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隧道特殊地質(zhì)處理施工技術(shù)
2020-05-14 09:13:35   來源:焦作新礦機(jī)械

1 帷幕注漿施工技術(shù)

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(nèi)壓注水泥(或水泥-水玻璃等)漿液,漿液將一定范圍內(nèi)圍巖裂隙中的水?dāng)D出,保證圍巖裂隙被具有一定強(qiáng)度的混合漿體充填密實,并與巖體固結(jié)成一體,形成止水帷幕。

1.2 施工工藝及主要技術(shù)參數(shù)

①每一循環(huán)注漿長度為27m,開挖24m,保留3m止?jié){巖盤。

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

③注漿帷幕固結(jié)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(qiáng)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(jìn)半徑m;P:最大靜水壓力值MPa;σ:泥灰?guī)r固結(jié)體允許抗壓強(qiáng)度MPa)。

根據(jù)本隧道該區(qū)段地質(zhì)情況,經(jīng)計算及工程類比確定漿液擴(kuò)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(xì)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(kuò)散半徑,由試驗室通過試驗進(jìn)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(jù)巖層情況和膠凝時間要求,結(jié)合注漿效果及時調(diào)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(chǎn)的2TGZ-60/210型雙液調(diào)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(gòu)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(qiáng)度、滲透性,鉆孔的深度、位置,注漿序次及注漿材料的性質(zhì)有關(guān),可通過現(xiàn)場注漿試驗確定。本工程根據(jù)現(xiàn)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(yīng)低于設(shè)計注漿終壓力,隨鉆孔深度增加而增加。

⑧凝膠及凝結(jié)時間:漿液凝膠的確定一般應(yīng)采用CS漿液作壓注試驗,當(dāng)進(jìn)漿量很大、泵壓長時間不升高時,膠凝時間選1~2min;當(dāng)進(jìn)漿量中等、泵壓穩(wěn)定上升時,膠凝時間選3~4min;進(jìn)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(jié)時間。凝膠時間較短,是指由流動狀態(tài)變?yōu)椴涣鲃訝顟B(tài)的過程。凝結(jié)是水泥漿體開始失去塑性的時間。

⑨注漿數(shù)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(zhì)超前預(yù)測預(yù)報的一種方法,其目的是為了探明掌子面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,為正確選擇注漿參數(shù)和采取相應(yīng)的技術(shù)參量提供依據(jù)。其主要工作內(nèi)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(jī)在洞內(nèi)工作面上向隧道前方鉆探30m左右的超前探孔,利用探孔進(jìn)行探測和注水試驗。

(2)止?jié){墻施工。

首輪注漿前在掌子面設(shè)置50cm厚的C30模筑砼止?jié){墻,此后各循環(huán)利用已注漿未開挖的巖體代替止?jié){墻(預(yù)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(huán)共設(shè)5環(huán)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(shè)計在掌子面鉆孔位置放出,用紅油漆標(biāo)出注漿孔位置;將鉆具對準(zhǔn)注漿孔孔口位置,調(diào)整鉆機(jī)至鉆孔方向和設(shè)計鉆孔方向一致(即偏角和立角與設(shè)計相同),固定鉆機(jī);鉆機(jī)采用低壓力、慢速開孔,鉆至2~3m深度,退出鉆機(jī)。

(4)孔口管結(jié)構(gòu)及埋設(shè)。

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(nèi)放入環(huán)氧樹脂錨固劑,將孔口管頂入孔內(nèi)(錨固劑固定),或?qū)⒖卓诠茼斎肟變?nèi),用錨桿固定。

(5)鉆孔注漿。

孔口管安裝完成后,繼續(xù)鉆孔,成孔后安裝導(dǎo)管、止?jié){塞,進(jìn)行注漿。注漿方式采用分段前進(jìn)式注漿,先鉆孔后注漿,鉆一段注一段,直至設(shè)計深度。注漿段完成注漿,經(jīng)檢查孔檢測合格后,進(jìn)入下一段注漿段,如此往復(fù)。

