《大跨软岩富水隧道注浆堵水施工技术》-工学论文，工程论文-论文范文参考-科学狗论文网

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大跨软岩富水隧道注浆堵水施工技术

范文

王海娟

摘要：北同蒲取直线铁路雁门关隧道全长14.085km，在未采取此施工技术前，初期支护完成后，出现了渗水、漏水、混凝土开裂等现象，掌子面局部涌水较大，断层涌水较多，施工现场涌水很难控制，不能保证施工的质量与进度，影响各个工序的施工作业循环时间。通过我标段隧道的施工实践，证明了在大跨度软岩富水隧道施工中，采用注浆堵水技术能很好对富水隧道涌水起到堵排的效果，创造了良好的施工条件，加快了施工进度，有效确保了隧道施工安全。此外，超前地质预报在大跨度软岩富水隧道施工中的应用起到了不可估量的意义与价值。

Abstract： The total length of the Yanmenguan tunnel of the Beitongpu straight railway is 14.085km. Before the construction technology is adopted， after the completion of initial support， water seepage， water leakage and concrete cracking occurred， and the local water in the face is large， and the fault water is poured. The water in the construction site is difficult to control， the quality and progress of the construction cannot be guaranteed， and the construction work cycle time of each process is affected. Through the construction practice of our standard section tunnel， it is proved that in the construction of large-span soft rock water-rich tunnel， the use of grouting and water blocking technology can well block the flooding of the water-rich tunnel， create good construction conditions， accelerate construction progress ?and effectively ensure the safety of tunnel construction. In addition， the application of advanced geological prediction in the construction of long-span soft rock water-rich tunnels has played an invaluable significance and value.

關键词：大跨;软岩;富水隧道;注浆堵水;施工技术

Key words： large span;soft rock;water-rich tunnel;grouting and water blocking;construction technology

中图分类号：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）09-0108-03

0 ?引言

北同蒲取直线铁路雁门关隧道全长14.085km，隧址区水文地质条件极为复杂，穿越多条富水断层破碎带，主要以fy17、zf2、fy18、fy19、zf3、wf1断层为主。地下水赋存条件好，导水性强，贯通性较好，裂隙水具有承压性;地表水沿裂隙和断层带下渗，并以泉的形式出露;极易出现涌砂涌泥现象。

1 ?注浆堵水技术特点

①注浆堵水技术，设备少，工艺简单，能稳固开挖轮廓线以外约3米范围内的岩体，形成永久性堵水隔断，改善支护工作条件，加快了施工进度。多种工序可以平行作业。②通过施作掌子面局部注浆和小导管预注浆固结、止水等辅助施工措施解决涌水问题确保了施工质量和安全。③以堵排结合为主，多种途径相结合解决大跨软岩富水隧道涌水难题。④避免了因隧道施工而对周边村庄居民生活用泉水产生影响;同时，保护了附近多处首都水资源保护地。

2 ?注浆堵水技术适用范围

适用于大断面软弱围岩富水隧道施工。在裂隙含水岩层（裂隙水有较高水压、水量大、涌水量大于控制值、有自稳能力的围岩）及浅薄砂层中均可采用;并可用于处理断层破碎带以及开挖后支护有明显变形且不趋于稳定的地段。

3 ?注浆堵水技术原理

其原理就是通过掌子面局部注浆与超前小导管预注浆相结合以及止水辅助措施的方法对岩层裂隙水进行封堵。

当掌子面裂隙水呈水帘出露时，在掌子面出水点四周按一定角度将超前导管打钻入岩层中，使浆液通过小导管渗透、扩散到岩层裂隙中，以改善岩体物理力学性能，这样既可止水又可以在工作面周围形成一个承载壳，从而达到增加岩体的自稳时间，提高开挖面岩层自稳能力，限制岩层松弛变形的目的。

当掌子面裂隙出水少时，采取在初期支护前用防水板结合透水盲管进行引排。将水引排至拱脚处，再集中抽排至洞外，最后进行初期支护施工。

当局部裂隙水呈股状出露且具有承压性时，涌水量远远大于控制值时，在局部出口处小范围内采用掌子面局部注浆，注浆孔以出水口为中心呈伞形布置，将浆液压入到岩层中，填充岩体裂隙中的水分和空气，使原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个新的结石体，达到对围岩加固和堵水的目的，改善受注岩层的水文地质和工程地质条件。

