隧道超前周边预注浆施工作业指导书.docx

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隧道超前周边预注浆施工作业指导书

超前周边预注浆施工作业指导书

1.适用范围

适用于隧道工程隧道超前周边预注浆施工。

2.作业准备

2.1内业技术准备

作业指导书编制后，在开工前组织技术人员认真学习实施性施工组织设计，阅读、审核施工图纸，掌握有关技术问题，熟悉规范和技术标准。

制定施工安全保证措施，提出应急预案。

对施工人员进行技术交底，对参加施工人员进行上岗前的技术培训，考试合格后持证上岗。

2.2外业技术准备

施工作业层中所涉及的各种外部技术数据收集已完成。

修建生活房屋，配齐生活、办公设施，满足主要管理、技术人员进场生活、办公需要。

施工所需电力线路架设已完成，满足机械所需电力供应，并配备适合备用的柴油机。

用全站仪、GPS全球定位系统等准确放样。

3.技术要求

3.1隧道通过断层、围岩破碎带段落时，应根据设计图结合施工现场情况，采用综合超前地质预报，探明掌子面前方的地质情况，判明是否存在高压富水区，具有较大规模，较大可能的涌水、突水或岩体结构性能软弱，开挖后极可能导致掌子面失稳诱发突水、突泥的段落。

3.2在岩溶地区可能存在较大空洞，注浆量有时会比预计的多处数倍，因而施工现场必须备足够的注浆材料方可开始注浆，以免造成停工，堵塞岩石孔隙，影响注浆效果。

为保证注浆质量，处理注浆过程中的突发事件，注浆作业人员应进行专业培训，未参加培训人员不得上岗作业。

3.3根据地质预测、预报，选择注浆范围、注浆材料及注浆顺序。

4.施工程序与工艺流程

4.1隧道富水地段及可能涌水、突水地段的超前预报

为了更详细地了解隧道地质条件，更准确、有效地对隧道富水段地下水采取措施，在施工中需结合物探、探孔等手段进行超前预测预报。

预报分长距离预报、中距离预报、短距离预报开展工作。

4.1.1长距离预报

采用工程地质法，根据地面测绘和其它基础资料对隧道的地质界线、地质构造、围岩级别、赋水构造、富水规模以及其它特殊工程地质问题进行长距离、宏观预测，预测距离在掌子面前方100m以上。

4.1.2中距离预报

在长距离预报的基础上采用TSP202（地震波勘探）对掌子面前方30m~100m范围内的不良地质体的位置、规模、性质作较为详细的预报，粗略的预报围岩级别和地下水情况，其探测贯穿隧道施工全过程。

4.1.3短距离预报

短距离超前预报是对掌子面前方30m左右范围的地质情况作较为准确的预报。

图1隧道富水及涌水、突水地段施工程序图

⑴红外遥感技术

主要采用HY-303红外线探测仪及掌子面编录预测法。

预报对象主要是针对掌子面前方可能出现的岩层，已经临近的不良地质体的性质、位置、岩溶裂隙、地下水的活动规律、地下水的压力、储量等含水构造。

掌子面及其附近揭示的不良地质体向掌子面前方延伸的情况和围岩类别。

选择在隧道掘进时处于地质复杂区段中断续进行。

⑵超前探孔

在长期预报、中期预报以及红外线遥感预报的基础上再采用超前探孔进行验证。

正洞设4个超前探孔，可利用第四排注浆孔作为超前探孔。

根据长期预报、中期预报、红外线探测及掌子面开挖揭示的地质情况，在部分地质条件复杂地段施作超前钻孔时，其中一个探孔需取岩芯，以利对掌子面前方地质条件分析、判断。

超前探孔探测长度一般为30m左右，相邻两环探孔之间应搭接5m。

施工中间可根据现场实际情况对钻孔长度作适当调整，但不应短于25m。

为提高地下对溶缝、溶隙、溶管、溶穴等溶蚀体系中岩溶水探测的准确率，在隧道施作开挖炮眼时将部分炮眼的深度加深到5~8m，进行辅助超前探测。

⑶施工中地质灾害临近警报

在上述多种预测预报工作基础上，将多项预测预报手段所得的资料进行综合分析与评判，相互印证，并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测、判断。

