帷幕注浆施工预案.docx
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帷幕注浆施工预案
帷幕注浆施工预案
1工程概况
马鹿箐隧道进口里程为DK251+273,出口里程为DK259+152,全长7879m。
全隧道除出口约20m位于Ｒ－3000m曲线上外，其余均位于直线上，全隧道位于15.3‰的上坡段上。
线路左侧30m设集施工中地质探洞、通风、排风，增加工作面及运营期间排水等功能贯通平行导坑一座。
本标段位于鄂西北长江与清江分水岭的高山半坡地区，地形极其困难，地质极其复杂。
岩溶、顺层、滑坡、断层破碎带和崩塌等主要不良地质现象广泛。
马鹿箐隧道围岩级别为Ⅲ—Ⅴ级，隧道内水量丰富，并且发育五个暗河系统。
在下统栖霞组及下统吴家坪组均含炭质页岩夹煤层，属煤系地层。
2超前帷幕注浆主要施工工艺及施工方法
帷幕注浆是通过在掌子面钻注浆孔，再向孔内压注化学浆液，浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。
3注浆预设计方案
超前帷幕预注浆，每一循环长度30~40m，固结范围：
开挖轮廓线外3~5m。
3.1注浆部位
3.1.1
DK251+740～DK252+100本段位于推测油竹-跨岩湾暗河下部，极易发生突水、突泥，采用5m超前帷幕注浆加固地层。
DK252+970～DK253+070本段位于P1m和P2x地层交界处，可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK253+070～DK253+268本段位于高地应力段，地层为煤系地层，穿过的WL-2（V6）底阻区可能为含水体，可能发生软岩大变形以及突水、突泥，P1m、P2c、Ｐ2x地层交界处及V６低阻区，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK253+444～DK253+539段P1d1和P2c交界处，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK253+539～DK253+630高地应力段，可能发生软岩大变形以及突水、突泥（特别是P1d1和P1d2地层交界处），采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK253+630～DK253+700本段位于T1d2地层及与T1d1交界处，可能发生突水、突泥，采用5m超前帷幕注浆加固地层。
DK254+308～DK254+443本段位于V7低阻区，有可能为含水（泥）体，可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK255+100～DK255+370本段位于鸟腊河槽谷下部，极可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK255+780～DK256+104采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK257+550～DK257+745本段位于蔡家湾洼下部，极可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK258+273～DK258+513本段位于朱家槽～和尚鞍暗河下部，极可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
DK258+513～DK258+688本段位于朱家槽～和尚鞍暗河下部，极可能发生突水、突泥，采用3m超前帷幕注浆加固地层。
3.1.2
DK251+740～DK252+100、DK252+970～DK253+070、DK253+070～DK253+268、DK253+444～DK253+539、DK253+539～DK253+630、DK253+630～DK253+700、DK254+308～DK254+443、DK255+100～DK255+370、DK255+780～DK256+104、DK257+550～DK257+745、DK258+273～DK258+513、DK258+513～DK258+688段预设计采用平导衬砌外3～5m超前帷幕注浆。
4帷幕注浆材料、设备
4.1注浆材料的选择及适用范围
针对本隧道富水区各种岩溶水的赋存情况的不同，拟采用以下三种不同的注浆堵水材料。
单液水泥浆类浆液
单液水泥浆类浆液是以水泥为主，添加一定量的速凝剂，用水调剂成的浆液。
它的主要特点是：
