结合隧道岩溶水文特征,地下水采用超前钻孔预注浆的处理方式。预注浆的目的是在围岩周围形成止水层,最终达到切断通道、封闭水路、固结围岩的目的。因此确定隧道地下水处理总体方案如下:
根据地质超前预报成果,立足于超前注浆封堵,在开挖前封闭地下水通道;开挖后对洞壁渗涌水量进行量测,超过设计涌水量值时采用径向注浆封堵对,达到限量排放。工艺流程见图1-1所示。
针对本工程地质和地下水特征,首先应当尽量避免施工期发生突水(泥)现象,因为高压涌水一旦被揭露,就需要消耗大量的时间和费用来处理,并且难度很大。最有效的预防措施是根据超前**资料,采用超前探孔进行验证,超前探孔是减小突水突泥风险,为进行适当的超前灌浆工作提供足够的信息和资料的最重要的技术之一。
由于岩溶段存在高外水压力的可能性,适当增加探孔数量,有利于掌握复杂多变的岩溶特征。施工中如果判断前方地质较差,适当增加超前预报探孔的数量,特别是中长距离探孔的数量,与台车加长探孔相互配合,以提高对不良地质预报的准确率。
在施工期间,由于高水压力的存在,使用能够控制和处理高压和可能出现的大流量水的先进钻孔机械。在探孔孔口管上安装止水阀(如图1-2所示),管口伸出部分与灌浆泵联接,以便遇高压水时及时封堵并实施注浆。
图1-1 富水地段施工工艺流程图。
图1-2 超前探孔孔口装置。
超前预注浆效果的好坏直接影响到隧道开挖后涌水量的大小。一是超前钻孔一旦钻到地下水,应当立即停钻,并实施灌浆,按照注一段钻一段的前进式注浆方式实施,直至钻到设计深度,将超前钻孔与超前预注浆纳入同一个工序来实施;二是前后两次超前探孔必须保证有最少5m的搭接长度,并且后一次钻孔至少前5m在前一次的注浆岩盘内;三是在水压、水量较大的情况下,坚持采用分层泄水减压、分层注浆的方式,即下层管注浆、中层管放水和中层管注浆、上层管放水,逐层抬水把水排挤到拱顶以上规定的止水固结圈以外;四是做好注浆效果的检查工作,按规定实施检查孔,做到先检查再开挖。
超前地质预报出涌水量不大,可能是渗滴型出水时,可以先开挖通过后再进行灌浆止水。对于部分涌水点,隧道开挖后起初涌水量不大,但若不采取措施封堵,会逐渐增大涌水量甚至转化成突水突泥灾害而影响正常的施工生产,因此,对达不到规定的涌水点及时进行补充灌浆封堵是防突水(泥)的重要措施之一。
边墙及拱顶岩面的小量出水,可以采用水泥浆补充灌浆的方法进行止水,其程序如下:
首先在出水点处用风钻打孔并埋设一根φ25~80的钢管做引水管,埋进深度不小于2m,外露岩面不小于30cm,管口安装阀门;然后在出水点四周钻埋注浆管,均突出岩面不小于20cm,以便于灌浆泵联接。
正式灌浆之前,先喷射混凝土封闭岩面,喷射混凝土厚度不小于10cm,以起到止浆墙的作用。
灌浆材料选用水泥和特种浆液灌浆,灌浆时先注外圈孔后注内圈孔,逐渐缩小封闭圈,最后关闭引水管口阀门。
根据设计,本管段乔家山隧道岩溶地质问题不明显,施工中将进一步做好地质预报,进一步从微观查明水文、地质岩溶位置、形态及分布等,**出可能出现新的更复杂的水文、地质问题,拟定出详细施工方案及施工技术对策,并报经业主、设计、监理、批复后实施。
隧道岩溶地段技术对策见图1-3。
采用地貌、地质调查与地质推理相结合的方法,定性**。其具体方法及步骤见表1-1。
图1-3 岩溶地段技术对策图。
表1-1 定性**方法及步骤表。
地表钻孔探测是溶洞地质隧道勘测和设计常用的一种方法。探测的主要内容是溶洞的位置、溶洞形状,规模、岩溶及地下水发育情况、填充物成份及填充物状况等。
利用辅助导坑或正洞超前导坑为后步施工探明地质情况,以便。
采取正确的施工措施。其作法是在导坑开挖爆破后,从导坑开挖面外露的各种地质现象,包括岩性、岩层、岩溶裂隙的产状要素描绘在地质编录图上.通过编录工作,进一步揭示了隧道岩溶地段的地质详细构造。
在辅助导坑和正洞导坑开挖面布置超前钻孔,对前方短距离的地质进行预探,弥补了地面钻孔对规模较小裂隙岩溶位置、形态探查的不足,特别是对张性断裂或张性裂隙发育的陡倾角和近于直立的岩溶预探更为必要。即在导坑开挖面四个周边角上和中心处设5个梅花形布孔。钻孔方向呈放射状延伸到隧道周边外,孔深在35m以内,如探明前方无大溶洞时,一次掘进30m,掌子面预留5m岩盘,继续超前钻孔:
若遇溶洞,采取注浆、超前支护等堵水加固,如岩层较完整或岩溶不发育地段,则采取钎探,孔深大于2.5m。
隧底岩溶是线路运营安全的重大隐患,施工中必须查明并予以整治。隧底岩溶采用常规的隧底钻探或较先进的地温探查、电法勘探、地质雷达、瑞雷波勘探。
