厦门 海底隧道基岩裂隙水处理

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定压为第一控制原则,如果长时间注浆压力不上升,应将注浆材料调整为 HSC 单液 浆,然后按定量标准进行注浆控制;二序孔注浆结束标准以必须达到设计注浆终压 为原则进行控制。
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对于非水泥基浆液的耐久性,只要经过充分化学反应,生成凝胶的不易再继续发生
反应的化合物时则浆液本身已具有耐久性,在动水压作用下,劈裂脉之间的夹层泥、
砂被水逐渐冲击,形成“渗透→流水→涌水”,从而形成大量破坏,涌水的发展将
浆液主脉冲出。因而,只要地层注浆机理是劈裂作用,如果产生渗透水后置之不理,
就有可能产生这一破坏现象,解决或避免这一破坏现象的主要方法是加密注浆孔
径向注浆适用于当前方地层为富水岩体裂隙构造时,只要总涌水量不超过 30m3/h,那么将不会对正常开挖施工造成太大影响,完全可以通过采取径向注浆措 施进行注浆堵水。 1 设计参数
径向注浆是在隧道开挖完成后实施的,它垂直于开挖轮廓线环向布设φ42 注浆 钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置,开孔间距 1.5m,排距 3m。根据围岩状况,当围岩 条件较好时,可不安设注浆小导管,直接采用 TSS 止浆系统进行注浆施工;当围岩 条件较差时,应进行注浆小导管的安设,利用注浆小导管进行注浆施工,加固围岩, 以达到抗水压要求。径向注浆设计如图 7-2 所示。
12h
30min 30min
30min 30min
8h
10.1
1d
4.4
12.3
6.4
抗压强度
3d
7.1
1.5
8.9
1.3
12.8
8.3
(MPa)
7d
11.0
3.9
20.5
7.0
16.8
9.6
28d
20.5
10.0
24.2
17.1
19.9
12.4
90d
23.0
17.8
29.2
23.6
20.7
13.8
普通水泥单液浆
围。
件下采用。
径向注浆。
②具有极高的抗压、抗剪强 ②颗粒粗,在微小裂隙条件下注
度,能得到较好的径向注浆 浆困难。
加固效果。
③收缩率较大,不宜在对防水等
③单价低。
级要求很高的条件下采用。
①终凝时间较长,具有良好 ①终凝时间较长,受地下水稀释 适 宜 于 各 种 地
的可注期,能够得到大的注 影响,对其凝胶化性能会产生影 层 的 径 向 注 浆
工中串浆的发生,从而提高径向注浆加固效果。 4 注浆工艺
径向注浆采用注浆花管(必要时采用 TSS 管)进行全孔一次性注浆。注浆管采
用φ42mm、δ=3mm 焊接钢管加工制作。注浆顺序宜按两序孔进行,即先跳孔跳
排注单序孔,然后注剩下的二序孔。这样,通过实施约束型注浆模式,实现挤压密
实的注浆目的。径向注浆施工工艺流程如图 7-3 所示。
隧道开挖
一般破碎带 自进式锚杆
裂隙致密带 TSS 注浆管
断裂风化带 TSS 注浆管
配置浆液
注浆 效果检查
未达到要求
达到要求
结束注浆 图 7-3 径向注浆方案施工工艺流程图
补孔注浆
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5 注浆结束标准控制 一序孔注浆结束标准以定量定压相结合为原则进行控制。注浆施工过程中,以
隧道周边围岩地质性能的改善,主要靠注浆充填固结,在海底断裂带、大裂隙 破碎带以及风化槽地带,通过全断面超前帷幕注浆,是地层性能得到改善,防止了 隧道开挖过程中的涌水突泥事故,在一般裂隙带及普通施工带,隧道开挖施工过程 中不会出现大的涌水及突泥事故,围岩也较为安全,裂隙水不会导致围岩坍塌和失 稳,为了控制裂隙水的渗流,可通过周边帷幕注浆方式填充裂隙通道,如果裂隙致 密,可采用径向注浆方式,即对围岩裂隙填充,又起到围岩长期加固作用。围岩整 体性较好,局部存在集中渗漏水空洞部位,将会引起结构防排水施工困难的地段,
(三)地层固结径向注浆
注浆方案选择的合理与否对施工速度和施工进度会造成很大影响。实施全断面 超前预注浆要占用掌子面,这样掌子面就开挖缓慢,而实施开挖后径向注浆基本不 会对掌子面开挖形成影响,因而当施工环境适合径向注浆时应选择径向注浆措施。
