富水高压

2024-05-10

富水高压（通用4篇）

富水高压篇1

岩溶地区的工程施工,一直是技术上面临的巨大挑战。在我国,因为地区性差距、地形演变等的诸多因素,导致岩溶地区的地质条件也尽然相同,我们以贵广公路三都隧道施工为案例,分析一番高压富水岩溶地区的施工技术。

1 概括岩溶地区地质特点及对施工的影响

岩溶,是经过地表与地下水相互作用,两者以溶岩为媒介,进行不断循环变化、相互补充、渗透交融、形成局部径流,在这些过程中通过机械或者化学作用,改变了可溶性岩层所形成的地形产物。岩溶地区水量充裕,地质构造特殊,表现出“多水高压,溶洞断层”等特征。

岩溶地质特征,会严重影响众多交通工程建设,为修建隧道以及相关地下工程带来巨大安全威胁。涌水涌砂等突如其来的灾害,严重危害施工人员的人身安全,破坏隧道设备。同时,大量地质物质积累隧道中,大大改变了地质层内有效应力,增加工程预测难度。在水质相互影响与渗透作用下,减少地下水储藏量,进而导致地表下沉与塌陷的情况。

2 贵广公路三都隧道工程概况

贵广公路三都隧道,总长14.637km,是整个公路工程中全线控制工期工程与I级风险隧道。地质复杂,突泥、涌水风险极高。隧道进口里程为DK124+943,出口里程为DK139+5800。

在隧道出口段右侧掌子而(DK135+508)底板处用凿岩台车施做加深炮孔时,当钻进5.8m后探孔内涌出股状水,探孔出水喷出达15.5m远,水质清澈无杂物,当班钻的四个加深探孔出水总流量达到2000m3/h。在工程施工中,涌水、涌砂频率较高,并且速度快,体积量庞大。

3 贵广公路施工过程中采取的重要技术措施

3.1 超前地质检测报告

贵广公路三都隧道,为可熔岩长大隧道,在施工之前,采取了长短距离联用的检测报告措施,采取“长距强控、短距保准”的预报工作机制,强化宏观控制手段,提升短距离精确系数。通过形成科学性预报结果,指引隧道工程进度与工作,减少风险发生率。参照三都隧道实际地质情况,出台针对性的《三都隧道综合超前地质预报实施方案》,利用TSP、加深炮孔方法进行贯通全隧道检测,情况复杂不明地段,利用地质雷达、红外探水、超前水平钻等方法,进行具体验证。

根据TSP的预报表明:DK135+520—DK135+470段节理裂隙发育非常不稳,局部发育破碎,围岩呈现碎块化,并且岩溶中存在发育的断层或者节理破碎。岩溶裂隙分布不规则,产度较大,数量较多,局部的溶腔溶缝中出现许多太冲型的小型溶洞。

参照TSP的预报结果,对隧道进行地质雷达测试,预报范围为DK135+511+481,然后分析出隧道岩溶情况:岩溶情况总体相对完整,前方岩体节理裂隙与局部发育共存,但局部可溶性岩层出现破碎,自身结构的稳定能力总体相比比较差。在测试中,发现地下水自掌子面以股形式钻孔留出,并且具有一定压力,出水量大概为2000m3/h。

分析掌子面前方30m的钻孔情况,可以得知可溶性岩石带,整体破碎,没有大型溶洞。对基于TSP检测预报分析,采用超前取芯钻龙技术ZKI技术的结论为以下3点。

(1)掌子而前方5m(对应里程范围D3K135+508-D3K135+503)范围内岩性为灰色灰岩,岩体总体较完整,未见明显溶蚀裂隙发育,钻孔中未见地下水出露。

(2)掌子而前方5～16m(对应里程范围D3 K135+503—D3K135+492)段岩性为灰白色灰岩夹白云质灰岩,岩体总体较破碎至破碎,本段溶蚀裂隙发育,推测本段为岩体破碎带或断层破碎带。

(3)掌子而前方16～20m (对应里程范围D3K135+492—D3K135+488)段岩性为灰白色灰岩夹白云质灰岩,岩体总体较完整至较破碎,发育溶蚀裂隙。

通过对超前取芯钻孔与物探(TSP)技术结合的分析,可以看出通过强化检测岩溶地区的方法,提前地质检测时间,通过整体获取数据,具体点验证数据原则,可以对岩溶地区的水量与熔岩进行充分的了解,控制不确定性,可能引发的各种风险。长短距离共同工作,可以对岩溶的节理裂隙与局部岩溶的溶洞数量等情况,进行科学地分析研究,充分了解岩溶地区复杂的溶洞、水压等因素,预防在实际施工当中,因为钻孔方向或者深度不正确,引发的涌水、涌砂等现象。

