地表帷幕注浆在某输水隧洞浅埋冲沟段的应用.pdf

人民黄河YELLOWRIVER第45卷S12023年6月Vol.45，Sup.1Jun.，2023（下转第189页）某隧洞位于剥蚀构造低山丘陵区，该区地形开阔、略有起伏。高程685740 m，隧洞全长8 641 m，沿线基岩裸露，岩性为泥盆系二长变粒岩、次块状-块状构造1，岩石中石英含量一般为20%30%，岩石坚硬、较完整。工程区存在f72断层，断层产状40SE60，规模较小，破碎带宽度1.0 m，以挤压破碎裂岩、断层泥岩为主，断层产状与洞轴线夹角为85，对洞室稳定有一定影响。洞内地下水以基岩裂隙水为主，沿断层破碎带、节理密集带有线状流水现象，其他洞段以渗水和滴水为主，估算总涌水量227455 m3/h。该段隧洞围岩以、类围岩为主（约占82.1%），类围岩洞段长1.631 km（约占17.9%）。该输水工程隧洞段桩号91+859和桩号90+000处为浅埋冲沟区，洞室稳定性较差，为避免TBM通过浅埋冲沟影响带时出现较大塌方、卡机、机头沉降等问题，对桩号91+859和桩号90+000浅埋冲沟段进行地表注浆以提前加固处理，目的是加固岩石、形成止水帷幕，为TBM掘进施工创造良好的条件。1注浆前期工作该输水隧洞施工桩号91+859和桩号90+000处均位于浅埋冲沟区，其中：桩号91+859处埋深为30.435.0 m，属于b类围岩，该区段地下水丰富；桩号90+000处埋深不足15 m，属于类围岩。冲沟是一种侵蚀沟，由间断流水冲刷地表形成，对洞室的稳定性影响较大。为避免TBM通过此两处浅埋冲沟区时出现塌方、卡机、机头沉降等问题，提高浅埋冲沟处围岩稳定性，改善TBM施工环境，提前对该区段进行地表注浆加固便成了最优选择。1.1确定注浆范围通过现场施工总结，提前判别不良地质段，在被揭露之前根据地质资料和地表勘探孔，结合超前地质预报结果进行综合研判，提前采取相应的处理措施，判别围岩断层和涌水等不良地质段，确定如下注浆范围：第一段隧洞轴线方向长150 m（桩号91+75991+909），法线方向沿洞轴线左右两侧各9 m，TBM开挖隧洞直径为7.8 m，向两侧延伸确保周边破碎岩石连接成整体，两侧撑靴在周边岩石上受力形成反作用力，使TBM机向前掘进，岩石两侧确保撑靴踩踏后可以安全通过；深度方向洞底以下1 m至洞顶以上4 m。第二段隧洞轴线方向长300 m（桩号89+85090+150），法线方向沿洞轴线左右两侧各9 m，深度方向洞底以下1 m至洞顶以上4 m。1.2布置注浆孔为提高围岩的整体性、稳定性，降低透水性，减少TBM盾构机穿越施工不良地质段时的安全风险、提高施工效率，结合围岩地质情况、覆盖层厚度和现场注浆工艺性试验，本次灌浆采取地表帷幕灌浆，造孔采取地表钻孔，然后让注浆机通过孔和地下裂隙，使其水泥浆液充填地下裂隙，并产生硬化。注浆孔按照间排距均为3 m进行梅花形布置（1序孔与2序孔间隔）。1.3确定注浆设备及材料注浆设备包括BW150注浆泵、JW-200型制浆机、液（气）橡胶止浆塞、三参数大循环注浆自动记录仪。注浆水泥采用42.5P O中抗硫酸盐袋装水泥，水泥浆液采用21、11、0.51三个比级；双浆液采取水泥-水玻璃浆液和水泥浆（常用的水灰比为110.61），水玻璃体积比为110.81，水玻璃波美度为3040 B2。1.4注浆区清表对注浆区进行表土清理和场地平整，清理范围为周边注浆孔外2 m。表土清理采用1.2 m3挖机+推土机配合，将清理出的表土堆放至注浆区以外，待注浆区段注浆完成后再进行回填。1.5施工测量为确保注浆范围的准确性，需采用导线控制网坐标对注浆区进行原地面地形测量，并用标桩标记出隧道中线里程、高程，测设隧道轴线及注浆边线3。2注浆施工技术2.1注浆工艺流程及注意事项注浆工艺流程：地表清理测量放样钻机就位分序钻孔钻孔冲洗压水试验制浆注浆封孔注浆质量检查。