北天山隧道大量涌水段施工技术

北天山隧道大量涌水段施工技术

为了防止涌水而对工程造成损害,运用新奥法原理,以整个隧道的形态进行划分,根据划分的轴线来安排注浆孔的布置,对整个深孔进行注浆固定并防水,使整个隧道周围形成一个有效的防水圈,阻止地下水的上涌,以保证隧道工程的安全。

标签：大量涌水全断面封闭堵水帷幕

1 工程概况

北天山隧道为北天山越岭主隧道,是精伊霍铁路的主要控制工程,位于北天山西段的中山区内,山系为博罗科努山,是伊犁盆地和准噶尔盆地的分水岭。隧道起迄里程为DK109+240～DK122+850,全长13610m。根据设计资料显示,隧道通过区地下水分为碳酸岩岩溶裂隙水、基岩裂隙水,岩溶裂隙水主要发育于奥陶系灰岩,基岩裂隙水发育于石炭系岩层中。根据设计院地面调绘、钻探、V5、V8物探工作成果反映,DK114+350～DK114+750、DK115+050～DK115+900、DK116+200～DK117+000、DK117+200～DK117+600、DK118+820～DK119+520以上段落为岩溶及断层发育段,同时为突然涌水高发段,可能产生大量突水,突水量预计可达10～15万m3/d。

2 施工方法

根据设计资料可以看出,北天山隧道通过地层地下水非常发育,有发生突水的可能,施工人员和设备安全得不到保障。为此,我们运用综合地质超前预报方法准确探明掌子面前方地质情况,保持隧道运行的稳定和工程的安全。详见附图1“工艺流程图”。

2.1 综合地质超前预报

综合地质预报主要采用长期地质预报和短期地质预报多种手段相结合的方法。

2.1.1 长期预报长期预报采用瑞士生产的TSP203地质预报系统,该系统采用地震波反射原理,能长距离地预报隧道施工前方的地质变化。

2.1.2 短期预报短期预报主要是以YQ-100A液压的方式进行水平深钻孔,在隧道顶部和中下部位各钻φ76mm孔,钻孔的深度要超过将来注浆位置的5m左右。同时,为了保证钻孔的精确度,应该对钻孔周围的残渣进行分析检测,查验钻孔后水质水量情况的变化并制定钻孔后的隧道图表。长期预报距离长,占用隧道施工时间短。短期地质预报采用超前水平钻探方法,能对掌子面前方30m范围内的地质情况和水质水量做出准确判断,但施做工序较多,占用隧道作业时间长,因此

可做为长期预报的补充。

2.2 深孔超前预注浆

2.2.1 止浆墙的施工首先要根据注浆的设计对止浆墙进行施工,止浆墙设于开挖面后端,墻厚0.8～1.0m,用C20砼灌注可一次筑成。

2.2.2 进行钻孔①布孔:在工作界面的掌子面上用标记做好钻孔的闻之,一定要精确,并填写编号。②钻孔:a在钻孔时,工程器械必须与掌子面贴紧。b开始时,钻机的速度应调慢,等到钻深在20cm左右时,就能正常钻速。c第一根钻杆钻完后,凿岩机与钻杆分离,紧接着安排第二根钻杆,直到钻孔的深度达到20m为止。d注浆孔角度值:该注浆孔的角度位置都要有一定的定量,一般各个角度都控制在最小3°、最大26°内。F.钻孔角度控制:台车大臂的钻孔位置应该精确,用简易垂球量角器测钻杆的各个角度,该角度的调整要达到设计要求和规定。

2.2.3 注浆施工①注浆材料:水泥:用施工工程中的普通水泥进行施工,同时应保证其质量要求。水玻璃:用出厂浓度42～45Bé,比重1.42～1.45,模数2.4～2.8的水玻璃原液。拌合水:水的质量应该按照《铁路砼及砌石工程施工规范》中对拌合水的规定。②水泥调配比例控制:水灰比(W/C)为0.8;水玻璃稀释浓度为25～

35Bé;双液体积比(C/S)为1:0.5～0.7。③水泥凝固时间:要注意凝结时间的控制:一般地段为3分钟,涌水量大的地段1～2分钟。涌水施工控制主要加强以下三点的控制:a水泥的调配比例和水玻璃的浓度都是不变的,只要变换双浆比例。b水玻璃的浓度和双浆的比例不变,只要变换水灰比。c其它两种材料的比例都不变,只要变换水玻璃浓度。④注浆:在施工前要检查输送水泥浆的管道是否有漏洞,是否会漏水,所有设备能否顺利进行作业,再进行高压水检测,看能否完全冲洗岩石裂缝中的残渣。在对富水断层破碎带深孔清理后,先压水泥浆液,再压CS双液浆。记录好注浆泵上的最大注浆压力指标,并时刻观察随着压力的变化,水泥浆和水玻璃的消耗。记录注浆时间和注浆量。当一个深孔的注浆达到设计标准后,在打开来注浆设备准备注浆,然后依次对每一个深孔进行注浆。⑤作业方式:注浆方式采用前进式或全孔一次压入式。如果没有出现渗水情况,就可以进行一次性深孔注浆;如果出现渗水,就要停止作业,实行边注浆边钻孔的方式进行注浆,直至达到施工要求为止。在水量大的情况下,可以使用分层灌注的方法,将上中下层的灌注分开,这样逐层抬水,把水排挤到拱顶以上规定的止水固结圈以外。注浆的次序由两侧对称向中间进行,从上到下一次灌注。⑥注浆的参数:a确定注浆的压力值以及钻孔的半径,注浆的压力可确定为地下静态水压力的2-3倍,将灌注初始压力确定到3MPa,终压确定到4～5MPa。单孔浆液扩散半径4m。b注浆扩散范围:注浆有效范围为开挖轮廓线外4.0m。c注浆量:以注浆范围为内围岩体积的5%左右为基础来考虑,实际注浆量由钻孔压水试验确定。

3 注浆效果检查

注浆结束后,在隧道顶部和中下部位沿钻孔轴线施工为φ76mm孔,孔深20m。作业工序为四大项:钻孔、运料、配料、注浆。建议每班施工作业人员29人,劳动力安排见表1“注浆作业人员配置表”。

4 主要注浆设备

4.1 首先要安排注浆的管口,该管的大约长度分成3m和6m两种,注浆管口的另一头有梯形螺纹丝扣可以防漏。

4.2 羊角式注浆嘴套帽注浆嘴套帽内口径螺纹能与孔口管尾外螺纹扣套接。帽头上钻两个孔,接成半角式接头,与三通混合器连接。

4.3 三通混合器三通混合器主要为逆止阀型,一共有4个孔,其中2个内径为28mm的螺纹孔可接直接接上注浆管,并且成为注浆管道的入口,还有一的是内径为30mm螺纹孔,主要的功能是减压排浆。

5 施工的质量控制重点

①每一次的注浆深度不超过20m;②注浆帷幕厚度不小于 4.0m;③堵水率不低于90%;④注浆结石体7天后的抗击压力强度不低于5MPa。

6 安全措施