凝结时间可根据实际需要随意调节，其变化范围为几分钟至几小时；浆液结石率可达100%，抗压强度可达5～10Mpa，抗渗性能好；工艺设备简单，操作方便，但难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；来源丰富，价格便宜；凝结时间相对较长。
根据注浆对浆液凝胶时间的要求，施工中在隧道内对不同浆液配比进行分组试验，取得不同凝胶时间下的配比，供注浆选用。
水泥—水玻璃类浆液
水泥—水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定比例采用双液方式注入，必要时加入缓凝剂（磷酸氢二钠）所形成的注浆材料。
它的主要特点是：
来源丰富，价格便宜；结石体抗压强度高，可达5～20Mpa，但后期强度由于水玻璃的作用易降低；浆液结石率为100%，结石体渗透系数10-3cm/s，抗渗性能好；但难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。
TGRM水泥基特种灌浆材料
TGRM水泥基特种灌浆材料是以特制的高性能水泥，配以适当种类和数量的外加剂，共同混合均匀，制成具有早强、高性能的水硬性胶凝材料。
它的主要特点是：
比表面积大，可注入0.2mm以下岩溶裂隙中，弥补了普通水泥浆液在岩溶小裂隙中不易扩散的不足；浆液结石率可达100%，抗压强度可达50Mpa以上；操作技术要求高；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；但价格昂贵。
其主要性能指标见《TGRM水泥基特种灌浆材料性能指标表》。
TGRM水泥基特种灌浆材料性能指标表
项目
指标值
比表面积（m2/kg）
≥700
水下不分散性
PH≤11
凝胶时间（分钟）
≥9
流动度（mm）
≥240
初凝（分钟）
≥12
终凝（分钟）
≤45
抗压强度（Mpa）
≥50
注浆施工时，浆液类型的选择原则是根据岩溶水赋存情况和涌水量大小而确定：
当遇到断层破碎带或涌水量大时，选用单液或双液浆；反之当遇到小裂隙型岩溶水且水量较小时，则选用TGRM水泥基特种灌浆材料，以上三种注浆材料各有所长，在注浆堵水过程中配合使用。
4.2帷幕注浆设备
钻孔设备：
ZYG150全液压钻机；YQ100风动钻机
注浆设备：
ZG6310往复式柱塞泵（单液注浆机）；KBY50/70全液压双液注浆泵；2TGZ60/210可调式高压注浆泵（双液注浆机）
制浆设备：
JZ350叶片式搅拌机
辅助设备：
搅拌储浆桶；多功能轨行式钻孔台车；T型混合器；Y型混合器
施工中以多功能轨行式台架为龙头骨架，以注浆管路为脉络，以轨道平板车为载体，将钻孔系统、注浆系统、浆液制备系统、运输系统等设备有机地组合在一起，形成机动灵活的轨行式钻孔注浆列车。
钻孔注浆列车见《钻孔注浆列车图》。
钻孔注浆列车图
各轨道平车之间用车钩连接，由电瓶车牵引，可迅速就位和撤离。
钻孔台车用于安放钻机（含风动钻机）推进器及支架、操作台及注浆管路。
1号轨道平车用于安放液压钻机的泵站，与钻孔台车共同组成钻孔系统。
2号轨道平车为注浆车，上面安放ZG6310单液注浆机两台，KBY50/70双液注浆机一台、2TGZ60/210可调压注浆机一台，根据注浆工艺要求选用不同的注浆泵。
与孔口管、高压闸阀、注浆管、吸浆管共同组成注浆系统。
3号轨道平车为制浆车，JZ350叶片式搅拌桶两台，自搅拌储浆桶一台。
另设水玻璃桶一个，容量1m3。
4号为18m3梭式矿车，用于水泥运输、存储。
与3号车之间设活动跳板。
5号轨道平车为水玻璃罐车，与4号车共同组成后勤保障系统。
水玻璃运到后，直接用浓油泵抽送到前面的水玻璃桶。
5帷幕注浆工艺和作业要点
5.1注浆工艺流程
帷幕注浆施工工艺流程图
5.2注浆段长和注浆孔的布置
根据钻机性能，选用每循环注浆段长30～40米；帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。
5.3注浆方式
采用分段前进式注浆或全孔一次压入式注浆。
当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取注一段钻一段的分段前进式注浆，直至终孔。
5.4注浆参数的选择
每循环注浆长度30～40m，单孔有效扩散半径2.5m左右，终孔间距2.0～3.0m；注浆范围为隧道开挖断面外5m。
注浆方式：
如果出水量较小且成孔容易，用一次性注浆方式或分段后退式注浆；如果成孔困难，则采用分段前进式注浆。
注浆压力：
注浆压力是注浆的主要参数，它对浆液的扩散范围，岩层裂隙充填的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用，所以必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力，方能达到注浆目的，一般富水地段取静水压力的2～3倍。
