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农村偏远地区隧洞堵水与排水施工技术探讨

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2021-09-30 11:14 热度:

   山西省中部引黄工程TBM1标位于吕梁市兴县境内,进洞支洞洞口位于山西省吕梁市兴县交楼申乡陈家圪台村对面。为进行主洞掘进需进行的施工内容为进洞支洞SJ0+000—SJ5+199.659,长度5 199.659 m,与主洞高差为180.341 m,坡比为3.857%;23#通风支洞在总85+963处于主洞成49.764°斜交,洞长969.03 m,与主洞高差为330.039 m,坡比为37.315%;进洞支洞和主洞为TBM掘进,采用1台罗宾斯公司生产的φ5.06 m双护盾TBM独头掘进,施工断面为圆形,预制C45混凝土管片拼装式结构,成型管片内径4.3 m,管片厚度0.25 m,管片型式为六边形蜂窝状,4片管片组成1环,管片与围岩之间的空隙采用豆砾石充填并进行回填灌浆。洞内铺设单线钢轨,连续皮带机出渣,采用编组列车进行物料运输,设置错车道。

农村偏远地区隧洞堵水与排水施工技术探讨

  1、 项目工程水文地质情况

  隧洞进入主洞10 km时洞身将进入地下水位以下,沿线地下水类型主要有变质岩类裂隙水、碳酸盐岩裂隙岩溶水(区域水及层间水)、碎屑岩夹碳酸盐岩类裂隙水,其中,对隧洞有影响的是碳酸盐岩裂隙岩溶水(区域)及变质岩类裂隙水。变质岩类裂隙水地下水贮存于岩层风化带及裂隙中,水位随季节变化,地下水的补给主要为大气降水补给。地下水的排泄为向下游的径流排泄或向沟谷的侧向径流排泄,当贮水层为埋深较大的构造裂隙时,具承压性。当洞段断层、节理裂隙发育时,洞内可能有涌水,顺带方向构成的不同岩层之间可能出现的层间水。

  2、 堵水方案主要内容

  2.1、 掌子面堵水方案

  2.1.1、 超前物探

  分析掌子面前方存在大概率涌水情况时,采用退刀盘3~5 m,用小型地质钻机(可钻孔深需20 m)在掌子面裂缝处进行钻探。

  2.1.2、掌子面堵水

  当钻探发现较大涌水,采用加密钻孔、超前注浆(双液浆或化灌)堵水,封堵涌水后再恢复掘进,掘进至注浆堵水界线,再退刀盘进行钻探,直至无大的涌水时方可正常掘进。

  2.2、 已安装管片隧洞段堵水方案

  一是钻探发现涌水量较小且可控时,采用边排水边掘进,安装无面板钢制管片,将涌水裂缝段拖出盾体后在裂缝处进行钻孔堵水,堵水采用双液浆。直至裂缝涌水封堵后进行喷射砼填充和施焊面板防腐处理。二是涌水洞段岩石较破碎,安装D3型管片并进行豆砾石回填,双液浆回填灌浆。三是地下水水头较高,回填灌浆后还有外水喷射和线流现象,采取固结灌浆进行处理。固结灌浆处理后对仍有较高压力水涌水点采取打排水孔导水减压,减少管片承压。

  3、 隧洞堵水方案

  3.1、 隧洞内渗水来源

  3.1.1 、已衬砌管片段出水

  现有隧洞在掌子面无水时,排水主要来源为主支洞扩挖洞积水约5 m3/h,隧洞在主洞桩号总91+353处设置可通机车的小挡坝拦截4#错车台至小挡坝间已进行回填灌浆但仍在出水的积水量,约40 m3/h,并用1台YDⅡ60-30*3离心泵抽入7#接力水箱,进入排水系统。小挡坝至掌子面回填灌浆后仍出水洞段的积水约320 m3/h,向机头方向自流后由伸缩盾潜水泵抽排,排入TBM台车1#、2#接力水箱并通过隧洞排水系统排出洞外。为减少掌子面突涌水时管道排水总量,确保管道排水对掌子面突涌水有效排出,掘进前需采取专门措施,进行已衬砌管片段堵水施工。

  3.1.2 、掌子面突涌水

  已多次发生掌子面突涌水情况,在较小流量、历时较短时,可在涌水发生后及时排出隧洞积水,采用继续掘进将涌水段拖出盾体并进行管片衬砌后,用双液浆进行豆砾石回填后灌浆,进行堵水。但是当突涌水流量较大、历时较长时,将对隧洞施工安全形成威胁。为做到提前预防发生此类事件,进行超前探测和钻探以及超前堵水更为重要。

