CN112627860A - 一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法 - Google Patents

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Abstract

一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,包括以下步骤:(1)进行超前地质预报;(2)富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;(3)在目标注浆加固区域布设监测点;(4)浇注止浆墙,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;(5)实施超前注浆和超前管棚钻孔作业;(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;(7)超前注浆施工;(8)超前管棚施工。本发明通过对掌子面进行超前注浆,进行有效加固治理,规避施工风险,提高施工效率,降低施工成本。

Description

一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法
技术领域
本发明涉及隧道工程的施工技术领域,具体地,涉及一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法。
背景技术
隧道工程一般是在水下、地下或者山体中,富水泥岩隧道施工和其他施工工程相比而言,对大多数的隧道口设计要求更加严苛,且其特性是高水压,所以施工过程中就必须考虑渗透性以及侵害性。泥岩含有丰富的粘土矿物,会使这一岩类的强度大部分变低,它是一种很容易崩解软弱和膨胀的沉积岩,泥岩的流变性与遇水膨胀是其主要的地质特性,这是由于泥岩自身的强度较低,又富含水,造成其出现流变性。在实际施工过程中,极易受地质影响而产生突水等问题,尤其是在富水区域,施工很容易发生涌水、涌泥现象,进而使富水泥岩隧道施工进度严重受阻,施工成本较高。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法。本发明通过对掌子面进行超前注浆,进行有效加固治理,规避施工风险,提高施工效率,降低施工成本。
为实现上述目的,本发明提供了一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,包括以下步骤:
(1)进行超前地质预报,探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置;
(2)根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置,进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;
(3)在目标注浆加固区域布设监测点,监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果;
(4)在掌子面上喷射混凝土,浇注止浆墙,所述止浆墙的厚度根据经验取值,与目标注浆加固区域的范围有关;在止浆墙上测量放线,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;
(5)按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业,并在超前注浆孔内安装注浆管,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工,形成注浆加固增强区;
(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;
(7)在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆,注浆结束过程中实时监测注浆施工情况,并根据实际情况随时调整注浆施工,完成所有超前注浆孔位的注浆工作,监测注浆固化效果;
(8)在开挖隧道拱部130-140°范围内进行超前管棚施工,超前管棚的材料采用Φ80mm-Φ90mm的热轧无缝钢管,在施工完成的超前管棚孔中***管棚至设计深度,超前管棚布设完成后,采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆,监测注浆固化效果。
