大量渗水、涌水隧道施工工艺

一、大量涌水隧道施工
1.施工方法
运用新奥法原理,沿隧道开挖轮廓线(含底部)按轴向辐射状布孔(开挖面中心也布孔),进行全断面全封闭深孔注浆固结止水,使 隧道周边及开挖面形成一个堵水帷幕(加固区),切断地下水流通路,保持围岩稳定,增强施工安全。
2.施工工艺
(1)施工程序(见施工程序图)

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(2)超前地质预报
对于构造复杂、水量丰富的地层,必须准确预报工作面前方20~25M范围的工程地质和水文地质情况,以便为制定施工方案和确定注浆参数提供依据。
①钻孔方法:利用液压钻孔台车或YQ-100A施钻深孔,在拱顶、起拱线和隧道中下部位各钻φ76mm孔,孔深超出注浆段5m左右。
②预报内容:预测工作面前方注浆段长度范围的地质构造和岩性、地下水出露位置和水量大小,以及围岩变化情况。
③预报方法:采用钻眼排碴取样分析,记录钻速、水质水量变化情况以及开挖后的岩面观测素描,综合判断预报前方水文、地质条件。
(3)钻孔作业
①封堵墙(止浆墙)施工:首先按照注浆设计施工封堵墙,封堵墙设于开挖面后端,封堵墙厚0.8~1.0m,用C20砼灌注一次成型。
②布孔:由测工站在工作平台上,用红油漆在掌子面上按设计准确画出钻孔位置,标注编号。
③钻孔:
A.钻孔时台车大臂必须顶紧在掌子面上,以防止过大颤动而影响施钻精度。
B.钻机开孔时钻速宜低,钻深20cm后转入正常钻速。
C.第一根钻杆钻完后,凿岩机与钻杆脱离,使用联接套接第二根,依次接杆直至钻到设计深度。
D.钻孔深度达到设计要求后,凿岩机后退带出钻杆,人工用卡或大扳手卡紧前杆,凿岩机反转,松开连接套卸下钻杆,按同样方法依次拆卸钻杆退出孔外。
E.注浆孔角度参数:
仰角、俯角、左偏角、右偏角均控制在最小3°、最大26°内。
④开孔孔径及深度:注浆孔用φ100钻头开孔,孔内放置长3~6m的φ86钢管(或橡胶止浆塞管)做孔口管,掏孔清碴时用φ76钻头。注浆段长度为20m一环。
⑤钻孔深度控制:台车大臂按设计布孔位置点对正,用简易垂球量角器测钻杆仰角,调整至设计角度,并在钻杆上安装导向指示器,控制钻孔偏角。
⑥台车钻孔工作参数:凿岩台车钻孔作业的推进压力2.5~4.0MPa,回转压力5.0~6.0MPa,冲击压力19~20MPa。
(4)注浆作业
①注浆材料:
水泥:用425号以上的普通硅酸盐水泥,质量应符合标准。
水玻璃:用出厂浓度42~45Bé,比重1.42~1.45,模数2.4~2.8的水玻璃原液。
拌合水:水质应符合《铁路砼及砌石工程施工规范》中的各项规定。
②配合比控制:水灰比(W/C)为0.8;水玻璃稀释浓度为25~35Bé;双液体积比(C/S)为1:0.5~0.7。
③凝胶与凝结时间控制:为满足浆液扩散半径的要求,采用凝结时间为:一般地段3分钟,富水地段1~2分钟。
施工控制分以下三种:
A.水灰比固定,水玻璃浓度不变,变换双浆比例。当水玻璃溶液所占比例由小到大,凝胶时间则由长到短,初、终凝由慢到快。
B.水玻璃浓度不变,双液比例固定,变换水灰比。当水灰比由小到大,凝胶时间由短到长,初、终凝由快到慢。
C.水灰比不变,双液比固定,变换水玻璃浓度。当水玻璃浓度由高到低,凝胶时间由短到长,初、终凝由快到慢。
④注浆:连接注浆管路,用注浆泵先压水检查管路是否漏水,设备状态是否正常,然后再做压水试验,以冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液冲塞的密实性,核实岩石的渗透性。
对于富水断层破碎带清孔后,先压水泥浆液,再压CS双液浆。
标定注浆泵上电接触点压力表的最大压力指标,泵压后观察压力变化及水泥浆和水玻璃的消耗数量。
记录注浆时间和注浆量。
注浆达到标准后,打开三通混合器的减压阀排浆,卸下混合器换注另一孔。
注浆结束后,拆卸各注浆器件,全部清洗干净,并对注浆泵进行检查保养。
⑤ 作业方式:
注浆方式采用前进式或全孔一次压入式。钻孔过程中未涌水的,就一钻到底,全孔一次压入式注浆;在钻孔过程中,如发现有水,即停止钻孔,采取注一段钻一段的前进式注浆,直至达到设计段长位置。
在水压、水量较大的情况下,还可采用分层泄水减压、分层注浆方式。即下层管注浆,中层管放水;中层管注浆,上层管放水,这样逐层抬水,把水排挤到拱顶以上规定的止水固结圈以外。
注浆顺序为由下而上,由里向外。
⑥注浆参数:
A.注浆压力及单孔扩散半径:
注浆压力一般为地下水静水压力的2~3倍,考虑到岩层裂隙阻力,初始压力3MPa,终压4~5MPa。单孔浆液扩散半径4m。
B.注浆速度:
钻孔出水量大于50L/min时,注浆速度取80~100L/min。钻孔出水量等于0~50L/min时,注浆速度取60~80L/min。
C.注浆扩散范围:
注浆有效范围为开挖轮廓线外4.0m(塌方段为5.0m)。
D.注浆量:
按注浆范围内围岩体积的5%左右考虑,实注量由钻孔压水试验确定。(单孔注浆量V=11m3,参考值)。
3.劳动力组织
深孔超前预注浆工序多,要求工序衔接紧凑,因此施工组织安排要合理,使各道工序协调动作。
作业工序为四大项:钻孔、运料、配料、注浆。每班施工作业人员29人,劳动力安排见下表。 

