《[2017年整理]不良地质条件下隧洞涌水灌浆施工安全管理专项研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《[2017年整理]不良地质条件下隧洞涌水灌浆施工安全管理专项研究（18页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、一、研究立项背景 水电站引水隧洞洞挖施工中，因洞挖岩石多为灰岩、泥质灰岩、岩层裂隙发育，隧洞开挖中多出现塌方、涌水、流沙等不良地质情况发生，其中引水隧洞 1 号工作面开挖过程中出现多出大规模涌水，最大涌水量达 480m/h，由于该处三类围岩岩石较完整，但裂隙较发育、出水点数多、涌水量大，造成了隧洞上方地下水位下降，当泉水枯涸，严重影响了当地村民生产、生活用水需要。以往隧洞涌水段的处理方法主要有封、堵、排、改变轴线等几种方法，但本地由于涉及当地生产、生活用水，故选择灌浆处理以堵的方式进行涌水段的施工，这不仅需要保证引水隧道工程整体施工安全，还须考虑灌浆施工对用水安全及附近生态环境是否有影响的问题
2、。二、主要研究内容1.研 究 目 的 及 意 义由于.断山脉与云贵高原的结合部位，属横断山系的高山峡谷区，地貌形态主要受构造断裂带控制。本工程区位于金沙江隆起带以东，太安昔腊坪北东向构造带以北，横切宁蒗沉降带，区内地质构造十分发育，有经向构造、旋扭构造和北东向构造等，属区域构造稳定性较差地区。工程场地处在永胜宾川地震带北端和宁蒗盐源地震活动区南端附近，距中甸大理地震带约 60km，地震带内历史强震对场地的最大影响估计为度；宁蒗盐源地震活动区对场地最大影响估计为度；中甸大理地震带对场地的最大影响估计均为度。因此，.工的重点、难点。由于引水隧洞地质条件千变万化，隧洞开挖过程中出现的塌方、涌水、流沙
3、、溶洞等不良地质情况严重影响着日常生产、质量、安全问题，对现场施工人员及工程本身存在着极大的安全隐患，目前施工现场主要以灌浆方式进行相应的处理，现场取得效果良好，不仅能保证安全施工，还能在不良地质条件的处理过程中节省工期、节约成本。本次研究.隧洞工程不良地质条件下隧洞涌水灌浆施工安全管理专项研究，重点在于对引水隧.，研究如何对已完成衬砌处理的三类围岩的大流量、高流速涌水段的布孔、泄压、堵水、监测、验收，为相关施工情况下的其他工程提供施工经验，并从经济方面达到有效节约地目的。通过.将进一步完善和优化不良地质条件下隧洞涌水封堵技术体系；进一步改进或寻求高效、高质量的涌水封堵施工技术；进一步推广特殊
4、情况下有效堵水处理方法应用。2.隧 洞 涌 水 封 堵 安 全 管 理 的 重 点 、 难 点地特殊地质条件及地质结构，使得引水隧洞洞挖多为灰岩、泥质灰岩，岩性物理力学性能差，施工过程中极易因侵水、震动等的干扰造成垮塌，并且该地段岩层受地震带影响挤压、变形，岩石较发育、裂隙多、地下水丰富，对隧洞正常施工造成安全危害，为此确保隧洞大规模涌水封堵施工的安全管理重、难点，主要体现在以下几个方面:发生涌水段岩石类别为三类围岩，整体地质条件较好，但对于大规模涌水、单孔涌水压力达 1.0Mpa 的灌浆封堵施工难度大。引水隧洞设计坡度为 1，洞内发生大规模涌水后，积水不能及时有效抽排至洞外，极易造成相应洞段
5、水位雍高，对洞内用电线路及安全用电产生危害。堵水施工过程中脚手架的规范搭设、施工设备的规范使用、造孔灌浆过程中的安全防护、对衬砌完成混凝土的变形监测等工作是隧洞堵水施工过程中的管理重点。3.灌 浆 前 安 全 技 术 措 施由工区定期对施工地点进行巡检、抽检，并制定建立隐患台账，限期整改落实，在机电维护方面，由现场管理人员负责施工队伍机电设备供电、维护，并检查钻机、注浆设备安全性、可靠性。施工期间严格遵照执行相关措施，安全管理制度标准作业，严禁违章作业，作业区段严禁停放其它车辆、杂物，施工区段（注浆洞前 20 米，钻机后20 米范围内必须干净、整洁，无积水、淤泥；所使用设备、材料必须码放整齐。
