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二重管無收縮漿液注漿工法的應用

詳細

《此文章摘錄自北京市城德建設工程有限公司技術交流版塊》

深圳市供水網絡干線工程1# 隧道西坑谷地特殊地段注漿加固

王志德1 曾湘德1 王榮權1 2 劉家珩2
(1.
北京市城德建設工程有限公司,北京100029)
(2.
深圳市東江水源工程管理處,深圳518001)

要:文章介紹了深圳市供水網絡干線這一重要工程在遇到隧道內塌方漏水,造成地表變形影響安全而停工4個月后,采用了二重管無收縮漿液注漿工法進行止水和巖層加固,解決了技術難題,取得了極好的社會效益和經濟效益。

關鍵詞:漏水;塌方;注漿;止水;加固

1 工程概況:

深圳市供水網絡干線工程是深圳市人民政府為解決市民生活、生產用水供需矛盾的一項市政重點工程。其中1#隧道全長17958,為無壓輸水特長隧道。隧道穿越深圳市龍崗區橫崗鎮西坑谷地,此地段地表建筑物密集,有鐵路、公路、橋梁等。隧道埋深為35m~40m,縱向坡度1/3000,斷面為城門洞型,門洞直墻高3.2m,洞頂圓弧半徑2.1m,中心角180°,斷面凈空4.2m×5.3m(寬×高)。

工程第標段里程為BK8+890~BK14+140段,其中BK11+516~BK11+655段全長139m,所處巖層為燕山期第四侵入花崗巖、石灰系下統石磴子組和石灰下統測水組下段地層,且有F38斷層破碎帶及影響帶。巖石破碎,風化嚴重,巖塊可折斷,浸水易軟化或崩解。巖塊中不均勻的夾有弱風化巖塊。其中花崗巖以巖脈的形式穿插于大理巖中或絹云母片巖與大理巖接觸帶中,裂隙極其發育。巖層情況見圖1。


本區段地下水類型為地層潛滯水、構造裂隙水、斷層及溶洞溶槽滯水。其主要依靠大氣降水補給及周圍山坡積水補給,地下水位高,隧道施工至BK11+519段時先后發生兩次較大的涌水及塌方(20005361),涌水量約200m3/h。因失水太多,地下水位嚴重下降造成地表坍塌及開裂,影響距隧道開挖掌子面左前方200m~500m處,約有2m2~3m2范圍的部分民房。造成直接經濟損失約2000多萬元。針對上述情況,有關治水專業隊伍在該地段地表采取單管深孔注漿工藝進行注漿止水加固施工,耗時2月余,用水泥200余噸,但效果欠佳。其后又有多家單位及專家進行調研和實驗均未成功。前后被迫停工約4個月,造成不良的社會影響。我公司通過現場考察和對地質情況及涌水狀況的了解,提出了采用二重管無收縮漿液深孔放射預注漿工法。此工法經業主、設計、監理、施工單位及專家等多方研究論證。通過我公司認真組織,精心施工,邊加固處理巖層邊開挖施工隧道歷時約13個月(其中注漿加固時間為4.5個月),使隧道開挖工作于20011021結束。完成施工長度139m,共鉆注漿孔494孔,總有效延米數為7497.3m,共耗水泥1265 t。實踐證明,我公司在該段工程采用的注漿工藝是正確的,其有效地止水、堵水,同時加固了松軟圍巖,保證了地下水位的穩定,也保證了隧道開挖的安全,效果極其顯著。

2 方案設計及施工

(1) 施工目的

采用深孔放射預注漿堵水及加固圍巖,主要以改變松散巖土性狀為目的,使隧道的周圍松散巖土層在一定范圍內改變為不透水層,以達到巖層在隧道掘進開挖面前方及拱頂、邊墻、底部等全方位區域內足以抵抗地下水壓力。

(2) 施工方法的選擇

根據深圳市地質勘察設計研究院提供的該地段地質情況,結合我公司成熟工藝和豐富施工經驗,參考原注漿施工(地表深孔單管注漿)失敗的原因,經認真研究和科學分析,與業主、設計、監理、施工單位以及專家等共同確定了圍巖注漿加固方案。具體方法為:通過二重管A、C雙液注漿,對隧洞拱頂、邊墻、底部及初襯外輪廓線外5.0m范圍內進行全斷面放射型注漿止水加固,形成具有一定強度和止水效果的地下連續的止水帷幕。

(3) 孔位布置

本工程一般情況采用全斷面布置30個注漿孔,孔位布置見圖2。注漿孔縱向呈放射形??孜环较蚪嵌纫姳?/span>1。

1 孔位方向角度表:孔深(18m)

A(B)