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4.机械设备配置
(1)主要注浆配件
①制作注浆孔口管,管长3m、6m两种,管尾焊接联接套,联接套长56mm,内径90mm,外径98mm,它的另一头带有梯形螺纹丝扣,也可用止水浆塞做注浆管,止浆塞采用自制橡胶止浆塞。
②羊角式注浆嘴套帽
注浆嘴套帽内口径螺纹能与孔口管尾外螺纹扣套接。帽头上钻两个孔,接成半角式接头,接头直径30mm,长85mm,与三通混合器连接。
③三通混合器
三通混合器外形尺寸92mm×92mm×62mm,为逆止阀型,有4个孔,其中2个内径为28mm的螺纹孔接注浆管的入口,有一内径为30mm螺纹孔为出浆口,一个减压排浆口。逆止阀使双液混合后不能返流,直接流入羊角注浆嘴里。
④注浆孔口管顶进联接套
顶进联接套尺寸和注浆嘴套帽相同,在帽上套焊一个钎尾套,接在钻孔台车的凿岩机上。
⑤注浆管
φ25高压胶管长5m和10m,每一台注浆泵长短各配2根。
φ25无缝钢管管路配长30~50m,水泥浆和水玻璃浆液各一条管路。
钢管连接用钢制管节对接,高压胶管与钢管连接配件为快速接头或缩头锁接。
5.质量控制要点
(1)一次注浆段长度不大于20m;
(2)注浆帷幕厚度不小于4.0m;
(3)堵水率不低于90%;
(4)注浆结石体7天的单轴抗压强度不小于5MPa。
6.安全措施
(1)地质超前预报和监控量测在施工中贯彻始终。
(2)施工排水沟要及时疏排,严防积水。
(3)针对富水断层破碎带深孔注浆固结止水施工的特点和要求,制定安全实施细则。
(4)加强全员安全意识教育,坚持安全第一的思想,不盲目追求进度,以防止塌方。
(5)要配备少量聚胺脂材料,作为突水应急堵漏时用。
(6)注浆作业人员戴口罩、眼镜和软手套,以防止水泥粉尘和水玻璃溶液对人体造成伤害。
(7)要有良好的照明条件。

