引洮工程1立井冻结钻孔下部土体空隙充填技术.doc

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时间:2020-09-08

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1、垂直冻结钻孔下部土体空隙充填技术摘要:甘肃引洮供水一期工程7号隧洞TBM脱困工程中采用辅助立井冻结技术,由于TBM被困位置为含水疏松沙层,TBM被卡期间大量泥沙涌出造成冻结钻孔区域出现大面积空洞,为了保证钻孔正常钻进和冻结效果,需对地层下部土体进行空隙充填。本文基于引洮工程1号辅助立井冻结钻孔引起的问题,介绍了冻结钻孔工程下部土体填充的方案以及施工。关键词:钻孔;地层塌陷;注浆;空隙填充1工程概况甘肃引洮供水一期工程7号隧洞是引洮总干渠第二长隧洞,全长17.29公里,进口位于洮河流域,出口位于渭河流域,地质条件复杂多变,隧洞穿越粉细含水疏松砂岩底层,施工难度大,

2、被称为“世界性难题”。施工使用TBM掘进,施工过程中遇到含水疏松沙层,出现涌沙涌水地质灾害,导致TBM在隧道内被卡,决定对卡机TBM采用“冻结法”实施解困。7号隧洞TBM脱困工程立井冻结区域冻结孔30个,设计深度280米;TBM脱困施工区域地面冻结孔24个,设计深度245米;扩大硐室施工区域冻结孔27个,设计深度248米。本工程在实施1号辅助立井冻结孔钻孔的过程中,连续出现漏浆、塌孔、埋钻等问题,给施工造成了困难。2辅助立井漏浆及空洞分析2.1冻结孔漏浆根据钻孔情况地面110米地层情况良好,钻进速度较快;110米~160米地层硬度大,进尺较慢,大部分孔在160米

3、以下层位漏浆严重,地层下部存有空洞。图1地下空洞范围图根据钻孔初期大部分孔在160米以下层位出现漏浆、埋钻、卡钻等问题判断,地下埋深160米左右存在空洞,见图1。根据TBM被困期间,前方涌土量达8000多方,因此判断空洞体积至少为6100方(按1.3倍松散系数估算)。2.2TBM漏浆TBM被困后中断掘进后,刀盘前方部涌沙严重,导致前7环管片产生不同程度的破损、裂缝及变形。但由于地层水土压力过大,水泥挡墙与C1皮带机连接位置无法有效封堵,且局部位置管片工作孔仍有地下水渗漏或流出,TBM机头区域涌沙量约7000方。新增1号辅助立井冻结钻孔期间,发现TBM刀盘上方约8

4、0米范围内为坍塌空腔,由于无法保证钻孔效果,遂进行水泥-膨润土浆液灌浆填充。在浆液填充过程中,TBM水泥挡墙和C1皮带机连接位置与坍塌空腔形成通道,所灌注浆液基本全部涌入至洞内。1.3地下空洞根据钻孔初期各钻孔漏浆位置和深度初步分析,空洞可能存在两种情况:一是以刀盘为中心即刀盘底部241米深度至160米深度处存在漏斗型空洞,即160米上部土体成拱,承担了上部土体荷载,下部塌落土体流动性较好从刀盘进入TBM,然后在刀盘附近形成空洞,如图2所示。二是塌落的土体大部分并未进入TBM内部,而是在空腔内呈松散状,松散土体间空隙大,能形成水力通道,与TBM内部贯通。图2漏斗

5、型空洞示意图无论空洞是大范围空洞还是松散贯通土层,一旦注浆,其浆液都会漏进TBM盾体并进入隧道,并有可能对TBM设备及管片结构产生破坏,因此方案应包括TBM内部挡墙加固和地下空隙充填方案两个部分。其中TBM内部挡墙加固方案目的是保证隧道安全,封闭下部漏点,使地面注浆能顺利进行,挡墙加固后强度不低于管片设计强度,且挡墙应阻挡泥沙进一步流入隧道但允许清水流入方便泄压;地下空隙充填方案目的是保证钻孔能继续施工及冻结施工安全进行,主要是对空洞或孔隙进行充填,为下一步施工提供条件。3空隙充填施工3.1TBM洞内挡墙加固方案为保证顺利充填灌浆与施工安全,在水泥挡墙后部增设钢

6、板进行全封闭处理,从而保证地表顺利充填灌浆。1)将洞内涌入的水泥-膨润土浆液全部清除,清理被掩埋设备。2)紧贴水泥挡墙焊接全封闭钢板,钢板厚度为20mm,钢板与管片内弧面及C1皮带机连接位置之间采用652型遇水膨胀橡胶止水带进行止沙止水。图3封堵钢板位置示意图图4封堵钢板断面图3)采用聚氨酯类发泡注浆材料针对钢板与水泥挡墙之间、钢板与C1皮带机连接位置之间以及水泥挡墙前部至刀盘之间进行填充注浆。4)对水泥挡墙附近含水疏松沙层洞段管片已套拱架进行补强,并根据涌沙涌水情况,再次进行注浆加固,确保达到5米洞段渗水总量小于0.5m3/h的冻结加固条件。5)在地表充填坍塌

7、空腔注浆过程中,通过进行持续的封堵钢板位移与管片变形收敛监测,判断封堵钢板与管片结构是否稳定,从而指导地表分层灌浆厚度。3.2地下空隙充填方案1)从距离TBM刀盘最近的D8孔,进行钻孔施工。2)施工D8孔同时,在D5、D13、S1-4、S2-4孔内下180套管至160米深度,并往每个孔灌250KG黄豆,单孔灌水量不得大于5方。3)充填注浆(1)如果下部为大范围空洞,有两种充填方式:一、从新成孔的D8孔下骨料将空隙充填满,当隧道内挡土墙加固完毕后注水泥浆液,一次注浆量小于50立方米,及时根据情况调整注浆量,延长或缩短注浆间隔。二是考虑注双液浆,采取少注多次的方法注

8、浆,一次注浆量为50立方

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