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1、隧道及地下工程注浆技术 前言 岩溶涌水 裂隙水 富水及软弱围岩隧道施工可能存在的危害 前言 隧道突泥涌水 前言 隧道坍塌变形 地表房屋开裂 前言 隧道二衬渗漏水 隧道大变形 内容提要 一 概念八 钻孔注浆机械二 注浆的功能九 注浆效果检查与评定三 工程对象特征十 全断面超前注浆设计四 注浆机理十一 小导管注浆五 注浆方式分类十二 地表加固注浆六 注浆工艺简介十三 二衬裂缝注浆七 注浆材料十四 工程实例 1概念 注浆 注浆是利用配套的机械设备 采取合理的注浆工艺 将一定量的胶凝性材料注入工程对象 使其在岩层裂隙内流动扩散 充填 固结 成为具有一定强度和低透水性的结石体 以达到填充 加固 堵水 抬
2、升 以及纠偏等目的 工程对象 机械设备 胶凝材料 注浆工艺 注浆施工四要素 注浆的功能很多 经过科技技术人员的不断努力 注浆技术已渗透地下工程的各方面 目前 注浆技术已能较好地解决以下问题 基础加固 注浆堵水 回填防沉 竖井下沉控制 房屋下沉控制 桥台沉降控制 滑坡防治 变形控制 坍方处理 基坑截水帷幕 TBM软岩加固支护 渗漏水治理 盾构进出洞口加固 瓦斯防溢 路面整治 工程抢险 2注浆的功能 基础加固 渝怀线圆梁山隧道1 溶洞基底淤泥质地层 基底采取钢管桩注浆加固 基础加固 宜万铁路五爪观隧道 下穿暗河岩溶大厅 宽120m 高23m 底部为巨块状崩塌块石充填堆积体 采取 堆积体加固堵水 抬
3、升暗河 施工方案 注浆堵水 浆液封堵透水裂隙效果图 浆液封堵裂隙 宜万铁路齐岳山隧道F11高压断层涌水情况 回填防沉 浅埋暗挖工程采取回填注浆控制地表下沉 盾构工程采取回填注浆防止地表下沉 房屋沉降控制 厦门机场浅埋大垮隧道下穿地表建筑物 采用袖阀管注浆 控制房屋沉降 桥台控沉 采取注浆加固控制桥台下沉 隧道洞口滑坍采取垂直注浆加固 滑坡防治 隧道大变形段采取径向注浆加固 隧道变形控制 基坑帷幕止水 渗漏水治理 采取化学注浆材料进行渗漏水治理 盾构进出井端头加固 天津海河共同沟盾构进口端头加固 洞内坍方处理 宜万铁路野三关隧道602溶腔溃口坍塌注浆处理 溶腔坍塌情况 坍塌段注浆开挖效果 隧道突
4、泥涌砂处理 太中银铁路岗城隧道涌泥处理 隧道涌泥情况 注浆后开挖情况 3注浆对象特征 注浆施工前必须熟悉所面对工程对象的工程地质条件 水文地质特征 以及周围环境特点 工程造价和工期要求 工程地质条件 是否处于岩溶区 是岩溶还是断层破碎带 地层是砂层 粘土层 淤泥层 砂卵石层还是破碎围岩 地层的空隙率 裂隙度是多少 地层的可注性如何 水文地质特征 注浆设计前必须要搞清楚地层是不含水层 弱含水层还是富水层 水量是多少 是动水还是静水 水压是多大 地层渗透系数是多高 周围环境特点 要充分摸清楚周围的管线 建筑物 地面要求等特点 事实上 注浆是一门控制性很强的工程 活动 目前有很多不足之处 部分管线保
5、护还是有一定的困难 因此在注浆施工前该拆迁的一定要坚持拆迁拆迁 例如地下通讯光缆 明确注浆对象的控制目的 是封堵地下水 加固软弱围岩 控制建筑物沉降还是控制变形等 造价 工期要求 注浆是一种商业行为 因此 在注浆方案制定 注浆材料选择 设备及人员投入等方面也应充分考虑工程造价和工期要求 明确对象特征 才能进行有针对性的进行方案设计 才能科学的进行注浆参数 注浆工艺 注浆材料和效果评定方法及标准的选择 3注浆对象特征 4注浆机理 注浆施工时 浆液在地层中的扩散作用方式主要表现为四种 渗透扩散 劈裂扩散 裂隙填充 挤压填充 渗透扩散劈裂扩散裂隙填充挤压填充 浆液扩散机理模式图 渗透注浆 充填空隙或
6、裂隙 排出孔中的自由水和气体 不改变土的结构 4注浆机理 渗透注浆 扩散方式取决于注浆方式 端点注浆为球面扩散 花管分段注浆为柱面扩散 地层特性 在中粗砂层 砂砾石层 砂卵石层中采用超细型注浆材料 在干的或潮湿的粉细砂层中采用改性水玻璃等化学浆液进行地下注浆施工 一般表现为渗透扩散 中粗砂层采用超细水泥注浆施工注浆固结体图片 4注浆机理 渗透注浆 劈裂注浆 通过压力 克服地层的初始应力和岩体的抗拉强度 使地层出现新的裂隙 浆液充填裂隙 4注浆机理 劈裂注浆 劈裂粉细砂层 劈裂黏土地层 劈裂强风化地层层 裂隙充填注浆 浆液在机械力作用下 沿地层原有裂隙流动 置换裂隙中的水或空气等 充填裂隙 裂隙
