矿山法隧道地下水控制技术总结.docx

1、矿山法隧道地下水控制技术总结目录一、工程概况及水文地质 21、工程概述 22、工程地质及水文地质 2二、注浆方案的确定 31、设计情况 32、15m水平袖阀管注浆 43、全断面3m径向系统注浆和全断面水平40m超前深孔注浆 5三、注浆施工技术 51、全断面3m径向系统注浆 52、全断面水平40m超前深孔注浆 83、注浆效果 12四、总结 151、全断面3m径向注浆注浆 152、全断面水平40m超前深孔注浆 16一、工程概况及水文地质1、工程概述广州东站燕塘站区间为矿山法隧道区间，线路出广州东站折返线后向北延伸，下穿瘦狗岭军事禁区、省农垦物资总公司宿舍、在建银燕地产公司办公楼、粤垦路、禺东西路立

2、交系统1.5标立交及燕岭路人行天桥，最后到达燕塘站。区间线路最小半径为500m，埋深24.78139.1m。沿线地面条件复杂，经过的建筑物主要有地下军事设施、城市交通主干道、高架桥、建筑物等，车流量大，人员密集，建筑稠密，地面高程26.67103.07m，高差76.40m。图1 广燕区间平面图本区间右线设计里程范围为：YDK0+036YDK-0-500.525,全长536.525m；区间左线设计里程范围为：ZDK0+036ZDK0-500.525,全长543.014m（长链6.489m）；区间左右线总长度1079.539延米。（见图1）本区间采用矿山法施工，于里程YDK0-386（地形绝对坐标

3、X-32747.2905，Y-43888.4013）处设置施工竖井及横通道以实现土石方外运及设备吊装。2、工程地质及水文地质2.1 工程地质条件本区间沿线第四系土层覆盖于基岩之上，下伏基岩为燕山期花岗岩和震旦系变质岩，岩性主要为花岗片麻岩、混合花岗岩，部分地段为混合花岗岩，变质石英砂岩、石英岩等。地质钻孔揭露岩土层自上而下有： 人工填土层、层粉细砂、层中粗砂、层粉质粘土、粘土、层淤泥质土、层可塑状花岗岩残积土、层硬塑或坚硬状花岗岩残积土、层花岗岩全风化带、层花岗岩强风化带、层花岗岩中等风化带、花岗岩微风化带。 其中，区间隧道穿越的地层主要为9H、8H微分化及中分化花岗岩带，岩石单轴抗压强度最大

4、值为132MPa，并广泛分布有花岗岩球状风化、软硬夹层、上软下硬及风化深槽等不良地质，瘦狗岭地段有不整合带通过。广燕区间隧道剖面图（见图2）图2 广燕区间隧道剖面图2.2 水文地质状况本区间地下水水位埋藏变化较大，稳定水位埋深为0.5015.50m，平均为4.12m，但在瘦狗岭山体下330米长度内，水头高度最高达到95m。区间整个隧道开挖断面具有弱透水性，但在强风化和中风化裂隙或构造发育地段，有一定富水性，具承压水特性，地下水类型为：第四系松散层孔隙潜水和基岩风化裂隙水。二、注浆方案的确定1、设计情况广燕区间隧道断面为单线单洞马蹄形，支护结构采用复合式衬砌及喷锚支护法。防水设计遵循“以防为主，

5、刚柔结合，多道防线，因地制宜，综合治理”的原则，强调结构自防水为主。强调结构自防水首先应保证混凝土、钢筋混凝土结构的自防水能力。为此应采取有效技术措施，保证防水混凝土达到规范规定的密实性、抗渗性、抗裂性、防腐性和耐久性。加强变形缝、施工缝、穿墙管、预埋件、预留孔洞、各型接头，各种结构断面接口、桩头等细部结构的防水措施。图3 广燕区间左线施工段地质分布图4 广燕区间右线施工段地质分布本区间矿山法隧道共设计六种马蹄形断面支护类型：A型、B型、C型、D型、E型、F型，均为单孔单线结构断面。其中A断面适用于级围岩、B断面适用于级围岩、C断面适用于级围岩、D、E、F断面适用于级围岩；C型、D型、E型、F

6、型断面开挖前采用超前小导管注浆预加固地层。初期支护完成后进行壁厚注浆，在开挖后地下水出露较多地段、注浆后仍有渗漏水地段应视具体情况向衬砌背后更深层围岩进行注浆，注浆时间为初支完成后的第3天。广燕区间施工段地质分布图（见图3、图4）2、15m水平袖阀管注浆广燕区间处于瘦狗岭断裂带，存在高水头承压水及深厚的花岗岩风化层，地质条件十分复杂。地质勘察及招标设计对地质的复杂性难以充分判定，如详勘报告中经抽水试验推算广燕区间隧道施工中每日涌水量为92.7 m，而实际施工中涌水量达到了每日8001000 m，远远超出预测水量。在竖井开挖时，地层失水引起周边建筑物沉降，燕岭大厦C栋最大沉降量累计达到79mm，

