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隧道特殊地质处理施工技术
2020-05-14 09:13:35   来源:焦作新矿机械

1 帷幕注浆施工技术

1.1 帷幕注浆工艺原理

帷幕注浆是通过在工作面钻注浆孔,再向孔内压注水泥(或水泥-水玻璃等)浆液,浆液将一定范围内围岩裂隙中的水挤出,保证围岩裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实,并与岩体固结成一体,形成止水帷幕。

1.2 施工工艺及主要技术参数

①每一循环注浆长度为27m,开挖24m,保留3m止浆岩盘。

②采用Y X U-7 5型钻机,孔口管采用φ108mm、壁厚5mm的热轧无缝钢管。

③注浆帷幕固结体主要承受外部静水压力,其厚度按厚壁筒公式,并按第四强度理论计算E=R?{[√σ/(σ-3P)]-1}(式中,E:帷幕计算厚度m;R:隧道掘进半径m;P:最大静水压力值MPa;σ:泥灰岩固结体允许抗压强度MPa)。

根据本隧道该区段地质情况,经计算及工程类比确定浆液扩散半径为隧道开挖轮廓线外3m。详见图1和图2注浆纵断面和平面布置。

④注浆材料:采用超细水泥-水玻璃浆双浆液。

⑤注浆材料配合比:浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径,由试验室通过试验进行,一般情况水泥浆的水灰比采用0.8∶1~1.5∶1,水玻璃浆浓度为25~40°Be',水泥浆与水玻璃的体积比为1∶1~1∶1.03,施工中根据岩层情况和胶凝时间要求,结合注浆效果及时调整。

图1 注浆纵断面布置图

图2 注浆平面布置图

⑥注浆泵:采用锦西注浆泵厂生产的2TGZ-60/210型双液调速注浆泵。

⑦注浆压力:由孔口压力、浆柱压力、管路损失压力构成,一般按下式计算P=(2~4)MPa+P0(式中,P为注浆终压MPa;P0为涌水压力MPa)。它的大小与岩石的强度、渗透性,钻孔的深度、位置,注浆序次及注浆材料的性质有关,可通过现场注浆试验确定。本工程根据现场试验确定的注浆终压采用为该处静水压力加上1.0~2.0MPa,注浆初期压力一般应低于设计注浆终压力,随钻孔深度增加而增加。

⑧凝胶及凝结时间:浆液凝胶的确定一般应采用CS浆液作压注试验,当进浆量很大、泵压长时间不升高时,胶凝时间选1~2min;当进浆量中等、泵压稳定上升时,胶凝时间选3~4min;进浆量较小、泵压升高很快时,胶凝时间选5~6min。双液浆的凝胶时间不同于凝结时间。凝胶时间较短,是指由流动状态变为不流动状态的过程。凝结是水泥浆体开始失去塑性的时间。

⑨注浆数量:工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。

1.3 施工方法

(1)超前钻探。

超前钻探是隧道地质超前预测预报的一种方法,其目的是为了探明掌子面前方的工程地质和水文地质情况,为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。其主要工作内容是探测岩石的完整程度、涌水压力和涌水量。做法是用钻机在洞内工作面上向隧道前方钻探30m左右的超前探孔,利用探孔进行探测和注水试验。

(2)止浆墙施工。

首轮注浆前在掌子面设置50cm厚的C30模筑砼止浆墙,此后各循环利用已注浆未开挖的岩体代替止浆墙(预留长度3m),掌子面用喷射混凝土封闭,喷射混凝土厚度为25~30cm。

(3)开孔。

每一循环共设5环79个注浆孔,注浆孔开孔直径不小于108mm,终孔直径不小于90mm;注浆孔孔底间距按3~4m控制。按设计在掌子面钻孔位置放出,用红油漆标出注浆孔位置;将钻具对准注浆孔孔口位置,调整钻机至钻孔方向和设计钻孔方向一致(即偏角和立角与设计相同),固定钻机;钻机采用低压力、慢速开孔,钻至2~3m深度,退出钻机。

(4)孔口管结构及埋设。

孔口管安装可采用锚杆固定和锚固剂固定法,在孔口管距法兰盘端部20~50cm处缠绕棉纱两道,孔内放入环氧树脂锚固剂,将孔口管顶入孔内(锚固剂固定),或将孔口管顶入孔内,用锚杆固定。

