复合地层顶管洞门灌浆加固关键技术.pdf

四 川 水 利设计与施工复合地层顶管洞门灌浆加固关键技术罗飞轮熊 亮李志周孟 飞黄小波喻志豪*(中国水利水电第五工程局成都 中国地质大学武汉)【摘 要】在富水地层对顶管进行始发和接收是顶管隧道工程的关键风险点之一在对顶管进行始发和接收前须对洞门采取止水加固措施 文章依托引绰济辽输水工程隧洞段施工六标蛟流河无压洞顶管工程对复合地层顶管洞门加固关键技术进行介绍详细论述了该技术的工艺选择及施工流程 灌浆加固后通过对各灌浆段进行钻孔取芯及压水试验检测加固效果结果表明:洞门采用灌浆加固后在后续顶进中洞门并无大面积渗水、漏浆现象有效地切断了洞门处的渗漏通道可为类似地层条件下的洞门加固提供工程借鉴【关键词】顶管工程 富水地层 洞门灌浆加固 中图分类号:文献标志码:文章编号:()引言顶管法以其施工工期短、噪音小及不影响地面交通等优势在国内得到了飞速的发展广泛应用于市政隧道工程并在近些年中逐渐运用于水利工程中 在顶管施工过程中顶管机的始发及接收存在着诸多技术难点决定着工程能否顺利进行尤其是运用于水利工程在富水地层中施工时容易发生洞门漏浆、涌水及坍塌等事故需对洞门采取止水加固措施 常用的洞口加固处理措施有高压旋喷桩、水泥搅拌桩及注浆现有关于洞门加固技术方面的研究主要集中在盾构施工领域 王云峰等以武汉轨道交通 号线国博中心南站凌吴村站越江盾构隧道工程为背景介绍了长江级阶地富水地层大直径泥水盾构始发洞门垂直冷冻加固技术详细论述了该技术的施工流程、工艺控制要点及施工过程中遇到的特殊情况的处理措施刘祥等以盾构始发与接收水平冻结施工为例介绍了冻结设计方案、盾构始发与接收过程及实际应用效果成功实现始发与接收王志鑫等提出了一种洞门环形冻结密封止水装置及其施工方法并采用数值建模分析该环形冻土帷幕温度场的发展规律谢超等结合园博苑站杏锦路站盾构区间端头加固施工实际情况结合现场勘查、三维有限元计算、监控量测提出行之有效的端头加固范围优化技术为端头加固研究做出了大量的补充王杰等利用有限元软件进行数值模拟对掌子面对流系数、土体导热系数、容积热容量、相变潜热、水泥掺量等因素进行敏感性分析陆路等通过与上海和天津的洞门加固工程的地质条件冻结特性的对比提出富水中砂层地质条件下工程的难点在设计中通过计算确定了冻结帷幕施工参数武冰冰等从洞门加固方案比选、冻结帷幕厚度设计计算、冻结方案设计及冻结施工技术等方面对该洞门垂直冻结加固技术进行了详细阐述黄华等采用提前进洞以超前加固技术对不良地质进行预加固处理和格栅钢架结合超前小导管进行洞门支护加固进洞的方法综上洞门加固方面的研究主要集中于盾构工程中而鲜有关于复合地层顶管始发井洞门加*通讯作者罗飞轮熊 亮李志周孟 飞黄小波喻志豪:复合地层顶管洞门灌浆加固关键技术 固的研究和技术因此本文结合引绰济辽输水工程隧洞段施工六标蛟流河无压洞顶管工程对复合地层顶管洞门灌浆加固施工进行研究和介绍 工程概况由中国水电五局承建的蛟流河穿河建筑物位于内蒙古自治区兴安盟突泉县境内连接 号隧洞和 号隧洞按直线布置由东北向西南走向长为 主要由始发井、顶管段、无压洞钻爆段及扩大洞室段组成其中顶管段长 管节外径 内径 纵断面比降为/顶管始发井结构总深度为 衬砌后直径为 蛟流河穿河建筑物平面布置如图 