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1、TSS型注浆管及其注浆技术的研究与应用张民庆（铁道部隧道工程局，471009）提 要 本文主要介绍了TSS型注浆管及其系列配套设备的研制，以及该种注浆管注浆技术的研究和工程应用。主题词 TSS型注浆管 系列配套设备 注浆技术 研究 应用1 概述袖阀管注浆工法又称索列坦休斯工法，它是由法国Soletanche灌浆公司首创的一种注浆工法，该工法在国内外施工中已被广泛采用，但一般局限于地表垂直注浆施工。铁道部隧道工程局经过深入研究，拓宽发展，形成“饱和动态含水砂层注浆工法”，工法的主要技术是洞内采用袖阀管，采取长短管相结合注浆工艺对饱和动态含水砂层进行注浆。该工法曾在广州地铁杨体区间成功地解决了11
2、1.8m饱和动态含水砂层的注浆施工。工法的主要技术优、缺点如表1。饱和动态含水砂层注浆工法主要技术优、缺点表 表1序号优 点缺 点1套管跟进钻进成孔，解决了饱和含水砂层的成孔难题。套管跟进钻孔，工艺实施难度较大；套管跟进钻机为大型机械，增加了工程的投入；机械体积较大，使用不方便，不适宜于小型断面施工。2极座标法布设注浆孔，定位快速、方便。增加了无效注浆范围，增加了工程造价；形成了较大的注浆死角，需要大量的补孔注浆；钻孔角度较大，增加了成孔的难度；3采取套管后退式工艺安设注浆管，解决了饱和含水砂层中注浆管的安设。套管口径大，钻进困难，采取适量的排砂措施，虽然可以增加钻进速度，但工艺要求技术性特别
3、高，工人掌握较为困难，施工中稍有不慎，易引起较大的涌水、涌砂事故。4硬质PVC塑料管采用袖阀式结构，起到了单向阀管的作用，可以保证浆液顺利地注入地层，而地层中的水和砂粒不会进入注浆管而造成注浆管堵塞，保证了注浆质量；注浆管内壁光滑，PC系列止浆塞解决了止浆问题，可以实施分段注浆工艺。PVC塑料注浆管易受压变形，施工中一般只能采取钻一孔、注一孔的施工原则，工序转化频繁，降低了工效；PVC塑料注浆管相对较软，需要加强筋提高其抗折强度，这样增加了注浆管的外径尺寸，随之施工中需要采用较大的套管配套，增加了钻进难度，增加了工程成本；注浆管价格较高，材料来源不广，易限制工程的顺利进展；塑料注浆管强度较低，
4、不能有效地充当超前小导管的支护作用。综合以上主要技术特点，其不足之处主要是由于采用袖阀管限制了钻进、成孔、注浆，因而，需要研究更适合于饱和动态含水砂层的注浆管材及工艺。目前，铁道部隧道工程局研制的TSS型注浆管材及其注浆工艺是在袖阀管基础上更具有适用性、优越性的材料及工艺，它具有如下特点：（1）施工中不需要大型钻孔机械，给施工配套带来方便；（2）采取风钻或风镐顶进技术布设注浆管，不易造成注浆管布设过程中的涌水、涌砂事故；（3）采用相对位置法定位，将角度定位技术转化为距离定位技术，定位方便，易于掌握、实施；（4）可以实现注浆管沿开挖断面周边进行布设，减少了无效注浆范围，节约了注浆材料，降低了工程
5、成本；（5）注浆管口径小，钻进容易，节约了能源，降低了工程成本；（6）钢管硬度大，可以实施多孔钻注作业，节约时间，缩短工期；（7）采取顶管技术，同套管跟进成孔、下注浆管技术相比较，布设一根注浆管时间可由原来的2h缩短为2030min，节约时间7080%以上，大大地缩短了工期；（8）材料来源广，成本低；（9）注浆管为焊接钢管，周边布设后可以起到超前支护加强作用，对稳定地层十分有利。2 TSS型注浆管及其系列配套设备的研制2.1 基本原理为便于系列设备的配套，保证焊接钢管顶管布设时不易弯曲变形，TSS型注浆管采用加厚型GB32（或寸）焊接钢管加工制作。焊接钢管内径的误差是影响止浆系统的重要因素。选