3.2 贵广公路三都隧道工程技术处理规划

三都隧道出口D3 K135+508涌水之后,出水量与水压在一个月中表现比较稳定,水质清澈,并且地表也没有出现试水情况。通过分析超前钻探的情况报告,得知前方主要是溶蚀破碎地带,不存在大规模溶洞。

采用泄水平导主要作用是引排正洞涌水,确保正洞施工安全,同时起着超前探明前方地质的作用,在正洞施工进度缓慢的情况下可以考虑平导超前增开工作而,确保进度。在掌子而后方46m处,线左开口施作泄水平导。

完成涌水段施工后,假设隧道水沟无法及时排水,很有可能威胁隧道的营运安全,因此可以在2号横洞上,在左侧一小段里程中开通一个泄水洞口,增强隧道的排水量。

依据物探技术反馈回来的数据资料,隧道前方的水,主要分布在溶蚀破碎带,而且没有大型溶洞与天然水道。并且工程段位于17.8度的斜坡上,中心沟通水速度2814m3/h,远远高于溶洞出水能力1800m3/h。多方考虑,采用以下处理措施:(1)合理下调围岩级别。(2)支护距离应当加长化,贯通超前与初期建设。

4 规划开挖超前导坑的探测措施

贵广公路三都隧道工程对于高风险岩溶隧道施工技术的意义。长大隧道在复杂地质条件中,预报方法也有一定的局限限制。单一简单的预报方法难以达到施工技术要求,因此应当构建多层次、多元化预报手段。首先就是将地质预报引进施工程序管理当中,制订具体预报方案,规划预报级别,并在人员与设备上加强专业性控制。地质预报应以地质勘探材料为基础,进行方法分析与探究,提高预报工作的准确性。根据《三都隧道综合超前地质预报实施方案》,使用超前水平钻孔、加深钻孔的施工技术,有效防止重大灾害的发生。

5 结束语

尽管岩溶地区的隧道工程风险,难以避免,但是施工单位可以利用先进通信、工程等技术手段进行有效防控与处理。贵广公路三都隧道工程即是其中比较成功的典范,通过及时启动隧道风险预案,成功避免隧道地质灾害带来的安全事故。随后出台更多的处理方法,并加强对岩溶动态的变化的检测,保障隧道施工的下一步工作。在岩溶地区隧道施工中,综合考虑岩溶的发育状况、填充物性质、水量等因素,完善相应数据,有效预防、处理施工风险与事故。

参考文献

[1]罗琼.岩溶隧道施工技术[J].铁道工程学报,2005(3):1-2.

[2]王公忠.高压、富水岩溶隧道施工地质预报探讨[J].现代隧道技术,2010(4):3-4.

[3]张新柳.通过岩溶富水破碎洞段的长大隧道快速综合施工技术[J].水利与建筑工程学报,2009(2):2-3.

[4]龚彦峰.岩溶隧道灾害整治技术[J].铁道标准设计,2009(S):3-4.

[5]苗德海.宜万公路岩溶隧道灾害及防治对策[J].铁道标准设计,2007(7):2-3.

富水高压篇2

新建宜万铁路是沿长江铁路通道的重要组成部分, 是目前国内最复杂的山区铁路。齐岳山隧道地处湖北省利川市城外西偏北23 km处, 全长10 528 m, 最大埋深670 m, 设置贯通平行导坑和斜井各一座, 为宜万铁路重点控制性工程。主要地质构造为齐岳山背斜、箭竹溪向斜, 以及规模较大的15条断层, 其主要不良地质有岩溶、岩溶水、高压水、断层破碎带、天然气、煤系瓦斯、高地应力等, 其中齐岳山背斜和得胜场槽谷区被称为该隧道施工的两大难题。地勘表明, 隧道周围主要发育有得胜场地下暗河体系、大鱼泉地下河系统、小鱼泉地下河系统, 预测隧道正常涌水量17.6万m3/d, 最大涌水量74.2万m3/d。