所示图 蛟流河穿河建筑物平面布置示意 始发井施工过程中受不良地质条件影响顶管出洞洞门方向发生塌方造成地面塌陷对塌腔位置进行勘探高程 (孔深 )为钢筋混凝土高程 (孔深 )为空腔高程 (孔深 )为碎石渣料高程 (孔 深 )为 基 岩 高 程 (孔深 )为空腔高程 (孔深 )为碎石渣料高程 (孔深 )为基岩需对此复合地层顶管洞门进行加固处理 工艺选择常用的洞口加固处理措施有高压旋喷桩、水泥搅拌桩、注浆等()高压旋喷桩是指将含有喷嘴的注浆管插入需要加固的土层之中再利用高压将配置好的泥浆通过喷嘴射出强水压的泥浆使土体发生破坏土颗粒从土体中被剥落进而与泥浆搅拌混合形成混合浆液混合浆液逐渐凝固最终形成一个有一定强度的圆柱状固结体从而达到土体加固的目的 高压旋喷桩施工简单噪声小无污染效果好但造价高所用灰量大()水泥搅拌桩是利用钻机钻进预先设计的深度打开注浆泵喷射水泥浆液并缓慢提钻至预定高度再重复搅拌下钻喷射水泥浆液并提钻至地表成桩结束 水泥搅拌桩利用水泥浆液作为固化剂与土体充分搅拌后发生一系列的物理、化学反应使软弱地基土硬化从而提升土体强度水泥搅拌桩经济效益好施工工期短设备机械化程度高但施工机械占地面积大且加固深度有一定限制()注浆法是将配置好的浆液通过注浆管注入地层之中浆液通过土层中的空隙进行流动渗透与土层中的颗粒固结形成强度大且稳定的整体 注浆法工期短施工简便、安全 但注浆固结位置不可控易出现漏浆现象综合现场具体情况考虑本工程拟采用注浆法对顶管洞门进行灌浆加固处理 加固方案 四 川 水 利 加加固固流流程程加固施工流程包括准备工作后背墙加固洞门水平注浆塌腔回填地表注浆井壁处理结束 准准备备工工作作顶管洞门加固施工准备工作主要包括人员、设备、材料及技术保障等方面 施工前做好原材料及设备进场准备工作组织作业人员进行技术交底并对灌浆孔位进行测量放线 后后背背墙墙加加固固后背墙混凝土浇筑前按 预埋固结灌浆钢管内径 待后背墙钢板安装完成及混凝土浇筑完成后进行后背墙固结灌浆施工 固结灌浆范围沿顶管中心线两侧环向各 单孔深(后背墙厚 入岩)环向排间距 固结灌浆高度(自底板起至洞门高程)共布置 排灌浆孔单排布置 个孔共 个灌浆孔灌浆孔具体位置如图 所示图 后背墙加固孔位布置 洞洞门门水水平平注注浆浆根据对洞门上方塌腔部位进行勘探针对塌腔部位拟采取固结灌浆措施 为确保灌浆效果灌浆时拟采用双液注浆法(水玻璃水泥浆)进行施工双液比例根据现场情况确定 灌浆遵循逐渐加密的原则先注浆最外侧孔位凝固后形成止浆墙再进行内侧孔位注浆施工 当单孔注浆量较大时可根据实际情况调整浆液水灰比用浓一级的浆液或加注砂浆的形式进行注浆洞门灌浆布孔示意如图 所示图 洞门灌浆布孔示意 塌塌腔腔回回填填洞门固结灌浆结束后对地表塌陷处进行回填露天范围内采用碎石(小石)回填盖重范围内塌陷处采用细砂回填 回填施工时采用 装载机装车 自卸汽车将回填料运输至工作面附近由 挖掘机或 装载机将回填料进行分层回填不可直接将回填料倾倒至塌陷处回填施工时井下不应安排人员施工并安排专人观察井壁稳定情况 地地表表注注浆浆塌腔回填完成后通过采取压水试验的方式对洞门上方岩层进行注浆效果及密实度检查 经检查洞门上方岩层透水率较大及存在空腔现象时则应进行地表注浆采取进一步处理措施具体如下 