龙厦1#斜井正线右洞YDK24+098帷幕注浆方案.doc

龙厦铁路ZD－1标象山隧道1#斜井

正洞右线YDK24＋098注浆建议方案

中铁隧道集团有限公司龙厦铁路ZD－1标项目经理部
中铁隧道集团（洛阳）科学技术研究所
2008-5-2

1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80～100m3/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、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2～4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
孔号
水平偏角
立角
孔深

1
0°
0°
1#

2#

2
0°
0°

图2－1 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2－1所示)，在掌子面上施作。
0～8m为较完整硅质灰岩，除一裂隙外，无溶蚀现象，为裂隙水；8～23m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。
①立即购买水囊式止浆塞3个、手压泵一个、及连接管路工具。
②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；
③水抽至掌子面后，对YDK24+068～＋098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。
④对YDK24+098～＋092段适当扩挖20～30cm（或本段不做初支），并在YDK24+092.5、YDK24+093钻设径向锚杆，外露30～40cm，环向间距0.6～0.8m，两环间距1.0m,用以锚固止浆墙（见图3－1）；
⑤对YDK24+098掌子面涌水进行集中引流，安装φ108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。
⑷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。浇注完后要掩护36小时。
⑸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3－1 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Φ108 mm，δ=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，保证孔口管周边不漏水。孔口管周围缠麻丝40～50cm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=0.6:1～1:1，浆液比C:S=1:0.3～1:1，水玻璃浓度为30～35Be′，注浆速度为20～110L/min，注浆终压为3.0～4.0MPa。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
①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Φ108，δ=6mm热扎普通钢管加工，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。
②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。
③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。
⑤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
2～3MPa
2
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
①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。
②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－Ⅰ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+098～24+092段，掌子面按设计要求施作止浆墙6m，对YDK24+098～25+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Φ42mm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，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K24＋092～24＋068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φ42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，纵向终孔间距是2.3m。环向终孔间距2.5m。采用Φ42mm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
5m
2
布孔间距
环向
终孔间距2.5m

纵向
2.3m
3
浆液扩散半径
1.5m
4
注浆速度
10～50L/min
5
注浆压力
1～2MPa

(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。止浆墙嵌入围岩（或初支内）0.25m，上半断面注浆平台如图4－2所示：

图4－2 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Φ140m，终孔直径φ115mm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（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4－2 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5m
2
纵向加固段长
30m
3
浆液扩散半径
R=2.0～3.0m
4
注浆速度
10～100L/min
5
注浆终压
3～4MPa
6
注浆分段长
1~5m（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4－3 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普通硅酸盐水泥
水灰比 W:C=0.6:1～1:1
普通水泥-水玻璃双液浆
P.O 32.5普通硅酸盐水泥
35Be′以上水玻璃
水灰比 W:C=0.6:1～1:1
水玻璃浓度30～35Be′
水泥浆、水玻璃体积比C:S=1:0.3～1:1
铝酸盐水泥浆
HSC或TGRM或其它
水灰比 W:C=0.6:1～1:1
在注浆过程中，先注单液浆，若周边不漏浆，则每个孔段先注一定量的单液浆，后注双液浆，防止下一段钻进漏浆。若周边漏浆，则改注双液浆，使漏浆处封堵后，再改注单液浆，以此循环调换。
4.4.4 钻孔注浆顺序
钻孔注浆顺序采用由外向内，由上向下间隔跳孔的原则，每次隔孔1～2个孔。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，达到注浆堵水、加固的目的。
4.4.5 注浆结束标准
在注浆过程中，当注到一定时间、一定量时，若压力达到设计终压时结束注浆。或注浆过程中，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。当注浆量达到一定量时，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措施结束该孔注浆。
所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏水现象，则可结束注浆。
4.4.6 注浆施工工艺流程
（1）超前预注浆采用“川桑豹”钻机钻孔，开孔直径Φ140mm，终孔Φ115mm左右；
（2）采用Φ140mm开孔钻至3.0m后，安设并固结孔口管及高压闸阀。孔口管采用内径不小于Φ115mm（外径φ127即可），δ=5～6mm热扎无缝钢管加工长3m，前端焊接法兰盘，为防止钻进过程中突发涌水孔口管安设好后应安设和孔口管配套的高压闸阀（见图4-4）；

