CN101638987A - 用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法 - Google Patents

Abstract

一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，属于建筑施工领域。隧道掌子面清理结束后，采用HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；同时采用MGJ－50水平超前钻机向前方通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m，综合分析掌子面前方围岩完整状况、出水状况，对围岩稳定性进行综合评定。在掌子面修筑钢筋混凝土止浆墙以加快注浆施工速度，防止漏浆。本发明适用于地下工程穿越断层破碎带、高压富水区段，也可用于穿越有地下水影响、流沙层、软弱破碎段的施工预加固，对于水库大坝，拦河堤坝的渗漏水处理、铁路、公路路堤及桥梁基础、软土地基的加固处理均可参考使用。

Description

用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法

技术领域

本发明涉及一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，属于建筑施工领域。

背景技术

目前隧道施工时地下水排放采用“以排为主”的原则；对于隧道穿过岩溶、断裂破碎带，预计地下水较大，当采用以排为主而影响生态环境时，我们采用“以堵为主，限量排放”的原则，达到堵水有效、防水可靠、环保、经济合理的目的。

帷幕注浆加止浆墙的方法是目前解决复杂的地下涌水、断层破碎带施工、避免隧道地质灾害的一种有效措施。在隧道施工中通过利用配套的机械设备，采用注浆泵、注浆孔将适宜的浆液材料压入地层裂隙之中，用浆液颗粒充填出水裂隙，实施超前帷幕预注浆施工，改善地层原有的透水特性，在隧道开挖线外一定范围制造截水帷幕，以达到改善岩层(土)性能、降低地层透水系数，限制或阻断水流，达到注浆堵水的目的，为隧道掘进施工提供条件。帷幕注浆加止浆墙是目前解决复杂的地下涌水、断层破碎带施工、避免隧道突水、突泥等地质灾害的一种有效措施。

发明内容

为了克服现有技术结构的不足，本发明提供一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，含有下面的步骤：

步骤1、隧道掌子面清理结束后，采用HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；同时采用MGJ-50水平超前钻机向前方通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m，综合分析掌子面前方围岩完整状况、出水状况，对围岩稳定性进行综合评定。

步骤2、在掌子面修筑钢筋混凝土止浆墙以加快注浆施工速度，防止漏浆，最大注浆压力可达到7MPa。

步骤3、帷幕注浆：

沿隧道掘进方向钻孔3-4环，先钻外圈孔后钻内圈孔、同一圈孔先钻下部孔后钻上部孔，间隔交替钻孔施工。钻孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm。

为控制钻孔的方向，在孔口设辅助管：辅助管采用φ108、壁厚5mm的热轧无缝钢管，长度3m，按照钻孔参数表进行布设。钢管外露不小于0.2m，并事先加工好丝扣，以便与注浆器连通进行注浆施工。布设时采用双层Φ16钢筋骨架安装固定，并预埋入止浆墙中。

钻孔后采用前进分段式注浆，分段长度4m～5m，注浆速度5～110(L/min)，先低压注浆加固后方岩盘，后采用高压深孔注浆。注浆顺序为按照对称开孔、先注无水孔、后注有水孔的原则，由外向内，同一圈孔间隔施工。

注浆一般采用普通水泥浆、普通水泥-水玻璃双液浆。

设备配备，钻孔台车钻机泵站车注浆车制浆车水泥车。

本发明的有益效果：

本发明适用于地下工程穿越断层破碎带、高压富水区段，也可用于穿越有地下水影响、流沙层、软弱破碎段的施工预加固，对于水库大坝，拦河堤坝的渗漏水处理、铁路、公路路堤及桥梁基础、软土地基的加固处理均可参考使用。

具体实施方式

实施例1：用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，包括下列步骤：

1、施工准备步骤：了解注浆地段的地质状况，如水压、出水量、围岩裂隙发育程度、裂隙内填充物的性质。连接施工现场电源、水源，进行施工材料、场地和机械设备准备，人员到位。

2、地质超前预报及探水步骤：

掌子面清理结束后，采用HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；同时采用MGJ-50水平超前钻机通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m，最后结合掌子面围岩产状、走向、出水状况，综合分析掌子面前方围岩完整状况、出水状况，对围岩稳定性进行综合评定。

