超前注浆（精选8篇）
超前注浆 篇1
摘要：结合多年的施工实践经验, 对隧道超前小导管注浆施工要点展开了论述, 主要介绍了钻孔时应注意的事项及注浆施工工序, 并给出了有针对性的安全和质量控制措施, 为今后类似工程的施工提供了参考。
关键词：隧道,注浆,钻孔,施工方法
0 引言
隧道施工过程中, 当遇到软弱破损围岩时, 其自支护能力是比较弱的, 经常采用的预支护措施有超前锚杆、管棚、超前小导管注浆等。超前小导管注浆时在开挖掘进前, 先用喷射混凝土将开挖面和5 m范围内的坑道封闭, 然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管并通过小导管向围岩注浆, 待浆液硬化后, 在坑道周围形成一个加固圈, 在此加固圈的防护下即可安全的进行开挖。
1 施工准备
1) 测量放线:根据施工图纸, 测量放样工作已完毕。
2) 原材料如水泥、砂、碎石、钢筋、型钢等检验合格, 喷射混凝土配合比试件28 d强度达到设计和技术规范要求。
3) 施工用水、用电已接通, 能满足生产要求。
4) 完成了场地规划, 施工便道畅通。
5) 合格原材料已开始陆续进场, 按合同条款技术规范要求, 分类堆放整齐。
6) 强制式混凝土搅拌机安装就位, 试机正常。
7) 人员、机械已全部进场。
2 施工工艺及施工方法
2.1 钻孔
1) 钻机就位。
在工作平台上架设27型风钻, 钻机立轴方向必须准确, 放出弧线上各个孔中心线, 钻进中采用测斜仪量测钻杆的偏斜度, 校正调整至设计角度10°。
2) 钻孔。
接第一节钻杆并沿预埋的孔口管进行钻孔施工, 钻孔开机时, 钻速宜低, 钻进20 cm后转入正常钻速, 若遇软质围岩, 宜用低速钻进。
3) 为防止钻杆在工作时上下颤动, 导致钻孔不直, 钻孔时应在钻杆上套上扶正器。
4) 随孔深增长对推力要严格控制, 不能过大。
2.2 钻孔时注意事项
1) 钻孔从拱部向两侧依次施钻。
2) 钻孔过程应防止压弯钻具, 甩打孔壁, 造成塌孔或断杆事故, 如遇不良情况, 要立即停机处理。
3) 做好现场记录:包括钻具尺寸、钻进速度、围岩类型、裂隙发育程度及分布位置、出水量、出水位置、处理事故和时间、终孔深度等。
4) 钻孔过程中, 应经常进行回钻扫孔。
5) 每孔完成后, 进行掏孔检查, 确认有无塌孔和探头石。
6) 用自制高压风管进行扫孔检查, 清除孔内岩屑。
2.3 安管作业
按设计现场制作并钻好8注浆孔, 每钻完一孔顶进一根钢管。
2.4 注浆
注浆从拱部顺序向下进行注浆, 其施工顺序为:确定注浆参数→设立注浆站→试泵→正式注浆→检查→记录。
1) 确定注浆参数。
注浆前应先进行现场注浆试验, 确定注浆参数, 注浆浆液为水泥—水玻璃双液注浆, 水泥采用P.O42.5R水泥, 水泥∶水玻璃取1∶0.5~1∶1, 水灰比取1∶0.5~1∶1。
2) 设立注浆站、试泵。
注浆使用2台注浆泵进行, 开泵前选择三通转芯阀调到回泵位置, 待泵吸水正常时, 将三通回泵阀慢慢调小, 泵压缓缓上升, 当泵压达到设计注浆压力后持续2 min~3 min, 如果一切正常即可结束, 否则应检修后重新试泵, 直至正常为止。
3) 注浆控制。
a.导管施工完成后开始注浆, 注浆前对所有孔眼安装止浆塞, 同时对管口与孔口侧进行密封处理。
b.水泥浆液采用拌和机制浆, 注浆前先检查拌和机和注浆机设备状况, 确认设备正常后作压浆试验, 确定合理的注浆参数, 据以施工。
c.注浆分两步完成, 当第一次注浆的浆液充分收缩后, 进行第二次注浆, 以使导管填充密实。注浆采取注浆终压和注浆量双控措施, 注浆压力以0.5 MPa~1.0 MPa为宜, 持压3 mm~5 mm后停止注浆, 注浆量一般为所注浆钻孔体积的1.5倍。如果注浆量超限, 但未达到压力要求, 首先及时调整浆液浓度继续注浆, 直至符合注浆质量标准。以确保所钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填, 方可终止注浆。注浆过程中如果压力突然升高, 可能发生堵管, 应停机检查。
d.在注浆过程应派专人负责填写“注浆原始记录表”, 记录注浆所用时间、浆液消耗量及注浆压力等相关数据, 并监控压力表值, 观察连通装置, 避免因压力猛增而发生异常状况。
3 安全控制要点
1) 钻机作业人员要戴防尘口罩, 配备安全帽、手套。2) 掌握好钻杆进尺的压力和速度, 防止断杆事故;在钻孔过程中如发生卡钻、斜孔、坍孔等故障, 应及时采取处理措施;进行钻杆装卸时注意与钻机操作手的配合, 避免钻杆未装好前启动导致人员受伤。3) 泥浆排渣钻机, 要作好排水和泥浆池, 避免污染环境;导管注浆时, 施工人员要避免正对注浆管。
4 质量控制要点
1) 钻机就位前, 首先要精确测定孔的平面位置、外插角、倾角, 并对每个孔进行编号;控制钻孔平面位置, 超前小导管不得侵入隧道开挖线内, 相邻的小导管不得相互交叉;终孔后, 要检查小导管的平面位置、孔深、外插角和方向, 并用高压风将钻孔内粉尘吹洗干净。
2) 浆液配置必须严格按施工配合比进行配置, 浆液制作必须使用机械拌和, 并且要严格控制拌和的时间。
3) 相邻孔眼注浆时需间隔开, 不能顺序注浆, 确保固结效果, 同时达到控制注浆量的目的。
4) 开始注浆时, 要根据注浆终压和注浆量双控注浆质量, 经常校验注浆压力表的准确度, 根据计算注浆量并结合围岩的松散程度, 考虑注浆量。如果注浆过程中, 个别孔的浆液不畅通, 被迫提前终止时, 可在相邻孔注浆时适当加压补偿。
5) 配置的浆液应在规定的时间内用完, 注浆结束后, 必须钻孔检验注浆效果, 如果未达到要求时, 需要补孔注浆。
参考文献
[1]冯海鹏, 马可理, 金沛先.超前注浆小导管在破碎围岩地质隧道中的应用[J].山西建筑, 2012, 38 (24) :184-185.
超前注浆 篇2
【关键词】深孔注浆技术；过街通道；应用
引 言
随着城市发展日趋迅猛，城市道路交通渐现拥堵，过街通道显得尤为重要，但也因为交通极度繁忙、地下管线繁杂，给地下过街通道的建设带来了极大难度，暗挖工艺也就成了首选方案，而选用何种超前支护措施也就成了工程成败的关键，大管棚、小导管是地下工程的常用措施，但过街道工程一般都埋深较浅，大管棚很难做成功，小管超前支护刚性不足，这不得不进行一些新的选择，本文结合某复杂地质条件下的超浅埋大跨暗挖通道工程成功应用二重管深孔注浆超前支护技术实例，对相关参数、措施进行梳理总结，以期业界在类似工程能够有所借鉴。
1、工程概况
某过街通道位于一核心干道下，通道长55.5m，净宽10m，断面尺寸为12.5m*6.0m（宽*高），平顶直墙结构，分6部开挖。通道地面覆土2.8-3.3m，底板埋深10.3m，屬超浅埋暗挖通道，通道地质较差，地层自上而下为粉细沙、杂填土、砂砾、中粗砂、顶部穿越地段为杂填土，其中杂填土地层中含有钢筋混凝土、砖头、瓦块等。通道采用二重管深孔超前注浆支护，以保证既有地面交通正常通行。 详见图1.
