隧道下穿獅子巖水庫施工技術(shù)探討

1、隧道下穿獅子巖水庫施工技術(shù)探討管勝摘要：大別山隧道出口段穿越獅子巖水庫圍巖破碎、裂隙水發(fā)育，施工中通過超前地質(zhì)預(yù)報對地質(zhì)情況進行預(yù)判，采用超前小導(dǎo)管輔以水泥- 水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿止水加固的施工方案，取得了良好的工程效果。文章結(jié)合工程實踐介紹了這種方案的成功運用。關(guān)鍵詞：超前地質(zhì)預(yù)報；超前小導(dǎo)管；全斷面徑向注漿；水泥- 水玻璃雙液注漿隧道穿越圍巖破碎、裂隙水發(fā)育的不良地質(zhì)帶，選擇正確的的施工方法至關(guān)重要。在大別山隧道出口段施工中，通過超前地質(zhì)預(yù)報對圍巖進行預(yù)判，采用超前小導(dǎo)管輔以水泥 - 水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、全斷面徑向注漿，結(jié)合架設(shè) I1

2、4 工字鋼架、掛網(wǎng)、噴錨等措施，順利通過不良地質(zhì)帶，取得良好效果。一、工程概況大別山隧道為上下行分離的雙洞隧道，隧道呈東西向展布，進口位于麻城市木子店鎮(zhèn)槐樹店村細臺子溝，出口位于麻城市龜峰山鄉(xiāng)邊店村葉家河。左洞起止里程為： ZK18+275ZK23+183，長 4908m，右洞起止里程YK18+240 YK23+141，長 4901m。屬特長隧道。隧道最大埋深482m。隧道區(qū)在大地構(gòu)造上屬秦嶺- 大別山造山帶核部，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜，經(jīng)歷了多旋廻、多階段的發(fā)展演化。區(qū)域構(gòu)造上屬羅田褶皺束羅田穹隆的一部分，受白堊紀(jì)花崗巖的侵入影響，褶皺構(gòu)造被破壞，僅在太古代大別群（ArD）中殘留有露頭尺度的層內(nèi)褶

3、皺，無根褶皺等。在白堊紀(jì)花崗巖巖體中破碎帶發(fā)育，在樁號YK22+573YK22+667處通過地質(zhì)勘探資料得知該段圍巖為強弱風(fēng)化花崗巖，埋深約55 米。隧道所處圍巖為級圍巖地段，地形上為一深切“V”形沖溝，沿沖溝底部集中發(fā)育兩組裂隙，其一 產(chǎn)狀 15 - 3085間距 1-3m，跡長大于 10m；其二產(chǎn)狀 34060，間距0.3-0.5m ，跡長大于 5m。由于這兩組裂隙發(fā)育程度高，圍巖較為破碎，鉆孔壓水試驗表明該段巖體具有弱透水性。另外，路線右側(cè)有一中型水庫（獅子巖水庫），隧道施工可能引發(fā)水庫滲漏等環(huán)境地質(zhì)問題。二、施工方案經(jīng)過廣泛收集資料，聘請專家論證，結(jié)合工程實際情況，本著“管超前、預(yù)注漿

4、、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則，采用TSP203超前地質(zhì)預(yù)報對圍巖進行預(yù)判，施工中采用超前小導(dǎo)管輔以水泥- 水玻璃雙液注漿止水加固、正臺階法開挖、開挖后全斷面徑向注漿、局部注漿及補注漿，I14 鋼架配合錨噴支護的處理方案。施工方案包括圍巖超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)判、形成防滲加固圈、上下臺階法開挖、全斷面徑向注漿、初期支護等。超前地質(zhì)預(yù)報雖然設(shè)計中通過鉆孔對圍巖情況進行了預(yù)判，可是實際施工圍巖較設(shè)計情況中往往出入較大。因此，在施工掌子面距離斷層破碎帶 15 米左右采用 TSP-203 系統(tǒng)進行長距離地質(zhì)預(yù)報（ 20 米-200 米），超前鉆孔進行中短距離地質(zhì)預(yù)報（ 20 米以下），并認真作好地質(zhì)

5、素描，形成地質(zhì)信息資料。然后將地質(zhì)信息上報給建設(shè)單位、根據(jù)監(jiān)測單位的預(yù)判結(jié)果，斷層破碎帶的圍巖等級判定為級圍巖，節(jié)理發(fā)育、巖體破碎、裂隙水較發(fā)育。形成防滲加固圈形成加固圈就是通過超前小導(dǎo)管配合水泥- 水玻璃雙液注漿在拱部120范圍的開挖輪廓線四周形成一定強度和厚度的水泥漿加固拱，以提高圍巖自承能力和穩(wěn)定性。超前小導(dǎo)管42、長 4.5m，沿隧道拱部 120范圍的開挖輪廓線布置，環(huán)向間距 40cm，向外傾斜 1015。考慮鋼架間距和搭接長度，按照3.2m 每環(huán)布置，預(yù)留搭接長度1.3m。注漿使用 YZB-120/7 型液壓雙液注漿泵， 注水泥- 水玻璃雙液漿。上下臺階法開挖開挖本著“短進尺、強支護