4 ?施工工艺流程及操作要点

4.1 注浆堵水工艺流程（图1）

4.2 操作要点

4.2.1 超前地质预报

根据超前地质预报的不良地质层边界前30m左右采用钻机进行水平超前钻孔和地质雷达（GPR）进行超前探测，进一步验证不良地质段的位置、规模和岩性。水平钻孔在开挖断面的中心线上部和两侧中部各布置一孔，孔深一般超出注浆段5m左右。钻机配备地质勘测仪，直接记录相关的地质参数。（图2）

4.2.2 超前注漿堵水

①超前小导管预注浆堵水施工方法。

通过超前地质预报探测结果显示前方围岩破碎，裂隙水较发育，掌子面采取超前小导管预注浆方法进行固岩堵水。在拱顶150度范围内，按照间距每米3根布设Φ42×3.5mm，L=3.5m，每两榀拱架打设一环，注水泥-水玻璃双液浆。

②超前小导管预注浆施工工艺流程。

4.2.3 局部注浆堵水技术

①超前支护小导管施工完成后，进行掌子面开挖，开挖后发现拱部仍有裂隙水呈雨淋状出露，说明小导管预注浆不能完全控制住裂隙水渗露现象;同时，因水的问题延长各个施工工序的循环时间及初期喷射混凝土质量。现场采取在出水处，防水板结合透水盲管用水泥钉将其钉牢在岩面上。将裂隙水引排至拱脚处，最后再集中抽排至洞外。

②初期支护完成后渗水较严重、局部混凝土开裂，存在很大安全隐患。对开裂处采取局部径向注浆措施。在局部围绕出水点以环形进行布孔，垂直于岩面钻孔，孔口环向间距约80cm，孔底环向间距约130cm。采用全孔一次性注浆方式进行，跳孔注浆。注浆液扩散半径1m。注浆孔采用风钻开孔，孔径52cm。孔口管采用Φ50mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，钢管长2.5m，孔口管应埋设牢固后再用M5砂浆对孔口管四周进行封闭，以确保注浆作业时不出现漏气现象。

4.2.4 掌子面局部注浆堵水技术

掌子面局部出露较大涌水量，每日涌水量达到8000m3，具有承压性，同时该涌水点又位于断层破碎带上，阻碍施工，严重影响了施工进度。钻孔和注浆顺序先外圈后内圈，先近后远，同一圈孔间隔施工，岩层破碎容易造成塌孔时采用前进式注浆。注浆前先进行压水试验，并根据需要冲洗岩石裂缝后按规范进行注浆。前进式分段注浆，采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深。注浆系统布置及管路连接见图5。