2、工况分析及方案设计
本过街通道位于繁华街道下方，地面交通流量大、地下管线较多。地质条件极差，通过水平钻探发现杂填土中存在大量的砖头、瓦块、废弃材料等建筑垃圾，地层极不均匀，通道埋深非常浅，无法采用大管棚施工，围岩稳定性较差，而有些部位又硬需上设备破除，开挖时易出现塌方，必须对地层进行有效固结，施工安全才能有保障。鉴于地层的软硬不均，经过比选选用具有一定穿透能力的二重管深孔注浆工艺进行超前注浆加固改良土体，使杂填土及粉细砂层中的空隙充满浆液并使其固化，进而保证地层稳定，确保施工期间的施工及地面交通安全。
3、施工工艺流程
3.1 暗挖通道超前支护
暗挖通道采用二重管深孔注浆技术措施进行超前支护，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。注浆参数如下：
注浆管：φ42×4.0mm，L=10/4m，注浆管前端做成锥形，注浆管间隔0.3m呈梅花形布设φ5mm的注浆孔，注浆管端头设置止浆阀。
水泥：采用42.5级普通硅酸盐水泥。
水玻璃：模度为2.8-3.2，浓度为30-38Be，。
双液浆比例：水泥水灰比为1：1，水泥浆：水玻璃体积比为1:0.6-1:1。
注浆压力为：0.3-0.8MPa
胶凝时间：30s-60s。
浆液扩散半径：0.35-0.6m 。
加固土体范围：开挖轮廓线外1.5m-2m。
注浆方式：分段后退式注浆，0.5-1m/段，6-10m/循环。
注浆填充率：砂层10-15%，杂填土35-40%。
3.1.1注浆施工工艺
二重管注浆施工工艺流程见下图2
3.2.1管线调查
管线调查简单的说就是在通道施工前对工地地下水管道进行调查，以防止在注浆的过程浆液无法顺管道走，还可防止引起管线不必要的变形。要重点调查的对象有地下市政给水系统、排水系统、燃气管线等。
3.2.2掌子面封闭处理
在开挖前采用小导管对拱部掌子面进行注浆加固，间距@80×80cm，梅花型布置，纵向3m/环。注浆前对掌子面进行喷射15cm厚C25混凝土进行封闭。注浆参数为：普通水泥浆水灰比：1：1～1.5：1，在施工中可依据现场情况适量调节。
3.2.3定孔位
开钻前，严格按照工前设计尺寸进行布孔作业，确保定位准确。
3.2.4钻孔
钻机定位、钻杆角度要准确，要求孔位偏差不大于2cm，入射角度偏差不大于1°；钻孔前调整钻杆的角度并对准孔位后，钻机不得移位及随意起降。钻设第一个孔时慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数，并密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，立即停钻，分析原因后再进行施工，避免对地下管线造成破坏。详见钻孔示意图3。
3.2.5配浆（制浆）
采用准确的计量工具，严格按照试验确定的配合比配料。两种浆液在注入前分别拌合均匀，并经常检查它们混合后的凝结时间是否符合设计要求。
3.2.6注浆
暗挖通道开挖净空尺寸为12.3m*6.15m（长*高），为保证地道在初期支护开挖过程中施工安全，防止地表较大沉降影响地面行车及地下管线安全，因此，对本工程开挖轮廓线顶部及边墙2m范围内进行注浆，注浆每10m为一个循环，注浆体搭接范围为1m，即开挖9m，预留1m加固体，然后打管对掌子面进行封闭处理，进行下一循环的注浆。首先用清水从注浆混合室的端点送出，确保畅通，将端点关闭进行横喷射切换。一般喷射速度8-20L/min。严格控制注浆压力，当压力突然上升或从孔壁溢浆，立即停止注浆，待查明原因后制定相应措施。每段注浆量严格按设计进行，跑浆时，采取封堵、间歇注浆等措施确保注浆量满足设计要求，注浆方式：分段后退式注浆，0.5-1m/段，6-10m/循环。
3.2.7封堵
所有阶梯喷射完毕后，对注浆孔用止浆阀或砂布等措施封堵。
4、注浆过程中出现的异常情况和处理方法
4.1及时查看注浆压力表位的情况
保证压力表要在可以控制的系数内，要施工过程中就要不断的查看压力表表位，注浆表压过高或过低都没办法满足施工要求，如表压力位过快降低，需要查看是不是有跑浆的情况发生；压力表位过快升高，更要及时查看注浆设备是否出故障或者被注浆管堵塞。
4.2根据实际地层有效调配前控制胶凝时间
在注浆的过程中，注浆效果直接体现在注浆量的多少，从比较常用的方法来说，采用的注浆方式一般用隔孔注入，这样能使注浆孔之间不会产生互扰，同时有效的互补先前的未注满浆孔和后续注浆孔，来提高浆液扩散的有效性；根据现场加固土体土层的现状对注浆胶凝的时间要求也不尽相同，一般来说杂填土层要将水泥浆比例调低，因为它含水量较小，从而可以达到胶凝时间延长的效果，反之若砂层中含较大水量时，要把水泥浆比例调小，有效减少胶凝时间点，总的来讲，双液浆的调配控制着胶凝时间，施工过程中一定要按照不同地层进行有效调配及控制。
4.3掌子面跑浆
注浆中需认真观察掌子面变化情况，由于浆液的进入会引起地层变化，在掌子面封闭薄弱的部位可能会跑浆，这时需要对掌子面及时封闭处理，同时注浆工作需间断进行，以保证浆液有效进入地层。
5、注浆效果检查
要做好顶部土体开挖安全隐患的排除，最直接的办法就是做好注浆。比较实用的注浆效果鉴别可以通过实际开挖的钻孔检查、监测数据的通道、理论分析等手段进行排查。
①理论分析法
对施工现场注浆量进行分析汇总，通过实际注浆量与设计理论注浆量进行分析对比，得出单根管注浆量，进而得出单根管注浆扩散半径，通过对比分析结果得出单根管注浆扩散半径为0.5m，与设计的0.35-0.6m相近，达到预期效果。
②实际开挖及钻孔检查
从通道实际开挖效果来看，二重管注浆效果明显，浆液扩散相互连通，层状分布均与，同时对注浆可能存在薄弱的部位进行钻芯取样，取芯结果显示浆液固结体强度达到2MPa，达到预期效果。
③通道监测数据分析法
施工前，在通道上方埋设共计35个沉降观测点，在注浆前通道开挖支护过程中对地表沉降监测点变化率较大，注浆后对监测数据明显减小并趋于稳定状态，其最大沉降量控在允许范围之内。
6、二重管深孔注浆效果评价
采用二重管深孔注浆通过对通道顶部及边墙复杂地层进行加固，由于设备遇建筑垃圾有一定的穿透能力，确保布孔的均匀性，从揭露情况看，固结非常均匀，未出现坍塌现象，有效保证保证了工程的顺利进行，进而保证地下管线及路面交通安全。
7、结论与讨论
二重管深孔注浆工艺能够较好的解决了复杂地层的固结问题，为本工程的顺利实施提供了保障，鉴于本文，希望对从事超浅埋暗挖隧道施工的同仁，在今后施工中提供有用的借鉴。
虽然二重管深孔注浆工艺在本工程中取得了较好的固结效果，但仍有不少还需提升或改进的地方，如设备在工作面移动极不便利，是否可有更为轻便的、动力足够设备替代；二重管深孔注浆技术虽作为超浅埋暗挖通道中超前支护的重要手段，但因各工程地质条件不尽相同，布孔、选材、配比亦不尽相同，少量的几篇文章很难囊括，仍值得进一步研究与探索，建立广泛共享的“数据库”。
参考文献
[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术.人民交通出版社,2010.5.
[2]王梦恕.隧道工程浅埋暗挖法施工要点[J].隧道建设,2006,26(5):1-4.
[3]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽教育出版社,2004.
[4]董志友.市政道路下大断面平顶隧道浅埋暗挖施工应注意的问题[J]，科技情报开发与经济,2005,15(16):286-287.
[5]申传胜,王宏.管棚支护在浅埋暗挖人行过街地道中的应用 [J].山西建筑,2007,33(3):281-282.
[6]王建平.小导管注浆预支护技术在城市浅埋暗挖隧道的应用[J]，河北建筑工程学院学报,2003,21(1):55-56.
[7]五一,张先峰.软土地层中采用浅埋暗挖法修建人行地道[J],城市道桥与防洪,2003,5(3):77-79.
[8]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2003.
[9]徐伟，苏宏阳，金福安.土木工程施工手册,2002.12.
[10] 北京城乡建设委员会.地下铁道工程施工及验收规范[S].北京:中国计划出版社,2004.