6、电气设备安装必须符合“三专、两闭锁”规定，电缆吊挂整齐。 钻工必须持证上岗，严格按规程或措施作业。3.涌 水 封 堵 灌 浆 施 工3.1 施 工 特 点根据现场情况和资料分析，本工程从灌浆堵漏技术的角度分析，包括以下几个特点：1).渗漏范围相对比较集中，大致分布在 5060m 的三类围岩范围内，涌水段的渗漏量较大，可达 400500m 3/h，渗水静压力较高，单孔压力最大可达1.0MPa。2).周围基岩比较完整，主要为类围岩，渗漏主要以缓倾角裂隙为主，且其中的方解石和夹泥等充填物已被被冲刷干净，但出现5cm 以上的大开度的溶缝、溶槽和溶洞的可能性较小。3).周围已衬砌混凝土在部分渗漏区存在一
7、定较大的渗水质量，而其他部位相对较好。根据地质情况及现场漏水情况分析，本工程堵漏施工的主要技术难点包括以下三点：1).隧洞该段的岩层裂隙走向相对比较明显，但由于该涌水段前期已进行了针对性的厚度为 35cm 的全断面衬砌，现基岩的涌水情况及涌水点是否发生变化都不清楚，无法针对性的布置堵漏灌浆孔，因此需采用较大长度范围的布孔方式。2).集中涌水通道顺畅，涌水水流速较高，原先封堵位置离涌水出露点较近，因此堵漏材料需采用能抵抗较高水流流速冲刷的材料。3).灌浆效果保证率要求高，工期紧。因此应选择有针对性的灌浆材料及施工工艺，以满足高效、可靠的施工要求。3.2 主 要 原 理灌浆技术的核心是灌浆材料和施
8、工工艺，灌浆设备、灌浆方法、灌浆量、灌浆压力及施工技术等因素对灌浆效果也有很大的影响，地层特性对灌浆材料及施工方法的选用有极大的关系。常规的水泥灌浆方法对稠度都是由稀变浓加以控制，直至达到一定的结束标准。但对本工程而言，采用常规灌浆由于涌水处水流流速高、流量较大，灌浆材料未凝固前即被冲走，材料利用率低，堵漏效果不明显。而在动水堵漏中采用水泥砂浆或高流态混凝土灌浆，由于砂浆和混凝土遇水发生离析，经常发生堵孔事故，堵漏效果也不理想。所以对于动水条件下的堵漏，需要采用一些特殊的堵漏材料及工艺。根据本工程现场情况及以前施工的动水堵漏防渗及地基加固处理的成功经验，本着节约造价和安全可靠的原则，建议采用分
9、区处理的堵漏方案。灌浆材料主要采用快硬硫铝盐水泥、普通水泥浆及水玻璃等多种材料，并结合深-浅孔结合等施工工艺。3.3 施 工 工 艺 流 程 及 操 作 要 点混凝土浇筑前施工处理：地下涌水集中引排：混凝土衬砌施工前，先对各个涌水点进行扩孔，扩孔孔径为 75mm，孔深 1.0m，孔向与断层、裂隙走向相同；孔内插直径 50cm 钢管，钢管深入基岩 50cm，外露 50cm，钢管深入基岩段底部变为 10cm 长花管；在钢管与喷混凝土接触部位用麻丝将钢管包裹，使水全部引入钢管；再将与锚杆或型钢焊接牢固，最后用 M10 水泥砂浆将孔周边封实。埋管顶水灌浆封堵：埋管封堵主要采用顶水封堵灌浆，施工时以流量
10、最大出水孔为中心，从两边向中心灌浆封堵的施工顺序，将全部裂隙来水集中引排。灌浆过程中注意观察相邻孔及周边孔的涌水情况，若流水变为水泥浆液，待浆液变浓浆后，将灌浆浆孔封堵。对于涌水量大的孔，单孔注浆时注入量超过5000kg 还未起压或注入率还未明显减小时，在水泥浆液中加入水玻璃，掺量为水泥重量为 3。根据工程部位漏水量大小、压力大小、衬砌混凝土质量等原则，分以下三种情况分别采取不同的处理措施。3.3.1 集 中 、 大 漏 量 区 域该区域的堵漏特点包括：涌水量很大且较为集中出露，涌水压力一般在0.20.4MPa，单孔最大可达 1.0MPa，不宜采用憋水后让动水成静水进行堵漏，因此动水下进行高流
11、速、大流量封堵是本区域的特色。根据现场情况初步分析，集中、大流量区域主要有两处。 堵水思路针对该区域的漏水特点，为防止现阶段下的次薄弱区域在封堵后发生二次击穿和渗漏破坏，本区域的堵水思路是先对薄弱区域进行封堵灌浆，逐步收缩封堵区域，直至集中出露区域，其作用主要为：1)对次薄弱区域先进行灌浆加固，可形成较好的束缚水流的条件；2)从离涌水点 5080cm 处开灌，延长了浆液到出露处的距离，有利于浆液抵抗水流的作用，有利于保证良好的灌浆效果；3)部分地截断了岩石裂隙水流向集中渗漏处的通道，有利于减少渗漏量和渗水压力，减小后续堵漏的难度。对于集中出露区域，为减少施工难度，采用“分而治之“的方法，在周围
