暗挖隧道帷幕注浆工程施工组织设计方案

/新建铁路XXX城际轨道交通工程XX标暗挖隧道帷幕注浆专项方案中铁XX局集团有限公司XXX城际XXX标项目经理部二○一三年十二月新建铁路XXX城际轨道交通工程XX标暗挖隧道帷幕注浆专项方案编制：审核：审批：中铁XX局集团有限公司XXX城际XX标项目经理部二○一三年十二月目录1施工概况11.1地质概况11.2水文概况22注浆目的23注浆段落34注浆前准备工作35注浆施工方案35.1孔位布置35.2钻孔45.3埋设孔口管45.4确定注浆参数46注浆工艺和作业要点56.1注浆工艺流程56.2注浆段长和注浆孔的布置56.3注浆方式66.4注浆参数的选择66.5止浆岩盘66.6埋设孔口管66.7钻孔76.8浆液配制76.9注浆准备76.10注浆86.11注浆速度106.12注浆结束标准106.13异常情况处理116.14注意事项117.安全质量保证措施127.1安全保证措施127.2质量保证措施131施工概况XXXXXXXXXXXX,XXXXXXXXXXXXXXXXX,XXXXXXXXXXXXXXX.XXXXXXXXXXXXXXXXXXX,XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX,XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXx.1.1地质概况隧道上覆第四系全新统人工堆积层〔Q^4ml^、冲积层〔Q^4al^及第四系残积层〔Qel^,下伏基岩为下第三系〔E含砾砂岩,具体地层描述如下：〔1第四系全新统人工堆积层〔Q^4ml^①^1素填土：褐黄、灰黄色,松散～稍密状态,主要成分为风化黏性土、砂砾、碎石或砼碎块。局部钻孔顶部0.30～0.60m为砼。厚0.50～5.00m,层底高程8.92～16.98m。〔2第四系全新统冲积层〔Q^4al^=1\*GB3①粉质黏土：褐黄色,硬塑,具中压缩性。厚1.00～18.40m,层顶高程4.43～16.37m,层底高程-4.96～14.21m。=2\*GB3②^2淤泥质粉质黏土：灰黑色,流~软塑,不均匀含有机质,具高压缩性。厚1.10～8.00m,层顶高程-2.91～13.78m,层底高程-5.41～10.08m。〔3残积层〔Qel^=1\*GB3①^1粉质黏土：浅黄、紫红色主,硬塑,为含砾砂岩风化残积土,遇水易软化,具中压缩性。厚0.80～11.70m,层顶高程-2.26～16.80m,层底高程-3.86～12.27m。〔4下第三系含砾砂岩〔E下伏基岩为下第三系含砾砂岩,泥质胶结,砂状结构,层状构造,按风化程度可分为<11>^1全风化含砾砂岩、<11>^2强风化含砾砂岩和<11>^3弱风化含砾砂岩3个亚层,分述如下：<11>^1全风化含砾砂岩：岩芯呈土状、土夹砂砾状,厚0.50～9.70m,层顶高程-5.59～15.21m,层顶埋深0.00～20.90m。<11>^2强风化含砾砂岩：岩芯呈碎块状,局部柱状,揭露厚度0.70～16.30m,层顶高程-9.09～16.98m,层顶埋深0.50～24.40m。<11>^3弱风化含砾砂岩：岩芯呈柱状及少量碎块状,层顶高程-30.04～17.80m,层顶埋深0.00～45.80m。1.2水文概况〔1素填土：褐黄、灰黄色,松散～稍密状态,主要成分为风化黏性土、砂砾、碎石或砼碎块。厚约3.2m〔2粉质黏土：褐黄色,硬塑,具中压缩性,基本承载力180KPa,厚7.3m。〔3淤泥质粉质黏土：灰黑色,流~软塑,不均匀含有机质,具高压缩性,基本承载力70KPa,厚约8m,已侵入洞身范围约3m。隧道洞身主要为强风化含砾砂岩,基本承载力350KPa,隧底主要为弱风化含砾砂岩,基本承载力600KPa。