超前预注浆工法

超前预注浆工法

一、前言

工程概述：万家寨引黄工程北干线1#隧洞位于山西省西北部，始于偏关县下土寨分水闸，穿过黄河与海河两大水系的分水岭虎头山，终点位于朔州市中沟湾，隧洞全长43.696km，无压隧洞。设计引水流量为22.2m3/s。本标段工程施工项目为：北干线1#隧洞Ⅰ标输水隧洞（桩号北5+471.241～北13+100.000）剩余4724.659m主洞段施工，全部采用钻爆法施工，主洞圆形断面，衬砌后内径4.10m。

支（北）03洞段下游设计为Ⅱ类围岩，根据设计图纸说明可知：隧洞穿过寒武系徐庄组一段薄层，中厚层砂岩，砂质页岩，岩石较新鲜完整，位于地下水位以下，外水水头30-40m，估测涌水量0.01-0.04 m3/s.km。

已开挖段桩号北10+712.421-北10+722.561段：地层为寒武系中统张夏组二段（∈2Z2），围岩上部岩性为灰色、灰黄色中厚层白云质灰岩；下部为灰黄色、青灰色薄层白云质灰岩。围岩新鲜。岩层产状：走向NE40°，倾角SE，倾角5°。地质构造洞段发育一条45°/70°闭合裂隙。薄层层理发育。地下水本洞段开挖初期无地下水出露。

在对桩号北10＋722.561掌子面顶拱右侧部位（岩性为中厚层白云质灰岩）进行爆破孔施工时，从钻孔内向外涌水，后做探孔工作，钻进1.3m深，施钻压力减弱，随之钻孔也向向外涌水。涌水量由30m3/h增大到75m3/h，经多日观测，其水量未有减水的趋势，说明地下水补给充足。据有关单位要求，该段隧洞停止施工，做封堵工作。因涌水日后又沿中厚层层面流出，在封堵前，对桩号北10+714.561-北10+722.561洞段进行了堵水灌浆。

对于该掌子面已对其进行了超前探孔施工，完成的3个超前探孔情况如下：1#孔沿洞轴线总长40m，在16～19m处存在空洞，28～30m为明显的软弱层，水量逐步增大，但增幅较小；2#孔在洞左腰线部位，上倾角6°，孔深30m，在18～21m处存在空洞；3#孔在洞右腰线部位，上倾角8°，孔深19m，因在19m处时发生卡钻现象，无法完成探孔，但未发现异常。

通过探孔的施工，并经多方讨论,最终决定采用设计图纸进行超前预注浆施工。

二超前预注浆工法的特点：小范围内把岩溶裂隙一次性充填，既减少了钻探工程量，又节省了资金、在最短时间内完成堵水。

三适用范围：围岩软弱破碎，富含大量的构造裂隙水。

四工艺原理：超前预注浆是一种改善围岩结构，提高围岩整体性和自承能力、降低支护成本、提高支护效果的有效方法，利用浆液把围岩周围的各种弱面充实、重新胶结起来，改善围岩的物理力学性能，从而提高围岩的整体稳定性和抗渗性。为掘进工作面安全、快

