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1、第四章 注浆设计注浆设计由设计单位完成，注浆设计应包括：工程概况、工程地质与水文地质、注浆目的、 注浆段落、注浆方案、设计参数、注浆孔布置图、注浆孔布设参数表、注浆材料及配比、注浆工艺 注浆参数、设计总注浆量、注浆效果检查评定方法及要求。注浆设计的重点是设计参数、注浆孔布 置图和注浆孔布设参数表。4. 1注浆孔布设模式注浆孔布设有极坐标法、绝对坐标法、相对坐标法三种模式。4.1.1 极坐标法布设模式极坐标法布孔是将钻机固定在某一位置，通过固定轴移动钻臂，对准掌子面开孔位置(坐标) 按设计钻孔长度进行钻孔。极坐标法钻孔布设模式如图4.1。B图 4.1 极坐标法钻孔布设模式根据极坐标法钻孔方式，设
2、掌子面注浆孔开孔坐标为B0( X0, Yo )，注浆孔终孔坐标为B( X, Y )。 计算公式如下：X = - X(4.1)0 A + LY = - Y(4.2)0 A + LlX 2 + Y 2 + (L + A)2 我2 + Y2 + A2(4.3)式中：X, Y为注浆终孔坐标(m,m)； Xo, Y。为注浆孔开孔坐标(m,m)； A为极点距掌子面距离 (m)； L为注浆段落长度(m)； l为注浆钻孔长度(m)。4.1.2 绝对坐标法布设模式绝对坐标法布孔是将钻机对准掌子面开孔位置(坐标)，按设计的钻孔偏角和立角进行钻孔固定， 按设计长度进行钻孔。绝对坐标法钻孔布设模式如图 4.2。0图
3、4.2 绝对坐标法钻孔布设模式 根据绝对坐标法钻孔方式，设掌子面注浆孔开孔坐标为 B0（ X 0 ,Y0 ），注浆孔终孔坐标为 B X ,Y ）。计算公式如下：a = arctg0 = arctg=4.4)4.5)1 =- X 0)2 +(Y-Q+ L24.6)血2 +仗X 0 b式中：X, Y为注浆终孔坐标（m,m）； X0, Y为注浆孔开孔坐标（m,m）； L为注浆段落长度（m）； a为钻孔偏角（度）；0为钻孔立角（度）；l为注浆钻孔长度（m）。4.1.3 相对坐标法布设模式相对坐标法是利用标尺，以注浆孔开孔座标为相对原点，进行相对于原点的坐标移动而移动标尺，标尺应垂直于工作面，通过开孔原
4、点和标尺顶点确定注浆管的布设走向。相对坐标法钻孔布设模式如图4.3所示。现场施工一般采用50cm标杆。YYBAX1_图 4.3 相对坐标法钻孔布设模式根据相对坐标法钻孔方式,设掌子面注浆孔开孔坐标为A（ X0, Yo ），注浆孔终孔坐标为B（ X, Y ）, 相对标尺的相对坐标为A0 （ X : Y，）计算公式如下：X = （X X ）（4.7）L04.8)Y = (Y Y。)l = v（X X）2 +（Y Y）2 + L2（4.9）0 0式中：X, Y为注浆终孔坐标（m,m）； X0, Y0为注浆孔开孔坐标（m,m）； X: Y，为相对标尺的相 对坐标（m,m） ； L为注浆段落长度（m）
5、； l为注浆钻孔长度（m） ； H为标杆长度或高度（m）。4.1.4 注浆孔布设三种模式的比较对三种注浆孔布设模式优缺点进行比较，比较结果如表 4.1。表4.1三种注浆孔布设模式优缺点比较布孔模式定位方法优点缺点适用范围极坐标法钻机固定，采取单点法定位。不需要移动钻机，定位 方便。掌子面孔位过于集中，注浆过程中易造 成止浆开裂；补孔数量多。不宜采用绝对坐标法钻机移动，采取角度法定位。掌子面孔位布设合理每钻一个孔都需要移动钻机一次，影响 钻孔进度；米用角度法定位，存在误差。适用于地质钻机相对坐标法钻机移动，米取两点法定位。掌子面孔位布设合理； 定位方便、准确。采用地质钻机时，定位不方便。适用于风
