超前预注浆工法

超前预注浆⼯法⼀、前⾔

⼯程概述：万家寨引黄⼯程北⼲线1#隧洞位于⼭西省西北部，始于偏关县下⼟寨分⽔闸，穿过黄河与海河两⼤⽔系的分⽔岭虎头⼭，终点位于朔州市中沟湾，隧洞全长43.696km，⽆压隧洞。设计引⽔流量为22.2m3/s。本标段⼯程施⼯项⽬为：北⼲线1#隧洞Ⅰ标输⽔隧洞（桩号北5+471.241～北13+100.000）剩余4724.659m主洞段施⼯，全部采⽤钻爆法施⼯，主洞圆形断⾯，衬砌后内径4.10m。

⽀（北）03洞段下游设计为Ⅱ类围岩，根据设计图纸说明可知：隧洞穿过寒武系徐庄组⼀段薄层，中厚层砂岩，砂质页岩，岩⽯较新鲜完整，位于地下⽔位以下，外⽔⽔头30-40m，估测涌⽔量0.01-0.04 m3/s.km。

已开挖段桩号北10+712.421-北10+722.561段：地层为寒武系中统张夏组⼆段（∈2Z2），围岩上部岩性为灰⾊、灰黄⾊中厚层⽩云质灰岩；下部为灰黄⾊、青灰⾊薄层⽩云质灰岩。围岩新鲜。岩层产状：⾛向NE40°，倾⾓SE，倾⾓5°。地质构造洞段发育⼀条45°/70°闭合裂隙。薄层层理发育。地下⽔本洞段开挖初期⽆地下⽔出露。

在对桩号北10＋722.561掌⼦⾯顶拱右侧部位（岩性为中厚层⽩云质灰岩）进⾏爆破孔施⼯时，从钻孔内向外涌⽔，后做探孔⼯作，钻进1.3m深，施钻压⼒减弱，随之钻孔也向向外涌⽔。涌⽔量由30m3/h增⼤到75m3/h，经多⽇观测，其⽔量未有减⽔的趋势，说明地下⽔补给充⾜。据有关单位要求，该段隧洞停⽌施⼯，做封堵⼯作。因涌⽔⽇后⼜沿中厚层层⾯流出，在封堵前，对桩号北10+714.561-北10+722.561洞段进⾏了堵⽔灌浆。

对于该掌⼦⾯已对其进⾏了超前探孔施⼯，完成的3个超前探孔情况如下：1#孔沿洞轴线总长40m，在16～19m处存在空洞，28～30m为明显的软弱层，⽔量逐步增⼤，但增幅较⼩；2#孔在洞左腰线部位，上倾⾓6°，孔深30m，在18～21m处存在空洞；3#孔在洞右腰线部位，上倾⾓8°，孔深19m，因在19m处时发⽣卡钻现象，⽆法完成探孔，但未发现异常。通过探孔的施⼯，并经多⽅讨论,最终决定采⽤设计图纸进⾏超前预注浆施⼯。

⼆超前预注浆⼯法的特点：⼩范围内把岩溶裂隙⼀次性充填，既减少了钻探⼯程量，⼜节省了资⾦、在最短时间内完成堵⽔。三适⽤范围：围岩软弱破碎，富含⼤量的构造裂隙⽔。

四⼯艺原理：超前预注浆是⼀种改善围岩结构，提⾼围岩整体性和⾃承能⼒、降低⽀护成本、提⾼⽀护效果的有效⽅法，利⽤浆液把围岩周围的各种弱⾯充实、重新胶结起来，改善围岩的物理⼒学性能，从⽽提⾼围岩的整体稳定性和抗渗性。为掘进⼯作⾯安全、快

速推进创造了有利的条件。

本⼯程⽀（北）03洞段灌浆任务为主洞超前预注浆。注浆孔呈弧形布置，以钻机钻头为原点向外辐散，左右呈对称布置。钻孔在洞轴线上的垂直投影为55m。（详见下页图）。

说明：图中尺⼨单位均以cm计。五、⼯艺流程及操作要点1、超前预注浆施⼯的步骤

钻孔灌浆按照先灌⽆⽔孔,后灌有⽔孔,从拱顶顺序向下的原则灌注1～8号孔.待全部灌浆孔完成3～7天后再钻灌9号孔进⾏质量检查，以检查灌浆施⼯的效果。

其试验步骤和⼯艺流程为：钻孔定位——钻孔——钻孔冲洗——压⽔试验——制浆灌浆——灌浆结束——封孔——检查2、操作要点：2.1钻孔定位

根据设计图纸灌浆孔在掌⼦⾯上进⾏测量定位并统⼀编号。2.2钻孔

钻孔内容包括灌浆孔、检查孔的钻孔。

钻孔钻进采⽤300型回转式地质钻机。钻孔采⽤φ75mm的⾦钢⽯钻头钻进，钻进采⽤清⽔钻进。钻孔结束会同监理⼯程师进⾏检查验收，检查合格并经监理⼯程师签认后，⽅可进⾏下⼀道⼯序。