超前注浆 篇3
关键词：地表注浆,超前管棚注浆,预加固
1 工程概况
庙岭隧道设计为分离式隧道结构型式, 左线起迄桩号为K26+095～K28+220, 长2125m, 右线起迄桩号为YK26+070～YK28+155, 长2085m, 属长隧道。隧道洞口地质条件复杂, 围岩风化严重, 节理裂隙极其发育, 隧道开挖时易产生滴水及渗水现象, 且易发生坍塌。
针对庙岭隧道洞口不良地质情况, 为保证隧道安全进洞, 施工中采取两种预加固方案:对洞顶浅埋段采取地表注浆。地表注浆横向范围为隧道中线至两侧边界, 距离为9m, 注浆钻孔深度为地面至隧道开挖轮廓线外0.8m的距离, 开挖轮廓线外侧部分支护至隧道底部附近;在暗挖洞口采用超前管棚注浆支护。以40cm间距布设37根Φ127×5mm的导向管, 同时使用潜孔钻机以相对于洞轴线方向1°的外插角钻入30m长钻孔, 每个钻孔顶入30m长Φ89×6mm的热轧无缝钢管, 再用注浆机对每个钻孔注入体积比为1∶0.5的水泥-水玻璃双浆液, 终压维持在1.5MPa保持5min, 直至注满。这样使浆液在破碎岩体中充分扩散, 既可以保证洞顶围岩形成整体, 又可以利用注浆大管棚对开挖轮廓线破碎围岩进行强有力支托, 很好地保证隧道安全进洞、暗洞口段的安全开挖。
2 地表注浆及超前管棚注浆施工技术
2.1 参数确定
2.1.1 预加固区范围
庙岭隧道洞口围岩极差, 隧道开挖后, 围岩的应力状态变化很大, 无法充分发挥其自承能力, 极易失去稳定。根据地质勘探资料及隧道尺寸, 按岩体力学和弹塑性理论计算出隧道开挖后围岩的压力分布结果, 确定其塑性破坏区的大小, 即极限平衡区的范围。计算公式为:
R=r[ (γH+Cctgφ) (1-sinφ) / (Cctgφ) ] (1-sinφ) (2sinφ)
式中: R—极限平衡区半径 (m) ;
r—隧道换算半径 (m) ;
C—岩体的内聚力 (kN/㎡) ;
φ—岩体内摩擦角 (°) ;
γ—隧道洞口顶部岩体的密度 (kg/m3) ;
H—岩体的重心高度 (m) 。
计算出假设原岩体应力场为静止应力场时距隧道中心的极限平衡区半径R, 进而绘制出隧道洞口围岩加固范围示意图 (见图1、图2) 。
2.1.2 注浆压力
根据地质勘探资料, 对洞顶地表注浆预加固区域沿横向以间距1.5m布设13个测点, 沿纵向以间距3m分为11个断面, 由测量人员按此布点进行精确测量, 记录好各测点标高, 再根据算出每个断面各测点钻孔深度。根据以往注浆施工经验, 并考虑到该围岩注浆为缝隙注浆, 地表注浆及超前管棚注浆压力均取1.0～1.5 MPa。
2.1.3 注浆量
为达到真正的围岩岩体加固效果, 必须保证每个注浆孔的注浆压力及注浆量。
注浆总量可由理论计算确定, 也可通过试验取得近似数据。在隧道洞顶选中一点, 按相同参数 (注浆管直径、压力、配比) 对岩体进行注浆试验, 取得洞顶岩体实测充填率 (注浆体积占孔隙体积的比率) 及岩体孔隙率 (见表1) , 由此可得出每个钻孔所需注浆量, 进而计算出该区段所需注浆总量。
q=ηα[ (3d/2) 2- (d/2) 2]×π+π (d/2) 2
式中:q—地表注浆量 (m3/m) ;
η—被加固围岩的孔隙率 (%) ;
a—充填率 (%) ;
d—钻孔直径 (m) 。
(1) 地表注浆总量Q1=m1q
式中: Q1—地表注浆总量 (m3) ;
m1—地表注浆总长度 (m) 。
(2) 超前管棚注浆总量Q2=m2q
式中: Q2—超前管棚注浆总量 (m3) ;
m2—超前管棚注浆总长度 (m) 。
注浆过程中, 要达到终压1.5MPa, 同时要保证注浆管不得低于设计值的95%。
2.1.4 浆液配合比及凝结时间
根据注浆所需的压力、岩体的孔隙率及注浆加固范围、岩体种类等参数, 经试验室试验, 确定出水灰比以及水玻璃用量等, 选定最佳配合比。
由于洞顶注浆类型基本为缝隙注浆, 为使浆液凝固时间缩短, 浆液中要加入适量水玻璃。为了便于注浆, 同时也使浆液快速加固围岩岩体, 凝结时间暂定为60s左右。在浆液拌制时, 水玻璃应最后加入 (注浆参数见表2) 。
2.2 钻孔及注浆方法
2.2.1 地表注浆预加固钻孔及注浆方法
(1) 钻孔方法
由测量人员测绘出预加固区域, 做好标记, 施工人员对该区域进行清表处理, 清除地面杂草、浮石及浮土, 以保证安全施工, 同时为保证钻孔成孔及防止地表冒浆, 以使注浆压力满足要求, 在该区域地表设置止浆盘。止浆盘采用200mm厚的双层Φ6钢筋网, C20喷射混凝土, 钢筋网网格间距为300×300mm, 止浆盘设置范围至周边孔外2m。止浆盘施做完成后, 按测量数据布设钻孔。注浆孔按梅花形布置, 孔间距为1.5m。钻孔采用风动冲击旋转式潜孔钻机进行钻孔;钻杆采用分节连接形式, 每节1m, 根据钻孔深度接长钻杆;钻头直径为Φ60mm的合金钻头。注浆管为直径50mm的钢管, 壁厚5mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为8mm, 间距为100mm, 梅花形布置, 尾部500mm不设花孔。支立好钻机后, 按布设钻孔点位进行钻孔, 钻孔过程中, 根据测量数据计算所得的钻孔深度值控制钻孔深度, 达到钻孔深度后, 分节拔出钻杆, 同时下入注浆花管。按同样方式施作其它注浆孔。
(2) 注浆方法
待注浆花管全部下入后, 对孔口与注浆花管间空隙用高强砂浆进行封堵, 施作完成后, 开始对钻孔进行注浆。注浆顺序:先注低侧周边孔, 后注高处周边孔, 先外围后内部。为防止冒浆, 施工时对注浆孔进行间隔注浆, 适当延长相邻两注浆孔先后施工的间隔时间, 待前一注浆孔浆液基本凝固后, 再开始后一孔的注浆。注浆时用Φ30mm高强胶管套住注浆花管, 并用铁线固住, 开动注浆机泵送浆液, 通过孔眼把浆液压入周围岩体内。注浆初始压力为0.5～1MPa, 终压为1.5 MPa, 直至压满为止, 并维持注浆终压力5min。按上述注浆顺序和注浆方式对其它注浆孔进行注浆。
2.2.2 超前管棚注浆预加固钻孔及注浆方法
(1) 钻孔方法
先在暗挖洞口处暗洞开挖轮廓线以外施作C25混凝土套拱, 套拱内埋设2榀I18工字钢。测量人员在工字钢外弧面测设出隧道中线, 沿隧道中线向两侧以环向间距400mm布设37根Φ127×5mm的导向管, 导向管在考虑隧道纵坡的情况下以相对于洞轴线2°以外插角进行固定。导向管固定好后, 对套拱进行C25混凝土浇注。待套拱混凝土达到设计强度的70%时, 开始进行管棚钻孔施工。钻孔所用钻机与地表注浆预加固所用钻机一样, 只是钻头型号不同, 大管棚钻孔所用钻头直径为Φ110mm的合金钻头;注浆管为直径89mm的热轧钢管, 壁厚6mm, 前端钻花孔, 钻孔直径为12mm, 间距200mm, 梅花形布置, 尾部3000mm不设花孔。