6、钻4.2止浆墙设计与实施止浆墙主要是指在进行超前预注浆施工时，为满足抵抗注浆施工过程中注浆压力的要求而采取 的止浆模式，同时，采用止浆墙可以将孔口管固定，减少钻孔注浆过程中因安设孔口管而影响钻孔 注浆施工进度，因此，原则上在进行超前预注浆前应设置止浆墙。4.2.1 止浆墙厚度1、抗压计算按抗压计算，止浆墙厚度计算公式如下：4.10)厂 DB = IH2tga mR 一 XP0 Q /式中：B为止浆墙厚度（m） ； D为开挖断面直径（m） ； a为止浆墙侧面与垂直轴之间的斜角；m为工作条件系数；R为混凝土计算强度（MPa） ； P为注浆最大压力（MPa）；九为超载系数。 Z100P4.11)B
7、= zA-X式中：B为浆岩墙厚度（m） ； Pz为注浆最大注浆压力（MPa） ； A为注浆断面面积（m2 ） ； y为 混凝土容重（ t/m3）。2、抗剪计算按抗剪计算，止浆墙厚度计算公式如下：4.12)4.13)XP DB = 4mT ct = kRcb式中：t为碇抗剪强度（MPa）； k为转换系数。c3、经验数值采用以上计算公式计算，计算出止浆墙厚度一般较大，与现场实际不符，因此，可采用经验数 值进行止浆墙厚度取值。国内煤矿部门进行注浆施工时，一般采用如下经验数值：(1) 当注浆压力P v2MPa时，取D =lm。(2) 当注浆压力P =25MPa时，取D =1.52.0m。(3) 当注浆
8、压力P =57.5MPa时，取D =2.53.0m。 根据圆梁山隧道帷幕注浆施工经验，渝怀铁路与宜万铁路在进行帷幕注浆时，按照注浆帷幕加固圈厚度，采用如表4.2进行止浆墙厚度取值。表4.2铁路工程止浆岩墙厚度选取经验数值表参数值注浆加固圈厚度2m3m5m8m平导08lm12m下导坑0.508m08lm正洞152m23m4.2.2 止浆墙施工工艺( 1)确定止浆墙施作位置。( 2)根据止浆墙施作型式要求，开挖出要求的断面型式，并施作设计所采取的技术措施(例如 径向锚杆等)。( 3)采用排水管引排出掌子面前方流水，采用抽水泵抽排出止浆墙里程段的积水，使止浆墙施 作位置内不能有渗水、流水和积水。(
9、4)清理止浆墙位置内的一切杂物。( 5)根据止浆墙设计厚度进行立模。立模要牢固，不变形。(6)灌注经试验检验合格的混凝土(一般为C20混凝土)。混凝土灌注中一定要振捣密实，确 保混凝土施工质量。( 7)待混凝土强度达到设计强度的 75%以后方可进行钻孔注浆施工。4.3注浆设计参数4.3.1 帷幕厚度(环向加固范围) 有效的帷幕厚度是保证注浆质量，确保施工安全的必要措施。在注浆加固和堵水设计时，对于 注浆加固范围的选取，应综合考虑地质条件和水压力数值，并考虑注浆效果，同时，也应考虑注浆 成本和注浆工期要求。注浆加固模式如图4.4。图中D为隧道开挖等效直径(m)。B为注浆加固范围(m),当采取全
10、断面超前帷幕注浆时，为保证掌子面稳定，应对掌子面进行加固。B1为帷幕厚度(m)。I . I I图 4.4 注浆加固范围1、理论公式法注浆帷幕固结体主要承受外部静水压力，因此，帷幕厚度可按厚壁筒公式，按第四强度理论计算。B1 =M3Pw丿4.14)式中：B1为帷幕厚度(m)； b为围岩固结体允许抗压强度(MPa)； P为最大静水压力(MPa)； wD 为隧道开挖等效直径( m)。2、经验公式法根据以往隧道工程注浆加固和堵水施工经验，按下式计算加固范围和帷幕厚度。(1)超前帷幕注浆加固范围和帷幕厚度 B =(23)D(4.15)B1 = BD = 61.5)D(4.16)2计算时，当水量和水压力较
