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齐岳山隧道高压裂隙水注浆堵水技术

来源:智榕旅游
2010年1月 铁道工程学报 Jan 2010 第1期(总136) JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY NO.1fSet.136) 文章编号:1006—2106(2010)O1—0068—05 齐岳山隧 道高 压裂隙水注浆堵水技术 张民庆黄鸿健料 (铁道部宜万铁路建设指挥部, 湖北恩施445000) 摘要:研究目的:齐岳山隧道出口平导PDK 366+295一+155和正洞DK 366+296~+148段为中厚层石英砂 岩,隧道纵方向竖向间隔3—10 m为20~90 cm厚的页岩、煤线夹层,超前探孔单孔涌水量为10—500 in /h, 水压力为2.1~3.2 MPa。针对高压裂隙水,采用何种注浆液进行注浆施工,才能达到良好的堵水效果进行研 究与分析,提出可采用的注浆材料和注浆液,保证隧道的安全开挖。 研究结论:通过现场平导9个循环和正洞5个循环的现场实践,对高压裂隙水采用普通水泥单液浆、普通 水泥一水玻璃双浆液的注浆堵水措施,堵水效果很好,堵水后隧道渗漏量可达到4.9 L/min・in。当隧道断面 不大时(如平导),可采取周边注浆堵水,堵水范围为隧道开挖轮廓线外3—5 m;当隧道断面大时(如正洞), 采取全断面注浆堵水,堵水范围为隧道开挖轮廓线外5—8 In。 关键词:高压裂隙水;注浆;堵水 中图分类号:U455.4 文献标识码:A Technology for Blocking Water by Grouting for High—-pressure Cranny Water of Qiyueshan Tunnel ZHANG M-m—qing .HUANG Hong—jian (Yichang—Wanzhou Railway Construction Headquarters of the Railway Ministry,Enshi,Hubei 445000,China) Abstract:Research purposes:The strata of the Qiyueshan tunnel exit at PDK 366+295一+1 55 and the main tunnel at DK 366+296一+148 are the strata with the medium thickness seam quartz sandstone.and the stratum of vertical interval 3—10m of the tunnel in longitudinal direction is 20-90 cm thick shale rock and shed coal interlayer.The water inflow from the one exploration bore is 10—500 m /h,with the water pressure of 2.1—3.2 MPa.The study and analysis of using which kind of grouting liquid to block the high——pressure canny water are made for achieving good result of water blocking and the grouting material and liquid are presented for ensuring safe excavation of the tunne1. Research conclusions:The practices of 9 whirligigs to the parallel pilot tunnel and the 5 whirligigs to the main tunnel show the good result of water blocking with the amount of water seeping of 4.9 L/m per minute is achieved by adopting the single liquid slurry of Portland cement and double liquid slurry of Portland cement and water—glass to block the high pressure cranny water.If the tunnel section is not big(e.g.the parallel pilot tunne1),the surrounding grouting can