注意事项：注浆段在洗孔压水结束后应及时进行注浆作业，间隔时间不得超过24 h；根据现场条件进行试验，选择合理注浆参数和注浆材料，确保注浆效果。2.2注浆要求采用分段法注浆（分3段）。分段注浆时，压力可适当调大，注浆压力宜分级升高，并严格按照注入率高低适时调整注浆压力。采用无盖重注浆一次成孔、自下而上分段方式进行注浆，各注浆段射浆管应保证其距注浆段段底不大于0.5 m，否则应重新配置射浆管。注浆顺序：优先灌注1序孔，其次灌注2序孔。2.3注浆2.3.1布孔钻孔测量放样之后，进行孔位放样。孔位与设计孔位的偏差应小于 10 cm，对注浆孔应进行孔斜测量，孔底的偏差应小于2.5%；注浆孔按分序加密的原则进行钻进；为保证孔口段注浆不漏气及注浆效果，可对钻孔深度和注浆深度相等或相差不大时采取孔口封闭注浆，在孔口设置孔口套管，套管插入孔内23 m，然后再进行注浆4。地表帷幕注浆在某输水隧洞浅埋冲沟段的应用张建伟1，郑晓阳2（1.中国南水北调集团 江汉水网建设开发有限公司，湖北 武汉 430040；2.中国南水北调集团中线有限公司 河南分公司，河南 郑州 450000）摘要：TBM盾构机在大型输水隧洞中的应用较少，其主要原因之一是输水隧洞洞径多变、隧洞地质情况复杂且一般地下水较为丰富，如何让TBM盾构机在隧洞浅埋层破碎段正常施工一直是该设备在水利工程施工中的一个重大技术难题。为解决这一难题，基于某输水隧洞施工需要，通过分析研究、现场试验，最终采取地表帷幕注浆的处理方案，解决了该隧洞部分区段围岩整体性、稳定性差等问题，使后期TBM盾构机掘进过程中未出现较大塌方、卡机、机头沉降等问题，同时施工效率、开挖质量大幅度提高，缩短了工期，为后期支护节约了成本，也为TBM盾构机在不利地质条件下的应用积累了一定的经验。关键词：输水隧洞；TBM施工；地表帷幕注浆；钻孔；浆液中图分类号：TV554文献标志码：Bdoi：10.3969/j.issn.1000-1379.2023.S1.096收稿日期：2022-07-28作者简介：张建伟（1974），男，陕西咸阳人，高级工程师，主要从事大型调水工程运行管理工作通信作者：郑晓阳（1978），男，陕西渭南人，高级工程师，主要从事大型调水工程运行管理工作E-mail： 183人 民 黄 河2023年S1（1）完善基础设施建设。主要针对出现问题的已建感知设备及不满足监测要求的设备进行更换，并针对安全调度和智能化运行管理业务补充安全监测设备和智能识别视频监测设备。（2）搭建数字孪生平台。综合数据底板、模型平台、知识平台等搭建数字孪生平台。模型平台主要包括水利专业模型，为业务应用提供算法支撑。知识平台主要通过建立水利知识引擎、河北省南水北调工程调度方案库、专家经验库、历史典型水资源配置调度场景模式库及水资源配置调度规则库，形成工程安全分析、运维等业务应用。（3）建设智能业务应用。在河北省南水北调配套工程已有的业务平台基础上，通过建设综合信息服务系统、水资源调度“四预”系统、工程安全“四预”系统、供水安全智能指挥系统、智能化运维管理系统及决策可视化支持系统，使水资源调度更加科学、合理、高效，工程设备运转更加高效，减少人工运维，提升工程精细化管理水平。4结语数字孪生河北省南水北调配套工程是具有一定信息化基础的工程，遵循“整合资源，集约共享，统筹推进，协同建设”的建设原则，按照利旧、完善和新建3种模式并结合水资源调度、安全调度和运行管理的业务管理要求，完善基础设施、搭建数字孪生平台、建设智能业务。对于数字孪生河北省南水北调配套工程，预期有以下成效：实现及时预报，快速处置，减少经济损失；增强区域知水管水效能，提高经济效益；保障受水区用水安全，支撑受水区经济高质量健康发展；推动河北省南水北调配套工程监管手段的全面创新。参考文献：1 杨俊峰，王红军，冯昊天，等.基于数字孪生模型的设备故障诊断技术 J.设备管理与维修，2021（9）：128-130.2 蔡阳，成建国，曾焱，等.加快构建具有“四预”功能的智慧水利体系 J.