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      輸水隧洞斷層破碎帶突涌水超前預處理

      2018-06-27 07:38:24于金民
      東北水利水電 2018年6期
      關鍵詞:隧洞漿液灌漿

      于金民

      (新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局,新疆烏魯木齊 830000)

      1 工程概況

      某輸水隧洞工程其中的一個施工標段,全長5.2 km,地質(zhì)情況復雜,軟硬巖比重分別占46%和54%。從其地下水系統(tǒng)分析,在第三系巖層當中,有著大量的裂隙承壓水,以及多層孔隙承壓水,同時水頭高度比較高。石炭系洞段以基巖裂隙潛水為主。

      此次研究的隧洞穿越較大斷層有F72,F(xiàn)3等,壓扭性,走向為近E-W向和NW向,傾角較陡,其中F72斷層帶為某河大斷裂帶的一個重要分支斷裂,位于主洞樁號2+930-3+010段,走向近EW,據(jù)物探EH4測試成果其斷層影響帶寬度為80 m左右,斷層帶完整性較差,并富水,最大涌水量達2 674 m3/d,易發(fā)生圍巖坍塌、突涌水、涌泥涌砂等不良地質(zhì)災害。

      2 超前預處理方法總體原則

      對F72斷層破碎帶進行施工建設時,采用開挖面地質(zhì)素描、TSP203地震反射法和超前鉆探做好超前地質(zhì)預報工作。以圍巖為對象,預測并實踐檢驗其富水程度,以及其破碎程度。結合判斷得出的結果及之后進行施工時選擇何種輔助手段,實際開挖時,加大對完成開挖地段的監(jiān)控量測力度并制定之后的施工方案。

      3 F72斷層突涌水超前預處理施工方法

      對隧洞發(fā)生較大的突涌水,應按照“以堵為主,堵排結合”的原則,制定完善的應急預案,以保障施工安全。

      3.1 應注意的問題

      由于隧洞埋深普遍較大,地下水在隧洞中的出溢狀態(tài)復雜,存在重要的富水帶,在出現(xiàn)突發(fā)大涌水的可能時,應采取超前工程措施,盡量避免出現(xiàn)大涌水、涌砂現(xiàn)象發(fā)生。承壓水洞段若隧洞出水量不大或基本無水時,應盡可能及時封閉圍巖,避免隧洞出水量逐漸增大,嚴重惡化不良地質(zhì)洞段圍巖的穩(wěn)定條件,特別要防止隧洞滯后大涌水、涌砂和圍巖失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。

      3.2 超前帷幕灌漿堵水

      以新奧法原理為指導,對所有斷面采取封閉性的方式,將深孔進行注漿處理,實現(xiàn)固結止水的目的,從而讓開挖面與隧道附近二者形成加固區(qū),將地下當中的水流路線切斷開來,確保圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài),提升開挖工作的安全性。

      以開挖輪廓線為參考,在其外部5 m范圍的地段進行注漿,注漿段長度一般按30 m設計,分三環(huán)實施:第一環(huán)30 m,第二環(huán)20 m,第三環(huán)12 m。全斷面共布設40個孔。從注漿段來看,在其完成注漿工作之后,預留5 m的長度不進行開挖,呈傘形輻射狀,鉆孔布置成數(shù)圈,內(nèi)外圈按梅花形排列,并采用長短孔相結合,以達到注漿充分、不留死角,漿液擴散半徑3.5 m,孔徑不小于φ75 mm,灌漿壓力2.5~3 MPa。

      4 鉆孔作業(yè)