3、注浆方案确定步骤：根据探测的地质水文情况和围岩稳定评价情况确定合理的注浆方案；

                         注浆方案选择表1

序号	适用的地质条件	采用方案的主要内容
			1	可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及向斜背斜核部，施工中可能发生严重突水、涌泥地段；物探异常地段，超前地质探孔单孔涌水量：Q≥	全断面超前帷幕注浆，注浆加固范围为开挖工作面及开挖轮廓线外正洞8m、平导5m。一次注浆段落
2	可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及向斜背斜核部，施工中可能发生严重突水、涌泥地段；物探异常地段，超前地质探孔单孔涌水量：Q≥40m3/h。实测水压1MPa≤P＜2MPa。	全断面超前帷幕注浆，注浆加固范围为开挖工作面及开挖轮廓线外正洞5m、平导3m。一次注浆段落宜为25-30m。
			3	地下水发育的断层破碎带及向斜背斜的两翼，施工中可能发生涌水、涌泥地段，物探异常地段，超前地质探孔单孔涌水量：Q＜40m3/h。实测水压	周边超前帷幕注浆，注浆加固范围为开挖轮廓线外正洞5m、平导3m。一次注浆段落宜为25-30m。

4、止浆墙施工步骤：进行断面扩挖，掌子面方向扩挖深度不小于止浆墙厚度，止浆墙外轮廓与隧道开挖轮廓相同，且嵌入周边完整围岩不小于0.5m。采用C20喷射混凝土封闭开挖轮廓线和掌子面，全断面帮扎铺设Φ22@200×200mm双层钢筋网，内拉外撑方式固定模板，浇注C25早强钢筋混凝土并振捣密实。

            止浆墙选择表2

序号	帷幕注浆范围	止浆墙厚度(m)
			1	开挖轮廓外8m	2.0
2	开挖轮廓外5m	1.5
			3	开挖轮廓外3m	1.0

5、辅助管布设步骤：辅助管采用φ108、壁厚5mm的热轧无缝钢管，长度3m，按照钻孔参数表进行布设。钢管外露不小于0.2m，并事先加工好丝扣，以便与注浆器连通进行注浆施工。布设时采用双层Φ16钢筋骨架安装固定，并预埋入止浆墙中。

6、钻孔步骤：由测量人员按设计参数在掌子面止浆墙上用红油漆标出钻孔位置，并标明孔号，钻机提前放置在自制两层门架升降式作业平台上。用钻机首尾坐标差值来控制竖直角及水平角。每钻进一段检查一段，及时纠偏。确保注浆施工能够形成良好的止水帷幕。

钻孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm。先钻外圈孔后钻内圈孔、同一圈孔先钻下部孔后钻上部孔，间隔交替钻孔施工。后续孔检查前面孔注浆效果。

分段注浆时，分段钻孔长度根据实际情况确定，即注浆后再扫孔继续钻进，扫孔时钻机要给压均匀，轻压快转，防止偏离原孔位方向。

7、压水实验步骤：正式注浆前，用1.2倍的注浆设计终压进行压水试验，其目的：检查管路是否连接正常；检查管路系统是否耐压，有无漏水现象；测定岩层吸水量，以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量；测定注浆压力损失情况，确定终压；将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外。

8、制浆步骤：采用高速搅拌机制浆。在搅拌机开动后加入定量的清水，水量可用搅拌机内的容积加以控制，然后加入水泥连续搅拌3min后即可经过滤桶过滤进入储桨桶内，进行二次搅拌供注浆使用。

9、注浆材料及注浆配比步骤：

注浆材料可采用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆。为保证浆液能够有效扩散，注水泥单液浆(掺入浓度为30～35Be`的水玻璃作为早强剂，掺量3～5％)水灰比1∶1～0.6∶1，由稀到浓逐级变换，当注浆压力和注浆量达到设计要求不能自封孔的，采用双液浆予以封孔；钻孔内出水量很大，先注单液浆，保证浆液有效扩散，注单液浆无法达到注浆效果或注浆压力长时间不上升，采用注双液浆，配比为：水泥浆水灰比为0.6∶1～0.8∶1，水玻璃浓度为30～35Be`，体积比1∶0.3～1∶0.5。

浆液配合比控制的原则是“先稀后浓、逐级变换”。根据施工取得的经验数据，当单孔出水量＜20m³/h时，采用单液注浆；当单孔出水量≥20m³/h时，采用先注水泥浆后注双液浆。