7、填充注浆示意图 4注浆机理 裂隙充填注浆 注浆压力主要抵抗水或空气阻力 裂隙摩擦力 压力较小 地层特性 在残积层 岩石断层破碎带进行注浆施工时 一般当注浆材料粒径能满足小于裂隙宽度的1 3 1 5时 均能产生裂隙填充 根据施工经验 在这种地层中 一般采用普通水泥浆 普通水泥 水玻璃双液浆基本能满足裂隙填充的要求 裂隙填充机理 4注浆机理 裂隙充填注浆 挤压充填注浆 注浆点周围形成浆泡 压密土体 4注浆机理 挤压充填注浆 地层特性 在粉细砂等介质致密地层 在设计注浆压力作用下 浆液难以将地层剪切时 浆液以挤压加密地层介质为主 形成挤压充填来改良地层 粉细砂层中局部空洞浆液挤压填充固结体 全风化地
8、层浆液挤压填充固结体图片 4注浆机理 挤压充填注浆 电动化学注浆 渗透系数很小的地层中 通过电渗透 使水由阳极 注浆管周围 流向阴极 滤水管 浆液充填空隙 是电渗排水和灌浆法的结合 4注浆机理 电动化学注浆 5注浆分类 注浆一般根据目的 作用进行分类 5注浆分类 加固为目的注浆 堵水为目的注浆 5注浆分类 5注浆分类 超前预注浆施工 后注浆施工 径向注浆 5注浆分类 究竟采用何种注浆 应根据水文地质和工程地质情况 注浆目的和要求等对各种注浆作安全 技术 经济全面比较后确定 6注浆工艺简介 全孔一次注浆 安设孔口管或注浆花管 一次注浆 前进式分段注浆 安设孔口管 钻一段 注一段 后退式注浆 安设
9、袖阀管或TSS管 采用止浆塞注浆 跟踪注浆 采用双向止浆塞或孔内混合器注浆 根据目前的施工实施情况 注浆工艺大概分为以下几种 6注浆工艺简介 全孔一次性注浆 特点是在设计的一个注浆段长内 先完成钻孔 然后在孔口设置止浆设备进行注浆即可 它工艺简单 工作量较小 易造成浆液在地层的不均匀扩散 它适用于裂隙不甚发育 但分布均匀 含水量较小的岩层 孔口管一次性注浆 注浆花管一次性注浆 6注浆工艺简介 前进式分段注浆 即在施工中 实施钻一段 注一段 再钻一段 再注一段的钻 注交替方式进行钻孔注浆施工 每次钻孔注浆分段长度3 5m 前进式分段注浆可采用水囊式止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆 6注浆工艺简介 后
10、退式分段注浆 即在施工中 一次钻到设计深度 然后后退一段 注一段 再后退一段 再注一段的交替方式注浆方式 每次后退分段长度1 3m 后退式分段注浆可根据围岩成孔情况确定是否采用导管或采用钻杆直接后退式注浆 常用的止浆塞有机械式 水囊式 气胀式等 6注浆工艺简介 钻杆后退式注浆止浆塞后退式注浆 6注浆工艺简介 机械式止浆塞 6注浆工艺简介 气胀式止浆塞 双环止浆塞 6注浆工艺简介 PVC袖阀管注浆 注浆施工 水囊式止浆塞 PVC袖阀管 6注浆工艺简介 二重管注浆 WSS 二重管无收缩双液注浆技术是采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆 浆液有两种 即A液和B液 或C液 两种浆液通过二重管端头的浆液混
11、合器充分混合 注浆时采用监控手段实施定向 定量 定压注浆 使岩土层的空隙或孔隙间充满浆液并固化 改变岩土层的性状 起到加固和堵水的目的 7注浆材料 注浆材料一般要求 1 可注性 要求浆液粘度低 有良好的流动性 可注性强 能渗透到细小的裂隙或孔隙内 2 可控性 液浆凝胶时间可以在几秒 数小时范围内按照需要通过材料配比进行任意调整 并能准确控制 以达到固结 堵水的要求 3 稳定性 要求浆液在常温 常压下能较长时间存放而不改变其基本性质 存放不受温度 湿度变化的影响 从而保证浆液的连续注入 4 无污染性 要求浆液无毒 无臭 不污染环境 对人体无害 属非易燃 非易爆品 5 耐久性 要求浆液固化时无收缩
