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1、龙厦铁路ZD1标象山隧道1#斜井正洞右线YDK24098注浆建议方案中铁隧道集团有限公司龙厦铁路ZD1标项目经理部中铁隧道集团（洛阳）科学技术研究所2008-5-21涌水及水文地质情况2008年3月31日，在隧道右线YDK24+098开挖时，掌子面中上部出现较大涌水，涌水为一裂隙，水压较高，估测约1.5MPa，涌水量约有80100m3/h，掌子面围岩整体性较好，为硅质灰岩，微风化，涌水初呈黄红色，浑浊夹泥砂，后变清，涌水基本没有减少趋势。经四方现场办公会议决定进行探孔了解前方地质条件后再确定下部施工方案；在退钻机钻杆时，在水压作用下将27m钻杆钻头直接冲出孔外，水量突然加倍涌出，且含大量泥、砂
2、、腐烂有机物等充填物，洞内水位快速上涨，工区立即启动应急措施，撤离掌子面设备、电源等，到安全距离后，马上重新安置抽水设备等，进行抽排水；到4月16日已涨水淹洞近700m，水量近700m3/h，大量抽排水可能会影响生态环境及地表建筑，也严重制约工期，增加投资；必须制定一个能立即减少大部分涌水的措施。2地质预报分析结果为探明象山隧道二工区正洞右线掌子面YDK24+098前方的地质情况，4月24日地质预报组对掌子面面前方进行了地质雷达、超前探孔地质预报，探孔两个，预报分析结果为：地质雷达分析涌水处为一裂隙水，前方25m处为一溶槽；超前地质预报组采用MK-5型钻机在斜井进行了超前地质钻探作业。 参数孔
3、号水平偏角立角孔深1001#2#200图21 钻孔布置及参数图本次钻探共施作钻孔2个(孔位布置及参数如图21所示)，在掌子面上施作。08m为较完整硅质灰岩，除一裂隙外，无溶蚀现象，为裂隙水；823m为完整硅质灰岩，基本无水，钻进速度较慢，27m处与遇一软弱层，宽度约30cm，涌出黄色泥及泥沙等充填物，预报组分析为典型的溶槽，两探孔及掌子面涌水量达400m3，退钻杆后达到700m3/h。3探孔堵水施工方案从目前掌子面围岩情况，结合地质预报组提供的超前探孔地质预报分析结果，以及目前的涌水情况，抽排水情况，雨季到来及地表状况，必须立即控制住涌水量、顶水注浆堵水，因为水量大，水压高，抽水压力大，有淹井
4、的风险，也可能对地表生态造成影响，一旦抽水设备、电力等出现故障就会淹井，开挖施工也不安全。提前进行顶水注浆保证下步施工的安全和减小抽水压力及投资。根据建设指挥部、设计单位（铁四院）、监理单位、施工方四方现场会议决定确定原则。根据要求提出如下措施堵水。立即购买水囊式止浆塞3个、手压泵一个、及连接管路工具。加大抽水力度，迅速将水面抽至探水孔下，然后将止浆塞安放在孔内，并用台架固定，充水胀塞，减小大部分涌水，并继续抽水至掌子面；水抽至掌子面后，对YDK24+068098掌子面涌水处后方，先进行立拱锚网喷砼加固确保施工安全。对YDK24+098092段适当扩挖2030cm（或本段不做初支），并在YDK
5、24+092.5、YDK24+093钻设径向锚杆，外露3040cm，环向间距0.60.8m，两环间距1.0m,用以锚固止浆墙（见图31）；对YDK24+098掌子面涌水进行集中引流，安装108孔口管，孔口管带法兰盘可与闸阀及注浆变径接头连接。孔口管长7m左右，距法兰盘6.4m左右处缠绕40cm棉纱，棉纱缠绕呈纺锤形。安装好孔口管后，尽量用棉纱、锚固剂等将管周围漏水堵回管中，为注浆做好准备。清理完掌子面及底部虚碴，立模泵送砼浇注止浆墙，砼为C25，厚度6.0m，引水管要伸出模板外40cm左右，确保注浆操作；模板外测设集水坑，将引水引至水坑抽排至洞外，防止水淹至正在浇注止浆砼。止浆墙浇注连续。浇注