优选的,在所述步骤(2)中,富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(3)中,监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4-4.5m,监测点的间距为1.5-1.8m。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(4)中,浇注止浆墙前,为保证拱顶富水泥岩地层稳定,在拱顶打设3-4排Φ42mm径向注浆锚杆,环向间距0.8-0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5-0.7m,注浆锚杆的长度为3-3.5m,其中2.5-2.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙;止浆墙基础采用4-5排Φ42mm导管进行加固,Φ42mm导管的环向间距为0.8-0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5-0.6m,导管长4.3-4.8m,其中3.5-3.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(4)中,止浆墙采用C25混凝土浇筑,厚度为3.3m-3.8m,基底嵌入富水泥岩地层60-80cm;止浆墙浇注完成后,通过导管进行注浆,对止浆墙与隧道开挖初期支护间的空隙进行封堵。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(5)中,钻孔作业时低速低震动钻进1.6-1.8m后安设注浆管,注浆管采用Φ100mm、壁厚10mm的组合玻纤管,管长为1.6-1.8m,组合玻纤管外均匀缠绕无纺布,安设到要求深度,并用树脂锚固剂充填封固,以保证组合玻纤管安设牢固不漏浆。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(5)中,首先钻打环形***孔,相邻环形***孔的间距为1-1.3m,终孔间距为2.3-2.6m;然后钻打3-4层环形稳定孔,相邻层环形内部孔的间距为0.8-1m,相邻环形内部孔的间距为1.1-1.2m,终孔间距为2.2-2.5m;在止浆墙的中心钻3-4个与隧道中心平行的检查孔。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(7)中,采用前进式分段注浆,注浆顺序为先环形***孔后环形稳定孔,同圈孔间隔跳孔;出水量Q<8m3/h时,分段注浆长度为6-8m/段;钻孔出水量8m3/h≤Q<15m3/h时,分段注浆长度为4-5m/段;钻孔出水量Q≥15m3/h时,停止钻进立即进行注浆处理;当单孔注浆压力达到设计压力并稳压5min,且注浆量达到设计注浆量75%时可停止单孔注浆,当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍并稳压5min,而注浆压力未达到设计压力时也停止注浆;设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准,无漏注现象则结束全段注浆;按总注浆孔数量的6-8%设置检查孔。
在上述任一方案中优选的是,在所述步骤(8)中,所述超前管棚的环向间距为30-35cm,外插角度为6-9°,超前管棚每节长4-5m,沿管壁布设3排Φ8mm的溢浆孔,孔间距为55-60cm;每根管棚末端不布设溢浆孔,前端封闭。
本发明的有益效果为:
1.本发明通过对掌子面进行超前注浆,进行有效加固治理,规避施工风险,提高施工效率,降低施工成本;充分发挥浆液的骨架支撑作用,保证注浆加固效果,确保隧道开挖安全。
2.本发明达到注浆均匀、密实,加固富水泥岩地层软弱围岩的作用,解决了富水泥岩地层中水压高、注浆困难的问题,有利于降低注浆施工成本。
3.本发明利用超前注浆方式极大的解决了对隧道开挖工作产生的困扰,大大提高了施工效率和设备利用率,为项目减少财产损失。
4.本发明将注浆设计与地质变化紧密结合,施工顺序环环相扣,注浆快速施工能力有突破,而且减少了注浆量,减少了对周围环境的影响;同时注浆质量的提高,保证了安全快速施工,有效提高开挖面稳定性,方便安全开挖,加快施工进度。
5.本发明掌子面围岩加固止水效果良好,有效保证了富水泥岩地层破碎带的稳定性,确保隧道施工安全,可有效保证注浆效果,掌子面涌水量得到有效控制。
具体实施方式
下面将结合本申请的具体实施方式对本申请的技术方案进行详细的说明,但如下实施例仅是用以理解本发明,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合,本申请可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,包括以下步骤:
(1)进行超前地质预报,探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置;
(2)根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置,进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;
(3)在目标注浆加固区域布设监测点,监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果;