A1

(B1)

A2

(B2)

A3

(B3)

A4
(B4)

A5

(B5)

A6

(B6)

A7

(B7)

A8

(B9)

垂直方向夾角

21°

向上

21°

向上

21°

向上

11°

向上

0°

8°

向下

14°

向下

21°

向下

21°

向下

水平方向夾角

0°

11°

向左()

21°

()

21°

向左()

21°

向左()

21°

向左()

21°

向左()

21°

向左()

11°

向左()

續表1

 

C

D

C1

(D1)

C2

(D2)

C3

(D3)

C4

(D4)

E

E

垂直方

向夾角

14°

向上

14°

向下

14°

向上

0°

0°

向下

14°

向下

0°

8°

向下

水平方

向夾角

0°

0°

14°

向左()

11°

向左()

11°

向左()

11°

向左()

0°

0°

 為確保在隧洞開挖輪廓以內及外輪廓線外5.0m范圍注漿加固成功,施工過程及時根據巖層松軟情況調整注漿孔數、深度等參數。在破碎帶及溶槽地段孔位曾增加至59孔、54孔、43孔、39孔。

(4) 注漿材料及漿液配比

本工程注漿材料主要采用525#普通硅酸鹽水泥及濃度為40Be′的硅酸鈉,采用CT-1# 、CT-2#型添加劑,結合施工現場實際情況適量加入CT-3#型增強劑。通常采用的三種配比見表2、表3。

21m3硅酸鈉溶液(A)配比表 31m3水泥漿液(C)配比表:

(原液為40 Be) (重量比)

用途

封堵

灌漿

止水

用途

封堵

灌漿

止水

水玻璃kg(L)

685(500)

456(333)

456(333)

W/C

水泥(kg)

1.571

526

2.21

395

3.451

264

kg(L)

500(500)

667(667)

667(667)

kg(L)

824

868

912

A:C=1:1(體積比)

(5) 漿液材料的特點:

①其特性對地下水而言,不易溶解,無彌散,吸附現象,水穩定性好。

②對不同地質條件,可灌性好,其凝結時間可調節。

③具有早強,止水效果較佳。

④凝膠體具有微膨脹性。

3

(1) 主要技術參數及控制

鉆孔孔徑:50mm(使用鑿巖鉆車時為76mm);

每次鉆孔(注漿)段長18m(沿隧道縱向長度17m);

每次開挖段長10m~12m;

孔末端間距3.5m;

漿液擴散半徑2.5m;

漿液凝結時間一般控制在1min~2min (如遇大量涌水封堵時采用快凝型漿液注漿,凝結時間在10s~30s);

注漿終壓控制在1.5MPa~2.0MPa;

單孔注漿結束原則:單孔注漿在達到設計注漿終壓并穩定10min~15min;

全斷面結束注漿的原則:單孔(包括檢查孔)涌水量≤0.15m3/h (2.5L/min)或掌子面涌水量≤5 m3/h(100L/ min)。

(2) 注漿方式及施工工藝

注漿方式

利用地礦鉆機或鑿巖鉆車鉆注漿孔,如遇富水地段出現大量涌水時,采用前進式二重管注漿或一次式單管注漿及時進行封堵,待處理好后,再鉆到設計深度,采用邊回抽邊注漿的方式進行注漿。

在施工至中后期或涌水量較少的地段,一般均采用一次式單管配合二重管雙液注漿工藝,以提高注漿效率,縮短工期。

止水、止漿墻的施工

為防止注漿時地下水涌出作業面及跑漿,在注漿地段起始處的掌子面采用2.5m~4.0mC20混凝土墻作為止水、止漿墻。以后的各注漿循環段采用預留5.0m長止漿巖盤,并根據掌子面圍巖情況,選擇素噴C20混凝土或打錨桿掛網片噴射C20混凝土全封閉的措施。實踐證明多種方法相結合效果較好。

施工方法

采用TXU-75A型地礦鉆機鉆注漿孔時,為確保定位準確、鉆進穩定、施工進度快,采用自制施工臺車(型鋼構造,分上下臺階)全斷面同時施工(上臺階施工15孔,下臺階施工15)。

圍巖較硬采用鑿巖鉆車鉆注漿孔時,采用先下臺階施工,完成后開馬槽將鑿巖鉆車開至上臺階施工。

鉆孔施工

根據設計要求,采用隔孔鉆孔注漿施工。因外插角的定位準確與否直接關系到注漿范圍及工程質量,故必須定位準確。在施工過程中應考慮鉆桿自重影響,在原設計角度的基礎上適當增加一定的仰角(上斜孔在原角度上增加1°~ 2°)。鉆機在定好角度后,必須采取全方位的支掌措施,防止鉆機顫動影響鉆進施工。開鉆前期采用低速鉆進,待鉆機正常鉆進時(一般進尺0.5m左右),將鉆機速度調至正常運行速度。鉆孔過程應密切觀察鉆進速度、涌水、巖層等情況,及時作好記錄。如在鉆進過程中出現大涌水、涌砂等特殊情況,必須停止鉆進,先采取注漿封堵止水等技術措施進行處理。在確定已完成止水后方可停止注漿,繼續向前鉆進。

