高水压施工指导书.doc

. . . . .圆梁山隧道正洞（出口）高水压地段施工作业指导书DK358+750DK358+900地段属桐麻岭背斜西翼寒武系耿家店组(3g)白云质灰岩灰岩为主的冷水河浅埋段，其正常涌水量（Q5）为1.0104m3/d ，最大涌水量（Q5最）为1.5104m3/d。静水压力1.5MPa。3g可溶岩地层因冷水河河谷深切，卸荷回弹致使浅部060m，段裂隙相当发育，进而溶蚀裂隙、孔洞相当发育；根据冷水河浅埋段Ddz-y-5#孔分层抽水试验资料，K3g浅为0.73m/d，也说明这一点；深部90200m，零星发育溶蚀孔洞及少量溶蚀裂隙，根据抽水试验资料K3g深为0.0081m/d ；根据实测，冷水河下游（隧道通过地带）三塘堰流量比上游双龙堰流量小0.1m3/s（8640m3/d），上下游相距500m，表明冷水河在隧道通过地带存在渗漏。一、高水压段的施工方案（一）高水压段注浆止水的目的由于本隧道的地下水位很高，特别是毛坝向斜P2w+c、P1m地层，最大水头高达462m和442m，最大涌水量达83000m3/d，且山上有大量的居民，为防止隧道开挖后围岩中地下水大量涌入洞内，造成灾害，地下水的大量漏失造成地表塌陷，严重影响山上居民的生活、生产，破坏生态环境，同时为防止冷水河河水下渗，防止隧道施工时高压水害，施工中拟采用超前预注浆进行堵水。（二）高水压段注浆堵水类型施工过程中，注浆止水分四种，其一是在打超前探水孔时，若有探水孔出现涌水，对探水孔进行注浆堵水，并根据涌水情况对地层进行预注浆堵水；其二是对岩溶抗水压衬砌地段进行超前预注浆；其三是开挖过程中遇溶洞后的注浆止水；其四是开挖时裂隙出水点和砂岩裂隙面出水面进行后注浆止水。（三）高水压段的施工方案1、超前探水1）超前探水里程冷水河浅埋段：DK358+750DK358+900；2）超前探水遇岩溶水的堵水方案 超前探水孔深15m，根据探水孔涌水量和涌水压力分全断面帷幕注浆堵水和局部预注浆堵水。 当探水孔总涌水量大于10m3/h时，应将探水孔加深至30m，如水量无明显增加，只在15m长度范围内进行全断面帷幕注浆堵水；如水量明显增大，则在30m长度范围内进行全断面帷幕注浆堵水，若探水孔总涌水量虽小于10m3/h，但个别探水孔出水量大于2m3/h时，则对这些孔眼进行局部注浆。 当探水孔遇到暗河则参照后述暗河的处理方法进行施工。 若岩溶管道涌水量及涌水压不大时（小于0.5MPa），采用橡胶止浆塞封堵孔口，直接对探水孔进行注浆堵水。 若岩溶管道涌水量及涌水压力较大时（大于0.5MPa），则在出水孔附近24m范围内钻12个分流孔，以减少涌水压力，方便注浆。探水孔与分流孔均作为注浆孔。也可采用注水加压式高膨胀栓塞止水注浆。 若溶洞涌水压力较小且空洞较大时，可考虑用混凝土输送泵压注C15混凝土充填，然后再钻孔注浆止水。2、高水压地段注浆堵水方案1）预注浆加固范围根据隧道出口冷水河段地下水的涌水量，水压大小及地质情况等，将注浆加固范围控制在开挖轮廓线外5m。2）预注浆加固里程： DK354+775+9503）预注浆方案 预注浆方案之一本方案适用于正洞一般高水压地段。每循环长度：注浆长度30m；开挖长度 25m。注浆参数：单孔有效扩散半径2.5m，终孔间距3.75m；预注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m；预注浆终止压力为静水压力的23倍。注浆孔布置：每段分四个环，安排63个注浆孔，3个注浆质量检查孔。注浆孔直径：开孔直径不小于90mm，终孔直径不小于65mm。钻孔和注浆顺序：由外圈向内圈， 同一圈孔间隔施工， 地层破碎地段采用前进式注浆，其它地段根据地质条件确定。留止浆岩盘长度：5m。钻孔时遇涌水或因地层破碎卡钻时， 应停止钻进， 进行注浆， 然后扫孔再钻进， 注浆。除出水量很大的注浆孔外， 一般注浆孔先进行压水试验， 据此修正注浆参数。附图“圆梁山隧道一般高水压地段预注浆设计图”以上方案的采用除依据注浆范围划分表外，应积极配合设计代表，纳入动态设计之中。