帷幕注浆施工方法与技术措施

六、施工方法与技术措施6.1概述本标段帷幕灌浆自桩号G0+423.00起至G0+631.00止，轴线长度208m，向上及向下钻孔灌浆形成防渗帷幕。向上孔深为18.5m；向下孔深为133m。本标段工作内容包括：按规范规定、图纸及工程师要求，提供一切劳务、设备、材料，并完成灌浆孔、检查孔所必需的钻孔、套管、冲洗和压水试验，以及帷幕灌浆材料的提供、储存、拌合、注浆，等所需的各项工作。本标段主要工作项目应包括：（1）灌浆工作场地的排水、清污、照明和施工后的场地清理；（2）动力和照明设备的连接（业主提供电源至施工场地附近）；（3）洞内通风设备及管道的提供和安装；（4）洞内穿过混凝土底板至一定深度以及地面不要求灌浆的上部岩层或覆盖层的孔口管的提供和镶铸；（5）帷幕灌浆孔、检查孔、抬动观测孔的钻孔、测斜和观测仪器的提供和安装；（6）井下电视的安装和观测；适用标准：（1）灌浆部位的施工图：（2）《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5158-2001）（3）《硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥技术规范》（GB175-85）（4）《水工混凝土外加剂技术规范》（SD108）（5）施工过程总工程师下达的指令和有关文件。6.2灌浆试验本次实施补强灌浆的廊道高程较低，幕底高程更低，灌浆施工时可能会遇到较高的水压力和出现较大的涌水量，为保证灌浆质量，在灌浆前将进行灌浆试验，以确定合适的灌浆方法、灌浆浆液、灌浆工艺、灌浆压力和灌浆结束标准，以及遇到较高涌水压力、大涌水量和较大耗浆量时的紧急处理措施，并报工程师批准。6.2.1首先进行浆液试验：（1）按监理工程师的指示对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液进行下列项目的试验：①浆液配制程序及拌制时间；②浆液密度或比重测定；③浆液流动性或流变参数；④浆液的沉淀稳定性；⑤浆液的凝结时间，包括初凝或终凝时间；⑥浆液结石的容重、强度、弹性模量和渗透性；⑦监理工程师指定的其它试验内容；（2）用于现场灌浆试验的浆液水灰比以及掺合料、外加剂等的品种及其掺量要通过浆液试验选择，并将试验成果报送监理工程师；6.2.2选择地质条件有代表性的部位进行帷幕灌浆生产性试验，以验证灌浆孔的布孔方式、灌浆分段、灌浆压力及浆液配比等参数；6.2.3在生产试验区内，按批准的灌浆试验大纲拟定的施工程序和方法进行灌浆试验，检查灌浆效果，整理分析各序孔和检查孔的透水率、单位耗灰量等试验资料，并将试验成果报送监理工程师；根据先导孔或一序孔压水试验结果，经工程师同意后调整灌浆参数和选择孔距的大小。6.3灌浆材料所有灌浆材料都必须具备厂家出厂材质证明并妥善保管，以防变质和污染，变质和污染的材料不能使用。稳定浆液必须通过有资质的试验室选择最优配方，并在施工过程中经常性地进行测试和调整。6.3.1水钻孔、取芯、清洗、压水试验及浆液拌合的用水要新鲜、干净，水中不含有有害的油、土、有机质、酸、碱、盐及其他有害杂质，并符合拌制水工混凝土用水要求。如对水质发生怀疑，应进行水质检测和浆液强度试验。浆液拌和时，水温要低于40℃，高于5℃。6.3.2水泥灌浆采用525＃硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。525＃硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥对细度的要求为通过80μm方孔筛的筛余量不宜大于5％。灌浆用水泥必须符合GB175质量标准，不得使用受潮结块的水泥。拌和时的水泥温度应在0℃以上。不同品种和标号的水泥应分别储存，不得混杂。为防止水泥失效，水泥应按其运到工地的时间顺序使用。若水泥中混有不利于灌浆的结块或外来杂质，必须将其移离现场。对灌浆用水泥的物理力学性能应作如下试验：初、终凝时间、比重、比表面积、颗粒组成、标准稠度、强度及水泥体积的安定性等。