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1、破碎围岩注浆加固堵水施工工法1.前言由西部中大建设集团承建的安康高速公路磨河村隧道，左线隧道长4182m，右线隧道长4217m，是双向四车道高速公路隧道，净宽11.25m，净高5.2m，隧道衬砌为复合式衬砌。由明洞进入正洞的浅埋段，围岩破碎富水，地质情况复杂，容易发生塌方、突泥、涌水等地质灾害。能否通过浅埋破碎富水围岩段，这是保证隧道施工及运营阶段的安全与稳定性、延长隧道的使用寿命必须考虑的问题。承建单位针对本项目的难点成立了专门的课题组。研究成果在磨河村隧道施工中得到了成功的应用，经过鉴定达到了国内领先水平，形成了一系列关键施工技术，申请了三项实用新型专利（一种槽形开孔注浆小导管，一种俯斜式
2、小导管注浆方式，一种仰斜式小导管注浆方式），并结合施工工艺、组织管理等，编写了破碎围岩注浆加固堵水施工工法。2.工法特点2.0.1槽形开孔注浆小导管，制作工艺简单，比传统小导管溢浆效果好。2.0.2采用仰斜、俯斜式注浆小导管，改变了注浆管和排气管的布置方式，使浆液扩散和空气排放更加科学合理，有助于孔眼内的浆液扩散，在自重和压力作用下提高了孔眼内部浆液的密实度，防止注浆孔和排气孔的堵塞，增强了注浆加固堵水的效果，注浆质量易于控制。2.0.3与超前支护相结合，抑制了破碎围岩的松弛变形，避免高压水直接作用在隧道衬砌上，提高了支护结构的安全性。2.0.4采用径向注浆有效地改善了初期支护背后围岩性能,加
3、强了初期支护与围岩的密贴程度,提高了围岩和初期支护的承载力和自稳力,有效地控制了沉降和变形，可促使围岩与结构早日趋向稳定。3.适用范围本工法适用于穿越破碎围岩、富含地下水、需要抑制围岩松弛变形的隧道及其它地下工程，也可用于处理坍方体及抗渗防水加固。4.工艺原理将槽形开孔小导管打（钻、压）入地层，结合仰斜和俯斜式小导管注浆的特点，合理设置排气管与注浆管，使浆液通过小导管渗透、扩散到围岩孔隙或裂隙中，以改善围岩物理力学性能，提高软弱、破碎围岩的整体稳定性，抑制坑道周边围岩的损伤和围岩松动区的扩展，减小富水破碎围岩的渗透性和支护结构承受的水压力，降低隧道运营后发生病害的可能性，延长隧道的使用寿命。5
4、.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程开挖施工注浆施工过程中，按照以下施工流程操作：施工准备确定注浆孔位置和数量钻孔安装注浆管制备注浆液注浆检查注浆效果注浆结束。注浆过程的工艺流程图见图5.1 富水破碎围岩段 钻 孔装注浆管配制浆液注 浆否效果检查补 孔结 束图5.1 注浆工序流程图5.2操作要点5.2.1径向注浆设计参数通过径向注浆可起到加固围岩和堵水的作用。一般径向注浆设计参数主要根据地层特点进行确定，并经现场试验后不断完善。1.注浆范围的确定因注浆的目的、周围环境、围岩条件的不同，其注入加固位置及范围也不同。按经验一般径向注浆加固范围为：一般裂隙地段B=(0.20.5)D；溶洞间隔段
5、B=0.5D；溶洞段B=(0.51)D。D为开挖断面宽度（m）。本次径向注浆加固范围为开挖轮廓线外3m。径向注浆图见图5.2.1-1。图5.2.1-1 径向注浆图2.现场施工时浆液扩散半径常根据经验取值：一般在中细砂层、粉质粘性土中取0.50.8m；中粗砂、砂卵石中取0.81.2m；断层破碎带取1.52m。对扩散半径取值的高低，应综合比较注浆目的、效果、钻孔和浆液费用等因素确定。3.多排（圈）孔注浆设计，应充分发挥注浆孔的扩散潜能，以获得最大的注浆体厚度，减少钻孔数量。布设注浆孔时，应避免出现孔与孔之间的搭接不紧密的“窗口”或“注浆盲区”。多排（圈）孔的最佳搭接为等边三角形梅花形布置，如图5.