4.3 掌子面局部注浆堵水工艺和作业要点

4.3.1 止浆墙制作

为保证掌子面局部注浆的效果在第一环注浆时，掌子面处喷射C25混凝土做成止浆墙。止浆墙的厚度不小于20cm。

4.3.2 注浆参数选定

①注浆加固范围：开挖轮廓线以外约3.5m。

②注浆段长L=15m。

③注浆孔间距。

单孔注浆浆液扩散半径为4.0m。注浆孔间距a=R=3.46m。

④浆液胶凝时间。

浆液胶凝时间一般地段为3分钟，富水地段应先停1～2分钟，待水压小后可改为3分钟。

⑤注浆终压。

注浆终压力1～3.5MPa。

⑥注浆量。

前进式分段注浆，注浆量按下式计算：

Q=πR2hna（1+β）

R为浆液扩散半径，h为注浆段长，n为地层孔隙率，a为地层孔隙填率，β为浆液损失率（一般取10～30%）。

⑦注浆浆液设计参数。

注浆管采用？覫73热轧钢管，壁厚5mm，与之匹配的钻孔直径为89mm，周边外插角在保证注浆扩散半径不小于3.5m前提下，根据施工中采用的设备确定。

根据现场试注浆效果调整注浆参数，建议的注浆参数如下：

水泥：新鲜的425号普通硅酸盐水泥。

水玻璃：细度模数m为2.4～3.4，浓度35°Be（配置后）。

水灰比：浓浆：0.5～1：1;水泥浆与水玻璃体积比：0.8～1：1。

缓凝剂：磷酸氢二钠加入量为水玻璃重量的2～2.5%。

4.3.3 施工准备

主要的钻孔、注浆、制浆、辅助设备以及主要材料

进场。

4.3.4 测量布孔

在完成现场施工准备后，由测量人员用红漆在掌子面（首盘止浆墙）上按注浆设计画出钻孔位置，并标注编号。（图6）

4.3.5 钻孔

根据围岩情况，选用了ZYG-150全液压钻机。钻孔顺序为先外后内，同一环钻孔时应间隔进行。成孔后其孔径要求为：开孔直径不小于89mm，终孔直径不小于73mm。

在钻孔过程中要注意以下方面：钻孔时要保证孔洞倾角的精度，保证在误差范围内。若出现卡孔、塌孔时应注浆后再钻，严格按照钻孔顺序进行钻孔，还要严格作好各项指标的填写记录，如：孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力等。若单孔出水量小于30L/min，可继续施钻;若单孔出水量大于30L/min，立即停钻进行注浆。

4.3.6 制浆

根据注浆量选用适当数量的搅拌机设备，本项目选用的是四台JZ350叶片式搅拌机。另自行加工搅拌储浆桶两台，保证水泥浆的均匀性和在注浆间隙时不沉淀。为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。

4.3.7 清孔、埋设孔口管

及时用高压风和高压水对孔内石碴和灰土进行清扫。孔口段安装3m长的Φ89mm，5mm壁厚的热轧无缝钢管。安装方式采用人工安装，安装有困难时辅以适当的锤击。孔口管安装完成后再用M5砂浆对孔口管四周进行封闭，以确保注浆作业时不出现漏气现象。孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。

5 ?效益分析

①本技术为大跨度软岩富水隧道施工针对涌水大的情况创造了良好的施工条件，加快了施工进度，有效确保了隧道施工安全。②在未采用此技术施工时，掌子面进尺困难，工人不易操作，工作环境差，不能将混凝土牢固喷射到岩面上，影响初期支护质量;同时因为已经完成初期支护渗水、涌水等问题，严重影响了围岩的自稳能力，初期支护承受过多围岩应力，导致拱顶初支混凝土开裂，拱架变形，造成很大的安全隐患。采用此技术后，针对渗水、涌水的不同部位、水量大小等情况分别采取相应的堵排水措施，减少很多套拱的费用。在人工费、材料费、机械费上大大节约了成本。同时也排除了安全隐患，消除地下水对二次衬砌的侵害，保证了施工质量与进度。③本技术是将各种堵水材料制成的浆液通过不同的施工工艺将其压入岩层突水点、含水岩层储水空洞等，并使浆液扩散、凝固和硬化，从而起到堵塞空隙、隔绝水源，增大岩层整体强度和隔水性能的目的，可以减少突水机率、延长隧道服务年限。从而为大跨软岩富水隧道注浆堵水提供了可靠的技术手段和实践经验。

6 ?應用实例

北同蒲取直线铁路雁门关隧道全长14.085km，在未采取此堵水技术前，初期支护完成后，出现了渗水、漏水、混凝土开裂等现象，掌子面局部涌水较大，断层涌水较多，施工现场涌水很难控制，不能保证施工的质量与进度。影响各个工序的施工作业循环时间。通过该隧道的施工实践，证明了在大跨度软岩富水隧道施工中，采用注浆堵水技术能很好对富水隧道涌水起到堵排的效果，创造了良好的施工条件，加快了施工进度，有效确保了隧道施工安全。此外，超前地质预报在大跨度软岩富水隧道施工中的应用起到了不可估量的意义与价值。

总之，此堵水技术成功解决了大断面软岩富水隧道施工中涌水的施工难题，在确保安全的情况下使施工有序可控，保证了进度的同时也为其他大断面软岩富水隧道的施工提供了一定的可供借鉴的经验。

参考文献：

[1]全孝.不良地质段超前帷幕注浆防水治水施工技术[J].公路与汽运，2010（02）.

[2]刘志广.帷幕注浆技术在隧道施工中的应用[J].华东公路，2016（02）.

[3]吕鹏涛.高压富水铁路隧道综合施工技术研究[J].中国高新区，2018（07）.

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