(4)在掌子面上喷射混凝土,浇注止浆墙,所述止浆墙的厚度根据经验取值,与目标注浆加固区域的范围有关;在止浆墙上测量放线,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;
(5)按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业,并在超前注浆孔内安装注浆管,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工,形成注浆加固增强区;
(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;
(7)在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆,注浆结束过程中实时监测注浆施工情况,并根据实际情况随时调整注浆施工,完成所有超前注浆孔位的注浆工作,监测注浆固化效果;
(8)在开挖隧道拱部130°范围内进行超前管棚施工,超前管棚的材料采用Φ90mm的热轧无缝钢管,在施工完成的超前管棚孔中***管棚至设计深度,超前管棚布设完成后,采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆,监测注浆固化效果。
在所述步骤(2)中,富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。
在所述步骤(3)中,监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4m,监测点的间距为1.5m。
在所述步骤(4)中,浇注止浆墙前,为保证拱顶富水泥岩地层稳定,在拱顶打设4排Φ42mm径向注浆锚杆,环向间距0.8m,沿开挖的纵向间距为0.7m,注浆锚杆的长度为3m,其中2.5m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙;止浆墙基础采用5排Φ42mm导管进行加固,Φ42mm导管的环向间距为0.8m,沿开挖的纵向间距为0.6m,导管长4.3m,其中3.5m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙。
在所述步骤(4)中,止浆墙采用C25混凝土浇筑,厚度为3.8m,基底嵌入富水泥岩地层60cm;止浆墙浇注完成后,通过导管进行注浆,对止浆墙与隧道开挖初期支护间的空隙进行封堵。
在所述步骤(5)中,钻孔作业时低速低震动钻进1.8m后安设注浆管,注浆管采用Φ100mm、壁厚10mm的组合玻纤管,管长为1.8m,组合玻纤管外均匀缠绕无纺布,安设到要求深度,并用树脂锚固剂充填封固,以保证组合玻纤管安设牢固不漏浆。
在所述步骤(5)中,首先钻打环形***孔,相邻环形***孔的间距为1m,终孔间距为2.6m;然后钻打3层环形稳定孔,相邻层环形内部孔的间距为1m,相邻环形内部孔的间距为1.1m,终孔间距为2.5m;在止浆墙的中心钻3个与隧道中心平行的检查孔。
在所述步骤(7)中,采用前进式分段注浆,注浆顺序为先环形***孔后环形稳定孔,同圈孔间隔跳孔;出水量Q<8m3/h时,分段注浆长度为8m/段;钻孔出水量8m3/h≤Q<15m3/h时,分段注浆长度为4m/段;钻孔出水量Q≥15m3/h时,停止钻进立即进行注浆处理;当单孔注浆压力达到设计压力并稳压5min,且注浆量达到设计注浆量75%时可停止单孔注浆,当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍并稳压5min,而注浆压力未达到设计压力时也停止注浆;设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准,无漏注现象则结束全段注浆;按总注浆孔数量的8%设置检查孔。
在所述步骤(8)中,所述超前管棚的环向间距为35cm,外插角度为6°,超前管棚每节长5m,沿管壁布设3排Φ8mm的溢浆孔,孔间距为55cm;每根管棚末端不布设溢浆孔,前端封闭。
实施例2
一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,包括以下步骤:
(1)进行超前地质预报,探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置;
(2)根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置,进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;
(3)在目标注浆加固区域布设监测点,监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果;
(4)在掌子面上喷射混凝土,浇注止浆墙,所述止浆墙的厚度根据经验取值,与目标注浆加固区域的范围有关;在止浆墙上测量放线,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;
