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隧道特殊地質處理施工技術
2020-05-14 09:13:35   來源:焦作新礦機械

1 帷幕注漿施工技術

1.1 帷幕注漿工藝原理

帷幕注漿是通過在工作面鉆注漿孔,再向孔內壓注水泥(或水泥-水玻璃等)漿液,漿液將一定范圍內圍巖裂隙中的水擠出,保證圍巖裂隙被具有一定強度的混合漿體充填密實,并與巖體固結成一體,形成止水帷幕。

1.2 施工工藝及主要技術參數

①每一循環注漿長度為27m,開挖24m,保留3m止漿巖盤。

②采用Y X U-7 5型鉆機,孔口管采用φ108mm、壁厚5mm的熱軋無縫鋼管。

③注漿帷幕固結體主要承受外部靜水壓力,其厚度按厚壁筒公式,并按第四強度理論計算E=R?{[√σ/(σ-3P)]-1}(式中,E:帷幕計算厚度m;R:隧道掘進半徑m;P:最大靜水壓力值MPa;σ:泥灰巖固結體允許抗壓強度MPa)。

根據本隧道該區段地質情況,經計算及工程類比確定漿液擴散半徑為隧道開挖輪廓線外3m。詳見圖1和圖2注漿縱斷面和平面布置。

④注漿材料:采用超細水泥-水玻璃漿雙漿液。

⑤注漿材料配合比:漿液配合比的選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液的擴散半徑,由試驗室通過試驗進行,一般情況水泥漿的水灰比采用0.8∶1~1.5∶1,水玻璃漿濃度為25~40°Be',水泥漿與水玻璃的體積比為1∶1~1∶1.03,施工中根據巖層情況和膠凝時間要求,結合注漿效果及時調整。

圖1 注漿縱斷面布置圖

圖2 注漿平面布置圖

⑥注漿泵:采用錦西注漿泵廠生產的2TGZ-60/210型雙液調速注漿泵。

⑦注漿壓力:由孔口壓力、漿柱壓力、管路損失壓力構成,一般按下式計算P=(2~4)MPa+P0(式中,P為注漿終壓MPa;P0為涌水壓力MPa)。它的大小與巖石的強度、滲透性,鉆孔的深度、位置,注漿序次及注漿材料的性質有關,可通過現場注漿試驗確定。本工程根據現場試驗確定的注漿終壓采用為該處靜水壓力加上1.0~2.0MPa,注漿初期壓力一般應低于設計注漿終壓力,隨鉆孔深度增加而增加。

⑧凝膠及凝結時間:漿液凝膠的確定一般應采用CS漿液作壓注試驗,當進漿量很大、泵壓長時間不升高時,膠凝時間選1~2min;當進漿量中等、泵壓穩定上升時,膠凝時間選3~4min;進漿量較小、泵壓升高很快時,膠凝時間選5~6min。雙液漿的凝膠時間不同于凝結時間。凝膠時間較短,是指由流動狀態變為不流動狀態的過程。凝結是水泥漿體開始失去塑性的時間。

⑨注漿數量:工程中常用充填率來估算和控制注漿總量。所謂充填率是指注漿體積占孔隙總體積的比率。

1.3 施工方法

(1)超前鉆探。

超前鉆探是隧道地質超前預測預報的一種方法,其目的是為了探明掌子面前方的工程地質和水文地質情況,為正確選擇注漿參數和采取相應的技術參量提供依據。其主要工作內容是探測巖石的完整程度、涌水壓力和涌水量。做法是用鉆機在洞內工作面上向隧道前方鉆探30m左右的超前探孔,利用探孔進行探測和注水試驗。

(2)止漿墻施工。

首輪注漿前在掌子面設置50cm厚的C30模筑砼止漿墻,此后各循環利用已注漿未開挖的巖體代替止漿墻(預留長度3m),掌子面用噴射混凝土封閉,噴射混凝土厚度為25~30cm。

(3)開孔。

每一循環共設5環79個注漿孔,注漿孔開孔直徑不小于108mm,終孔直徑不小于90mm;注漿孔孔底間距按3~4m控制。按設計在掌子面鉆孔位置放出,用紅油漆標出注漿孔位置;將鉆具對準注漿孔孔口位置,調整鉆機至鉆孔方向和設計鉆孔方向一致(即偏角和立角與設計相同),固定鉆機;鉆機采用低壓力、慢速開孔,鉆至2~3m深度,退出鉆機。

(4)孔口管結構及埋設。

孔口管安裝可采用錨桿固定和錨固劑固定法,在孔口管距法蘭盤端部20~50cm處纏繞棉紗兩道,孔內放入環氧樹脂錨固劑,將孔口管頂入孔內(錨固劑固定),或將孔口管頂入孔內,用錨桿固定。

