维普资讯 http://www.cqvip.com ・８２・ 北 方 交 通 超前预注浆在隧道施工中的应用 刘春丽 （中铁十三局集团第一工程有限公司，大连１１６０３３） 摘要介绍了辽宁省大伙房水库输水工程６ 支洞施工段及４．３ｋｍ处主洞段开挖施工 中的主要施工过程，并对超前预注浆的工艺进行了重点的介绍。 关键词超前预注浆隧道应用 １ 工程概况 （１）超前灌浆范围：开挖轮廓线以外５ｍ，每段 辽宁省大伙房输水工程６ 支洞位于辽宁省本 灌浆长度２０ｍ。如遇岩石极为破碎或水量较大等更 溪市桓仁县境内，全长３７７．１３ｍ，纵坡ｉ＝２４．８５％ 为复杂地质段时，注浆范围扩大至ｌＯｍ，长度加长至 （１３．９６。），城门形断面，设计尺寸５ｍ×５ｍ，斜坡段 ３０ｍ。 长３６１．８ｍ，平坡段长２６ｍ，承担主洞施工任务 （２）段长及深度：止浆段长５ｍ，压注段长１５ｍ， ４１５０ｍ。 搭接长度５ｍ。 主洞断面结构形式为马蹄形，成洞断面尺寸７ｍ （３）钻孔布置：沿开挖轮廓线呈辐射状布孔，注 ×７ｍ，纵坡４．２／１００００。 浆孔环向间距１５０ｃｍ，注浆孔孔底间距为１５０～ ２ ６ 支洞及４．３ｋｉｎ处主洞段地质情况描述 ３００ｃｍ，注浆孔孔口位置需根据现场实际情况调整 从洞内围岩条件和地表地形的条件来看，该段 确定。 ６５０ｍ长均为融蚀性大理岩段，大部分风化成大理岩 （４）深度及角度：孔深ｌ０～２１ｍ，角度１。～４５。。 砂，且富含大量的构造裂隙水，极有可能出现富含水 （５）孔的类型 的地下溶洞，这种岩层一经扰动就会出现大量的突 钻孔可分为试验孔、压注孔、检查孔。每个注浆 水、涌水。该处地质条件是全线最复杂的一段，该段 段设４个检查孔，试验孔根据现场情况确定。 岩石有可能整体破碎，以至于强度大大降低，如处理 ４．２注浆次序 不当将会出现较大范围的坍塌，甚至埋洞，因此从支 （１）采用分段前进式注浆，分段钻进和灌浆，每 护上必须有较妥善的超前、加强支护措施。 段长５～８ｍ。 ３总体施工方案 （２）压注顺序 在实际的施工过程中，我们采取了以下施工措 采用先从中间一排开始，然后依次由里向外的 施：掌子面后方补强加固；喷注混凝土止浆墙；超前 开放式注浆。采用分序加密的原则进行（即采用逐 取芯钻孔预报；超前预注浆；超前小导管预支护；微 渐缩小孔距，钻孔加密的注浆次序）。其优点为：浆 振控制爆破开挖；锚网喷钢架强支护；局部渗漏水径 液逐渐挤压密实，能促进注浆帷幕的连续性，能够逐 向注浆；施工全过程监控量测；做好突发涌水应急预 渐升高注浆压力，有利于浆液的扩散和提高浆液结 案。本文主要介绍了超前预注浆的施工方法。 石的密实性，且根据各次序孔的单位注入量分析、判 ４超前预注浆施工工艺 定注浆情况和注浆质量，减小邻孔串浆现象，有利于 根据掌子面岩石岩性、渗水速度及此段地表的 施工。 水系分布、外露的风化大理岩砂的情况分析，此段随 对同一排孔采用三个次序进行，首先钻注第一 时可能发生突水、涌水的可能，为确保安全及当地的 次序孔，然后钻注第二次序孔，最后钻注第三次序 生活灌溉用水不被破坏，根据我单位多年现场施工 孔。 经验，此复杂不良地质段必须采取超前预注浆止水。 ４．３ 注浆压力、浆液扩散半径及注浆浆液 ４．１ 具体方案如下 一般段采用以劈裂注浆为主，渗透注浆为辅，孑Ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ２期 刘春丽：超前预注浆在隧道施工中的应用 ・８３・ 口段渗透注浆为主。 ４．３．１注浆压力 因设定裂隙和孔隙量比较困难，因此计算设计 压注量也比较困难，所以都是先设定最终压注压力， 而后根据此压力确定压注量。