浆液的注入量：
指单孔注入量，按假设浆液在地层中均匀扩散公式为：
Q=πR2Lnαη
式中：
Q-单孔注浆量（m3）；R-浆液扩散半径（m）取2.5m；
L-注浆孔长（m）；n-地层的裂隙（％），取2～4%；
α-浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.3～0.9；
η-浆液消耗率，取1.1。
5.5止浆岩盘
一个止浆岩盘止浆效果的好坏，将直接关系到帷幕注浆成功与否。
本隧道根据注浆段围岩情况预留不同厚度的止浆岩盘：
一般取5～7m，这样既确保注浆效果，又避免每个注浆循环浇筑混凝土作为止浆墙这道工序，可以加快施工进度。
5.5.1止浆岩盘的施工
当出现大股涌水时，应采用下面的施工方案：
先对掌子面出水点进行引流工作，清底，浇筑砼止浆墙，砼施工过程中预埋孔口管与小导管注浆建造止浆岩盘，最后进行引流管的关水工作。
止浆墙的设置：
根据掌子面围岩及出水情况确定砼止浆墙长5～7米，分两段施工，第一段为3米长，第二段为2~4米，第一段止浆墙起引水归槽作用，第二段止浆墙起到封闭形成止浆墙作用（见下图1）。
具体施工步骤：
在出水点采用φ260钢管引水，同时自制“U”形槽放置于引流管下方，使散水归槽，保证掌子面基底干燥。
砼止浆墙施工时在涌水点用模板加工成木箱形图状，并预留2根φ108泄水管。
在砼浇筑过程中预留第一环注浆孔的孔口管，第一段浇筑完后，浇筑第二段砼前，对孔口管、引流管及泄水管进行接长处理。
同时在浇筑第二段砼中预埋二、三环注浆孔的孔口管，和拱部预埋φ32小导管，小导管环向间距40cm。
5.5.2止浆岩盘注浆加固
注浆孔的布置：
分三种方式：
第一，按圆形布置注浆孔，根据地质和涌水情况确定注浆加固孔，预留注浆加固孔的2倍的孔位用于帷幕注浆和检查孔；第二，小导管布置在拱部；第三，φ108泄水管，布置在引流管下方。
注浆加固
注浆前进行关水试验,观察止浆墙背后渗水情况。
由于散水未能全部归流，可能在止浆墙与周边岩壁之间、以及止浆墙集水槽底部的砼面均有少量水渗出。
打开引水管，进行注浆加固。
先利用注浆机注拱部及周边小导管，注浆过程中双液浆会随水从周边流出，稳定注浆压力，待浓浆流出且压力升高时，停止该孔注浆，间隔进行下一孔注浆。
所有小导管注浆完成后，对集水槽φ108泄水管注单液浆，直至引水管内有浓浆流出后停止。
关水检查
加固完成半小时，关水检查，如止浆墙无渗漏则进行帷幕注浆，如仍有渗水，重新加固止浆墙。
5.5.3围岩整体性差探孔出水处理措施（>5米）
施工方案：
围岩工程地质条件复杂，围岩整体性差，质软，但出水点距掌子面较远（>5米）地段，采用套管注浆形成止浆岩盘，再进行注浆止水。
套管加工：
采用两根Ф32小导管，套入Ф108探测孔中，一个作为注浆口，另一个作为出水口，注浆管长度比探孔短1米左右。
（见图2）
注浆加固
通过套管注浆口进行注浆，当液浆充填完出水管与Ф108间空隙时，出水点水便从Ф32小导管出水口流出，当出水口流出浆液时，关闭出水口，并不断注入单液浆，由于压力浆液会随水填充裂隙，从而达到封堵孔周边围岩的目的。
如此反复，将出水点外围岩加固完毕，形成完整的止浆岩盘。
围岩整体性较好探孔出水处理措施（>5米）
施工方案：
在出水孔周围埋设孔口管，通过浅孔注浆形成止浆岩盘，再进行关水工作。
如仍有渗漏，则在渗水处进行浅孔注浆。
注浆孔布置：
出水孔关水时，其周边围岩裂隙出水，因此在出水孔、周边探孔及周边渗水处埋设2～3根孔口管。
注浆加固：
先对探孔的周边孔进行注浆，注浆时探孔闸阀打开，保证水流畅通。
当流水中含有浆液时，关闭闸阀，注浆机采用低压、低档注浆，直到浆液逐渐变浓，堵塞裂隙为止。
一孔注完后，停半小时再进行下一孔注浆。
5.6埋设孔口管
固结牢固密实，保证不漏浆、不窜浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素，其埋设方法：
先用YQ-100型冲击式钻机钻4.0m深，再将φ108孔口管插入，外露20～30cm，管壁与孔口接触处用麻丝填塞，再向孔口管内注双液浆固结。
孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。
5.7钻孔
根据不同用途，选用ZYG150全液压钻机及YQ100风动钻机。
YQ100风动钻机主要用于开孔，安孔口管。
先根据设计图孔位、钻孔参数，在工作面上放出钻孔位置，并用油漆标定。
调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准所标孔位。