齐岳山隧道穿越区段可分为中山区 (进口～DK364+900) 、中山谷地 (DK364+900～DK365+150) 和低中山区 (DK365+150～出口) , 三个区域分别对应齐岳山构造溶蚀地貌、中部得胜场溶蚀槽谷地貌、西部碎屑岩剥蚀地貌。中部得胜场溶蚀槽谷发育有得胜场地下暗河系统, 该暗河系统沿槽谷延伸, 形态复杂, 主管道位于DK364+870附近, 埋深约40 m, 高于隧顶约222 m, 岩溶槽谷相当于一个集水廊道, 周边地区的地下水均向此汇流后向北东方向径流, 系统控制面积95.52 km2。

2 施工地质超前预报情况

2.1 超前钻探

探测里程PDK365+367～PDK365+312, 探测长度55 m, 完成工作量194 m/4孔, 探测显示:PDK365+367～PDK365+359段以泥质灰岩为主;PDK365+359～PDK365+312段为断层角砾, 局部卡钻严重;PDK365+354～PDK365+338段夹破碎带, 探测过程中9 m～10 m出水, 单孔水量1.8 m3/h, 20 m～25 m出水, 单孔水量30 m3/h, 水压0.8 MPa, 在28 m以后出水量明显增大, 单孔水量120 m3/h, 水压2.3 MPa。探测过程中分别在1号孔的25 m～27 m处取岩芯, 见构造角砾岩, 在2号孔的25 m～27 m处取岩芯, 见泥质灰岩, 呈短柱状或碎块状。

2.2 TSP203探测

TSP203超前探测资料对PDK365+342后续F11断层情况分析如下:后续F11断层整体上呈强弱交替的构造特征, 体现出F11断层的多期性和复杂性, 在即将进入的PDK365+328～PDK365+283 段落体现出围岩强度软弱、破碎和集中富水的特征。分段情况见表1。

2.3 超前钻探过程中的水量、水压观测

在PDK365+367～PDK365+312的超前钻探过程中跟踪观测, 自PDK365+346～PDK365+339的短短7 m间距内, 单孔涌水量由30 m3/h迅速增加至120 m3/h, 水压由0.8 MPa迅速增加至2.3 MPa, 之后探孔水压基本稳定在2.3 MPa, 总出水量最大值达790 m3/h, 最低为520 m3/h。

3 施工地质条件分析及施工方法的确定

以施工前期的工程地质纵断面, EH-4探测和施工期的开挖揭示为基础, 结合综合地质超前预报资料, 分析施工地质条件如下:1) PDK365+342～PDK365+312段以破碎断层构造角砾灰岩为主, 超前探孔间隔出现喷砂、砾石现象, 已基本进入以断层泥、糜棱岩等软弱物质为主的F11断层核心部位;2) 钻探取芯的构造角砾岩和涌出的砾石中, 灰岩成分比例越来越高, 砾石兼有溶蚀和构造碾压特征, 溶蚀能力和特征开始显现, 具备局部形成溶腔的条件和可能;3) 构造层间裂隙与地表水及上部地下水具有一定的水力联系, 可能承受有大气降雨入渗补给及上部得胜场暗河管道流的补给, 隧道开挖后不能排除断层破碎带较宽、裂隙贯通导水性较好的F11断层逐渐畅通而与管道流间接贯通的可能。

为满足质量、安全、工期要求, 根据上述地质条件分析和“以堵为主, 限量排放”的原则, 决定对齐岳山隧道平导PDK365+342～PDK365+315段采用加固圈8 m的全断面超前帷幕预注浆加固。

4 超前帷幕注浆施工技术

4.1 注浆试验

正式注浆施工前, 应选取4个～6个孔进行注浆试验, 掌握浆液充填率、注浆量、浆液配合比、凝结时间、扩散半径、注浆终压等参数, 以现场动态调整相关参数, 保证注浆质量, 达到注浆的目的与效果。

4.2 注浆材料

考虑到超前帷幕注浆堵水的要求, 选用了普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆、硫铝酸盐水泥单液浆、硫铝酸盐水泥—水玻璃双液浆、TGRM单液浆等5种注浆材料, 根据现场情况适时调换, 灵活使用, 以取得满意的注浆效果。

浆液材料的水灰比和配合比相关参数如表2所示。

4.3 注浆工艺

1) 采用分段前进式注浆方式进行钻孔注浆施工, 设计分段长度3 m～5 m, 不能大于5 m。2) 孔口位置应准确定位, 与设计位置的容许偏差为±5 cm, 偏角应符合设计要求, 每钻进一段, 检查一段, 及时纠偏, 孔底位置偏差应小于30 cm。3) 钻孔与注浆顺序应由外而内, 同一圈孔分两序间隔施工。一序孔主要按定量注浆原则进行注浆, 二序孔主要按定压注浆原则进行注浆。4) 在钻孔过程中遇到较大突水时, 应立即停止钻孔进行注浆。

