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二重管无收缩浆液注浆工法的应用


二重管无收缩浆液注浆工法的应用
深圳市供水网络干线工程 1# 隧道西坑谷地特殊地段注浆加固
王志德 1 曾湘德 1 王荣权 1 缪 翬 2 刘家珩 2
(1.北京市城拓建设工程有限公司,北京 100029) (2.深圳市东江水源工程管理处,深圳 518001)

摘 要:文章介绍了深圳市供水网络干线这一重要工程在遇到隧道内塌方 漏

水,造成地表变形影响安全而停工 4 个月后,采用了二重管无收缩浆液 注浆工法进行止水和岩层加固,解决了技术难题,取得了极好的社会效益 和经济效益。 关键词:漏水;塌方;注浆;止水;加固 关键词
1 工程概况: 工程概况:

深圳市供水网络干线工程是深圳市人民政府为解决市民生活、生产用 水供需矛盾的一项市政重点工程。其中 1#隧道全长 17958 米,为无压输水 特长隧道。隧道穿越深圳市龙岗区横岗镇西坑谷地,此地段地表建筑物密 集,有铁路、公路、桥梁等。隧道埋深为 35m~40m,纵向坡度 1/3000,断 面为城门洞型,门洞直墙高 3.2m,洞顶圆弧半径 2.1m,中心角 180°,断 面净空 4.2m×5.3m(宽×高)。

工程第Ⅲ标段里程为 BK8+890~BK14+140 段,其中 BK11+516~BK11+655 段全长 139m,所处岩层为燕山期第四侵入花岗岩、石灰 系下统石磴子组和石灰下统测水组下段地层, 且有 F38 断层破碎带及影响带。 岩 石破碎,风化严重,岩块可折断,浸水易软化或崩解。岩块中不均匀的夹有弱风 化岩块。 其中花岗岩以岩脉的形式穿插于大理岩中或绢云母片岩与大理岩接触带 中,裂隙极其发育。岩层情况见图 1。

本区段地下水类型为地层潜滞水、构造裂隙水、断层及溶洞溶槽滞水。 其主要依靠大气降水补给及周围山坡积水补给,地下水位高,隧道施工至 BK11+519 段时先后发生两次较大的涌水及塌方(2000 年 5 月 3 日和 6 月 1 日), 涌水量约 200m3/h。因失水太多,地下水位严重下降造成地表坍塌及开裂,影响 距隧道开挖掌子面左前方 200m~500m 处, 约有 2 万 m2~3 万 m2 范围的部分民房。 造成直接经济损失约 2000 多万元。针对上述情况,有关治水专业队伍在该地段 地表采取单管深孔注浆工艺进行注浆止水加固施工,耗时 2 月余,用水泥 200 余吨,但效果欠佳。其后又有多家单位及专家进行调研和实验均未成功。前后被 迫停工约 4 个月,造成不良的社会影响。我公司通过现场考察和对地质情况及涌 水状况的了解,提出了采用二重管无收缩浆液深孔放射预注浆工法。此工法经业 主、设计、监理、施工单位及专家等多方研究论证。通过我公司认真组织,精心 施工,边加固处理岩层边开挖施工隧道历时约 13 个月(其中注浆加固时间为 4.5 个月),使隧道开挖工作于 2001 年 10 月 21 日结束。完成施工长度 139m,共钻 注浆孔 494 孔,总有效延米数为 7497.3m,共耗水泥 1265 t。实践证明,我公司 在该段工程采用的注浆工艺是正确的,其有效地止水、堵水,同时加固了松软围 岩,保证了地下水位的稳定,也保证了隧道开挖的安全,效果极其显著。

2 方案设计及施工 (1) 施工目的

采用深孔放射预注浆堵水及加固围岩,主要以改变松散岩土性状 为目的,使隧道的周围松散岩土层在一定范围内改变为不透水层,以达到 岩层在隧道掘进开挖面前方及拱顶、边墙、底部等全方位区域内足以抵抗 地下水压力。
(2) 施工方法的选择

根据深圳市地质勘察设计研究院提供的该地段地质情况,结合我 公司成熟工艺和丰富施工经验,参考原注浆施工(地表深孔单管注浆)失败 的原因,经认真研究和科学分析,与业主、设计、监理、施工单位以及专 家等共同确定了围岩注浆加固方案。具体方法为:通过二重管 A、C 双液 注浆,对隧洞拱顶、边墙、底部及初衬外轮廓线外 5.0m 范围内进行全断 面放射型注浆止水加固,形成具有一定强度和止水效果的地下连续的止水 帷幕。 (3) 孔位布置
本工程一般情况采用全断面布置 30 个注浆孔, 孔位布置见图 2。 注浆孔纵向呈放射 形。孔位方向角度见表 1。
孔位方向角度表:孔深(18m) 表 1 孔位方向角度表:孔深 孔 角 号 垂直方 向夹角
A(B) A1 (B1)

