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石忠高速公路B12合同段斜井洞身预注浆堵水施工方案中铁隧道集团有限公司第一工程处二OO六年元月1目录一、工程概况……………………………………………………………………………2二、施工方案……………………………………………………………………………3三、帷幕注浆施工方法、工艺及技术措施……………………………………41、超前地质钻孔…………………………………………………………………42、注浆钻孔布置…………………………………………………………………53、超前预注浆注浆段长及止水（浆）岩盘、止浆墙厚度的确定……54、注浆方式和分段长的确定……………………………………………………55、浆液扩散半径………………………………………………………………76、钻孔施工…………………………………………………………………………77、预留止（水）浆岩盘及止浆墙施工………………………………………98、注浆施工………………………………………………………………………109、注浆质量检查及资料整理…………………………………………………16四、机械设备选型………………………………………………………………………161、钻机的选择……………………………………………………………………162、注浆泵选择……………………………………………………………………173、机械设备配备…………………………………………………………………17五、施工组织………………………………………………………………………181、施工组织方式…………………………………………………………………182、施工人员组织及人员进场时间安排……………………………………193、施工进度计划…………………………………………………………………194、施工注意事项及安全质量措施…………………………………………205、文明施工及环境保护………………………………………………………226、施工预案………………………………………………………………………227、阶段性时间安排………………………………………………………………222石忠高速公路B12合同段方斗山隧道通风斜井通过F4断层破碎带，勘探资料表明该断层破碎带地下水异常丰富。为安全、快速通过断层带，保证工期履约，取得最大效益，必须制定科学、严密、有效的治水、止水施工方案，并严格按照方案执行。一工程概况石忠高速公路方斗山隧道通风斜井左线全长708m，倾角24°，右线全长782m，倾角22°。左线JZK0+313～0+258和右线JYK0+300.5～0+245里程段为F4断层破碎带，各长60m（斜距）。断层破碎带设计水文地质及工程地质情况为：1、地层岩性：为灰、黄灰色中～巨厚状中～粗粒长石石英砂岩。受F4断层影响严重，低次序褶曲发育。岩体破碎～较破碎，呈压碎状松散结构，层间结合力差，围岩自稳性差，易坍塌。2、水文地质：地下水主要为碳酸盐岩溶水及F4断层承压导水。在F4断层破碎带，地表有泉群成带分布。受断层导水影响，地下水丰富，并具有承压性，在勘察中，ZK4号钻孔涌水水头标高为12.03米。隧道出水形式为淋水、涌水，设计出水量大于50000m3/d。相应地段可能发生突水、突泥等灾害。断层破碎带设计情况为：1、开挖断面：左线开挖断面面积72.7m2，右线开挖断面面积53.8m2。2、初期支护：初期支护采用φ22组合式锚杆（L=3.0m）+I14钢支撑（左线间距0.8m，右线1.0m）+φ6.5钢筋网+C20喷射砼+φ42超前小导管（左线环纵间距0.4×2.4m，右线环纵间距0.4×3.0m）；33、结构防排水：EVA复合防排水板，C25抗腐蚀钢筋混凝土二次衬砌。二施工方案斜井洞身通过岩溶和断层破碎带，该地段存在高承压水，易发生突水、突泥。为安全通过断层破碎带，施工中坚持以“先勘探后处理”的原则认真进行超前预测、预报工作，采用动态设计管理。通过对断层破碎带围岩注浆，达到堵水和加固围岩的目的后，再进行开挖。