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新中梁山隧道重庆北右联络线超前周边注浆.doc

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梁山 隧道 重庆 联络 超前 周边
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1新中梁山隧道北右联络线大跨段超前周边注浆施工技术中铁十七局成渝项目一分部 赵刚摘要:新中梁山右线隧道在施工至重庆北站右联络线大跨段 YDK293+230 位置时,出现超前钻探探孔涌水现象,实测水流量 180m3/h,最大水压 1.2Mpa,水温为 17.5℃。YDK293+230~+200 段为双侧壁导坑开挖,超前注浆施工分左右侧壁导坑分别进行,中隔壁位置不另行注浆。关键词:客运专线 隧道 超前周边注浆 施工技术1、工程概况及地质特点成渝客专新中梁山隧道为左右线分修的两座单线隧道,其中左线长 4124m,右线长 4119m,隧道线间距在 19.5m~65.5m 之间,最大覆盖层厚度 270m,最小覆盖层厚度 4.7m,隧道多次通过小型煤窑采空区,下穿或上跨多条既有铁路和公路隧道,洞口浅埋段上部为居民区,施工环境非常复杂。同时由于成渝客专需联接至重庆北站和重庆西站,需在洞内设置三处大跨段,分别引出重庆北站左联络线、重庆北站右联络线和重庆西站右联络线。重庆北站左联络线大跨段起讫里程为D3K293+120~+350,长 230m,重庆北站右联络线大跨段起讫里程为 YDK292+987~YDK293+240,长253m,重庆西站右联络线大跨段起讫里程为 YDK292+457~+710,长 253m。详见图 1-1。新中梁山右线隧道在施工至重庆北站右联络线大跨段 YDK293+230 位置时,出现超前钻探探孔涌水现象,实测水流量 180m3/h,最大水压 1.2Mpa,水温为 17.5℃。根据新中梁山右线隧道斜井工区 YDK293+230 掌子面开挖揭示、地震发射波法(TSP)解释成果、超前钻探取芯综合分析:YDK293+230~ YDK293+200 以灰岩为主夹泥灰岩,局部含少量盐溶角砾岩,隐晶质结构,中厚层状,较破碎,局部较完整,岩芯呈短柱状、破碎状,可见少量溶孔,其中掌子面前方 1~6m 和 21~24m处出水量较大,推测为溶蚀破碎带,为主要的岩溶含水层,水量清澈,隧道开挖揭露这两处局部有突水的可能。岩层走向和隧道大角度相交,倾角约 50 度,倾向大里程。2、新中梁山隧道超前周边注浆方案的确定2.1 注浆范围YDK293+230~+200 段超前周边注浆分为两个循环进行,第一循环注浆长度为 20m,开挖 15m,预留 5m 做为下循环止浆岩盘;第二循环注浆长度为 15m,开挖 10m,根据超前地质预报确定预留5m 作为下循环注浆止浆岩盘。YDK293+230~+200 段为双侧壁导坑开挖,超前注浆施工分左右侧壁导坑分别进行,中隔壁位置不另行注浆。本循环为 YDK293+230~+210 双侧壁右导坑。2.2 注浆孔及加固范围2根据设计孔位布置图及现场实际开挖高度确定本循环共 65 个注浆孔,超前周边注浆钻孔孔口采用 Φ127 钻孔,并埋设 2mΦ108 孔口管,其余钻孔采用 Φ89 钻孔;超前注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中,所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则,据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。详见图 2-1,2-2。D3K29+15D3K29+50YDK29+457YDK29+710YDK29+87YK29+40ÖØÇì±×óÁªÂçÏß´¿¶ÎìÓÒªÏÖØÇìÎ÷ÓÒÁªÂçÏß´ó¿¶Î新 中 梁 山 隧 道 左 线 新 中 梁 山 隧 道 右 线重 庆 北 左 联 络 线重 庆 北 右 联 络 线进 口 方 向 出 口 方 向斜 井重 庆 西 右 联 络 线 潼西线 襄 渝二 线图 1- 新 中 梁 山 隧 道 线 路 平 面 图 +76530图 2-1 新中梁山隧道线路平面图图 2-1 第一循环超前周边注浆孔位图3图 2-2 注浆平面和纵断面图4超前注浆钻孔应严格依照设计孔位布置,施工中可根据自身机械配置对开孔孔位进行适当调整,但应保证终孔位置,钻孔孔位允许偏差为±5cm,钻孔偏斜率允许偏差为±0.5%孔深。钻孔长度及角度计算式见图 2-3。