绥德隧道注浆堵水施工方案
绥德隧道注浆堵水施工方案
1、 工程概况
绥德隧道位于陕西省境内,东起绥德县义和镇,西至绥德县西北1-2Km接五里店无定河特大桥,隧道全长12130m,起止里程改DK247+255-改DK259+385,设计为双线隧道,是太中银铁路公司的重点控制工程。隧道所经过地区地形地貌主要为黄土峁、梁状 低山丘陵沟壑区,地势呈西北高,东南低,海拔高程为860-1085m,地形地势起伏较大,“V”型冲沟发育而密集,且纵横交错,冲沟内大部分为地表水,局部地段钻孔后可见有由砂岩裂隙水渗出而形成的涓流,冲沟处表层覆盖薄层新黄土,基岩埋深较浅,其他地区埋深相对较深。中心线附近的基岩除冲沟地段埋深较大,地表是由Q3和Q2冲风积及坡积黄土而形成的黄土峁、梁延绵不断,黄土峁常成斜坡外凹的圈顶状。百米左右,陡砍高一般5-10m,陡砍坡度一般都在70-80度,局部发育黄土陡壁,高约10-50m。在由峁形成的冲沟内,均为干谷,基本无地表水。地表植被稀疏,主要为农作物,路旁沟边以杂木类为主,局部地表覆盖第四系松散堆积层,大部分都以开辟为耕地。
2、 气象特征
本隧道所处绥德县属暖中温带亚干旱大陆性气候区。受季风环流控制,寒暑分明,夏短冬长;夏热湿润,冬寒晴燥。按对铁路工程影响的气候分区为寒冷地区。
由于地理位置和地貌特点,以及受蒙古高压和大陆低压槽的控制,呈现强烈的大陆性冬候。冬季寒冷,时间长,达五个半月,夏季干燥炎热,时间短,仅有二个月。霜冻时间长,气温年变差大。日变差大,夏秋太阳辐射强,加之地面植被少,容易发生直流气团,地形雨及热雷雨经常出现,并常降落冰雹,冬、春全为蒙古高压所控制,多西北风,最大风力九级,夏季蒙古高压北移,受太平洋气团影响,东南风有所加强。降水量减少,分布很不均匀。多年平均降水量在350mm-493mm之间,汛期7-9三个月约占70%,且多为集中性暴雨。所以往往是春,夏干旱,秋季暴雨成灾,气温地理分布的趋势是南高北低。
3、 水文地质
本地区地形起伏、高差大、降水稀少而集中,蒸发量大,河流具典型的雨洪特征,流量、水位与降水量成正比,动态极不稳定,降水多以地表水排走而补给地下水者甚少,为水量贫乏区。
依据地下水赋存条件、水理性质及水利特征,本地下水主要为第四空隙潜水、基岩裂隙水二个基本类型,地下水的赋存与运移均受地形地貌、地层岩性、气象、水文等因素综合控制。孔隙水赋存于第四系松散层内,多以下降泉的形式排向冲沟溪流,赋存条件差,补给方式有大气降水的入渗补给和地表水、基岩裂隙水的侧渗等,其径流主要为补给下伏基岩裂隙水和地表水的蒸发与植物的蒸腾;裂隙水赋存与基岩风化带内,以风
化裂缝含水为特征,有大气降水、地表水、上覆松散岩类空隙潜水的入渗补给,沿地层裂隙和受地形影响由高向低径流,在地形有利部位常以泉水形式排泄。由于本工程位于陕西干旱少雨地带,大气降水补给方式显然微乎其微,主要是以赋存的基岩裂隙水为主,绥德隧道预计正常涌水量为2426m³/d,最大涌水量为5132m³/d,施工时,由于地下水的大量宣泄,必将造成隧道区地下水位的下降,直接影响隧道附近居民用水。根据调查线路附近居民用水情况,本隧道将影响到赵家铺村、大白家沟村、三十里铺村、高家崖村一线居民用水。村中冲沟内多村民蓄水井,根据区域资料绥德隧道的开挖,直接将大量的基岩裂隙水释放,造成沿线居民饮水枯竭。
4、 地下水状态
隧道分段正常涌水量
隧道分段最大涌水量
5、 工期安排