4.4 注浆过程控制要点

1) 注浆过程中, 要随时注意泵压及流量变化, 若吸浆量很大或压力突然下降, 注浆压力长时间上不去, 应查明原因, 如果工作面漏浆, 可采用封堵措施, 如果跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配比等措施, 必要时可采用间歇式注浆, 以达到注浆目的。2) 对注浆过程中发现有大的空洞, 可首先注水泥砂浆或混凝土后进行注水泥浆。3) 在注浆过程中对局部单循环孔压力长期不上升, 可停注, 先对双循环孔进行注浆, 后对单循环孔进行复注。4) 注浆过程中应严格按照既定的施工顺序和方案执行。

4.5 注浆结束标准

1) 单孔结束标准。

a.注浆压力逐步升高到设计终压, 并继续注浆10 min以上;b.注浆结束时的进浆量小于5 L/min。

2) 全段结束标准。

a.所有注浆孔均已符合单孔结束条件, 无漏注现象;b.注浆后预测涌水量小于3 m3/ (m·d) ;c.检查孔涌水量小于0.2 L/ (m·min) ;d.检查孔钻取岩芯, 浆液充填饱满;e.浆液有效注入范围大于设计值。

4.6 注浆效果检查及评定

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5 L/min, 且P—t曲线呈上升趋势, Q—t曲线呈下降趋势。2) 通过施工总注浆量反算出浆液充填率不小于80%。3) 抽样钻探检验注浆质量, 检查孔应根据现场情况随机抽取, 但必须重新成孔, 不可利用既有注浆孔, 检查孔抽查率按总注浆孔的10%抽取, 应覆盖整个帷幕体。a.检查孔取芯率达到70%以上, 浆液充填率达到80%以上;b.对检查孔进行注浆, 压力应很快上升, 且进浆量很小;c.检查孔应无流泥, 成孔好, 无坍孔现象, 涌水量小于0.2 L/ (m·min) 。

5 结语

齐岳山隧道PDK365+342～PDK365+315段经过两个月时间的超前帷幕注浆, 又辅之以超前长管棚、小导管和钢架等开挖支护手段, 最终得以顺利地通过了这一高压富水断层破碎段。开挖揭示, 经过超前帷幕注浆加固, 涌水量已得到控制大大减少, 破碎围岩间浆液充填较饱满, 加固效果较好。实践证明, 超前帷幕注浆是隧道施工中在通过高压富水破碎带时的一种有效的施工方法, 具有可靠、高效、经济等优点, 该方法今后在地下工程、软岩加固、堵水及控制沉降等方面必将得到广泛的应用。

摘要：根据超前地质预测预报资料, 确定了隧道掌子面前方存在高压富水的断裂破碎带, 通过对施工地质条件和施工方法的分析, 采用全断面超前帷幕注浆技术进行了堵水和围岩加固, 从而保证了施工的安全顺利进行。

关键词：隧道,超前地质预报,帷幕注浆,应用

参考文献

[1]张民庆, 彭峰.地下工程注浆技术[M].北京:地质出版社, 2008:46.

[2]蒋爵光.隧道工程地质[M].北京:中国铁道出版社, 1991.

富水高压篇3

国内外在高压、富水区修建深埋长大隧道都不同程度地遇到了涌水、突泥现象,在溶岩地区更加严重,高压涌水、突泥给施工和环境保护都带了了巨大的困难和安全隐患。从国内外的隧道施工现状及发展趋势看,高水压、富水、岩溶地段修建特长隧道的技术还不成熟,地层加固和堵水及岩溶的处理技术有待发展,深入开展高压、富水、岩溶区特长隧道注浆堵水技术研究具有重要的意义。

2 工程概况

深埋特长圆梁山隧道全长11 068m,是渝怀铁路线上最长的隧道。圆梁山隧道主要穿越毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生、次生断裂,地质构造异常复杂,高压、富水、深埋、充填型岩溶十分发育。该隧道施工难度极大,国内地质及隧道方面的专家认为:“目前在这类具高压岩溶水充填溶洞地区开挖深埋隧道等地下工程,是一个国内外罕见,具有挑战性的技术难题”。主要工程地质问题有:高水压岩溶涌(突)水、涌泥、高地应力及煤层瓦斯、断层破碎带、河底浅埋段等,其中高压、富水、岩溶是最为关键的地质问题。隧道最高水压为4.6MPa,最大涌水量为24×104m3/d。在隧道的开挖施工过程中,在毛坝向斜区域,隧道主要揭示了3组高压、富水、深埋、充填型溶洞,引起了多次地质灾害。

