CN110439579B - 一种敞开式tbm富水隧洞超前预注浆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法，包括：步骤一、在隧道掘进机掘进的过程中，检测掌子面的出水情况，当检测出水达到危险程度时，启动掌子面围岩判定程序；步骤二、对掌子面围岩的状况进行判定，当掌子面围岩处于完整状态时，启动步骤三，当掌子面围岩处于破碎状态时启动步骤七。本发明采用敞开式TBM富水洞段施工，利用超前预注浆方式极大的解决了因突发涌水，对掘进工作产生的困扰。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体的说涉及一种敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法。
背景技术
敞开式TBM(隧道掘进机)隧道施工，由于受到地质条件的影响和地下空间施工的限制，施工受到诸多影响，特别是在富水隧洞段施工时掌子面发生特大涌水的情况，容易造成人员、设备的损失，甚至出现“淹机”风险，同时一旦涌水点出漏，出水集中，流速快、压力大、水量长时间不衰减，灌浆封堵困难，裂隙之间容易 “串通”，形成串浆通道，浆液流失严重，扩散范围较小，灌浆效果差，而且灌浆堵水周期较长，影响施工进度，造成人员窝工，施工成本较高。
发明内容
鉴于以上所述的技术问题，本发明实施例提供了一种敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法，通过对掌子面前部的地下水进行超前预注浆，进行有效封堵治理，形成“止水”幕墙，确保TBM顺利掘进通过，规避施工风险，提高施工效率，降低施工成本。
一种敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法，包括：
步骤一、在隧道掘进机掘进的过程中，检测掌子面的出水情况，当检测出水达到危险程度时，启动掌子面围岩判定程序；
步骤二、对掌子面围岩的状况进行判定，当掌子面围岩处于完整状态时，启动步骤三，当掌子面围岩处于破碎状态时启动步骤七。
步骤三、围绕掌子面的周向钻8-12个Ⅰ序灌浆孔，钻孔方向与隧道中心线呈10°-15°夹角朝向隧道围岩，然后在每组两个Ⅰ序灌浆孔的内侧更靠近隧道中心线的位置钻Ⅱ序灌浆孔，Ⅱ序灌浆孔与Ⅰ序灌浆孔平行；
步骤四、对步骤三中的Ⅰ序灌浆孔和Ⅱ序灌浆孔使用水泥单浆或水泥、水玻璃双浆灌浆；
步骤五、在掌子面的中心钻1-2个与隧道中心平行的检查孔，当检查孔内的渗水量满足施工要求时，恢复掘进；
步骤六、当掘进至步骤三中的I序灌浆孔的末端剩余3米时，停止掘进，并重新回到步骤一进行判断。
步骤三中，检测掌子面出水情况，并根据出水情况确定Ⅰ序灌浆孔的数量，出水越多，Ⅰ序灌浆孔的数量越多。
步骤四中，优先使用单液浆进行灌浆，但当钻孔完成后，孔内出水量大、流速快的情况下，单液浆灌浆漏浆及流失较大的情况，可以先采用双液浆灌注，当水量减少后，继续使用单液浆进行复灌，直到达到灌浆压力要求或不“吃浆”时方可结束灌浆。
所述水泥为42.5级低碱中抗水泥，所述水玻璃为波美度35～37的水玻璃。
步骤三中的Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔的深度在15-30米之间，优选25米。
步骤七、在隧道掘进机护盾尾部的隧道壁的圆周向隧道掘进机的前进方向钻Ⅰ序灌浆孔，钻孔方向与隧道中心线呈10°-15°夹角朝向隧道围岩；
步骤八、当孔内出水呈股状带压、喷射状、流速快时，即可停止钻孔，开始灌浆，待灌浆压力达到2Mpa以上停止灌浆，浆液凝固一段时间后，再对该孔加深复灌，复灌深度达到预定深度，方可结束灌浆；
步骤九、检查灌浆之后的出水情况，当出水降低到符合施工要求时，恢复掘进；
步骤十、当掘进至步骤七中的Ⅰ序灌浆孔的末端剩余3米时，停止掘进，并重新回到步骤一进行判断。
对出水集中区域，步骤七中的Ⅰ序灌浆孔之间的隧道壁上设置加密灌浆孔。
步骤七中的Ⅰ序灌浆孔的深度在15-30米之间，优选25米。
本发明采用敞开式TBM富水洞段施工，利用超前预注浆方式极大的解决了因突发涌水，对掘进工作产生的困扰。若TBM在富水洞段掘进过程中突发涌水，出水流速快、压力大，长时间水情得不到有效控制，可能会发生“淹机”风险，给项目带来巨大财产损失。突发涌水后再开展堵水工作，此时堵水工作困难，工效低下，一般情况下，耗费时间较长，短则一个月，长则数月之上，甚至更严重地下水得不到有效控制，导致施工合同无法履约。利用超前预注浆和超前探水预报结合的方法，大大提高了施工效率和设备利用率，为项目减少财产损失。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显, 其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本发明一实施例提供的敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法中掌子面前部围岩钻孔纵面示意图。