be adopted for blocking water and the water blocking range covers 3—5 meters outside of the tunne1.If the tunnel section is big(e.g.the main tunne1),the water blocking range covers 5—8 m outside of the tunne1. Key words:high—pressure cranny water;grouting;water blocking 收稿日期:2009—07—15 作者简介:张民庆,1970年出生,男,教授级高级工程师;黄鸿健,1962年出生,男,教授级高级工程师。 第1期 张民庆黄鸿健:齐岳山隧道高压裂隙水注浆堵水技术 69 1 工程概况 宦万铁路齐岳山隧道全长10.528 km(DK 361+ 255~DK 371+783),隧道最大埋深670 m。隧道进口 标高1 126 ITI,自进口至出口为单面下坡,坡度依次为 l3%o(345 m)、一15.3%o(9 300 ITI)、一6%o(883 m)。 为保证工期,设置贯通平行导坑(隧道左侧30 m处) 和斜井各1座。 2005年8月12日,齐岳山隧道出口平导开挖到 PDK 366+295位置,采用地质钻机进行超前深孔钻 探。探测表明,隧道前方为r3xj(三叠系上统须家 河组)中厚层石英砂岩,隧道纵向局部竖向间隔性夹 页岩、煤线地层。探测段落+290位置为宽约50 em 的页岩、煤线夹层,探孑L涌水量为90 m /h;+285位 置为宽约40 C1TI的页岩、煤线夹层,探孔涌水量为 110 n1 /h;十277位置为宽约60 cm的页岩、煤线夹 层,探孑L涌水量为460 m /h,喷射距离约30 n11实测水 压力2.8 MPa,探测到瓦斯浓度为4.9%:随后,经注 浆堵水后平导向前开挖,按循环进行超前地质钻探,探 测揭示地质为:PDK 366+295~+155段为y3xj(三叠 系上统须家河组)中厚层石英砂岩,隧道纵向方向竖 向间隔3~10 m为20~80 cm厚的页岩、煤线夹层,地 层超前探孔单孔涌水量为10~500 n /h,水压力为 2.6~3.2 MPa。正洞施工到相应位置时,揭示地层与 平导相同。 2 注浆设计 针对高压裂隙水,考虑到水量大、水压力高的特 点,经多次专家会议论证,采取注浆堵水措施进行高压 裂隙水处理。注浆堵水完成后,按K1.0 MPa抗水压 衬砌结构进行开挖支护及衬砌。初期支护采用I18钢 架,喷射混凝土厚度25 ctn,衬砌厚度65 Cm。 根据地层为“以中厚层石英砂岩为主,隧道纵向 方向竖向间隔3~10 m为20~80 cn 厚的页岩、煤线 夹层”的地质特点,注浆设计时,尽量以完整的石英砂 岩作为止浆岩盘,以减少止浆墙厚度 2.1 平导钻孔注浆设计 2.1.1平导第一循环注浆设计 平导第一循环为注浆试验段,采取周边注浆进行 堵水施工,注浆设计参数如表l所示,注浆设计如图1 所示,、 表1注浆设计参数表 参数名称 参数值 止浆墙厚度/m 1.5 纵向加固长度/m 7fPDK 366+295~+288) 帷幕厚度/m 开挖轮廓线外5 m 浆液扩散半径/m 2 终孔间距/m 2.4~2.6 注浆孔数量/个 33 (a)掌子面布 L圈 (b)纵剖面图 (c)终孔交圈图 图l平导第一循环注浆设计图(单位:C131) 2.1.2平导第二循环注浆设计 平导第一循环钻孔注浆试验段完成,经注浆效果 检查评定后进行开挖施工,开挖过程表明注浆堵水效 果很好,因此,在平导第二循环注浆设计时,将纵向堵 水段落长度调整为1 1.5 m,以提高钻孑L注浆利用率 2.1.3平导第三循环注浆设计 在平导第三循环注浆设计时,又根据第一、第二循 环注浆成果,将纵向注浆堵水段落长度调整为17 m, 进一步提高钻孔注浆利用率。注浆设计时,在纵向 10.5 m处设计补孑L断面。 2.1.4平导第四循环注浆设计 在乎导第四循环注浆设计时,又根据前3个循环 的注浆成果,将纵向注浆堵水段落长度进一步加大,调 整为20 1TI,从而进一步提高钻孔注浆利用率。注浆设 计时,在纵向14 m处设计补孔断面。 2.1.5平导第五循环注浆设计 在平导第五循环注浆设计时,进一步完善注浆设 计,将注浆堵水范围由开挖轮廓线外5 m调整到3.8 Ill, 从而减少注浆孔数,注浆设计如图2所示。 2.1.6平导第七~九循环注浆设计 通过试验研究,不断优化注浆设计,形成注浆堵水 范围可靠,纵向段落长度利用率高,注浆孔数合理的注 浆设计——第五循环注浆设计。在平导随后第七~九 循环注浆设计中均采用第五循环注浆设计,注浆设计 参数如表3所示。 2.2正洞钻孔注浆设计 在平导试验的基础上,形成正洞钻孔注浆设计。 