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1、超前预注浆工法一、前 言工程概述：万家寨引黄工程北干线 1#隧洞位于山西省西北部，始于偏关县下土寨分水 闸，穿过黄河与海河两大水系的分水岭虎头山，终点位于朔州市中沟湾，隧洞全长 43.696km，无压隧洞。设计引水流量为22.2ms/s。本标段工程施工项目为：北干线1#隧洞I标输水隧洞（桩号北5+471.241北13+100.000）剩余4724.659m主洞段施工，全部采 用钻爆法施工，主洞圆形断面，衬砌后内径4. 10m。支（北）03洞段下游设计为II类围岩，根据设计图纸说明可知：隧洞穿过寒武系徐庄 组一段薄层，中厚层砂岩，砂质页岩，岩石较新鲜完整，位于地下水位以下，外水水头 30-40m
2、,估测涌水量 0.01-0.04 m3/s.km。已开挖段桩号北10+712.421-北10+722.561段:地层为寒武系中统张夏组二段2Z2）, 围岩上部岩性为灰色、灰黄色中厚层白云质灰岩；下部为灰黄色、青灰色薄层白云质灰岩。 围岩新鲜。岩层产状：走向NE40,倾角SE,倾角5。地质构造洞段发育一条45 /70 闭合裂隙。薄层层理发育。地下水本洞段开挖初期无地下水出露。在对桩号北 10722.561 掌子面顶拱右侧部位（岩性为中厚层白云质灰岩）进行爆破 孔施工时，从钻孔内向外涌水，后做探孔工作，钻进 1.3m 深，施钻压力减弱，随之钻孔 也向向外涌水。涌水量由30m3/h增大到75m3/h
3、，经多日观测，其水量未有减水的趋势， 说明地下水补给充足。据有关单位要求，该段隧洞停止施工，做封堵工作。因涌水日后又 沿中厚层层面流出，在封堵前，对桩号北10+714.561-北10+722.561洞段进行了堵水灌浆。对于该掌子面已对其进行了超前探孔施工，完成的 3 个超前探孔情况如下：1#孔沿洞 轴线总长40m，在1619m处存在空洞，2830m为明显的软弱层，水量逐步增大，但增 幅较小；2#孔在洞左腰线部位，上倾角6，孔深30m，在1821m处存在空洞；3#孔在洞 右腰线部位，上倾角8,孔深19m，因在19m处时发生卡钻现象，无法完成探孔，但未 发现异常。通过探孔的施工，并经多方讨论,最终
4、决定采用设计图纸进行超前预注浆施工。二 超前预注浆工法的特点：小范围内把岩溶裂隙一次性充填，既减少了钻探工程量，又 节省了资金、在最短时间内完成堵水。三 适用范围：围岩软弱破碎，富含大量的构造裂隙水。四 工艺原理：超前预注浆是一种改善围岩结构，提高围岩整体性和自承能力、降低支护 成本、提高支护效果的有效方法，利用浆液把围岩周围的各种弱面充实、重新胶结起来， 改善围岩的物理力学性能，从而提高围岩的整体稳定性和抗渗性。为掘进工作面安全、快速推进创造了有利的条件。本工程支（北）03 洞段灌浆任务为主洞超前预注浆。注浆孔呈弧形布置，以钻机钻头为原点向外辐散，左右呈对称布置。钻孔在洞轴线上的垂直投影为5
5、5m。（详见下页图）。说明：图中尺寸单位均以 cm 计。五、工艺流程及操作要点1、超前预注浆施工的步骤钻孔灌浆按照先灌无水孔，后灌有水孔，从拱顶顺序向下的原则灌注18号孔.待全部 灌浆孔完成37天后再钻灌9号孔进行质量检查，以检查灌浆施工的效果。其试验步骤和工艺流程为：钻孔定位钻孔钻孔冲洗压水试验制浆灌浆灌浆结束封孔检查2、操作要点：2.1 钻孔定位根据设计图纸灌浆孔在掌子面上进行测量定位并统一编号。2.2 钻孔钻孔内容包括灌浆孔、检查孔的钻孔。钻孔钻进采用300型回转式地质钻机。钻孔采用75mm的金钢石钻头钻进，钻进采用 清水钻进。钻孔结束会同监理工程师进行检查验收，检查合格并经监理工程师签
6、认后，方可进行 下一道工序。钻孔工作在灌浆施工中占有极其重要的作用，它的成功与否直接影响灌浆施工的成 败。因此对每个孔的钻孔都要认真对待，从钻机安放、孔序、孔位、孔深、孔斜等方面严 格控制，减少钻孔事故的发生，具体保证措施如下：(1) 钻机安放：钻机安放必须牢固平稳，底座要用长方木铺设，水平仪找平。(2) 孔序：严格的设计的施工顺序进行施工。(3) 孔位：灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm,因故变更孔位时，应征得设计同意。实际孔位应有记录。(4) 孔深：超前预注浆孔的孔深必须满足设计要求。(5) 孔斜：孔斜对灌浆质量至关重要，为此，在钻进过程中钻机操作必须轻压慢钻。当钻至一定深度
