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引江补汉工程保康段穿越3个四级构造单元、4个可溶岩区段,区域内地质构造极其复杂,褶皱、断裂(层)尤为发育。具有“高地应力、高外水压力、断层多、软岩多、地下水多”等复杂地质特征,潜藏着大规模突泥涌水、TBM卡机等风险。如何确保TBM(全断面硬岩掘进机)安全高效穿越不良地质段,成为摆在建设者面前的一道技术难关。
地表定向钻灌浆技术,作为水利工程中的首次大规模应用的创新工艺,凭借高压灌浆和精准施钻,犹如一把“外科手术刀”,能够直达病灶、精准处理不良地质问题,为TBM安全穿越断层 涌水突泥高风险段筑起一道坚固的“防护网”。
创新应用:织密“地下安全网”
地表定向钻灌浆技术,是指在地表选择适当位置,通过施工近“L”型钻孔,包括直孔段、造斜段及水平段,定向钻孔至洞周附近,利用沿洞周均匀分布的多个分支孔,对不良地质洞段进行高压劈裂灌浆达到堵水及加固效果。对比传统帷幕灌浆、洞内防渗固结灌浆,地表定向钻高压超前灌浆设计灌浆压力、流量更大,大压力、大流量能够更加有效地加固洞周岩体、增强岩体防渗性能,形成坚固的帷幕灌浆圈,进一步防止隧洞开挖发生涌水突泥、TBM卡机等事故。较传统工艺相比,地表定向钻灌浆还具有钻孔深度大、针对能力强、不占用掌子面施工等优点,有效避免场地限制与施工风险,更不占用主隧洞开挖直线工期,实现“先防护后掘进”。
精准施钻:直达“地质病灶体”
地表定向钻施工中,钻孔的轨迹精度直接影响最终的灌浆效果。10个钻孔均匀分布在半径11.75米的圆周上,孔间距仅7.26米,偏斜率严格控制在千分之二以内,任何微小偏差即可能导致孔间串扰或形成空白区,严重影响整体治理效果。为此,江汉水网公司引江补汉工程建设管理二部辖段五处地表灌浆工区,引入石油钻机、履带钻机、车载钻机等多种设备,适用不同的钻孔场景。采用“L”型定向钻孔灌浆技术与高精度随钻测量系统(MWD),实时测斜并定向纠偏,确保钻孔轨迹、偏斜率符合设计要求。利用钻孔取芯、声波测井等多种方式相互印证,精准找到靶向区域。
攻坚克难:突破“技术真难题”
技术应用初期,面对“后退式灌浆”技术不成熟、地层参数不确定、设计灌浆压力大等挑战,建管二部同参建各方反复论证灌浆设备能力、优化灌浆参数工艺、改进套阀管结构,凭着一股敢试敢闯的劲头,比选出了可靠的高压灌浆设备,并且反复试验3种套阀管结构,最终试验出“下放不会破坏、起压能够开阀、灌浆不会绕渗”的新型套阀管结构。
断层灌浆初期,目标地层“吃浆不吃水”、压力变化频繁,就像摸不到脾气的小孩,灌浆参数始终找不到规律。“没有规律,就试验出规律!”建管二部铆着不折不挠的精神,反复设计试验,最终确定“多因素确定灌浆压力”的原则,实现精准灌浆。
后退式灌浆的顺利应用,不仅保证了地表灌浆的效果,且单次灌浆比传统前进式灌浆施工效率提升40%。
规范管理:实施“五步法”管理
从轨迹设计、钻进复核、过程监控到计量验收,建管二部始终秉持“规范化、标准化、精细化”理念,实施“五步法”管理:轨迹选取、钻进复核、过程把控、灌浆计量、责任追溯。事无巨细,责任到人。带头组织召开轨迹复核会,轨迹核查,计量核查,实现对灌浆项目施工管理的全流程把控。
截至目前,建管二部五处地表灌浆已全面启动,三处地表灌浆已完成过半,高压水泥浆液正源源不断向着地层深部注入。建管二部将持续推进地表灌浆“规范化、标准化、精细化”建设,不断钻研地表定向钻灌浆技术、大胆创新与成功实践,形成一套“钻得准,灌得好,用得成”的地表定向钻灌浆工艺流程。为TBM安全高效穿越复杂断层地质体提供坚实的技术支撑,也为国内外引调水工程应对不良地质段处理措施积累宝贵经验。