速推进创造了有利的条件。

本工程支（北）03洞段灌浆任务为主洞超前预注浆。注浆孔呈弧形布置，以钻机钻头为原点向外辐散，左右呈对称布置。钻孔在洞轴线上的垂直投影为55m。（详见下页图）。

说明：图中尺寸单位均以cm计。

五、工艺流程及操作要点

1、超前预注浆施工的步骤

钻孔灌浆按照先灌无水孔,后灌有水孔,从拱顶顺序向下的原则灌注1～8号孔.待全部

灌浆孔完成3～7天后再钻灌9号孔进行质量检查，以检查灌浆施工的效果。

其试验步骤和工艺流程为：钻孔定位——钻孔——钻孔冲洗——压水试验——制浆灌浆——灌浆结束——封孔——检查

2、操作要点：

2.1钻孔定位

根据设计图纸灌浆孔在掌子面上进行测量定位并统一编号。

2.2钻孔

钻孔内容包括灌浆孔、检查孔的钻孔。

钻孔钻进采用300型回转式地质钻机。钻孔采用φ75mm的金钢石钻头钻进，钻进采用清水钻进。

钻孔结束会同监理工程师进行检查验收，检查合格并经监理工程师签认后，方可进行下一道工序。

钻孔工作在灌浆施工中占有极其重要的作用，它的成功与否直接影响灌浆施工的成败。因此对每个孔的钻孔都要认真对待，从钻机安放、孔序、孔位、孔深、孔斜等方面严格控制，减少钻孔事故的发生，具体保证措施如下：

（1）钻机安放：钻机安放必须牢固平稳，底座要用长方木铺设，水平仪找平。

（2）孔序：严格的设计的施工顺序进行施工。

（3）孔位：灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm，因故变更孔位时，应征得设计同意。实际孔位应有记录。

（4）孔深：超前预注浆孔的孔深必须满足设计要求。

（5）孔斜：孔斜对灌浆质量至关重要，为此，在钻进过程中钻机操作必须轻压慢钻。当钻至一定深度时，改用长钻具钻进。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编，或采取其它经监理工程师批准的补救措施，纠编无效时，则按监理工程师的指示报废孔后，重新钻孔。

灌浆孔其孔底的偏差值不得大于下表规定的数值：

2.3保护

对所有钻孔妥善保护，直到验收合格为止。

2.4洗孔

超前预注浆孔每当钻成一段时将对该段进行冲洗，洗孔时采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行。冲洗水压采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，采用

1MPa。冲洗应冲至回水澄清，对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。

当邻近有正在灌浆的灌浆孔或邻近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗。

超前预注浆孔(段)冲洗后，该孔(段)应立即进行下一道施工工序，因故中断时间间隔超过24h的则在灌浆前重新进行冲洗。

2.6压水试验

各灌浆孔（段）在灌浆前宜进行简易压水。简易压水可结合裂隙冲洗进行，压力为灌浆压力的80%，并不大于1Mpa，压水时间20min，每5min测读一次压入流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕荣（Lu）。

2.7制浆

（1）灌浆采用水泥强度等级不低于32.5，其品质符合GB175水泥标准,并对其检验符合要求后,方可用于工程。灌浆水泥应妥善保存，严格防潮并缩短存放时间，不使用受潮结块的水泥。

（2）制浆材料必须称量，称量误差应小于5%，水泥等固相材料采用重量称量法。

（3）水泥浆液的搅拌时间，高速搅拌机应大于30s，低速搅拌机应大于3min，浆液在使用前应过筛，自制备至用完时间不大于4h。

（4）浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和粘滞度等参数，并做好记录。

（5）浆液温度应保持在5～40℃，超过此标准的视为废浆，予以舍弃。

2.8灌浆

（1）采用三缸灌浆泵、搅拌机和灌浆自动记录仪进行施工，技术性能与所灌注的浆液的类型、浓度相适应，额定工作压力应大于最大灌浆压力1.5倍,压力波动范围宜小于灌浆压力的20%,排浆量能满足灌浆最大注入率的要求。

（2）灌浆严格按设计要求的施工顺序进行。

（3）超前预注浆的灌浆压力和浆液水灰比应按施工图纸的要求或监理工程师的指示，并且通过生产性灌浆试验确定。灌浆采用纯压式灌浆方法，我单位将依据规范及设计要求（水灰比浓度依次为1：1、0.8：1、0.6（或0.5）：1等3个比级），在遇断层和涌水大的孔段时，则应采用浓一级的水灰比起灌进行施工。

（4）灌浆塞应阻塞在灌浆孔口，以防止漏浆。

（5）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应的措施。

（6）灌浆应尽快达到灌浆压力，但对于注入率较大或易于抬动的部位应分级升压。