隧道与地下工程注浆技术

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1、隧道及地下工程注浆技术,北京瑞威铁道工程技术有限公司,彭 峰 2017-5-17,目 录,一、注浆概念及发展 二、注浆的功能 三、工程对象特征 四、浆液的扩散机理 五、注浆材料 六、注浆工艺及设计原则 七、注浆效果检查、评定及资料整理 八、典型工程介绍-宜万线齐岳山隧道 九、当今注浆新技术探讨,注浆：注浆是一项工程活动，它是利用配套的机械设备，采取合理的注浆工艺，将适宜的注浆材料注入工程对象，以达到填充、加固、堵水、抬升，以及纠偏的目的。 注浆施工四要素： 工程对象、注浆材料、机械设备、注浆工艺,1、概 念,一、注浆概念及发展,注浆成败的标志： 注浆材料在地层中的扩散状态，即浆液在地层中的运行

2、轨迹决定着注浆施工效果的好坏，只有按照设计意图的浆液扩散状态才能达到预期的注浆目的，否则注浆效果很难预期。 简单说就是：设计注浆需要加固的范围，在注浆施工过程中均被有效加固到位了，就是成功了！,2 注浆技术的发展,注浆用于堵水和改良地层已有尽二百年的历史。 1802年法国人别鲁尼第一次用撞击泵向地层中注入粘土和水凝性石膏来稳定地层。 1824年发明波特兰水泥后，注浆开始推广。 1885年德国人提琴斯首先采用向岩层裂隙注入水泥浆的方法，来防止涌水取得成功，并在欧洲矿山建设中广为应用。 1924年日本在旧丹那铁路隧道中，采用水泥-水玻璃混合浆液注入断层破碎带，取得了良好的效果，以后在隧道工程中广泛

3、应用。 1971-1985年在青函隧道修建过程中，注浆是关键的突破技术。 大瑶山隧道、渝怀线、宜万线是铁路注浆技术发展的三个重要阶段。,近30年来国内对注浆认识的几个发展阶段：,（1）阶段：新东西、新工艺、很神奇。 （2）阶段：不透明、被鼓吹、都来搞。 （3）阶段：没有用、费时间、骗钱的。 （4）阶段：困难大、没办法、还注浆。 （5）阶段：险工程、专业化、效果显。,注浆技术的两个悲剧：,（1）工艺否定工法。 （2）效果不易验证。,怀邵衡铁路岩鹰鞍隧道涌水录像1,大支坪隧道涌砂录像,宜万铁路马鹿青隧道,二、注浆的功能,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个角落。

4、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 大坝防渗 瓦斯防溢 古树木保护 砼结构裂缝整治 路基整治 ,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,贵广线高天隧道溶洞基底处理,基底采取袖阀管注浆复合桩,基 础 加 固,注浆堵水后,注 浆 堵 水,注浆堵水前,注浆堵水后,中南部通道太行山隧道注浆堵水,注浆堵水前,回 填 防 沉,盾构工程采取对预留回填注浆孔进行回填注浆防止地表下沉,浅埋暗挖工程采取对拱顶回填注浆孔进行回

5、填注浆控制地表下沉,房 屋 下 沉 控 制,控 制 变 形,厦门翔安海底隧道滩涂段强风花花岗岩地层隧道开挖后注浆施工进行变形控制,截 水 帷 幕,深圳地铁一号线益田站基坑垂直注浆截水帷幕,广州地铁二号线越秀公园站北基坑垂直注浆截水帷幕,沈丹铁路于家岭隧道注浆截水帷幕,渗 漏 水 治 理,某火车站人行通道工程采取化学注浆材料进行渗漏水治理,朝阳路改造电力隧道穿越老旧楼房工程,注浆加固穿越构筑物,成贵铁路大方隧道下穿杭瑞高速公路注浆项目,注浆加固穿越重要通道,某客专线路路基下沉后注浆顶升修复,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

6、地质条件：是砂层、粘土层、淤泥层？还是砂卵石层、断裂破碎的围岩？砂层是粗砂、中砂、还是细砂、粉细砂？地层的空隙率、裂隙度是多少？ 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、富水层，还是高压动水地层？水量是多少？水压是多大？地层渗透系数是多高？,三、工程对象特征,周围环境特点：要充分摸清楚周围的管线、建筑物、保护性古树木、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，有的管线保护还是有一定的困难，这些在注浆施工前一定要坚持，该拆迁的一定要拆迁，例如地下通讯光缆。 工程造价、工期要求：注浆是一种商业行为，因此，在注浆方案、注浆材料选择、设备及人员投

