隧道超前小导管施工_浅谈超前小导管技术在沙坝水库输水隧道中的应用

时间：2020-07-12 07:27:39　来源：雅意学习网本文已影响人

　　结合沙坝水库输水隧道工程介绍超前小导管注浆技术的应用　　　　1. 工程概况　　沙坝水库除险加固工程位于阳山县东部的江英镇境内，距县城45km，坝址在连江二级支流钟鼓水上游，水库总集雨面积为16.93km2，其中直接汇流集雨面积为8.13km2，引水入水库集雨面积为8.8km2。坝址以上河长3.17km，河流平均坡降1.62%。水库总库容1493万m3，是一座以灌溉、供水为主，兼有防洪、发电等综合效益的中型水库，工程等别为Ⅲ等，主要建筑物为3级。工程始建于1969年12月，于1972年3月完工，主要建筑物包括主坝、副坝、溢洪道、输水隧洞（原为输水涵管）、引水渠和坝后电站等。
　　水库设计灌溉农田1.6万亩，供水12160人；防洪主要是保护水库下游的江英镇、青坑镇（英德）2.4万人及农田1.6万亩和总装机4千千瓦的电站和省道英阳公路的安全；坝后电站建于1992年，装机1×160kW。
　　2. 输水隧道工程地质情况
　　2.1 地形地貌
　　输水隧道全长265m，开挖断面为2.4 m ×2.4m，从出口向入口方向开挖，掘进20 m后，从开挖断面看，隧道地质岩层主要以煤矸石为主，煤矸石主要成片面状，层与层之间厚度为50cm左右，走向与隧道开挖纵轴线成55°角。
　　2.2 地质条件
　　该隧道区属亚热带季风气候区，气候温和湿润，雨量充沛。9月份至次年1月为枯水期，降水量最小，从2月份起见增；4~8月为雨水期，降雨量最大。大气降水是本区地下水及地表水补给来源。
　　该区水文地质条件较复杂，水位受季节影响面变化较大，岩层破碎带及岩溶发育部位属强透水区，地下水径流沿基岩裂隙及溶隙排出，地下水对砼无腐蚀性。
　　3. 成因分析及方案
　　3.1 隧道塌方成因分析
　　1）隧道围岩主要以煤矸石为主，掌子面煤矸石破碎，煤层向倾向向下，遇水后软化，会成片脱落，局部含泥质软弱夹层；围岩不稳定，有塌方、掉块现象，成洞条件差；2）岩石裂隙发育，地下水丰富，拱顶处有常流水，岩石受力遇水失稳；3）掌子面离衬砌距离太长，施工支护不及时、不规范；4）隧道围岩等级应属于Ⅴ级围岩。
　　3.2 选择方案
　　由于岩体成片层状分布，层面于层面间无粘结力，并且煤层受力遇水失稳，从治本的角度考虑，首先应从加强岩围自稳能力方面着手。
　　隧道围岩等级属于Ⅴ级围岩，建议采用超前小导管注浆支护。注浆法是将水泥或水泥-水玻璃混合液配置成双液浆液，用压送设备将其灌入土层或岩层中，使浆液在高压作用下沿缝隙扩散，最终实现胶凝固化。小导管注浆支护掌子面小导管注浆是沿隧道外轮廓线以一定仰角向掌子面前方打入泄浆孔的小导管，通过注浆来充分填充土地空隙形成的一定厚度的结合体；超前小导管注浆支护，主要是沿隧道拱部周边环向打一层或双层小导管，通过在小导管里注浆液，通过小导管上的梅花孔扩散至松散岩体，利用浆液来固结岩体，连同小导管一起形成稳定的固结拱体。钢管在此起双重作用：一是超前管棚作用；二是注浆加固作用。小导管支护与浆液固结，共同作用于岩体，形成承载拱，共同承受拱上部岩层重量，使拱内部围岩及支护系统处于免压状态，可以防止坍塌。
　　支护的作用机理主要分为：1）梁拱效应，小导管嵌入围岩内、后端与砂浆锚杆出露端相焊接形成纵向支撑梁，有效抑制岩层松动；2）环槽效应，利用分布在掌子面的孔减少爆破产生的冲击波造成对岩石的破坏和扰动。3）强化岩体效应，用注浆泵通过小导管注入的浆液经壁孔挤入围岩裂隙或缝隙中加固围岩，从而提高岩体弹模和强度。
　　4. 超前小导管注浆支护
　　（一）钢管的制作和布置
　　（1）钢管的制作与施工。采用Φ42mm（壁厚4mm）钢管，长4.1m，将其一头加工成30°左右的圆锥形，以利于钻进施工，钢管钻Φ6-Φ10mm梅花形小孔。（见图 1）