根据合同工期要求及指导性施工组织设计要求进行工作安排,本工程开工日期为2006年9月1日,竣工日期为2009年7月1日,合同工期为34个月。绥德隧道属于特长隧道,工期紧张,任务艰巨。
6、 堵水方案选择
根据铁道部初步设计审查意见,隧道防排水采取“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理“的原则。对于隧道穿过持水层、断裂破碎带,预计地下水较大,当采用以排为主而影响生态平衡时,根据实际情况采用“以堵为主,限量排放”的原则,达到堵水有效、防水可靠、经济合理的目的。在裂隙水较发育地段,采用径向注浆措施。将大面积淋水或布局股流封堵,减少水土流失,保证沿线居民的生活用水。根据本隧道勘探揭示的分段涌水量和隧道区域的环境要求,绥德隧道采取“以堵为主,限量排放”的防排设计原则。
(1)隧道通过集水富水地段地下水状态为II、III级(II级渗水量为10-25L/min •10m;III级渗水量为25-125L L/min •10m)及以上时,隧道采用径向注浆止水措施,以确保施工安全、防止地下水大量流失,并对附近居民的水井、泉水出露点进行长期观测,防止隧道施工造成地表水干枯。隧道正洞施工过程中如发现其他地段涌水量较大时,亦采用取径向注浆堵水措施。注浆堵水后,地下水状态应达到无水或小于地下水状态I级时进行隧道衬砌施工。
(2)若施工中出现股水现象,可在股水点附近打一钻孔引流减小股水点处的压力,同时对股水点进行封堵并注浆,然后对新打钻孔处进行注浆。
(3)地下水状态为I级(I级渗水量为<10L/min •10m)时,采用喷混凝土封闭堵水措施进行施工。
采用围岩注浆堵水的好处在于:(1)围岩注浆充填围岩裂隙,封堵渗水通道,在隧道周围形成隔水保护圈,防止地下水外泄并减轻隧道结构外水压力。在渗流水量较大或达到一定标准的区段,采用各种注浆方法可使围岩中的裂隙被填充,渗流通道堵塞,最终使地下水在围岩之外寻求通路并建立新的平衡,使地下水位得到以恢复并长期得以保持。围岩注浆在隧道外形成一个环形保护圈层,大大增强围岩抗渗能力,减少地下水向隧道区域汇集、渗出,可以显著地减轻隧道外水压力。(2)注浆是较喷锚更为积极主动的加固围岩措施。经过围岩注浆,岩层中的裂隙被浆液充填,浆液固化后变成了岩块之间的胶结材料,从而使围岩的力学性质得到改善,抵御地压的能力增加,减小了作用在衬砌结构上的永久荷载。在某种程度上,注浆加固围岩较锚喷加固围岩
7、 注浆技术参数
7.1注浆孔布置
注浆孔按浆液按扩散半径R=2.0m计算布设,注浆孔按梅 花型布置,孔口环向间距约180cm,孔底环向间距约230cm,纵
向间距200cm,单孔注浆深度2.0m,详见图1-注浆正面布置图,图2-注浆平面布置图,图3-注浆纵断面布置图。
注浆孔采用风机钻孔,方向为隧道断面径向,孔径为45mm。钻孔孔位最大允许偏差为50mm,钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%。
7.2注浆管设计参数
注浆管采用φ 42mm(外径),壁厚3.5mm的热轧无缝钢管,钢管长200cm.小导管安设在孔口,在锚固剂锚牢固,外露10cm以便于注浆操作。小导管孔口处焊接闸阀式止浆阀。
7.3注浆压力
注浆压力采用经验公式计算:
初压:P1=P0+(1-3)×0.1=1.3Mpa
正常压力:P2=P0+(3-5)×0.1=1.5Mpa
终压:P3=(5-8)×0.1=1.7Mpa