10、注浆方式步骤：在围岩破碎段采用前进分段式注浆，分段长度4m～5m，注浆速度5～110(L/min)，先低压注浆加固后方岩盘，后采用高压深孔注浆。

11、注浆顺序步骤：按照对称开孔、先注无水孔、后注有水孔的原则，由外向内，同一圈孔间隔施工的原则进行，以提高注浆效果和密实度。

12、注浆效果检查与评定步骤：

(1)、单孔结束标准：

1)注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；

2)注浆结束时的进浆量小于5L/min。

(2)、全段结束标准：

1)所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；

2)注浆后预测涌水量小于1m3/m·d；

3)检查孔涌水量小于0.2L/m·min；

4)检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满；

5)浆液有效注入范围大于设计值。

(3)、注浆效果评定

注浆是否成功可采用以下一种或几种方法结合判定：

1)对注浆过程中P-Q-t曲线进行分析，要求达到设计终压，注浆速度小于5L/m·min，且P-t曲线呈上升趋势，Q-t曲线呈下降趋势；

2)施工反算出浆液填充率达到70-80％。

3)采用抽样钻探检验注浆质量。检查孔根据现场情况随机抽取，但必须重新成孔，不可利用原有注浆孔，检查孔抽查率按总注浆孔的5～10％抽取。

检查孔取芯率达到70％以上，浆液填充率达到80％以上；

对检查孔进行注浆，压力应很快上升，且进浆量很小；

检查孔应无流泥，成孔好，无坍孔现象，涌水量小于0.2L/m·min；

如果注浆效果未达到设计要求，应进行补孔注浆，直至检查评定合格后才可进行开挖支护。

根据开挖后的渗漏水情况，确定是否进行径向补充注浆，径向固结范围为设计注浆加固范围。

13、围岩监控量测步骤：

专门设立3人监控量测小组，对隧道注浆过程中及开挖后的围岩稳定性进行观测。

(1)、注浆过程中，加强对止浆墙变形的监控量测。

做好对注浆岩盘后方周边围岩的监控量测，避免由于前方注浆堵水后导致后方水压上升，从而造成拱架后移、开裂等安全隐患。准备好加固措施，并作好应急预案。

(2)、每循环隧道开挖支护后，及时进行拱顶下沉、水平收敛变形和周边围岩的检查、观察，对围岩的稳定性进行判定，以便为修改支护参数和变更施工方法提供依据。

14、帷幕注浆作业完成后进行隧道掘进开挖、衬砌及铺轨等其他作业步骤。

Claims (2)

1.一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，，其特征是含有下面的步骤：

步骤1、隧道掌子面清理结束后，采用HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；同时采用MGJ-50水平超前钻机向前方通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m，综合分析掌子面前方围岩完整状况、出水状况，对围岩稳定性进行综合评定；

步骤2、在掌子面修筑钢筋混凝土止浆墙以加快注浆施工速度，防止漏浆，最大注浆压力可达到7Mpa；

步骤3、帷幕注浆：

沿隧道掘进方向钻孔3-4环，先钻外圈孔后钻内圈孔、同一圈孔先钻下部孔后钻上部孔，间隔交替钻孔施工；钻孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm；

为控制钻孔的方向，在孔口设辅助管：辅助管采用ф108、壁厚5mm的热轧无缝钢管，长度3m，按照钻孔参数表进行布设；钢管外露不小于0.2m，并事先加工好丝扣，以便与注浆器连通进行注浆施工；布设时采用双层Φ16钢筋骨架安装固定，并预埋入止浆墙中；

钻孔后采用前进分段式注浆，分段长度4m～5m，注浆速度5～110(L/min)，先低压注浆加固后方岩盘，后采用高压深孔注浆；注浆顺序为按照对称开孔、先注无水孔、后注有水孔的原则，由外向内，同一圈孔间隔施工；

注浆采用普通水泥浆、普通水泥-水玻璃双液浆。

2.根据权利要求1所述的一种用帷幕注浆加止浆墙穿越高压富水断裂带的隧道施工方法，其特征是：

1、施工准备步骤：了解注浆地段的地质状况，如水压、出水量、围岩裂隙发育程度、裂隙内填充物的性质；连接施工现场电源、水源，进行施工材料、场地和机械设备准备，人员到位；

2、地质超前预报及探水步骤：

掌子面清理结束后，采用HY303红外探测仪近距离探测前方围岩及隐伏含水状况，每次探测长度15～20m；同时采用MGJ-50水平超前钻机通过钻孔钻探验证，每次钻探长度30～50m，最后结合掌子面围岩产状、走向、出水状况，综合分析掌子面前方围岩完整状况、出水状况，对围岩稳定性进行综合评定；

3、注浆方案确定步骤：根据探测的地质水文情况和围岩稳定评价情况确定合理的注浆方案；

4、止浆墙施工步骤：进行断面扩挖，掌子面方向扩挖深度不小于止浆墙厚度，止浆墙外轮廓与隧道开挖轮廓相同，且嵌入周边完整围岩不小于0.5m；采用C20喷射混凝土封闭开挖轮廓线和掌子面，全断面帮扎铺设Φ22@200×200mm双层钢筋网，内拉外撑方式固定模板，浇注C25早强钢筋混凝土并振捣密实；

5、辅助管布设步骤：辅助管采用ф108、壁厚5mm的热轧无缝钢管，长度3m，按照钻孔参数表进行布设；钢管外露不小于0.2m，并事先加工好丝扣，以便与注浆器连通进行注浆施工；布设时采用双层Φ16钢筋骨架安装固定，并预埋入止浆墙中；

