探讨云雾山岩溶隧道帷幕预注浆加固施工技术[公路隧道].pdf

公路隧道 2 0 1 1 年第 2期 总第 7 4期 云雾 山岩溶 隧道帷幕预注浆加 固施工技术 杨 勃 陈艳茹 樊 涛 1 陕西铁路工程职业技术学院陕西 渭南7 1 4 0 0 0 2中铁一局一公司陕西 渭南7 1 4 0 0 0 摘 要宜万铁路云雾山隧道是典型的特大填充型溶腔隧道 也是全线八大一级风险隧道之 本文结合此隧 道施工过程 主要论述了如何采取安全措施穿越特大填充 半填充型溶腔施工技术 主要施工方案采用超前 5 8 m 范围帷幕预注浆加固技术 关键词岩溶隧道溶腔施工技术注浆加固 1 工程概 况 云雾山隧道位于宜万铁路 2 6 标段 起止里程为 DK2 4 2 0 8 4 DK2 4 8 7 2 4 地处恩师市 白果镇和 小溪沟之间 隧道全长 6 6 4 0 m 隧道地处低 中山区 越岭地段 桥隧相连 地形起伏大 地形陡峻 区内受 地形 地质及 构造等各种 条件的影响 岩溶发 育强 烈 溶洞 暗河 落水洞 漏斗及岩溶洼地等岩溶现象 多见 2 施工技术特点和难点 因云雾山隧址为喀斯特地貌 岩溶发育 进洞后 即出现多处小型溶洞 在云雾山隧道出 口l 线 D K2 4 5 6 3 4 里程处揭露一特大型溶腔 溶腔 内充填黄色黏 土夹大块孤石 孤石稳定性差 直径约 2 3 m 未见地 下水出露 后根据超前钻探及 T S P 2 0 3 探测 初步判 定该溶腔沿I 线纵向发育长度 l l l m 沿 线纵 向发育 长度 1 6 0 m 横向发展主要向I 线线路左侧方 向发展 延伸尽头不明 溶腔右侧侧壁在I 线右侧 2 5 m处 竖 向发展深度不明 根据 2 0 0 6 年 6 月钻深 9 1 1 1 1 后还未 穿透溶腔 钻深 4 0 m处有较 大空洞 有 出风现象 绕行横洞掘进至 I K2 4 7 5 7 2 6 8 1 I 线位置 处 线路 左侧出现一大型溶洞 自此 该特大型溶洞在I 线的 位置基本清楚 如何安全通过该溶腔也成了云雾山隧 道施工的难点 图 1 3 岩溶部位施工技术及措施 图 1 溶腔平面 图 岩溶处理一般应遵循 以排为主 排堵结合 因 地制宜 综合治理 的原则 当地下水大量排放可能 影响生态平衡时 则应采用 以堵为主 限量排放 的 原则 云雾山隧道的岩溶为特大填充型溶腔 主要 采取注浆固结和超前支护技术 针对该特大填充型无水溶腔 施工方案中采用 超前 5 8 m范围帷幕预注浆加固技术 3 0 m长管棚 44 万州 加强超前支护 浅眼控制爆破 预留核心土 短 台阶 法 临时仰拱等施T措施来 实现安全生产 本文主 要介绍超前帷幕预注浆加 固技术在处理 D K2 4 5 6 3 4掌子面处岩溶部位的应用 3 1 注浆试验设计 1 D K2 4 5 6 3 4 掌子面布设 5个注浆试验孔 具体布设方式见图 2 预设计孔深 2 4 m 并应满足入 岩深度不小于 5 m 孔径 1 1 0 ram 外插角 5 0 8 2 注浆材料 水灰 比 0 6 1 1 1 水 泥单液 杨勃 等云雾山岩溶隧道帷幕预注浆加 固施工技术 浆 水泥水玻璃双液浆 一 一 一 I表 示注浆试验孔0 表示超前探孔 表示注浆检查孔 图 2 超前探孔 注浆试 验子 L 及检查孔布置图 3 2 钻孔工艺 1 先钻周边孔后 钻 中央孔 从下 而上逐孔作 业 在周边孔注浆全部结束后 开始钻 中央孔 钻孔 一 次成 型 2 钻孔 台车的钻杆长度为 4 3 5 5 m 钻深孔 时必须接杆 因此 随着孔深的增长 需要对 回转扭 矩 冲击力及推力进行控制和协调 尤其要严格控制 推力 不能过大 3 为了确保钻杆接头有足够的强度 刚度和韧 性 钻杆联接套应与钻杆材质相同 两端加工螺扣 4 台车固定就位前 测量工应准确画出钻孑 L 位 置 施钻时 钻杆穿过套拱 中预埋的孔 口管 台车大 臂必须顶紧在套拱上 以防止 过大颤动影响施钻精 度 5 钻机开孔时钻速宜低 钻进 2 0 c m后转入正 