4.2地下水处理原则与排水量控制标准

隧道断层带及部分地段地下岩溶水发育，且与地表连通性好，如果由于隧道施工引起地下水长期流失，将导致地表失水，影响地表生态环境。

对这部分地下水采取以堵为主，限量排放的处理原则。

通过对隧道断层带及地层地下水实施有效封堵后，洞壁平均出水量不大于2m（3）/m.d。

4.3地下水封堵方案

采用注浆封堵地下水，分为超前预注浆、补注浆两种注浆堵水方案。

采用超前探孔探测到地下水如满足封堵标准须优先采用超前预注浆进行封堵，禁止在探测出水且超出封堵标准的条件下不封堵而开挖掘进。

4.3.1超前预注浆

分为深孔周边预注浆和超前局部注浆两种方式。

根据超前地质预报综合评判，当掌子面前方存在较大范围的高压富水区、具有涌水、突水可能，或水压相对较低但围岩差、岩体结构性能弱、开挖将导致岩壁失稳诱发涌突水者，采用超前周边预注浆；超前探孔2/3出水，且总量>10m（3）/h，采用超前周边预注浆。

掌子面超前探孔出水总量<10m（3）/h，但个别孔出水量>2m（3）/h，则实施超前局部注浆。

4.3.2补注浆

隧道经超前预注浆或经超前探孔探水满足开挖条件实施开挖后，如洞壁出水没达到允许排放标准，或排水量达到了允许排放标准，但仍有个别出水点呈股状或线状出水，则采取补注浆对地下水进行封堵。

4.4深孔周边预注浆止水

深孔周边预注浆注浆是通过在掌子面钻注浆孔，再向孔内压注水浆液，浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水深孔周边预注浆。

4.4.1深孔周边预注浆工艺和作业要点

⑴注浆工艺流程

见图2“深孔周边预注浆工艺流程图”。

⑵注浆段长和注浆孔的布置

根据钻机性能，选用每循环注浆段长25米；深孔周边预注浆就是要使浆液扩散到注浆深孔周边预范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。

见图3“深孔周边预注浆纵断面布置图”、图3“深孔周边预注浆钻孔布置图”。

⑶注浆方式

采用分段前进式注浆或全孔一次压入式注浆。

当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取注一段钻一段的分段前进式注浆，直至终孔。

⑷注浆参数的选择

每循环注浆长度25m，单孔有效扩散半径2.5m左右，终孔间距2.0m；注浆范围为：

衬砌外3m。

注浆方式：

如果出水量较小且成孔容易，用一次性注浆方式或分段后退式注浆；如果成孔困难，则采用分段前进式注浆。

注浆压力：

注浆压力是注浆的主要参数，它对浆液的扩散范围，岩层裂隙充填的密实程度及注浆效果的好坏起着决定性的作用，所以必须有足够的注浆压力克服静水压力和地层阻力，方能达到注浆目的，注浆压力取静水压力的2～3倍。

