齊岳山隧道F斷層注漿截水帷幕施工技術(shù)

1、最新 精品 Word 歡迎下載 可修改齊岳山隧道F11斷層注漿截水帷幕施工技術(shù) 盧煒1 汪玉華2（1.中國(guó)中鐵股份有限公司，北京 100039； 2.中鐵隧道集團(tuán)有限公司洛陽(yáng)科學(xué)技術(shù)研究所，河南 洛陽(yáng) 471009）摘要:研究目的：山嶺隧道在穿越斷層破碎帶時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇到高壓水，如處理不當(dāng)，往往會(huì)引起突水突泥、坍方甚至泥石流的嚴(yán)重威脅，給施工安全造成極大的威脅，施工進(jìn)度也無(wú)法保證，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使周?chē)鷳B(tài)環(huán)境發(fā)生惡化。因此在隧道穿越該區(qū)域時(shí)，必須采取一種有效措施來(lái)確保施工安全及周邊生態(tài)環(huán)境免遭破壞。研究結(jié)論：齊岳山隧道在穿越F11斷層高壓富水帶時(shí)，在該段鉆孔過(guò)程中，單孔最大涌水量達(dá)到1800m3/

2、h，水壓高達(dá)3.2 MPa，給施工帶來(lái)巨大風(fēng)險(xiǎn)。在施工過(guò)程中，按照“以堵為主，限量排放”的原則，采用硫鋁酸鹽水泥單液漿、普通水泥單液漿、普通水泥水玻璃雙液漿，通過(guò)合理匹配注漿參數(shù)，精心組織施工，對(duì)掌子面前方的高壓富水地段進(jìn)行了注漿封堵，形成一道截水帷幕，同時(shí)對(duì)前方破碎圍巖進(jìn)行了有效加固，為施工創(chuàng)造了條件，確保了隧道施工安全及周邊生態(tài)環(huán)境不被破壞，對(duì)今后類(lèi)似工程具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞: 斷層；高壓富水；注漿；截水帷幕 中圖分類(lèi)號(hào)：U25 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AConstruction Method of Grouting Water-seal Curtain of F11 Fault in Qiyu

3、eshan Tunnel LU Wei1 WANG Yu-hua 2 (1. China Railway Group Limited,beijing 100039, China ; 2. Scientific Institute of China Railway Tunnel Group. Luoyang, Henan 471009, China)Abstract: purposes: When the tunnel cuts through the fault-fracture zone, high pressure water often emerges. If reasonable me

4、asures are not taken, it will frequently induce water and mud inrush, collapse even debris flow, which will seriously threaten the construction safety and delay the construction progress. It will deteriorate ecological environment if not treated properly. When Qiyueshan tunnel cuts through the high

5、pressure and enriched water region in F11 fault, effective measures shall be taken in order to ensure the construction safety and the surrounding ecological environment not deteriorated. Conclusions: As Qiyueshan tunnel cuts through the high pressure and enriched water region in F11 fault, the maxim

6、um volume of water release and water pressure during boring stage are up to 1800m3/h and 3.2MPa, respectively. According to the principle of “Focusing on blocking and releasing within limitation”, sulphate aluminium cement single-fluid grouting, common cement single-fluid grouting, and cement and so

7、dium silicate mixed grouting are used with the rational proportioned grouting parameter during the construction progress; therefore, the high pressure water is effectively controlled, the water-seal curtain is formed and meanwhile the crushed surrounding rock is reinforced, which paves the way for t

8、he construction and ensures the tunneling safety and the surrounding ecological environment not deteriorated. The project case can provide reference for similar works in the future. Key words: fault; high pressure and enriched water; Grouting; Water-seal Curtain1.工程概況齊岳山隧道全長(zhǎng)10.528km，隧道埋深670m，是宜萬(wàn)線(xiàn)五座風(fēng)