图 2-3 第一循环钻孔长度及角度计算式加固范围为开挖轮廓线外 5m,双侧壁临时支撑侧为开挖轮廓线外 3m。2.3 注浆参数的选择第一循环注浆长度为 20m,开挖 15m,预留 5m 做为下循环止浆岩盘;第二循环注浆长度为15m,开挖 10m,根据超前地质预报确定预留 5m 作为下循环注浆止浆岩盘。单孔有效扩散半径 2.5m左右,终孔间距 2.5m;注浆范围开挖轮廓线外 5m,双侧壁临时支撑侧为开挖轮廓线外 3m。注浆方式:如出水量较小且成孔容易,用一次性注浆方式或分段后退式注浆;如成孔困难,则采用分段前进式注浆。注浆压力:注浆压力是注浆的主要参数,它对浆液的扩散范围,岩层裂隙充填的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用,所以必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力,方能打到注浆目的,注浆压力比静水压力大 0.5~1.5MPa。浆液的注入量:指单孔注入量,假设浆液在地层中均匀扩散。公式为:Q=πR 2Lnαη式中:Q—单孔注浆量(m 3) ; R—浆液扩散半径(m)取 2.5m;L—注浆孔长(m) ; n—地层的裂隙(%) ;5α—注浆在岩石裂隙中的充填系数,视岩石情况取 0.3~0.9;η—浆液消耗率,取 1.1。2.4 注浆材料注浆采用单液浆,注浆材料选用水泥浆,具体水灰比根据现场试验确定。5 月 14 日根据业主、设计单位、监理单位及施工单位现场变更确定采用双液浆,外加剂采用无碱液态速凝剂。2.5 注浆方式超前周边注浆采用前进式注浆,单孔扩散半径为 2.5 米,使单孔浆扩散圈有效重叠,形成阻水帷幕,施工中根据出水范围,出水规模对单次钻孔深度进行选定。2.6 注浆压力设计压力比静水压力大 0.5~1.5MPa;注浆泵量程应达到设计压力的 1.3~1.5 倍。2.7 注浆结束标准2.7.1 超前周边注浆单孔注浆结束的条件为各孔段均达到设计终压并稳定 10min,且注浆量不小于设计注浆量的 80%,进浆速度为开始进浆速度的 1/4。2.7.2 应取 3~5 孔为检查孔,以判别注浆效果,注浆结束后单孔出水量小于 0.2L/min。隧道开挖后容许渗水量小于 1m3/d.m。 2.7.3 受侧壁导坑断面形状及注浆范围影响,隧道拱顶及仰拱中部可能存在盲区或达不到注浆设计要求,隧道开挖后应根据揭示情况进行补充注浆。3、新中梁山隧道超前周边注浆实施工艺和措施3.1 施工 C25 喷射砼止浆墙为了防止注浆过程中掌子面岩石裂隙出现跑漏浆现象,和方便在后期施工中方便安装孔口管,设计采用 C25 喷射砼作为止浆墙,止浆液墙厚度为 40cm,并设 Φ8 钢筋网,间距 25cm×25cm。因砼喷层厚度较大,分为两次喷射完成,达到设计厚度。3.2 施工分区及平台搭设3.2.1 施工分区根据现场实际开挖高度及钻孔依照由上到下,由外到内的原则,拟定单侧导坑分为 A、B、C 三个区域,A 区为导坑拱顶以下 3 米范围内的钻孔,B 区孔为 A 区以下 3 米范围内的钻孔,剩余 3.5米范围内的钻孔为 C 区孔(见附图 3-1) 。剩余 2 米底部注浆孔待开挖下导后进行补注。施工顺序为:先施工 A 区孔,在施工 B 区孔,最后施工 C 区孔,各区钻孔顺序是由轮廓线位置向导坑中线位置依次施作。例如 YDK293+230 正线侧导坑 A 区钻孔的施工顺序为:1#孔、2#孔、3#孔、4#孔、5#孔、20#孔、39#孔、58#孔、74#孔、21#孔、40#孔、80#孔、22#孔、23#孔、41#孔、642#孔、59#孔、60#孔,施作 B 区及 C 区钻孔同样依照由上到下由外到内的原则进行施工。A区 孔B区 孔C区 孔附图 3-1 注浆分区图3.2.2 平台搭设钻机进场前对隧道施工场地进行平整,由于钻机钻孔最佳工作范围为 5m,而侧壁导坑高度约11m,所以需垫 6m 高,10m 长的施工平台,铺设平台采用隧道弃碴,表面采用 15cm 厚的混凝土进行硬化。为方便钻机就位,需按 1:3.5 的坡度进行放坡。3.3 钻孔施工钻机选用德国宝蛾 KR805-1 型钻机,钻机具有壁展灵活及钻进速度快等优点,钻头采用金刚石凿岩钻头与金刚石取芯钻头配合使用,根据探孔对施工段落围岩参数分析钻机每小时可钻进10~15 米。钻孔采用 ф127 钻头开孔至 1.8—1.9 米后,安装 2 米 ф108 孔口管;其余钻孔采用ф89 孔径。由于此段隧道属富水段落,在后期钻进时可能出现高压水涌出等风险,所以要在孔口管位置安装高压止水阀,止水阀利用法兰与孔口管连接,在钻孔过程中先利用一条连接螺栓与孔口管连接,以便在出现事故后能及时旋转至孔口位置,旋转就位后安装其他连接螺栓,然后关闭阀门,起到止水效果。