3 注浆方案研究

3.1 注浆方案选择依据

针对圆梁山隧道的地质条件,依据设计原则,在高压富水区隧道应采用大范围、高压、密孔、多种材料注浆堵水、加固技术,在不同区段选用不同的注浆方案,提高地层的堵水率,防止涌水、突泥的发生。

3.2 注浆方案选择标准

根据地质条件、设计的堵水要求及防排水等级,通过现场试验,圆梁山隧道主要选用了四种主要注浆方案,见表1所示。

4 高压富水岩溶区注浆方案设计

4.1 平导全断面超前预注浆方案(B=3m)

采用MKD-5S地质钻机钻孔,孔径Φ90mm,注浆段长度设计30m。当围岩地层条件较好时,注浆施工采用水囊式止浆塞进行后退式分段注浆;若地层围岩较差,注浆过程中出现返浆现象严重时,可采用前进式分段注浆工艺进行注浆施工。每一个循环注浆完成后开挖27m,余留3m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中,针对注浆盲区,开挖过程中应每开挖2m,采取超前小导管进行补充注浆,以进行补充注浆,进一步改善注浆加固效果,小导管直径Φ42mm,长度3～5m。见图1、图2和图3所示。

对于平导全断面超前预注浆(B=5m)、正洞全断面超前预注浆(B=5m)和正洞全断面超前预注浆(B=8m)的注浆方案设计类似。

4.2 径向注浆方案

径向注浆采用注浆花管(必要时采用TSS管)进行全孔一次性或分段后退式注浆。注浆管采用Φ42mm、δ=3mm焊接钢管加工制作。

(1)平导径向注浆(B=3m)。平导径向注浆是在平导开挖完成后,垂直于开挖轮廓线环向布设Φ42mm注浆钻孔,浆液扩散半径为1.0～1.5m。钻孔呈梅花型布置,开孔间距径向1.0m,排距1.0～1.5m。根据围岩状况,当围岩条件较好时,可安设孔口管,进行一次性注浆,当围岩较差时,可安设TSS管,进行分段注浆,以改善注浆效果。平导径向注浆(B=3m)注浆设计见图4所示。

(2)正洞径向注浆(B=5m)。正洞径向注浆是在正洞开挖完成后,沿开挖轮廓线径向环向布设Φ42mm注浆孔。注浆钻孔呈梅花型布置,开孔间距0.8m,排距1.2m。正洞径向注浆(B=5m)注浆设计见图5所示。

4.3 局部和补充注浆方案

局部注浆和补充注浆方案,主要为对探水孔及附近围岩采取的一种堵水和加固措施,局部注浆还包括隧道开挖完成后局部流水、股水、滴漏水、渗水部位的堵水和加固,注浆加固范围根据实际情况进行动态调整。局部注浆一般采用普通水泥浆和普通水泥—水玻璃双液浆,注浆采取定压注浆,注浆终压=水压+(1～2)MPa。补充注浆是超前注浆或径向注浆完成后,经过效果检查还未达到设计要求,需增加钻孔和注浆孔数量,进一步改善注浆效果和提高围岩和初期支护结构承载能力的一种强化措施,补充注浆厚度一般为初支结构背后40～60cm,注浆压力0.5～1.5MPa。补充注浆一般采用超细水泥浆和超细水泥—水玻璃双液浆。补充一方面可以充填初期支护背后空隙,挤密围岩,增强堵水效果,另一方面可以提高围岩和初期支护承载能力和稳定性。局部注浆和补充注浆采取全孔一次性注浆方式进行。

4.4 高压、密孔、多种材料、反复强化渐进式注浆技术

能否在圆梁山隧道高压、富水、深埋充填型溶洞注浆加固中形成连续、均匀、高强的注浆加同圈对于增强堵水效果十分重要。理论研究、室内试验、现场研究及应用均表明,在一定的时间和成本内,单靠一种方法是难以实现的,应将超前注浆、径向注浆、局部和补充注浆方案结合起来,实行渐进注浆、层层堵水、分次加固逐步达到设计要求;更重要是在超前注浆过程中应采用高压、密孔、多种材料、反复强化的注浆方式,通过提高注浆压力增加浆脉数量和宽度,通过密排布孔,减小注浆盲区,通过超细注浆材料,增大浆液扩散半径和渗透能力,通过严格检查,反复强化,局部和补充注浆,提高堵水率和岩体强度及稳定性。