本次勘察地下稳定水位埋深约2.50m,各岩土分层的渗透系数建议值如下：冲积粉质黏土、淤泥质粉质黏土层,含水量很小,具弱透水性,建议取渗透系数k＝0.05m/d。残积粉质黏土,含水量较小,具弱透水性,建议取渗透系数k＝0.1m/d。全风化含砾砂岩,含水量不大,具中等透水性,建议取渗透系数k=1.5m/d。强风化含砾砂岩,含水量较大,具强透水性,建议取渗透系数k=3m/d。弱风化含砾砂岩,含水量不大,具中等透水性,建议取渗透系数k＝1.0m/d。2注浆目的注浆主要目的是加固围岩,限制排水量,保证隧道洞室稳定,确保施工及运营安全。本方案设计排水量控制标准按注浆后每延米洞壁渗漏量不大于1m3=1\*GB2⑴防渗降低围岩的渗透性,消除或减少地下水的渗流量,降低孔隙水压力,提高围岩的抗渗透变形能力,限制排水量。=2\*GB2⑵堵水截断水流、改善工程施工,运营条件。=3\*GB2⑶固结改善隧道围岩的力学性能、提高其整体性。3注浆段落区间矿山法隧道采取上半断面深孔帷幕注浆,对掌子面前方地质进行超前加固。4注浆前准备工作注浆人员组织：成立专门的注浆作业班,每班8人。隧道预注浆机具设备包括钻孔机械、注浆泵、浆液搅拌机、止浆塞、混合器以及流量计、压力表、阀门、注浆管路等配套装置。采用机械设备见下表：注浆施工机械设备配备表表4-1序号名称规格型号产地现状数量<台>备注1提升台架自制良好22地质钻机GK-180-1中国良好23注浆机KYB-70中国良好24止浆塞5流量计中国良好26压力表中国良好27搅拌机WNJ5.5中国良好25注浆施工方案5.1孔位布置深孔注浆加固范围为隧道上半断面开挖轮廓外2m范围内,注浆沿隧道掘进方向17m一循环。一个注浆段完成后留3m不开挖作为下一循环的止水岩盘。上半断面深孔注浆孔由工作面向开挖方向呈辐射布置,钻孔均匀布置,保证注浆充分,不留死角,浆液扩散半径1.5m,每循环超前预注浆共设置90个注浆孔,孔深约20m。深孔注浆布置见下图5-1图5-1半断面预注浆断面图5.2钻孔采用地质钻机开孔,注浆孔开孔直径不小于Ф110mm,终孔直径不小于91mm,成孔后用高压风吹干净。5.3埋设孔口管注浆潜在制浆岩盘内埋设φ108mm,壁厚5mm热轧无缝钢管作为孔口管,注浆导管外露200～300mm,孔管长3m。5.4工艺性试验确定注浆参数在正式注浆前,选择三孔进行注浆试验,初步掌握浆液充填率,注浆量,浆液配合比,凝胶时间,浆液扩散半径,注浆终压等指标。试验时注浆采用定压注浆：采用单液普通水泥浆,浆液浓度图纸设计水灰比范围分别采用水灰比：0.8：1、09:1及1:1〔重量比。注浆压力：注浆压力根据水文地质及工程地质条件确定,其设计终压值一般较注浆处静水压力大0.5～1.5Mpa；当静水压力较大时,取静水压力的2～3倍初步确定。根据现场隧道埋深地质情况及注浆加固止水效果计算注浆压力为8MPa。单孔注浆以定压8Mpa压力注入,注满后稳压10min,检查浆液流量计以基本无浆液注入。效果检查：水灰比采用1:1的水泥浆即可满足掌子面前方止浆效果。单孔水泥用量200kg。6注浆工艺和作业要点6.1注浆工艺流程图6-1深孔注浆工艺流程图6.2 注浆段长和注浆孔的布置根据钻机性能,选用每循环注浆段20m,帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中,所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则,据此根据设计注浆孔数量以隧道上半断面中轴为中心呈放射状布置。6.3 注浆方式采用分段前进式注浆或全孔一次压入式注浆。