7、时，改用长钻具钻进。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编，或采取其它经监理工程师批准的补救措施，纠编无效时，则按监理工程师的指示报废孔后，重新钻孔。灌浆孔其孔底的偏差值不得大于下表规定的数值：孔深(m)2030405060最大允许偏差值(m)0.250.500.801.151.502.3 保护 对所有钻孔妥善保护，直到验收合格为止。2.4 洗孔 超前预注浆孔每当钻成一段时将对该段进行冲洗，洗孔时采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法进行。冲洗水压采用 80%的灌浆压力，压力超过 1MPa 时，采用 IMPa。冲洗应冲至回水澄清，对回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残存 的沉积物
8、厚度不得超过 20cm。当邻近有正在灌浆的灌浆孔或邻近灌浆孔结束不足 24h 时，不得进行裂隙冲洗。 超前预注浆孔（段）冲洗后，该孔（段）应立即进行下一道施工工序，因故中断时间间隔 超过24h的则在灌浆前重新进行冲洗。2.6 压水试验各灌浆孔（段）在灌浆前宜进行简易压水。简易压水可结合裂隙冲洗进行，压力为灌 浆压力的80%，并不大于1 Mpa，压水时间20min，每5min测读一次压入流量。取最后的流 量值作为计算流量，其成果以透水率q表示，单位为吕荣（Lu）。2.7 制浆（1）灌浆采用水泥强度等级不低于 32.5，其品质符合 GB175 水泥标准,并对其检验 符合要求后,方可用于工程。灌浆水
9、泥应妥善保存，严格防潮并缩短存放时间，不使用受 潮结块的水泥。（2）制浆材料必须称量，称量误差应小于 5%，水泥等固相材料采用重量称量法。（3）水泥浆液的搅拌时间，高速搅拌机应大于30s，低速搅拌机应大于3min，浆液 在使用前应过筛，自制备至用完时间不大于 4h。（4）浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和粘滞度等参数，并做好记录。（5）浆液温度应保持在540C，超过此标准的视为废浆，予以舍弃。2.8 灌浆（1）采用三缸灌浆泵、搅拌机和灌浆自动记录仪进行施工，技术性能与所灌注的浆 液的类型、浓度相适应，额定工作压力应大于最大灌浆压力 1.5 倍,压力波动范围宜小于 灌浆压力的 20%,排浆量能满足
10、灌浆最大注入率的要求。（2）灌浆严格按设计要求的施工顺序进行。（3）超前预注浆的灌浆压力和浆液水灰比应按施工图纸的要求或监理工程师的指示， 并且通过生产性灌浆试验确定。灌浆采用纯压式灌浆方法，我单位将依据规范及设计要求（水灰比浓度依次为 1：1、0.8：1、0.6（或0.5）：1 等3 个比级 ），在遇断层和涌水大 的孔段时，则应采用浓一级的水灰比起灌进行施工。（4）灌浆塞应阻塞在灌浆孔口，以防止漏浆。（5）灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，应立即查明原因，采取相应 的措施。（6）灌浆应尽快达到灌浆压力，但对于注入率较大或易于抬动的部位应分级升压。(7) 灌浆浆液应由稀到浓，逐级变换
11、。浆液的变换原则如下：a. 当灌浆压力保持不变时，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不 得不改变水灰比。b. 当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间达到30 min，而灌浆压力和注入率 均无改变或改变不显著时，应改浓一级水灰比。c. 当注入率大于30L/min以上，可根据情况越级变浓。(8) 灌浆的结束条件为，该灌浆段在设计压力下，当注入率不大于lL/min后，继续 灌注30min，或注入率不大于0.4L/min后，继续灌注20min可结束灌浆。2.9封孔 灌浆结束后，应排除钻孔内的积水和污物，采用“全孔灌浆封孔法”封孔，利用原灌 浆管灌入水灰比为0.5：1的浓浆，采用1.