图2是本发明一实施例提供的敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法中掌子面前部围岩钻孔端面示意图。
图3是本发明一实施例提供的敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法中围岩破碎护盾尾部钻孔纵面示意图。
图4是本发明一实施例提供的敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法中围岩破碎护盾尾部钻孔端面示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。
现在将参考地描述示例实施方式，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明更全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的主要技术创意。
如图1-4所示，本发明方法主要采用施工材料为42.5级低碱中抗水泥、波美度35～37的水玻璃，按照施工工况配制单、双液浆利用液压灌浆泵向掌子面前部存在出水部位的病害区灌注，从而达到对水“隔离”的目的，形成TBM掘进的快速通道。
（1）敞开式TBM超前预注浆施工应具备的前提条件：
① 在围岩完整稳定、结构紧密，节理、裂隙局部发育，产状不明显，无软弱夹层，层间结合较良好，很少有分离现象，TBM推力在4500KN以上，一般为Ⅱ、Ⅲ围岩。将TBM整机后退，将脚手架、钻机倒运至刀盘前部，进入刀盘前部进行灌浆施工；
② 围岩受挤压切割强烈，岩体破碎，呈碎石状压碎结构，节理裂隙极发育，围岩完整性差，岩石弱风化，层间软弱夹层破坏严重，主要为Ⅳ、Ⅴ围岩为主，此时不具备TBM整机后退条件，必须采用护盾尾部超前预注浆的方式进行灌浆施工。
总之，TBM富水隧洞段超前预注浆施工主要依赖于地质条件的情况，这也是制约超前预注浆加固效果的关键因素，直接影响TBM富水隧洞段的掘进进尺。
（2）超前预注浆施工方法：
敞开式TBM富水洞段超前预注浆施工方法，主要目的就是根据超前探水预报结果对刀盘前部地下水静水状态下快速治理，从而使TBM能够快速掘进通过富水洞段，减少长时间停机给工程带来财产损失，同时避免富水洞段冒失掘进，产生“淹机”风险。本方法施工主要依据《水工建筑物水泥灌浆技术规范》SL62-2014利用水泥、水玻璃对富水洞段进行超前预注浆。
在超前预注浆施工过程中，为了保证掌子面前部取得较好的堵水效果，在灌浆堵水的过程中，优先使用单液浆进行灌浆，但当钻孔完成后，孔内出水量大、流速快的情况下，单液浆灌浆漏浆及流失较大的情况，可以先采用双液浆灌注，当水量减少后，继续使用单液浆进行复灌，直到达到灌浆压力要求或不“吃浆”时方可结束灌浆。
超前预注浆方式采用纯压式灌浆方式进行，灌浆过程严格技术规范执行，确保灌浆效果良好，确保对TBM开挖洞段前部地下水能够彻底封堵。灌浆过程中压力的提升采用分级加压的方式进行，灌浆注入速率与注浆压力相匹配，同时在灌浆施工环节，做好施工安全监测工作。浆液采用不同比级的水灰比，从稀浆开始灌注，浆液的变化依据灌浆压力、注入速率两者决定，变换原则遵循水泥灌浆技术规范执行。
1）掌子面前部围岩稳定超前预注浆施工方法（如图1、图2所示）
① 根据隧道激发极化法超前探水预报结果、实际开挖围岩情况分析后，后退刀盘，拆除5#、7#双刃滚刀，架设水泵，将脚手架通过主梁人孔及刀具孔运送至掌子面内，搭设脚手架，分为上、下两层，铺设走道板。将地质钻100B拆解后，运送至掌子面组装固定，准备钻孔操作。钻孔灌浆优先封堵已出漏的出水点，再按照“先边缘，后中心，左、右”交替的方式施工，这样可以有效避免串浆，掌子面超前预注浆分为Ⅰ序灌浆孔（简称Ⅰ序孔）、Ⅱ序灌浆孔（简称Ⅱ序孔），设计孔深25m。
②Ⅰ序灌浆孔在掌子面圆弧边缘部位（10～15cm）进行钻孔注浆，孔位可根据现场情况稍作调整，钻孔作业时保持钻机与隧道中心线呈10°～15°夹角朝向隧道围岩，浆液扩散半径控制在6.5m以内，每个孔沿掌子面圆弧方向30°布孔，共计12个，钻孔深度25m，底部6点位的孔位，可最后施工，待其他点位灌浆施工完成后，待底部水位下降后，在进行施做；
③ Ⅰ序灌浆孔施工完成后，进行Ⅱ序灌浆孔施工，Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔孔位布置呈“三角形”，环向间距2m，灌浆环直径3.9m，总计布孔6个，钻孔与隧道中心轴线平行。
④ Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔超前预注浆施工完成后，对本次灌浆效果进行检验，在掌子面中心左、右各1m位置，施做检查孔，孔深25m，检查孔若无水，恢复掘进；若有水，则对其钻孔过程中，出水比较集中的区域，孔位进行加密处理，待再次检查确认无水后，拆除掌子面前部脚手架及水泵设施，恢复掘进施工。每次掘进22m后停止掘进，剩余3m的超前预注浆段进行超前探水预报，为下次超前注浆预留岩盘。由于每次掌子面超前注浆出水情况差异较大，Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔的孔数，可适当调整，但必须每次超前预注浆堵水都能稳定掘进，规避施工风险。