调整钻机进行钻孔, 钻机立轴方向必须准确控制, 以保证孔口的孔向正确, 每钻完一孔便顶进一根钢管。钻进过程中要经常采用测斜仪量测钢管钻进的偏斜度, 发现偏斜较大, 要及时纠正。
(2) 注浆方法
基本与地表注浆相同。
注浆前先对孔口封堵。用5mm厚钢板焊接在导向管 (Φ127×5mm) 尾端, 在钢板上部贴近导向管管壁割一直径为20mm的圆孔, 在圆孔处焊接15cm长、直径为20mm的钢管, 注浆时用Φ30mm高强胶管套住Φ20钢管进行注浆, 同时在尾端做一止浆阀, 便于封堵。为防止串浆, 注浆顺序也采用间隔注浆。
2.3 注浆效果检查与评定
注浆结束后对注浆结果进行检查与评定, 不合格的应补钻孔重新注浆, 检查方法如下:
(1) 对注浆过程中的各种记录资料进行综合分析, 判定注浆压力和注浆量变化是否合理, 是否达到设计要求。
(2) 设检查孔, 工作面预注浆每段设2～3个检查孔, 对检查孔进行钻芯取样, 观察浆液充填和凝固硬化情况。
(3) 检查测量孔内涌水量, 一般地段应小于0.4L/min·m, 且某一处漏水量小于10L/min。
注浆检查合格后, 方可进行隧道暗洞洞身开挖。
3 结束语
超前注浆 篇4
在矿山巷道施工中, 中空注浆锚杆有用于预支护的超前中空注浆锚杆和用于一般巷道复合式衬砌拱部的系统径向锚杆。主要应用于地质条件中等-良好的围岩永久系统支护和超前预支护, 该系统根据岩性不同情况可独立采用, 也可与注浆小导管、管棚等结合使用, 以取到最佳的支护效果。
中空锚杆的锚杆体采用中空设计, 杆体中孔作为钻进高压风水通道和注浆通道, 与实心杆体相比, 中空杆体设计可获得更好的刚度和抗剪强度。锚杆体外表面全长标准大螺距螺纹结构, 螺纹结构便于锚杆的切割和接长, 与光滑杆体相比增加了锚杆体与注浆材料的粘接面积从而提高了锚固力。中空注浆锚杆有以下几个特点: (1) 安装方便, 保证预应力施加能及时进行; (2) 主动张拉, 预应力可达50KN, 并可实现适当的超张拉; (3) 利用常规工具, 单人即可实现张拉操作; (4) 可通过中空杆体实现高压注浆, 改良围岩; (5) 从生产到安装的全程控制, 保证质量。
太钢峨口某铁矿I号回采地下负400米平巷施工中, 采用中空注浆锚杆成功地通过了软弱围岩段的施工, 收到良好的施工效果。该工程依据新奥法设计原理穿越Ⅱ类围岩段时, 采用了中空注浆锚杆和超前小导管复合支护, 属于S2-1支护类型;穿越Ⅲ类围岩段时采用了超前中空锚杆注浆和药剂锚杆复合支护, 属于S3-1支护。该项目中空注浆锚杆相关参数, S2-1:Φ25mm L=350cm中空注浆锚杆, 环向间距100cm, 纵向间距50cm, 呈梅花型布置;S3-1:Φ25mm L=500cm超前中空注浆锚杆, 环向间距80cm, 纵向间距320cm, 呈梅花型布置。
下面就结合工程实例 (如图1) , 介绍一下中空注浆锚杆在超前支护施工中的技术工艺、施工方法与施工注意事项。
2工艺流程
区别于普通的砂浆锚杆, 它将传统的先灌浆后锚固工艺改为先锚固后注浆, 注浆时压力可达数十公斤, 不但可以充填锚孔, 而且在裂隙发育的地区, 浆液在注浆压力作用下渗透进裂隙, 达到改善围岩结构的目的。
中空注浆锚杆施工工艺流程见图2。
2.1 施工方法
中空注浆锚杆由钢质涨壳锚头、中空注浆锚杆体、止浆塞、垫板、螺母组成。
锚杆制作:采用厂家生产的定型产品, 如WT、WTD系列, 锚杆由中空全螺纹杆体、排气管、锚头、止浆塞、垫板、螺母组成。见图3。
超前锚杆的施工按超前小导管的施工方法进行。中空锚杆由厂家订购, 汽车运至工作面。注浆在上台阶上人工现场拌制注浆液, 安装注浆机灌注浆液。在初喷混凝土后及时进行锚杆安装作业。检查锚杆孔是否畅通;检查空压机及其管路、风枪是否处于良好状态。
(1) 根据设计要求选定合理的钻机、注浆泵。例如本工程采用锚杆台车或风枪钻孔, 并用高压风清孔。一般情况下如查地质为黄土地层或煤层时采用煤矿螺旋钻成孔。
(2) 断面测量, 按设计要求画出钻孔位置。
(3) 钻机就位及按设计要求钻孔。
锚杆钻孔采用气腿式风枪等凿岩机械;当在土层中钻孔时, 宜采用干式排渣的回旋式钻机。钻孔前根据设计要求并结合围岩产状定出孔位, 作出标记;将钻头对准标定的位置, 尽可能使钻进方向垂直岩层结构面, 以便起到更好的加固作用。钻孔结束时, 保持锚杆外露段长度在10~15cm。钻孔应符合以下要求:
a、钻孔应圆而直, 钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直;
b、锚杆孔径应大于杆体直径15mm。
(4) 清孔、检查钻孔的倾斜度和方向。钻至设计深度后, 用水或高压风清孔, 确认畅通后卸下钻杆连接套。
(5) 按厂家提供的使用说明安装中空锚杆。将安装好锚头的中空锚杆和排气管同时插入孔内, 锚头上的倒刺立即将锚杆挂住。施工前应检查半成品、成品锚杆的类型、规格、性能等应符合设计要求和国家现行有关技术标准的规定。按进场的每批次随机抽样3%进行检验。检查其产品合格证、出厂检验报告并进行试验。
(6) 利用快速接头将锚杆和注浆机连接。开启注浆机器, 按照设计的注浆压力进行压力注浆。注浆采用挤压式注浆泵, 注浆浆液为30#水泥浆。用孔帽装配套将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口30cm左右。检查注浆设备, 按配合比配制水泥浆, 开动注浆泵注浆, 直至浆液从孔口周边挤出或压力表已达设计压力值时终止。对于中空注浆锚杆, 注浆时孔口压力为0.7~1.0MPa, 达到压力时持续15min即可终止注浆。注浆完成后, 及时用水清洗注浆机及管路。
砂浆质量是中空锚杆质量控制的重点, 一定要控制砂浆的强度等级、配合比应符合设计要求。应进行配合比设计, 做砂浆强度试验。每一作业段应检查一次, 确保锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。
(7) 安装垫板、螺母
待砂浆达到设计强度90%以上时, 再度拧紧螺母, 施加预应力。在所注浆液强度达到预定强度之后, 安装垫板 (200×200×10mm的A3钢板) , 使其紧贴岩面, 上紧杆端螺母, 使其产生一定的预应力, 起到更好的加固围岩的作用。锚杆与垫板应保持垂直, 并与喷射砼充分接触, 螺母务必拧紧。
2.2 施工注意事项
(1) 注浆过程中若出现堵管现象, 则分别对锚杆、注浆管、注浆泵进行检查。在检查之前, 首先减去注浆压力, 避免喷浆伤人。
(2) 锚杆钻孔到位, 止浆塞安装完毕, 待孔内气压恢复后, 用速凝水泥砂浆将止浆塞以外的钻孔充填密实, 以保证在注浆时浆液不致窜出。
(3) 锚杆安设后不得随意敲击, 其端部3天内不得悬挂重物。
(4) 锚杆末端尽可能与钢拱架或格栅钢架焊接在一起, 以便形成共同的受力体系。
2.3 技术及质量要求
(1) 中空锚杆单根母体抗拉断力应不小于180KN;锚杆锚固抗拔力:Ⅱ类围岩不小于80KN;Ⅲ类及以上围岩不小于100KN。