布布孔孔施施钻钻自井壁外侧、顺顶进轴线方向间距 布孔沿洞圈方向按 的弧长延伸至洞轴线位置共计 个孔具体布置见图 所示 覆盖层钻孔 孔 径 为 下 入 钢 管()形成护壁防止塌孔等情况岩石层采用 钻头成孔钻孔孔深 灌浆段长度采取自上而下分段灌注第一段()第二段()钻孔过程中各孔应详细记录孔位、孔深、地层变化、换层情况和漏水、掉钻 尤其注意分层的位置准确记录便于后续分析情况 所有灌浆过程中的钻孔均需妥善保护防止流进污水或落入其他异物罗飞轮熊 亮李志周孟 飞黄小波喻志豪:复合地层顶管洞门灌浆加固关键技术 图 地表灌浆布孔示意 灌灌浆浆()施工次序加强固结灌浆遵循逐渐加密的原则施工 灌浆为六排固结先灌注塌腔两侧排、依次向塌腔的中部推进最后灌注塌腔中间排排内均按两序施工()施工工艺流程加强固结灌浆孔采用“阻塞灌浆法”进行灌浆止浆塞阻塞在不少于出洞口两倍洞径位置采用自下而上分段灌浆法以灌注水泥基浆为主可根据灌浆情况采用外掺水玻璃水泥浆液、水泥水玻璃双浆液、外掺早凝剂的水泥砂浆浆液水泥水玻璃双浆液应采用孔口混合()灌浆压力灌浆压力应尽快达到设计值注入率大的孔段应分级升压为防止岩石面或混凝土面抬动加强固结灌浆原则上“一泵灌一孔”最大灌浆压力为 ()浆液水灰比及浆液变换水泥浆液:采用水灰比为 、和 五个配比浆液配比计量误差应小于 灌注双浆液时水泥浆与水玻璃溶液的体积比应按 的范围控制灌注双浆液时水泥浆的水灰比采用 早凝外掺剂砂浆浆液:长时间难以结束或流失量大的孔段拟采用 浓浆外掺体积比按 砂重量比 氯化钙的方式加快浆液的早凝当灌浆压力保持不变注入率持续减少时或注入率不变而压力持续升高时不得改变水灰比当某级浆液注入量已达 以上或灌注时间已达到 而灌浆压力和注入率均无显著改变时应换浓一级水灰比浆液灌注当注入率大于/时根据施工具体情况可越级变浓灌浆过程中灌浆压力或注入率突然改变较大时应立即查明原因并采取相应的处理措施()灌浆结束条件在最大设计压力下注入率降低至不大于/后屏浆 且屏浆期间平均注入率不大于/条件下可结束灌浆当地质条件复杂、地下水流速大、浆液注入量较大、灌浆压力较低时持续灌注的时间适当延长当岩体较完整、浆液注入量较小时持续灌注的时间适当缩短()封孔全孔灌浆结束后进行封孔封孔灌浆时间不少于 封孔灌浆压力采用相应灌浆孔的最大灌浆压力 封孔采用水灰比为 的浓浆已进行封孔的灌浆孔待孔内水泥浆液凝固后应清除孔内污水、浮浆采用“导管注浆封孔法”继续封上部覆盖层孔段 井井壁壁处处理理为确保始发井满足顶管机安装及顶进施工条件拟对井内渗水点进行灌浆处理 灌浆总体思路为以灌注水泥基浆为主至无明显大的渗水点后再采取灌注水溶性聚氨酯化学灌浆的方式封堵面渗或微渗水 较较大大渗渗水水点点的的处处理理()钻孔及预埋:首先凿除混凝土渗漏点再使用手持式岩芯钻机钻深度不小于 孔径不小于 的灌浆孔钻孔完成后预埋 钢管至基岩与混凝土结合部位使用堵漏剂封堵住周围渗漏点使渗水集中至预埋管内流出()灌浆:预埋管及周围渗漏点封堵后待凝应不低于 再进行灌浆灌浆主要采用水泥基浆为主纯水泥浆液水灰比为 如灌注时周边渗漏点较多且难以封堵时灌注水泥水玻璃双浆液水泥浆与水玻璃溶液的体积比应按 的范围控制灌注双浆液时水泥浆的水灰比采用 对于长时间难以结束或流失量大的孔段拟采用 