  3.2 、隧洞堵水方案

  根据隧洞出水情况,隧洞堵水方案分两部分制定。

  3.2.1 、隧洞堵水加固

  由于隧洞掘进中TBM台车灌浆条件限制,只进行了270°回填灌浆,需在停止掘进期间完成全断面豆砾石回填后灌浆,并按要求进行检验,达到合格要求。对有涌水洞段的回填灌浆,当纯水泥浆灌浆受水流影响无法实施时,采用水玻璃+水泥浆混合的速凝浆液灌浆。对不良地质洞段、回填灌浆后仍在较大外水压力下形成漏水的裂隙发育洞段、Ⅴ类围岩漏水洞段和经设计提出需进行固结灌浆洞段进行固结灌浆,固结灌浆技术按“水工建筑物水泥灌浆施工技术规范SL62-2014”要求和设计要求执行。固结灌浆范围按现场踏勘和地质揭露资料选定报批,按批准结果进行施工。

  3.2.2、 掌子面堵水

  3.2.2. 1 、超前探测。

  采用震波超前探测技术和瞬变电磁探测技术,按照“物探先行、钻探验证”的原则,对可能涌水的异常区域,结合钻探等有效措施探验,根据情况采取相应的防治措施,必要时需进行超前注浆加固。根据超前探测范围约100 m限制,要求每掘进100 m进行1次超前探查测,并及时分析探测结果,为下一步掘进决策提供依据。

  3.2.2. 2 、超前注浆。

  首先,对于此次涌水掌子面,在排出隧洞积水后,购置小型地质钻机(要求体积较小,可由刀盘入孔进入掌子面,可钻孔深度约20 m),做好超前钻孔注浆堵水准备,对掌子面涌水裂缝和出水孔洞,先用钢板和胶垫压紧掌子面涌水处,封堵涌水裂缝,使涌水可控,再采用退刀盘3~5 m(需拆除2~3环管片),在掌子面布孔,用已购置的小型地质钻机钻孔20 m,钻孔顺序拟先进行涌水区域中心钻孔,采用由内向外扩散型式封堵围岩裂缝,直至掌子面区域围岩裂缝用胶凝浆液封堵,再进行周边钻孔超前注浆,用大于涌水水头的注浆压力推移浆液沿裂缝延伸,使掌子面周围一定范围的水流通道封堵,达到涌水量可控状态时再恢复掘进,掘进至注浆区域边界,再进行超前物探和钻探,直至脱离涌水区域。使TBM施工在涌水可控的情况下进行掘进。剩余3.7 km的掘进中,如经超前探测后发现物探有异常时,采用退刀盘进一步进行超前钻探,如果钻探发现裂隙涌水较少可控,可采取将涌水处拖出盾体并安装无面板钢管片,有针对性地对裂隙进行钻孔堵水。钻探出现较大涌水时,则加密钻孔采用超前注浆进行堵水。超前注浆浆液优先选用水玻璃+水泥浆的双液浆,如水压力较大、水流量较大时可先用化灌对涌水控制,再进行双液浆注浆堵水,对于周边注浆为使浆液扩大渗径,选择纯水泥浆(浆液由稀到浓)注浆堵水。

  4 、排水方案比选

  4.1、 方案比较

  4.1.1 、主案一

  采用YDⅡ150-70×3离心泵,用于新增1条DN200管道排水,实际扬程比机泵扬程小1倍,实际排出水量应大于水泵额定排水量150 m3/h,使主洞共有排水能力大于500 m3/h。

  4.1.2、 方案二

  选择MD450-60*4多级离心泵,用于新增1条DN300管道排水,流量450 m3/h、扬程247 m、功率450 k W水泵1台。该泵安装在TBM后配套原高压电缆卷盘位置(左侧距TBM掌子面244 m),设变频器;使主洞共有管道排水能力大于850 m3/h。4.1.3方案三选择MD700-65*4多级离心泵,流量700 m3/h、扬程260 m、功率710 k W水泵2台并联,用于新增DN400管道2级排水,使主洞共有管道排水能力为1 400 m3/h。

  4.2 、排水方案确定

  经充分研讨,针对隧洞突涌水严峻形势,安全风险性较大的现实,后期3.7 km隧洞施工涌水量可能更大,为在施工中彻底消除突涌水安全隐患,对隧洞涌水先堵后排,堵排结合,对已衬砌和回填灌浆后仍出水的洞段进行固结灌浆,减少管道排水负担,确保TBM施工安全可控,排水方案2提出的管道选择较为合理,进一步优化后,可提高排水系统能力。

  作者:陈鹏

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