7、使隧道正常开挖受到了影响。竖井开挖揭露地层为强风化地层，裂隙发育，渗水量大，为保证隧道正常开挖,在隧道开挖之前进行全断面15m水平袖阀管注浆，逐环推进，搭接长度35m，达到减少掌子面的渗水量，岩层稳定时间增长，确保开挖安全。减小洞内失水量，控制周边建筑物沉降。 3、全断面3m径向系统注浆和全断面水平40m超前深孔注浆2008年11月隧道开挖向南开挖进入中风化岩层后，水平袖阀管注浆效果变差，洞内失水量每天仍超过1100 m，周边建筑物大面积沉降，燕岭大厦C栋最大沉降量累计达到98.1mm、电缆廊道最大沉降量累计达到103.9mm、禺东西桥最大沉降量累计达到93.4mm。为减少洞内失水量，控制周边

8、建筑物沉降，于2008年12月3日地铁公司建设总部组织召开的广燕区间注浆方案讨论会确定：1）对已开挖成洞的隧道增加全断面3m径向系统注浆，减少洞内渗漏水点，控制洞内失水量，从而减缓周边建筑物由于失水造成的沉降；2）对未开挖的部分，主要是燕塘方向的、地层，进行全断面水平40m超前深孔注浆，填充裂隙，确保今后掌子面开挖安全，达到无水作业，为工程推进创造条件。三、注浆施工技术1、全断面3m径向系统注浆为减小隧道失水对已完成初支采用初支背后3m范围内注浆堵水施工，按10米为一个区段分段依次注浆，注浆孔按1.2米的间距布设，根据岩层的倾向确定注浆钻孔的方向，必要时加密布孔。注浆采用孔口阻塞式注浆，浆液孔

9、口混合的方法。浆液采用双液浆，注浆压力控制在0.51MPa，间隔跳注。3m径向注浆孔布置见示意图（见图5）图5 3m径向注浆孔布置示意图1.1 注浆工艺（1）钻孔： 布孔及施工顺序 洞身孔位布置见钻孔布置图，施工过程中，严格按图放孔，确定各环内单号孔为I序孔，双号孔为II序孔。选取每环的1个一序孔，作先导孔（按勘探要求施工），按环间10m的间距布置先导孔；每个掌子面各布置1个先导孔。环向孔终孔孔深为原则上为3m。 施工工艺流程 施工工艺：采用金刚石钻头、合金钻头进钻，孔口封闭、自上而下分段注浆。 造孔技术要求水平孔及俯孔造孔采用回转地质钻机金刚石钻头钻进成孔或潜孔钻机钻进成孔，孔径76mm，上

10、仰孔采用气腿式凿岩机合金钻头成孔。孔位偏差10cm；钻孔时应对孔内情况进行详细记录，如：地质分层情况、卡钻、各孔段钻进水漏失情况等，以备有针对性地进行集中处理；（2）注浆 注浆方法注浆主要是对基岩裂隙进行处理，而基岩裂隙的张开度和洞身的止浆效果对处理的效果又至关重要。处理方法为先施工奇数环（排）I序孔，再施工该环（排）II序孔；后施工偶数环（排）I序孔，最后施工偶数环（排）II序孔。（掌子面为排）注浆采用栓塞孔口封闭注浆，各孔各注浆段开注前均应做压水试验，检查渗漏情况及孔口止浆效果，并通过压水试验成果对比注浆效果。各孔均采用纯水泥浆液注浆，当漏失严重（即遇到空洞、破碎带）时，再采用水泥粘土水玻

11、璃浆进行注浆，或改用水泥水玻璃双液浆。各段注浆前射浆管下至离孔底50cm以内。如果水泥注浆出现浆液返浓情况，而止水效果不明显时，在偶数排的II序孔内改用聚胺酯等化学浆材进行注浆。 浆材与浆液注浆采用PO42.5的普硅水泥；水玻璃钢采用模数2.83.5，波美度45。水泥浆液水灰比为：3：1，2：1，1：1，0.6:1(0.5:1)五个比级，所有孔段均采用3：1注浆。该浆材以正常注浆为主。水泥粘土水玻璃浆液配比为：水灰比1.5:1，粘土为水泥重量的10%，水玻璃为水泥重量的8%，适当加些纯碱。如需再降低浆材的初凝时间可再增加5%的粘土和5%10%的水玻璃。该浆材以冲填大裂隙为主。水泥水玻璃双液浆水