9、險(xiǎn)隧道之一。隧道穿越F11斷層，該斷層為壓扭性，巖性成分復(fù)雜，巖體破碎且致密，泥質(zhì)或黏土質(zhì)含量少，導(dǎo)水能力強(qiáng)，工程性質(zhì)表現(xiàn)為圍巖強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差，在水的浸泡下，工程性質(zhì)更加惡化。且該段隧道除遭受常規(guī)的大氣降雨入滲補(bǔ)給外，還遭受上部得勝場(chǎng)暗河管道流的補(bǔ)給，是齊岳山隧道受水威脅最嚴(yán)重的地段。在隧道施工開(kāi)挖中，將不可避免的面臨涌水涌泥、坍方甚至泥石流的嚴(yán)重威脅。在該段鉆孔過(guò)程中，單孔最大涌水量達(dá)到1800m3/h，水壓高達(dá)3.2 MPa。因此在隧道施工時(shí)，必須進(jìn)行超前帷幕注漿進(jìn)行封堵，給施工創(chuàng)造條件，以保證施工安全。2.注漿截水帷幕施工2.1注漿截水帷幕設(shè)計(jì)根據(jù)水文地質(zhì)及施工條件，結(jié)合工程類(lèi)比，確定

10、全斷面超前預(yù)注漿設(shè)計(jì)參數(shù)，如表1所示。表1 全斷面超前預(yù)注漿設(shè)計(jì)參數(shù)(Table 1 design parameters for full-face advanced pre-grouting)參數(shù)名稱(chēng)齊岳山隧道過(guò)F11斷層全斷面超前預(yù)注漿帷幕指導(dǎo)思想以堵為主，限量排放帷幕厚度開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外8m注漿段長(zhǎng)度2027m擴(kuò)散半徑2m終孔間距2.8m注漿終壓68MPa開(kāi)挖長(zhǎng)度1519 m注漿速度5110 L/min全斷面超前預(yù)注漿孔位布置如圖1所示。 全斷面注漿縱斷面圖 A-A斷面圖圖1 注漿孔位布置圖 (Fig.1 Layout of grouting holes)2.2 止?jié){墻施工止?jié){墻采用C30混

11、凝土澆筑，厚度為2.5m。為保證止?jié){墻的穩(wěn)定，在其周邊利用2排環(huán)向間距1.5m，排距1m，長(zhǎng)2m的25mm砂漿錨桿與圍巖相連，同時(shí)在澆注過(guò)程時(shí)，在周邊預(yù)埋1m長(zhǎng)的42mm導(dǎo)管，管口緊貼初支面，止?jié){墻澆注完成后，通過(guò)導(dǎo)管進(jìn)行注漿對(duì)止?jié){墻與初支護(hù)間的裂隙進(jìn)行封堵，形成封閉體系，防止超前注漿時(shí)跑漿，影響注漿效果1。2.3注漿材料注漿材料的選取應(yīng)結(jié)合工程水文地質(zhì)，從所配漿液的可注性、凝膠時(shí)間、結(jié)石率、抗壓強(qiáng)度等多個(gè)方面來(lái)綜合考慮2。根據(jù)F11斷層地質(zhì)情況及堵水加固的要求，注漿材料以硫鋁酸鹽水泥單液漿為主，普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿作為輔助材料。施工過(guò)程根據(jù)涌水情況及地層吸漿情況進(jìn)行選擇調(diào)整

12、。注漿材料配比參數(shù)如表2所示。表2 漿液配比參數(shù)表(Table 2 parameters for slurry ratio)序號(hào)名稱(chēng)漿液配比備 注W:C（水灰比）C:S（體積比）1硫鋁酸鹽水泥單液漿（0.61）:1-根據(jù)鉆孔地質(zhì)及出水情況進(jìn)行選擇。2普通水泥單液漿（0.61）:1-3普通水泥-水玻璃雙液漿（0.81）:11:(0.31)2.4鉆孔注漿機(jī)械、設(shè)備選取及配置（1）鉆機(jī)的選取鉆機(jī)的選取主要從鉆機(jī)性能及其空間適應(yīng)性、靈活性三個(gè)方面入手，經(jīng)過(guò)綜合比選在正洞選用意大利Casagrande C6履帶式鉆機(jī)，平導(dǎo)選用日本礦巖RPD150C履帶式鉆機(jī)及MZ-200改進(jìn)型履帶式鉆機(jī)。（2）注漿設(shè)備