6.3.3砂加入水泥浆液掺合料中的砂应为质地坚硬的天然砂，不含有有机质、粘土块及杂质，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量宜小于1％，有机物含量不宜大于3％。6.3.4膨润土和粉煤灰水泥浆中加入少量的膨润土主要作稳定剂用，膨润土的含量为水泥重量的1％～3％，要求其水溶性好，粘粒含量（﹤0.002mm）大于40％，塑性指数大于40，液限值大于100。膨润土必须充分膨化后方可使用。粉煤灰应符合国标GBJ-146的要求，粉煤灰因为经过精选，不宜粗于同时使用的水泥，烧失量宜小于8％，SO3含量宜小于3％。6.3.5补强灌浆稳定浆液补强灌浆采用稳定浆液，稳定浆液的性能指标要满足下述要求：水灰比：0.6:1～0.8:1；比重（g/cm3）1.6～1.65；2h析水率﹤5％；马氏漏斗粘度（s）﹤40；凝聚力（N/m2）﹤4；28d结石强度＞15MPa；初凝时间（min）由试验确定稳定浆液应在开始灌浆前60天或在工程师要求的其他时间内对灌浆材料作室内试验，以确定浆液的稠度、可行的配合比、初凝及终凝时间，确定砂、膨润土及其他外加剂的最优添加量，各种外加剂的相容性及影响浆液质量的其它参数。试验要采用灌浆中实际使用的材料。试验结果要在灌浆开始前不少于40天提交给工程师以备检查。灌浆拟采用的稳定性浆液配合比见表6-1。图6-2SNS200/10型高压灌浆泵图6-1XY-2型地质钻机项目技术性能参数钻孔深度100～530m（φ73，60，50，42）钻孔倾角0～900立轴转速正：65,114,180,248,310，538，849，1172r/min;反：51，242r/min立轴行程600mm立轴最大扭矩2.76kNm立轴最大起拔力60kN卷扬机单绳提升力30kN立轴通孔直径76mm（XY-2B96mm）动力电动机22kw;柴油机19.85kw钻机重量950kg表6-2XY-2型钻机性能技术参数表6-1稳定性浆液配合比编号水灰比W/C膨润土（%）减水剂RC-M（%）BR备注010.72.00.6制膨润土浆时加碱2%注：膨润土和减水剂掺入量均为水泥重量的百分数，加碱为膨润土重量的百分数。6.4主要施工机具根据总体施工方案，确定本工程帷幕灌浆的主要施工机具为：（1）地质钻机选用XY-2型钻机，外形尺寸小，搬迁灵活，适用于金刚石和硬质合金钻进，钻杆加卸方便并能保证成孔质量，其外形如图6-1所示，性能参数如表6-2所示。（2）灌浆泵选用SNS200/10型灌浆泵，如图6-2所示。SNS200/10型灌浆泵为三缸往复式泵，运行状态好，压力平稳。技术参数：排量76～207l/min，压力4～12MPa，水、灰、砂比例：0.5:1:1.5，功率18.5kW，重量730kg，外形尺寸1800×945×700（mm）。（3）高速搅拌机图6-5多路灌浆监控系统装配连接图选用ZJ-400型立式高速搅拌机，搅拌轴转速1200r/min以上，最大制浆能力10～15m3/h，拌合均匀。如图6-3所示。（4）立式双层桶普通搅拌机，单桶储浆量200L，搅拌轴转速50r/min。如图6-4所示。（5）帷幕灌浆拟采用GSMS200灌浆自动监测系统控制灌浆全过程。每台灌浆泵的灌浆施工全过程均应在自动记录仪的监控下完成（如图6-5所示）。图6-3ZJ-400型立式高速搅拌机图6-4立式双层普通搅拌桶（6）YS型系列灌浆塞及活塞式机械膨胀塞YS型系列液（气）压灌浆塞及活塞式机械膨胀塞，系我局自行研制的产品，前者主要优点是膨胀率高，但较易破损；后者的主要优点是不易破损，适应地层能力强，缺点是膨胀率有局限性。主要用在先导孔灌浆、压水及检查孔压水，（见图6-6）规格有Φ56mm、Φ66mm、Φ76mm和Φ91mm四种。主要技术指标见表6-3。目前我局科研所已研制出内编钢丝型膨胀塞，其性能更加优越，适应性更强，且不易破损，它的最大耐压力能达25～30MPa。表6-3YS系列灌浆塞技术指标项目初始胀塞压力（MPa）胀塞密封压力(MPa)灌浆、压水压力(MPa)适用孔径(mm)适用孔深(m)指标0.7～1.00.5～1.06.0Φ56、Φ66、Φ76、Φ9150～150（7）孔口封闭器孔口封闭器如图6-7。