2）围岩破碎护盾尾部超前预注浆施工方法（如图3、图4所示）
对于敞开式TBM富水洞段围岩破碎地带超前预注浆施工，不仅要对TBM前部的地下水进行治理，而且还要提高前部破碎围岩的稳定性和完整性。针对这种较为复杂的施工情况，结合敞开式TBM前部施工的局限性，为了保证施工人员、设备的安全，采取在护盾尾部超前预注浆，由于受到TBM设备对注浆空间的限制，只能在护盾尾部边缘区域架设钻进，设计孔深25m，钻机与隧道中心轴线的夹角控制在10°～15°，环向布置11个，另结合实际出水情况设置加密灌浆孔。根据钻孔的出水情况，及时停止钻孔，开始灌浆封堵，当水压较大时，在旁边位置视情况设置泄压孔。结合实际钻孔出水情况，对出水集中区域，进行加密布孔，每孔的灌注深度都必须达到设计深度。整体超前预加固注浆完成后，利用超前探水设备，进行复核，前部地下水得到有效控制，方可恢复掘进。
对破碎地带超前预注浆，每次虽加固长度为25m，但实际有效长度为20m，TBM掘进长度17m后，就要进行下一循环的超前预注浆，以此循环，使TBM顺利通过富水洞段。
不管是刀盘前部还是护盾尾部超前预注浆，都必须灌浆深度达到25m。在钻孔过程中，详细记录出水情况，当孔内出水呈股状带压、喷射状、流速快时，即可停止钻孔，安装注浆塞，开始灌浆，待灌浆压力达到1Mpa以上停止灌浆，关闭注浆塞阀门，浆液凝固一段时间后，再对该孔加深复灌，复灌深度达到25m，方可结束灌浆。对出水量较小的孔位，实行一次性灌浆达到设计深度。
本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。
Claims (9)
1.一种敞开式TBM富水隧洞超前预注浆方法，包括：
步骤一、在隧道掘进机掘进的过程中，检测掌子面的出水情况，当检测出水达到危险程度时，启动掌子面围岩判定程序；
步骤二、对掌子面围岩的状况进行判定，当掌子面围岩处于完整状态时，启动步骤三，当掌子面围岩处于破碎状态时启动步骤七；
步骤三、围绕掌子面的周向钻8-12个Ⅰ序灌浆孔，钻孔方向与隧道中心线呈10°-15°夹角朝向隧道围岩，然后在每组两个Ⅰ序灌浆孔的内侧更靠近隧道中心线的位置钻Ⅱ序灌浆孔，Ⅱ序灌浆孔与Ⅰ序灌浆孔平行；
步骤四、对步骤三中的Ⅰ序灌浆孔和Ⅱ序灌浆孔使用水泥单浆或水泥水玻璃双浆灌浆；
步骤五、在掌子面的中心钻1-2个与隧道中心平行的检查孔，当检查孔内的渗水量满足施工要求时，恢复掘进；
步骤六、当掘进至步骤三中的I序灌浆孔的末端剩余3米时，停止掘进，并重新回到步骤一进行判断；
步骤七、在隧道掘进机护盾尾部的隧道壁的圆周向隧道掘进机的前进方向钻Ⅰ序灌浆孔，钻孔方向与隧道中心线呈10°-15°夹角朝向隧道围岩；
步骤八、当孔内出水呈股状带压、喷射状、流速快时，停止钻孔，开始灌浆，待灌浆压力达到2Mpa以上停止灌浆，浆液凝固一段时间后，再对该孔加深复灌，复灌深度达到预定深度，结束灌浆；
步骤九、检查灌浆之后的出水情况，当出水降低到符合施工要求时，恢复掘进；
步骤十、当掘进至步骤七中的Ⅰ序灌浆孔的末端剩余3米时，停止掘进，并重新回到步骤一进行判断。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤三中，检测掌子面出水情况，并根据出水情况确定Ⅰ序灌浆孔的数量，出水越多，Ⅰ序灌浆孔的数量越多。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤四中，使用单液浆进行灌浆，但当钻孔完成后，孔内出水量大、流速快的情况下，单液浆灌浆漏浆及流失较大的情况，先采用双液浆灌注，当水量减少后，继续使用单液浆进行复灌，直到达到灌浆压力要求或不“吃浆”时结束灌浆。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述水泥为42.5级低碱中抗水泥，所述水玻璃为波美度35～37的水玻璃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤三中的Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔的深度在15-30米之间。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，
步骤三中的Ⅰ序灌浆孔、Ⅱ序灌浆孔的深度为25米。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
对出水集中区域，步骤七中的Ⅰ序灌浆孔之间的隧道壁上设置加密灌浆孔。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
步骤七中的Ⅰ序灌浆孔的深度在15-30米之间。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，
步骤七中的Ⅰ序灌浆孔的深度为25米。
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