6、择60根GB32焊接钢管进行内径测试。测试结果如下：平均内径：36mm；34.92mm（即平均内径小于-3%误差范围） 0根34.92mm35.28mm（即平均内径-3%-2%误差范围） 1根35.28mm35.64mm（即平均内径-2%-1%误差范围） 3根35.64mm36mm（即平均内径-1%0%误差范围） 22根36mm36.36mm（即平均内径0%1%误差范围） 27根36.36mm36.72mm（即平均内径1%2%误差范围） 7根36.72mm37.08mm（即平均内径2%3%误差范围） 0根绘制管内径频数曲线，如图1。频数曲线近似为正态分布，可见钢管内径是比较均匀的，最大误差为-
7、3%2%，这对于注浆系统的止浆十分有利。图1 注浆管内径误差频数图2.2 TSS型注浆管加工（1）采用JGQ-400移动式型材切割机切割5m长GB32焊接钢管;（2）采用气割机将焊接钢管前端割成三瓣花叶状，用铁锤将三瓣花叶状钢片向钢管轴心方向敲笼成尖锥型，用电焊焊接尖锥部位，使其密闭性良好。（3）在注浆管末端加焊68mm钢筋制成管箍。（4）按注浆管设计图（如图2所示），在注浆管周体，垂直间隔10cm，用台钻钻设4.5mm的溢浆孔。（5）利用台钻，采用10mm洗刀，沿4.5mm溢浆孔进行洗孔，洗孔深度0.51mm，这样在焊接钢管上就制作出了外大内小的台阶型钻孔。（6）采用10mm冲子，在薄铝板（
8、可用易拉罐替代）上冲出10mm圆贴片。（7）用胶粘剂将圆贴片粘贴在台阶型钻孔上。（8）注浆管贴上贴片后放置24h，待胶粘剂具有较强的粘接强度后方可使用。图2 TSS型注浆管加工示意图2.3 配套设备加工2.3.1 TSA顶管采用34（外）2.5mm长4.8m的无缝钢管作为顶管。它主要起到推动止浆塞膨胀，使止浆塞起到止浆作用。2.3.2 TSB芯管采用18（外）3mm长5m的无缝钢管加工芯管。一端加工35cm外丝，配合螺栓和垫片，起到阻挡止浆塞作用；另一端加工20cm外丝，用于顶杆螺母的移动，以及连接管路。芯管的主要作用是输送浆液。2.3.3 TSC顶杆螺母采用60（外）30mm（长）的圆钢加工
9、，沿轴心方向钻M1618内丝，TSC顶杆螺母应和TSB芯管内外丝配套。螺母对应两侧钻12丝孔，深度15mm，安设15cm长的螺杆。主要通过旋转TSC顶杆螺母使止浆塞膨胀，起到止浆作用。2.3.4 TSD止浆塞止浆塞采用弹性好，回复力强，耐久性好，耐酸碱性的优质橡胶，掺加隧道局科研所提供的添加料进行制作。加工尺寸为34（外）18（内）80mm（长）。止浆塞制作材料标准及制作后的性能要求如下：（1）材料中天然橡胶含量不得低于70%，以确保止浆塞具有良好的弹性及恢复变形性；（2）止浆塞抗拉强度应大于20MPa，永久变形性不大于10%，伸长率不小于40%；（3）止浆塞在5%的稀盐酸或10%的NaOH溶
10、液中浸泡24h，其膨胀率小于5%；（4）止浆塞耐久性能好，硬度高，邵氏硬度应达7075。2.4 止浆塞止浆系统试验将芯管、顶管、止浆塞配套后，装入独头焊接钢管中（将焊接钢管一端焊死），顺时针旋转顶杆螺母，经过力的传递，使止浆塞膨胀（如图3），旋转至感到吃力为止。分别采用0.1、0.3、0.6、1.6MPa压力，采用注浆泵进行注水试验。1.芯管 2.顶杆螺母 3.垫圈 4.顶管 5.独头焊接钢管 6.垫圈 7.止浆塞 8.垫圈 9.固定螺母图3 止浆塞性能试验装配图经过试验，在每个压力值停滞5min，压力无损失，止浆塞止水效果好。因而可以认为该种止浆塞可以起到止浆的目的，已能满足饱和含水砂层的分