当钻孔过程中未遇见夹泥层或涌水,就一钻到底,全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水,立即停止钻孔,采取注一段钻一段的分段前进式注浆,直至终孔。6.4 注浆量确定每循环长度为20m,单孔有效扩散半径为0.2m,注浆范围为隧道开挖轮廓线外2m注浆压力：正常注浆压力为静水压力+0.5Mpa,注浆终压不大于2.5倍的静水压力,施工中根据现场注浆试验进行调整。浆液的注入量：指单孔注入量,按假设浆液在地层中均匀扩散公式为：注浆压力及单孔扩散半径：终孔压力为静水压力的2～3倍,单孔注浆有效扩散半径为0.2m浆液单孔注浆量：Q=π·R2·L·n·α·β式中：Q—单孔注浆量〔m3；R—浆液有效扩散半径〔m取0.2m；L—注浆段长度〔m；n—围岩孔隙率,取2-3%；α浆液充填系数,取1,；β—损失率,取1.1；6.5止浆岩盘一个止浆岩盘止浆效果的好坏,将直接关系到帷幕注浆成功与否。本隧道根据注浆段围岩情况预留3m止浆岩盘,这样既确保注浆效果,又避免每个注浆循环重新喷射砼作为止浆墙这道工序,可以加快施工进度。止浆墙位置的隧道断面应适当扩大50～100cm,必要时可安装少量的径向锚杆,确保止浆墙的稳定。止浆墙施工时,可在周边及拱部预埋注浆管,正式注浆开始时,首先进行注浆填充空隙,待止浆墙混凝土强度达到设计强的75%以上后方可开始钻孔注浆施工。6.6埋设孔口管固结牢固密实,保证不漏浆,不窜浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素,其埋设方法：先用YQ-100型冲击式钻机钻3m深,再将Ф108孔口管插入,外露20～30cm,管壁与孔口接触处用麻丝填塞,再向孔口管内注浆固结。孔口管起着导向作用,钻孔安装时要控制好外插角度。安装孔口管的后,测量水压力及涌水量,并按表格填写记录,主要内容有按孔号、进尺、起始时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力等。6.7钻孔先根据设计图孔位,钻孔参数,在工作面上放出钻孔位置,并用油漆标定,调整钻杆的仰角和水平角,移动钻机,将钻头对准所标孔位。将棱镜放在钻杆尾端,用全站仪检查钻杆的姿态并调整。钻机安装应平整稳固,保证钻杆中心线与设计注浆孔中心线吻合,在钻孔过程中要经常检查校正钻杆方向。注浆孔的孔底偏差应不大于孔深的1/40孔深,检查孔的偏差应不大于孔深的1/80孔深。当采用全孔一次性注浆时,可直接钻孔至设计深度。当采用前进式分段注浆时,采取钻一段注一段的方式,直至设计深度。钻孔按先内圈,后外圈的顺序进行,先无水孔后有水孔施工。内圈一排钻孔完成后,及时进行此段落注浆,注浆完成后,进行下一外圈钻孔施工。外圈钻孔可参照内圈钻孔顺序,后序孔检查前序孔的注浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数,另一方面如果钻孔情况注浆效果已达到设计要求,即可进行下一圈孔的钻进。减少钻孔的工作量,加快施工进度。钻孔时,还要严格作好钻孔记录,包括孔号、进尺、起止时间、岩石裂隙发育情况,出现涌水位置、涌水量和涌水压力。钻孔过程中、若单孔出水量小于30L/min,可继续施钻；若单孔出水量大于30L/min,立即停钻进行注浆。6.8浆液配制〔1单液水泥浆按照注浆工艺性试验确定的配合比,单液水泥浆采用水灰比：1:1。先在机内放入定量清水进行搅拌,然后放入水泥,连续搅拌3分钟即可。〔2制浆注意事项为了保证浆液质量,配料时制浆材料必须计量准确。水泥固体材料采用重量称量法,水采用体积称量法,其中水泥、水称量允许偏差不大于1%。