将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态并调整。
根据探孔预测结果，决定是否采用孔口管。
对探孔预测水压较高（P≥1.0MPa），且水量较大（Q≥20m3/h）的区域，采用孔口管注浆，否则采用止浆塞止浆方式注浆。
当采取后退式分段注浆时，可直接钻孔至设计深度。
当采取前进式分段注浆时，采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深。
钻孔按先外圈，后内圈的顺序进行。
内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序，后序孔可检查前序孔的注浆效果。
逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数，另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。
钻孔时，还要严格作好钻孔记录，包括孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。
施钻过程中，若单孔出水量小于30L/min，可继续施钻；若单孔出水量大于30L/min，立即停钻进行注浆。
5.8制浆
选用JZ350叶片式搅拌机作为制浆设备，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，另自行加工搅拌储浆桶两台，容量1立方米，采用立式电动机和摆线针轮式减速器，用支架倒立于储浆桶上，通过联轴节将动力直接传给搅拌轴。
为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。
根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，放入叶片立式搅拌机进行二次搅拌，确保浆液均匀。
5.9注浆准备
注浆管路按下图所示联接，通过压水检查注浆管路的密封性，同时冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液冲塞的密实性。
注浆管路连接图
5.10浆液的确定
固结孔口管和封孔注浆时选用双液浆；当注浆孔涌水量小于30L/min，选用纯水泥浆或TGRM浆液；当注浆孔涌水量在30～200L/min范围内，选用凝胶时间为4～6min的浆液；当注浆孔涌水量大于200L/min，选用凝胶时间为3～4min的浆液。
5.11注浆顺序
先注外圈，后注内圈，同一圈由下而上间隔施作。
5.12注浆速度
当钻孔涌水量≥50L/min时，注入速度80～150L/min；当涌水量≤50L/min时，注入速度35～80L/min。
5.13注浆结束标准
全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点附近设至少5个检查孔，测孔内涌水量或进行压水实验，若满足设计要求，则可以开挖，否则进行补注浆。
5.14异常情况处理
若钻孔过程中，遇见突泥情况，立即停钻，拔出钻杆，安装孔口管及高压阀，进行注浆。
若掌子面小裂隙漏浆，先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间；若仍跑浆，在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结。
若掌子面前方８米范围内大裂隙串浆或漏浆，采用止浆塞穿过该裂隙进行后退式注浆。
当注浆压力突然增高，则只注纯水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆；若压力不恢复正常，则停止注浆，检查管路是否堵塞。
当进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；有时也可以进行间歇式注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间。
6帷幕注浆施工注意事项和质量控制
6.1帷幕注浆施工注意事项
注浆钻孔的方向、深度都要严格按设计要求进行。
需要装设孔口管时，孔口管的装设要牢固、密实。
根据超前钻孔探测，随时测量涌水量及水压，化验水质，核实地质情况，如与设计不符，及时向设计、监理工程师提出，及时作好信息反馈，以便迅速变更设计、施工方案。
注浆中发生堵管时，先打开孔口泄浆阀，再关闭孔口进浆阀，然后停机，查找原因，迅速进行处理。
施工过程中要作好施工日志及各种检查测量记录。
在岩溶地区可能存在较大空洞，注浆量有时会比预计的多出数倍，因而施工现场必须备足够的注浆材料方可开始注浆，以免造成停工，堵塞岩石孔隙，影响注浆效果。