(2) 锚杆安设后每300根至少选择3根作为一组进行拉拔力试验, 围岩条件或原材料变更时另作一组。同组锚杆28天的抗拔力平均值应满足设计要求;每根锚杆抗拔力最低值不得小于设计值的90%。
(3) 锚杆安装允许偏差应符合下列规定。
a.锚杆孔的孔径应符合设计要求。
b.锚杆孔的深度应大于锚杆长度的10cm。
c.锚杆孔距允许偏差为±15cm。
d.锚杆插入长度不得小于设计长度的95%, 且应位于孔的中心。
e.锚杆孔的深度应大于锚杆长度的250px。
f.锚杆插入长度不得小于设计长度的95%。
g.锚杆孔的方向应符合设计要求。
h.锚杆垫板应与基面密贴, 锚杆应平直、无损伤, 表面无裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。
(4) 质量控制措施。
a.必须进行岗前培训。
b.让操作者了解注意施作程序及标准。
c.开工前必须认真进行交底。
d.必须绘制锚杆布置图, 严格控制其位置。
e.控制砂浆的水灰比。
f.控制注浆压力和进浆量。
2.4 安全要求和措施
(1) 施工期间, 应对支护的工作状态进行定期和不定期检查。在不良地质地段应由专人每班检查。
(2) 暂停施工时, 应将支护直抵开挖面。
(3) 锚杆简易台架应安置应稳妥。
(4) 作业中如发生风、水、输料管路堵塞或爆裂时, 必须依次停止风、水、料的输送。
(5) 对锚杆支护体系的监控量测中发现支护体系变形、开裂等险情时, 应采取补救措施。当险情危急时, 应将人员撤出危险区。
(6) 若已锚地段有较大变形或锚杆失效, 立即在该地段增设加强锚杆, 长度不小于原锚杆长度1.5倍。
(7) 注浆工人必须带防护工具。
(8) 认真检查机具设备及线路, 避免漏电伤人。
(9) 机械司机严格按操作规程操作。
(10) 注浆工人与注浆泵司机必须协调好。
(11) 注浆完毕必须先关闭阀门, 再关注浆器。
(12) 注浆口不允许对人。
2.5 中空主浆锚杆施工组织
中空注浆锚杆施工要求与超前小导管施工类似。
(1) 作业组织
按每班计, 一般情况下的劳动力组织由如下组成:电工1人, 电焊工1人, 钻眼打管6人, 注浆泵司机1人, 注浆3人, 空压机司机1人。共计13人。
(2) 每班主要机械设备:风钻3台, 空压机1台, 注浆机1台, 浆液拌和机1台。
3 结语
超前注浆 篇5
呼家楼站是北京地铁十号线的中间站, 与规划M6线呈十字换乘关系。受京广桥桩的影响, 站台分开设置在东三环北路东西辅路下, 埋深10m, 车站长179.5m。车站设5个出入口, 两组风亭、风道。
车站为分离岛式暗挖车站。主体为双线双洞, 双层结构, 单拱单跨断面。主线标准断面开挖宽度12.6m, 高15.15m。主体结构为洞桩法施工。
车站周边环境:该车站设在繁华商业地区。地面建筑物居民楼、朝阳剧场地基距主体结构最近处2.2m;地下管线有Φ700mm、Φ1250mm污水管、Φ1400mm自来水管、Φ1050mm雨水管, 管线距主体结构最近处0.9m。热力管沟、电力、电信管沟密布。暗河 (雨水方沟3.2m×4.5m) 横跨主体结构上方, 距主体结构2.4m, 桥桩距主体结构2.4m。
根据本工程的特点, 整个工程的重点是开挖初支施工的安全。由于本工程开挖拱部地处含水粘土层、粉细砂层、圆砾层, 其自稳性差。如果开挖初支施工不当, 将引起地层较大的变形, 危及地面交通、管线及房屋安全。因此, 将车站的开挖初支防坍塌、控制沉降, 作为施工的首要重点。将超前小导管注浆止水、加固地层作为施工的关键工艺和环节。
2 注浆材料、浆液配比
2.1 注浆材料
注浆材料见表1。
2.2 浆液配比
通过20多组不同组合的配比试验, 优选出两类4个浆液配比, 见表2。
2.3 水泥—水玻璃 (CS浆液) 浆液堵水加固原理
硅酸盐水泥的成分硅酸三钙 (3CaO·SiO2) 、硅酸二钙 (2CaO·SiO2) 占水泥重量的70%～80%, 当水泥配水泥浆后, 其主要成分硅酸三钙发生水化作用, 生成含水硅酸二钙和活性很强的氢氧化钙, 即
3CaO·SiO2+nH2O=2CaO·SiO2 (n-1) +Ca (OH2)
其中另一主要成分硅酸二钙也发生水化作用, 生成含水硅酸二钙, 即
2CaO·SiO2+ mH2O=2CaO·SiO2·mH2O
以上反应生成的含水硅酸二钙呈胶质状态, 不溶于水, 生成的氢氧化钙与水玻璃 (Na2O·mSiO2) 很快发生反应, 生成凝胶性硅酸钙, 即
Ca (OH2) + Na2O·mSiO2+nH2O= Cao·mSiO2·mH2O+ 2NaOH
由于水泥浆液和水玻璃浆液发生化学反应, 其混合浆液很快形成一定强度的胶质体。随着反应连续进行, 胶质体强度不断提高, 变为稳定的凝固体, 从而起到堵水与加固地层的作用。胶质体的前期强度是水玻璃起主要作用, 后期强度是水泥起主要作用。
2.4 改性水玻璃浆液堵水加固原理
改性水玻璃就是将水玻璃进行酸化, 使其在弱酸性条件消耗体系中的NaOH, 是平衡右移产生硅酸。硅酸成胶凝体, 其反应如下:
Na2O·nSiO2+ (n-1) H2SO4 →nSi (OH2) SO4+ Na2SO4+H2O
2.5 试验结果分析
影响水泥—水玻璃 (CS浆液) 浆液初凝时间的主要因素:
(1) 当C—S比例和波美度一定时, 水泥浆中w/c越大初凝时间越长;当C—S比例一定时, 水玻璃波美度越高初凝时间越长。
(2) 当水泥浆w/c和水玻璃波美度一定时, C—S浆液水玻璃体积大初凝时间长, 水玻璃体积小, 浆液初凝时间短。
(3) 新鲜水泥活性高, 浆液初凝时间短, 水泥存放时间长活性降低, 浆液初凝时间则延长。
(4) 温度低浆液初凝时间则延长, 温度高浆液初凝时间则缩短。
3 超前小导管注浆工艺
超前注浆是用带孔的钢花管, 在工作面周边按一定的角度打入地层进行注浆, 在工作面周围形成承载薄壳, 达到加固地层的目的。超前小导管既作为注浆导管注浆加固地层, 又可起到超前小管棚支护的作用。
小导管布置在起拱线以上隧道周边上, 导管间距为0.3m, 外插角10～30°, 该站标准断面布导管23根, 每隔一榀隔栅钢架打设一环 (如图1) , 导管长3.5m, 外露20cm以便安设注浆管路。经现场检验有效注浆范围达开挖轮廓线外3m。
(1) 超前小导管的制作。
导管采用Φ32mm焊接水煤气管制成。先将钢管结成3.5m, 一端做成尖锥形, 另一端焊上Φ6mm钢筋制成的箍;在距头部1.0～1.5m以下每隔10cm交叉钻Φ8～Φ10mm的孔。
(2) 注浆。
进浆速度一般每根管控制在30L/min以内, 每根管内注入100～150 L浆液后结束注浆;注浆压力0.3～0.5MPa。
(3) 单管注浆结束标准。
注浆过程中, 压力逐渐上升, 流量逐渐减小, 当压力达到注浆终压, 注浆量达到设计注浆量的85%以上, 可结束该孔注浆;注浆压力未能达到设计终压, 而注浆量已达到设计注浆量, 也可结束该孔注浆。