6、”的原則，采用正臺階法開挖的處理方案。上臺階開挖高度 5.7m，開挖進尺結(jié)合鋼架間距控制在22.5m；下臺階開挖高度2.5m，左右交錯開挖，進尺結(jié)合鋼架間距控制在22.5m。兩個臺階縱向距離基本保持在 15 20m，以利于及早落底。開挖后，盡量減少圍巖暴露時間，迅速完成初期支護。開挖后防滲處理（全斷面徑向注漿施工）全斷面徑向注漿又稱為后注漿，主要是對開挖后仍然出現(xiàn)較大出現(xiàn)較大的滲漏水進行再注漿，固結(jié)范圍為正洞開挖輪廓線外 5m，啟到防滲補漏作用。開挖后發(fā)育的裂隙有集中水流出，首先埋管將水流引出，然后用快凝砼將原有出水口封堵。在距離出水口一定距離處，對出水裂隙鉆注漿孔，安裝注漿管， 采用水泥漿進

7、行注漿。注漿小導(dǎo)管采用42 熱軋無縫鋼管加工制作而成、壁厚3.5mm，長 5m，小導(dǎo)管前部鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距 15cm，梅花型布置，小導(dǎo)管前端加工成錐 形，尾部預(yù)留 1.0m 的止?jié){段不鉆孔，全斷面環(huán)向開挖輪廓線布置，環(huán)向間距100cm，縱向間距 100cm。1# 29#鋼花管徑向布置， 30#38#垂直布置。仰拱范圍內(nèi)鋼花管預(yù)留30cm埋設(shè)于仰拱二次襯砌內(nèi)，以發(fā)揮鋼花管的樁基作用。注 漿使用 YZB-120/7 型液壓雙液注漿泵，注M30水泥凈漿。進行初期支護施工初期支護參數(shù)如下：初噴封閉掌子面（ 4cm的 C25噴射砼），施作鋼拱架（ I14 工字鋼鋼拱架，縱向間距100cm，

8、 22 縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1m）， 施工鎖腳錨桿（ 22 砂漿錨桿、長3.5m 向下傾斜 45，端部與鋼拱架兩側(cè)拱腳焊接）；施工徑向系統(tǒng)錨桿（25 帶排氣中空注漿錨桿，長4m，環(huán)向間距 1.0m，縱向間距 0.8m），噴射砼厚度至設(shè)計厚度（C25聚酯纖維砼，厚度28cm）。三、施工要點止水和加固是本方案的施工重點，而超前小導(dǎo)管輔以水泥- 水玻璃雙液注漿和全斷面徑向注漿是進行止水加固的重點。超前小導(dǎo)管施工由于巖體為全強風(fēng)化片麻花崗巖，節(jié)理發(fā)育、基巖破碎、夾層多，成孔困 難，容易卡鉆、坍孔，鉆孔操作比較困難。如何確保小導(dǎo)管的位置和角度滿足設(shè)計要求，是方案成敗的關(guān)鍵所在。小導(dǎo)管施工采用鉆孔打入法

9、。按照封閉巖面鉆孔清孔鋼花管制、安注漿的施工順序施工。施工主要工序介紹如下：）封閉巖面：為確保注漿效果，對開挖巖面采用厚度3 5cm的 C25噴射砼封閉，作為止?jié){墻。在鋼花管安裝完畢后，用錨固劑對鋼管周圍進行封堵，確保在注漿過程中不漏漿。）鉆孔：鉆孔前先檢查氣腿式風(fēng)槍狀況是否正常。鉆孔速度應(yīng)保持勻速，特別是鉆頭遇到孤石、夾層時，應(yīng)控制鉆進速度，避免發(fā)生夾鉆現(xiàn)象。鉆進過程中經(jīng)常用測斜儀測定其位置，并根據(jù)鉆機鉆進的現(xiàn)象及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進過程中出現(xiàn)的事故。）清孔、驗孔：用高壓空氣從孔底向孔口清理鉆渣，用經(jīng)緯儀、測斜儀等檢測孔深，傾角，外插角。）鋼花管制安：在鋼管上按照15cm的間距梅花