浆液的注入量：

指单孔注入量，假设浆液在地层中均匀扩散。

公式为：

Q=πR2Lnαη

式中：

Q—单孔注浆量（m3）；R—浆液扩散半径（m）取2.5m；

L—注浆孔长（m）；n——地层的裂隙（％），取2～4%；

α—浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取0.3～0.9；

η—浆液消耗率，取1.1。

⑸止浆岩盘

一个止浆岩盘止浆效果的好坏，将直接关系到深孔周边预注浆成功与否。

根据注浆段围岩情况预留不同厚度的止浆岩盘：

一般取4m左右，这样既确保注浆效果，又避免每个注浆循环浇筑混凝土作为止浆墙这道工序，可以加快施工进度。

图2深孔周边预注浆工艺流程图

图3深孔周边预注浆纵断面布置图

图4深孔周边预注浆钻孔布置图

⑹埋设孔口管

固结牢固密实，保证不漏浆、不窜浆的孔口管是决定注浆效果好坏的重要因素，其埋设方法：

先用YQ-100型冲击式钻机钻4.0m深，再将φ108孔口管插入，外露20～30cm，管壁与孔口接触处用麻丝填塞，再向孔口管内注双液浆固结。

孔口管起着导向作用，钻孔安装时要控制好外插角度。

⑺钻孔

根据不同用途，选用ZYG150全液压钻机及YQ100风动钻机。

YQ100风动钻机主要用于开孔，安孔口管。

先根据设计图孔位、钻孔参数，在工作面上放出钻孔位置，并用油漆标定。

调整钻杆的仰角和水平角，移动钻机，将钻头对准所标孔位。

将棱镜放在钻杆的尾端，用全站仪检查钻杆的姿态，并进行调整。

根据探孔预测结果，决定是否采用孔口管。

对探孔预测水压较高（P≥1.0MPa）、且水量较大（Q≥20m3/h）的区域，采用孔口管注浆，否则采用止浆塞止浆方式注浆。

当采取后退式分段注浆时，可采用钻机直接钻孔至设计深度。

当采取前进式分段注浆时，采取钻一段注一段的方式，直至设计孔深。

钻孔按先外圈、后内圈的顺序进行。

内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序，后序孔可检查前序孔的注浆效果。

逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数，另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。

钻孔时，还要严格作好钻孔记录，包括孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。

施钻过程中，若单孔出水量小于30L/min，可继续施钻；若单孔出水量大于30L/min，立即停钻进行注浆。

⑻制浆

选用JZ350叶片式搅拌机作为制浆设备，为了保证浆液的均匀性和在注浆间隙时不沉淀，另自行加工搅拌储浆桶两台，容量1立方米，采用立式电动机和摆线针轮式减速器，用支架倒立于储浆桶上，通过联轴节将动力直接传给搅拌轴。

为了方便吸浆，在储浆桶外侧设两个以上取浆口，以保证大流量注浆时浆液的供应。

根据选定浆液的配比参数拌好浆液，其中水泥浆拌好后用1×1mm网筛过滤，放入叶片立式搅拌机进行二次搅拌，确保浆液均匀。

⑼注浆准备

注浆管路按图5“注浆管路连接图”所示联接，通过压水检查注浆管路的密封性，同时冲洗岩石裂隙，扩大浆液通路，增加浆液冲塞的密实性。

图5注浆管路连接图

⑽注浆顺序

先注外圈，后注内圈，同一圈由下而上间隔施作。

⑾注浆速度

当钻孔涌水量≥50L/min时，注入速度80～150L/min；当涌水量≤50L/min时，注入速度35～80L/min。

⑿注浆结束标准

全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点附近设至少5个检查孔，测孔内涌水量或进行压水实验，若满足设计要求，则可以开挖，否则进行补注浆。

单孔结束标准:

注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上;注浆结束时的进浆量小于20L/min;注浆结束时的进浆量小于20L/min;检查孔涌水量小于0.2L/min;检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。

全段结束标准:

所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象;注浆后检测涌水量小于1m（3）/m.d;浆液有效注入范围大于设计值;预测岩体经注浆后可在开挖后保证洞壁稳定。

4.4.2开挖后径向补注浆止水

围岩结构整体性较好且涌水量较小地段及深孔周边预注浆局部效果不满意地段，采取在隧道开挖轮廓线外设置环向止水注浆深孔周边预。

即隧道开挖后，沿隧道开挖轮廓线设置间距为60cm、长为350cm小导管径向全断面环形布设，采用纯水泥浆注浆，水压较大地段采用特种浆液注浆固结围岩止水。

注浆设计参数：

⑴浆液单孔有效扩散半径为2.0m。

⑵注浆加固有效半径:

衬砌开挖轮廓外3.5m。

⑶注浆压力:

正常注浆压力为1.5MPa，注浆终压不大于3.0MPa。

施工中根据现场注浆试验进行调整。

5.施工要求

钻孔过程中，遇见突泥情况，立即停钻，拔出钻杆，安装孔口管及高压阀，进行注浆。

掌子面小裂隙漏浆，先用水泥浆浸泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间；若仍跑浆，在漏浆处采用普通风钻钻浅孔注浆固结；若掌子面前方8米范围内大裂隙串浆或漏浆，采用止浆塞穿过该裂隙进行后退式注浆。