A2 (B2) 21° 向上

A3 (B3) 11° 向上

A4 (B4)

A5 (B5) 8° 向下

A6 (B6) 14° 向下

A7 (B7) 21° 向下

A8 (B9) 21° 向下

21° 向上

21° 向上



水平方 向夹角

11° 0° 向左 (右)

21° 向左 (右)

21° 向左 (右)

21° 向左 (右)

21° 向左 (右)

21° 向左 (右)

21° 向左 (右)

11° 向左 (右)

续表 1 C1 C 14° 向上 0° 向夹角 D (D1) 垂直方 向夹角 水平方 0°
向左(右) 向左(右) 向左(右) 向左(右)

C2 (D2) 0°

C3 (D3) 0° 向下

C4 E (D4) 14° 0° 向下 11° 0° 0° 向下 8° E

14° 向下

14° 向上 14° 11°

11°

为确保在隧洞开挖轮廓以内及外轮廓线外 5.0m 范围注浆加固成 功,施工过程及时根据岩层松软情况调整注浆孔数、深度等参数。在破碎 带及溶槽地段孔位曾增加至 59 孔、54 孔、43 孔、39 孔。
(4) 注浆材料及浆液配比

本工程注浆材料主要采用 525#普通硅酸盐水泥及浓度为 40Be′ 的硅酸钠,采用 CT-1# 、CT-2#型添加剂,结合施工现场实际情况适量加 入 CT-3#型增强剂。通常采用的三种配比见表 2、表 3。
3 硅酸钠溶液(A 表 2 1m 硅酸钠溶液 液)配比表 配比表

水泥浆液(C 配比表: 表 3 1m3 水泥浆液 液)配比表: 配比表 (重量比 重量比) 重量比

(原液为 40 Be′) 原液为 ′

用途
水玻璃 kg(L) 水 kg(L)

封堵 685(500 ) 500(500 )

灌浆

止水

用途 W/C

封堵 1.57:1 526 824

灌浆 2.2:1 395 868

止水 3.45:1 264 912

456(333) 667(667)

456(333) 水泥(kg) 667(667) 水 kg(L)

A 液:C 液=1:1(体积比)

(5) 浆液材料的特点: ① 其特性对地下水而言,不易溶解,无弥散,吸附现象,水稳定性好。 ② 对不同地质条件,可灌性好,其凝结时间可调节。 ③ 具有早强,止水效果较佳。 ④ 凝胶体具有微膨胀性。 3 施 工 (1) 主要技术参数及控制 ① 钻孔孔径:50mm(使用凿岩钻车时为 76mm); ② 每次钻孔(注浆)段长 18m(沿隧道纵向长度 17m); ③ 每次开挖段长 10m~12m; ④ 孔末端间距 3.5m; ⑤ 浆液扩散半径 2.5m;

⑥ 浆液凝结时间一般控制在 1min~2min (如遇大量涌水封堵时采用快凝型浆液注浆, 凝结时间在 10s~30s); ⑦ 注浆终压控制在 1.5MPa~2.0MPa; ⑧ 单孔注浆结束原则:单孔注浆在达到设计注浆终压并稳定 10min~15min; ⑨ 全断面结束注浆的原则:单孔(包括检查孔)涌水量≤0.15m3/h (2.5L/min)或掌子面 涌水量≤5 m3/h(100L/ min)。 (2) 注浆方式及施工工艺 ① 注浆方式

利用地矿钻机或凿岩钻车钻注浆孔,如遇富水地段出现大量涌水时,采 用前进式二重管注浆或一次式单管注浆及时进行封堵,待处理好后,再钻到设计 深度,采用边回抽边注浆的方式进行注浆。
在施工至中后期或涌水量较少的地段, 一般均采用一次式单管配合二重管双液注浆 工艺,以提高注浆效率,缩短工期。 ② 止水、止浆墙的施工

为防止注浆时地下水涌出作业面及跑浆, 在注浆地段起始处的掌子面采 用 2.5m~4.0m 厚 C20 混凝土墙作为止水、止浆墙。以后的各注浆循环段采用预 留 5.0m 长止浆岩盘,并根据掌子面围岩情况,选择素喷 C20 混凝土或打锚杆挂 网片喷射 C20 混凝土全封闭的措施。实践证明多种方法相结合效果较好。
③ 施工方法

采用 TXU-75A 型地矿钻机钻注浆孔时,为确保定位准确、钻进稳定、 施工进度快,采用自制施工台车(型钢构造,分上下台阶)全断面同时施工(上台阶 施工 15 孔,下台阶施工 15 孔)。
围岩较硬采用凿岩钻车钻注浆孔时, 采用先下台阶施工, 完成后开马槽将凿岩钻车 开至上台阶施工。 ④ 钻孔施工