13、的選取及配置注漿設(shè)備的選取及配置要與鉆機(jī)性能相匹配，避免孔鉆好后，注漿速度跟不上的情況發(fā)生，同時(shí)需滿(mǎn)足頂水注漿及不同漿液的要求?，F(xiàn)場(chǎng)注漿泵配置了1臺(tái) ZJP/BP-55 和1臺(tái)KBY-30/120。2.5注漿順序超前帷幕注漿采取約束發(fā)散的原則進(jìn)行，注漿順序由外到內(nèi)、由下到上、間隔跳孔分二序孔施工。2.6鉆孔注漿施工工藝（1）在止?jié){墻上標(biāo)定孔位，按設(shè)計(jì)角度采用130mm鉆頭低速鉆進(jìn)至2.2m，安設(shè)孔口管；（2）孔口管采用108mm，=5mm無(wú)縫鋼管加工，管長(zhǎng)2.5m，孔口管外壁纏繞5080cm長(zhǎng)的麻絲成紡錘型，采用鉆機(jī)沖擊安設(shè)到要求深度，并用水泥基錨固劑錨固，以保證孔口管安設(shè)牢固不漏漿；（3）為

14、防止鉆孔過(guò)程中突發(fā)涌水突泥，孔口管安設(shè)完成前端須安設(shè)高壓閘閥，通過(guò)高壓閘閥進(jìn)行鉆孔施工；（4）采取前進(jìn)分段式注漿進(jìn)行注漿施工，分段長(zhǎng)度為35m，即鉆進(jìn)35m，注漿一次，注漿結(jié)束后，再鉆進(jìn)35m，依次循環(huán)直到鉆注到設(shè)計(jì)深度。施工中可根據(jù)地質(zhì)情況及水量、水壓適當(dāng)調(diào)整鉆注分段長(zhǎng)度。施工中出現(xiàn)跑、漏漿或注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間不上升時(shí)，改用水泥水玻璃雙液漿；（5）若鉆孔過(guò)程中，遇到較大突涌水，應(yīng)立即停止鉆孔，進(jìn)行注漿。鉆孔注漿施工流程如圖2所示。圖2 前進(jìn)式分段注漿施工工藝(Fig.2 grouting construction craft of segmently onward mode )2.7注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

15、（1）單孔注漿以定量定壓相結(jié)合。定量標(biāo)準(zhǔn)：注漿量根據(jù)地層圍巖孔隙率10%，單孔每米設(shè)計(jì)注漿量控制在2.0m3，當(dāng)單孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的1.52倍，壓力仍然不上升，可采取調(diào)整漿液配比縮短凝膠時(shí)間或進(jìn)行間歇注漿等工藝使注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，結(jié)束該孔注漿3。定壓標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)地層涌水壓力注漿終壓定為：6.08.0Mpa，（下半斷面前12m注漿壓力23.0Mpa）單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并維持10min以上可結(jié)束該孔。（2）全段結(jié)束標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)的所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)漏注現(xiàn)象。 按總注漿孔的10%設(shè)計(jì)檢查孔，檢查孔滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。2.8注漿效果檢查（1）分析法P-Q-t曲線(xiàn)法。施工中，為了更為有

16、效的對(duì)注漿過(guò)程進(jìn)行適時(shí)監(jiān)控，采用灌漿自動(dòng)記錄系統(tǒng)對(duì)注漿過(guò)程中壓力和流量進(jìn)行控制，準(zhǔn)確記錄單孔單段注漿量和注漿壓力，并通過(guò)自動(dòng)繪制P-Q-t曲線(xiàn)對(duì)注漿效果進(jìn)行分析評(píng)價(jià)4。DK365+333DK365+313段P-Q-t曲線(xiàn)表現(xiàn)形式如圖3所示。圖3 P-Q-t曲線(xiàn)（DK365+333DK365+313段）(Fig.3 P-Q-t curve（DK365+333DK365+313 section）)注漿過(guò)程中，總體趨勢(shì)均表現(xiàn)為注漿壓力隨注漿時(shí)間呈注漿上升趨勢(shì)，最終達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，隨著壓力升高，速度也呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。對(duì)于出水量較大的孔，初始?jí)毫Χ荚?.7MPa左右，注漿速度一般在30L/min左右，注

17、漿時(shí)間一般跟出水量的大小成正比，隨著注漿的進(jìn)行，漿液逐漸對(duì)出水裂隙進(jìn)行封堵，注漿速度隨即下降，注漿壓力快速上升，經(jīng)過(guò)對(duì)已充填裂隙的快速擠壓密實(shí)過(guò)程后，壓力達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)注漿壓力，而停止注漿。對(duì)于個(gè)別水量較小或無(wú)水的注漿孔，初始?jí)毫Χ急容^小，但注漿壓力上升較快，地層吸漿較小。隨著漿液的注入和注漿壓力的上升并達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力，出水裂隙被漿液充填密實(shí)，地層破碎巖體也得到有效加固，地層取得較好的改良效果。鉆孔出水量及注漿量情況分析注漿施工過(guò)程中，根據(jù)鉆孔過(guò)程中的涌水量及注漿過(guò)程中的注漿量繪制涌水量時(shí)間效應(yīng)圖及對(duì)應(yīng)注漿量時(shí)間效應(yīng)圖，如圖4、5所示。圖4 鉆孔涌水量時(shí)間效應(yīng)圖（DK365+333DK365