严格按照配比加料,搅拌时不得将绳头、纸片等杂物放入搅拌机内,搅拌后的浆液必须经过筛网过滤后方可进入注浆机。搅拌时间不得少于3min,以免浆液搅拌不均匀。6.9注浆准备〔1注浆管路按下图6-2连接,通过压水检查注浆管路密封性,同时冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液冲塞的密封性。图6-2注浆管路连接图〔2对于在工作面上显露并和注浆孔连通的裂隙,应喷射砼予以封闭,喷射砼以25～30cm为宜,以免浆液从裂隙泄露。〔3检查浆液材料数量能否满足连续注浆要求,如不能保证注浆要求,则要等补足数量后才能注浆。〔4要对注浆系统进行压水检查,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,以免在注浆过程中因机械故障而造成注浆中断。〔5检查止浆塞的磨损程度,若发现止浆塞不能有效密封注浆,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。〔6安装止浆塞在一般水压钻孔中,止浆塞采用人力或机械帮助能够送入孔中的情况下,尽可能采用机械膨胀式止浆塞。当静水头很高时,普通的止浆塞难以送入孔中,必须选用小直径的高膨胀水压或气压浆塞。止浆塞的耐压强度应大于6Mpa,安装时用钻机送入孔中注浆位置,加力膨胀。通过中心管向地层注浆。〔7压水试验注浆系统检测合格后,立即转入压水试验。按一个压力阶段进行全孔压水试验,压力零点为静水压力。先观察静止水压,一分钟一次,连续三次静水压力变化均小于压力平均值的1%时,则最后一次即为静水压。然后进行试验,试验时每2分钟同时记录一次压入水量和压力值,直至达到稳定,稳定标准为连续4次观测值的变化幅度均小于平均值的1%。压水试验过程应按规定格式详细记录,根据地层的渗透性能确定注浆配合比。6.10注浆〔1注浆方法a、后退式分段注浆后退式分段注浆利用钻机钻孔,将气囊〔水囊式止浆塞置入注浆钻孔内,通过输水〔气设备,使止浆塞膨胀,和岩壁形成止浆系统,满足分段后退式注浆要求。每注浆段长5米,第一注浆段完成后,后退止浆塞至下一注浆段预定位置进行第二段注浆,如此下去,直至该孔注浆完成后开始下一注浆孔的注浆施工。见下图6-3图6-3后退式分段注浆示意图b、前进式分段注浆前进式分段注浆工艺是针对成孔困难,涌水量很大等特殊地质条件下的一种可行性较高的注浆技术,遇水即注浆,再扫空,再注浆,直至设计孔深。见下图6-4图6-4前进式分段注浆示意图〔2对于涌水压力较小的注浆孔,可将止浆塞放入孔中直接进行注浆。孔深大于8m的钻孔,注单液浆时应考虑分段注入。对于水压力较大的注浆孔,可将注浆芯管焊在法兰盘上。再安装在孔口管法兰盘上,进行注浆。〔3由于岩石破碎或涌水量过大,不能一次性成孔时,设置孔口管并采用分段进行式注浆,在该注浆段完成注浆后,扫孔钻进至下一阶段,然后注浆,如此反复,直至设计深度。〔4注浆泵流量的控制注浆泵流量大小通过调整注浆机的运行速度来控制。〔5注浆顺序先注外圈、后注内圈,同一圈由下而上间隔施作。6.11注浆速度当钻孔涌水量≥50L/min时,注入速度80-150L/min；当涌水量≤50L/min时,注入速度35-80L/min。6.12注浆结束标准〔1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,进浆量小于初始进浆量的1/4,检查孔涌水量小于0.2L/min,可结束本孔注浆；全段注浆结束标准：所有注浆孔均符合单孔结束条件,注浆后隧道预测涌水量小于1m3/<d.m>,可结束本循环段注浆。注浆结束时,应先打开泄浆管阀门,再关闭进浆管阀门并汲清水将注浆管路冲洗干净后方可停机。