详见下图 “超前注浆动态设计流程图”。 预注浆方案之二下导坑开挖后环向预注浆。注浆加固正洞开挖轮廓线外5m范围见下图 5m加固圈注浆孔位布置图适用范围：适用于从横通道向正洞施工过渡。从横通道转入正洞施工时，利用下导坑先行进入正洞，进行正洞下导坑环向预注浆，当正洞内环向预注浆完成3040m后，将该段扩大开挖至正洞全断面，然后转入方案一或方案二施工。A、注浆原则先用水泥水玻璃双液浆堵水，然后用水泥单液浆进行围岩的永久性堵水加固，正洞开挖通过该段后，在开挖轮廓线外40cm范围内注入超细水泥浆，以加强堵水效果。B、孔位布置注浆孔底间距为3.603.70m。C、注浆材料水泥：32.5级以上普通硅酸盐水泥；水玻璃：模数2.12.8，浓度51Be；超细水泥：最大粒径20m；促凝剂：三乙醇胺、食盐、水玻璃；缓凝剂：磷酸氢二钠。D、浆液配比：单液水泥浆：水灰比1:11:0.6，可先稀后浓。超细水泥浆：水灰比1.5:11:1。水泥水玻璃双液浆：水泥浆水灰比1.5:11:1，水玻璃浓度3035Be，。水泥水玻璃浆液体积比1:11:0.3，凝胶时间30秒120秒。E、注浆参数注浆孔孔底环向间距3.603.70m，排距3.75m，呈梅花形布置；浆液有效扩散半径22.5m；注浆压力：终压为测试水头压力的23倍；单孔注浆量：由于是在岩溶裂隙发育地区注浆，单孔注浆量应以注浆过程中满足注浆压力达到设计值为准；注浆方式：根据钻孔深度及成孔情况确定采用孔口一次性注浆或前进式注浆。F、钻孔孔位布置见“预注浆方案之二”的附图“5m加固圈注浆孔位布置图” 钻孔前先在洞壁上准确标出开孔位置，将钻机横轴置于下导坑顶部圆弧的圆心上，将钻头对准墙上所标注位置钻孔，如遇岩石破碎或出水较大，无法钻进时，则要停钻，注入双液浆止水，再扫孔钻至设计孔深。钻孔按照从下到上，先底部，再两边，最后顶部，隔孔钻进的原则进行。前述方案二在征得设计单位同意后实施。3、开挖时遇溶洞涌水时注浆止水开挖前虽经超前探水孔预注浆和围岩超前预注浆，在开挖过程中，仍有可能遇到岩溶管道涌水。对溶洞涌水需立即进行注浆止水处理。一般在出水口附近钻24个分流孔以减少流量和水压。当涌水量及压力较大时，可视具体情况再增设12个分流孔，分流孔在一定深度（35m）溶洞或溶隙交汇。再在出水口及分流孔孔口安设孔口管，并对孔口管与孔壁之间用堵水材料有效封堵，最后进行注浆止水。4、裂隙出水点的注浆止水开挖过程中遇岩溶裂隙面出水或砂岩裂隙面状出水，则采用“围截注浆法”注浆止水。先在出水点周围适当的范围内布孔注浆，以形成封闭式止水帷幕，浆液充填与大裂隙连通的小裂隙，既加固了这部分围岩，又利于提高其抗水压的能力。这样从远到近，由外至里，层层缩小包围圈，在注浆深度范围内使岩溶裂隙水和砂岩裂隙面状水成为管道型涌水，最后在集中出水口作逆流注浆。这样浆液扩散更有方向性，沿大裂隙逆流而上到达更深远的部位，把水堵到更深的地层。其注浆布孔见附图“裂隙出水点直接注浆堵水设计图”。（四）注浆工艺1、注浆参数1）超前探水孔预注浆参数探水孔终孔超出开挖轮廓线外1.5m，孔深15m。注浆方式为孔口管一次性单液注浆或双液注浆。注浆终压为测试水压力的23倍。2）岩溶承压水地段全断面预注浆参数浆液单孔有效扩散半径2.5m，终孔间距3.75m。预注浆加固范围视岩层地质情况分别为5m和8m。开孔直径不小于90mm，终孔直径不小于65mm。注浆终压为测试水压力的23倍。3）岩溶裂隙出水点注浆参数孔口间距11.5m，可根据现场情况适当调整。注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交，注浆孔径50mm。浆液单孔有效扩散半径2.0m。注浆终压不大于0.5MPa。2、注浆材料1）水泥：425#普通硅酸盐水泥。2）水玻璃：模数2.42.8，玻美度50Be。3）浆液配比：单液水泥浆：水灰比0.6:11:1，先稀后浓，可加入适量的速凝剂。水泥水玻璃双液浆：水泥浆与水玻璃浆液体积比1:0.31:1，凝胶时间13分钟。化学浆液根据现场情况选定。