确定实施径向注浆方案条件的目前最可靠方法是超前探孔。通过利用超前探 孔,判定水流方向,测算总涌水量,确定裂隙发育段和裂隙发育度,从而判析出前 方地层在开挖后是否能够自稳,是否存在着大量涌水、涌砂的可能,是否能保证涌 出水量不会对施工造成太大的影响,并确定在开挖施工完成后是否能对涌水量进行 控制。
2 超细水泥单液浆(简称 MC 浆) MC-20 细度以下超细水泥
0.6:1~0.8:1
3 HSC 单液浆(简称 HSC 浆) HSC 材料
1:1
4 TGRM 单液浆(简称 T 浆)
TGRM-Ⅱ型材料
1:1
采用选择的配比参数配制浆液进行室内试验。试验结果如表 7-3 所示。
表 7-3 径向注浆材料性能试验结果表
图 7-2 注浆孔横断面布设图
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径向注浆设计参数见表 7-1 所示。
表 7-1 径向注浆设计参数表
序号
名称
设计参数
1
加固厚度
B=0.2~0.5D 或 5m
2
注浆材料 普通水泥单液浆、超细水泥单液浆、HSC 浆(或
TGRM 浆)
3 扩散半径/m
浆量和注浆加固范围。
响,因而在水压高、水量大条件 加固。
超细水泥单液浆
②固结体抗压、抗剪强度极 下会有一定的浆液损失。 高,能得到最好的注浆加固 ②单价高。
效果。
③略有收缩性,不宜采用大水灰
③颗粒细,在地层中,特别 比进行注浆加固施工。
是砂层中能得到其它浆液
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HSC 浆和 TGRM 浆
3 注浆方式
不具有的渗透和劈裂效果, 是径向注浆的最佳材料。 ①具有较好的抗分散性、能 有效地控制注浆区域,适宜 在水流量大的条件下注浆 施工。 ②早期强度高,对抑制地层 变形有较好的效果。 ③具有膨胀性,注浆后堵水 效果好,不会产生渗透水现 象。
①粘度大,初凝时间短,易堵管。 适 宜 于 水 量 大
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采用补充注浆方式。
(二)周边超前帷幕注浆技术
1 施工设计 为了防止海底一般地段隧道开挖以后,围岩本身存在的裂隙和在隧道应力场重
新分布以后产生细小裂隙,在应力的诱导作用下,造成扩张,裂隙通道被海水软化, 地下水渗漏,隧道开挖施工前必要时对隧道开挖轮廓线周边进行帷幕注浆封堵。周 边帷幕注浆断面布置见图 7-1 所示。
性。
目前国内外常用的注浆材料可基本分为水泥基浆液和非水泥基浆液。水泥基浆
液是指以水泥为基本主要材料所配制的浆液。常用的有普通水泥单液浆、超细水泥
单液浆、以及目前新推广应用的 HSC 浆和 TGRM 浆。非水泥基浆液是指水泥基浆液
以外的其它注浆材料,例如普通水泥-水玻璃双液浆、改性水玻璃、环氧树脂等。
根据以往注浆施工经验和室内浆液试配结果,径向注浆材料配比参数如表 7-2 所示。
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表 7-2 径向注浆材料配比表

浆液名称

原材料要求
宜选择配比(水灰比)
1 普通水泥单液浆(简称 C 浆) P·O32.5R 以上普通硅酸盐水泥
0.6:1~0.8:1
8h
1.8
1d
1.4
2.0
1.9
抗折强度
3d
2.3
0.8
2.8
0.7
1.0
2.3
(MPa)
7d
3.3
1.8
3.6
2.4
1.3
2.3
28d
5.0
3.0
5.6
4.1
1.3
3.1
Biblioteka Baidu
90d
5.7
4.4
5.1
4.9
1.1
1.8
试件收缩率
-3.34% -6.3% -1.79%
-6.7%
2.2%
0.42%
注:1.初凝时间以浆液不流动为止,终凝以浆液有强度、固化,可以脱模为止。2.试件胀缩率正值指试件膨胀,负 值指试件收缩。
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七、厦门东通道海底隧道基岩裂隙水 处理对策
(一)概述