(5)钻孔注浆。

孔口管安装完成后,继续钻孔,成孔后安装导管、止浆塞,进行注浆。注浆方式采用分段前进式注浆,先钻孔后注浆,钻一段注一段,直至设计深度。注浆段完成注浆,经检查孔检测合格后,进入下一段注浆段,如此往复。

①注浆。

根据选定的参数配制浆液,水泥浆配好后需用1mm筛过滤一遍。注浆管须先检查,确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后,开阀门,启动注浆泵按照先稀后稠、(注浆量)先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计值时,维持2~3min,进浆量达到设计数量则停止注浆,关闭球阀,随即卸下注浆混合器及注浆系统,并用清水清洗干净。

②钻孔注浆工艺及要求。

孔口位置准确定位,与设计位置的允许偏差为±5cm。偏角应符合设计要求,每钻进一段,检查一段,及时纠偏孔底位置偏差应小于30cm;钻孔和注浆顺序应由外向内,同一圈孔间隔施工;注浆时如遇窜浆或跑浆,采用间隔一孔或几孔注浆方式;周边帷幕注浆方式应根据围岩性质和涌水量大小确定采用前进式或后退式注浆;一个孔段的注浆作业一般应连续进行到结束,不宜中断,应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断,对于因实行间歇注浆,制止串浆冒浆等而有意中断,应先将钻孔清理至原深度以后再行复注。

1.3.6 超细水泥—水玻璃浆液的配制

超细水泥-水玻璃浆在配制工艺方面与普通水泥-水玻璃浆没有多大差别。由于超细水泥粒径小,与水玻璃的反应更充分,因而在相同配比下结合体的强度会更高,凝胶时间也有变化。在实际应用中可视具体情况在配合比上加以调整,或者掺入外加剂来满足凝胶时间的要求。施工中严格按配合比配置浆液。水玻璃浆的配制要先在搅拌桶内加一定量的清水,再放入一定量的浓水玻璃,搅拌均匀即可,水泥浆的配置同上,两种浆液通过注浆机在混合器处混合后进入地层。

1.4 注浆效果检查及结束标准

(1)注浆标准采用打钻检验检查。

所有注浆孔注满后,根据注浆状况,确定检查孔位置。对检查孔进行钻取岩芯对注浆效果进行检查,检查孔钻深为开挖段长度以内并预留3m段,检查孔出水量应小于1m/dm。对浆液扩散较为薄弱、钻孔渗水量大于0.2L/min?m或一处漏水量大于10L/min的部位,需加孔补注浆,直到达到要求指标为止。注浆效果达到要求后,方可结束本段注浆,进行开挖。

(2)全段结束标准。

①单孔结束标准。

注浆过程中压力逐渐上升,注浆量逐渐减少,当注浆压力达到设计终压,并持续保持10min以上;注浆结束时的进浆量小于20L/min或总注浆量大于注浆量的80%以上;检查孔涌水量小于0.2L/ min;检查孔钻取岩芯,浆液充填饱满。即可结束本孔注浆。

②全段结束标准。

设计的注浆孔全部注完成后,对该段注浆效果进行检查,所有注浆孔均已符合单孔结束条件,无漏注现象;浆液有效注入范围满足设计要求;预测岩体经注浆后可在开挖后保证洞壁稳定。

1.5 施工要点

(1)钻孔质量控制。

钻孔位置要准确,施钻时钻机要尽量贴近岩面,以减小钻杆的震动;要用清水钻进,开孔要轻减压,慢速,大水量,以保证钻孔质量;换钻杆时要注意检查钻杆是否弯曲,有无损伤,中心水孔是否畅通等。

(2)注浆压力的控制。

开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上,随注浆阻力的增大,泵压随之升高,当达到调定值时,会自动停机,不致于产生超压注浆的危险。

(3)注浆泵流量的控制。

注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制钮和排量记录仪方便地加以控制。

(4)凝胶时间的控制。

通过调节注浆泵的两个出浆口的流量,变化水泥浆与水玻璃浆的注入比例来控制。在注浆过程中,为保证胶凝时间的准确,须经常测试,每变换一次浓度或配比时,需要取样实配,测定凝胶时间;同时在泄浆口接浆测定双液浆的实注凝胶时间,避免异常情况发生。焦作市新矿机械有限公司,是生产制造建筑隧道机械、地铁钢管片联络通道钢管片破碎输送机械,建筑施工机械铁路、高铁,地铁隧道、工程机械的专业厂家。

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