预注浆工艺流程图注浆设计测量放孔（用油漆标注在掌子面上）钻机平台就位、固定钻机平面及仰俯角确、固定开孔、安装孔口管安装灭尘器钻注浆孔压水试验孔深确认注浆浆液制备是否已经完成本循环钻孔及注浆钻注浆效果检查孔接通动力电源安装供风糸统安装灭尘供水系统转入下一钻孔是否满足注浆质量标准设计补注浆钻孔位置及深度结束3、注浆工艺流程及施工方法1）工艺流程见上图“预注浆工艺流程图”。 注浆孔造孔全断面预注浆孔造孔。采用设备：由四台MK-3型全液压坑道钻机组合成钻孔平台车组，与两台电动空压机(20m3/7kg/cm2)，以及冲击钻具共同组成一个生产单元。配置糸统见下空压机2钻机1钻机3钻机4空压机1钻机2钻孔设备配置图主要设备表序号设备名称型号单位数量1钻孔平台车自制台42钻机MK-3套163空压机台8成孔方法：钻机的回转推进由钻机本身的液压糸统完成，凿岩由高压风驱动潜孔冲击器及相应钻具完成。钻孔平台车组定位：在组合钻孔平台时，将四台钻机的滑道横轴安装在同一平面上，定位时将其按设计位置固定并与掌子面保持平行。 钻孔方向控制钻孔前要按照设计及钻机所在位置，计算出各钻孔在工作面上的座标，用经纬仪放出注浆孔的准确位置，开孔前在钻机的尾部中点安装点光源（激光灯），经钻机前端中点与掌子面钻孔位置于同一轴线上，固定钻机，保证钻杆中心线与设计注浆孔中心线相吻合，在钻孔过程中也要及时检查校正钻杆方向。 钻机承担任务划分在作业过程中，四台钻机各自应完成的钻孔。方案一见下表； 隧道轮廓线外5m范围内超前预注浆各钻机完成钻孔表完成顺序1钻机2钻机3钻机4钻机备注116101423812163571115429131754263135621242933719222734820253032918232849103741455111394347361240424652133844485014535861621555575963165666(检)6064(检)175465(检)注:(检)-用地质钻机，采取岩样的注浆质量检查孔. 埋设孔口管孔口管是一端焊有法兰盘的钢管，长度根据需要确定。孔口管的作用：安装灭尘器；测量钻孔出水压力及涌水量；按装注浆栓塞。孔口管的安装范围：全部预注浆钻孔。孔口管的安装方法：安设孔口管前，先在钢管上缠绕麻丝，用钻机强力推入孔中并用膨胀镙栓加固，以免测量水压或注浆时钢管冲出孔外，影响注浆和危及人身安全。 注浆A、注浆机具：见下表注浆机具配置表序号名称规格单位数量备注1注浆泵HFV-5D流量：（070）2 l/min台42搅拌机MVT-400 有效容量：400 l台43混合器“T”型混合器 口径25mm个84胶管内径25mm 耐压15Mpa米若干5止浆塞双管式套10另有备用量6高压球阀耐压15Mpa个30另有备用量7抗震压力表015Mpa块208快速接头个若干9流量计LD型电磁流量计或ZL-1型注浆流量计台8另有备用量B、注浆材料：水泥：425#普通硅酸盐水泥，受潮结块严禁使用。水玻璃：模数2.43.0，浓度50Be。缓凝剂：磷酸氢二钠。速凝剂：三乙醇胺、氯化钠。C、制浆：单液水泥浆配制：先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，同时加入速凝剂，待全部溶解后放入水泥，继续搅拌3分钟即可。双液水泥水玻璃浆（C-S浆）： C-S浆中水泥浆越浓，水泥浆与水玻璃浆比值越大，凝胶时间越短，一般在30秒到数分钟；另外可加入缓凝剂及速凝剂来调整凝胶时间，可调范围为十几秒到几十分钟。双液浆的配制：水泥浆的配制同上，水玻璃浆的配制要先在搅拌桶内加一定量的清水，再放入一定量的浓水玻璃，搅拌均匀即可。两种浆液通过注浆机在混合器处混合后进入地层。制浆注意事项：为保证浆液质量，配料时制浆材料必须计量准确，水泥、缓凝剂、速凝剂等固相材料可采用重量称量法，水、水玻璃可采用体积称量法。其中水、水泥、水玻璃称量误差不应大于2%，外加剂称量误差不应大于1%。严格按顺序加料，有外加剂的浆液中，外加剂未完全溶解，不得加入水泥。