隧底探**是根据事先测绘的地质资料布孔,对岩溶较发育和发育地段进行钻探。通过隧底大量钻探、物探、岩溶调查等综合手段取得的资料分析,查明隧底岩溶,以便采取相应的加固措施。
除了上述几种预探预报方法外,在隧道施工期间还须加强对地表河床、断裂薄弱地带、已塌陷坑及洞内地质等观测,定期提出地质预报和决策建议,为制定岩溶整治方案提供依据。
在岩溶发育地段尽量维系岩溶、暗河的通路,严禁随意封堵岩溶、暗河。为防止岩溶水的突水涌泥,施工中采取超前孔探测,预备足够的抽水设备,根据不同的隧道纵坡确定相应的排水方式,确保施工安全。
复杂情况下采取截、堵、排、综合治水的措施,堵水时,只能改变水流方向。
隧道穿过无填充空溶洞,如图1-4所示顶部常有水流下,沿溶洞水流通道由消水洞自排出。为不致因修建隧道后阻塞水流道路,在隧底修建石砌暗沟使溶洞水通过暗沟仍沿原有通路由消水洞自行排出。
图1-4 暗沟排水示意图。
当溶洞自行排水通道不畅,地下水又很发育,不足以排除溶洞涌水时;为不使溶洞地下水危及隧道安全,在溶洞底设置涵洞和泄水洞系统排水。为引水汇排,对岩层进行钻孔引水,隧道边墙及泄水洞相应地段预留泄水孔洞,以利引水,集中汇集至泄水洞排出。
为保障水流畅通,隧底溶洞水流通道采用渗沟排水,明洞顶铺砌排水,将水引入溶洞另一侧,由溶洞自行排走,参见图1-5。
图1-5 渗沟、铺砌示意图。
施工原则:在岩溶地区隧道施工中遇到突水涌泥现象,为避免诱发地表塌陷、水源枯竭,给施工和当地居民生产、生活带来许多危害,造成自然环境的破坏,拟采取注浆堵水的措施。
注浆堵水是由软弱地层预加固技术发展而来的一项防治涌水灾害的新技术,在松散软弱地质结构、裂隙围岩隧道防水方面取得了显著效果。在岩溶地区隧道水害处理中,亦可采用了注浆堵水这一新技术。
封堵岩溶水、固结岩溶流泥,洞内注浆和预注浆优于地表注浆处置。因岩溶相互串通,与地表直接沟通,地表注浆范围大,往往造成浆液突破表土,漫铺地面,浪费极大;前者注浆是在岩溶已被超前地质**预报明确,在发生涌水突泥之前进行处置,所耗费注浆量较小。
注浆技术:洞内注浆堵水包括断裂岩溶富水带施工注浆和岩溶软塑状充填淤泥高压劈裂注浆。
断裂岩溶富水带施工注浆:
浆液扩散半径:据堵水加固范围确定,遇大裂隙时适当调整。
注浆压力:按以下公式初算得出所需的压力值,然后按照注浆时的实际情况调整。
p=(0.02~0.05)hk(mpa)
式中h:受注点处至静水位的水柱高度(m);
k:修正系数,一般取k=1.2~2.0
注浆量计算:q=πr2hnβ(m3)
式中r:浆液扩散半径(m)
n:岩溶裂隙率。
h:注浆段长度(m)
:浆液在裂隙内的有效充填系数,取0.3~0.9。
注浆材料及配合比:注浆材料常用水泥、水玻璃双液浆,配合比根据现场试验选定.
注浆方式:采用前进式多次钻注法,逐段反复加深钻孔注浆,直至设计长度。
注浆结束标准:一个区段由多孔组成,结束标准以设计的区段控制。当最后一个孔的一次注浆压力达到设计值,并且该区段注浆总量接近设计量时,即可结束注浆。
单孔注浆,以注浆压力的终值控制,当注浆压力达到设计的最终压力时,立即递减泵量,能保持设计最终压力时,即结束注浆。以止水为目的的注浆,注浆后的涌水量减少到20m3/h时,结束注浆。
岩溶软塑状充填淤泥高压劈裂注浆加固:
劈裂注浆起始压力值的确定:
p0≥2rh+st
式中p0:钻孔内施加的流体压力。
r:覆盖岩土容重。
h:孔段处覆盖土高度。
st:岩土抗拉强度,一般破碎围岩及软塑粘泥为0
因此,只要施加稍大于两倍于上覆盖岩土重的压力,就可使软塑粘泥劈裂.
劈裂注浆最终压力值的确定:按照岩溶软塑状充填泥在隧道洞身部位产生的地压力值的3.5倍确定。地压力值采用常用的经验公式p=13h(kpa)计算,h为隧道注浆部位的埋深(m)。
注浆量估算:按确定的注浆加固范围进行估算。
q=v·n·a·(1+β)
式中q:注浆量;
v:注浆固结范围的体积;
n:固结土体内的孔隙率;
a:固结土体的膨胀量;
:浆液充填系数;
注浆材料、配合比和胶凝时间选择:
注浆材料以水泥、水玻璃为主,适当掺入一些化学外加剂(速凝剂、缓凝剂)。配合比根据胶凝时间现场试验选定。胶凝时间,根据注浆情况调节,一般控制在3min~5min内。
注浆方式;采用封闭分段前进式注浆。每次钻注长度按5m~lom依次递增。
注浆结束和质量检查标准:
注浆达到设计终压值时,稳定20min~30min,即可结束注浆。
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