11、段注浆使用。2.5 注浆管花管部分开孔选择注浆管必须具备单向袖阀管的作用，我们对注浆管花管部分的开孔方式进行了台阶型孔、锥形孔的比较。锥形孔钻孔容易，成本低，成孔精度要求相对较，但在现场布管过程中易脱落，不能确保质量；台阶形孔能保证现场布管过程中的质量，花管钻孔容易，成本较低，成孔精度要求相对较低。经过比较，我们认为，采取台阶型孔比较合理、适用。2.6 粘接胶试验粘接胶粘接贴片后，既要保证具有一定的粘接强度，使粘接贴片不会因为在TSS注浆管布设过程中脱落，又要保证在不大的注浆压力下（1MPa），粘片可以被吹脱，使浆液注入地层，同时，粘接胶又不能在水中溶解，即具有非水溶性，从而保证多孔布设、注浆
12、作业。经对目前市场上销售的数十种粘接胶调查研究，我们重点选用了668、704、502、HL302、WD1001等5种粘接胶进行室内试验，通过研究胶粘剂的粘接强度、粘接剂在水中的性能状况、粘接强度上升情况等内容，我们认为HL302型粘接胶性能较优，比较适合TSS型注浆管的使用。2.7 溢浆孔的开孔研究为研究溢浆孔的开孔数量，我们选择了A、B两种溢浆孔型式（如图4-1、4-2）的TSS型注浆管在深圳市向西路人行地道工程南侧竖井含水砂层进行注浆试验。注浆段长60cm，注浆终压1.2Mpa，注浆量0.10.3m3。试验采用了38根A种注浆管，32根B种注浆管，注浆结束后，将注浆管挖出观察注浆管溢浆孔上
13、粘片被冲开情况。绘制溢浆孔冲开百分数（冲开孔数占总溢浆孔数的百分比）频数曲线，如图5-1、5-2所示。图4-1 A种TSS型注浆管图4-2 B种TSS型注浆管图5-1 A种TSS型注浆管溢浆孔冲开频数曲线图图5-2 B种TSS型注浆管溢浆孔冲开频数曲线图计算A、B两种TSS型注浆管注浆段总溢浆面积、芯管泄浆面积，以及它们之间的关系。 比较溢浆孔冲开频数情况同溢浆孔的开孔状况关系，可以看出若溢浆孔开孔数量不合适，则会造成部分溢浆孔不泄浆，这样，一则会影响注浆质量，二则增加了溢浆孔的数量，造成了材料浪费，增加了TSS注浆管的加工费用。经比较计算分析，我们认为TSS型注浆管开孔应以注浆段溢浆孔面积为
14、芯管泄浆面积的11.2倍为宜。3 TSS型注浆管注浆施工工艺研究3.1工艺流程TSS型注浆管注浆工艺流程如图6所示。好差施工准备封闭工作面配制浆液TSS型注浆管加工风钻引孔监控量测，控制地表隆起值30mm风镐顶管后退式分段注浆补孔注浆超前小导管施工开挖支护注浆效果检查评定图6 TSS型注浆管注浆工艺流程3.2 注浆管布设3.2.1注浆管布设计算由于TSS型注浆管采用厚壁的小口径钢管加工制成，因而，可以采用风镐将其顶入砂层，完成注浆管的布设工作，这样，完全解决了注浆管布设过程中砂的涌出。TSS型注浆管按相对位置法进行钻孔布设。相对位置是利用标杆，以注浆孔开孔位置为相对原点，根据相对位置移动标杆，
15、标杆应垂直于工作面，通过开孔位置和标杆顶端确定注浆管的布设方向。该方法操作简单，定位准确。定位参数计算公式如下：式中：、指标杆相对于开孔位置的相对位置（cm）；、指注浆孔终孔座标（cm）；、指注浆孔开孔座标（cm）；指标杆高度，一般用50cm标杆；指注浆加固段长度（cm）；3.2.2注浆管布设步骤（1）架设作业平台；（2）按照设计图纸在工作面上将注浆管孔位用红油漆标出；（3）采用0.5m标杆按开孔位置相对位置，采用相对位置定位技术进行钻杆定位，采用YT28风钻（或7655风钻），用1m钻杆对砼封闭层进行钻穿引孔。（4）采用手持风镐，利用作业平台，用冲击套将注浆管顶入地层，注浆管外露1020cm。（5）注浆管布设后，采用棉纱+速凝水泥砂