4.5 注浆材料的选择和确定

根据室内试验和现场试验结果,综合考虑凝胶时间、可注性、强度、抗分散性、耐久性及可操作性等因素,针对圆梁山隧道高压动水粉细砂层填充型溶洞,宜采用多种注浆材料综合进行注浆施工。

经试验研究,形成了以[普通水泥单液浆]→[超细水泥单浆]→[HSC浆/TGRM浆]→[普通水泥—水玻璃双液浆]→[超细水泥—水玻璃双液浆]为主体流程的浆液选择程序。这样充分利用各注浆材料的优点,达到既实现扩大范围注浆,又可实现控域注浆;既满足提高堵水率的要求,又达到较好加固砂层的目的。

圆梁山隧道注浆材料主要为普通单液水泥浆、超细单液水泥浆,超细型HSC浆和TGRM浆,普通水泥—水玻璃双液浆,超细水泥—水玻璃双液浆。注浆材料选择及布孔参数见表2所示。各种浆液配比见表3所示。

5 注浆参数和注浆工艺

5.1 注浆加固圈厚度的确定

注浆加固范围确定时,主要应考虑将地层承载能力和堵水率提高到何种程度,此外要考虑工程成本和工期要求,其值主要通过计算并结合有关经验确定。

考虑到高压富水隧道施工的难度和危险程度,注浆的加固范围选择如下:

超前预注浆加固范围:

超前注浆加固圈厚度为:

径向注浆加固圈厚度为:

式中:D—隧道开挖直径,m。

根据注浆加固圈计算公式,结合圆梁山隧道工程及水文地质特点及开挖断面大小(正洞直径10m左右,平导直径6m左右),以及开挖施工状况,圆梁山隧道毛坝向斜隧道设计注浆加固圈厚度见表4。

5.2 高压及富水岩溶管道注浆压力

高压、富水岩溶管道的注浆压力主要要克服水压力、管道阻力及浆液的粘滞力,通过顶水注浆,将水推向远方,结合类似工程的经验,其值为:

式中:P注——注浆压力;

P水——水压力;

P阻——管道阻力。

毛坝向斜隧道1、2、3号溶洞及4号岩溶管道注浆压力的选择见表5所示。

5.3 注浆工艺流程

圆梁山隧道注浆工艺主要包括前进式注浆、后退式注浆、全孔一次注浆三种方式,止浆方式包含孔口止浆、孔内分段、管内止浆三种方式,前进式注浆主要采用孔口止浆方式,后退式注浆可采用管壁止浆和孔壁止浆两种方式,注浆管分为孔口管、花管、TSS管三种类型,止浆塞又分为机械式和水囊、气囊三种类型。孔口止浆前进式分段注浆的孔口管密封胶圈,应具有较高的抗水压能力,橡胶、气囊式或水囊式止浆塞应固定牢固。孔壁止浆的后退式注浆施工工艺,与孔内止浆类似,但开始后退式注浆前,应先对全孔进行一次或多次注浆加固,确保孔壁完整。分段注浆的注浆段长应根据地质条件确定,在节理、裂隙(或溶隙)发育地层,可取3～5m,在高压、富水致密的溶洞充填物中,可取1～2m。为了保证钻孔底部的注浆效果,在溶洞充填物中进行注浆钻孔长度不应超过30m。

6 注浆效果检查

6.1 钻孔涌水量测试

钻孔涌水量测试主要是测试一定长度的钻孔在单位时间的涌水量,对比注浆前后钻孔的出水量变化,可以判断注浆效果,钻孔涌水量的测试是比较快的注浆效果检查方法之一。

6.2 钻孔压水试验方法

压水试验是将检查孔钻到一定深度后,对地层进行压水,测试地层的单位吸水量,此外可估算地层的渗透系数。

通过现场测试,注浆前后钻孔涌水量、单位吸水量及渗透系数见表6所示。

参考有关文献和设计要求,注浆后当探水孔涌水量小于0.2L/(min·m·m)时,当地层注浆后地层的单位吸水量W≤0.01～0.05L/(min.m.m),k≤10-4～10-5cm/s时,可以认为注浆效果较好,满足了开挖要求,达到了堵水的目的。从表6可知,注浆后钻孔涌水量、单位吸水量和渗透系数比注浆前大大减小,说明注浆效果较好。