6、完后要掩护36小时。止浆墙强度达70以上后做关水试验，关水前，加工一个带水压表与引水管连接的装置，测试水压并记录好，为顶水注浆及以后注浆提供依据、参考。图31 止浆墙及引水管安装示意图3.1 顶水注浆3.1.1安装孔口管在浇注止浆墙前将加工好的孔口管塞入探水孔中，将涌水集中于管中，并进行锚固、固定，孔口管直径采用108 mm，=6mm无缝钢管加工，管长7.0m，前端带法兰盘可直接与注浆管路连接，并对周围小的渗漏水用速凝砂浆、锚固剂或喷砼加固止浆，孔口管安装要牢固、密封，周围不漏水，并能抵抗一定的水压。孔口管前方的法兰盘与一相配套的高压球阀相连。安装完毕，浇注模筑砼，养护。做关水试验，保证孔口管
7、周边不漏水。孔口管周围缠麻丝4050cm长，并缠成纺锤形，如图3-2所示： 图3-2 孔口管安装加工大样示意图3.1.2 顶水注浆 顶水注浆材料主要采用普通水泥单液浆以及普通水泥水玻璃双液浆，必要时灌浆水泥砂浆等；水泥浆配比采用水灰比 W:C=0.6:11:1，浆液比C:S=1:0.31:1，水玻璃浓度为3035Be，注浆速度为20110L/min，注浆终压为3.04.0MPa。使浆液沿涌水通道逆流而上，将涌水顶至开挖轮廓线外较远的地方。3.2 顶水注浆施工工艺3.2.1顶水注浆施工工艺安装孔口管，将加工好的孔口管塞入孔中，将涌水集中于管中，并进行锚固、固定，孔口管直径采用108，=6mm热扎
8、普通钢管加工，管长7m，前端带法兰盘可直接与注浆管路连接，安装完后浇注止浆墙。注浆方式顶水注浆从孔口管一次性注浆，注浆浆液主要采用纯水泥浆、水泥水玻璃双液浆。顶水注浆顺序注浆顺序先1后2，先注单液水泥浆、后注水泥水玻璃双液浆；这样通过实施约束型注浆模式，实现顶水注浆堵水目的。其它参数设计如表3-1所示。表3-1 注浆参数表 序号参数名称参 数 值1注浆终压23MPa2注浆量按进行计算确定。式中：注浆量(m3)，扩散半径(m)，溶槽宽(m)，溶槽空隙率（按0.9考虑），浆液填充率，浆液损失率。3.3 注浆结束标准单探孔注浆结束标准当注浆量达到设计加固范围计算量，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措
9、施结束该孔注浆。注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计压力并稳定10min后，即可结束该孔注浆。探孔注浆结束标准A两个孔均达到注浆结束标准，无漏水现象。b观测区段周围岩石情况，有无新的渗漏水点，渗漏水稳定且较小，能保证围岩、初支结构安全，经堵水后涌水量能满足抽排要求值。4 帷幕注浆方案顶水注浆完成后，对全断面进行超前预注浆，注浆加固圈为开挖轮廓线线外5m。4.1方案依据（1）新建龙岩至厦门铁路站前重点工程ZD标施工设计文件、图纸、等相关的文件。（2）现场踏勘调查所获得的工程地质、水文地质、当地资源及施工环境等调查资料以及现场实际情况。（3）2008年4月24日召开的业主、设
10、计、监理、施工四方会议的主要会议一致意见。（4）铁路隧道防排水技术规范。（5）国家及地方关于安全生产和环境保护等方面的法律法规。4.2方案综述针对上述现象，结合第四设计院的注浆方案和现场实际情况，采取如下方案：（1） 自YDK24+09824+092段，掌子面按设计要求施作止浆墙6m，对YDK24+09825+122段围岩采取5m加固圈（开挖轮廓线外）全断面超前预注浆。（2） 正洞YDK24+068+092段设置工字钢拱架，间距1.5m榀，局部支护加小导管注浆加固，小导管为42mm钢管，长5.0m。（3） 加固完成后进行全断面预注浆，注浆完成后，施工、监理方应据实检查、评定注浆效果。开挖期间，