6、2.1-2，注浆孔间距与扩散半径的关系为：，R为扩散半径（m）。因此，对于多排（圈）孔进行注浆孔设计时，注浆孔间距应满足式：。故径向注浆孔按梅花形布置，开孔环向间距1m，排距1m。图5.2.1-2 孔排间的最优搭接图4. 注浆管采用42mm、长3m的注浆钢花管。注浆管前端加工成圆锥状并封死，花管部分长2m，在花管段上沿纵向间隔20cm、环向间隔120按梅花形布设453mm的槽形溢浆孔，管尾部分采用两道6mm的圆形钢筋焊箍，其中一道用于连接注浆芯管，另一道绕上棉纱后用于止浆。注浆孔采用风钻钻孔，成孔直径50mm，成孔后下入42mm注浆管。槽形开孔小导管见图5.2.1-3。图5.2.1-3 槽形开
7、孔小导管5.注浆材料采用普通水泥水玻璃双液浆和普通水泥单液浆，以双液浆为主。双液浆配比为：水泥浆水灰比0.8111、水泥浆与水玻璃体积比11、水玻璃模数2.42.8，水玻璃浓度35。普通水泥单液浆浆液配比为：水灰比0.81。6.一般根据注浆经验注浆速度为：对于粉质粘性土中注浆，注浆速度宜取2040L/min；对于砂砾石层等孔隙较大的地层注浆，注浆速度宜取4060L/min；对于断层破碎带注浆，注浆速度宜取60120L/min。7.注浆终压为：对于以堵水为主要目的的注浆，注浆终压按式： 计算，式中为注浆终压（MPa），为现场实测静水压力（MPa）；对于以加固为主要目的的注浆，取0MPa，即注浆终
8、压为24Mpa；对于浅埋工程注浆施工，注浆终压按式计算，式中为注浆终压（MPa），K为系数，为覆盖地层的容重（KN/m3），H为覆盖层厚度（m）。8.单孔注浆量式中 Q单孔注浆量（m3）；地层孔隙率；R浆液扩散半径（m）；h注浆孔长度（m）；浆液有效填充率（0.60.7）；浆液消耗率（10%20%）。5.2.2注浆施工准备工作1.了解注浆设计图纸和资料。2.注浆设备和材料准备。按照设计准备注浆设备，对钻机、浆液搅拌机，注浆泵等都要进行保养，并进行试运转，必要时还需进行特性试验。3.加工槽形开孔小导管，准备施工器材。4.人员组织配备及培训。5.2.3钻孔并安装槽形开孔小导管1.测量放样，在设计孔
9、位上作标记。2.施工时采用风枪钻孔，钻孔至设计深度后并用高压风清孔。3.对于仰斜孔的注浆小导管，在围岩中沿一定轮廓线按仰斜角度钻设孔眼，孔眼内放置小导管，在孔眼的端口位置放置止浆塞，将长注浆管通过止浆塞穿入到小导管内部，将长排气管通过止浆塞穿入到孔眼内部，端部用速凝水泥砂浆堵塞紧密，并进行止浆和固定处理。具体安装见图5.2.3-1。图5.2.3-1 仰斜孔小导管4.对于俯斜孔的注浆小导管，在围岩中沿一定轮廓线按俯斜角度钻设孔眼，孔眼内放置小导管，在孔眼的端口位置放置止浆塞，将短注浆管通过止浆塞穿入到小导管内部，将短排气管通过止浆塞穿入到孔眼内部，端部用速凝水泥砂浆堵塞紧密，并进行止浆和固定处理
10、。具体安装见图5.2.3-2。图5.2.3-2 俯斜孔小导管5.2.4注浆1.注浆管布设完毕后，在注浆管周围喷射混凝土封闭，以防止注浆过程中跑浆，保证注浆效果。2.注浆材料采用检验合格的普通水泥水玻璃双液浆和普通水泥单液浆。水泥浆的配制按料重先轻后重的顺序投料，按要求的W/C先在搅拌筒内添加好清水，在开动搅拌机的情况下，缓缓加入要求的水泥量。搅匀后（一般为5分钟），经55mm孔的网筛过滤后，即可放浆供注浆用，为实现连续制浆、连续注浆，必须配备12个储浆桶。3.注浆方式。径向注浆采用全孔一次性注浆方式进行施工。4.注浆顺序。一般先注内圈孔后注外圈孔（若需设双排孔时），先注无水孔后注有水孔，同时宜