常钻速 第一节钻杆钻入岩层 尾部剩余 2 0 3 0 c m 时停止钻进 人工用两把管钳卡紧钻杆 注意不得卡 丝扣 钻机低速反转 脱开钻杆 钻机沿导轨退回 原位 人工装入第 2根钻杆 并在钻杆前端安装好联 接套 钻机低速送至第 i 根钻杆尾部 方向对准后联 接成一体 6 起拱线以上 的孔位 由于台车大臂离地面较 高 不便装卸钻杆 这时应将大臂落下 人工在地面 安好钻杆后 大臂重新升起就位 每次接长钻杆 均 可按上述方法进行 7 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 不符合要求的应更换 以确保正常作业 8 钻孔达到要求深度后 按 同样的方法拆卸钻 杆 钻机退 回原位 3 3 顶管工艺 1 采用大孔引导和钢管钻进相结合的工艺 即 先钻大于钢管直径的引导孑 L 然后利用钻机的冲击 和推力 顶进钢管时台车不使用 回转压力 不产生扭 矩 将安有工作管头的钢管沿引导孔顶进 逐节接长 钢管 直至孔底 2 管件 制作 钢管采用节 长 3 m 1 0 8 6 mm 热轧无缝钢管 因此必须进行接长 钢管接 长时先 将前一根钢管顶入钻好 的孔 内再联接 接头采用丝 扣连接 丝扣长 1 5 c m 或 内衬焊 管 4 0 c m 第 1根 钢管前端做成锥形 以防管头顶弯或劈裂 3 管件接长 管件接长应满足钢管受力要求 相邻管的接头应前后错开 避免接头在同一 断面受 力 4 顶管作业 将钢管安放在大臂上后 台车对 准已钻好的引导孑 L 低速推进钢管 其冲击压力控制 在 1 8 2 O MP a 推进压力控制在 4 6 MP a 3 4 接管 1 当前 一 根钢 管推 进孔 内 孔 外剩 余 3 O 4 0 c m 时 开动凿岩机反转 使 顶进联接套与钢管脱 离 台车退 回原位 大臂落下 2 人工装上后一节钢管 大臂重新对正 凿岩 机缓慢低速前进对准前一节钢管端部 严格控制角 度 人工持链钳进行钢管联接 使两节钢管在联接 处联成一体 3 凿岩机再 以冲击压力和推进压力低速顶进 钢管 3 5注浆 根据隧道设计及地 质资料 采用一次全孔压注 浆 直至达到设计段长位置 1 注浆施工工艺流程 测量放样一钻孔至设计长度一退钻一安设孔 口 管一安设注浆管道一 注浆一清孔一 填 C 3 0砂浆一 注浆效果检查一结束 2 注浆顺序 先注帷幕孔 后注中间孔 3 注浆压力确定 注浆压力是影 响注浆效果 的关键因素 施工 中 必须认真对待 常规条件下 注浆压力主要与渗透 地下水 涌水 压力 静水压力及动水压力 裂隙大 小和粗糙程度 浆液性质和浓度 要求的扩散半径等 有关 可按岩层裂隙与注浆压力关系 图 3 或涌水 压力与注浆压力关系确定 45 公路隧道 2 0 1 1 年第 2期 总第 7 4期 一 鲁 鲁 一 撼 5 l 0 1 5 2 0 2 5 3 o 3 5 4 0 4 5 5 0 注浆压力 0 1 M P a 注浆压力与涌水压力的关系 洞内注浆 p 一 0 2 0 5 H1 k 式中 H1 孔位至静水位高度 m k 洞 内修正系数 取 1 2 2 0 云雾 山 隧道 注 浆压 力 经 过 现场 实 验 取值 为 2 MP a 前进式注浆 分段长度 3 5 m 图 4 f r一 1 叫 r i f J I 一 l l 一 f j l H 厂 I k 一 一 一 n I 卜 弓 r 一 孔汴浆试验F T 曲线 十2 孔注浆试转P 1 曲线 一3 孔注浆试验P r 曲线 孔 浆 试验 T曲线 t j 制 浆试验 1 抽线 图 4 云雾 山隧道 D K2 4 5 6 3 4 试验孔注 浆 P一 r曲线 图 4 注浆操作要点 6 注浆量确定 施做 C 2 0模筑混凝土止浆墙 必要 时局部用钢 为了获得 良好 的固结及堵水效果 必须注入足 筋加固 厚度 1 5 2 m 周边孔注浆采用低压力大 够的浆液量 确保一定的有效扩散范围 但注浆量 注浆量注人围岩裂隙 每段注浆以注浆量控制注浆 过大 