　　（2）小导管布置，沿隧道开挖线外20~30cm周边环向布置Φ42mm（壁厚4mm）超前小导管，环向间距50cm，管长4.1m，利用核心土、自制台架按设计角度用风钻施打小导管孔（双层、单层），成孔后将预制好的Φ42钢花管（壁厚4mm，头部为锥尖型，尾部30cm不钻注浆孔作为止浆段）插入连上注浆接头，进行双液注浆。（见图 2）
　　破碎断层段宜采用双层小导管，环向间距50cm，角度分别为缓倾角10~15度和陡倾角30~40度，搭接1.0m。在拱部范围布置。
　　Ⅳ、Ⅴ级围岩采用单层小导，管环向间距50cm，外插角10-15度，搭接1.0m。在拱部范围布置。
　　（二）在小导管孔眼钻孔前，先喷射混凝土将开挖面封闭，以防漏浆。为了保证小导管钻眼时的施工安全，以及为了便于钻眼及控制小导管的仰角，应在一个循环开挖完后扩大开挖工作室50cm~1m后进行钻孔。钻孔时应使用孔眼较小导管管径大20mm以上，并控制钻杆仰角在10~15度范围之内，孔眼钻好后，要进行吹孔，后将小导管插入孔内，外露20cm,以便连接注浆管，并用塑胶泥（40Be水玻璃PO32.5级普通硅酸盐水泥）将小导管周围空隙封堵严实。为了保证顺利装管，可在管端插入事先做好的简单推进工具，然后用风枪送入；为了防止漏浆，小导管尾部1~1.5米范围内不钻设花眼，并在管尾端做好止浆阀。
　　（三）超前小导管注浆
　　（1）由于隧道地质复杂，隧道顶部、侧部大量出水，宜选用水泥-水玻璃双液注浆。注浆时将2种不同的浆液分散在2个容器内，
　　使用双浆注浆泵或2台注浆泵按配合比分别吸入2种浆液，2种浆液在混合器混合后注入注浆管。
　　（2）注浆前先检查管路和机械状况，做压浆试验，确定合理注浆参数；注水泥-水玻璃双液浆时，水泥浆水灰比为1.25：（1.0~0.5）:1.0；水玻璃模数以2.4~2.8为宜，水玻璃浓度使用范围为30~45°Bé，水泥、水玻璃体积比为1.0：（1.0~1.0）：0.3，模数2.4，水泥浆与水玻璃的溶液体积比1:1.0，浆液胶凝时间控制在1-1.5分钟；
　　（3）注浆压力采用0.5~1Mpa，并持续持压5分钟，压浆机采用BW-250型（4Mpa）。必要时可在孔口处设置能承受规定的最大注浆压力和水压的止浆塞。如果0.5~1.0Mpa的注浆压力不能达到注浆效果，可通过现场试验确定能达到注浆效果的注浆压力。
　　（4）注浆量应根据地层孔隙率确定一般可按照下列公式计算：Q=RπHn βα
　　Q-浆液注浆量；R-浆液有效扩散半径（m）;H-注浆段长度（m）；n-土体孔隙率（或岩石裂隙率）%，（土、砂土n=30%-60%）；β-浆液填充率=0.3-0.9，（土、砂土，β=0.3-0.5）；α-超耗系数（含超注量、冒浆、损耗等），α=1.2-1.5。
　　（5）注浆效果检查；注浆终孔压力达到1.0Mpa以上，则满足要求；注浆过程中专人记录，完成后检验注浆效果，不合格的进行补浆，注浆达到设计强度后方可进行开挖作业。
　　（四）注浆异常现象的处理
　　（1）在注浆过程中发现浆液从其他孔流出的现象，这种现象称为串浆。发生串浆时，采取降低注浆压力或采用间隙注浆，改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间，调整注浆实施方案。
　　（2）水泥-水玻璃双液注浆进浆量很大时，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。
　　（3）泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查。
　　5. 结语
　　沙坝水库输水隧道采用了超前小导管注浆技术，把周围一定范围内的围岩固结成整体，形成了支护壳体，提高了掌子面前方围岩的强度和刚度，大大减少了开挖引起的围岩松动和坍塌现象发生，为隧道施工提供了安全保障，既缩短隧道了施工工期，又节约了成本，从而创造了较好的社会效益和经济效益。
　　（作者单位：广东省阳山县水利水电工程有限公司）

隧道超前小导管施工_浅谈超前小导管技术在沙坝水库输水隧道中的应用

最新文章

热门文章