7、入等方面也应充分考虑工程造价和工期要求。,四、浆液的扩散机理,注浆施工时，浆液在地层中的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 浆液在地层中扩散机理模式图,渗 透 扩 散 (粉细沙层注浆现场开挖出来的浆液固结砂块),在细砂地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进行注浆施工，如果扩散半径选取的不大，注浆压力选取的不高时，浆液在地层中一般表现为渗透扩散。否则，会产生劈裂扩散，甚至挤压充填。,劈 裂 扩 散 1 (渝怀线圆梁山隧道1#溶洞淤泥质地层采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆施工注浆固结体图片),劈 裂 扩

8、 散 2 (渝怀线圆梁山隧道2#溶洞高压动水粉细砂层中采用C浆、C-S浆、MC浆、MC-S浆、TGRM浆、HSC浆共混材料进行注浆施工时注浆固结体图片),劈 裂 扩 散3 (中南部通道铁路北店隧道水玻璃双液浆注浆施工注浆固结体图片),劈 裂 扩 散4 (宝兰铁路上庄隧道),空 隙 填 充 1 (中南部通道太行山隧道),在大空隙地层进行注浆施工时，一般当注浆材料粒径能满足小于空隙宽度的1/31/5时，均能产生空隙填充。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空隙填充的要求。,裂 隙 填 充 2 (宜万线齐岳山隧道DK360+300富水宽张裂隙采用普通水泥单

9、液浆、普通水泥-水玻璃双液浆共混材料注浆施工注浆加固体图片),北京中铁瑞威基础工程有限公司,一般在地层中灌注水泥砂浆或普通水泥单液浆加固地基，以及回填空洞时会产生挤压填充扩散机理。另外，针对细颗粒地层，当采用粗颗粒注浆材料时，往往也会产生挤压填充。,挤压填充 1 (渝怀线圆梁山隧道2#溶洞粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充固结体图片),挤压填充 2 (北京地铁5号线蒲黄榆区间粉细砂地层挤压压填充固结体图片),渗透扩散 (砂质地层) 孔隙填充 (大空隙地层),理想的注浆,劈裂扩散,挤压填充,最易发生的注浆 (尽量产生最细的劈裂浆脉),不宜发生的注浆,注浆材料是注浆成败的基础。“巧妇难为

10、无米之炊”，如果注浆材料选择的不适宜，那就注定了注浆后施工过程中困难重重。因此，在注浆材料选择方面一定要慎之又慎。 目前国内外常用的注浆材料有：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、硫铝酸盐水泥单液浆、膨润土-水泥浆、环氧树酯、聚氨酯等。,五、注浆材料,改性水玻璃单液浆,适用条件：该浆液适用于细沙、粉细砂地层。 配制：采用35Be的水玻璃，外加碱性或酸性外加剂。 凝胶时间：空气中为12h；砂中为5l0min。 可注性：采用0.2、0.3MPa注浆压力，分别用l0、6min，浆液可渗透50cm左右。,注浆材料实验,环氧树酯、聚氨酯 为化

11、学注浆材料，适用于裂隙水堵漏，有一定的化学污染，造价较高，不大量采用。,杭州解放路采用聚氨酯进行裂隙水堵漏,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、硫铝酸盐水泥浆. 这是目前地下工程大量采用的六种注浆材料，均为水泥基 注浆材料。其基本性能如下表。,硫铝酸盐水泥基灌浆料具有以下特点: 1、强度高：7天强度20MPa，28天25.5MPa，90天96MPa。 2、流动性好：材料经过细化处理，保证了有效的可灌性，能充分实现工程要求的注浆扩散半径和充填率（350mm的流动度） 。 3、微膨胀性：材料在固化时有一定的微膨胀性，这可以补偿注浆施工时的土层扰动。 4