(5)鉆孔注漿。

孔口管安裝完成后,繼續鉆孔,成孔后安裝導管、止漿塞,進行注漿。注漿方式采用分段前進式注漿,先鉆孔后注漿,鉆一段注一段,直至設計深度。注漿段完成注漿,經檢查孔檢測合格后,進入下一段注漿段,如此往復。

①注漿。

根據選定的參數配制漿液,水泥漿配好后需用1mm篩過濾一遍。注漿管須先檢查,確認暢通后再接入注漿系統。注漿系統與孔口混合器接好后,開閥門,啟動注漿泵按照先稀后稠、(注漿量)先大后小、先注水泥單液漿再注雙液漿的程序注漿。當注漿壓力達到設計值時,維持2~3min,進漿量達到設計數量則停止注漿,關閉球閥,隨即卸下注漿混合器及注漿系統,并用清水清洗干凈。

②鉆孔注漿工藝及要求。

孔口位置準確定位,與設計位置的允許偏差為±5cm。偏角應符合設計要求,每鉆進一段,檢查一段,及時糾偏孔底位置偏差應小于30cm;鉆孔和注漿順序應由外向內,同一圈孔間隔施工;注漿時如遇竄漿或跑漿,采用間隔一孔或幾孔注漿方式;周邊帷幕注漿方式應根據圍巖性質和涌水量大小確定采用前進式或后退式注漿;一個孔段的注漿作業一般應連續進行到結束,不宜中斷,應盡量避免因機械故障、停電、停水、器材等問題造成的被迫中斷,對于因實行間歇注漿,制止串漿冒漿等而有意中斷,應先將鉆孔清理至原深度以后再行復注。

1.3.6 超細水泥—水玻璃漿液的配制

超細水泥-水玻璃漿在配制工藝方面與普通水泥-水玻璃漿沒有多大差別。由于超細水泥粒徑小,與水玻璃的反應更充分,因而在相同配比下結合體的強度會更高,凝膠時間也有變化。在實際應用中可視具體情況在配合比上加以調整,或者摻入外加劑來滿足凝膠時間的要求。施工中嚴格按配合比配置漿液。水玻璃漿的配制要先在攪拌桶內加一定量的清水,再放入一定量的濃水玻璃,攪拌均勻即可,水泥漿的配置同上,兩種漿液通過注漿機在混合器處混合后進入地層。

1.4 注漿效果檢查及結束標準

(1)注漿標準采用打鉆檢驗檢查。

所有注漿孔注滿后,根據注漿狀況,確定檢查孔位置。對檢查孔進行鉆取巖芯對注漿效果進行檢查,檢查孔鉆深為開挖段長度以內并預留3m段,檢查孔出水量應小于1m/dm。對漿液擴散較為薄弱、鉆孔滲水量大于0.2L/min?m或一處漏水量大于10L/min的部位,需加孔補注漿,直到達到要求指標為止。注漿效果達到要求后,方可結束本段注漿,進行開挖。

(2)全段結束標準。

①單孔結束標準。

注漿過程中壓力逐漸上升,注漿量逐漸減少,當注漿壓力達到設計終壓,并持續保持10min以上;注漿結束時的進漿量小于20L/min或總注漿量大于注漿量的80%以上;檢查孔涌水量小于0.2L/ min;檢查孔鉆取巖芯,漿液充填飽滿。即可結束本孔注漿。

②全段結束標準。

設計的注漿孔全部注完成后,對該段注漿效果進行檢查,所有注漿孔均已符合單孔結束條件,無漏注現象;漿液有效注入范圍滿足設計要求;預測巖體經注漿后可在開挖后保證洞壁穩定。

1.5 施工要點

(1)鉆孔質量控制。

鉆孔位置要準確,施鉆時鉆機要盡量貼近巖面,以減小鉆桿的震動;要用清水鉆進,開孔要輕減壓,慢速,大水量,以保證鉆孔質量;換鉆桿時要注意檢查鉆桿是否彎曲,有無損傷,中心水孔是否暢通等。

(2)注漿壓力的控制。

開泵前旋轉壓力調節旋鈕將油壓調在要求的油壓刻度上,隨注漿阻力的增大,泵壓隨之升高,當達到調定值時,會自動停機,不致于產生超壓注漿的危險。

(3)注漿泵流量的控制。

注漿泵流量大小由注漿泵的排量調節控制鈕和排量記錄儀方便地加以控制。

(4)凝膠時間的控制。

通過調節注漿泵的兩個出漿口的流量,變化水泥漿與水玻璃漿的注入比例來控制。在注漿過程中,為保證膠凝時間的準確,須經常測試,每變換一次濃度或配比時,需要取樣實配,測定凝膠時間;同時在泄漿口接漿測定雙液漿的實注凝膠時間,避免異常情況發生。焦作市新礦機械有限公司,是生產制造建筑隧道機械、地鐵鋼管片、聯絡通道鋼管片、破碎輸送機械,建筑施工機械鐵路、高鐵,地鐵隧道、工程機械的專業廠家。

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