二、大量渗水隧道施工
1.施工方法
整治隧道施工渗水,采用聚氯乙烯(PVC)塑料板,即在初期支护与模筑
砼衬砌之间铺一层PVC板,使衬砌表面达到干燥的要求。
2.施工工艺

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①准备工作
A.PVC防水板的质量检查
检查是否有变色、波纹(厚薄不均)、斑点、刀痕、撕裂、小孔等缺点。
B.用特种铅笔在PVC防水板边缘上绘出焊缝搭接线,搭接线距板边10cm。
C.PVC防水板拱部、边墙分段铺设,拱部划出中线,并对称卷起备用。
D.工作台就位:工作台由万能杆件拼装,接通电源,切断钢丝网露头,对超挖空洞要挂网回填砼。
②固定PVC防水板
每环PVC防水板拱部与边墙分别铺设,先将拱部PVC防水板中线重合隧道中线,
并及时在PVC防水板两边,离边缘5cm,间距0.5m,进行锚定,边墙铺设从起拱线开始,板边固定点距边缘5cm,间距1m,向下展开。防水板当中的锚固点布置:沿横断面方向间距为0.5~1.0m,沿隧道轴线方向为1.0m,梅花形布置。
③焊接PVC板搭接缝
搭接缝的焊接工作要超前于另一边。
④焊缝补强
焊缝有不符合质量要求时,及时进行修补处理。
3.劳动力组织
PVC防水板施工每班28人,分边墙与拱部两组,其分工如下:
班长 2人 锚固 6人 焊接 12人 辅助工 8人

4.施工工具配备见下表

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5.质量控制要点
(1)固定防水板时,要将防水板放松,不可绷得太紧,根据岩石基面情况留够富余量,使二次模筑砼挤压后,防水板与喷砼层表面自然密贴。
(2)两防水板间的搭接宽度10cm。
(3)用电锤固定防水板时,由于塑料胀锚螺栓直径为42mm,所以选用直径8mm的钻头钻眼,孔深40~50mm。
(4)防水板焊缝宽度不小于1cm,焊接电压110V,最高不得超过130V。
(5)用电烙铁焊接防水板时,烙铁头在两塑料板间均匀移动,同时在上层防水板之上用手指均匀用力推挤,以防水板焊缝间挤出塑料熔液为最佳。
(6)抽出烙铁头时,需将其上残留的熔融塑料刷掉。
6.安全质量措施
(1)为保证铺设PVC板的平整,隧道开挖采用光面爆破,喷砼后要达到隧道轮廓线圆顺整齐。
(2)铺设防水板前,先将边墙基础灌注好,严禁在已铺设防水板处进行爆破作业。
(3)喷射砼表层有淋水时,采取引、挡、排、遮等措施,保证焊接时无滴水浸入。
(4)射钉枪或电锤,都要垂直于岩层面,同时防水板上要加垫圈。
(5)焊接开始前,电烙铁需在小块塑料板上试温,能使塑料板熔化时才能焊接,停焊时应及时切断电源。
(6)用电烙铁进行焊缝补强时,要防止烙铁头将下块防水板烫出沟槽,影响防水效果。若发现有烤焦变色或焊穿等现象时,要及时进行补贴处理。
(7)隧道内各洞室铺防水板时,均须自上而下,从外向洞室内展铺,并注意正洞的防水板应搭接在洞室防水板里面,并在正洞与洞室边缘增加固定点。
(8)在模筑砼施工时,砼不能直接冲击防水板,震捣器不得接触防水板。