一般通常采用比临界 压力超过涌水压力的２～３倍为标准。 注浆过程的压力控制原则： （１）一个注浆段的全过程注浆中，基本上应在 设计要求的压力下进行。当注入率大，无法达到要 求的压力时，应采取措施处理，保证注浆在设计的要 求下结束。 （２）在透水性不大，裂隙不甚发育的岩石中注 浆，注浆开始时应将压力尽快地升到规定压力，如果 注入率较大，则通过加大浆液浓度，直至达到结束标 准。 （３）对透水性较大，裂隙发育的软弱岩层，一般 注入率很大，无法一次升到规定压力，同时，也为了 避免浆液的无限制流失，应将压力逐级升到规定值。 具体操作时，可依据具体注浆条件分级，但分级不宜 太多。同时，对每一级压力可规定一个注入率上限 及下限，当在每一级压力下，注入率减少至下限时， 可升高一级压力灌注；注入率增大至上限时，应降低 一级压力灌注。 根据地质资料及最大静水压力情况，按照最大 灌注压力为最大压力为静水压力的２～３倍，初步确 定预注浆终孔压力为１．５ＭＰａ，孔口段以渗透注浆为 主，压浆终压为０．４～０．６ ＭＰａ，根据前进式注浆的 特点采用不同的注浆压力，前进式注浆：第一次：０～ ０．５ＭＰａ，第二次：０．５～１．０ＭＰａ，第三次：１．０～ １．５ＭＰａ。具体注浆压力根据现场实际情况进行调 整。 ４．３．２浆液扩散半径 一般按照下列公式计算： Ｒ ＝３Ｋ ｈ ｒｔ／（１３ｎ） 式中：Ｒ一扩散半径； Ｋ一土的渗透系数； ｈ一注浆压力； ｒ一一注浆孔半径； 卜＿注浆所需时间； Ｂ一浆液黏度与水的黏度的比值； ｎ一土的孔隙率。 具体尺寸根据现场实验的结果确定和调整。 ４．３．３注浆浆液 为能有效地控制浆液凝结时间，达到较好的注 浆效果，注浆材料选用水泥～水玻璃双液浆。 压注量根据压注时间，考虑岩体孔隙率、浆液种 类、压注方法等确定，理论压注量可按下式确定： Ｑ＝Ａ Ｘ ｌ００ Ｑ＝Ａ Ｘ ｎ Ｘ（ｘ／１００ 式中：Ｑ一压注量； Ａ一改良范围的围岩体积； 一压注率（％）； ｎ一孔隙率（％）； ａ一充填率（％）。 由于现场地质构造复杂，无法按理论方法准确 地计算注浆量、故根据现场的实验和实际情况调整 掌握。 ４．４注浆施工前的准备工作 （１）按照设计要求及理论计算现场调整并做好 纪录 了解掌握孔隙率、透水系数岩体的含水量及地 质情况后，调整确定每一段的注浆压力、注浆量及浆 液的配合比等。 （２）现场试验 打试验孔，做注浆试验，检查掌握设备能力、注 浆的难易程度、注浆量、注浆压力系数和浆液的配合 比及地层变形的大小等。并根据现场实际情况及时 调整，试验孔的数量根据现场的实际情况确定。 （３）钻孔 ①钻孔方法：为了提高钻进效率，采用四台ＤＫ 一１５０型旋转式钻机钻孔，按灌浆程序分段分序进 行钻孔，做到钻进与注浆平行作业，按设计注浆孔的 方向、角度、上下左右钻进，开孔时问先后错开，避免 同时钻进，造成注浆时串浆。分三批钻进，第一批孔 间距大一些，第二批孔间距较小，最后钻检查孔，并 根据检查情况决定是否需追加注浆孔，且钻机要安 装固定平稳牢固。 ②开孔及终孔直径 钻机开孔直径８０ｍｍ，终孔直径６５ｍｍ，最大钻 孔深度２１ｍ。钻头采用硬质合金钻头，根据现场地 质情况选用直角薄片型、单双注型及大八角型等类 型的钻头。 （４）标准 ①孔位、孔径、钻孔顺序和孔深须达到标准。孔 底偏差不大于１／４０孔深。 ②进行孔深测量，各类孔的孔深偏差不大于ｌ／ １００的孔深。 ③开孔孔位与设计位置的偏差不大于１０ｃｍ。 维普资讯 http://www.cqvip.com ・８４・ ④孔轴线偏差不大于５。。 北 方 交 通 ２ｏｏ７ ⑤钻孔结束后要进行检查与验收，合格后才允 ｔ许进入下道工序施工。 （５）排水 在未固结的碎裂岩中如大量涌水，可采用了真 一一一～、｝Ｉ 皇 ，一一～～ｊ 空泵强制排水。 （６）特殊地段的钻孑Ｌ方法 断层破碎带或软弱泥质夹层等不良地层，采用 干钻或小水量钻进。对有大理岩砂极松软地层采用 双层岩芯管钻进。对极软无法成孔的地层采用埋设 大直径孔口管，然后钻机顶人。对易塌孔地层采用 钻机顶人钢花管的方法。 （７）注浆堵塞及管路安装 堵塞方法采用孔口封闭方法。孔口封闭法的优 点是：全部孔段均能自行复注，工艺简单，免去堵塞 不严等麻烦，不需待凝，节约时间。 孔口封闭必须在注浆过程中进行，注浆管可在 孔口封闭中灵活的转动和升降，且不漏浆，采用自动 记录仪对注浆进行记录，在灌浆泵、灌浆孔口及出浆 管路安装压力表，压力表与管路之间设隔浆装置，并 在进、回浆管路上分别安装两块流量传感器，同时在 进浆管路上安装一块压力传感器。 （８）工作面止浆墙的施作及埋设孔口管 ①止浆墙的施作 为防止受压浆液和裂隙水从工作面涌出，并保 证浆液在最大注浆压力作用下沿裂隙有效地扩散， 注浆前需在工作面上设止浆墙。 ②埋设孔口管 孔口管采用３ｍ长的 １２４的钢管，并在管口上 端套上丝扣以便于孔口密封及联接。孔口管的位 置、角度、数量需达到标准，待孔口管固定后进行抗 压试验，试验压力大于工作压力的１．２倍。 埋设方法：有混凝土止浆墙段在浇筑混凝土或 喷射混凝土时直接埋人孔口管并固定牢固，位置准 确；在止浆岩柱中直接打孔埋人，在孔口采用锚杆等 固定牢固，缠绕麻线，并用ＣＳ胶泥、早强水泥固定， 加固管壁。孔口管结构如图１、图２所示。 在地层富含高压水条件下，为防止钻进时涌水、 突水，孔口管上设高压阀门，钻具通过阀体钻进，遇 有出水征兆时立即停止钻进，提出钻具，迅速关闭阀 门。 ４．５钻孔冲洗及压水试验 （１）钻孔冲洗 Ｉ 。 垒＿ｌ ｊ ； 一■一： ； １．法兰盘；２．加固肋；３．喇叭口 Ｂｎ一止浆垫厚度；Ｌ一孔口管长度 图１孔口管结构图 １ 一 — ２ 。 ｌ＿＿ ． ‰ 。 １．螺母；２．垫圈；３．外管； ４．活动垫圈；５．胶塞；６．固定环 图２胶塞和水泥浆固管 超前灌浆孔在灌浆之前必须采用风水联合冲洗 或用导管通人大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方 法进行冲洗； 冲洗压力：冲洗水压采用８０％的灌浆压力，冲 洗风压采用５０％的灌浆压力。最大冲洗水压不得 大于１ ＭＰａ，最大风压不得大于０．５ＭＰａ； 冲洗应冲至回水澄清后ｌＯｍｉｎ结束； 当邻近有正在灌浆的孔或邻近灌浆孔结束不足 ２４ｈ时，不得进行冲洗； 灌浆孔冲洗后，该孔须立即连续进行灌浆作业。 若因故中断时间间隔超过２４ｈ，则在灌浆前重新扫 孔并冲洗。 维普资讯 http://www.cqvip.com
第ｌ２期 （２）压水试验 刘春丽：超前预注浆在隧道施工中的应用 （６）灌浆过程控制 ・８５・ 超前灌浆孔在孔壁和岩石裂隙冲洗结束后，进 行压水的灌浆孔（段）及所有检查孔（每灌浆段打四 个检查孔）进行压水试验。灌浆孔采用“简易压水” 试验。压水试验的压力应采用８０％的灌浆压力，并 不得大于１ＭＰａ。其试验吸水量的稳定标准为：在 ３ｍｉｎ稳定时间内，最大流量与最小流量之差小于最 终值的２０％。 灌浆采用分序加密的原则进行。分序序数和分 序方法应根据地质情况确定。 灌浆压力和浆液水灰比应根据灌浆试验确定。 最大灌浆压力不宜超过２ＭＰａ。第一段灌浆压力不 超过０．５ＭＰａ，第二段灌浆压力不超过２．ＯＭＰａ。水 泥浆液的标准浓度宜为３：１、２：１、１：１、０．５：１（重量 比）四个等级。每段灌注的水泥浆初始浓度宜为 ４．６灌浆 ３：１。 （１）工艺流程 灌浆压力应迅速达到规定的极限压力。