(5)按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业,并在超前注浆孔内安装注浆管,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工,形成注浆加固增强区;
(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;
(7)在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆,注浆结束过程中实时监测注浆施工情况,并根据实际情况随时调整注浆施工,完成所有超前注浆孔位的注浆工作,监测注浆固化效果;
(8)在开挖隧道拱部140°范围内进行超前管棚施工,超前管棚的材料采用Φ80mm的热轧无缝钢管,在施工完成的超前管棚孔中***管棚至设计深度,超前管棚布设完成后,采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆,监测注浆固化效果。
在所述步骤(2)中,富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。
在所述步骤(3)中,监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4.5m,监测点的间距为1.8m。
在所述步骤(4)中,浇注止浆墙前,为保证拱顶富水泥岩地层稳定,在拱顶打设3排Φ42mm径向注浆锚杆,环向间距0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5m,注浆锚杆的长度为3.5m,其中2.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙;止浆墙基础采用4排Φ42mm导管进行加固,Φ42mm导管的环向间距为0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5m,导管长4.8m,其中3.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙。
在所述步骤(4)中,止浆墙采用C25混凝土浇筑,厚度为3.3m,基底嵌入富水泥岩地层80cm;止浆墙浇注完成后,通过导管进行注浆,对止浆墙与隧道开挖初期支护间的空隙进行封堵。
在所述步骤(5)中,钻孔作业时低速低震动钻进1.6m后安设注浆管,注浆管采用Φ100mm、壁厚10mm的组合玻纤管,管长为1.6m,组合玻纤管外均匀缠绕无纺布,安设到要求深度,并用树脂锚固剂充填封固,以保证组合玻纤管安设牢固不漏浆。
在所述步骤(5)中,首先钻打环形***孔,相邻环形***孔的间距为1.3m,终孔间距为2.3m;然后钻打4层环形稳定孔,相邻层环形内部孔的间距为0.8m,相邻环形内部孔的间距为1.2m,终孔间距为2.2m;在止浆墙的中心钻4个与隧道中心平行的检查孔。
在所述步骤(7)中,采用前进式分段注浆,注浆顺序为先环形***孔后环形稳定孔,同圈孔间隔跳孔;出水量Q<8m3/h时,分段注浆长度为6m/段;钻孔出水量8m3/h≤Q<15m3/h时,分段注浆长度为5m/段;钻孔出水量Q≥15m3/h时,停止钻进立即进行注浆处理;当单孔注浆压力达到设计压力并稳压5min,且注浆量达到设计注浆量75%时可停止单孔注浆,当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍并稳压5min,而注浆压力未达到设计压力时也停止注浆;设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准,无漏注现象则结束全段注浆;按总注浆孔数量的6%设置检查孔。
在所述步骤(8)中,所述超前管棚的环向间距为30cm,外插角度为9°,超前管棚每节长4m,沿管壁布设3排Φ8mm的溢浆孔,孔间距为60cm;每根管棚末端不布设溢浆孔,前端封闭。
为了进一步提高本发明的技术效果,该实施例中,在所述步骤(5)中,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工的具体操作为:当专用钻头进入设计加固增强区域时,提高钻机供水流量、供水压力及专用钻头转速,扩大专用钻头的钻取范围,但仍然保持低震动状态,即达到适度扰动富水泥岩地层的目的,既能保证将该设计加固增强区域内的富水泥岩地层破碎为较小颗粒状态,使其能够随水流由专用钻头的钻杆与注浆管之间的空隙中流出,形成待注浆加固的空洞,又不会对整个富水泥岩地层造成大的扰动以发生危险。当破碎的富水泥岩较小颗粒流出量达到0.8m3时,退出专用钻头的钻杆。