图4-4 孔口管加工示意图
（3）超前预注浆采用前进式分段注浆工艺，分段长度为1~5m，实际施工过程可根据地质情况进行适当调整；
（4）注浆顺序采取间隔跳孔的方式，按两序施做，实施约束型注浆模式，达到注浆堵水、加固的目的。
全断面超前预注浆施工工艺流程如图4－5所示。
不好
不好
前进式分段注浆
测量放线、标注钻孔位置
钻机及平台车就位固定
钻孔方向确定
钻Φ140钻孔至3.0m深度
安设孔口管及闸阀
配制浆液
补孔注浆
钻设Φ115钻孔5m
第一分段长度注浆
第二个分段长度钻孔
第二分段长度注浆
…
好
继续注浆
结束该孔钻孔注浆施工
效果检查
好
结束
整体注浆效果检查
配制浆液

图4-5 全断面超前预注浆施工工艺流程图
4.4.7 注浆效果检查及评定
所有注浆孔都结束以后，应进行注浆效果检查，注浆效果检查采用探孔检查法、P-Q-T曲线检查法和声波检查法。
１分析法
（a）P-Q-t曲线法
通过对注浆施工中所记录的注浆压力P、注浆速度Q 进行P-t，Q-t 曲线绘制，根据地质特征、注浆机制、设备性能、注浆参数等对P-Q-t 曲线进行分析，从而对注浆效果进行评判。
注浆施工中P-t 曲线呈上升趋势，Q-t 曲线呈下降趋势，注浆结束时，注浆压力达到设计终压，注浆速度达到设计速度(常取5～10 L/min)。
（b）浆液填充率反算
通过统计总注浆量，可采用下式反算出浆液填充率，根据浆液填充率评定注浆效果，即　　　ΣQ = Vnα (1 + β )　　　 (1)
式中：ΣQ 为总注浆量(m3)，V 为加固体体积(m3)，n－ 为地层孔隙率或裂隙度，α－为浆液填充率， β－为浆液损失率。
当地层含水量不大时，浆液填充率须达到70%以上，地层富含水时，浆液填充率须达到80%以上。
（2）检查孔法
（a）选择可能出现的薄弱环节进行钻孔检查，检查孔数量按注浆孔总数的10%（不得少于5个）控制。
检查孔无裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于0.2L/min·m。
（b）必要时检查孔取芯，很难取得完整岩芯，但通过检查孔的岩芯中浆液的固结体存在的多少，以及固结体的强度来判断浆液的固结情况和注浆效果。
4.5 补充注浆和开挖后径向注浆
对于没有达到设计要求的检查孔，应对其区域进行补充注浆，补充注浆根据现场实际情况确定。当隧道开挖过去以后，对出水量较大的区域，应进行径向注浆，以满足防、排水设计要求。
5机具设备配套和材料计划
表5-1 超前预注浆机械设备配套表
序号
设备名称
性能型号
单位
数量
1
钻机
川桑豹系列钻机
台
1
2
注浆泵
（含注浆管）
最大压力大于12MPa
台
1
0.5～7 MPa
台
1
3
搅拌机
300L容积
台
2
4
注浆管
注浆高压胶管（16Mpa）
m
80
5
储浆桶
自制、大于100L
个
4
6
注浆平台车
自制
套
1
7
混合器
T型（单向阀式）
个
3
8
抗震压力表
量程0～16MPa
个
4
9
高压闸阀
与孔口管配套
个
8
10
地质罗盘
钻孔定位方位角
个
2
11
止浆塞
水囊式（φ100）
个
4
12
管钳
中号
把
2
13
变径接头
含法兰盘，含球阀，另一端与注浆管匹配
个
6
14
其它
零碎物品及工具