式中,P0为静水压力估计水头高120m,P0=1.2Mpa,(1-8)为储备压力系数,取最小值,分别为1、3、5 。
注浆初期选择:P1-P3=1.3-1.7MPa作为参考使用值,转入正常注浆后,根据注浆中的具体情况再加以修正,选择合适的注浆压力。
7.4注浆材料及设备
绥德隧道围岩主要特征为破碎、节理发育、地下水发育,因此选择结石强度高、结石率大、凝胶时间可控,无毒无污染
的水泥浆,如果水量过大时采用水泥水玻璃双液浆。主要注浆材料和设备如下:
水泥:陕西秦岭,P •0 42.5;
水玻璃:浓度,35Be'(玻美度);模数:n=2.4-2.6; 注浆机:KBY-50/70双液注浆机
7.5浆液配制
7.5.1水泥浆配制:
水泥浆要有充分的可溶性和一定的结石强度,根据地层裂隙情况,由实验室确定合理的配合比.
需要注意的是加料顺序、搅拌及放置时间:
加料顺序:水→水泥
搅拌时间:不小于5min
放置时间:不宜超过30min
7.5.2水玻璃液制
水玻璃出厂浓度一般为50-60Be'而注浆使用的浓度为35Be',因此须稀释后方能使用:
稀释加水量:V水=V原×(ρ原- ρ配)/( ρ配- ρ水) 稀释后的水玻璃体积:V配=V原+V水
7.6浆液配比
经现场试验初步确定:
水灰比(重量)=0.5:1
水泥浆:水玻璃浆(体积比)=1:0.8
7.7注浆量计算
单孔浆液注入量根据扩散半径及岩层裂隙率按下式计算: Q=2ΠRLηβ=2×π×2×2×3%×0.9=0.57m³
式中:R—浆液扩散半径,取R=2.0m
L—单孔深度,取L=2.0m
η—围岩裂隙率,破碎带取η=2.5%
β—浆液在裂隙内的有效充填系数,取β=0.9
7.8主要工程数量(见表1)
表1-主要工程数量表
8、 注浆工艺及质量控制
8.1注浆施工工艺流程(详见图4)
8.2质量控制措施
8.2.1钻孔孔位最大允许偏差为50mm,钻孔偏斜率最大允许 偏差为0.5%,即150mm。
8.2.2小导管安设在孔口,外露10cn以便于注浆操作,用锚固剂锚固牢,必要时可在小导管附近及工作面补喷混凝土。
8.2.3压水实验:注浆之前检查机械运行情况、管路密封情况、进浆管的进浆情况。实验压力不低于1.3-1.5倍的终压,即
2.2-2.6Mpa.压水实验进行三次,每次5min,实验完成后,把水放掉。
图4-开挖后加固圈2m全断面径向注浆工序流程图
8.2.4注浆顺序:沿隧道轴线由低到高、由下往上、先注边墙,后注隧道拱部,最后注底板孔;由少水处到多水孔,先注无水孔,后注有水孔;在股水处或流量大的地方,先四周后中间。
8.2.5单孔注浆结束条件:达到终压后并稳定10min,且注浆量不小于设计注浆量的80%、进浆速度为开始进浆速度的
1/4。
8.2.6注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化情况,分析注浆情况,防止堵管、跑浆、漏浆。做好注浆记录,包括孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量等,以便于分析注浆效果。
8.2.7注浆效果检查:注浆后在分析资料的基础上采用压水实验和现场观察法检查注浆效果。当初期支护表面有线状出水或面状渗水,或者压水试验时检查孔德吸水量大于1.0L/(min •m)时,必须进行补充注浆。
8.2.8注浆结束后,及时将注浆孔和检查孔封堵密实。