专用钻头呈锥形,由均匀大小的多个钻头片组成,每个钻头片的表面上设置有粉碎块,可以对岩层进行破碎,专用钻头具有导向作用,可以使钻孔力度达到最优化,非常利于破碎钻进。钻头片设置增强支撑结构,该增强支撑结构分别与钻杆和钻头片连接,起到稳定钻头片和收缩伸展钻头片的作用。当专用钻头正常钻孔时,控制增强支撑结构收缩,保证多个钻头片收缩呈锥形。当到达设计加固增强区域时,控制增强支撑结构伸展,保证多个钻头片以其前端为支点径向向外展开,从而扩大专用钻头的钻取范围。当形成待注浆加固的空洞后,再次控制增强支撑结构收缩,保证多个钻头片收缩呈锥形,进行后续的正常钻孔。通过该专用钻头,能够实现多种钻孔用途,并且提高了钻头的耐久性,利于破碎钻进,防止高压破坏,并且通过对专用钻头的低震动控制,能够保证不对富水泥岩地层产生过度扰动,进一步保证了施工安全。
实施例3
一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,包括以下步骤:
(1)进行超前地质预报,探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置;
(2)根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置,进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;
(3)在目标注浆加固区域布设监测点,监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果;
(4)在掌子面上喷射混凝土,浇注止浆墙,所述止浆墙的厚度根据经验取值,与目标注浆加固区域的范围有关;在止浆墙上测量放线,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;
(5)按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业,并在超前注浆孔内安装注浆管,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工,形成注浆加固增强区;
(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;
(7)在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆,注浆结束过程中实时监测注浆施工情况,并根据实际情况随时调整注浆施工,完成所有超前注浆孔位的注浆工作,监测注浆固化效果;
(8)在开挖隧道拱部135°范围内进行超前管棚施工,超前管棚的材料采用Φ85mm的热轧无缝钢管,在施工完成的超前管棚孔中***管棚至设计深度,超前管棚布设完成后,采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆,监测注浆固化效果。
在所述步骤(2)中,富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。
在所述步骤(3)中,监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4.3m,监测点的间距为1.6m。
在所述步骤(4)中,浇注止浆墙前,为保证拱顶富水泥岩地层稳定,在拱顶打设3排Φ42mm径向注浆锚杆,环向间距0.85m,沿开挖的纵向间距为0.6m,注浆锚杆的长度为3.3m,其中2.6m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙;止浆墙基础采用5排Φ42mm导管进行加固,Φ42mm导管的环向间距为0.85m,沿开挖的纵向间距为0.55m,导管长4.5m,其中3.6m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙。
在所述步骤(4)中,止浆墙采用C25混凝土浇筑,厚度为3.6m,基底嵌入富水泥岩地层70cm;止浆墙浇注完成后,通过导管进行注浆,对止浆墙与隧道开挖初期支护间的空隙进行封堵。
在所述步骤(5)中,钻孔作业时低速低震动钻进1.7m后安设注浆管,注浆管采用Φ100mm、壁厚10mm的组合玻纤管,管长为1.7m,组合玻纤管外均匀缠绕无纺布,安设到要求深度,并用树脂锚固剂充填封固,以保证组合玻纤管安设牢固不漏浆。
在所述步骤(5)中,首先钻打环形***孔,相邻环形***孔的间距为1.2m,终孔间距为2.5m;然后钻打3层环形稳定孔,相邻层环形内部孔的间距为0.9m,相邻环形内部孔的间距为1.15m,终孔间距为2.4m;在止浆墙的中心钻4个与隧道中心平行的检查孔。
在所述步骤(7)中,采用前进式分段注浆,注浆顺序为先环形***孔后环形稳定孔,同圈孔间隔跳孔;出水量Q<8m3/h时,分段注浆长度为7m/段;钻孔出水量8m3/h≤Q<15m3/h时,分段注浆长度为4.5m/段;钻孔出水量Q≥15m3/h时,停止钻进立即进行注浆处理;当单孔注浆压力达到设计压力并稳压5min,且注浆量达到设计注浆量75%时可停止单孔注浆,当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍并稳压5min,而注浆压力未达到设计压力时也停止注浆;设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准,无漏注现象则结束全段注浆;按总注浆孔数量的7%设置检查孔。
