏的鵲φ性8生9域鋼況管烏(干或橡膠止?jié){塞訴管切)吩做孔口管，掏盒孔清碴時堅用騎φ捧7村6季鉆頭。注漿段受長度魚20m稼，各孔角度和望孔深見悉表傅1鋸和符圖遵4懼。熊4屑.嬌鉆孔深度控制殘：臺車大臂按復設計布孔位置其點對正，用簡茂易垂球量角器伙測鉆桿仰角，抽調整至設計角兔度，并在鉆桿稼上安裝導向指匠示器，控制鉆抗孔偏角述。肺芒5祖.心臺車鉆孔工作梨參數(shù)：鑿巖臺筍車鉆孔作業(yè)的逢推進壓瞞力辛2.5~4.廉0MP墊a選，回轉壓辜力勉5.0割~稠繭6.0MP占a述，沖擊壓憂力鎮(zhèn)19~20M臨P脆a汽。是指(嬌四甘)免注漿作恒業(yè)無跑1囑.勾注漿材衡料少計(1蜘)急水泥：選批用幫42舅5弱號以上的普通覺硅酸鹽水泥，錘質量應符合《托硅酸鹽水泥、別普通硅酸鹽水插泥的各項指標低》乏(GB178佩-85扣)俘標準羽。勉湖(2植)萄水玻璃：選用熄出廠濃營度臘42~45B相é槐，比緣重口1.42~1聞.45岔,飛模肅數(shù)拼2.4~2.鬼8獸的水玻璃原液怪。嚴耀(3火)音拌合水：水質杠應符合《鐵路刑混凝土及砌石羊工程施工規(guī)范鴨》籍(TBJ21師0-86與)良中第溝荒條的各項規(guī)定捕。秀方2輔.提配比控念制豬刷水灰附水貸(W/C某)芒為葛0.鑰8祥；水玻璃稀釋掩濃度織為漁25~35B槽é辨；雙液體積悠比弦(C/S作)炒為琴1粘∶敬0.5~0.易7輔。智3抬.聯(lián)凝膠與凝結時炕間控叨制視淘為滿足漿液擴腿散半徑的要求美，采用的凝結銀時間為：一般雅地段濾為壓3夠分鐘，富水地鞭段殺為納1~乎2咸分鐘。抽雙液漿的凝膠兵時間不同于凝醋結時間。凝膠脈時間較短，是朋指由流動狀態(tài)窩變?yōu)椴涣鲃訝钔軕B(tài)的過程。凝僑結是水泥漿體極開始失去可塑健性的時間冷。悠寨施工控制分三狀種情況慚：纖提(1既)眼水灰比固定，謀水玻璃濃度不椅變，變換雙漿誼比例。當水玻艦璃溶液所占比德例由小到大，茶凝膠時間則由龍長到短，初、辮終凝由慢到快板。萍鉤(2衡)區(qū)水玻璃濃度不塌變，雙液比例踐固定，變換水光灰比。當水灰哥比由小到大，寇凝膠時間由短怠到長，初、終恩凝由快到慢末。票濃(3的)外水灰比不變，黎雙液比固定，搖變換水玻璃濃辯度。當水玻璃廈濃度由高到低緞，凝膠時間由烏短到長，初、師終凝由快到慢醉。肅醋4漲.禍作業(yè)面布證置焦端為保證施工安倘全，對于富水響斷層破碎段，夕一般采取襯砌車緊跟的施工方樣法。由于作業(yè)及凈空受到限制驅，故注漿站采寒用移動式。為師減少管路安裝存工作量和干擾份，以及管路損蕩失，后部輸漿綢管采用硬管并浪固定于隧道兩傻側，前部采用筐高壓膠管與混倡合器相連。作牢業(yè)面布置見用圖健2繭。5、注漿卷連接注漿管路隔后，用注漿泵鋼先壓水檢查管濕路是否漏水，柏設備狀態(tài)是否粒正常，爾后再巧做壓水試驗，基以沖洗巖石裂曉隙，擴大漿液智通路，增加漿梢液沖塞的密實彩性，核實巖石糊的滲透性。傍對于富水斷支林破碎帶清孔后叫，先壓水泥漿底液，再我壓至C幅S陣雙液漿鍵。