钻孔⼯作在灌浆施⼯中占有极其重要的作⽤，它的成功与否直接影响灌浆施⼯的成败。因此对每个孔的钻孔都要认真对待，从钻机安放、孔序、孔位、孔深、孔斜等⽅⾯严格控制，减少钻孔事故的发⽣，具体保证措施如下：（1）钻机安放：钻机安放必须牢固平稳，底座要⽤长⽅⽊铺设，⽔平仪找平。（2）孔序：严格的设计的施⼯顺序进⾏施⼯。

（3）孔位：灌浆孔的开孔孔位与设计位置的偏差不得⼤于10cm，因故变更孔位时，应征得设计同意。实际孔位应有记录。（4）孔深：超前预注浆孔的孔深必须满⾜设计要求。

（5）孔斜：孔斜对灌浆质量⾄关重要，为此，在钻进过程中钻机操作必须轻压慢钻。当钻⾄⼀定深度时，改⽤长钻具钻进。如发现孔斜超过规定时，应及时纠编，或采取其它经监理⼯程师批准的补救措施，纠编⽆效时，则按监理⼯程师的指⽰报废孔后，重新钻孔。

灌浆孔其孔底的偏差值不得⼤于下表规定的数值：

2.3保护

对所有钻孔妥善保护，直到验收合格为⽌。2.4洗孔

超前预注浆孔每当钻成⼀段时将对该段进⾏冲洗，洗孔时采⽤导管通⼊⼤流量⽔流，从孔底向孔外冲洗的⽅法进⾏。冲洗⽔压采⽤80%的灌浆压⼒，压⼒超过1MPa时，采⽤

1MPa。冲洗应冲⾄回⽔澄清，对回⽔达不到澄清要求的孔段，应继续进⾏冲洗，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。当邻近有正在灌浆的灌浆孔或邻近灌浆孔结束不⾜24h时，不得进⾏裂隙冲洗。

超前预注浆孔(段)冲洗后，该孔(段)应⽴即进⾏下⼀道施⼯⼯序，因故中断时间间隔超过24h的则在灌浆前重新进⾏冲洗。2.6压⽔试验

各灌浆孔（段）在灌浆前宜进⾏简易压⽔。简易压⽔可结合裂隙冲洗进⾏，压⼒为灌浆压⼒的80%，并不⼤于1Mpa，压⽔时间20min，每5min测读⼀次压⼊流量。取最后的流量值作为计算流量，其成果以透⽔率q表⽰，单位为吕荣（Lu）。2.7制浆

（1）灌浆采⽤⽔泥强度等级不低于32.5，其品质符合GB175⽔泥标准,并对其检验符合要求后,⽅可⽤于⼯程。灌浆⽔泥应妥善保存，严格防潮并缩短存放时间，不使⽤受潮结块的⽔泥。

（2）制浆材料必须称量，称量误差应⼩于5%，⽔泥等固相材料采⽤重量称量法。

（3）⽔泥浆液的搅拌时间，⾼速搅拌机应⼤于30s，低速搅拌机应⼤于3min，浆液在使⽤前应过筛，⾃制备⾄⽤完时间不⼤于4h。

（4）浆液必须搅拌均匀，测定浆液密度和粘滞度等参数，并做好记录。（5）浆液温度应保持在5～40℃，超过此标准的视为废浆，予以舍弃。2.8灌浆

（1）采⽤三缸灌浆泵、搅拌机和灌浆⾃动记录仪进⾏施⼯，技术性能与所灌注的浆液的类型、浓度相适应，额定⼯作压⼒应⼤于最⼤灌浆压⼒1.5倍,压⼒波动范围宜⼩于灌浆压⼒的20%,排浆量能满⾜灌浆最⼤注⼊率的要求。（2）灌浆严格按设计要求的施⼯顺序进⾏。

（3）超前预注浆的灌浆压⼒和浆液⽔灰⽐应按施⼯图纸的要求或监理⼯程师的指⽰，并且通过⽣产性灌浆试验确定。灌浆采⽤纯压式灌浆⽅法，我单位将依据规范及设计要求（⽔灰⽐浓度依次为1：1、0.8：1、0.6（或0.5）：1等3个⽐级），在遇断层和涌⽔⼤的孔段时，则应采⽤浓⼀级的⽔灰⽐起灌进⾏施⼯。（4）灌浆塞应阻塞在灌浆孔⼝，以防⽌漏浆。