在所述步骤(8)中,所述超前管棚的环向间距为33cm,外插角度为8°,超前管棚每节长4.5m,沿管壁布设3排Φ8mm的溢浆孔,孔间距为57cm;每根管棚末端不布设溢浆孔,前端封闭。
为了进一步提高本发明的技术效果,该实施例中,所述超前注浆液和超前管棚注浆液均包括以下重量份的组分:
细砂200-260,P.O 42.5水泥50-60,斑脱岩30-40,飞灰30-35,泡花碱30-35,矿渣微粉25-30,FGD石膏10-15,硫铝酸盐水泥10-12,三(2-羟乙基)胺8-10,火碱3-5,硫酸钠2-4,偏铝酸钠2-4,纤维素羟丙基甲基醚1-2,聚氧乙烯二醇1-2,木钠1-2。
其中,所述细砂的粒径为0.15-0.2mm,P.O 42.5水泥通过100μm方孔筛的筛余量为8-10%,火碱粒度为150-18目;所述超前注浆液和超前管棚注浆液的水灰比为1.5:1-2:1。
所述超前注浆液和超前管棚注浆液的制备包括如下步骤:
1)将斑脱岩、硫铝酸盐水泥进行破碎、研磨,使其最大粒径为100-110μm。
2)按重量配比称取各组分;并将细砂、斑脱岩、飞灰、火碱、硫酸钠和偏铝酸钠进行充分混合形成混合物。
3)将混合后的混合物进行高度精磨形成颗粒,使得颗粒的粒径范围为18-22μm,比表面积为1000-1200m2/kg,高度精磨过程中加入FGD石膏和三(2-羟乙基)胺,得产品,备用。
高度精磨时首先将混合物粗破后送入高压球磨机中进行球磨,球磨后的混合物送入筛分机构中进行筛分,所述筛分机构包括初级筛分机构、中级筛分机构和精细筛分机构,混合物依次进入初级筛分机构、中级筛分机构和精细筛分机构进行筛分,能够得到粒径分布均匀的颗粒;将筛分出的细颗粒在气流作用下进行气固分离,将输出的细颗粒作为产品通过出料口存储;筛分出的粗颗粒返回高压球磨机继续球磨,形成循环;充分发挥高压球磨机的粉磨效能,整个***流程简单、生产成本低、占地面积小、消耗少,节能、高效、无污染。
4)将水与P.O 42.5水泥、硫铝酸盐水泥均匀混合制成水泥浆;将泡花碱、矿渣微粉、纤维素羟丙基甲基醚、聚氧乙烯二醇和木钠加入适量水中均匀混合、溶解,得到浆液。
5)将步骤3)中的产品和步骤4)中的水泥浆、浆液充分混合均匀,制得所述超前注浆液和超前管棚注浆液。
本发明的超前注浆液和超前管棚注浆液胶凝时间可控,采用本发明材料,能够在浆液胶凝时间、浆液和易性及扩散性等方面可以根据工程需要进行有效调控,保证了浆液具有良好可操作性和工程适用性。本发明的注浆液强度高,在富水环境中平均留存率约为92-95%,可快速实现水流封堵效果,不需整环施作止水环,比传统工艺施工速度快,施工成本较低、堵水时间短,效果好,成本低,风险小,实现了富水泥岩地层注浆加固与堵水的同步一体化。
本发明超前注浆液和超前管棚注浆液水下抗分散性好,在富水地层中可稳定存在;析水率小,稳定性好,完成注浆后,加固体强度分布均匀,加固效果好;,满足工序衔接时间要求,保障隧道开挖稳定;流动度适中,浆液可灌性好且扩散范围可控;配制简单,原材料廉价易得、绿色环保,对环境无污染。
本发明的超前注浆液和超前管棚注浆液及其制备方法不仅达到各组分超叠加效应目的,而且有效解决混合材料均匀性差的难题,可注性高、泵送性好、抗水分散性强、胶凝时间可控、早期后期强度高、抗渗性强、耐久性强、成本适宜及环保无毒等优势,能够高效且用途广泛。
此外,为了保证本发明的技术效果,可将上述实施例的技术方案进行合理组合。
由上述实施例可知,本发明通过对掌子面进行超前注浆,进行有效加固治理,规避施工风险,提高施工效率,降低施工成本;充分发挥浆液的骨架支撑作用,保证注浆加固效果,确保隧道开挖安全。
本发明达到注浆均匀、密实,加固富水泥岩地层软弱围岩的作用,解决了富水泥岩地层中水压高、注浆困难的问题,有利于降低注浆施工成本。
本发明利用超前注浆方式极大的解决了对隧道开挖工作产生的困扰,大大提高了施工效率和设备利用率,为项目减少财产损失。
本发明将注浆设计与地质变化紧密结合,施工顺序环环相扣,注浆快速施工能力有突破,而且减少了注浆量,减少了对周围环境的影响;同时注浆质量的提高,保证了安全快速施工,有效提高开挖面稳定性,方便安全开挖,加快施工进度。
本发明掌子面围岩加固止水效果良好,有效保证了富水泥岩地层破碎带的稳定性,确保隧道施工安全,可有效保证注浆效果,掌子面涌水量得到有效控制。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (9)

1.一种富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)进行超前地质预报,探测富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置;
(2)根据探测得到的富水泥岩地层隧道掌子面前方的断层破碎情况和地下水位置,进行富水泥岩地层的掌子面注浆设计,确定目标注浆加固区域;
