围岩裂隙水封堵设计及施工浅析

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摘要 结合具体的工程实例从围岩裂隙堵水的必要性、堵水原理、堵水材料、堵水设计、堵水施工、堵水施工安全措施等方面介绍了围岩裂隙水封堵的设计与施工工艺,为类似施工提供参考。

关键词 围岩裂隙;化学灌浆;施工工艺

中图分类号 TV52文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2010)12-0040-02

0 引言

陕西引红济石调水工程是《陕西省水资源开发利用规划》和《渭河流域近期重点治理规划》中推荐优先实施的省内南水北调工程。该工程位于陕西省宝鸡市太白县,通过穿越秦岭的长隧洞自流调入秦岭北麓渭河支流石头河,经石头河水库调节后向西安、咸阳、杨凌、兴平等城市供水,并向渭河干流补充一定的生态水量。主体工程由位于红岩河上的关山低坝引水枢纽和穿越秦岭五里坡梁与太白盆地南缘山区的19.76km长输水隧洞两大部分组成,输水隧洞全长19.76km,设计引水流量13.5m3/s,纵比降1/890,进口高程1468.47m,出口高程1443.72m,钻爆法施工断面为圆拱直墙,成洞尺寸(宽×高)为2.8×3.0m;掘进机法施工断面为圆型,成洞直径D3.0m。洞线穿过的地层岩性主要为片麻岩、大理岩、片岩和花岗岩等,围岩等级以Ⅲ类为主,Ⅴ类次之。

1概况

引红济石工程Ⅲ标段支洞由于紧邻河道,洞内出水量较大,2009年9月4日对涌水点的水量做了测量(位置:K0+320处共有3处围岩裂隙涌水),涌水量为24.2m3/h。具体为:进洞方向左侧洞壁与洞底夹角1处涌水,出水孔径15cm×15cm,涌水量为6.2m3/h;进洞方向左侧洞壁高度2.1m处1处涌水,出水孔径25cm×25cm ,涌水量为14.0m3/h;进洞方向右侧洞壁与洞底夹角1处涌水,出水孔径25cm×25cm,涌水量为4m3/h。

2堵水的必要性

根据施工现场的测量,汛期隧洞每天出水量在7000 m3以上,带来高昂的排水费用。涌水给洞内交通运输带来威胁,轨枕长期浸泡于水中,使枕木腐朽变形,斗车的行驶安全大大降低。大量的带水施工明显降低工效,施工质量难以保证。构造带内破碎的岩体在长期的淋水作用下容易失稳塌落,带来安全隐患。鉴于上述原因,堵水是必须的、必要的。

3堵水采用的材料及原理

本次封堵裂隙水采用北京瑞琪米诺桦合成材料公司的瑞米杰夫莱F堵水材料,并配套该公司的专用注浆泵施工。该材料分为A、B两种组分,当A、B在注浆泵中混合后遇水发生膨胀,充填进入围岩的裂隙中,从而达到堵水目的。性能见表1:

4 封堵裂隙水施工工艺

化学灌浆封堵围岩裂隙水的治理存在着未知性,围岩裂隙以及溶洞的发育结构都不能用视觉观察到,只能依靠目前洞壁出水点的岩体结构、出水位置、涌水量、流速等简单现象制作施工方案。本次施工方案的实施根据以往堵水施工经验与数据做出,在实施过程中要具体情况进行,并在实施过程中及时调整堵水施工操作,降低每一步堵水施工的风险并避免材料损耗与浪费。

表1 瑞米杰夫莱F性能参数

4.1施工所需机械

气动凿岩机(压风流量≥3m3/min)一台配Ф42mm钻头若干;空气压缩机1台(流量≥3m3/min); 施工用注浆泵一台,注浆泵动力为压风0.4~0.7Mpa,注浆软管足量(内径Φ25mm)、封孔器、气动二联件、空气凝结器、油雾化器。

4.2关键技术

堵漏难点在于堵漏后已有的涌水点涌水量会下降到怎么样的比例才算堵漏成功,以及在堵漏施工后地下水流向的改变是否会在全隧洞的其他位置出现新的涌水点,此堵彼漏使堵漏对整个工程意义不大。引红济石工程裂隙水的特点在于淋水明显受到断层的控制,因此堵漏后地下水流向改变导致其他地段出现新的涌水点或者涌水明显增加的可能性不大,本工程堵漏施工具有现实意义。

4.3操作方法

1)打孔:以出水点为中心 ,将注浆孔打在半径1.2m的圆上,孔深6m,孔距1.5m,呈梅花型布置。

2)安装注浆管路:将封孔器安装在孔1m深处,在封孔器外面安装5m的注浆管,将注浆管和专用气动注浆泵连接。

3)注射灌浆:在注浆前进行试运行,检查气动二联件、空气凝结器、油雾化器、进风软管是否干净,然后分别把A料缸和B料缸的进料管和出料管置于各自的料桶内;慢慢开启气动注浆泵进风控制阀,开始工作,此时A,B(1:1)两种液料分别在两个料桶中循环,尽量使A、B进料管中的空气排净,检查系统和进料配比,确保整个系统正常。系统正常后,停泵,按规定的连接方式组装枪头,开始注浆。注浆过程中注意观察注浆压力和出水情况,注浆速度最低控制为3L/min,最高控制为12L/min,同时伴随间隔输出等操作,出现异常及时停止施工;出现漏料情况及时采取措施,可用棉纱等做阻挡或者调整注浆速度;当出水情况得以封堵不要立即停止注浆必须待注浆压力达到15MPa时停止注浆;注浆结束后,用A组份料冲洗混合器与出料口,约10s左右。用充填施工前准备的清质机油清洗气动注浆泵及其配件,检查清点附件数量及其功能。

5 施工中的安全措施

围岩预处理:敲帮问顶,清理工作场地周围的松动的围岩体,确认安全后方可施工作业。在施工前必须和现场负责人做好协调,做到堵水施工期间不能进行运输等有碍安全的工作。施工期间必须在施工现场周围20m范围处进行警戒,防止施工期间出现意外。避免物料直接接触皮肤和眼睛,如不慎进入眼睛或接触皮肤后,应立即用大量清水冲洗接触部位。施工时,应穿合适的防护服、戴手套和做好眼和面部保护措施。注浆开泵前要检查机泵是否有问题,周围是否有障碍,人员是否都站在安全地点,认为都无问题后方可注浆。施工组织要确保协调有序,施工和检修不得平行作业,防止机械设备因误操作而伤人。其他未尽事宜严格按照相关安全规程及相应的规定执行。

6 结论

通过化学灌浆封堵裂隙水,水量由原来24.2m3/h减少到10m3/h,基本达到了降低60~70%出水量的设计目标(目前出水点50m左右范围内)。化学灌浆封堵裂隙水作为隧道工程处理涌水的一种方法,由于其工期短、见效快、可就地处理,封堵效果明显,目前已得到越来越多的应用。

参考文献

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[2]吕明海.采动地层水资源流失机理研究[D].辽宁工程技术大学,2005.

[3]张我华,薛新华.孔隙介质的渗透特性初探[J].岩土力学,2009(5).