浓浆外掺体积比按 砂重量比 氯化钙的 四 川 水 利方式加快浆液早凝 面面渗渗或或微微渗渗水水处处理理使用水泥基浆灌注至混凝土表面面渗或微渗水后采用水溶性聚氨酯化学灌浆方法处理()钻孔及预埋:在混凝土内钻深度不小于孔径不小于 的灌浆孔钻孔完成后预埋 钢管使用堵漏剂封堵住周围较大渗漏点使渗水较集中至预埋管内流出()灌浆:预埋管及周围渗漏点封堵后待凝应不低于 才进行灌浆灌注水溶性聚氨酯利用水溶性聚氨酯可灌入性好、遇水膨胀的特性在内部形成外层阻水圈 加固效果地表灌浆各断面注浆用量如图 所示图 地表灌浆各断面注浆用量柱状图(下转第 页)邓建文:华儿湾水库坝肩帷幕灌浆方案优化研究 相应下游水位时的稳定渗流期右岸 断面单宽渗流量/右岸 断面单宽渗流量 /平均单宽渗流量 /大坝轴线(及两岸延长线)上计算长度 年渗漏量 水库正常蓄水位以下库容为 万 右岸岸坡年渗漏量占比 综上左岸岸坡、右岸岸坡(绕坝)渗漏量均很小小于水库正常蓄水位以下库容的 对水库的功能基本无影响 因此拟定的左右坝肩帷幕灌浆范围合适 结语虽然坝肩渗流分析计算模型不好确定但根据水库的地形地质条件通过合理的分析计算可作为大坝设计时帷幕灌浆范围确定的重要参考在实际工作中具有较强的可操作性对优化帷幕灌浆方案有较好的应用意义参 考 文 献尤东京胡爱龙张丹青.帷幕灌浆在金牛湖大坝坝肩防渗处理中的应用.中国水运(下半月)():.赵富祖.水库除险加固工程帷幕灌浆设计及施工探析.广东科技():.杨俊华.会泽县长海子水库除险加固工程帷幕灌浆设计与施工.水利建设与管理():.碾压式土石坝设计规范.邓建文.四川省阆中市华儿湾水库工程初步设计报告.南充:四川南充水利电力建筑勘察设计研究院.刘发付.水库大坝防渗工程中帷幕灌浆技术应用分析.建筑知识(学术刊)():.作者简介:邓建文()男四川夹江人高级工程师主要从事水工 建 筑 结 构 设 计 等 方 面 的 研 究 工 作 :(上接第 页)对各灌浆段进行钻孔取芯及压水试验检测灌浆效果其中岩芯结石率及透水率均满足设计要求土体稳固性与止水性均有较大提升 整体洞门灌浆加固效果良好土体稳定强度高满足工程要求 结论始发井施工过程中受不良地质条件影响顶管洞门出洞方向发生塌方造成地面塌陷 分析各种加固方案后选定注浆法对洞门进行灌浆加固并将其运用到施工方案中经此加固方案处理后的土体强度及止水性均有较大提升 通过采用顶管后背墙注浆、洞门水平注浆、塌腔回填、地表注浆、井壁堵水等一系列处理方法保障了始发井及洞门整体稳定性使得洞门塌方问题得到有效解决参 考 文 献王 雪王成虎马孝春等.国内外顶管施工技术的对比分析.施工技术():.张 鹏.拱北隧道超大型曲线顶管管幕施工关键技术及理论研究.中国地质大学.王云峰王延辉王 伟等.富水地层大直径泥水盾构始发洞门垂直冷冻加固技术.现代隧道技术():.刘 祥赵玉善解文杰等.水平冻结法在无锡地铁站盾构始发与接收洞门加固中的应用.城市轨道交通研究():.王志鑫胡 俊高 林等.盾构进出洞洞门环形冻结加固温度场数值分析.公路():.谢 超廖章章.土压平衡盾构隧道端头加固范围优化分析研究.施工技术():.王 杰杨 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