(3)在目标注浆加固区域布设监测点,监测点用于监测注浆施工情况和注浆固化效果;
(4)在掌子面上喷射混凝土,浇注止浆墙,所述止浆墙的厚度根据经验取值,与目标注浆加固区域的范围有关;在止浆墙上测量放线,设计超前注浆孔位和超前管棚孔位;
(5)按照设计超前注浆孔位和超前管棚孔位实施超前注浆和超前管棚钻孔作业,并在超前注浆孔内安装注浆管,将专用钻头伸入注浆管内在设计加固增强区域内进行富水泥岩局部破碎施工,形成注浆加固增强区;
(6)制备超前注浆液和超前管棚注浆液;
(7)在设计超前注浆孔位通过注浆管采用超前注浆液进行注浆,注浆结束过程中实时监测注浆施工情况,并根据实际情况随时调整注浆施工,完成所有超前注浆孔位的注浆工作,监测注浆固化效果;
(8)在开挖隧道拱部130-140°范围内进行超前管棚施工,超前管棚的材料采用Φ80mm-Φ90mm的热轧无缝钢管,在施工完成的超前管棚孔中***管棚至设计深度,超前管棚布设完成后,采用超前管棚注浆液对管棚进行全孔一次性注浆,监测注浆固化效果。
2.根据权利要求1所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(2)中,富水泥岩地层的掌子面注浆设计包括确定注浆段长度及开挖段长度、注浆加固圈厚度、钻孔参数、注浆参数和注浆材料组成。
3.根据权利要求2所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(3)中,监测点的布置范围为目标注浆加固区域的平面投影范围扩大4-4.5m,监测点的间距为1.5-1.8m。
4.根据权利要求3所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(4)中,浇注止浆墙前,为保证拱顶富水泥岩地层稳定,在拱顶打设3-4排Φ42mm径向注浆锚杆, 环向间距0.8-0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5-0.7m,注浆锚杆的长度为3-3.5m,其中2.5-2.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙;止浆墙基础采用4-5排Φ42mm导管进行加固,Φ42mm导管的环向间距为0.8-0.9m,沿开挖的纵向间距为0.5-0.6m,导管长4.3-4.8m,其中3.5-3.8m嵌入富水泥岩地层,剩余部分锚入止浆墙。
5.根据权利要求4所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(4)中,止浆墙采用C25混凝土浇筑,厚度为3.3m-3.8m,基底嵌入富水泥岩地层60-80cm;止浆墙浇注完成后,通过导管进行注浆,对止浆墙与隧道开挖初期支护间的空隙进行封堵。
6.根据权利要求5所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(5)中,钻孔作业时低速低震动钻进1.6-1.8m后安设注浆管,注浆管采用Φ100mm、壁厚10mm的组合玻纤管,管长为1.6-1.8m,组合玻纤管外均匀缠绕无纺布,安设到要求深度, 并用树脂锚固剂充填封固,以保证组合玻纤管安设牢固不漏浆。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(5)中,首先钻打环形***孔,相邻环形***孔的间距为1-1.3m,终孔间距为2.3-2.6m;然后钻打3-4层环形稳定孔,相邻层环形内部孔的间距为0.8-1m,相邻环形内部孔的间距为1.1-1.2m,终孔间距为2.2-2.5m;在止浆墙的中心钻3-4个与隧道中心平行的检查孔。
8.根据权利要求7所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(7)中,采用前进式分段注浆,注浆顺序为先环形***孔后环形稳定孔,同圈孔间隔跳孔;出水量Q<8m3/h时,分段注浆长度为6-8m/段;钻孔出水量8m3/h≤Q<15m3/h时,分段注浆长度为4-5m/段;钻孔出水量Q≥15m3/h时,停止钻进立即进行注浆处理;当单孔注浆压力达到设计压力并稳压5min,且注浆量达到设计注浆量75%时可停止单孔注浆,当单孔注浆量达到设计注浆量的1.5倍并稳压5min,而注浆压力未达到设计压力时也停止注浆;设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准,无漏注现象则结束全段注浆;按总注浆孔数量的6-8%设置检查孔。
9.根据权利要求8所述的富水泥岩地层隧道掌子面超前注浆方法,其特征在于,在所述步骤(8)中,所述超前管棚的环向间距为30-35cm,外插角度为6-9°,超前管棚每节长4-5m,沿管壁布设3排Φ8mm的溢浆孔,孔间距为55-60cm;每根管棚末端不布设溢浆孔,前端封闭。
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