〔2注浆效果检查全部注浆孔注浆结束后,于断面上下左右及中部各设一检查孔,每孔长约20m,孔径与注浆孔相同,测孔内涌水量或进行压水试验,若满足设计要求,则可以开挖,否则进行补注浆。注浆效果判断标准：=1\*GB3①对注浆过程中的各种记录资料综合分析,注浆压力和注浆量变化是否合理,是否达到设计要求；=2\*GB3②检查孔出水量小于0.2L/min,任一检查孔涌水量小于10L/min；=3\*GB3③检查孔钻取岩芯,观察注浆填充情况；=4\*GB3④根据注浆前后地层声波速度大小对比来判断浆液的填充密实程度；=5\*GB3⑤采用各种手段测定工作面注浆后的涌水量,涌水量小于定值,则质量合格；如不能达到以上要求,则要根据情况进行补孔注浆,直到满足上述要求为止。6.13深孔注浆验收一个段落注浆完成并达到设计龄期后,由监理单位负责对注浆效果进行检查。注浆效果经检查达不到设计要求时,不得进入下道施工工序,由施工单位采取补浆措施,并经监理复检合格后方可进行开挖。6.14异常情况处理若钻孔过程中,遇见突泥情况,立即停钻、拔出钻杆、安装孔口管及高压阀,进行注浆。若掌子面小裂隙漏浆,先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙,并调整浆液配比,缩短胶凝时间；若仍跑浆,在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结。若掌子面前方8米范围内大裂隙串浆或漏浆,采用止浆塞穿过该裂隙进行后退式注浆。当注浆压力突然增高,则只注纯水泥浆或清水,待泵压恢复正常时,再进行注浆；若压力不恢复正常,则停止注浆,检查管路是否堵塞。当进浆量很大、压力长时间不升高,则调整浆液浓度及配合比,缩短胶凝时间,进行小泵量、低压力注浆,以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间,以便凝结；有时也可以进行间歇式注浆,但停注时间不能超过浆液凝胶时间。6.15注意事项为确保注浆效果,施工中要做好以下工作：1、认真填写掌子面地质描述,及时向设计院上报超前地质预报成果,以便及时进行帷幕施工设计,以指导施工。2、严格按设计和施组安排进行布孔,严格掌握布孔参数,并认真做好钻孔记录。钻孔资料将对注将施工提供较为直接依据。3、严格按既定注浆顺序按跳孔原则定量定压或定压原则进行控制钻孔和注浆施工。4、搞好现场注浆试验,在注浆施工前分别取3个孔均以定压注浆原则进行注浆试验,以验证注浆计算设计合理与否。验证合理后,应按所选参数进行注浆控制。否则,监理单位将及时将注将试验情况报设计单位并上报总指,由业主珠三角工程一部组织五方会勘,重新确定现场控制参数。5、严格控制现场注浆,按设计原则进行注浆量控制,当出现个别注浆孔长时间注浆而压力不上升时,适当调整注浆材料和浆液配比参数,以便通过采取复注浆措施到达可控区域注浆,并满足加固圈厚度要求。6、复注浆措施：当注浆压力长时间不上升时,应停止注浆,待8小时后对该孔继续注浆或在该注浆孔旁进行补孔注浆。7.安全质量保证措施7.1安全保证措施成立以工区长为第一责任者的安全生产组织领导机构,自上而下形成安全生产保证体系。召开安全生产会议,分析安全生产形势,总结和部署安全生产工作,组织安全培训。对施工生产实施全过程安全监控。落实安全生产责任制,做到责、权、利相统一,层层签订安全生产包保责任状,把安全生产职责落实到每一级,落实到注浆工点、工序、职工,奖罚严明。各施工班组进行施工作业前,工班长对工班全体人员针对当日进行的帷幕注浆工序进行安全生产操作注意事项讲话,防止施工中各种安全事故的发生。隧道穿越特殊建筑物地段,必须严格工序落实相关技术要求。搞好地质预报,并根据预报结果分析前方