12、0Mpa的灌浆压力，当注入率不大于1.0L/min, 延续30min停止。孔口部分采用干硬性水泥砂浆将钻孔封填密实，孔口压抹齐平。2.10质量检查(1) 工程质量的检查采用单点压水试验的方法，检查孔数量不应少于灌浆孔总数的 5%，检查时间在灌浆结束3至7天以后进行，试验采用单点压水试验法，试验结果应满足 设计规定(qW10Lu)的要求。检查结束后应进行灌浆和封孔。(2) 超前预注浆灌浆质量的压水检查，其孔段合格率应在 80%以上；不合格孔段的 透水率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。若达不到上述合格 标准的，应按监理批准的措施进行处理。2.11回浆和弃浆处理 各部位灌浆
13、的回浆尽量考虑重复利用，在灌浆孔处收集回浆后送入搅拌筒，再加适量 的水泥后重新送出。超时的浆液和不能回收的回浆集中后统一处理。洞内灌浆后要及时冲 洗和清理，集中排出洞外处理。2.12特殊情况处理(1) 灌浆过程中，由于改变浆液水灰比而使灌浆压力突增或注入率突减，应立即查 明原因，随时调整。如因加入掺和料而使注入率突减，则应停止使用掺和料。(2) 当采用最大浓度浆液施灌，注入率很大而不见减少时，经监理同意可采用“定 量供浆、间歇灌浆”的方式处理。水泥浆在灌入5t水泥干料量时应暂停灌浆，间歇时间 不宜少于12h,间歇后仍应扫孔，重新按照灌浆要求进行灌浆，直至结束。(3) 灌浆过程中如发现冒浆、漏浆
14、时，应时具体情况采用嵌缝、表面封堵、加浓浆 液、限量、降低压力和间歇灌浆等方法处理。(4) 灌浆工作必须连续进行，若因故中断，应按下述原则进行处理：(a) 尽可能及时复灌；(b) 中断超过30min,应立即设法冲洗，如冲洗无效，则应在重新灌浆前进行扫孔；(c) 复灌时应采用开灌比级的浆液灌注，如吸浆量同中断前相近，即可用中断前之 水灰比，如吸浆量减少不多，则浆液应逐渐加浓；如吸浆量减少很多，且在极短时间内停 止吸浆，则认为该段不合格。(5) 在有涌水的灌浆孔段，灌浆前应测记涌水压力和涌水量。(6) 如遇较大溶洞，可先灌注水泥砂浆回填，待凝后，扫孔，然后再进行灌注水泥 浆。六 材 料：灌浆主要材
15、料为 M32.5 普通硅酸盐水泥和饮用水，在特殊情况下经监理工程师同意可 适当使用掺合料和外加剂。七 机具设备详见下表序号机械设备名称单位数量备注1300型钻机台1造孔2双层立式灰浆搅拌机台1制浆3250/50灌浆泵台1灌浆4FEC-Gj3000灌浆自动记录仪台1记录5潜水泵台2供水6排污泵台2排废水、废浆7电焊机台1修理8面包车辆1后勤供应9KXP-1测斜仪台1测斜10各种仪表个满足需要计量八 劳动组织及安全劳力计划表序号工种单位数量备注1钻工人62灌浆工人83普工人84电工人25修理工人1合计人25九 质量要求：主要在于质量的控制，根据本工程的实际情况采取以下几个方面的控制措施1、灌浆质量控制1.1特别要注意所有各类灌浆都必须保证30m范围内没有爆破作业，30m以外爆破作 业也应按质点振速来控制，以确保不因爆破而影响灌浆质量。1.2 所