6、钻孔步骤：由测量人员按设计参数在掌子面止浆墙上用红油漆标出钻孔位置，并标明孔号，钻机提前放置在自制两层门架升降式作业平台上；用钻机首尾坐标差值来控制竖直角及水平角；每钻进一段检查一段，及时纠偏；确保注浆施工能够形成良好的止水帷幕；

钻孔开孔直径不小于110mm，终孔直径不小于91mm；先钻外圈孔后钻内圈孔、同一圈孔先钻下部孔后钻上部孔，间隔交替钻孔施工；后续孔检查前面孔注浆效果；

分段注浆时，分段钻孔长度根据实际情况确定，即注浆后再扫孔继续钻进，扫孔时钻机要给压均匀，轻压快转，防止偏离原孔位方向；

7、压水实验步骤：正式注浆前，用1.2倍的注浆设计终压进行压水试验，其目的：检查管路是否连接正常；检查管路系统是否耐压，有无漏水现象；测定岩层吸水量，以确定浆液初始浓度、凝胶时间和预计注浆量；测定注浆压力损失情况，确定终压；将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外；

8、制浆步骤：采用高速搅拌机制浆；在搅拌机开动后加入定量的清水，水量可用搅拌机内的容积加以控制，然后加入水泥连续搅拌3min后即可经过滤桶过滤进入储桨桶内，进行二次搅拌供注浆使用；

9、注浆材料及注浆配比步骤：

注浆材料采用水泥单液浆和水泥-水玻璃双液浆；为保证浆液能够有效扩散，注水泥单液浆(掺入浓度为30～35Be`的水玻璃作为早强剂，掺量3～5％)水灰比1∶1～0.6∶1，由稀到浓逐级变换，当注浆压力和注浆量达到设计要求不能自封孔的，采用双液浆予以封孔；钻孔内出水量很大，先注单液浆，保证浆液有效扩散，注单液浆无法达到注浆效果或注浆压力长时间不上升，采用注双液浆，配比为：水泥浆水灰比为0.6∶1～0.8∶1，水玻璃浓度为30～35Be`，体积比1∶0.3～1∶0.5；

浆液配合比：当单孔出水量：20m³/h时，采用单液注浆；当单孔出水量：20m³/h时，采用先注水泥浆后注双液浆；

10、注浆方式步骤：在围岩破碎段采用前进分段式注浆，分段长度4m～5m，注浆速度5～110(L/min)，先低压注浆加固后方岩盘，后采用高压深孔注浆；

11、注浆顺序步骤：按照对称开孔、先注无水孔、后注有水孔的原则，由外向内，同一圈孔间隔施工的原则进行，以提高注浆效果和密实度；

12、注浆效果检查与评定步骤：

(1)、单孔结束标准：

1)注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上；

2)注浆结束时的进浆量小于5L/min；

(2)、全段结束标准：

1)所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；

2)注浆后预测涌水量小于1m3/m·d；

3)检查孔涌水量小于0.2L/m·min；

4)检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满；

5)浆液有效注入范围大于设计值；

(3)、注浆效果评定

注浆是否成功可采用以下一种或几种方法结合判定：

1)对注浆过程中P-Q-t曲线进行分析，要求达到设计终压，注浆速度小于5L/m·min，且P-t曲线呈上升趋势，Q-t曲线呈下降趋势；

2)施工反算出浆液填充率达到70-80％；

3)采用抽样钻探检验注浆质量；检查孔根据现场情况随机抽取，但必须重新成孔，不可利用原有注浆孔，检查孔抽查率按总注浆孔的5～10％抽取；

检查孔取芯率达到70％以上，浆液填充率达到80％以上；

对检查孔进行注浆，压力应很快上升，且进浆量很小；

检查孔应无流泥，成孔好，无坍孔现象，涌水量小于0.2L/m·min；

如果注浆效果未达到设计要求，应进行补孔注浆，直至检查评定合格后才可进行开挖支护；

根据开挖后的渗漏水情况，确定是否进行径向补充注浆，径向固结范围为设计注浆加固范围；

13、围岩监控量测步骤：

对隧道注浆过程中及开挖后的围岩稳定性进行观测；

(1)、注浆过程中，加强对止浆墙变形的监控量测；

(2)、每循环隧道开挖支护后，及时进行拱顶下沉、水平收敛变形和周边围岩的检查、观察，对围岩的稳定性进行判定，以便为修改支护参数和变更施工方法提供依据；

14、帷幕注浆作业完成后进行隧道掘进开挖、衬砌及铺轨等其他作业步骤。