灌浆过 程中不允许降压，必须保证在规定的恒定压力下连 续灌浆。水泥浆的浓度应是不断变化的，并随着灌 浆的进行逐渐增加浓度。灌浆浆液应按由稀到浓的 原则，逐级改变。当某一级别浆液注入量已达３００Ｌ ｆ 无柚题 Ｉ粤 以上，或灌注时间已达３０ｍｉｎ，而灌浆压力和注入率 均无显著变化时，应换浓一级水灰比浆液灌注；当注 入率大于３０Ｌ／ｍｉｎ时，可越级变浓。在改变浆液浓 具体做法如下：备料一安设设备一试泵一选择 度后，灌浆压力突然增加或注入率突然减少，应马上 注浆参数（浆液的凝胶时间、进浆量、注浆压力、注 查找原因，将浆液浓度变回到以前的浓度继续灌注。 入率） 当灌浆压力不变，注入率逐渐减少或注入率不变而 （２）灌浆试验 灌浆压力逐渐增加时，仍按这一浓度继续灌注。开 用于现场灌浆的浆液水灰比以及掺合料、外加 始灌注的浆液浓度与注入率宜遵循表１。 剂等的品种及其掺量通过浆液试验选择确定。 表１ （３）制浆 制浆材料必须称量，误差应小于５％。浆液必 须搅拌均匀，搅拌时间不少于３ｍｉｎ。浆液在使用前 灌浆工作必须连续进行。若因故中断，应尽可 应过筛，从开始制备至用完时间应小于４ｈ。 能缩短中断时间，及早恢复灌浆。 （４）灌浆 如遇有溶洞、围岩涌水、注浆量较大或因故中断 浆液的灌注顺序：采用由稀到浓，按照大中小进 等特殊情况时，需制定特殊灌浆措施在规定压力下， 浆量，及时调整浆液浓度和配合比（注：压注水泥浆 灌浆段的吸浆量不大于０．４Ｌ／ｍｉｎ，持续灌注１０ｒａｉｎ， 时其浓度（重量比）为３：１、２：１、１：１、０．５：１四个系 灌浆即可结束。 数）顺序：先向孔内压注少量的经过稀释的水玻璃 全孔灌浆结束后，应采用压力灌浆封孔法封孔。 溶液（浓度２０—２５Ｂｅ’），对裂面起到极大的润滑作 ５结束语 用，再注入稀水泥浆冲开或扩大裂隙。 在辽宁省大伙房水库输水工程的施工过程中， （５）封孔 我单位采取超前预注浆的施工方法有效避免了在不 所有被注孔及开挖域以外的超前灌浆孔施工完 良地质条件下隧道施工塌方事故的发生，保证了施 毕后，应用压力灌浆封孔机采用压力灌浆法封孔，即 工安全，同时也保证了施工进度，取得了较好的经济 全孔注浆完毕后，采用一定的压力及浓浆注浆封孔。 效益和社会效益。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｌｅａｄｉｎｇ Ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ａｔ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｒａｎｃｈ ｈｏｌｅ Ｎｏ．６ ａｎｄ ｍａｉｎ ｈｏｌｅ ｓｅｃ— ｔｉｏｎ ａｔ ４．３ｋｍ ｉｎ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ—ｃａｒｒｙｉｎｇ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｄａｈｕｏｆａｎｇ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ａｎｄ ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏ— ｇｙ ｆｏｒ ｌｅａｄｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｌａｄｉｎｇ ｇｒｏｕｔｉｎｇ Ｔｕｎｎｅｌ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