泸州隧道静水注浆论文.doc

江底隧道裂隙涌水的超前静水注浆治理（吴定德 王圣堂）四川 眉山 610030 四川九一五建设工程公司摘要 江底隧道施工的巨大风险来自较差的地质条件和水文条件，即围岩垮塌、冒顶和裂隙涌水。特别是贯通性裂隙涌水，利用超前钻孔对前方裂隙涌水进行注浆治理，避免开挖后大断面裂隙涌水造成不良局面；同时为防止压力过高、浆液突破注浆工作面的围岩造成漏浆泄压，在隧道中恢复水位，利用江水的自身压力平衡进行静水注浆，效果十分理想。关键词 江底隧道 裂隙涌水 压力平衡 静水注浆1.工程概况为解决泸州市江北地区日益突出的经济增长与天然气短缺的矛盾，促进泸州市经济平衡、快速发展，由中石油西南油气田分公司蜀南气矿投资兴建泸州市天然气发展与平衡供气工程，整个工程的咽喉部分长江穿越隧道工程由四川九一五建设工程公司承建，建成的江底隧道将为天然气管道穿越长江提供地下空间。泸州长江穿越隧道工程，设计净断面北1.8m2.0m，施工开挖毛断面岸2.5m2.5m；整个隧道全长1022m，包括北竖井86m、江底平巷702m、南斜井234m；竖井口位于泸州市龙马潭区罗汉镇，南岸斜井口位于泸州市江阳区泰安镇，如图1。工程从2001年8月8日进场，进行施工前期准备工作。南岸三通条件极差，特别是通路的困难一直影响工程材料、设备、物资的进出场。工程于2001年10月16日开工，经过不到11个月的艰苦施工，于2002年9月2日顺利实现工程贯通，当年11月27日实现泸州天然气投产运行。图1泸州长江穿越隧道工程地质剖面图2.隧道围岩特征本工程区属巨型新华夏构造四川沉降盆地的南缘纬向构造体系之赤水长宁东西向构造带，处于中兴场背斜西翼，泰安场向斜的北翼，呈单斜产出，构造简单。场地内上覆土层为第四季崩积（Q4 COL）碎块石、冲洪积（Q4 COL）砂、卵石及粉质粘土、下伏基岩侏罗系中统上沙溪庙组（J2S）砂、泥岩等组成。工区内地下水受长江河水制约，水力联系紧密；基岩裂隙水，主要赋存于侏罗系上统沙溪庙组砂岩、泥岩裂隙中。长江南岸为江水冲刷岸，斜井段靠主河床砂岩顺层裂隙水较发育，渗透性较强。南斜井上部围岩以粉砂质泥岩为主，下部较复杂，岩性为中微风化粉砂质泥岩夹数层长石石英砂岩，围岩质量类别为IV类, 粉砂质泥岩层中局部夹薄层泥岩,施工过程中局部可能产生掉块。60234m落平点砂岩中顺层裂隙发育，与江水有一定水力联系，渗透系数达0.5m/d，根据地勘资料显示，南斜井下部将穿越贯通性涌水裂隙带，给工程施工带来涌水、淹井的安全隐患。该段的穿越施工，将成为整个泸州隧道工程的重中之重，如图2。 图2 南斜井下部涌水裂隙带3.裂隙涌水防治方案根据南斜井围岩地质条件及水文特征，隧道施工按“长距超前勘探，中距注浆治理，近距加固支护”的措施，采用光面爆破或预裂爆破开挖，以探一段、注一段、挖一段、衬一段的施工程序，确保工工程施工顺利进行。 凿岩爆破：选用m3/min的电动空压机供高压风、沈空7655式凿岩机凿眼、乳化炸药加8#工业纸雷管起爆。采用楔形掏槽方式进行光面爆破和预裂爆破技术开挖。装岩运输：人工装碴配合0.75m3“U”型矿车有轨式装运。通风方式：采用压入式和复合式，设备为轴流式通风机， 斜井60m-234m 裂隙较为发育，开挖施工以超前勘探取芯钻孔为先导，探明隧道围岩岩性、稳定情况、地下渗水情况，以确定不同的钻爆方法、堵排水措施及临时支护方式，为隧道施工提供可靠依据。