12、、抗分散性：浆材具有遇水絮凝的特性，能抵抗地下流动水对浆液扩散范围的影响，同时也能起到止水作用。 5、耐久性：浆材为水泥基注浆材料，浆块性能稳定，能满足永久性注浆加固工程的需要。 6、环保性：无机复合灌浆材料，无毒无污染。,注浆材料评价表,对于水泥基等颗粒型注浆材料的选择，可采用JCKing可注性判式确定。,注浆比；,地层的粒径累计曲线的15%的颗粒直径；,注浆材料粒径累计曲线的85%的颗粒直径。,注浆材料配比参数表,注浆管（杆）材,目前，结合注浆工艺，注浆管材主要有： 1、大管棚 2、小导管（花管） 3、中空锚杆 4、孔口管 5、袖阀管 6、TSS管等 7、玻璃纤维锚杆,袖 阀 管,杭州解放

13、路大管棚注浆,大管棚,南宁 花油山,大管棚,成贵线应山岩隧道注浆,孔口管,袖阀管注浆,袖阀管止浆塞,配套止浆塞,TSS管注浆,TSS管,TSS管,六、注浆施工工艺及设计原则,自1802年法国人别鲁尼第一次采用撞击泵将粘土和水凝性石膏注入地层，从而开发出注浆技术以来，注浆技术已有二百年的发展史。注浆工艺包含的内容较多，目前，已研究的注浆工艺有： 1、全孔一次性注浆工艺-不常用 2、前进式分段注浆工艺-常用 3、袖阀管注浆工艺-常用 4、后退式钻注一体工艺-常用 5、水平旋喷注浆工艺-机械设备要求高,1 典型情况下4种针对性的注浆工艺：,(1) 风化岩、裂隙、破碎少水地层 适合管棚一次性注浆工艺

14、（2）极其软弱地层的超前隧道预加固 适合后退式钻注一体工艺 （3）突水、涌泥超前隧道预加固。 适合采用前进式注浆工艺 （4）有地表工作面条件的软弱地层的处理。 适合采用袖阀管注浆工艺,(1) 风化岩、破碎少水地层 适合管棚一次性注浆工艺,青荣线蓁山隧道,(1) 风化岩、破碎少水地层 适合管棚一次性注浆工艺,花油山隧道,(2) 极其软弱的地层注浆加固 适合后退式钻注一体工艺,宝兰线上庄隧道,林织线蔡家寨隧道,（3）突水、涌泥隧道前进式注浆工艺加固实例。 宜万线野三关、大支坪、齐岳山隧道，龙厦线象山，向莆线高盖山、青云山等，翔安海底隧道，狮子洋过江隧道、 太行山隧道、大梁隧道等等。现在正在施工的双

15、丰、得利、安定、森宝、垭口隧道等等。,青云山隧道,双丰隧道,（4）地表方向软弱地层的处理。 向莆线雪峰山隧道的基地处理、狮子洋隧道风化层加固、白马河大桥桥墩加固,雪峰山隧道,（4）地表方向软弱地层的处理。,狮子洋过江隧道地表加固,（4）地表方向软弱地层的处理。,袖阀管注浆图,（4）地表方向软弱地层的处理。,宝兰铁路马鞍梁隧道袖阀管注浆堵水,（4）隧道基地或路基基础软弱地层的处理。,铁盔山隧道断层浅埋段注浆加固,袖阀管施工工艺六步图,1,3,2,4,地表袖阀管注浆工艺写实,5,7,6,8,地表袖阀管注浆工艺写实,2 注浆孔布设设计,注浆孔布设设计中的几个原则及注意事项： 建议不宜采取极座标集中布孔，宜采取分散均匀布孔设计。 建议不宜采取矩形布孔设计，宜采取梅花型布孔设计。 重要隧道工程，开挖轮廓线外至少布设两圈或两排注浆孔。 重要基坑工程，帷幕注浆设计时至少施做三排以上。,分区注浆（10m） 注浆顺序按跳孔原则 由上游到下游原则 由下到上原则 由外到内原则 约束发散型注浆原则 定量-定压相结合原则 多孔少注原则,3 注浆顺序及原则,北京中铁瑞威基础工程有限公司,4 注浆参数,注浆加固厚度 浆液扩散半径 浆液凝胶时间 注浆段长 注浆分段长度 注浆速度 注浆量 注浆压力,5 隧道前进式注浆工艺典型设计图,七、注浆效果检查与评定,七、资料整理,技术资料整理,八、典型工