为保证注浆质量，处理注浆过程中的突发事件，注浆作业人员应进行专业培训，未参加培训人员不得上岗作业。
关键工序应专人操作，不得任意调换。
并建立专业注浆队伍，严格注浆施工纪律。
注浆材料应进行检验，合格后方可使用，并妥善保管，防止失效和损坏。
机具设备进入现场后应再次进行检查、维护、保养，以保证其时刻处于良好应用状态。
工作现场要配备必需的抢险材料，如棉纱、编织袋、方木等。
6.2帷幕注浆质量控制
做好超前地质预探预报工作，包括地质调查、TSP-203探测和超前探孔等。
施工前对沿隧道建筑限界附近范围内的地表水文地质情况进行调查和监测。
在接近进入设计富水区段施工处设立试验段进行注浆参数的选定和调整，现场培训直接施工作业人员。
编制钻孔、注浆作业指导书，设立专职质量、安全检查人员。
注浆是一门现场发挥的技术，施工过程中应根据注浆情况调整配合比，注浆后及时整理资料，组织人员研讨施工工艺，不断提高注浆效率。
建立完善的质量管理体系，设立质量检查小组，现场设质量检查员，随时对施工的各个环节进行监督检查，定员定岗，质量责任到人。
严格按施工图进行施工，进行层层把关，杜绝不合格的产品进入下道工序。
加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。
严格施工纪律，确保钻孔深度，做好钻孔记录。
严格按照技术交底作业，按照注浆工艺流程施工，做好施工记录，孔口管与管壁之间封闭密实，防止孔口处跑浆，确保注浆质量。
注浆前，先对钻孔注浆设备进行检修，确保设备正常使用以免影响注浆质量。
注浆开始时宜采用小流量以免堵塞浆液渗透通道。
注浆结束必须达到设计标准。
注浆结束后，应综合分析钻孔注浆记录，并打检查孔检查注浆效果，如不能满足要求，则要补注。
定期召开质量分析会议，对注浆工艺进行改进，提高注浆质量，并组织质量教育，严格执行“三检”制度，强化工序控制。
7注浆经验体会
根据我公司在其它隧道注浆施工中的经验，有如下体会：
在注浆工艺操作中，灵活的掌握单液、双液相结合的原则；采用凝胶时间长短相结合的浆液；正确地决定注浆顺序、注浆起止时间，注浆初压和终压等参数，选用泵量大、压力大、注浆量可调的适用于不同注浆要求的注浆泵等，都是建造止浆岩盘行之有效的措施。
注浆加固止浆岩盘时，采取先注无水区，后注有水区，先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔；先内后外，先上后下；先近后远的程序进行，逐步加固止浆岩盘，用浆液填砼之间，砼与围岩之间的裂隙使之形成一个整体。
注浆压力是注浆加固止浆岩盘的重要参数，一般注浆加固均采用定压注浆，即注浆压力稳步上升当达到设计压力后用双液去封孔。
对无水孔可采取上述的原则。
对于有水孔和泄水孔注浆时，由于这些管路与引流管存在通水管路，此时注浆无注浆压力，可采用先注单液浆，待连通孔窜浆且浆液较浓后，改注双液浆充填两孔之间的连通管路，确定达到注浆效果后停注。
适当选择凝胶时间短的浆液是注浆加固止浆岩盘的特点，特别是对个别有水孔在有漏水情况下利用高压大量注浆时显得尤为重要。
选取的原则是先稀后浓，先单液后双液，逐级变换。
在用两台单液泵注双注浆时可通过注浆泵的排浆挡位来控制双液浆的配合比。
在隧道注浆施工中，必须根据出水情况及掌子面围岩状况，采取全断面止浆墙、局部止浆墙或钻孔注浆加固掌子面等措施，来建造一个完整的止浆岩盘，保证帷幕注浆的效果。
利用止浆岩盘变动水为相对或暂时静水，是封堵大股涌水的关键所在。
8帷幕注浆施工工料机汇总表
机具设备表
序号
名称
规格
单位
数量
用途
1
全站仪
TC420
台
1
放点位
2
多功能轨形式钻孔台车
台
1
提供钻孔、注浆平台
3
全液压钻机
ZYG150
台
2
钻孔
4
灭尘器
台
2
除尘
5
空压机
20m3
台
1
送高压风
6
往复式注浆泵
ZG6310
辆
1
泵送混凝土
7
全液压双液注浆泵
KBY50/70
辆
1
泵送混凝土
8
叶片式搅拌机
JZ350
辆
1
拌合砼
劳动组织表
序号
工程项目
人数
分工
1
施工负责人
1
施工总负责
2
技术员
1
施工技术总负责及施工质量检查
3
测量人员
3
放点位
4
钻孔工
6
搭钻孔台车并钻孔
5
注浆工
5
注浆并辅助
6
机械师
4
维修机械
7
砼拌合车司机
1
操作砼拌合车
8
砼拌合填料工人
6
填送水泥、沙子、水
材料配备表
序号
材料名称
用途
1
水泥及速凝剂
配置单液水泥浆液
2
水泥及水玻璃
配置双液水泥浆液
3
TGRM特种水泥及外加剂
配置高性能水泥浆液
中铁十一局四公司宜万项目部
2004年8月9日
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