      4.1 止?jié){墻施工

      根據(jù)注漿規(guī)劃,對止?jié){墻進行建設。就止?jié){墻而言,其位置選擇在開挖面的后側,墻的厚在0.8~1.0 m之間。

      4.2 布孔

      在工作平臺之上,測量人員根據(jù)設計規(guī)劃要求,運用紅色的油漆對鉆孔部位進行精準的描畫,對其編號進行標注,將其位置直接定位標識在掌子面上。

      4.3 鉆孔

      鉆出較大的水,無法繼續(xù)鉆進時,停止鉆孔,安裝閘閥,進行封閉,測量涌水量和水壓力,然后進行注漿。

      鉆孔分段一般為5~6 m,出現(xiàn)以下情況應及時調(diào)整:凡遇斷層破碎帶處,應繼續(xù)鉆進并穿過破碎帶1 m后停鉆即為分段長度,鉆孔遇突然涌水,累計鉆孔出水量超過1 L/s,或其他巖洞段累計鉆孔出水量超過3 L/s時,應停止鉆進,均為一個分段長度。

      超前預注漿中的各類鉆孔應分段作孔斜測量。鉆孔過程中,以每5 m為間隔,允許最大偏差0.05 m進行測量,對偏斜情況進行詳細記錄,查找出現(xiàn)偏斜的原因,采取措施予以糾正處理。

      鉆孔過程中,需對孔號、發(fā)生溢水的部位、溢水量與相應的水壓、進尺等情況進行詳細記錄。

      4.4 鉆孔沖洗及壓水試驗

      壓水試驗在裂隙沖洗后進行,其壓入流量穩(wěn)定標準是指在穩(wěn)定壓力下每2~5 min測讀1次,一直測讀4次,直到其數(shù)值的極大、極小值二者差值控制在最終值的10%范圍當中,則停止壓水試驗,將最終值當作計算值。

      另外,壓水試驗前要通過壓力表(0~2 MPa)檢測每一分段的地下水靜水壓力,以便確定每一分段的注漿壓力。

      5 注漿

      1)設計注漿壓力

      地下水靜水壓力不大于2 MPa時,P=P0×2;地下水靜水壓力大于2 MPa時,P=P0+(1.5~2)MPa。其中:P——注漿終壓,MPa;最少不能低于1.0 MPa;P0——地下水靜水壓力,MPa。

      超前預注漿壓力P依據(jù)現(xiàn)場檢測的每一分段地下水靜水壓力、壓水試驗及上述公式確定。

      2)雙液注漿管路系統(tǒng),見圖1。

      圖1 雙液注漿管路

      3)制漿。根據(jù)室內(nèi)試驗配合比采用制漿機進行水泥漿液或水泥、水玻璃雙漿液的拌制,拌制時間不得少于30 s,且成品漿液需在4 h內(nèi)使用完。水玻璃采購波美度35 Be的成品,根據(jù)現(xiàn)場雙液注漿效果進行配比調(diào)整。

      4)進漿。根據(jù)雙液注漿配比1∶0.3,調(diào)整雙液注漿機2根吸漿管漿液流速,保證經(jīng)混合器出來的漿液滿足設計配比1∶0.3的要求。施工過程中需先開水泥漿進漿閥門,后開水玻璃進漿閥門。停止注漿施工時需先關閉水玻璃進漿閥門,后關閉水泥漿進漿閥門。

      5)出漿。出漿口設置2個壓力表(0~16 MPa),確保混合器出漿,漿液壓力滿足設計注漿壓力的要求后,打開進漿閥注漿。

      6 特殊情況下的注漿措施

      1)注漿中斷。若發(fā)生長時間中斷,需對鉆孔進行沖洗,同時對注漿設備進行檢查,找到出現(xiàn)中斷的原因,針對性給出應對策略,對處于中斷狀態(tài)的孔段再次進行注漿。

      2)串漿。如果出現(xiàn)串漿情況時,可將漿同時澆灌到出現(xiàn)串漿的深孔當中,或通過堵頭對出現(xiàn)串漿的深孔進行封堵,一直到完成灌漿之后,再把出現(xiàn)串漿的深孔打開,然后對其進行清掃與沖洗,接下來繼續(xù)開展注漿或者是鉆機工作。

      3)漏漿。如果巖層出現(xiàn)了嚴重漏漿情況的話,停止中斷注漿工作,查明原因。對吸漿量長時間不減小,壓力升高極其緩慢的灌漿孔段,應采取“定量供漿、間歇灌漿”的方式處理。

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