足量
表5-2 原材料计划表
序号
原材料
性能型号
单位
数量
1
普通水泥
P.O32.5
t
500（暂定）
2
水玻璃
45～50Be’
t
200（暂定）
3
铝酸盐特种水泥

t

4
孔口管
内径116mm，长3.0m
个
100
5
优质棉纱或麻丝

Kg
80
6
其它
零碎物品

足量
6 劳动力组织
表6-1 劳动力配备表
序号
分工
每班数量
小计
备注
1
技术员
1
3

2
工班长
1
3

3
司钻
1
3

4
注浆
8
24

5
电工
1
3

6
机修工
1
3

合计
15
45

7 进度计划
本循环计划前期准备（止浆系统、辅助台架、设备安装调试、后方加固）7天，钻孔注浆22天，注浆效果检查1天，合计本循环30天。
8 安全质量健康环保技术措施
8.1安全技术措施
①建立建全各种岗位安全责任制，并设立专职安全员，严格执行现场交接制度；
②加强施工人员的安全意识，进行岗前安全培训，进场人员必须配备安全帽、防护鞋、防尘口罩等防护用品；
③高空作业平台架要加工牢固，平台周围设置防护栏；
④严格遵守钻探注浆安全操作规程，杜绝野蛮施工；
⑤各连接部件必须采用符合要求的高压配件，安装高压管路和泵头各部件时，各丝扣的连接必须牢固拧紧，注浆前必须对各连接部位进行检查，确保连接完好，防止高压下脱开伤人；
⑥注浆时，禁止现场人员在注浆孔附近停留，防止阀门破裂伤人；
⑦注浆开始时，先开进浆阀，再关闭泄浆阀；注浆结束时，先打开泄浆阀，再关闭进浆阀。应避免两个阀门同时关闭，防止因此造成压力突然升高产生危险，同样，拆卸注浆管必须待降压后才能进行；
⑧注浆时不能随意停水停电，必要时须提前通知。
⑨注浆施工期间，必须配备专职机电修理工，从而保证及时排除机械电器故障，确保施工正常进行。
⑩施工期间，应依据上述设计方案，制定相应的预防突水突泥及塌方现象的应急施工安全措施，防患于未然。加强施工期间的监测量测并及时反馈现场信息。
及时抽排洞内地下积水，以免浸泡软化地基。交叉口段支护结构未施工完成，不得进行全断面超前预注浆作业。
8.2质量技术措施
①建立完善的质量管理体系，设立质量检查小组，现场设质量检查员，随时对各个施工环节进行监督检查，质量责任到人；
②加强现场施工材料管理，保证施工材料满足设计要求，严禁使用不合格材料；
③严格按照技术交底作业，做好钻孔注浆施工原始记录；
④孔口管与孔壁间要封闭密实，防止孔口处跑浆，注浆过程中要随时观察注浆孔附近的串、跑浆现象及注浆中的异常现象，并采取相应措施，确保施工质量；
⑤注浆前，应对钻孔注浆设备进行检修，确保设备的正常使用；
⑥定期召开质量分析会议，对注浆工艺进行改进，提高注浆质量。
8.3特殊情况应急措施
①注浆压力突然升高，应停止水玻璃注浆泵，只注水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再进行双液注浆；
②由于压力调整不当发生崩管时，应停止注浆，待管路修复后再进行双液注浆
③当进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，也可注注停停，但停注时间不能超过浆液凝胶时间，必要时，可改注一定数量的水泥砂浆后再进行双液注浆；
④当发生跑浆时，则应缩短浆液凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液快速凝固，堵塞裂隙；
⑤准备集水坑和排水设施，一旦发生大的涌水，能及时抽排；
⑥在搞好超前地质预报的前提下，施工中要采取防突水、突泥的安全措施，以便能及时抢救和紧急疏散。
8.4健康环保措施
①当注浆施工过程遇到放射性物质等危害身体健康时，必须采取措施进行预防，并尽量缩短在该环境下的作业时间，并加强通风等，注浆工作过时要戴防护眼睛，防腐蚀橡胶手套，穿好防腐工作服、鞋等；
②注浆过程中的漏浆、泻浆等废弃物不能随意排放，防止污染周围生活用水等，污染灌溉用水等；
③尽量减少影响地表水及地下水的走向流动，防止影响周围生态环境。

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