搅拌时不得将绳头、纸片等杂物带入搅拌机内，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。搅拌时间不得少于规定值，以免浆液搅拌不匀。掺有缓凝剂的水泥浆必须在30分钟内用完。D、注浆准备工作:对于在工作面显露并和注浆孔连通的裂隙，应喷射砼予以封闭。喷射砼的厚度以2530cm为宜，并有一定的宽度，以免浆液从裂隙泄漏。开始注浆前，应首先根据预计的注浆量，检查注浆材料数量能否满足连续注浆要求，如不能保证连续注浆要求，则要等补足数量后才能注浆。其次，要对注浆系统进行压水检查，压水压力一般为设计注浆压力的1.2倍，以检查各注浆机具的密封性和完好性，同时检查搅拌机运行状况，发现问题立即解决，以避免在注浆过程中因机械故障而造成注浆中断。第三，检查止浆塞的磨损程度，若发现止浆塞不能有效密封止浆，应立即更换，以免从止浆塞返浆，凝固后使注浆芯管无法拔出，影响正常施工。E、注浆栓塞安装:在一般水压的钻孔中，栓塞采用人力或通过机械帮助能够送入孔中的情况下，尽可能采用机械膨胀式栓塞。当静水头很高时，普通的止水栓塞难以送入孔中，必需选用小直径高膨胀水压式栓塞。栓塞的耐压强度应大于15MPa，安装时用钻机送入孔中约10m深处，在钻机夹紧状态下加压膨胀。通过中心管向地层注浆。F、压水试验:注浆系统检测查合格后，立即转入压水试验。观测静止水位-每一分钟观测一次，当连续三次变化小于1cm/min时，则最后一次水位为静止水位。压水实验完成系列升压步骤接着减压（MPa）：0.10.30.50.71.00.70.50.30.1。压力起点为静水压力。压水试验过程应按规定格式详细纪录.根据地层的渗透性能确定注浆配合比。G、向孔中注浆:单液注浆管路连接方式比较简单，双液注浆管路连接见下图。注浆管路连接示意图对于涌水压力较小的注浆孔，可将注浆芯管焊在法兰盘上，再安装在孔口管法兰盘上如下图，进行注浆。孔口管注浆示意图如是分段前进式注浆，在该注浆段完成注浆后，扫孔钻进至下一段，然后注浆，如此往复，直到设计深度。前进式注浆的分段长度和位置，要根据钻孔时的情况来确定。岩石破碎难以钻进或遇大量涌水时，要立刻注浆加固围岩或堵水，然后扫孔钻进，注浆，如此往复，直至达到设计深度完成全孔注浆为止。如钻孔过程中水量不大，可钻进810米，注浆；再扫孔钻进810米，注浆，直至设计深度完成全孔注浆为止。胀水压式栓塞。栓塞的耐压强度应大于15MPa，安装时用钻机送入孔中适当位置，在钻机夹紧状态下加压膨胀。通过中心管向地层注浆。H、注浆压力的控制开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上，随注浆阻力的增大，泵压随之升高，当达到调定值时，会自动停机，不致于产生超压注浆的危险。I、注浆泵流量的控制注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制按钮和排量记录仪方便地加以控制。J、凝胶时间的控制通过操作注浆泵上的两个按钮，调节注浆泵的两个出浆口的流量，变化水泥浆与水玻璃浆的注入比例来控制。在注浆过程中，为保证胶时间的准确，须经常测试，每变换一次浓度或配比时，需要取样实配，测定凝胶时间；同时在泄浆口接浆测定双液浆的实注凝胶时间，避免异常情况发生。 注浆结束标准及结束注浆注浆结束标准根据注浆压力和注浆量来控制。一般采用定压注浆。当注浆压力逐步升高，达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆；单孔注浆量与设计注浆量大致相同，注浆结束时的进浆量在2030 Lmin以下，可结束本孔注浆。注浆结束时，应先打开泄浆管阀门，再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净后方可停机。 化学注浆全断面预注浆结束后，在开挖面周边打超前小导管，用化学浆液加固开挖轮廓线以外40cm的范围以加强阻水效果。化学浆液根据现场情况可选用油溶性聚氨脂浆液或其它种类浆液。 注浆效果检查每循环注浆设3个检查孔，以检查注浆充填情况。