11、局部未达到注浆效果的，应采取小导管补充注浆确保开挖安全。（4） 注浆完成后，应安排超前地质预报（TSP超前预报），注浆段掌子面开挖过程中，应安排超前地质水平钻孔，为下一施工措施提供准确依据。4.3 注浆实施方案4.3.1径向加固注浆根据现场情况和超前地质预报资料，对前方堵水加固主要采用周边超前预注浆，在周边注浆之前，为了防止后方串浆和保证作业空间的安全，防止后方已开挖支护段注浆后，水压力增大导致坍塌，应对掌子面后方K2409224068范围内围岩破碎、漏水段施作径向注浆，用以加固围岩和堵水。径向注浆垂直于开挖轮廓线环向布设42注浆钻孔。注浆钻孔呈梅花型布置，环向开孔间距是1.5m左右，纵向终孔
12、间距是2.3m。环向终孔间距2.5m。采用42mm长5m的注浆小导管，利用注浆小导管进行注浆施工，加固围岩，以达到抗水压要求。注浆参数表见表4-1所示，注浆设计如图4-1所示。表4-1 正洞径向注浆参数表序号参数名称参 数 值1注浆加固范围5m2布孔间距环向终孔间距2.5m纵向2.3m3浆液扩散半径1.5m4注浆速度1050L/min5注浆压力12MPa(a)径向注浆孔平面布置图 (b)径向注浆纵剖面布置图图4-1 正洞径向注浆设计图4.3.2 施作注浆平台由于断面较大，钻机无法钻设上部注浆孔，因此采用上下台阶的方式钻孔、注浆作业，先钻、注下半断面，再回填施作工作平台，然后施作上半断面注浆。止
13、浆墙嵌入围岩（或初支内）0.25m，上半断面注浆平台如图42所示：图42 工作平台及止浆墙设置示意图4.4 全断面超前预注浆在径向加固注浆完成后，再施作超前预注浆，封堵地下水于隧道开挖轮廓线以外，并加固围岩，用以保证开挖的安全顺利。4.4.1注浆设计全断面超前预注浆（B=5m）采用川桑豹快速钻孔设备，开孔直径140m，终孔直径115mm左右，循环注浆段长度设计30m，每一个循环注浆完成后开挖25m，余留5m作为下一循环注浆施工的止浆岩墙。在该注浆设计中，针对钻孔-注浆盲区，在长管注浆完成后，每开挖2.0m，采取超前小导管进行补充注浆，以提高注浆施工质量，确保开挖施工安全。正洞周边帷幕注浆设计（
14、B=5m）如图4-3所示。 a)A-A断面注浆孔开孔布置图 （b）全断面注浆纵剖面图(c)B-B断面注浆孔终孔位置图 (d) C-C、D-D断面注浆孔终孔位置图图4-3 正洞全断面超前注浆设计图（B=5m）4.4.2 注浆参数表42 全断面超前预注浆参数表序号参数名称参数值1注浆加固范围开挖断面至开挖轮廓线外5m2纵向加固段长30m3浆液扩散半径R=2.03.0m4注浆速度10100L/min5注浆终压34MPa6注浆分段长15m（根据地质情况确定）7注浆孔数量97个4.4.3 注浆材料涌水主要为溶槽、断层、破碎地段，主要采用普通水泥单液浆、普通水泥水玻璃双液浆进行注浆堵水施工，必要时，辅以HSC等特殊浆材。注浆材料主要应根据浆液的可行性、可注性、环保、经济性及工艺实施难易度综合分析来选取。根据以往工程注浆堵水经验结合室内试验，注浆以普通水泥、普通水泥水玻璃、铝酸盐特种灌浆水泥浆为主要材料。对于施工中遇到的复杂情况根据注浆堵水的实际需要再进行其他注浆材料的选择。注浆材料配比建议如表所示，具体根据现场情况调节。表43 注浆材料配比表浆液名称原材料浆液配比普通水泥单液浆P.O32.5普通硅