3.1裂隙涌水初步治理南斜井开挖至168m工作面，进行超前钻探作业，在钻孔进尺17.5m时揭穿裂隙涌水带，涌水量为40-50m3/h。提钻后利用孔口管进行注浆作业，由于工作面围岩裂缝的存在，造成浆液泄漏；经对工作面围岩进行砼浇筑凝固处理，养护后再注浆，仍存在漏浆现象，注浆效果不理想。3.2确立静水注浆方案分析注浆失利原因，在于工作面存在着压力大小不同、方向相反的两种浆液，A注浆管内的向前压的带压浆液，B注浆管外工作面围岩裂缝中的往外漏的浆液，在A的作用下，B浆液在工作面处存在压差，如图3：由上图知：FB=FABFC，FB工作面处B的受力；FAB工作面处A对B的作用；FC工作面处对B的封堵作用；由于裂隙封堵失利，即FC=0，则FB=FAB。因此在A的作用下，B浆液从工作面裂缝中泄漏。要使B浆液不泄漏，即FB=0，则需FC=FAB，即有个外力抵消FAB。由于对围岩裂缝封堵不理想，可利用斜井水位恢复后增加的水压补偿工作面的压差，减少和防止浆液泄漏，则采用静水注浆方案。3.3实施静水注浆方案采用地面拌匀浆液、地面注浆、井下124m处控制注浆压力的方式。由于水位从斜井168m恢复到斜井125m静止水位，补偿的水压为：H=（168125）Sin31。22.1m，远小于地面到斜井168m的高差（达168Sin31。86.5m），因此注浆机可以不带压便可顺利注入，如图4。3.3.1 配料按先稀后浓原则进行配料，W/C由1：1降为0.8：1，添加剂选江津产地维牌水泥（P.O32.5R）、仁寿产钠质膨润土（300目）、成都青白江产膨胀剂（UEA），其中水泥由350kg逐渐增至550kg，并逐渐增加水玻璃。在地面制作不同配比的浆液样品，并作下养护观察记录。3.3.2 初期注浆由于井下存在负压，地面注浆机开始不会有压力显示。井下124m处压力几乎很稳定，约为0.1Mpa左右，是由于管道阻力和浆液流动阻力的显示。当水泥和水玻璃增加后，井下压力升至0.2Mpa，注浆顺利，拌浆量9.5 m3，注入浆量按80%效率计，约为7.6m3。3.3.3 中期注浆在井下压力为0.2Mpa时，地面注浆机无压力显示；为增大浆液在裂隙中注入容量，在浆液中加入适量锯末粉和少量膨胀剂，井下压力升至0.4Mpa，拌浆量为14m3，注入浆量约为11.2m3。3.3.4 后期注浆（间歇性注浆）根据该裂隙的倾角、厚度和隧道的开挖影响断面积，初步估算浆液需用量为18 m3。为加强此次注浆效果，最后进行了间歇性注浆。即注完以上的18.8 m3浆液后，注浆停滞了45分钟，在浆液中增加砂量和水玻璃，井下注浆压力升至0.60.8Mpa，当0.8Mpa压力持续半小时，停止注浆。拌浆量为4m3，注入浆量约为3.2m3。3.3.5 静水注浆数据统计序号初压Mpa终压Mpa添加剂W/C拌浆量m3注入量m310.10.2水玻璃1:19.57.220.20.4锯末、膨胀剂1:11411.230.60.8砂、水玻璃0.8:143.2合计27.5223.4 养护及钻孔检测3.4.1 养护静水注浆完成后，根据地面浆液样品的养护观察记录，结合斜井水下的具体条件，经浆液水下养护36小时后，开始降水工作。3.4.2 降水用两台总抽排量为75 m3/h（有效率为87%）的水泵降水，经观察，每6分钟水面降2m，降水方量为6.5方，即65 m3/h，与预计的一致，即井下工作面无涌水，说明裂隙涌水已被封闭。降水完毕，斜井工作面除残留少量浮浆外，涌水裂隙已被完全封闭。3.4.3 钻孔检测井下工作面下入钻机进行超