6.5帷幕灌浆施工6.5.1钻灌设备配置帷幕灌浆的施工机具计划按“两机一泵”进行配置，即一个机组的施工设备由两台地质钻机、一台高压灌浆泵组成。6.5.2施工程序灌溉洞内帷幕灌浆，先施工向下帷幕灌浆孔，待向下帷幕灌浆孔全部施工完成后再施工向上帷幕灌浆孔；向下帷幕灌浆孔先施工下游排然后施工上游排，同一排帷幕灌浆孔采用逐序加密施工，先施工先导孔，再顺图6-6YS型液（气）压灌浆塞孔口封闭器射浆管回浆进浆Φ50mm钻杆图6-7旋转孔口封闭器标定向下帷幕灌浆孔位及孔口管镶铸图6-8帷幕灌浆施工总程序图标定向上帷幕灌浆孔位及孔口管镶铸施工下游排帷幕灌浆孔施工上游排帷幕灌浆孔向下帷幕灌浆检查孔钻孔、压水、封孔施工向上帷幕灌浆孔向上帷幕灌浆检查孔钻孔、压水、封孔200200200200200200200100200200200200200200200图6-9钻孔平面布置图次施工Ⅰ序，Ⅱ序，Ⅲ序，最后施工检查孔。帷幕灌浆工程施工程序如图6-8所示。6.5.3灌浆排数及孔距灌溉洞内向下帷幕灌浆采用两排灌浆孔，排距为1.0m；孔距为2.0m，见图6-9。灌溉洞内向上帷幕灌浆采用单排帷幕灌浆，孔距为2.0m，见图6-10。图6-10钻孔平面布置图2002002002002002002006.5.4钻孔孔位、孔深及孔向帷幕灌浆孔孔位与设计偏差不得大于10cm。向上帷幕灌浆孔深为18.5m；向下帷幕灌浆孔深为133m。孔深应符合设计要求。钻孔必须保证孔向准确。钻机要固定平稳、牢固。埋设孔口管要定向准确，立轴与孔口管倾角、方位要匹配，并采用较长粗径钻具，适当控制钻进压力。灌溉洞向上帷幕灌浆孔为铅直孔，设计孔深为18.5m，见图6-11所示。灌溉洞向下帷幕灌浆上游排灌浆孔为铅直孔；灌溉洞向下帷幕灌浆下游排灌浆孔顶角为0.43º，孔口距上游排灌浆孔为1.0m，终孔距上游排灌浆孔为2.0m，见图6-12所示。6.5.5帷幕灌浆施工针对不同地层，拟定了以下帷幕灌浆施工方案：（1）钻孔方法帷幕灌浆钻孔采用清水冲洗、地质钻机回转钻进的方法施工。根据地层情况，选用金刚石钻头或硬质合金钻头钻孔。（2）取芯先导孔、质量检查孔均按要求采取岩芯。在完整的岩石中，采用常规的投卡料方法卡取岩芯；在断层、破碎带孔段，采用孔底反循环或单动双管钻具采取岩芯，统一编号，填牌装箱，进行编录、素1.001.752.552.0090.00帷幕灌浆孔图6-12向下灌浆孔剖面图245.00帷幕灌浆孔1.001.752.55图6-11向上灌浆孔剖面图描、照相保存，且岩芯采取率不小于95%。（3）钻孔孔径孔口段孔径为Φ110mm；帷幕灌浆孔终孔孔径为Φ56mm小孔径；先导孔孔径不小于Φ75mm。（4）帷幕灌浆段长段长一般为5m，特殊情况下可缩减或加长，但不得大于8m。（5）钻孔测斜垂直或顶角小于5°的帷幕灌浆孔，其孔底偏差值不得大于表6-4规定的数值。对于顶角大于5°和深度大于50m的帷幕灌浆孔，其孔斜应根据施工图纸要求或监理人的指示执行。表6-4帷幕孔孔底偏差值孔深（m）20304050608080最大允许偏差值（m）0.250.50.81.151.502.02.5帷幕灌浆孔均应全孔测斜。如发现钻孔偏斜超过规定时，及时纠偏，纠偏无效时，应按监理人的指示报废原孔，重新钻孔。采用DUZ-D型多点照相测斜仪（见图6-13）进行测量。DUZ-D型多点照相测斜仪引进了美国Eastman公司的先进技术，具有精度高、适应性强、抗干扰性和防震性好、操作简便、照片记录清晰、易读和可连续操作等一系列优点，特别是对较深钻孔的测斜其性能明显优于其它测斜仪器。该仪器原为石油勘探钻井测斜所用，我局引进后已在长江三峡水利枢纽工程、黄河小浪底水利枢纽工程和河北大黑汀水库灌浆工程中应用。DUZ-D型多点照相测斜仪的精度为：方位角≤±0.5°，顶角≤0.2°。测斜的段长一般为5.0～10.0m，可以全孔一次进行，也可根据施工情况一孔分多次测斜。图6-13DUZ-D多点照相测斜仪（6）孔口管灌铸开孔采用经XY-2钻机钻进,灌浆孔的开孔直径为Φ110mm，混凝土厚度为0.8m，钻进平均