油莖標定注漿泵上各電接觸點壓力淹表的最大壓力伴指標，泵壓后杠觀察壓力變化送及水泥漿和水去玻璃的消耗數(shù)何量傍。假監(jiān)記錄注漿時間季和注漿量流。亮益注漿達到標準取后，打開三通瓣混合器的減壓天閥排漿，卸下翅混合器換注另奸一孔擾。稅芹注漿結束后，睡拆卸各注漿器芳件，全部清洗昏干凈，并對注權漿泵進行檢查滾保養(yǎng)型。識纏6皺、作業(yè)方緩式抖計注漿方式采用膊前進式或全孔鞭一次壓入式。曉鉆孔過程中未貿涌水的，就一窯鉆到底，全孔簽一次壓入式注怨?jié){；在鉆孔過奉程中，如發(fā)現(xiàn)代有水，即停止那鉆孔，采取注勉一段鉆一段的宣前進式注漿，俯直至達到設計臥段長位置驟。嘴蝕在水壓、水量氏較大的情況下蓮，還可采用分睬層泄水減壓、舒分層注漿方式艙。即下層管注磚漿，中層管放夫水；中層管注諒漿，上層管放出水，這樣逐層撤抬水把水排擠睬到拱頂以上規(guī)岡定的止水固結褲圈以外底。殺釋施滅注漿順序為由卸下而上，由里喪向外玉。鋒院7棍.茄注漿參來數(shù)喂心(1爺)鏡注漿壓力及單欠孔擴散半徑：館注漿壓力一般攻為地下水靜水券壓力制的搶2~伐3課倍，考慮到巖早層裂隙阻力，茫該隧道富水斷瘋層帶初始壓點力源3MPa詢,證終惑壓學4~5MP肌a凳。單孔漿液擴勵散半徑輩4m倚。吸遵(2井)站注漿速度；鉆隙孔出水量＞群50L芒/mi腎n虜時，注漿速度脖取仍80~豬100L稠/mi副n散。鉆孔出水鮮量踐=0~鳳50L落/mi叉n鄰時，注漿速度率取清60~員80L恰/mi晝n婚。界傳(3傘)逮注漿擴散范圍豆：注漿有效范漲圍為開挖輪廓梢線外毀4.0m功(傲坍方段為撈5.0m襯)松。采煌(4晨)攜注漿量：一般肯按注漿范圍內眼圍巖體積儲的員5口%士左右考慮，實茄注量由鉆孔壓眼水試驗確定。礎本隧道單孔注沉漿帖量筍V=圖11.8m駐3吹。館壞8哨.腐注漿中幾個問國題的處欺理蒼暖(1蹄)烘注漿時如遇竄片漿或跑漿，采電用間隔一孔或斤幾孔注漿方式貓。麗斧(2凳)藍注漿中，注漿洞量和注漿壓力帽是兩個關鍵參奔數(shù)。一般規(guī)律充是：初始階段吩壓力較低，注頑入量增大；正給常階段壓力和定注入量呈小的寸波浪式起伏狀球態(tài)，但總的比依較平穩(wěn)；壓密麻注滿階段注入療量迅速遞減而桿壓力迅速升高恨；在注漿中根夢據(jù)設計注漿量蘭和壓力按照上臭述規(guī)律進行控趕制。放(3便)倘對于塌體注漿哄，由于空隙率青大，局部還有燙空洞，常遇到哭吃漿量很大而孫注漿壓力上不捧去的情況。對而此歷培，以控制注漿朗量為主，一般勉達到設計的注曠漿量后，穩(wěn)壓餓幾分鐘即可停彼止注漿。注漿先工藝流程見焰圖揀3佩。五、機具設備裹(圣一圣)還本工法所用機望具設榆備雖(剝見酒表污2膀)繡摸(肺二樓)棕主要注漿配噸件興朱1患.俊制作注漿孔口瓶管，管長周3m戚、繳6m按兩種，管尾焊連接聯(lián)接套，聯(lián)辦接套長鋼56m掘，內徑蓮90mm火，外徑像98mm限，它的另一頭朋帶有梯形螺紋擔絲扣，也可用尸止?jié){塞做注漿碌管，止?jié){塞采鋼用自制橡膠止益漿塞。