鑿巖鉆車鉆孔施工()

注漿施工

a. 二重管鉆桿回抽法注漿:按設計要求鉆好注漿孔后,進行配料注漿(結合現場實際,嚴格遵循工藝要求及漿液調整原則操作)、按要求每40cm為一循環。注漿壓力達到設計壓力并穩定后,回抽一次,以此循環直至全孔注漿結束,沖管后進行下一孔位施工。工藝流程見圖4。

b. 全孔一次性花管注漿:鉆孔至設計深度后,全部回抽鉆桿,插入注漿花管(本工程采用自行加工的6分鋼管,見圖5)至設計深度進行注水沖管,確認暢通后進行配料注漿(漿液操作要求同上)。注漿壓力達到設計壓力并穩定后,結束本孔注漿,沖洗管路轉下一孔位施工。

 

c. 注漿時遇涌水等特殊情況,根據實際情況特殊處理。

4 注漿施工機械(見照片1、2)


(1) 注漿泵

采用臥式雙缸同步高壓注漿泵(SYB-60/50型及SYB-140),該泵可以調節壓力和流量。在選用注漿機械時應使流量和壓力在盡可能的范圍內可以控制,并可正確記錄。本工程曾使用的鉆頭、鉆具型號規格較多,所選機械最好零件少,構造簡單,易清洗,并且漿液不經過復雜的機械部位。注漿機組見圖6。
(2)
鉆機
  TXU-75A型鉆機和CMJ-17型履帶式全液壓鑿巖鉆車

(3) 攪拌機
  SIY雙層攪拌機

(4) 其它機具()

5 注漿效果

  深圳市供水網絡干線工程1#隧道西坑谷地特殊地段,采用二重管無收縮漿液注漿工法止水、加固松散圍巖后,效果非常顯著,解決了因涌水、塌方影響隧道不能掘進施工的大難題,使深圳市供水網絡干線這一重大工程得以順利完工。

(1) 注漿加固后的圍巖抗滲能力明顯增強。掌子面涌水量由200m3/h降至2m3h,圍巖裂隙及溶槽、溶洞被漿液充分密實,見照片3、4。

(2) 圍巖承載力明顯提高,自穩性增強。

(3) 隧道掘進施工速度大大加快。加固前一般段每步開挖進尺0.5m,西坑谷地特殊地段則根本無法施工。加固后每步開挖進尺可達1.5m~2.0m,見照片5、6。



6 結束語

  圍巖加固注漿是一項隱蔽工程,因為每項工程的自然條件及地質條件各不相同,其注漿方法也不應該是完全相同。本文所述的洞內深孔放射預注漿工法,在不同條件下可演變為二重管A、C無收縮漿液及單管一次性注漿等工法。前者能較好地適應了各種地層的變化。在遇到大涌水時采用前進式分段注漿,結合快凝型較稠漿液快速封堵后鉆至設計深度,進行分段回抽循環注漿。在一般條件下采用一次性單管注漿。
  本工程地質條件十分復雜,設備的完善是保證成功的重要條件。前期鉆孔時出現卡鉆、塌孔、廢孔現象,造成鉆孔效率較低。當采用先進鉆孔機械(鑿巖鉆車)后效率明顯提高。在今后施工中如遇軟硬兼具的地層,我們考慮選用大扭矩、高鉆速、旋轉帶沖擊型鉆車,并配以套孔和麻花鉆桿,這樣一方面能保護孔壁,另一方面能保證鉆泥時排泄通暢。
  注漿作為基礎止水加固的一門學科,必須有科學的施工工藝、材料配方和先進的施工機械作后盾,同時亦必須強調施工經驗的重要性。為了保證這一工藝在工程實踐中的成功與經濟合理,必須依靠既熟悉工藝深知原理又具有豐富實踐經驗的現場工程技術人員的應變指導。
  本工程的成功實踐,得到了施工技術顧問小組、專家和項目部工程技術人員、深圳市水務局、深圳市地質勘察設計研究院、中鐵隧道設計研究院深圳分院及長江水利委員會、深圳工程建設監理中心、深圳東部供水網絡干線工程項目監理部的指導、監督。

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