7 结语

大型高压、富水、深埋、充填型溶洞注浆属于世界性地质难题,通过对高压、富水、充填型溶洞地质条件和注浆机理的分析,研究了超前注浆、径向注浆、局部和补充注浆四种主要注浆方案,提出了高压、密孔、超细材料、反复检查、逐渐强化的渐进注浆的地层综合加固和堵水技术,成功解决了1#、2#、3#溶洞和4#号岩溶管道注浆加固的难题,在理论上有创新和突破,在技术上具有独创性和开拓性,实际应用效果良好。

摘要：国内外在高水压、富水、岩溶地段修建特长隧道的技术还不成熟,地层加固和堵水及岩溶的处理技术有待发展,充填型溶洞的注浆理论需要不断探索,在高压、富水、岩溶区修建特长隧道是一种具有挑战性的世界难题。因此,针对圆梁山隧道高水压、富水、岩溶的特点,结合周围环境条件,深入开展了高水压、富水、岩溶特长隧道注浆堵水技术研究,提出高压、密孔、超细材料、反复检查、渐进注浆的地层综合加固和堵水技术,解决了圆梁山隧道1#、2#、3#溶洞和4#岩溶管道注浆加固的难题,在理论上有创新和突破,在技术上具有独创性和开拓性,实际应用效果良好。

富水高压篇4

关键词：特长铁路隧道,高压富水段,超前注浆堵水,试验

0 引言

关于高压富水隧道施工处理技术, 国内外许多科研工作者均已做了大量的研究工作, 也取得了一些相关的科研成果, 但对水压超过6 MPa的富水隧道尚未有比较成熟的施工技术和施工经验。

1 工程概况

中天山特长隧道位于托克逊、和硕间中天山东段的岭脊地区, 穿越中天山北支博尔托乌山中山山地, 平均海拔1 100 m~2 950 m, 最高海拔为2 951.6 m。隧道进口采用两台开敞式TBM施工, 出口采用钻爆法施工。

中天山隧道出口右线隧道施工至Dy K154+901处, 在超前探孔时突遇高压涌水, 水柱喷射距离达30 m, 呈雾化状, 实测水压高达6.3 MPa, 单孔出水量约5 000 m3/d, 由于涌水量大于反坡抽排水能力, 导致隧道被淹, 被迫停止施工。水压之高不仅给机器设备及人员心理造成极大的伤害, 而且还严重影响隧道的正常掘进, 进而导致工程施工成本增加、工期压力剧增。

2 超前注浆堵水试验内容及目的

根据超前地质预报情况, 通过对高压富水段超前注浆堵水试验, 确定对高压富水区涌水处理及施工方案。

通过研究确定超前注浆堵水试验内容为:

1) 全断面帷幕注浆堵水试验;

2) 掌子面局部注浆试验;

3) 泄压状态下全断面帷幕注浆堵水试验。

试验主要目的为:

1) 通过超前钻探进一步判断Dy K154+901前方地层裂隙发育情况、涌水位置、涌水量及地下水水压情况, 为下一步方案制定和注浆施工提供技术支持;

2) 分析超前预注浆施工工艺的可行性;

3) 通过注浆试验, 结合必要的室内模拟和理论分析, 揭示前方地层的注浆机理, 并在此基础上进行地层可注性的分析;

4) 根据隧道埋置深度, 观测注浆加固和堵水效果及对周边环境的影响、分析注浆的安全性, 确定不同边界条件下的注浆参数;

5) 对比分析普通水泥、硫铝酸盐水泥的可注性及其效果, 确定注浆材料及配比。

3 超前注浆堵水试验设计

根据掌子面围岩情况以及探孔水压力高的特点, 在“排堵结合、释能减压”的原则下, 注浆加固范围确定为开挖轮廓线外8 m, 第一循环30 m (其中包含止浆墙4 m) , 开挖18 m, 预留8 m作为止浆岩盘;根据注浆过程中钻孔探测的富水区域、岩性特征, 有针对性的增设注浆孔强化富水区域注浆, 注浆设计见图1, 注浆参数如表1所示。

注浆材料以普通水泥单液浆为主, 普通水泥—水玻璃双液浆为辅, 如以上材料不能满足注浆效果要求, 可考虑硫铝酸盐水泥单液浆进行试验。

4 超前注浆堵水试验过程

4.1 施作止浆墙

测试过程中, 由于地层水压太高, 原施工的4 m厚C25混凝土止浆墙出现裂缝, 无法进行下步注浆施工, 为保障施工安全, 在原止浆墙基础上, 再补施作一道5 m厚C30混凝土止浆墙 (如图2所示) 。