12、 12m 范围内进行泄压泄流，再对集中出露区域进行强行封堵，最后对泄压泄流进行补强封堵，此法的优点是降低了集中封堵的难度。 孔位布置次薄弱区可暂按 2 排布置，孔、排距 2m。集中涌水附近的减压泄流孔也按2 排布置，孔距 1m，孔位布置根据现场实际情况钻孔，可适当进行调整 孔深、孔径孔深一般设置为入岩 2.6m，根据渗漏量的实际情况分成两段灌浆。第一段段长 1.21.4m，主要起充填较大的裂隙、减少渗漏量、改善混凝土及表层基岩的质量，为后续灌浆提供有利条件。第二段灌浆目的主要是提高岩体的完整性，增加围岩的自稳和防渗能力，减少衬砌混凝土承担的压力。钻孔孔径 4290mm，钻孔采用手风钻和 100
13、B 钻进，孔口封闭采用水泥和水玻璃封闭。 施工次序先施工次薄弱区，再施工集中涌水区。按照逐序加密、自外而内的原则，先灌注外围 I 序孔、再灌注 II 序孔，再灌注中间排的 I 序孔、II 序孔，然后灌注中间集中渗漏的内孔，最后灌注内排的泄压泄流孔。 灌浆材料本区域为集中涌水区域，主要采用快硬硫铝盐水泥、普通水泥浆结合水玻璃进行灌注，以快硬硫铝盐水泥为主的浆液。对次固结区主要采用普通水泥浆为主，对漏水孔段采用快硬硫铝盐水泥浆灌注。对集中出露区域采用普通水泥浆结合水玻璃进行灌注，大的涌水通道封堵后，再进行系统的固结灌浆。 灌浆压力本区域底板及边顶拱已浇筑完成，为防止对衬砌混凝土扰动、破坏，在第一段
14、灌浆中采用 0.20.3MPa 的低压力灌注，在不吃浆地层根据现在的时间情况可适当提高到 0.5MPa。在第二段灌浆中灌浆压力应为该处外水压力的 1.0 倍，即采用 1.0MPa 的灌浆压力，在吃浆量较大时，将浆夜调整为 0.5：1 灌注，但终孔的灌浆压力不宜小于 1.1MPa。 结束标准 第一段灌浆结束标准采用定量灌注结束的方式，在灌入 500L 浆液后即可结束灌浆，如灌浆过程中没有起压即灌浆压力为 0 时，应在周围不到3060cm 处进行补强灌浆，灌浆参数与该孔相同。 第二段灌浆结束标准采用在达到规定灌浆压力后，灌浆注入率小于1L/min，延续灌注 30min 即可结束。 封孔达到结束标准
15、后，采用 0.5：1 的浓水泥浆全孔纯压式封孔，封孔压力与灌浆结束压力时相同。 衬砌混凝土变形监测在处理区域内选择 12 处安装灌浆抬动变形监测仪器，实时对衬砌混凝土变形进行检测。允许累计变形量50cm 以上的脱空地层，应及时研究，制定相应的专项措施。 对于高流速孔段采用注浆塞进行封堵。在离高流速孔位 3050cm 处布置 12 个孔孔径 42mm，孔深可根据孔内出水情况确定，孔内出水后即可灌浆。3.3.2 中 等 渗 漏 区 域该区域的特点是：渗漏量不是集中出露，成线状、带状渗漏，或者渗漏量相对较小，渗水压力也相对较小。周围的衬砌混凝土质量良好，可部分将渗漏水憋在岩体中，不致对衬砌混凝土造成
16、较大水压力及大的漏水量。 堵水思路针对该区域的漏水特点，应充分利用该段衬砌混凝土质量较好的特点，先对漏水点附近的薄弱区域进行封堵，最后集中对渗漏区域进行封堵，封堵方法是顶水灌注。即先将裂隙内的水集中引到灌浆孔中，再进行反压灌注，该区域的孔位布置根据现场确定。初步布置孔排距 1.5m2m，孔深 1.52.6m。 施工次序按照逐序加密、自外而内的原则，先灌注外围 I 序孔、II 序孔，最后集中灌注渗漏区域。图 1 固结灌浆总体施工流程图 灌浆浆液本区域主要采用快硬硫铝盐水泥为主，以普通水泥浆和水玻璃为辅助浆液。 灌浆压力在第一段灌浆中采用 0.20.3MPa 的低压力灌注，在不吃浆地层可压力适施工准备清理场地测量放点布置孔位制浆系统就位质量检查孔施工及压水试验预埋灌浆管序孔施工序孔施工钻机就位固定调平、钻进场地