4 结语
通过近一年的现场试验、实践, 不同地层选择不同的浆液超前小导管注浆, 其效果有:
(1) 超前小导管注浆后在开挖面周围地层形成硬壳保护拱, 在拱的保护下掌子面很少坍塌, 并且开挖轮廓规整、稳定。
(2) 喷射混凝土时间由过去8h左右减少到2h左右, 提高工效3倍。喷射混凝土回弹减少50%以上。
(3) 根据监控量测结果, 拱顶下沉及地表总沉降量最大值23mm, 小于设计风险值 (总沉降量不超过30mm) 。保证了施工安全, 管线、建筑物及路面交通安全。
摘要：北京地铁十号线呼家楼站, 主体结构开挖其拱部地层为粉细砂、圆砾、高含水量粘土, 其自稳性差。通过水泥—水玻璃浆液、改性水玻璃浆液不同配比在不同地层止水、加固的试验应用及优化注浆工艺, 提高了工效, 确保了地面沉降的控制范围和施工安全。
超前注浆 篇6
云驾岭铁矿在副井井筒掘砌工程结束后转入井巷开拓工程时, 由于永久中央水泵房正在施工中, -30中段南石门巷发生底板突水事件。涌水量由原来的40m3/h突增为120m3/h, 造成了淹井事故的发生, 从而减慢了工程进度, 降低了工程质量, 增加了工程成本, 拖长了整个建井工期。
2 超前注浆法施工安全技术措施的应用
对每个矿山, 由于开拓的方法不同、矿岩条件的不同, 矿山地下水治理的方法也各有差异。
3 合理安排掘进顺序, 尽量减小地下水对生产的影响
如对井巷地质特别复杂的矿井, 可推行冷冻法施工, 实行先冷冻再掘砌的施工法案, 也可在井巷施工之前设法堵塞涌水通道, 减少或隔绝向井巷内涌水的水源, 如采用井巷预注浆施工方案。
4 井巷预注浆施工方案安全技术措施在云驾岭铁矿的应用
4.1 云驾岭铁矿的概况及超前探水和治水简况
云驾岭铁矿 (以下简称云矿) 据地质资料表明地下水位为+118.0m~+132.0m范围内, 淹井事故测得其静水位为+105.0m~+115.0m。受奥灰水影响, 预计井巷涌水量较大, 为了保证基建和生产的安全进行, 且井巷大部分都布置在灰岩和闪长岩中, 在施工接近到灰岩和闪长岩的分界线时, 需加强探、放水工作。探水任务重, 施工难度大, 由此增加了基建工程量和投资, 影响了矿山的建设周期。
按照矿山的基建进度计划编制原则:先形成排水系统, 安装好主要排水设施后进行疏干放水, 疏干后再进行大量施工。此工程是各水平的开拓和采准乃至回采的关键工程, 也是涉及矿山能否早日投产的“瓶颈”工程。
4.2 井巷预注浆施工前要注意的事项
-30水平的开拓工程处于静水位之内, 构造导水带能导通灰岩水, 施工中必须采取“有疑必探, 先探后掘”的原则。
4.3 超前注浆施工安全技术措施
对井巷工作面涌水量较大无法掘进时, 必须采用超前注浆堵水、治水方法施工, 注浆施工组织设计, 特编制施工安全技术措施。
4.3.1 注浆参数1) 注浆孔数
一般注浆孔距、排距均为1.5m, 根据出水情况可适当增减孔数。注浆孔深一般为5.0m、10.0m、20.0m和30.0m等, 要采用什么钻机打孔, 依打孔深度、打孔角度而定。
井下平巷、斜巷超前注浆根据井巷规格大小而布置, 孔距为1.5m, 角度均为沿着巷道方向外斜15°左右, 根据钻孔深度可以灵活变动。中间沿巷道方向打一个检查孔。
2) 注浆液材料配比
一般采用水泥———水玻璃双液浆:1) 水泥浆浓度 (水灰比) 0.5:1.0;2) 水玻璃采用40Be, 根据实际情况适当撑握;3) 双液浆配比 (水泥浆:水玻璃) 1.0:0.3。
3) 注浆液材料
a.水泥选用32.5#普通硅酸盐水泥;
b.水玻璃选用邢台化工厂生产的40Be水玻璃。
4) 钻注设备
a.注浆孔设备
选用YTP-28型风钻打眼凿孔, 可打孔深5.0m;
选用潜孔钻机可凿孔10.0m———30.0m。
b.注浆设备
选用锦西产双液调速高压2TGZ-60/120型注浆机。
c.水泥浆、水玻璃浆桶、清水桶均采用200L旧油桶。
4.3.2 孔口管制作与安设1) 孔口管规格
用风钻打42mm孔, 孔口管采用1.2寸钢管, 一端加工成马牙扣 (倒刺) , 一端焊接1寸扣头, 加Φ6mm的钢圈焊接在1.2寸钢管顶端。用风钻打孔, 采用Φ110mm钢管, 一头带法兰盘, 取3.0m———5.0m长, 根据水压大小来定。
2) 孔口管按设及相关标准
Φ1.2寸孔口管马牙扣端缠麻, 然后用打管器将管打入孔内按上Φ1.0寸球阀;Φ110mm孔口管按设时, 用钻机打眼开孔采用Φ120mm钻头打3.0m———5.0m (根据孔口管长短而定) , 然后将Φ110mm钢管法兰盘200mm处缠麻再下入孔内。封住孔口再用水泥浆注入管内, 至水泥浆从孔口返出停止。等凝固后再打压, 检查孔口管的压力是否牢固可靠和漏水, 发现漏水时要注水泥浆加水玻璃进行处理。钻进时要轻压、慢速、给进均匀, 少串动钻具, 防止塌孔。
孔口管埋设质量:孔口管埋设牢固, 试验压力大于注浆终压的1.2倍, 孔口少量跑浆, 需经加固后不得跑浆。
压力达到需要时, 再按上高压阀门方可钻进。
4.3.3 压水试验
压水试验的目的:一是检查管路安装是否严密牢固;二是检查是否漏水和孔内联通的情况, 发现大量的跑水地方采用木楔进行堵塞处理工作, 严防大量跑浆发生。
4.3.4 上述工作完成后, 进行开始注浆工作
4.3.5 注浆压力和一般注意事项
1) 注浆区域无水时, 回填注浆的终压<5kgf/cm2;破碎岩层及冒落固结注浆终压5~10kgf/cm2;细小裂隙固结注浆终压15~20kgf/cm2。注浆区域有水时, 破碎岩层堵水固结注浆的终压为静水位压的2~2.5倍。
2) 注浆液扩散的规律是向上易扩散, 向下不易扩散。所以先钻注布置在巷道顶板上的注浆孔, 后钻注巷道两侧孔, 最后钻注底板孔。
3) 当工作面附近冒落时, 先对冒落漏斗充填注浆, 后对破碎带或岩石裂隙注浆。
4.4 工作面预注浆的结束标准
工作面预注浆的结束标准:各注浆孔的注浆压力达到终压, 注入量小于40L/min;工作面预注浆效果应符合:注浆段剩余漏水量不大于4.0m3/h, 进行抽水实验, 检查封水效果, 一昼夜实测3次, 取平均匀值进行复核。
5 预注浆施工安全技术措施
1) 注浆时, 上料人员应按规定配比上料, 保证浆液连续供应不间断, 注浆管各联接处应严密牢固, 防止跑浆和脱落伤人;注浆人员应避开注浆管, 防止被浆液顶出伤人, 注浆泵操作应严格按照操作规程执行。
2) 注浆泵皮带轮安装防护罩, 注浆机在运动中发现有超温或异常响声时, 应及时停机检查, 注浆机、浆液配比及浆液搅拌应有专人看管。
3) 每班注浆间歇及注浆完毕后, 应及时将注浆泵、注浆管路及混合器具用清水冲洗干净, 每班必须按要求做好注浆施工原始记录。
4) 其他方面要严格执行相应的矿山安全规程。
参考文献
[1]吴理云.井巷硐室工程[M].冶金工业出版社.
[2]张珍.矿山地质学[M].冶金工业出版社.
