大伙房水库输水工程六河不良地质段施工处理

李艳红

(中国水利水电第六工程局有限公司,辽宁沈阳 110179)

大伙房水库输水工程六河不良地质段施工处理

李艳红

(中国水利水电第六工程局有限公司,辽宁沈阳 110179)

大伙房水库输水工程六河段在不同工况前提下,通过采取有效处理措施,安全、高质量通过不良地质段,可为类似工程提供参考。

不良地质段 处理方案 输水工程

1 概述

1.1 工程概况

大伙房水库输水工程六河施工段位于桓仁县境内,洞段全长共140m,主要包括此洞段的开挖、初期支护、衬砌、回填灌浆等施工项目。

1.2 施工难点

本工程地质条件比较复杂,F13断层带的核心部位,位于六河古河床下部,存在岩溶现象,尤其在F13断层带洞室开挖过程中,极易发生涌水现象。施工存在一定程度不可预见性。

2 处理方案

2.1 超前预注浆

2.1.1 灌浆材料、制浆和灌浆设备

(1)灌浆材料和浆液。1)灌浆采用的水泥品种为普通硅酸盐水泥,强度等级不低于42.5Mpa。烧失量不大于1.0%,比表面积不小于5000m2/kg。对于工况二,在普通水泥浆液灌浆效果不理想的情况下,可分别选用干磨细水泥及超细水泥浆液。2)灌浆用的水泥必须符合规定的质量标准,不得使用受潮结块的水泥。3)灌浆用水应符合JGJ63－89第3.0.4条的规定。制浆用水的温度不得高于40℃。4)对于突水或涌水部位,在水泥浆液中加入外加剂或其他掺合料,以保证能够及时对这些部位进行封堵,特殊情况视现场确定。

(2)制浆。1)制浆材料必须称重,称重误差应小于5%。水泥等固相材料宜采用重量称重法。2)浆液必须搅拌均匀并测定浆液浓度。3)纯水泥浆液的搅拌时间,使用普通搅拌机时,应不少于3min;使用高速搅拌机时,宜不少于30s。浆液在使用前应过筛,自制备至用完的时间宜小于4h。

(3)灌浆设备和机具。1)搅拌机的转速和拌和能力应分别与所搅拌浆液类型和灌浆泵的排浆量相适应,并应能保证均匀、连续的拌制浆液。2)灌浆泵采用多缸柱塞式,灌浆泵性能应与浆液类型、浓度相适应,容许工作压力应大于最大灌浆压力的1.5倍,并应有足够的排浆量和稳定的工作性能。3)灌浆管路应保证浆液流动畅通,并应能承受1.5倍的最大灌浆压力。4)使用压力宜在压力表最大标值的l/4～3/4之间。压力表应经常进行检查,不合格的和己损坏的压力表严禁使用。压力表和管路之间应设有隔浆装置。5)孔口封封闭器应具有良好的封闭和耐压性能,在其使用的最大灌浆压力下能可靠的封闭灌浆孔段,并且宜于安装和拆卸。6)高压灌浆泵,其压力摆动范围不大于灌浆压力的20%;耐蚀灌浆阀门;钢丝编织胶管;大量程压力表,其最大标值宜为最大灌浆压力的2.0～2.5倍;孔口封闭器;灌浆自动记录仪。

2.1.2 灌浆

(1)止浆墙。在洞室开挖至下一循环灌浆掌子面位置时,应根据所揭露的围岩地质条件,确定止浆墙(岩盘)的设置。如果掌子面及洞周地质条件在超前灌浆前均较好,采用灌浆加固后的注浆岩体本身作为止浆岩盘;否则,采用喷射C30混凝土(t=20cm)封闭掌子面,作为止浆墙;如果掌子面处于工况二洞段,并且采用超前预注浆效果不明显,采用2～3m厚的C25现浇混凝土封闭掌子面作为止浆墙。

(2)钻孔及冲洗。1)根据地质条件,可选择各种相宜的造孔方法。2)钻孔位置与设计位置的偏差不得大于10cm。3)钻孔应埋设孔口管,孔口管长度应不小于2.5m,固管采用05：l水泥浆或双液浆,待疑时间为72h,钻进过程中发现钻孔偏斜应及时纠正。4)应对钻孔过程中的异常情况(掉钻、涌水、涌砂等)进行记录分析,供研究参考用。对于突水突砂情况,应立即汇报并进行处理,处理完毕后再继续扫孔钻灌。5)灌浆段在灌浆前应进行钻孔冲洗,孔内沉积厚度不得超过30cm。6)灌浆孔各灌浆段在灌浆前应进行简易压水试验,压力1.0MPa,压水20min,每5min测读一次压入流量,取最后的流量值作为计算流量,成果以透水率表示。

(3)灌浆方法和灌浆方式。1)灌浆孔分序应遵照环间分序环内加密的程序进行。2)灌浆方法采用自外向内、孔口封闭、孔内循环、分段灌浆的方法,射浆管宜下至距孔底不大于50cm处。3)对于工况一,灌浆段每段长5m,最后一段小于8m时,可一次灌注;对于工况二,灌浆段每段长3m,最后一段小于5m时,可一次灌注。

(4)灌浆压力和浆液变换。1)灌浆设计压力为3MPa。灌浆应尽快达到设计压力,但注入率大时应分级升压。2)浆液水灰比采用2：1、l：1、0.8：1、0.5：1四个比级。灌浆浆液的浓度应由稀变浓,逐级变。浆液变换遵照下列原则执行：①当灌浆压力保持不变,注入率持续减少时,或当注入率不变而压力持续升高时,不得改变水灰比。②当某一比级浆液的注入率已达300L以上或灌注时间己达1h,而灌浆压力和注入率均无改变或改变不显著时,应改浓一级。③当注入率大于30L/min时,可根据具体情况越级变浓。