厦门东通道海底隧道基岩段以燕山早期第二次侵入的花岗闪长岩及中粗粒黑 云母花岗岩为主,其内穿插二长岩、闪长玢岩、辉绿岩(玢岩)等岩脉。基岩按风 化程度可分为全、强、弱、微四个风化带。地下水赋存形式分为松散岩类孔隙水、 风化基岩孔隙、裂隙水、基岩裂隙水三种,其中松散岩类孔隙水赋存于第四系全新 统海积层中,风化基岩孔隙、裂隙水赋存于基岩全、强风化层中,基岩裂隙水赋存 于基岩的风化裂隙及构造裂隙中;海域地层中除海积的砂层及可能存在的富水性好 的基岩破碎带外,无明显的含水层与隔水层,总体上富水性弱,渗透性较差,为弱 或微含水层;海域地下水主要受海水的垂直入渗补给,受海水压力的影响,地下水 具承压性。根据多次地质勘查资料表明,厦门东通道海底隧道工程地质、水文地质 条件异常复杂,对施工极为不利。
径向注浆材料性能特点及施适应范围见表 7-4。
表 7-4 径向注浆材料性能特点及施工范围
材料名称
优点
缺点
使用范围
①凝胶时间长,具有较长的 ①初凝时间长,易被地下水稀 适用于水量小、 可注期。注浆时能够得到较 释,影响其凝胶化性能和强度, 低水压、宽裂隙
大的注浆量和注浆加固范 因而不宜在水压高、水量大的条 的 地 质 条 件 下
②粘度大,在微小裂隙和小空隙 的 径 向 注 浆 堵
率地层中注入困难。
水施工
径向注浆采用全孔一次性注浆方式进行施工。
当地层裂隙不太发育时,径向注浆管可采用自进式锚杆,或钻孔后下入注浆花
管进行注浆施工;当地层裂隙比较发育时,或在断层破碎带及风化槽段,径向注浆
要求很高,因而宜采用 TSS 管(即单向袖阀式注浆管)结构,以减少或防止注浆施
海底隧道设计为中间低的纵坡,坡度为 3.5%,对施工期间和运营的排水极为不 利。施工期间底层渗漏水和施工用水需要通过抽排出洞外,施工期间渗水量过大, 将会干扰掘进施工并影响到施工进度。如果工作面积水或抽排不及时将会直接影响 机械操作。围岩渗水也影响到机械运转,供电照明等。
根据施工设计地质勘探预测,单洞隧道涌水量将达到 40000m3,除了大的断层 影响带及海底风化槽可能出水量偏大外,一般基岩带裂隙渗水汇集量也会很大。因 此,仅靠抽排系统运转,将会加大抽水能力的负荷,影响涌水带的应急应变能力。 利用注浆封堵大部分深水将会更有利于施工。
材料名称
普通水泥单液浆
超细水泥单液浆 HSC 单液浆 TGRM 单液浆
原材料名称
P·O32.5R 普硅水泥
MC-20 超细水泥
HSC 材料 TGRM-Ⅱ材料
浆液配比(水灰比) 0.6:1 0.8:1 0.6:1
0.8:1
1:1
1:1
凝结时间
初凝 终凝
16h 21h
24h 1h20min
2h
48h
9h
1~2
4 环向间距/m
2~3
5 纵向间距/m
1~2
6
布孔方式
全环梅花型布置
7
注浆终压 2~3(MPa)
8
注浆速度 20~50(L/min)
注:1、B――加固厚度(m)。2、D――开挖断面宽度(m)。
2 材料选择
径向注浆作为工程结构的一部分,它起到加固堵水和抗水压的作用,因而在选
择径向注浆材料时一定要综合考虑注浆材料的耐久性、高强性以及收缩性和无污染
图 7-1 周边帷幕注浆断面布置见
2 注浆参数选择 注浆范围:隧道开挖轮廓线外 5m 范围, 注浆段长:每循环长 20m,开挖 17m, 注浆压力:1.5~2MPa, 注浆材料:超细水泥、水玻璃
3 周边帷幕注浆实施原则
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周边帷幕注浆主要适用于节理、裂隙发育、富含地下水的地层中,它的主要目 的是封堵基岩裂隙水,以及爆破震动可能引起的裂隙张开,施工时根据超前钻孔以 及掌子面围岩渗漏状况确定是否采用全断面或周边帷幕注浆。
数,加入钢管形成支护构架,采用超细型材料形成主脉下渗透,注浆过程中采用低
压力,小流量使主脉厚度减小。这样只要能形成网络状结构体系,支护后实施径向
补强注浆,真正做到初支不渗漏,二衬无水,不使水形成动水,那么地层越不容易
被破坏。
径向注浆应尽量采用高浓度浆液配比,以提高浆液的抗压和抗剪能力,减少浆
液的收缩率。同时在选择浆液配比时,又要充分考虑浆液的可注性和可操作性要求,
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