4.2 掌子面注浆孔、泄压孔在同侧状态下注浆试验

左侧边墙3个泄压孔 (X1, X2, X3) 施工完成后, 在左侧边墙3个泄水孔打开情况下, 开始对6个注浆孔进行前进式分段注浆。6个试验孔在第一次钻设到12 m~14 m段均出现涌水, 水量为60 m3/h~200 m3/h。采用普通单液浆, 注浆5 min~10 min后, 3个泄水孔均出现串浆。6个试验孔注浆前后出现漏浆, 现场采用普通水泥—水玻璃双液浆或间歇式注浆等各种手段, 由于水压高、水量大、流速快, 浆液从泄压孔流出, 均不能达到注浆要求。

4.3 掌子面左侧注浆、右侧泄压情况下注浆试验

针对泄水、注浆孔在同侧情况下串浆严重, 无法达到预期效果, 试验中将泄水孔位置施作在右侧, 并封闭左侧泄水孔, 采用左侧注浆孔注浆、右侧泄水的形式进行试验, 孔位布置见图3。

右侧施作2个泄水孔X4, X5;按设计要求钻设到位, 终孔后, 对两个泄水孔进行水量测试:X4孔实测水量:80 m3/h;X5孔实测水量:60 m3/h;泄水孔施作完成后, 以注浆试验孔S1为例进行注浆试验, 先采用普通水泥单液浆 (配比:0.8∶1) 进行注浆, 注浆15 min后右侧泄压孔X4, X5孔开始有串浆现象, 然后采用普通水泥—水玻璃双液浆进行封堵, 10 min后, X4, X5孔涌水颜色逐渐变清, 随即改用普通单液浆注浆。当注浆压力达到3 MPa时, 两个泄水孔再次出现串浆, 改用双液浆封堵, 由于地层水压上升, 无法封堵串浆通道, 现场关闭2个泄压孔闸阀, 继续对S1孔进行注浆, 至设计注浆压力8 MPa (见图4) 。

4.4 顶水注浆试验

在关闭掌子面泄水孔对6个试验孔进行超前注浆, 注浆孔均能达到设计注浆压力8 MPa。各孔注浆前后对比情况如表2所示;在顶水状态下, 注浆压力随时间变化情况为:初始压力为1.8 MPa, 在1.8 MPa~4 MPa期间压力上升较缓慢, 4 MPa~7 MPa期间压力上升速度加快;7 MPa至终压为瞬间上升。

5 超前注浆堵水试验分析

5.1 高压富水注浆方式

1) 注浆孔、泄压孔在掌子面同侧时串浆严重, 注浆效果差, 建议不采取此种方式进行注浆;

2) 注浆孔和泄压孔在掌子面不同侧时, 串浆现象明显降低, 串浆时通过关闭泄水孔再注浆, 注浆效果明显, 建议对高压富水段采取掌子面分区域交替进行降压注浆, 在后期出现串浆时结合顶水注浆的方式进行施工;

3) 采用完全顶水状态下注浆后, 注浆堵水效果较为明显, 此种注浆方式具有可操作性。

5.2 高水压注浆材料试验

本次注浆试验注浆材料主要采用普通单液水泥浆和普通水泥水玻璃双液, 在高水压情况下, 通过对注浆堵水效果分析表明:

1) 普通单液水泥浆可封堵较大的出水裂隙, 对于裂隙宽度小于水泥粒径时, 普通水泥单液浆无法注入, 但在高水压状态下, 仍有较强的透水性。

2) 普通单液水泥浆初凝时间长, 强度上升慢, 在孔内浆液未达到强度要求时, 无法对此孔及周边浆液影响范围内再次进行钻孔注浆, 严重影响钻、注平行作业, 降低钻、注施工效率。

5.3 钻、注设备配套试验

1) 注浆设备:目前注浆试验采用高压、流量可控注浆设备, 注浆机额定最高压力达15 MPa, 满足此地层高压注浆要求。

2) 钻孔设备及动力源:注浆试验采用矿研RPD-180C钻机配合高压空压机 (最高风压2 MPa) 风动进行钻孔, 地层水压高达6.3 MPa且地层为闪长岩 (强度在150 MPa以上) , 钻孔难度极大, 效率低, 钻具消耗大。