10、布置鉆注漿孔，并在尾部留置不小于 1m的止?jié){段。鋼花管安裝采用直接插入法，必要時通過在尾部加墊板用風(fēng)槍送入。小導(dǎo)管構(gòu)造見下圖；水泥- 水玻璃雙液注漿施工該段圍巖巖體破碎、裂隙發(fā)育、孔隙大、滲透性較好，為超前預(yù)注漿施工增加了難度。預(yù)防漿液流失和有效控制注漿量是注漿工作首要控制點，是能否形成穩(wěn)固、安全可靠的加固圈的關(guān)鍵。注漿操作主要包括以下幾個工序：）注漿參數(shù)：水泥漿液水灰比為 0.8 1.0 左右，水玻璃濃度 3035 波美度，水泥漿與水玻璃體積比 1：0.3 1： 0.8 ，注漿壓力 0.5 2.0MPa。）注漿順序：采取由低孔位向高孔位進行，即由拱腳至拱頂順序進行。）注漿準(zhǔn)備工作：注漿前先檢

11、查注漿管路，確保管路暢通、不阻塞、不跑漿，機械性能良好。確認各項準(zhǔn)備工作完成后，做現(xiàn)場注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。）注漿施工：注漿采用YZB-120/7 型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導(dǎo)管內(nèi)，注漿采用兩次間歇進行。首次注漿可適當(dāng)減少水灰比，增加水玻璃摻量，注漿 壓力控制在 0.5 1.2MPa，當(dāng)相鄰孔眼有漿液流出時即結(jié)束首次注漿。間歇35 個小時后，進行第二次高壓注漿，注漿壓力 1.2 2.0MPa，當(dāng)進漿量小于20L/10min時可結(jié)束注漿工作。若注漿量超限，未達到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填，方可終止注漿。）

12、注漿過程派專人值班，填寫注漿記錄表，記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，監(jiān)控連通裝置，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。全斷面徑向注漿（后注漿）全斷面徑向注漿主要是對開挖后仍存在漏水現(xiàn)象進行補充注漿止水加固，主要包含兩個重要施工工序：小導(dǎo)管施工和水泥凈漿注漿施工。小導(dǎo)管施工小導(dǎo)管施工采用鉆孔打入法。其施工工序同超前小導(dǎo)管施工工序：初噴砼封閉巖面鉆孔清孔鋼花管制、安注漿施工。在此不再贅述。徑向注漿施工要點注漿操作主要包括以下幾個工序：（見工藝流程圖）注漿參數(shù)：水泥漿液水灰比為0.6 1.0 左右，注漿壓力 0.5 3.0MPa。）注漿順序：按兩序孔進行，即跳孔跳排注單序孔，然后注

13、剩下的二序孔，這樣，通過實施約束型注漿模式，實現(xiàn)擠壓密實的注漿目的。）注漿準(zhǔn)備工作：注漿前先檢查注漿管路，確保管路暢通、不阻塞、不跑漿，機械性能良好。確認各項準(zhǔn)備工作完成后，做現(xiàn)場注漿試驗，確定合理的注漿參數(shù)，據(jù)以施工。）注漿方式：注漿采用YZB-120/7 型液壓雙液注漿泵將漿液注入小導(dǎo)管內(nèi)，全孔一次性注漿方式進行施工，注漿終壓23.0MPa，注漿速度 5100 L/min 。）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)控制：終壓到達23.0Mpa，當(dāng)進漿量小于20L/10min時可結(jié)束注漿工作，若注漿量超限，未達到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均被漿液充填，方可終

14、止注漿。）注漿效果檢查評定：徑向注漿結(jié)束后圍巖滲水量不超過3m3/m.d。監(jiān)控量測因該段地處斷層破碎帶地段，施工中重點對拱頂下沉及周邊收斂進行監(jiān)控。拱頂下沉、兩組周邊收斂點正臺階法施工順序在施工中布置。在開挖完成后，迅速進行埋設(shè)，并進行初始讀數(shù)。通過對量測數(shù)據(jù)的分析處理，掌握地層穩(wěn)定性變化規(guī)律，預(yù)見事故和險情，作為調(diào)整和修正支護設(shè)計參數(shù)及施工方法的依 據(jù)，提供圍巖和支護襯砌最終穩(wěn)定的依據(jù)。四、施工注意事項鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對每個孔進行編號。鉆進過程中應(yīng)運用測斜儀，進行鉆孔偏斜度測量，嚴(yán)格控制小導(dǎo)管打設(shè)方向，并作好每個鉆孔記錄。發(fā)現(xiàn)誤差超限及時糾正，至終孔仍超限者應(yīng)注漿封孔，待強度達到要求后，原位重鉆。注漿過程中，要隨時注意泵壓及流量變化，若吸漿量很大或壓力突然下降， 注漿壓力長時間上不去，應(yīng)查明原因。如工作面漏漿，可采取封堵措施；如跑漿可通過調(diào)換漿液種類、調(diào)整漿液配合比、采用間歇注漿等措施，已達到注漿目的。對注漿過程中發(fā)現(xiàn)有大的空洞等，可首次先注水泥