纖2聚.起羊角式注漿嘴孟套援帽采降注漿嘴套帽內椒口徑螺紋能與把孔口管尾外螺蛙紋扣套接。帽乘頭上鉆兩個孔宰，接成羊角式澆接頭，接頭直乞徑融30mm倦、長疑85mm暑，與三通混合傍器連接槽。選路3訂.寇三通混合風器悶象三通混合器外鼻形尺寸床92mm疏×蔥92mm內×繭62mm持，為逆止閥型谷，垮有壘4韻個孔，其維中匯2府個內徑為殼28mm映的螺紋也接注惜漿管的入口，夏有一內徑為樂30mm寧螺紋也為出漿種口，一個減壓塵排漿口。逆止辭閥使雙液混合搶后不能返流，廟直接流入羊角退注漿嘴里紀?？绕?見.彎注漿孔口管頂陪進聯(lián)接假套冬螞頂進聯(lián)接套尺蟻寸注漿嘴套帽兇相同，在帽上換套焊一個釬尾隸套，接在鉆孔卷臺車的鑿巖機沙上。5.注漿管介Ф缺2債5訪高壓膠管長傳5m聞和拆10m脹，每一臺注漿工泵長短各拉配槐2左根幫。謹侵Ф掛2李5歌無縫鋼管管路佩配小長塔30~貢50m圓，水泥漿和水版玻璃漿各一條值管路怨。禍濟鋼管連接用鋼裂制管節(jié)對接，箭高壓膠管與鋼獄管連接配件為坦快速接頭或縮畫頭鎖接堂。永膝六、質量標準己與檢查遷本工法除應執(zhí)以行《鐵道隧道滿工程質量評定梨驗收標準住》趙(TBJ41歡7-87鎖)遙和《鐵路隧道濁施工規(guī)范預》始(TBJ20濾4-86品)泰等的有關規(guī)定壺外，根據(jù)富水法破碎斷層帶施覺工特點，還應系符合以下標準音：歌閉(倍一狀)信注漿質量標傻準胸退1著.獅一次注漿段長御度不大于潤20m掉;愧稀2艱.鳴注漿帷幕厚度預不小于其4.0m摸；輔對3洽.策堵水率不低恥于蠻90億%杯；玻店4惠.位注漿結石散體槳7沒天的單軸抗壓毯強度不小踢于病5MP軋a聾。古晴(后二缺)里質量檢查要跑求脫娛1嗓.啟注漿量要達到偶設計吩的戰(zhàn)80賢%索，全部注漿孔加要符合單孔注齒漿結束的標準穴；事粒2棍.愚鉆孔檢查，按漁設計檢查孔的蹤位置、角度鉆秧探，注漿固結銜帷幕＞煩4m銳，不合格時應襲補注；宴3鄭.儀取注漿結石體疲巖芯，取樣試只件中7換天抗壓強度性＞娃5MPa扮;怖閃4屠.攀檢查孔每孔出代水量在啦原眾盤鉆孔出水量奶的蝶10堪%參以下眨；棚賴5溝.汗開挖檢查漿液萬滲透及固結狀梁況磨；艷門6虹.歡認真做好注漿葉施工記后錄駝(葡注漿量及注漿負壓力變驕化百)菠，以便綜合分晌析判斷勺。證孝七、勞動組織杯及安全注意事蔑項舊(匙一天)屢勞動組漲織蝶榮深孔超前預注歸漿工序多，要沒求工序銜接緊緊湊，因此施工騙組織安排要合草理，使各道工磚序協(xié)調動作話。濤商作業(yè)工序為四睬大項：鉆孔、期運料、配料、知注漿濃。鑄丘每班施工作業(yè)庫人紫員勺2舉9商人，勞動力組撕織見漏表劑3逢。括勞動力組剃織月煉旁表煙3劇(島二橡)遮安全注意事破項裕并本工法除應執(zhí)頌行《鐵路隧道資施工技術安全恰規(guī)則毅》帥(TBJ40障4-87但)拉有關規(guī)定外，響還應采取以下砍措施畢：兼蜜1放.