(5)灌浆结束标准及封孔方法。1)灌浆结束标准：在设计压力下,注入率达到lL/min,持续灌注l0min即可结束。2)封孔采用压力灌浆封孔法,灌浆压力采用0.5Mpa,灌入水灰比采用0.5：l,当注入率不大于1L/min,持续灌注10min结束。

(6)特殊情况处理。1)串浆：如串浆孔具备灌浆条件,可同时进行灌浆,否则应进行封堵。2)灌浆中断：灌浆应连续进行,如因故中断,应及早恢复灌浆,否则应根据实际情况,对钻孔进行冲洗或扫孔后恢复灌浆;恢复灌浆后的水灰比和灌注压力可采用中断前数值。3)灌浆段注入量大,灌浆难于结束时,可选用低压、浓浆、限流、限量、间歇灌浆等措施并报送工程师批准执行。4)对于工况二,普通水泥浆液灌浆效果不理想时,根据实际情况,经由各方研究,可采用干磨细水泥、超细水泥等浆液进行灌注。

(7)灌浆质量检查。1)灌浆质量检查以检查孔压水试验及取芯分析成果为主,结合外观检查、资料整理等情况,综合评定。2)每循环

(135孔)检查孔数量暂定为5个,应在孔斜偏差较大、灌浆情况不正常等部位布设,并报送工程师批准。3)所有检查孔均应全孔取芯,并作正式压水试验。取芯成果应包括获得率及岩芯描述;压水试验应在该部位灌浆结束对后进行,段长应比该部位灌浆段长短3m,压力为0.5MPa。4)压水试验检查质量判断标准：透水率≤5Lu。根据此标准,检查孔分段的合格率应在90%以上,灌浆质量可认为合格;否则,应研究解决办法。5)检查孔应进行灌浆和封孔。如检查孔所有段均合格,可采用全孔一次灌浆,压力0.5Mpa;否则应对不合格段分别进行灌浆,要求与普通灌浆段相同。

2.2 开挖及支护

2.2.1 超前支护

对于工况一,超前支护采取超前小导管注浆,具体措施如下：(1)小导管选用外径42mm的热轧钢管,长度3.5m;管壁每隔10～20cm交错钻眼,眼孔直径6～8mm。(2)沿掌子面顶拱部位外纶廓以10～30°外插角钻孔,将小导管打入围岩。纵向两组小导管间应有不小于l00cm的水平搭接长度,小导管环向间距200～500mm。(3)小导管注浆前,应对掌子面及5m范围内的洞壁喷射厚为50～l00mm的混凝土进行封闭。灌注浆液采用0.5：1普通硅酸盐水泥浆液,灌注压力采用0.5～1.0MPa;必要时孔口处设置止浆塞。注浆6～8小时后可进行开挖,开挖时应保留1.5～2.0m厚的岩石作为止浆墙。

对于工况二,超前支护措施采用注浆管棚,具体措施如下：(1)管棚布设,应沿洞室开挖轮廓外全周均匀布置,中心间距300mm。施工时设5～6m的管棚工作室,具体尺寸根据承包商的设备要求而定。

(2)管棚施工前,应在洞室开挖轮廓外围设置lm厚的混凝土墙,其上按照管棚钢管的孔位预埋导向管。管棚外插角为5°。(3)管棚钢管为热轧无缝钢管,内径为108mm,壁厚6mm,长度20m。每节钢管长度5m,接头处采用厚壁管箍,丝扣长度不小于150mm,接头应错开布置。(4)管棚钢管孔口2m范围不开孔,其余部分按20～30cm间距设一对直径8mm的注浆孔。根据超前预注浆的效果,确定管棚钢管内是否注浆。(5)如需要搭接,纵向两组管棚的搭接长度按5m考虑,最小的搭接长度应不小于2m。

2.2.2 开挖及支护

对于工况一,采用微震控制爆破技术、短台阶法开挖,开挖的循环进尺不大于0.5m。初期支护采用锚喷和格栅联合支护措施。

对于工况二,采用预留核心土,台阶分步法开挖,对于该段不允许采用爆破方式,可采用强力风镐进行开挖。每一个分步开挖后,应立即采用喷混凝土封闭洞室围岩,并及对进行拱架支护和锚杆、挂网支护等,要求整个工序(开挖及初期支护等)在短时间(2～3h)内完成,以保正围岩稳定。

施工开挖过程中,需要注意仰拱的及时封闭以及底脚的锁脚锚杆的施工。

2.3 衬砌

采用模筑钢筋混凝土衬砌,混凝土的强度等级为为C30,F200,W12。衬砌的分段长度12m,混凝土衬砌的施工及时进行,以用来同初期支护共同抵抗围岩的变形。

2.4 施工监测

在施工过程中要做好现场量测工作,以掌握围岩及支护的变形情况,从而调整支护参数和衬砌时机。

3 结语

本工程不良地质段处理根据实际情况制定不同工况的超前注浆方案,确保安全、高质量通过不良地质段,工程工期缩短、经济效益较好。

[1]SL279—2002,水工隧道设计设计规范[S].

李艳红,辽宁省铁岭县人,1965年10月23日出生,女,汉族,本科,工程师,研究方向为水利工程管理、施工管理等。