开挖时采用上下台阶法进行施工，初期支护紧跟掌子面施作，开挖支护后对局部渗水地段采用径向小导管注浆堵水。根据超前地质钻孔揭露的地质情况和地下水情况的不同，通过断层时可选用以下三种方案进行施工：1、排水。是优先考虑方案。当地下水水量不是太大，可以采用抽排的方式解决洞内积水问题且水压力≤1MPa时，先进行开挖，初期支护时预留注浆孔，初支施做后进行径向小导管注浆止水，加固围岩。此方案优点是开挖和注浆止水同时进行，不影响施工进度。2、超前导管注浆止水。当开挖面仅采用抽水满足不了要求时且水压力≤1MPa，围岩节理发育，但单块岩石不是太软弱，采用超前小导管（纵环间距3.0×0.4m，L=7.0米，外插角25～30°）周边全断面注浆，注浆加固长度为6米，加固范围为开挖线外3～4米，开挖3米后，再进行下一循4环注浆。施工中，仍采用抽排的方式解决洞内积水问题。此方案仍可预留径向注浆孔，在初支完成后进行补充注浆。此方案优点是小导管注浆所需设备简单，易于操作，注浆效果可靠。径向小导管注浆一般采用双液浆。注浆时要控制注浆压力，避免对初期支护造成破坏。3、帷幕注浆。当围岩较差，涌水量较大（抽排困难），水压较高（＞1MPa）时，采用帷幕注浆方案。帷幕注浆要按照先外后内，间隔钻孔，逐步加密，随钻随注的方式进行，用后序注浆孔检查前序注浆孔的注浆效果，开挖时辅以小导管超前支护。下面重点就帷幕注浆施工加以详细说明。三帷幕注浆施工方法、工艺及技术措施施工中采用方木搭设作业台架辅助施工，地质钻机钻孔，高速灰浆搅拌机搅拌浆液，高压双液注浆机注浆。1超前地质钻孔从现有地质情况初步判断，在开挖至断层破碎影响带50m前的岩体以弱风化页岩为主，为不含水层，一般不存在涌水、突泥等地质灾害。计划在左右线开挖至断层破碎影响带前50m时，进行超前钻孔对前方30m的地质情况进行探测。（1）作业方法：现场使用1台地质钻机，在不影响洞身施工的情况下根据断层产状与斜井轴线的关系设五个钻孔（拱顶1个，左右侧拱腰及拱脚各1个）。钻孔直径不小于φ75mm，孔深30m，角度与洞身轴线平行。（2）注意事项：在钻进过程中，应尽可能避免钻头发生较大偏移而导致探测结果不准。司钻工应根据钻机的转速和钻压判断岩石的坚硬程度，根据钻孔浆液的颜色、水量、水压等判断前方的围岩及含水情况。52注浆钻孔布置单个注浆钻孔的作用范围根据岩层裂隙（岩溶）发育情况、含水层分布情况、井身断面大小和钻孔作业要求而定，注浆孔自掌子面沿开挖方向，以斜井中轴为中心呈伞状布置。按照先外后内，间隔钻孔，逐步加密的方式进行钻孔，开孔直径Φ115，终孔直径Φ75。注浆孔布置方案、孔底间距、孔口位置、孔长及钻孔偏角等详见下页帷幕预注浆堵水设计图。3超前预注浆注浆段长及止水（浆）岩盘、止浆墙厚度的确定（1）注浆段长度：根据工程地质、水文地质情况，为保证注浆质量，超前预注浆每一注浆段长度为20m。（2）止水（浆）墙厚度：根据地质情况和地下水压力，止水（浆）墙厚度4～6m。如采用混凝土止水（浆）墙，则取3～4m。4注浆方式和分段长的确定（1）注浆方式：单孔注浆方式可分为分段式注浆和全孔一次注浆。为使浆液在岩层裂隙中均匀扩散，保证注浆质量，提高注浆堵水率，宜采用分段注浆方式。分段注浆方式又可分为分段前进式或分段后退式注浆两种方式；a、分段前进式注浆宜用于裂隙发育或破碎，难以成孔的岩层；其优点是堵水效果好，缺点是注浆钻孔钻进重复，工程量较大；b、分段后退式注浆宜用于围岩局部破碎，但可以成孔的岩层；其优点是注浆钻进无重复，工程量相对较小。（2）分段长度：分段注浆的分段长度根据岩层裂隙发育程度、涌水量大小及注浆方式（前进式或后退式）而定。根据工程实践，超前预注浆分67段长度选择可参考下表《注浆方式和分段长度参考表》。注浆方式和分段长度参考表岩层裂隙程度钻孔涌水量（m3/h）注浆方式注浆段长度（m）发育＞10分段前进式3～5较发育5～10分段前进式5～8不够发育2～5分段后退式8～10不发育＜2分段后退式5～85浆液扩散半径浆液扩散半径初步定为3.0m，可根据现场情况进行调整。6钻孔施工注浆采用地质钻机进行钻孔。