（5）灌浆过程中，灌浆压⼒或注⼊率突然改变较⼤时，应⽴即查明原因，采取相应的措施。（6）灌浆应尽快达到灌浆压⼒，但对于注⼊率较⼤或易于抬动的部位应分级升压。（7）灌浆浆液应由稀到浓，逐级变换。浆液的变换原则如下：

a.当灌浆压⼒保持不变时，注⼊率持续减少时，或注⼊率不变⽽压⼒持续升⾼时，不得不改变⽔灰⽐。

b.当某级浆液注⼊量已达300L以上，或灌浆时间达到30 min，⽽灌浆压⼒和注⼊率均⽆改变或改变不显著时，应改浓⼀级⽔灰⽐。

c.当注⼊率⼤于30L/min以上，可根据情况越级变浓。

（8）灌浆的结束条件为，该灌浆段在设计压⼒下，当注⼊率不⼤于1L/min后，继续灌注30min，或注⼊率不⼤于0.4L/min后，继续灌注20min可结束灌浆。2.9封孔

灌浆结束后，应排除钻孔内的积⽔和污物，采⽤“全孔灌浆封孔法”封孔，利⽤原灌浆管灌⼊⽔灰⽐为0.5：1的浓浆，采⽤1.0Mpa的灌浆压⼒，当注⼊率不⼤于1.0L/min,延续30min停⽌。孔⼝部分采⽤⼲硬性⽔泥砂浆将钻孔封填密实，孔⼝压抹齐平。2.10质量检查

（1）⼯程质量的检查采⽤单点压⽔试验的⽅法，检查孔数量不应少于灌浆孔总数的5%，检查时间在灌浆结束3⾄7天以后进⾏，试验采⽤单点压⽔试验法，试验结果应满⾜设计规定（q≤10Lu）的要求。检查结束后应进⾏灌浆和封孔。

（2）超前预注浆灌浆质量的压⽔检查，其孔段合格率应在80%以上；不合格孔段的透⽔率值不超过设计规定值的50%，且不集中，灌浆质量可认为合格。若达不到上述合格标准的，应按监理批准的措施进⾏处理。2.11回浆和弃浆处理

各部位灌浆的回浆尽量考虑重复利⽤，在灌浆孔处收集回浆后送⼊搅拌筒，再加适量的⽔泥后重新送出。超时的浆液和不能回收的回浆集中后统⼀处理。洞内灌浆后要及时冲洗和清理，集中排出洞外处理。2.12特殊情况处理

（1）灌浆过程中，由于改变浆液⽔灰⽐⽽使灌浆压⼒突增或注⼊率突减，应⽴即查明原因，随时调整。如因加⼊掺和料⽽使注⼊率突减，则应停⽌使⽤掺和料。

（2）当采⽤最⼤浓度浆液施灌，注⼊率很⼤⽽不见减少时，经监理同意可采⽤“定量供浆、间歇灌浆”的⽅式处理。⽔泥浆在灌⼊5t⽔泥⼲料量时应暂停灌浆，间歇时间不宜少于12h，间歇后仍应扫孔，重新按照灌浆要求进⾏灌浆，直⾄结束。（3）灌浆过程中如发现冒浆、漏浆时，应时具体情况采⽤嵌缝、表⾯封堵、加浓浆液、限量、降低压⼒和间歇灌浆等⽅法处理。

（4）灌浆⼯作必须连续进⾏，若因故中断，应按下述原则进⾏处理：（a）尽可能及时复灌；

（b）中断超过30min，应⽴即设法冲洗，如冲洗⽆效，则应在重新灌浆前进⾏扫孔；

（c）复灌时应采⽤开灌⽐级的浆液灌注，如吸浆量同中断前相近，即可⽤中断前之⽔灰⽐，如吸浆量减少不多，则浆液应逐渐加浓；如吸浆量减少很多，且在极短时间内停⽌吸浆，则认为该段不合格。（5）在有涌⽔的灌浆孔段，灌浆前应测记涌⽔压⼒和涌⽔量。