同时,考虑到正洞断面大,施工风险高,因此,采取全断 70 铁道工程学报 2010年1月 寸 N + n { 8 In 0 藿 J0nl 50 ●_. 昌 In 1 400 1 ‘ 2000 (a)掌子面布孔图 (b)纵剖面图 (c)终孔交圈图 (d)补孔交圈图 图2平导第五循环注浆设计图(单位:em) 面帷幕注浆设计,注浆设计参数如表2所示,注浆设计 如图3所示。 表2平导与正洞注浆设计参数表 3注浆材料 注浆材料采用普通水泥单液浆、普通水泥一水玻 参数名称 平导 参数值 正洞 璃双液浆,浆液配比参数如表3所示。 表3注浆材料配比参数表 止浆墙厚度/m 1.5 0.5~4 m(若掌子面围 岩完整、强度高时采用 喷射混凝土封闭,厚度 0.5 m;否则施作止浆 墙,厚度2—4 m) 30 注浆材料 名称 普通水泥 单液浆 0.水灰比 配比参数 水泥、水玻璃 水玻璃 体积比 浓度/Be 6:1~0.8:1 纵向加固长度/m 20 帷幕厚度/m 浆液扩散半径/m 终孔间距/m 注浆孔数量/个 开挖轮廓线外 38 m 开挖轮廓线外6.88 m 。普通水泥一 水玻璃双 O.6:1 0.8:1 液浆 1:1 30~35 引_1._-'引 _1 2 2.4~3.2 46 2 2.2 2.6 141 4设备配套 钻孔注浆设备配套如表4所示。 / // 4o0 ’\ L  I●-—-—————----!!! —-・————------————--●J ■ (a)掌子面布孔图  II: 1 300 2Ooo 3 oUU (b)纵剖面图 (c)终孔交圈图 (d)13i'1'1补孔交圈图 (e)20m补孔交圈图 图3正洞注浆设计图(单位:em) 第1期 张民庆黄鸿健:齐岳山隧道高压裂隙水注浆堵水技术 71 表4钻孔注浆设备配套表 机械设备 名称 钻机 型号 MGJ一5O地质钻机 KBY一80/120双液泵 孔施工。 5.3钻孔注浆施工 数量/台 4 3 2 备注 钻孑L注浆施工前必须安设孔口管,以防止发生突 水。注浆施工时,严格按制定的注浆顺序和注浆参数 进行,注浆原则上采取定压原则进行。 制浆2台、 储浆1台 注浆泵 BW一150单液泵 搅拌机 自制 3 5.4注浆结束标准 单孔注浆结束标准:注浆达到设计终压时,注浆速 度小于5 L/rain。 5 注浆施工 5.1注浆参数 注浆参数如表5所示。 表5注浆参数表 全段注浆结束标准: (1)所有注浆孔均符合单孔结束标准,无漏注 现象; (2)检查孔涌水量小于0.2 L/min・m; 参数名称 注浆终压/MPa 注浆分段长度/m 参数值 6~7(取水压力的2~3倍) (3)检查孔取芯,裂隙浆液填充饱满。 5.5现场钻孔注浆实施 (1)遇到高压裂隙水,水量大于 30 m /h时立即注浆; (2)水量小于30 m’/h时,注浆 分段长度取5 m 5~l00 平导共进行9个钻孑L注浆循环,钻孔注浆实施循 环如图4所示,现场钻孔注浆统计结果如表6所示。 正洞共进行5个钻孔注浆循环(其中第5个钻孑L注浆 循环为平导通过横通道拐入正洞后与第4个钻孑L注浆 循环形成对接),正洞钻孑L注浆实施循环如图5所示, 现场钻孔注浆统计结果如表7所示。 第六循环 第匕循环 第八循环 第九循环 注浆速度/(L・min ) 5.2注浆顺序 钻孔注浆顺序按由外向内,同一圈孑L采取问隔跳 第一循环第二循环第_=循环 n 第四循环 第五循环 乳 \f I.n l5Of I f / 2(x)()  — l i ~\ 一 — ——— —/ —/ —\ 2 oo0 —\ f —\ ~\ 2oo0 2 O00 1.700.1 l 1 700 2 Oo0 20oo 图4齐岳山隧道出口平导高压裂隙水段钻孔注浆循环图(单位:cm) 表6 齐岳山隧道出口平导高压裂隙水注浆堵水统计表 循环 钻孔注浆段落 钻孔数量/个 B圈 l2 l2 14 14 12 18 l8 l8 钻孑L注浆时 合计 33 33 50 50 46 里程段 长度/m A圈 第一循环 PDK 366+295~+288 7 2l 第二循环 PDK 366+290.5~+279 第三循环 PDK 366+282~+265 第四循环 PDK 366+267~+247 第五循环 PDK 366+246~+226 l1.5 17 20 20 2l 18 18 16 C圈(补孑L) 日期 时间/d 2oo5—08—23——09—26 33 2005一l0一Ol——l0一l7 2005—1O一22——11—17 20o5—12—1O——l2—25 20o6—0l一03— 1—18 17 27 l6 16 第六循环 PDK 366+230~+210 20 l6 l2 l8 46 2o06~Ol一21—旬2—11 22 第七循环 PDK 366+213~+193 第八循环 PDK 366+195~+175 第九循环 PDK 366+I75~+l55 20 20 20 16 16 I6 12 