超前注浆 篇7
宜万铁路DK86+561～DK89+224堰家坪隧道位于湖北省长阳县榔坪镇, 全长2663m, 设计为双线隧道。全隧位于曲线半径为2500m的曲线上, 隧道设计纵坡为14.8‰和6‰。隧道围岩为奥陶系下统灰岩、泥质灰岩, 局部夹页岩, 节理较发育, 岩体较破碎, 结构松散, 稳定性差;且洞身位于01含水透水岩组与02+3裂隙弱含水弱透水岩组分界附近靠01侧的丰水区, 可能遭遇纵向、横向管道径流的承压水, 或承接来自该段南侧背斜山地分流的所有来水, 成为“集水廊道”, 易发生坍塌、冒顶、涌水、突泥灾害。
2 施工方案确定
2006年3月10日隧道开挖至DK88+996掌子面, 揭示从DK89+017断面开始的拱顶充填性溶洞延伸到拱脚位置, 即拱顶以下5M范围全部为溶洞充填物。充填物主要为土夹碎块石, 充填物较松散, 且充填物中渗水严重, 水流呈线状, 易坍塌, 溶洞底以下为灰岩岩体较破碎。采用水平钻孔探测, 该溶洞一直在向遂底延伸。根据超前地质预报, 原设计的采用超前锚杆纵向间距2m格栅拱架间距1m的支护体系已不能保证隧道的施工结构安全。为确保施工和结构安全, 提请设计变更确定对DK88+996掌子面前方26m采用φ108大管棚超前预注浆方案, 其他支护措施按宜万遂参03-20隧道围岩Vb级支护施工。
大管棚支护是在隧道开挖外轮廓周边上, 间隔一定的距离, 沿洞轴方向以一定的外插角钻孔、安设钢管, 然后进行超前注浆固结松散围岩的一种预支护措施。通过管棚注浆, 钢管与围岩紧密固结, 使隧道拱顶预先形成加固的保护环, 加固的保护环可以承受拱部的地面荷载和岩层重量, 在岩体开挖后架设拱型钢架支撑, 支撑拱架相互连接, 形成一个牢固的纵横棚状支护结构。由于钢管和围岩形成了一个固结的整体, 拱部变形变小, 传递给支护钢架的上部荷载大大减小, 从而保证了洞身开挖的安全。
3 施工设计
3.1 管棚设计参数。
钢管规格:热轧无缝钢管φ108*6mm, 节长3m, 6m。管距:环向间距40cm共布置36根。钢管轴线外插角1°。钢管施工误差:径向不大于20cm, 沿相邻钢管方向不大于10cm。隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%, 相邻钢管的接头至少错开1m。
管棚布置见右图:
3.2 注浆设计参数
3.2.1浆液材料及配比的确定。
根据工程地质条件和注浆目的以及各种浆液材料的渗透性、渗透系数, 注浆材料选用原则如下:
围岩裂隙发育, 可注性好的地层, 可采用普通水泥浆液或水泥-水玻璃浆液。粉细砂地层 (黏土含量低于2%) 或围岩裂隙发育一般、可注性一般的地层, 可采用超细水泥浆液或TGRM超细双液型水泥基特种注浆材料。含水、高压致密土体, 可采用HSC超细高早强型水泥浆液或化学浆液。
根据岩溶填充物松散的地质条件, 本工程选择普通水泥浆液;根据注浆试验的成果确定水泥浆水灰比为0.6:1～1:1。
3.2.2 注浆量的确定。
由于浆液的扩散半径与岩层裂隙很难精密确定, 根据隧道工程地质、水文条件以及所选择的注浆材料, 进行注浆量的估算。注浆量的估算按下式进行:Q=π*r2*L+π*R2*L*n*α*β
式中:Q—总注浆量;单位m3;
r—管棚管半径;本工程取0.054m;
R—扩散半径;本工程R取0.5m;
L—管长;本工程取26m;
n—围岩孔隙率;本工程为13%;
α—浆液填充系数 (0.7～0.9) ;本工程取0.8;
β—注浆材料损耗系数;本工程取1.15。
则单孔注浆量Q=π*0.054*0.054*26+π*0.3*0.3*26*13%*0.8*1.15=0.878m3
3.2.3 注浆压力的确定.
注浆压力是注浆施工中的重要参数, 它关系到注浆施工的质量以及经济效果。因此, 正确确定注浆压力与合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与岩层裂隙发育程度、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关, 目前均按经验确定。本工程初压力取0.5-1.0Mpa, 终压取2.0～2.5Mpa。
4 超前管棚注浆施工工艺
管棚施工主要工序有掌子面封闭、施工管棚工作室、导拱施工、搭设钻孔平台、钻孔、安装管棚管、注浆。管棚施工工艺流程图如下。
4.1掌子面封闭
DK88+996掌子面停止掘进, 采用φ22mm砂浆锚杆 (L=3.5m, @1.1×1.1m) , φ8mm钢筋网 (20×20cm) , 喷20cm厚C20砼的锚、网、喷临时防护使临空面稳定。
4.2施工管棚工作室
应比设计断面大30～50cm, 工作室长度应满足钻机作业要求。在DK88+996～DK89+002段上台阶管棚范围扩挖80cm作为管棚工作室。在工作室范围内安装格栅钢架间距0.8m, φ8mm钢筋网 (20×20cm) , 喷20cm厚C20砼;钢架底脚落在溶洞底部的围岩上。每榀钢架底脚处打设8根5m长φ42mm锁脚锚管并注浆加固。
4.3导拱施工
工作室完成后施做导拱, 因管棚在松散溶洞填充体内穿过, 为提高钻孔的方向控制精度, 导拱尺寸确定为1cm×80cm (长×厚) , 延拱顶环向布置;采用C20砼浇注。将36根φ127×1.0mm导向钢管按照管棚设计的间距和外插角焊接在钢架上。导向管的外插角度控制是影响管棚施做质量的重要因素。钢管距拱顶过高会减弱支护效果;过低可能出现侵入隧道净空, 施工时须割除造成管棚支护无效。结合溶洞充填物的特性和管棚的长度, 外插角取1.5度。
4.4 搭钻孔平台安装钻机
4.4.1
作业平台采用钢管扣件按“井”字形搭设, 平台上铺设木板形成工作面, 准备好2m长的方木若干, 调整钻机高度。搭设前清理上台阶作业平台上的淤泥杂物, 确保钻孔平台落在实地、连接牢固、防止在钻孔时钻机摆动倾斜影响成孔质量。平台长度不得小于6m, 以便有足够的空间安装管棚钢管。
4.4.2
钻孔采用二台XY-2PCC地质钻机 (φ115mm钻头) 平行作业。钻机定位要求钻机与已设定好的孔口管方向平行, 采用经纬仪挂线、钻杆导向相结合的方法, 反复调整, 精确核定钻机位置, 确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
4.5 钻孔施工
4.5.1
根据施工任务布置两台钻机钻孔施工, 一台由低孔位向高孔位钻进, 另一台由高孔位向低孔位钻进, 避免两台钻机互相影响。钻进时先低速低压, 等成孔2m后再根据地质情况逐渐调整钻速及风压, 钻进过程中要经常用测斜仪测定其位置, 并根据钻机钻进的情况及时判断成孔质量, 及时处理钻机过程中出现的事故。当遇到充填物粘性变大, 排出的岩屑多为泥团时, 采用注浆机向孔中注入高压水, 与高压风混合将粘性碎渣吹出。当遇坚硬孤石不能钻进时, 采用冲击钻头冲击通过;当钻进过程遇特殊复杂地层, 不能钻进或难以成孔时, 采用预注浆加固后再钻进施工。
4.5.2
钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。
4.5.3
钻进时产生孔斜超过允许范围 (钻孔平面误差径向大于20cm时) 、坍孔、卡钻时, 需补注浆后再钻进。
管棚钻孔允许偏差
4.5.4
认真作好钻进过程的原始记录, 根据每节段的钻进速度及孔口岩屑进行地质分析, 根据记录数据绘制地质剖面图和展开图, 为洞身开挖提供地质预测预报资料。
4.5.5
用φ127mm岩芯管进行扫孔, 清除孔内岩碴和顺通孔道。岩芯管长度不小于2.5m。如遇下管困难, 连续扫孔几次, 同时借助高压空气吹洗, 直到孔内清扫干净。
4.6 安装管棚钢管
钢管在专用的管床上加工好丝扣, 丝扣长15cm, 管间接头错开布置。导管四周钻设孔径10mm注浆孔 (靠孔口1m处的管棚段不钻孔) , 孔间距15cm, 呈梅花型布置。管头焊成圆锥形, 便于入孔。为使钢管接头错开, 加工钢管时将钢管进行钢节编号, 根据加工的钢管节搭配好并做好记录待用。
管棚顶进采用大孔引导和钻机顶进相结合的施工工艺, 即先钻大于棚管直径的引导孔 (φ127mm) , 然后用钻机边回转边顶进钢管。顶进困难时, 用锤击钢管或用钢管钳扭转钢管, 以取得较好的顶进效果。下管要及时、迅速, 以保证在钻孔稳定时将钢管送到孔底。钢管末端部可焊设挡圈并胶泥麻筋箍成楔形, 以便钢管顶进孔后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。
4.7 注浆
4.7.1
安装好有孔钢花管后即对孔内注浆, 注浆后检查注浆质量, 浆液扩散半径不小于0.5cm。