18、+313段）(Fig.4 time effect map of water release volume by boring（DK365+333DK365+313 section）)圖5 鉆孔注漿量時(shí)間效應(yīng)圖（DK365+333DK365+313段）(Fig.5 time effect map of grouting volume by boring（DK365+333DK365+313 section）)由圖4可以看出，各孔出水量雖然表現(xiàn)出一定的離散性質(zhì)，但一序孔出水量明顯大于二序孔，隨著鉆孔注漿施工進(jìn)行，后續(xù)孔出水量明顯減小，大部分孔表現(xiàn)為無(wú)水，說(shuō)明經(jīng)過(guò)注漿后大的出水裂隙得到有效封堵和固結(jié)

19、，注漿效果較為明顯。由圖5可以看出，各孔之間注漿量分布離散性較大，二序孔注漿過(guò)程中個(gè)別孔仍表現(xiàn)出較大的吸漿量，這與地層裂隙發(fā)育的不規(guī)則性有著重要的關(guān)系，該段巖層層狀裂隙及節(jié)理極其發(fā)育，漿液沿層面裂隙擴(kuò)散范圍相對(duì)較大，而在垂直巖面方向漿液擴(kuò)散極其困難，因此漿液擴(kuò)散各向差異性較大。通過(guò)單孔注漿量和對(duì)應(yīng)孔出水量對(duì)比可以看出，單孔注漿量和出水量有較為明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，出水量大的孔地層吸漿較大，出水量小的孔吸漿量較小，說(shuō)明對(duì)該段地層注漿主要是以封堵地下出水裂隙為主。個(gè)別孔出水量雖然比較小，但注漿量仍然較大，表現(xiàn)出局部地層比較破碎，地層孔隙率較大，這與鉆孔注漿施工過(guò)程中鉆孔揭示地質(zhì)情況一致5。（2）檢查孔法

20、檢查孔觀(guān)察法：按“全覆蓋、有重點(diǎn)、無(wú)盲區(qū)”的原則，重點(diǎn)對(duì)鉆孔注漿施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)的10%控制。檢查孔在施鉆過(guò)程中，無(wú)卡鉆、涌泥、涌砂現(xiàn)象，成孔性較好，但個(gè)別檢查孔單孔出水量大于0.2L/minm的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，不過(guò)基本都在2.0L/minm以?xún)?nèi)，且在后續(xù)對(duì)檢查孔進(jìn)行注漿封堵時(shí)，地層吸漿量較小，說(shuō)明經(jīng)過(guò)注漿加固后，地層密實(shí)度得到很大提高6。檢查孔取芯法。從取芯的情況看，芯樣大多成短柱狀，可明顯看到被漿液充填的裂隙及已經(jīng)被漿液固結(jié)的破碎巖體，漿液充填飽滿(mǎn)，加固效果明顯。如圖6所示。圖6 注漿加固體取芯照片（DK365+333DK365+313段）(Fig

21、.6 the photos of Reinforced solid core by grouting（DK365+333DK365+313 section）)（3）孔內(nèi)攝像從孔內(nèi)攝像可以明顯看出，前方破碎巖層以及裂隙被漿脈充填，除局部存在縮孔外，大部分區(qū)段孔壁順滑，未見(jiàn)明顯坍孔，自穩(wěn)能力較強(qiáng)。如圖7所示。 圖7 孔內(nèi)攝像圖片(Fig.7 the photos taken in the hole)3.結(jié)論與體會(huì)（1）在隧道施工過(guò)程中，對(duì)高壓富水段進(jìn)行全斷面超前帷幕注漿是行之有效的，也是必須的。（2）注漿截水帷幕施工質(zhì)量的好壞與注漿施工工藝、注漿參數(shù)、注漿材料、機(jī)械設(shè)備等有很大關(guān)系7。在注漿施工過(guò)