中国水利，2021（20）：2-5.3 霍建伟，李永胜，张军珲，等.数字孪生技术在引调水工程运行管理中的应用 J.小水电，2021（5）：15-17.4 尉晓浩.南水北调配套自动化工程计算机网络系统集成的业务内网设计 J.小水电，2017（2）：32-34，43.【责任编辑栗铭】图2数字孪生河北省南水北调配套工程总体架构（上接第183页）2.3.2钻孔冲洗采用自孔底向孔外大水量敞开冲洗或压力风冲洗，根据不同地质条件采用裂隙冲洗结合钻孔冲洗5。冲洗水压控制在注浆压力的80%，且不超过1 MPa；冲洗风压控制在注浆压力的50%，压力超过0.5 MPa时采用0.5 MPa。2.3.3压水试验选择单点法对孔底段进行简易压水试验，采用自下而上分段注浆时，除在孔底段注浆前可进行一次全孔裂隙冲洗外，其余各段在注浆前一般不进行裂隙冲洗和简易压水试验，以免影响前一段灌注浆液的凝固6。简易压水的压力为灌浆压力的80%，当压力大于1 MPa时采用1 MPa；简易压水试验压水时间为20 min，每5 min测读一次压水流量，其成果以透水率表示7。2.3.4注浆施工采用单浆液注浆时，用单浆液泵灌注，在注浆管上安装自动流量计和压力计记录注浆过程中的流量、压力等，为排泄钻孔内空气，在孔口注浆管上连接一个三通管，在三通管上安装一个排泄阀，既能排除孔内空气，使注浆饱满，也能排除多余回流浆液。采用双浆液注浆时，用双浆泵灌注，水泥浆和水玻璃浆在距注浆孔810 m处用Y形结构混合器混合，水玻璃及水泥浆出浆管上分别安装流量计和控制门以准确控制流量。注浆管进入注浆孔后，与止浆塞导管相连。注浆时，打开混合器注浆阀先注水23 min，使围岩孔隙畅通8，然后注水泥浆约3 min至正常后，迅速将两个吸浆龙头分别放进水泥浆桶和水玻璃桶，实施双液注浆。停止灌注时，先停水玻璃泵，后停水泥浆泵，并用清水清洗管路，以防堵管。注浆完成后，应在适当的时间拔出止浆塞。2.3.5封孔当注浆压力达到规定值时，注入率小于等于1 L/min，继续灌注30 min，即可结束注浆9，采用“导管注浆封孔法”封孔，封孔浆液水灰比为0.51。注浆结束后，安设孔口管，使用水灰比为0.51的浓浆从孔口管注入，自管外孔口管返出，固定孔口管待凝，24 h后清除孔内污水、浮浆，脱空处采用干硬性水泥砂浆封填密实。2.3.6注浆质量检查注浆质量检查应以检查孔压水试验成果为主，注浆检查孔应布置在以下位置：岩体破碎、断层、有塌孔等地质条件不良段；钻孔偏斜过大，注浆情况不正常等对注浆质量有影响部位；注浆过程中，周边各孔注浆量大的部位。采用单点法进行简易压水试验，检查孔数量为注浆孔总数的10%，检查孔应采取钻芯法进行观察，检查时间可安排在注浆结束后3 d或7 d。注浆质量合格标准为：各段的合格率应达到85%，不合格孔段的透水率不超过15%且不集中。参考文献：1 梁峰.长管棚配合小导管辅助施工在新疆某工程浅埋隧洞段的应用 J.广东水利水电，2018（7）：37-39.2 张清.隧道浅埋段岩溶槽谷地表注浆施工方法 J.四川建筑，2008（1）：200-202.3 梁其东.小断面长距离引水隧洞施工综合技术研究 D.济南：山东建筑大学，2016：41-43.4 魏书斋.胶东地区引黄调水工程桂山隧洞工程施工方法研究 D.济南：山东大学，2013：32-36.5 黄仕保.构皮滩水电站第1级升船机基础固结灌浆施工工艺 J.贵州水力发电，2010，24（1）：39-42.6 赵晋乾.山岭公路隧道注浆效果评价及技术指南研究 D.成都：成都理工大学，2010：20-25.7 张才千.某隧洞尾工处理二期固结灌浆施工方案 J.甘肃农业，2013（12）：30-31.8 赵玉印.黄土隧道富水围岩帷幕注浆施工技术 J.四川水泥，2016（10）：38.9 刘辉，秦松强，徐红雷，等.隧道软岩段超前小导管注浆加固技术应用 J.建材与装饰，2016（41）：241-242.【责任编辑张智民】189