12、现象 固化后与岩体有一定的粘结力 浆液固结体具有一定的抗压 抗拉强度 抗渗性好 抗冲刷及耐老化性能好 耐外性强 6 可操作性 要求浆液配制方便 工艺操作简单 安全 能够连续注入 7 廉价性 要求浆液原材料来源广 价格便宜 注浆材料一般要求 目前国内外常用的注浆材料有 水泥砂浆 改性水玻璃单液浆 普通水泥单液浆 普通水泥 水玻璃双液浆 超细水泥单液浆 超细水泥 水玻璃双液浆 HSC单液浆 TGRM单液浆 环氧树酯 聚氨酯等 目前常用注浆材料 常用注浆材料性能 新型注浆材料及性能 快硬硫铝酸盐水泥单液浆 是目前采用的前进式注浆方式较为理想的浆材 其性能特点如下 其主要优势特性表现在八方面 1 早强
13、高强性 2 工艺匹配性 3 操作方便性 4 凝结可控性 5 扩散控域性 6 堵水高效性 7 经济适用性 8 绿色环保性 8钻孔注浆机械设备 钻孔注浆机械设备是完成注浆工程的一种工具 应满足注浆材料适应性要求 注浆工艺要求 环境控制要求 以及工期要求 因此 钻孔注浆机械设备应具有很好的配套性 钻孔机械设备 钻孔注浆机械设备 钻机 注浆泵 搅拌机 泵体 高压管路 混合器 8钻孔注浆机械设备 MKD 5S地质钻机 优点 钻进能力较高 4 6m h 价格适宜 缺点 定位不方便 采用风动力 钻孔过程中环境条件不好 8钻孔注浆机械设备 RPD 150C地质钻机钻机 优点 钻进能力较高 15 20m h 可
14、实现150m深钻孔 取芯作业 可选择单管 双管作业 自动拆卸钻杆 作业范围广定位方便 移动方便 缺点 价格高 内燃动力系统对环境有一定影响 受作业空间限制 8钻孔注浆机械设备 优点 分体式机身小巧 适合小隧道和煤矿巷道施工 电动机作为动力单元 噪音小 低污染改善了施工环境 钻机速度15 20m h 水平面内进行360度全方位作业 缺点 移动 升降不便 RPD 75SL H2钻机 8钻孔注浆机械设备 优点 钻进能力好 15 25m h 移动方便 缺点 价格高 受作业空间限制 意大利C6地质钻机 8钻孔注浆机械设备 MZ 200改进型钻机 优点 钻进能力 5 10m h 移动方便 作业灵活 适宜小
15、断面钻孔施工 缺点 推进力及扭距小 不适宜高水压作业 8钻孔注浆机械设备 进口大型钻机 8钻孔注浆机械设备 进口大型钻机 8钻孔注浆机械设备 卡萨格兰地180 8钻孔注浆机械设备 注浆机械设备 KBY系列双液注浆泵 优点 体积小 移动方便 操作简单 性能稳定 价格便宜 适宜单 双液注浆 缺点 流量小 8钻孔注浆机械设备 法国产PH系列双液注浆泵 优点 流量较大 适宜双液注浆 配备有自动记录系统 流量可调 可控制 缺点 压力低 使用成本高 8钻孔注浆机械设备 黑旋风SNS系列注浆泵 3SNS A注浆泵 优点 体积小 机械泵 流量大 压力高 价格便宜 缺点 易堵缸体 8钻孔注浆机械设备 西安探矿机
16、械厂高压注浆泵 优点 流量大 压力高 电脑控制系统 流量 压力可控制无级变速 缺点 价格高 体积大 对作业环境要求高 8钻孔注浆机械设备 普通搅拌 转速50 100r min 主要用于浆液的二次搅拌 保证浆液的流动性能 8钻孔注浆机械设备 高速搅拌系统 高速拌和机 转速1300 2000r min 主要用于浆液的一次搅拌 搅拌时间3 5min 8钻孔注浆机械设备 灌浆自动记录系统 对注浆过程各种参数 如流量 压力 注浆量 水灰比等进行不间断记录 并根据数据进行P Q T等曲线绘制 对注浆效果进行分析 同时可对多个孔注浆过程进行数据采集 并根据需要自动生成记录表格 9注浆效果评定方法 对注浆效果进行合理评价是保证安全施工和确保注浆质量的关键 目前采用的评定方法可以分为四大类 9注浆效果评定方法 包含空间效应分布和时间效应分布 空间效应分布必须满足浆液分布规律和地层吸浆特性对应 若地层均匀则空间浆液分布均衡 才能保证注浆效果 时间效应分布随着时间推移地层吸浆量减小 后序孔吸浆量小于前序孔 钻孔注浆量时间效应图 注浆量分布特征分析 注浆量分布空间效应图 9注浆效果评定方法 P Q t曲线法