11、按两序孔进行，即先跳孔跳排注单序孔，然后注剩下的二序孔。这样，通过实施约束型注浆模式，实现挤压密实，提高围岩整体性和密实性的注浆目的。根据降水漏斗原理，一般是从拱顶顺序向下注，如遇窜浆或跑浆，则间隔1个孔或几孔灌注。5.注浆采用注浆泵进行。采用水泥水玻璃浆液时，一般采用先单浆液再双浆液，浆液由稀到浓交替进行。要先开水泥浆泵注水泥浆，用水泥浆把钻孔中的静水压回裂隙中去，再开水玻璃浆液泵压注，即实现双液注浆。双液浆注浆工艺流程图见图5.2.4。图5.2.4 双液浆注浆工艺流程图6.注浆管路系统的试运转。在注浆前将各种设备连接成注浆系统，接好风、水、电，连接好各种管路系统，用1.52倍于注浆终压对系
12、统进行吸水试验检查，检验管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机具是否正常。确保系统均处于良好的状态方可进行注浆作业。7.注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。8.注浆结束标准控制。一序孔注浆结束标准以定量定压相结合的原则进行控制。注浆施工过程中，以定压为第一控制原则，注浆终压为23MPa，如果长时间注浆压力不上升，应调整注浆材料配合比，如果注一段时间后压力仍不上升，可按定量标准进行注浆控制，注浆量以单孔注浆量不超过5m3为原则。二序孔注浆结束标准以必须达到设计注浆终压的原则进行控制。9.注浆效果检查。每循环注浆设3个检查
13、孔，以检查注浆充填情况。检查孔深依据检查孔的开孔位置及角度确定，利用地质钻机钻孔采取岩芯并作压水试验，判断注浆效果。注浆效果判断标准为：检查孔采岩芯，观察注浆的充填情况，浆液固结体应充填密实，固结良好。如不能达到上述要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足上述要求为止。5.2.5注浆异常现象及处理1.串浆是指在注浆过程中，浆液由周围注浆孔流出的现象。串浆时及时堵塞串浆孔，按定量注浆进行控制，必要时对多个注浆孔同时进行注浆。2.当水泥单液浆或水泥水玻璃注浆量很大、压力长时间不升高时，则应调整浆液浓度配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间隙式注浆，使浆液在裂隙中停留时间延长，以便凝胶，但停
14、留时间不能超过混合浆的凝胶时间。3.泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查。当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时要补管。6.机具设备及劳力配置6.1机具设备注浆设备主要包括钻机、钻具、注浆设备、搅拌机、注浆管路总成、止浆塞和混合器等，除钻机与钻具是成孔设备，其他的设备是制备、输送浆液，并将浆液注入岩层裂隙或软土地层中的机具。本工法主要机具设备配备见表6-1。表6-1 主要机具设备配备表序号机具名称规格用途数量（单位）备注1风钻钻孔1台2吹风管25钢管吹孔1根3注浆泵KBY-50/70型双液注浆泵注浆用2台4注浆嘴注浆用1个5搅拌机立式叶片轮搅拌机拌水泥浆2台6混合器孔口球阀混合器混合浆液1个7注浆桶盛放浆液2个8波美计测浆液浓度3个9流量计LD型电磁流量计测浆液流量2个10大锤打管1把11木尺计测注浆量1把12高压胶管25输浆耐压值16MPa13汽车运输2辆6.2劳力配置注浆施工主要分为钻孔和注浆两道工序。钻机工、注浆工、拌浆工及辅助工等由工地负责人统一协调，做好有关工序操作人员组合搭配工作；配备12名施工员负责施工技术和统计工作。另外可按工程量大小适当配备材料员、机修工和电工等工种。7.质量控制本工法除执行公路隧道施工技术规范（JTJ F422009），公路隧道设计规范（JTG D70-2004）和工程建设标准强制性条文（公路工程部分）等有关规定，还应符合以下标