22、程中，只有不斷深入研究并解決好各自間相互影響的因素，才能提高注漿截水帷幕的質(zhì)量。注漿段長(zhǎng)：采用前進(jìn)式分段注漿時(shí)，注漿段長(zhǎng)度的選取一定要適當(dāng)，如注漿段過(guò)長(zhǎng)，一是在注漿過(guò)程中，孔越深，漿液到孔底時(shí)，壓力損失較大，很難保證孔底的注漿效果；二是在鉆孔過(guò)程中，一方面對(duì)鉆機(jī)性能要求增高，另一方面還大大的增加了重復(fù)掃孔的工作量；如注漿段過(guò)段，又涉及到工序頻繁轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，不利于施工的開(kāi)展。根據(jù)目前的國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)備及施工水平，建議注漿段長(zhǎng)在2330m較為適宜。注漿分段長(zhǎng)度：采用前進(jìn)式分段注漿時(shí)，對(duì)破碎且局部裂隙較大或水量較大地段，一定要嚴(yán)格控制分段長(zhǎng)度，以確保漿液在地層中的均勻擴(kuò)散，如分段長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，則對(duì)一些細(xì)小縫

23、隙很難達(dá)到加固效果，但在某一區(qū)域，這種細(xì)小縫隙達(dá)到一定量時(shí)，在高水壓的作用下，加固圈很容易被擊穿。而對(duì)于局部圍巖相對(duì)完整且水量較小地段，則應(yīng)適當(dāng)加大分段長(zhǎng)度，以減少重復(fù)掃孔的數(shù)量，加快施工進(jìn)度。注漿材料：在現(xiàn)場(chǎng)注漿施工過(guò)程中，要靈活地根據(jù)不同地層，不同水量、水壓，注漿的不同時(shí)間段，合理的調(diào)整注漿材料和匹配漿液配比，即要保證漿液的充分?jǐn)U散，又要限制漿液擴(kuò)散過(guò)遠(yuǎn)。一般來(lái)說(shuō)，在圍巖破碎，孔隙較大地段，宜采用普通水泥單液漿、普通水泥水玻璃雙液漿；在砂層或孔隙較小地段，宜選用超細(xì)水泥單液漿、超細(xì)水泥水玻璃雙液漿、TGRM漿或HSC漿等；當(dāng)水量較大時(shí)，宜采用普通水泥單液漿、普通水泥水玻璃雙液漿、超細(xì)水泥單

24、液漿、超細(xì)水泥水玻璃雙液漿、TGRM漿或HSC漿中兩種或兩種以上材料的綜合注漿材料體系；當(dāng)水量較大且水壓較高時(shí)，還應(yīng)對(duì)漿液的結(jié)石率和漿液結(jié)石體的抗壓強(qiáng)度有要求。注漿速度：應(yīng)根據(jù)不同地層的吸漿率合理調(diào)整注漿速度，對(duì)裂隙較大地段，注漿速度相應(yīng)放大，裂隙較小地段，如壓斷層，則注漿速度要相應(yīng)放緩，以防速度過(guò)快，造成壓力升高過(guò)快的假象。（3）注漿效果評(píng)定應(yīng)結(jié)合工程水文地質(zhì)及現(xiàn)場(chǎng)施工情況，采取多種方法，綜合進(jìn)行分析。F11斷層在效果評(píng)定時(shí)，雖個(gè)別檢查孔單孔出水量大于0.2L/minm的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，考慮到壓性斷層巖層破碎但連通性差的特性，如強(qiáng)制達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)大大的增加注漿成本和延長(zhǎng)工期。結(jié)合P-Q-t曲線(xiàn)

25、、鉆孔出水量及注漿量情況，檢查孔芯樣及孔內(nèi)攝像情況綜合進(jìn)行分析，認(rèn)為在大管棚超前支護(hù)的情況下，可以進(jìn)行開(kāi)挖，但建議開(kāi)挖過(guò)程中，在周邊施作5m超前探孔，對(duì)前方地層及水的分布情況進(jìn)行探測(cè)，避免突發(fā)涌水。采取上下臺(tái)階法進(jìn)行施工，開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采取非爆破或弱爆破，且進(jìn)尺控制在0.5m，開(kāi)挖完成后應(yīng)初支要及早封閉成環(huán)，并加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，做好信息化施工。參考文獻(xiàn)：References: 1 張民慶，彭峰. 地下工程注漿技術(shù)M. 北京：地質(zhì)出版社，2022.ZHANG Min-qing, PENG feng.Grouting technology for underground works M. Beijing:T

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