4.7.2
水泥浆液由ZJ-400高速制浆机拌制, 选用两台BW-250/50型注浆泵进行注浆。
1.高速搅拌机;2.吸浆管;3.回浆管;4.进浆阀;5.泵;6.压力表;7.输浆管;8.快速接头;9.孔口压力力表;10.钢管接头;11.混合器;12.单向阀;13.三通;14.止浆塞;15.注浆孔
4.7.3
注浆施工要求。
(1) 注浆前在钢管中沿管壁安设φ15mm的PVC管至孔底, 在管尾处与堵浆塞排气孔相连接, 作为排气孔 (安设钢管盖和注浆阀门) ;注浆管与堵浆塞进浆孔相连, 堵浆塞与钢管间为丝扣连接。
(2) 注浆采用从孔口一次注入, 为使管内浆液饱满密实, 注浆时等排气孔有浆液流出, 进行终压注浆, 直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止, 然后关闭其阀门;一个孔段的注浆作业一般应连续进行直到结束, 不宜中断, 应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。
(3) 注浆结束标准:单孔注浆量达到设计注浆量, 注浆压力达到设计终压力并终压不少于10分钟或注浆结束时的进浆量小于20L/min时, 可结束注浆;全段结束标准为所有注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注现象或浆液有效注入范围大于设计值。
(4) 注浆作业时若注浆量超限, 未达到压力要求, 应调整浆液浓度继续注浆, 直至符合注浆质量标准, 确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙浆液充填饱满。
(5) 注浆结束后及时清除管内胶凝浆液, 并用快硬水泥砂浆封闭管口, 以增强管棚的刚度和强度。
5 洞身开挖及管棚支护效果评价
注浆结束后采用上下台阶法开挖施工。超前小导管采用φ42mm钢花管, 壁厚3.5mm, 长3.5m, 管壁每隔15cm交错梅花型钻眼, 前段做成尖头便于打入。超前小导管按环向0.4m每根, 纵向2m每环, 梅花型布置。小导管外插角约5°。开挖施工后初期支护采用20#工字钢0.5m每榀, 3.5m长Ф22砂浆锚杆1.0m*1.0m (环×纵) , 20cm*20cmφ8钢筋网片, 喷射C20混凝土20cm。洞身开挖后对隧道洞身进行监控量测, 如下图 (以DK88+990断面为例)
2006年4月3日洞身开挖支护通过DK88+990断面。经过对围岩量测和拱顶下沉两个项目的检测DK88+990断面拱顶下沉于4月16日达到稳定累计下沉值为4mm;径向收敛值很小, 累计2mm。最终该管棚注浆段隧道拱顶下沉和洞身收敛曲线趋于缓和;判断该段围岩趋于稳定。而且从图中也可以看出经过管棚注浆后, 洞身开挖后围岩变形量很小;达到了预期的支护效果。
该段岩溶填充段从2006年3月28日开始洞身开挖, 到2006年4月26日全部施工通过, 未出现任何安全质量事故。
6 结束语
通过本工程的施工实例我们可以得出超前管棚预注浆施工方法是解决岩溶隧道软弱围岩的有效方法。超前管棚预注浆是利用管棚预注浆形成纵向支撑, 利用型钢钢架作为环向支撑, 共同组成一个联合支撑体系。该体系刚度较大, 能够有效限制围岩变形, 极大程度减少地表下沉和围岩坍塌, 增加隧道的施工安全。另外管棚注浆也有效的对洞身周边部分岩溶进行有效填充, 改变纵向、横向岩溶裂隙径流通过洞身部分, 对于岩溶隧道的突水突泥也有一定的预防作用。
摘要：本文结合宜万铁路堰家坪隧道出口段超前管棚注浆的施工, 着重介绍岩溶发育段隧道施工中的超前管棚注浆施工工艺控制。结合工程实践, 详细地介绍了超前管棚注浆的方案确定, 施工设计、施工工艺以及管棚支护效果评价等, 确保施工安全和隧道结构的稳定。对类似隧道施工有一定的借鉴作用。
关键词：岩溶发育,隧道,超前管棚,注浆
参考文献
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[2]关宝树.隧道工程设计要点集.北京:人民交通出版社.2003.
[3]黎爱清, 吕秀华.长大管棚施工工法[J].西部探矿工程, 2003.
超前注浆 篇8
超前小导管预注浆技术是地下工程中地层改良的重要手段,它同时具有超前支护作用,是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖辅助措施。其方法是浆液通过配套的注浆机具设备由小导管注入到岩土的孔隙和裂缝中,浆液经扩散、凝固、硬化以减小岩土的渗透性,达到岩土加固和堵水的目的,并能固结软弱和松散的岩体,使围岩强度和自稳能力得到提高。利用该技术实现了安全、快速的施工,取得了良好的经济效益和社会效益,本文将结合杭州秋石快速路二期半山隧道工程的工程实例介绍超前小导管预注浆技术的应用。
2 技术原理
超前小导管预注浆是沿开挖轮廓线以一定角度打入管壁带孔的小导管,并以一定的压力向管内压注水泥或化学浆液,它既能将隧道周围岩体预加固,又能起超前预支护作用。超前小导管预注浆通常与钢支撑一起形成支护系统,有类似管棚的作用。超前小导管预注浆技术通过注浆压力将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外,使浆液进入裂隙后增加充塞的密实性和胶结强度,这样既能加固一定范围内的围岩,又能支托围岩。适用于自稳时间很短的砂土层、砂卵石层、断层破碎带和软弱围岩浅埋段等松散地层的施工。浆液扩散半径R要综合考虑导管排列密度、节理发育情况、浆液浓度、凝固时间、注浆压力和速度、压注量等因素,并考虑注浆扩散范围相互重叠的情况,可按下式计算扩散半径和单根导管注浆量:R=(0.6～0.7)L0,Q=πR2Ln。其中,L0为导管中心间距;Q为设计单孔注浆量,m3;R为浆液扩散半径,m;L为导管长度,m;n为围岩孔隙率。
3 主要技术参数
1)小导管构造。小导管采用ϕ42壁厚4 mm的热轧无缝钢管加工制成,长度为4.5 m,小导管前部管壁四周钻四排注浆孔,孔径6 mm,孔间距离20 cm,前端加工成尖锥形,尾部30 cm作为注浆孔的预留注浆段,并焊接ϕ6 mm钢筋箍作为加劲措施。按30 cm×300 cm呈梅花形布置,外插角20°,两组小导管间纵向水平搭接长度100 cm。2)注浆参数。采用压水泥浆作为注浆材料,水灰比W/C=1∶1,其中,水泥采用普通硅酸盐水泥,强度不低于42.5 MPa,并根据围岩的实际情况来控制注浆压力,一般取0.6 MPa,注浆结束后及时在孔口设止浆塞。
4 工艺流程
小导管预注浆施工工艺流程见图1。
4.1 注浆前的准备
注浆前先喷射C20混凝土厚5 cm左右,封闭工作面,形成止浆岩盘。然后按设计图纸要求标出小导管位置,采用YT-27/28凿岩机钻孔,最后冲洗钻孔,并把加工好的小导管顶进钻孔内,并安装好止浆塞。由于小导管预注浆施工多与钢拱架支撑一起形成支护体系,应将小导管尾部焊接在钢支撑上。
4.2 小导管预注浆
用提前准备好的注浆机具按照注浆专项方案的要求进行,当注浆压力逐步升高到设计终压,并继续注浆10 min以上即可结束该孔注浆。需要注意的是:1)注浆应从最下面的小导管开始按顺序向拱顶逐根注浆,严禁顺序颠倒;2)注浆压力达到设计压力或注浆量与设计注浆量基本吻合即可停止注浆;3)若实际注浆量已严重超出设计注浆量或注浆压力基本没有上升,则应立即停止注浆,查找问题的原因,待问题解决后再行决定是否继续注浆。
5 工程实例
杭州秋石快速路半山隧道Ⅴ级围岩地质为岩屑石英砂岩中加有薄层粉砂质泥岩,而泥岩的软化系数低,遇水易崩解,以强风化或全风化为主。原设计以喷混凝土、锚杆、钢支撑作为预支护手段,但通过对围岩稳定性和支护参数的可靠性进行分析,显然按原设计支护参数施工难以保证工程的质量和安全。后来根据隧道围岩实际情况,增加了超前小导管预注浆措施。初期支护完成后,通过对洞内拱顶下沉、周边收敛和支护状况等的观察,围岩稳定收敛的速度快,从而有效的预防了洞顶掉块、坍方等质量事故的发生,确保了施工安全和工程质量。
6 结语
在软弱围岩条件下,采用超前小导管预注浆技术,无论支护刚度、强度还是预支护效果均大大超过预期设想,且施工进度快、简单易行、方便灵活,值得大力推广。
摘要：结合杭州秋石快速路二期半山隧道工程实例,介绍了超前小导管预注浆技术的技术原理、主要技术参数和施工工艺,指出其施工进度快、简单易行、方便灵活,值得大力推广。
关键词：隧道,超前小导管,预注浆,软弱围岩,工艺流程
参考文献
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