扩散范围太远 将造成浆液浪费及给开挖造成 效果 达到注浆量停止 中央孔注浆为全孔一次压 新的难度 浆液在地层 中均匀扩散 帷幕注浆范围为 人式注浆 由于周边层 已注浆液 中央孔注浆是对 8 0 m 浆液单孔注入量 Q根据 扩散半径及岩层 外层注浆半径以外进行封阻及外层注浆范围的薄弱 的裂隙进行估算 其值为 部分进行增补 内层注浆增 大注浆压力 穿透围岩 Q一 丌 上 H 叼 P m 裂隙注浆 达到彻底固结 内层注浆以压力控制 达 式中 r 浆液扩散半径 m 扩散半径 2 0 m左 到压力停止注浆 右 H 压浆段长度 m 一岩层裂隙率 一般取 5 注浆压力控制 1 0 2 O p 浆液充填 系数 约为 0 8 注浆 注浆压力以孔口压力表显示的值为准 由注浆 速度 5 1 1 0 I m i n 图 5 泵控制 当管路阻力 0 2 MP a时 可 略去 阻力损 凝胶时间 本隧道凝胶时间取 3 0 6 0 s 失 而由泵压来监控 泵压 与油 压的关 系 HF V 为了保证注浆效果 注浆采用一次升压法施工 5 D型全液压注浆泵为 P泵一 P油 1 5 1 4 按 即从注浆一开始就在短时问内将压力升高到设计规 这个比例关系用油压来调控注浆压力值 具体调 定值 并一直保持到注浆结束 在规定压力下 根据 法 启动泵正常运转后 关闭泵口阀门 调节油压到 进浆量情况分级调整浆液浓度 直至裂隙逐渐被填 要求的刻度值上 然后打开泵 口阀门进行注浆 这 充 单位吸浆量逐渐减小 达到结束标准即停止注 样即可实现定压注浆 即总注浆压力会随注浆阻力 浆 的增减而自 动调节 当注浆压力达到设计终压值后 7 注浆量控制 会 自动停泵 十分安全 不致于造成超压注浆而出现 泵量 或注入速度的大小 根据地层吸浆率或吸 危险 水率或钻孔出水量确定 在无水孔可采用时 先压 46 杨 勃 等 云雾山岩溶隧道帷幕预注浆加 固施工技 术 注单液水泥浆或清水 的方法来测定钻孔 的吸浆率 有水时 依据钻孔出水量和泵能力确定泵量 一般要 求泵量不小于出水量 但当出水量大于泵 的最大排 量时 应在使泵满足要求 的配比条件下 尽可能用大 泵量注浆 注浆系统的试运转 按注浆站布置图安 7 0 6 主 5 0 4 0 型 委 2 1 O 排设备就位 据工艺流程图连接管路系统 用 1 5 2倍 的注浆终压对系统进行压水试运转 检查管路 连接 的正确性 系统调压 机况 的正常情况等 同 时 使设备充分 热身 以得到注浆正常运转 试验 时间一般为 2 0 mi n I2L t r 1 t r 1 皇 1 l 厂 H L 一 I I 一 一 I L 0 5 l 1 5 2 25 3 3 5 4 45 5 T 叫 问 h 图 5 云雾 山隧道 D K 2 4 5 6 3 4试验孔注浆 Q T 曲线图 8 帷幕孔浆液凝胶时间控制 浆液凝胶时间由浆液浓度 两液配 比决定 通过 两液 的泵量来调节 由于注浆 范围小 注浆段长度 较短 单孔注入量不可能很大 为简化制浆 注浆工 序 采用 W C 1 0 6的水泥浆 3 5 B e 的水玻璃浆 为基准浓度 通过调 节 C S来控 制凝胶 时 间 按 配比操作表 操作 施工时搀加早强 塑化 膨胀外 加剂 保证浆液具有高强性 可注流动性 膨胀密实 性和 良好的强度与扩散范围 一般情况下 一孔注 浆 其 配 比 凝 胶时问不宜频繁 变化 但在 出现跑 浆 超范围扩散时 应缩短凝胶时间 在变换浆液浓 度与配 比时 应经常在泄浆 阀到样测定实注凝胶时 间 以检查机况的正常与否以及配比的准确度 注浆结束标准 在正常情况下 采用定压注浆 当注浆压 力达到或接 近设 计终压 值时 结 束注浆 而当注浆压力接近或达到设计终压的 8 0 如出现 圈套的漏浆 经间歇注浆后 也可结束注浆 检查注 浆效果 所有注浆孔都注满后 钻取岩芯对注浆效果 进行检查 对浆液扩散较为薄弱及钻孔渗水量大的 部位需加孔补注浆 直到达到要求指标为止 9 注浆异常现象处理 注浆过程 中。