l2 l2 l8 l8 18 46 46 46 20o6一O2—18— 3—02 20o6~03一O8— 3—23 2OO6~04—01—_o4一l3 13 l6 l3 72 铁道工程学报 2010年1月 暑 t'q 第一循环 一一一 第二循环 第三循环 — 第四循环 / 第五循环 + \\\ 【 眨 4L一 \ -00 、\ 4 、、、 3 Ooo [ 、、、 3 00o \l \\ / / 一 图5齐岳山隧道出口正洞高压裂隙水段钻孔注浆循环图(单位:cm) 表7齐岳山隧道出口正洞高压裂隙水注浆堵水统计表 循环 第一循环 第二循环 钻孔注浆段落 里程段 长度/m 钻孔数量/个 30 30 钻孔注浆时间 日期 时间/d DK 366+296~+266 DK 366+270~+240 141 141 2006—0l一05— 3—04 20O6—06一O6— 7—07 59 31 第三循环 第四循环 DK 366+242~+202 DK 366+208~+178 40 30 141 14l 2OO6一O7—26—旬8—27 2006—09一l1'-09—30 32 20 第五循环 DK 366+148~+178 30 141 2oo6—09一l1——lO一05 25 5.6注浆效果检查与评定 每循环注浆结束后进行注浆效果检查,检查主要采用 检查孔法,要求检查孔单孔涌水量达到0.2 L/rain・m。 注浆前后现场施工照片如图6和图7所示。由 注浆后开挖照片来看,浆液有效地填充了裂隙,达到了 6 结论 (1)通过齐岳山隧道平导9个循环和正洞5个 循环的现场实践,针对砂岩地层高压裂隙水,采用普 通水泥浆、普通水泥一水玻璃双液浆作为注浆材料进 行超前预注浆堵水后,隧道延米渗漏水量可以达到 4.9 L/min・I13,注浆堵水效果好。 (2)当隧道开挖断面不大时(如平导),可采取周 良好的注浆堵水效果,保证了开挖安全和工程质量。 该段注浆结束后,段落涌水量为85 ITI /h,折合平导 (140 m)、正洞(148 lI1)延米涌水量为4.9 IVmin・m。 边注浆堵水,注浆堵水范围为隧道开挖轮廓线外3~ 5 ITI。对于正洞大断面,采取全断面注浆堵水,注浆堵 水范围为隧道开挖轮廓线外5~8 In。 参考文献: [1]《工程地质手册》编写委员会.工程地质手册[K].3版. 北京:中国建筑工业出版社,2004. 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'll,,,'','''’' ●’ lib' ,’’',’'' ’' l',,●,l,,,’,,l' '’ ,’ll, ''’'l’’lip, 'lib '' 'It'’',’,', ,, ',,''l', (上接第72页) Li Mingchong,Zhang Minqing,Li Dairen.Qualiative [4] 张民庆,黄鸿健,殷怀连,等.齐岳山隧道富水溶槽注浆 堵水技术[J].现代隧道技术,2006(3):47~50. Zhang Minqing,Huang Jin,Yin Huailaian,etc. Grouting to stop the Water Ingress from a Water— Analysis and Countermeasures for the Karst Developing Anticline Section of tlle Gaoping No.1 Tunnelentrance on Yichang-wanzhou Railway Line ̄J].Tunnel technology, 2OO6(3):68—72. contained Karst Depression in Qiyueshan Tunnel[J]. Modern Tunnelling Technology,2006(3):47-50. [7] 张民庆.圆梁山隧道深埋充填粉质粘性土溶洞注浆加固 技术[J].铁道工程学报.2004(1):99—104. Zhang Minqing.Strengthening Technique by Grouting [5] 田四明,张民庆,黄鸿健,等.齐岳山隧道进口背斜地段 岩溶发育特征分析与治理[J].现代隧道技术,2006(4): 27—33, with Fillng Siilty Clay for Deep Burying Karst Cave in Yuanliang Mountain Tunnel[J].Journal of Railway Engineering Society,2O04(1):99—104. Tian Siming,Zhang Minqing,Huang Hongjin,etac. 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