12、灰比1：10.6：1,水玻璃掺量为水泥重量的5%30%。该浆材以串浆点出现后为主。 注浆压力采用0.51Mpa。在正常情况下，将注浆压力尽量升高到指定数值。 水泥浆液水灰比变换要求注浆时浆液水灰比采用3：1，然后逐级由稀变浓。变换标准为：当注入量达300L而压力和吸浆量均无改变时，可以变浓一级；当吸浆量大于30L/min时可以越浓一级。注浆过程中每隔30min测记一次返浆浆液比重和温度，判别可否存在浆液回浓情况，否则应及时更换新浆，如效果不明显延续注30min后停止注浆。 注浆结束标准各序孔当0.5：1浆液每米注入量达200L时，可结束注浆待凝812h，扫孔后采用注浆水灰比复灌，如吸浆量与注前

13、变化不大则采用加入速凝剂的浆液注浆200L再待凝，重复上述过程直到当吸浆量小于1L/min时，再持续注浆30min后结束注浆。 封孔要求封孔采用0.5：1浓浆按基岩段与覆盖层分段封孔及人工结合将孔内封堵密实。 特殊情况的处理若遇塌孔卡钻、冲洗液大量漏失时等现象时，必须停止进钻，然后进行注浆工作，待复杂孔段注浆完并待凝812小时后，方可进行后续工作。在注浆过程中，若遇漏浆、冒浆、串浆、地表严重抬动等现象时，可以采取降压、限流、间歇注浆、待凝或改用水玻璃水泥浆注浆并待凝等方法进行处理。如果注浆过程中，对注入量大的孔段可采用多台泵多孔群注。如果水泥注浆出现浆液返浓情况，而止水效果不明显时，在偶数排的

14、孔内改用聚胺酯等化学浆材进行注浆，采用化学注浆处理。2、全断面水平40m超前深孔注浆考虑隧道地质情况为、，结合现场情况和施工设备等因素，按每次超前注浆的长度为3050米，进行长距离深孔注水泥-水玻璃双液注浆。在掌子面的周边按500mm1000mm的间距布孔，底部布置双排孔。注浆终压45MPa，上半部分孔扩散距离约34m，下半部分孔扩散距离约1m左右。注浆浆液配比按照现场注浆效果调整。掌子面水平40m超前注浆孔位布置图（见图6）。图6 掌子面水平40m超前注浆孔位布置图2.1 注浆工艺（一）准备工作1、施工作业面中将下部台阶向前掘进，形成一直立作业面，以便施工注浆用砼止浆墙；2、将暴露部分进行初

15、支，底部用C25砼进行浇灌，确保砼浇灌质量，出水部位埋设导管将水引出；3、用现有潜孔钻按注浆孔置钻孔，每孔钻是深度1m，埋设长度2.3m长的注浆孔口管，以快硬水泥埋设；钻孔时需搭设一层平台，便于钻机钻孔及埋设注浆孔口管。4、施工砼止浆墙安设好注浆孔口管后，支模板进行砼浇注，砼墙厚度为1m，采用C30砼，并在砼墙中间部位打一圈经向锚杆，间距为0.5m；5、搭设平台为便于钻孔，搭设一层平台，位于断面中间部位，根据南京K90钻机参数，支钻机顶部需锚杆固定，两根20工字钢，其他用脚手架搭设即可，上面铺设5mm厚度搭板。（二）注浆孔布置1、沿离开初支轮廊线40m的轮廊线上平布置注浆钻孔，钻孔间距0.6m

16、，20个。2、1#-2#20#-27#顶部1#-4#在高度5.6m水平布置。3、底部孔13-19#、28#39#带角度终孔落在地板一下1m位置处；详见钻孔布置图（附图）（三）注浆孔钻进1、钻进设备选择：为加快施工进度，选择南京产的K90钻机，其耗风量为11m/min，钻头选用50十字钻头，钻杆为45，最大钻进深度为35m。2、钻孔初期10米以前，用YT27钻机配50钻头钻进，以加快施工进度。3、钻孔顺序：先钻单号孔，后钻进双号孔，上部下部同时进行，具体顺序为：上部：1324527626725824中部探孔：A1A2A3A10B2A4B1A5B4A9B3A6A7A8下部：922102111201

17、219131814171516283229313033343835373639（四）注浆施工1、注浆前的准备工作：（1）洗孔：用注浆泵向孔内注清水，不少于10分钟，以提高注浆效果，同时测取钻孔吸水率，以确保浆液初始浓度。（2）配置浆液及注浆材料的准备。（3）检修和调试注浆设备。（4）双液浆加固密实混凝土止浆墙。2、注浆参数的确定（1） 浆液浓度：初始浓度： 水泥浆 15：1（水灰比） 正常注浆浓度： 1：1（水灰比） 处理跑浆事故： C:S=1:1（浆液）浓度调整原则：先稀后浓，根据进浆量和注浆压力的变化，及时调整浆液浓度，长时间不上压力，进浆量大，则调浓一级，压力上升快，则调稀一级。（2）