①注漿。

根據(jù)選定的參數(shù)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(rèn)暢通后再接入注漿系統(tǒng)。注漿系統(tǒng)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(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計值時,維持2~3min,進(jìn)漿量達(dá)到設(shè)計數(shù)量則停止注漿,關(guān)閉球閥,隨即卸下注漿混合器及注漿系統(tǒng),并用清水清洗干凈。

②鉆孔注漿工藝及要求。

孔口位置準(zhǔn)確定位,與設(shè)計位置的允許偏差為±5cm。偏角應(yīng)符合設(shè)計要求,每鉆進(jìn)一段,檢查一段,及時糾偏孔底位置偏差應(yīng)小于30cm;鉆孔和注漿順序應(yīng)由外向內(nèi),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(yīng)根據(jù)圍巖性質(zhì)和涌水量大小確定采用前進(jìn)式或后退式注漿;一個孔段的注漿作業(yè)一般應(yīng)連續(xù)進(jìn)行到結(jié)束,不宜中斷,應(yīng)盡量避免因機(jī)械故障、停電、停水、器材等問題造成的被迫中斷,對于因?qū)嵭虚g歇注漿,制止串漿冒漿等而有意中斷,應(yīng)先將鉆孔清理至原深度以后再行復(fù)注。

1.3.6 超細(xì)水泥—水玻璃漿液的配制

超細(xì)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(xì)水泥粒徑小,與水玻璃的反應(yīng)更充分,因而在相同配比下結(jié)合體的強(qiáng)度會更高,凝膠時間也有變化。在實際應(yīng)用中可視具體情況在配合比上加以調(diào)整,或者摻入外加劑來滿足凝膠時間的要求。施工中嚴(yán)格按配合比配置漿液。水玻璃漿的配制要先在攪拌桶內(nèi)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(jī)在混合器處混合后進(jìn)入地層。

1.4 注漿效果檢查及結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

(1)注漿標(biāo)準(zhǔn)采用打鉆檢驗檢查。

所有注漿孔注滿后,根據(jù)注漿狀況,確定檢查孔位置。對檢查孔進(jìn)行鉆取巖芯對注漿效果進(jìn)行檢查,檢查孔鉆深為開挖段長度以內(nèi)并預(yù)留3m段,檢查孔出水量應(yīng)小于1m/dm。對漿液擴(kuò)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(bǔ)注漿,直到達(dá)到要求指標(biāo)為止。注漿效果達(dá)到要求后,方可結(jié)束本段注漿,進(jìn)行開挖。

(2)全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

①單孔結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

注漿過程中壓力逐漸上升,注漿量逐漸減少,當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計終壓,并持續(xù)保持10min以上;注漿結(jié)束時的進(jìn)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(jié)束本孔注漿。

②全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)計的注漿孔全部注完成后,對該段注漿效果進(jìn)行檢查,所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件,無漏注現(xiàn)象;漿液有效注入范圍滿足設(shè)計要求;預(yù)測巖體經(jīng)注漿后可在開挖后保證洞壁穩(wěn)定。

1.5 施工要點

(1)鉆孔質(zhì)量控制。

鉆孔位置要準(zhǔn)確,施鉆時鉆機(jī)要盡量貼近巖面,以減小鉆桿的震動;要用清水鉆進(jìn),開孔要輕減壓,慢速,大水量,以保證鉆孔質(zhì)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(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)旋鈕將油壓調(diào)在要求的油壓刻度上,隨注漿阻力的增大,泵壓隨之升高,當(dāng)達(dá)到調(diào)定值時,會自動停機(jī),不致于產(chǎn)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(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(zhǔn)確,須經(jīng)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?jié){口接漿測定雙液漿的實注凝膠時間,避免異常情況發(fā)生。焦作市新礦機(jī)械有限公司,是生產(chǎn)制造建筑隧道機(jī)械、地鐵鋼管片、聯(lián)絡(luò)通道鋼管片、破碎輸送機(jī)械,建筑施工機(jī)械鐵路、高鐵,地鐵隧道、工程機(jī)械的專業(yè)廠家。

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