注浆压力突然增高，则只注纯水泥浆或清水，待泵压恢复正常时，再行双液注浆；若压力不恢复正常，则停止注浆，检查管路是否堵塞。

当进浆量很大，压力长时间不升高，则调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量、低压力注浆，以使浆液在岩层裂隙中有相对停留时间，以便凝胶；有时也可以进行间歇式注浆，但停注时间不能超过浆液凝胶时间。

6.劳动组织

钻机操作工3～6人，注浆6人。

7.材料要求

注浆堵水材料一般有三种类型，即单液水泥浆类、水泥—水玻璃类、TGRM水泥基特种灌浆材料。

选择注浆材料类型时，按注浆的目的及各类浆液的适用范围等进行选择。

单液水泥浆类浆液是以水泥为主，添加一定量的速凝剂，用水调剂成的浆液。

它的主要特点是：

凝结时间可根据实际需要随意调节，其变化范围为几分钟至几小时；浆液结石率可达100%，抗压强度可达5～10Mpa，抗渗性能好；工艺设备简单，操作方便，较之双液浆有更大的优越性；难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全；来源丰富，价格便宜；凝结时间相对较长。

水泥—水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入缓凝剂（磷酸氢二钠）所形成的注浆材料。

它的主要特点是：

来源丰富，价格便宜；结石体抗压强度高，可达5～20Mpa，但后期强度由于水玻璃的作用易降低；浆液结石率为100%，结石体渗透系数10-3cm/s，抗渗性能好；难以注入0.2mm以下岩溶裂隙；采用双液方式注入，施工工艺较单液复杂。

TGRM水泥基特种灌浆材料是以特制的高性能水泥，配以适当种类和数量的外加剂，共同混合均匀，制成具有早强、高性能的水硬性胶凝材料。

它的主要特点是：

比表面积大，可注入0.2mm以下岩溶裂隙中，弥补了普通水泥浆液在岩溶小裂隙中不易扩散的不足；浆液结石率可达100%，抗压强度可达50Mpa以上；操作技术要求高；浆液无毒性，对地下水和环境无污染，较之使用化学药剂为添加剂的浆液更安全。

8.设备机具配置

钻孔设备：

ZYG150全液压钻机；YQ100风动钻机。

注浆设备：

ZG6310往复式柱塞泵（单液注浆机）；KBY50/70全液压双液注浆泵；2TGZ60/210可调式高压注浆泵（双液注浆机）。

制浆设备：

JZ350叶片式搅拌机。

辅助设备：

搅拌储浆桶；T型混合器；Y型混合器。

9.质量控制及检验

9.1质量控制

9.1.1做好超前地质预探预报工作，包括地质调查、TSP-203探测和超前探孔等。

9.1.2施工前对沿隧道建筑限界附近范围内的地表水文地质情况进行调查和监测。

9.1.3在接近进入设计富水区段施工处设立试验段进行注浆参数的选定和调整，现场培训直接施工作业人员。

9.1.4编制钻孔、注浆作业指导书，设立专职质量、安全检查人员。

9.1.5注浆是一门现场发挥的技术，施工过程中应根据注浆情况调整配合比，注浆后及时整理资料，组织人员研讨施工工艺，不断提高注浆效率。

9.1.6建立完善的质量管理体系，设立质量检查小组，现场设质量检查员，随时对施工的各个环节进行监督检查，定员定岗，质量责任到人。

9.1.7严格按施工图进行施工，进行层层把关，杜绝不合格的产品进入下道工序。

9.1.8加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。

9.1.9严格施工纪律，确保钻孔深度，做好钻孔记录。

严格按照技术交底作业，按照注浆工艺流程施工，做好施工记录，孔口管与管壁之间封闭密实，防止孔口处跑浆，确保注浆质量。

9.1.10注浆前，先对钻孔注浆设备进行检修，确保设备正常使用以免影响注浆质量。

注浆开始时宜采用小流量以免堵塞浆液渗透通道。

注浆结束必须达到设计标准。

注浆结束后，应综合分析钻孔注浆记录，并打检查孔检查注浆效果，如不能满足要求，则要补注。

9.1.11定期召开质量分析会议，对注浆工艺进行改进，提高注浆质量，并组织质量教育，严格执行“三检”制度，强化工序控制。

9.1.12在注浆工艺操作中，灵活的掌握单液、双液相结合的原则；采用凝胶时间长短相结合的浆液；正确地决定注浆顺序、注浆起止时间，注浆初压和终压等参数，选用泵量大、压力大、注浆量可调的适用于不同注浆要求的注浆泵等，都是建造止浆岩盘行之有效的措施。