18、扩散距离：顶部及两侧水平方向，扩散5m,底部2m。（3） 注浆终压：P=0.51.0MPa。（4） 注浆结束标准：注浆量越来越少，达到注浆终压并持续半小时，即可结束注浆。（5） 钻注时间：钻孔时，出水就注，依次往复。3、注浆中注意的事项（1） 严格按注浆参数进行注浆，确保注浆效果，（2） 每次注浆前检修好设备，防止注浆过程中高压时出事故影响注浆效果。（3） 及时观察注浆压力表，并做好注浆压力及浆液记录。以便注浆结束时分析毎孔注浆情况。（4） 注浆结束后要高档位冲洗注浆管路，防止注浆管路堵塞。（5） 毎孔结束后要停810小时才能复孔作业。3、注浆效果3.1 初支全断面3m径向注浆根据初支施工进度

19、分两个阶段进行：第一阶段施工2008年12月4日开始到12月31日结束，第二阶段施工2009年4月20日开始到5月7日结束；3.2 全断面水平40m超前深孔注浆从2009年1月2日开始到2009年9月4日结束，总共分四个阶段进行（右线燕塘YDK-0-436、YDK-0-463、左线燕塘ZDK-0-436、ZDK-0-463）。3.3 注浆期间内地面建筑物沉降、隧道失水量和开挖面渗水量统计分析1）通过洞内注浆地面沉降得到控制，详见下附表2）通过洞内注浆有效减小隧道内失水量，详见下附表（三）开挖面渗水情况注浆前后对比（见图5）图5 注浆前后对比通过地面沉降监测、隧道内失水量统计以及掌子面注浆前后观

20、察分析：全断面3m径向注浆及全断面水平深孔40m超前注浆，达到了控制地层失水量从而控制地面建筑物沉降的目的。四、总结全断面3m径向注浆和全断面水平40m超前深孔注浆，在矿山法隧道开挖与隧道成型后止水起到了很大的作用，隧道排水量、周边建筑物沉降都得到了控制，保证了隧道施工质量和工期的实现，为同类矿山法隧道工程地下水控制积累了一些经验。但必须认识到的是，注浆截水、堵水是一个反复的过程，不能抱侥幸的心态，必须认真对待。1、全断面3m径向注浆注浆（一）全断面3m径向注浆首先是依靠初支喷射混凝土作为止浆墙的，初支结构的质量是保证注浆效果实现的必要条件。（二）对于注浆压力的控制，由于初支结构混凝土的厚度不

21、均匀，一般注浆压力不宜大于1Mpa。当压力较大时，会造成初支结构的开裂，从而增加了堵漏点。注浆顺序采取间隔式注浆，预留部分管作为泄水孔，使其注浆排水，从而达到注浆堵水的目的。（三）实际注浆时，从高水位向低水位注浆，使高水位部分一次性达到注浆效果后，逐步推进，将地下水赶到低水位，达到堵水的效果。（四）在、地层进行注浆时，钻孔过程中易发生卡钻、塌孔，不宜成孔，根据现场实际经验，成孔孔深应控制在3m。根据浆液扩散路径注浆，在地层注浆时，注浆量小，采用水泥浆注浆，增大扩散半径，挤压土体，达到注浆的目的；在地层注浆时，由于裂隙发育，注浆量大，采用水泥水玻璃双液浆，减小扩散半径，使浆液在可控范围内扩散达到

22、快速堵水，参考配比：W:C:S=0.8：1：0.15。2、全断面水平40m超前深孔注浆（一）采用“前进式”注浆时，由于是孔口作为浆液出入口，故如果存在淤泥质地层时，浆液穿透效果差，造成在第二循环注浆时部分地层注浆效果变差,出现这种情况时，可采用安装袖阀管穿过淤泥质地层，针对性加固。（二）深孔注浆的注浆压力高（最高4Mpa），决定了止浆墙必须具有足够的稳定性，最好的办法是在止浆墙前方预留5m左右的土体作为缓冲。（三）根据本次注浆，采用单液浆时，在裂隙发育地层，扩散半径较大，容易引起跑浆、串浆，不利于地层加固。采用水泥水玻璃双液浆，可克服这一问题，参考配比：水泥：水：水玻璃=1：1：0.15。 （四）注浆期间，监测必须到位，无论是地面沉降监测、洞内收敛监测，特别是注浆出现异常情况时必须及时检测，做到信息化施工，以指导注浆压力。