孔口管、高压止水阀安装如图 3-2。3.4 注浆施工根据此段隧道埋深及出水压力,注浆泵选用 KBY60/80 型单、双液两用注浆泵,此泵最大注浆压力可达 6MPa,最大吸浆量为 8m3/h。注浆采用前进式注浆方式,既钻进一段,灌注一段。当单孔出水量在 0~10m3/h 时注浆段落为5~8m,当单孔出水量在 10~30m3/h 时分段长度控制在 3m,当单孔出水量>30m 3/h 时因立即停止钻孔,开始注浆。每段注浆达到设计结束标准 8 小时后拆除注浆设备,在原孔位上利用取芯钻进行扫孔,扫孔至原钻进孔深后在进行下一段落的钻注施工。如此循环钻注到设计深度。图 3-2 前进式注浆分段示意图。7图 3-2 孔口管及高压止水阀安装示意图附图 3-3 前进式注浆分段示意图4、开挖后监测数据分析根据开挖后新中梁山隧道右线大跨段取 YDK293+230 量测断面,对监测数据进行分析处理,经计算后得到其量测时间间隔、累计量测时间、当日拱顶下沉、累计拱顶下沉、当日拱顶下沉速率、平均拱顶下沉速率、累计水平收敛、当日水平收敛速率、平均水平收敛速率的处理数据,水平收敛、拱顶下沉记录表及变化速率与时间的关系曲线分别如下所示: YDK293+230水平收敛量测记录表量测时间 相对初次变化值(△u)相对上次变化值 时间间隔 变化速率测线编 号月 日 时mm mm d mm/dA-B 6 6 7A-B 6 6 18 1.44 1.44 0.5 2.88A-B 6 7 7 2.62 1.18 0.5 2.36A-B 6 7 18 3.67 1.05 0.5 2.10A-B 6 8 7 4.46 0.79 0.5 1.58A-B 6 8 18 5.14 0.68 0.5 1.36A-B 6 9 7 5.87 0.73 1 0.73A-B 6 10 7 6.44 0.57 1 0.57A-B 6 11 7 6.85 0.41 1 0.41A-B 6 14 7 7.80 0.95 3 0.32A-B 6 17 10 8.48 0.68 3 0.23A-B 6 24 11 9.20 0.72 7 0.10A-B 7 1 11 9.87 0.67 7 0.108YDK293+230 拱顶下沉量测记录表D3K293+345 中导拱顶 埋设日期 2012.6.5量测时间 量测时间相对初次变化值(△u) 相对上次下沉值 时间间隔 下沉速度年 月 日 时 mm mm d mm/d2012 6 6 82012 6 6 19 1.4 1.4 0.5 2.802012 6 7 8 2.7 1.3 0.5 2.602012 6 7 19 4.0 1.3 0.5 2.602012 6 8 8 5.2 1.2 0.5 2.402012 6 8 19 6.2 1.0 0.5 2.002012 6 9 8 7.0 0.8 0.5 1.602012 6 10 8 8.4 1.4 1.0 1.402012 6 11 8 9.4 1.0 1.0 1.002012 6 14 8 11.2 1.8 3.0 0.602012 6 17 8 12.6 1.4 3.0 0.472012 6 24 8 13.6 1.0 7.0 0.142012 7 1 8 14.3 0.7 7.0 0.109从以上数据可以看出 YDK293+230 量测断面自 6 月 6 日布置以来,经过近一个月的量测可以看出:最后一次量测时,当日水平收敛速率为 0.1mm/d,已小于 0.3mm/d,平均水平收敛速率0.38mm/d;当日拱顶下沉速率为 0.1mm/d,已小于 0.3mm/d,平均拱顶下沉速率 0.55mm/d;根据新奥法施工监控量测规范,数据表明:YDK293+230 量测断面的水平收敛和拱顶下沉速率释放程度均达到了 80%以上,围岩已基本稳定。 5、注浆效果评定本循环注浆结束后,掌子面钻设 3 个探孔验证注浆效果,1#探孔从掌子面中部斜向拱部钻探,钻孔仰角约 30°,孔深 25 米,水平投影孔深 22 米;2#孔在掌子面左侧,距开挖边 2.5 米,从掌子面斜向左侧钻探,偏角约 21°,孔深 21.3 米,延线路方向投影孔深约 20 米,外偏超出开挖轮廓线约 5 米;3#孔在掌子面右侧,距开挖边 2.5 米,从掌子面斜向底部钻探,偏角约 20°,孔深 21.1米,延线路方向投影孔深约 20 米,外偏超出开挖轮廓线约 5 米。从现场探孔出水量看,1#探孔出水量约 0.14L/min,2#探孔出水量约 0.08L/min,3#探孔出水量约 0.18L/min,均满足小于 0.2L/min要求。
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