9.1.13注浆加固止浆岩盘时，采取先注无水区，后注有水区，先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔；先内后外，先上后下；先近后远的程序进行，逐步加固止浆岩盘，用浆液填砼之间，砼与围岩之间的裂隙使之形成一个整体。

9.1.14注浆压力是注浆加固止浆岩盘的重要参数，一般注浆加固均采用定压注浆，即注浆压力稳步上升当达到设计压力后用双液去封孔。

对无水孔可采取上述的原则。

对于有水孔和泄水孔注浆时，由于这些管路与引流管存在通水管路，此时注浆无注浆压力，可采用先注单液浆，待连通孔窜浆且浆液较浓后，改注双液浆充填两孔之间的连通管路，确定达到注浆效果后停注。

9.1.15适当选择凝胶时间短的浆液是注浆加固止浆岩盘的特点，特别是对个别有水孔在有漏水情况下利用高压大量注浆时显得尤为重要。

选取的原则是先稀后浓，先单液后双液，逐级变换。

在用两台单液泵注双注浆时可通过注浆泵的排浆挡位来控制双液浆的配合比。

9.1.16在隧道注浆施工中，必须根据出水情况及掌子面围岩状况，采取全断面止浆墙、局部止浆墙或钻孔注浆加固掌子面等措施，来建造一个完整的止浆岩盘，保证周边注浆的效果。

利用止浆岩盘变动水为相对或暂时静水，是封堵大股涌水的关键所在。

9.2质量检验

9.2.1主控项目

超前周边注浆所采用水泥的检验应符合暂行标准，其他注浆材料的检验应符合国家相关标准的规定。

浆液配合比设计应根据试验确定并符合设计要求。

检验数量：

施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：

施工单位进行配合比试验；监理单位检查配合比试验单并见证试验。

超前周边注浆范围应符合设计要求

检验数量：

施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：

观察。

超前周边注浆必须符合设计要求。

检查孔的设置和日均出水量应符合设计要求。

检验数量：

施工单位、监理单位全部检查。

检验方法：

检查孔数量采用计数检查，出水量采用集水称量。

9.2.2一般项目

注浆压力、注浆量、进浆速度等注浆参数应符合设计要求。

检验数量：

施工单位全部检查。

检验方法：

观察、查施工记录。

注浆孔数量、布置应符合设计要求。

注浆孔间距允许偏差为±±5cm，钻孔偏斜率的允许偏差为0.5%孔深。

检验数量：

施工单位全部检查。

检验方法：

观察和测量。

单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。

检验数量：

施工单位全部检查。

检验方法：

观察、计时、查施工记要。

10.安全及环保要求

10.1安全要求

10.1.1施工区域应设警示标志，严禁非工作人员出入。

10.1.2施工中应对机械设备进行定期检查、养护、维修。

10.1.3为保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设一名安全员负责现场的安全工作，坚持施工前安全教育制度。

10.1.4施工中保证机械作业的施作空间，确保协调安全施工。

10.2环保要求

10.2.1严格按照国家有关法律、法规组织施工，控制大气污染、水源污染、土壤污染，保持生态平衡，防止水土流失，在本工地施工活动中，坚持制造良好的生态环境。

10.2.2从传播途径上控制噪声，采取装吸音、隔音装置等手段，减少噪声污染。

10.2.3在施工活动界限之外的植物、山林及建筑物，必须尽力维持原状。

不得将有害物质（含燃料、油料、化学品等，以及超过允许剂量的有害气体和尘埃、弃碴等）污染土地、河流。

10.2.4混凝土施工中，容易造成对环境的污染，为保护自然环境，应避免任意倾倒混凝土，真正将各项环保措施落实到位。