根据设计要求,采用 隔孔钻孔注浆施工。因外插角 的定位准确与否直接关系到注 浆范围及工程质量,故必须定 位准确。在施工过程中应考虑 钻杆自重影响,在原设计角度的基础上适当增加一定的仰角(上斜孔在原角度上 增加 1°~ 2°)。钻机在定好角度后,必须采取全方位的支掌措施,防止钻机颤 动影响钻进施工。开钻前期采用低速钻进,待钻机正常钻进时(一般进尺 0.5m 左 右),将钻机速度调至正常运行速度。钻孔过程应密切观察钻进速度、涌水、岩 层等情况,及时作好记录。如在钻进过程中出现大涌水、涌砂等特殊情况,必须 停止钻进,先采取注浆封堵止水等技术措施进行处理。在确定已完成止水后方可 停止注浆,继续向前钻进。
凿岩钻车钻孔施工(略) ⑤ 注浆施工

a. 二重管钻杆回抽法注浆:按设计要求钻好注浆孔后,进行配料注浆(结合 现场实际,严格遵循工艺要求及浆液调整原则操作)、按要求每 40cm 为一循环。 注浆压力达到设计压力并稳定后,回抽一次,以此循环直至全孔注浆结束,冲管 后进行下一孔位施工。工艺流程见图 4。 b. 全孔一次性花管注浆:钻孔至设计深度后,全部回抽钻杆,插入 注浆花管(本工程采用自行加工的 6 分钢管,见图 5)至设计深度进行注水冲管, 确认畅通后进行配料注浆(浆液操作要求同上)。注浆压力达到设计压力并稳定 后,结束本孔注浆,冲洗管路转下一孔位施工。
c. 注浆时遇涌水等特殊情况,根据实际情况特殊处理。

4 注浆施工机械 见照片 1、2) 注浆施工机械(见照片 、

(1) 注浆泵

采用卧式双缸同步高压注浆泵(SYB-60/50 型及 SYB-140 型),该泵可以调节 压力和流量。在选用注浆机械时应使流量和压力在尽可能的范围内可以控制,并 可正确记录。本工程曾使用的钻头、钻具型号规格较多,所选机械最好零件少, 构造简单,易清洗,并且浆液不经过复杂的机械部位。注浆机组见图 6。 (2) 钻机 TXU-75A 型钻机和 CMJ-17 型履带式全液压凿岩钻车
(3) 搅拌机 SIY 双层搅拌机 (4) 其它机具(略) 5 注浆效果

深圳市供水网络干线工程 1#隧道西坑谷地特殊地段,采用二重管无收 缩浆液注浆工法止水、加固松散围岩后,效果非常显著,解决了因涌水、塌方影 响隧道不能掘进施工的大难题, 使深圳市供水网络干线这一重大工程得以顺利完 工。

(1) 注浆加固后的围岩抗渗能力明显增强。掌子面涌水量由 200m3/h 降至 2m3∕h,围岩裂隙及溶槽、溶洞被浆液充分密实,见照片 3、4。
(2) 围岩承载力明显提高,自稳性增强。

(3) 隧道掘进施工速度大大加快。加固前一般段每步开挖进尺 0.5m,西坑 见照片 5、 谷地特殊地段则根本无法施工。 加固后每步开挖进尺可达 1.5m~2.0m, 6。

6 结束语

围岩加固注浆是一项隐蔽工程, 因为每项工程的自然条件及地质条件各 不相同, 其注浆方法也不应该是完全相同。 本文所述的洞内深孔放射预注浆工法, 在不同条件下可演变为二重管 A、C 无收缩浆液及单管一次性注浆等工法。前者

能较好地适应了各种地层的变化。在遇到大涌水时采用前进式分段注浆,结合快 凝型较稠浆液快速封堵后钻至设计深度,进行分段回抽循环注浆。在一般条件下 采用一次性单管注浆。 本工程地质条件十分复杂,设备的完善是保证成功的重要条件。前期钻孔时 出现卡钻、塌孔、废孔现象,造成钻孔效率较低。当采用先进钻孔机械(凿岩钻 车)后效率明显提高。在今后施工中如遇软硬兼具的地层,我们考虑选用大扭矩、 高钻速、旋转带冲击型钻车,并配以套孔和麻花钻杆,这样一方面能保护孔壁, 另一方面能保证钻泥时排泄通畅。 注浆作为基础止水加固的一门学科,必须有科学的施工工艺、材料配方和先 进的施工机械作后盾,同时亦必须强调施工经验的重要性。为了保证这一工艺在 工程实践中的成功与经济合理, 必须依靠既熟悉工艺深知原理又具有丰富实践经 验的现场工程技术人员的应变指导。 本工程的成功实践, 得到了施工技术顾问小组、 专家和项目部工程技术人员、 深圳市水务局、深圳市地质勘察设计研究院、中铁隧道设计研究院深圳分院及长 江水利委员会、深圳工程建设监理中心、深圳东部供水网络干线工程项目监理部 的指导、监督。


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