（6）如遇较⼤溶洞，可先灌注⽔泥砂浆回填，待凝后，扫孔，然后再进⾏灌注⽔泥浆。六材料：

灌浆主要材料为M32.5普通硅酸盐⽔泥和饮⽤⽔，在特殊情况下经监理⼯程师同意可适当使⽤掺合料和外加剂。

七机具设备详见下表：

⼋劳动组织及安全劳⼒计划表

九质量要求：主要在于质量的控制，根据本⼯程的实际情况采取以下⼏个⽅⾯的控制措施1、灌浆质量控制

1.1特别要注意所有各类灌浆都必须保证30m范围内没有爆破作业，30m以外爆破作业也应按质点振速来控制，以确保不因爆破⽽影响灌浆质量。

1.2所⽤⽔泥、外加剂等材料⼊库时，要有专⼈验收，检查其合格证、⼚家质保书、试验报告，并按规定进⾏复检，检查合格⽅可使⽤。

1.3灌浆⾃动记录仪、压⼒表、测斜仪等仪器在使⽤前送有检定资质的单位进⾏检定，检定合格后⽅可使⽤。1.4冲洗：孔壁冲洗和脉动裂缝冲洗⼯作直接影响灌浆质量，冲洗⽅式和结束标准应符合设计标准。

1.5灌浆压⼒：灌浆时尽快达到设计压⼒，并专⼈控制灌浆压⼒，防⽌压⼒过⼤产⽣抬动造成事故或灌浆压⼒过⼩⽽影响灌浆质量。

1.6浆液搅拌：必须搅拌均匀，搅拌时间不少于3min；严格按照灌浆要求的⽔灰⽐，对⽔泥、⽔进⾏称量，并校核浆液⽐重。1.7浆液⾃制备⾄⽤完时间：普通⽔泥浆液≤4h，浆液温度保持在5℃～40℃之间，超过规定时间和温度应予舍弃。1.8灌浆⼯作必须连续进⾏。若因故中断，必须马上处理，尽早恢复灌浆。1.9在遇到特殊情况时，及时将情况和处理措施与结果通报监理单位。2、质量记录控制

2.1在施⼯过程中严格按照各项⼯程的设计图纸和规程规范、⽂件、技术要求及监理单位指⽰做好如下各项质量记录。（1）各种原材料试验、检测记录。（2）灌浆浆液配⽐及⼒学指标试验记录。（3）各类灌浆、排⽔孔各项⼯序的作业记录。

（4）各项中断、事故处理、特殊情况处理、质量事故处理等记录。（5）各项质量检查记录。（6）物探测试、孔内电脑记录。（7）监理单位指⽰其它各项记录。

2.2各项记录必须真实、准确、完整并及时整理分析。3、竣⼯资料和⼯程验收

灌浆⼯程竣⼯后，及时会同建设、设计和监理等有关部门对⼯程进⾏验收，验收时主要提供如下⽂件：3.1有关设计的⽂件、图纸以及修改通知等。3.2原始资料

钻孔、钻孔冲洗、裂隙冲洗、压⽔试验、灌浆记录等。3.3成果资料

（1）灌浆孔成果⼀览表

（2）灌浆孔平⾯位置图（3）灌浆综合剖⾯⼗安全措施

1、加强安全教育，要求全体施⼯⼈员⾃觉遵守操作规程和各项安全制度，防⽌安全事故的发⽣，积极推⾏施⼯现场的标准化管理，严格按照施⼯组织设计，科学的组织施⼯。

2、由于为洞内施⼯，进洞⼈员必须配带好安全帽等劳保⽤品；严禁违章作业。1.5t 农⽤汽车上所搭设的临时平台必须稳固，防⽌平台滑动、倾覆事故发⽣；

3、现场设专职安全员专门负责安全⼯作，安全员要经常深⼊现场，查险情、隐患，发现问题及时与有关⼈员研究解决，防⽌安全事故发⽣,保证安全⽣产。

4、施⼯现场临时⽤电线路架设及电⼒设施的安装和使⽤应符合规范要求，还应按施⼯组织设计要求架设，严禁任意接线接电，现场各种机电设备、电线、线路均要专⼈负责管理和专⼈操作，并要挂操作（规程）牌，安装安全装置，设三级漏电保护器，⾮机械、机具操作⼈员不准动⽤机械机具，操作规程⼈员必须持证上岗，严格管理。

5、施⼯现场必须设有保证施⼯安全要求的照明，危险潮湿场所的照明以及⼿持照明灯具，必须采⽤安全要求电压。

效益分析：把岩溶裂隙⼀次性充填，既减少了钻探⼯程量，⼜节省了资⾦、在最短时间内完成堵⽔。为掘进⼯作⾯安全、快速推进创造了有利的条件。

应⽤实例：辽宁省⼤伙房输⽔⼯程6#洞渝怀铁路歌乐隧道内昆铁路朱嘎隧道坛⼚隧道