输水隧洞断层破碎带突涌水超前预处理

2018-06-27 07:38于金民
东北水利水电 2018年6期
关键词:隧洞浆液灌浆

于金民

(新疆伊犁河流域开发建设管理局,新疆乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

某输水隧洞工程其中的一个施工标段,全长5.2 km,地质情况复杂,软硬岩比重分别占46%和54%。从其地下水系统分析,在第三系岩层当中,有着大量的裂隙承压水,以及多层孔隙承压水,同时水头高度比较高。石炭系洞段以基岩裂隙潜水为主。

此次研究的隧洞穿越较大断层有F72,F3等,压扭性,走向为近E-W向和NW向,倾角较陡,其中F72断层带为某河大断裂带的一个重要分支断裂,位于主洞桩号2+930-3+010段,走向近EW,据物探EH4测试成果其断层影响带宽度为80 m左右,断层带完整性较差,并富水,最大涌水量达2 674 m3/d,易发生围岩坍塌、突涌水、涌泥涌砂等不良地质灾害。

2 超前预处理方法总体原则

对F72断层破碎带进行施工建设时,采用开挖面地质素描、TSP203地震反射法和超前钻探做好超前地质预报工作。以围岩为对象,预测并实践检验其富水程度,以及其破碎程度。结合判断得出的结果及之后进行施工时选择何种辅助手段,实际开挖时,加大对完成开挖地段的监控量测力度并制定之后的施工方案。

3 F72断层突涌水超前预处理施工方法

对隧洞发生较大的突涌水,应按照“以堵为主,堵排结合”的原则,制定完善的应急预案,以保障施工安全。

3.1 应注意的问题

由于隧洞埋深普遍较大,地下水在隧洞中的出溢状态复杂,存在重要的富水带,在出现突发大涌水的可能时,应采取超前工程措施,尽量避免出现大涌水、涌砂现象发生。承压水洞段若隧洞出水量不大或基本无水时,应尽可能及时封闭围岩,避免隧洞出水量逐渐增大,严重恶化不良地质洞段围岩的稳定条件,特别要防止隧洞滞后大涌水、涌砂和围岩失稳的现象发生。

3.2 超前帷幕灌浆堵水

以新奥法原理为指导,对所有断面采取封闭性的方式,将深孔进行注浆处理,实现固结止水的目的,从而让开挖面与隧道附近二者形成加固区,将地下当中的水流路线切断开来,确保围岩处于稳定状态,提升开挖工作的安全性。

以开挖轮廓线为参考,在其外部5 m范围的地段进行注浆,注浆段长度一般按30 m设计,分三环实施:第一环30 m,第二环20 m,第三环12 m。全断面共布设40个孔。从注浆段来看,在其完成注浆工作之后,预留5 m的长度不进行开挖,呈伞形辐射状,钻孔布置成数圈,内外圈按梅花形排列,并采用长短孔相结合,以达到注浆充分、不留死角,浆液扩散半径3.5 m,孔径不小于φ75 mm,灌浆压力2.5~3 MPa。

4 钻孔作业

4.1 止浆墙施工

根据注浆规划,对止浆墙进行建设。就止浆墙而言,其位置选择在开挖面的后侧,墙的厚在0.8~1.0 m之间。

4.2 布孔

在工作平台之上,测量人员根据设计规划要求,运用红色的油漆对钻孔部位进行精准的描画,对其编号进行标注,将其位置直接定位标识在掌子面上。

4.3 钻孔

钻出较大的水,无法继续钻进时,停止钻孔,安装闸阀,进行封闭,测量涌水量和水压力,然后进行注浆。

钻孔分段一般为5~6 m,出现以下情况应及时调整:凡遇断层破碎带处,应继续钻进并穿过破碎带1 m后停钻即为分段长度,钻孔遇突然涌水,累计钻孔出水量超过1 L/s,或其他岩洞段累计钻孔出水量超过3 L/s时,应停止钻进,均为一个分段长度。

超前预注浆中的各类钻孔应分段作孔斜测量。钻孔过程中,以每5 m为间隔,允许最大偏差0.05 m进行测量,对偏斜情况进行详细记录,查找出现偏斜的原因,采取措施予以纠正处理。

钻孔过程中,需对孔号、发生溢水的部位、溢水量与相应的水压、进尺等情况进行详细记录。

4.4 钻孔冲洗及压水试验

压水试验在裂隙冲洗后进行,其压入流量稳定标准是指在稳定压力下每2~5 min测读1次,一直测读4次,直到其数值的极大、极小值二者差值控制在最终值的10%范围当中,则停止压水试验,将最终值当作计算值。

另外,压水试验前要通过压力表(0~2 MPa)检测每一分段的地下水静水压力,以便确定每一分段的注浆压力。

5 注浆

1)设计注浆压力

地下水静水压力不大于2 MPa时,P=P0×2;地下水静水压力大于2 MPa时,P=P0+(1.5~2)MPa。其中:P——注浆终压,MPa;最少不能低于1.0 MPa;P0——地下水静水压力,MPa。

超前预注浆压力P依据现场检测的每一分段地下水静水压力、压水试验及上述公式确定。

2)双液注浆管路系统,见图1。

图1 双液注浆管路

3)制浆。根据室内试验配合比采用制浆机进行水泥浆液或水泥、水玻璃双浆液的拌制,拌制时间不得少于30 s,且成品浆液需在4 h内使用完。水玻璃采购波美度35 Be的成品,根据现场双液注浆效果进行配比调整。

4)进浆。根据双液注浆配比1∶0.3,调整双液注浆机2根吸浆管浆液流速,保证经混合器出来的浆液满足设计配比1∶0.3的要求。施工过程中需先开水泥浆进浆阀门,后开水玻璃进浆阀门。停止注浆施工时需先关闭水玻璃进浆阀门,后关闭水泥浆进浆阀门。

5)出浆。出浆口设置2个压力表(0~16 MPa),确保混合器出浆,浆液压力满足设计注浆压力的要求后,打开进浆阀注浆。

6 特殊情况下的注浆措施

1)注浆中断。若发生长时间中断,需对钻孔进行冲洗,同时对注浆设备进行检查,找到出现中断的原因,针对性给出应对策略,对处于中断状态的孔段再次进行注浆。

2)串浆。如果出现串浆情况时,可将浆同时浇灌到出现串浆的深孔当中,或通过堵头对出现串浆的深孔进行封堵,一直到完成灌浆之后,再把出现串浆的深孔打开,然后对其进行清扫与冲洗,接下来继续开展注浆或者是钻机工作。

3)漏浆。如果岩层出现了严重漏浆情况的话,停止中断注浆工作,查明原因。对吸浆量长时间不减小,压力升高极其缓慢的灌浆孔段,应采取“定量供浆、间歇灌浆”的方式处理。

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