頌地質超前預報生和監(jiān)控量測應嚇在施工中貫徹產始終垃。訊詠2鍬.匹施工排水溝要緒及時疏排，嚴影防積水婦。帖原3替.秘針對富水斷層溝破碎帶深孔注箱漿固結止水施厘工的特點和要嗽求，制定安全裙實施細則散。檢腸4鴿.兇加強全員安全交意識教育，堅勉持安全第一的趙思想，不盲目杰追求進度，以飾防止塌方受。茫梁5鋼.兼要配備少量聚縱胺酯材料，作京為突水應急堵般漏之用琴。恒君6睡.呀注漿作業(yè)人員毛應戴口罩、眼睜鏡和軟手套，尺以防止水泥粉肺塵和水玻璃溶卻液對人體造成地傷害。武7究.顛要有良好的照凱明條件馬。穿叨八、經濟效益僑和社會效益恰以溪田線拜XX室隧啞道傅F乘6甚、剛F膏7腔斷層破碎海帶妨(梨長度散250m菜)裳施工為例進行隔分析束：兵騰深孔注漿一次級注漿段長遮20m騙，開挖長停度環(huán)16~抄17m丹，與寇8m弱注漿段長比較巷，減紹少就2剖個注漿循環(huán)，澤施工速度提高六一倍，單口月雞注漿循吩環(huán)革2呀次，月成洞層26.5m呼，達到國內斷廳層段隧道施工脊的先進水平。壇直接經濟效益捎達仔14具8捧萬元店。巡覽固結止水帷幕臘厚度懸達岸4~肆5m敬，堵水率邪達脂94%~10旅0洽%禾，圍巖固結強訂度笨為渣5.6MP炎a壘，施工安全度此高，整個斷層粱施工無一人傷咬亡。改變了施恥工作業(yè)環(huán)境，旺減輕了工人勞播動強度，工效據(jù)高，質量好，邪使隧道比原計品劃提非前謊3錦個月貫通，保恭證了觀音閣水菊庫蓄水和舊線企拆除能按時進散行，受到了遼賭寧省和建設單練位的好評。九、工程實例您本勉溪始—濱田師府鐵路改役線工程的但XX止隧道中兄，結F墨6憑、魯F垮7直兩條大斷層位正于隧道縱深腹裙部，呈南北走匯向，屬于區(qū)域牽性斷裂主干斷輕層，洞身穿越尤斷層的總長為堅250m刃(DK76+技250~DK叫67+500撇)料。由于受東西思向主壓應力的召作用貌，完F并6魔和開F俊7擾這兩抬條吉跟壓性逆斷層內溉褶皺和逆沖形凝跡從生，巖體誓擠壓破碎嚴重殖，多呈碎石狀姜鑲嵌結構，局匪部還有閃長玢拼巖等巖脈侵入瞧。斷層破碎逞梳內構造裂隙水網、節(jié)理裂隙水波和石灰?guī)r溶蝕開裂隙水富集，茂水量豐富，平涂均涌水量互達撞1侵萬膏m愧3屋/葡d市。同時，由于辰地表水與地下趣水連通，而盟且史F叛6艇、剩F匠7賤在地貌上又為界低谷帶，兩側酬地表水向該段貫匯集，造成了絲地下水位高于侮線路設計標高籃137m添，給施工造成槽很大困難。更氏為棘手的是，衰附近有許多村職落和工礦企業(yè)滲，其生活用水第和工業(yè)用水均丑依賴分布喂于側F累6奧、港F病7副低谷一帶的三鎖眼泉水。建設霞單位明確提紛出暴“界要保護水源，像不準打洪漏映”債，以免因搬遷申造成巨大的賠陷償損失括。雹謝鑒減于劫F徐6陰、玉F錯7住斷層破碎帶長床度大、水量多攪、地質差，又委位于隧道中部狠，為了達到既矮保護水源，又誦加速進度的目逃的，十九局和昌鐵道建筑研究呢設計院等單位東組成專題攻關勿小組，進行了娛認真的調查研詞究，確定采取令全封閉深孔雙什液預注漿固結豎止