主要工艺如下：6.1注浆钻孔结构及施工技术要求注浆钻孔开孔直径φ115mm，埋设长2.0m的φ108mm的孔口管，2.0m以后根据钻进深度逐步减小孔径，最后以φ75直至终孔。注浆钻孔孔口应准确定位，与设计位置的允许偏差为±5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏差应小于30cm；钻孔施工顺序由外向内，间隔钻孔，逐步加密；钻进过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，扫孔后再进行钻进；钻进时对孔内情况需进行详细记录，如掉块、坍塌、堵钻、钻速等，尤其是出水量的大小、出水位置需准确记录。6.2钻机安装在作业台架的每一平台上各横向安装三根［20槽钢，槽钢每隔1m与锚杆焊接，钻机按设计参数调整到位后与槽钢安装牢固。86.3孔口管埋设及试验预埋孔口管段：采用直径φ115mm的钻头钻进，该段长度为2.0m，钻进结束后，装入规格为φ108mm（δ=5mm，L=3.0m）的无缝钢管作为孔口管，孔口管的固定有下列三种方式，可根据现场情况任选其一：（1）麻丝、浆体固定：在安装孔口管前，在管口段环状缠少量麻丝，插入钻孔后，再灌注双液浆或早强、高强水泥浆固结。此方法适宜水压较高，孔末端高于孔口的部位；（2）水泥块、浆体固结：在安装孔口管前，先在钻孔内灌入固结体（早强水泥浆或环氧树脂），将孔口管末端用水泥预制块封堵后，插入钻孔，直到浆体从孔口管外侧溢出。待强度达到设计要求后，再行钻进。此方法适宜水压较高，孔末端低于孔口的部位；（3）麻丝固定：在安装孔口管前，将孔口管通体环状缠上麻丝，插入钻孔后，麻丝吸水膨胀将其固定。此方法适宜水压较低地段。耐压试验：待强度达到设计要求后，安装闸阀，开始扫孔。扫孔结束后，采用1.2～1.5倍的设计注浆压力进行耐压及抗渗试验，经试验确认无泄露且满足耐压要求，才可继续钻进，否则必须进行处理直到满足设计要求为止。6.4钻孔过程中的技术措施9（1）为了及时清除孔内岩屑，减少钻具的磨损，应经常从孔底提起冲击器用高压风进行吹孔清碴。（2）如塌孔严重，应采用前进式注浆或跟管钻进。（3）加接钻杆时，要特别注意钻杆内的清理，以避免砂土、岩碴及管内铁锈等杂物进入冲击器内，引起零件损坏或发生停钻事故。（4）当一根钻杆打完时，必须先将孔内岩屑吹扫干净，然后减少气量，将冲击器慢慢放入孔底，过一会再缓慢停气，方可接上另一根钻杆，以防岩屑倒灌进冲击器内。（5）调换钻头时，要保证替换钻头直径小于被替换钻头，以防替换钻头卡在孔内，因此，钻头应排队使用。（6）在提起冲击器时不要停气，直到冲击器提出岩孔方可停气。（7）应经常检查圆键及柱销的磨损情况，及时修理或调换，以防钻头掉入孔内。6.5钻进过程中的防尘措施在无水正常钻进时，孔内将返出大量灰尘，这时需在孔口安装防尘罩，并在防尘罩与孔口之间喷射高压水雾进行降尘。现场作业人员要佩戴防尘口罩和防护眼镜，并打开洞内通风机保证洞内空气新鲜。7预留止（水）浆岩盘及止浆墙施工为防止未注浆段地下水涌向工作面及下段注浆时跑浆，一般情况下，如工作面岩层较完整，可利用岩层作为止浆岩盘；若工作面岩体破碎，或地下水压力较大，则除利用岩层作为止浆岩盘外，还需灌注混凝土作为止10浆墙。止浆墙施工时，其外轮廓与隧道开挖面相同，可采用C20混凝土浇注。8注浆施工注浆的主要目的是加固围岩，减少涌水量，保证井身围岩稳定，确保施工及运营安全。8.1压（放）水试验压（放）水试验的目的是为了了解注浆孔各注浆段岩层的透水性，用以确定浆液配比，预估浆液消耗量及材料用量。压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取静压力的1.5～2.0倍，试验时每隔10分钟观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续4次读数，其最大值与最小值的差小于最终值10%，试验工作即可结束，以最终流量为计算流量。8.2钻孔冲洗注浆时，必须先进行钻孔冲洗工作，钻孔冲洗的目的是清除钻孔中的残留岩粉、岩