11、大时，取高限；当水量和水压力较小时，取低限。( 2)径向注浆帷幕厚度 B1 = 6.20.5)D “八I /(4.17)、B1 = S.51JD计算时，对于一般岩溶裂隙地段取上式，对于富水岩溶裂隙地段取下式。同时，当水量和水压 力较大时，取高限；当水量和水压力较小时，取低限。3、经验数值法根据圆梁山隧道施工经验，对注浆帷幕厚度可根据地质特征(水量大小和水压力高低)直接采 取经验选取，选取方法见表 4.3。表4.3注浆帷幕厚度数值选取参照表序号地质条件帷幕厚度选取方案一可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及向斜、背斜核部，施 工中可能发生严重突水涌泥地段。物探异常地段，超前地质探 孔单孔涌水量：Q
12、三40m3/h。实测水压：P三2MPa。全断面超前帷幕注浆，注浆加固 范围为开挖工作面及开挖轮廓线 外正洞8m，平导5m。方案二可溶岩与非可溶岩接触带，断层破碎带及向斜、背斜核部，施 工中可能发生严重突水涌泥地段。物探异常地段，超前地质探 孔单孔涌水量：Q三40m3/h。实测水压：IMPaWP 2MPa。全断面超前帷幕注浆，注浆加固 范围为开挖工作面及开挖轮廓线 外正洞5m，平导3m。方案三一般富水地段，岩体较完整，能保证开挖安全。物探异常地 段，超前地质探孔涌水量：2m3/hWQW40m3/h，开挖后大面积渗水。 实测水压：P 1MPa水1径向注浆方案，注浆加固范围为 开挖轮廓线外正洞5m，
13、平导3m。4、注浆加固圈的安全性检算采用厚壁圆桶的弹性力学解析方法进行检算。将隧道看成厚壁圆桶，其外部作用有水压力和土压力，水压力为P。根据经验，取5倍洞径为隧道开挖的影响范围，因此，土体压力匕为(5D-B) w土厚度的土柱。总压力P = P + R。假设水压力和土压力均匀作用于注浆加固圈周围，忽略重力影响, w 土按厚壁圆桶的弹性力学轴对称问题进行，距离隧道圆心某一距离r处的应力表达式如下：P - r 2 1r 2 r 2104.18)r1 r04.19)4.20)式中：b为径向应力（MPa）；为切向应力（MPa）； t a为剪应力（MPa）； r为注浆加固圈半 r9r1径（m）； ro为隧
14、道等效半径（m）； r为距离隧道圆心某一距离r处。【工程实例】别岩槽隧道穿越F1高压富水断层帷幕注浆加固圈安全性检算计算参数计算参数见表 4.4。表4.4计-算参数表位置隧道半径ro /m注浆加固圈半径 r /m土的比重/（g/cm3水压力P /MPa土压力P丄 /MPa土外部总压力P /MPa靠近F1断层处4.59.52.53.51.04.5穿越F1断层处4.512.52.53.91.04.9安全性检算采用公式（ 4.18）、（ 4.19）计算。靠近F1断层处：隧道边界上（r = r ）时，径向应力b =0，切向应力a =-11.6MPa；剪应力t =0。 0r9r9穿越Fl断层处，隧道边界上（r = r ）时，径向应力b =0,切向应力a =-11.3MPa；剪应力t =0。0r9r9室内试验及现场试验均表明，采用单液水泥浆液，如果水灰比小于 l:l 时，则注浆结石体 28d 抗压强度均大于15MPa,而隧道边界上的切向应力值均小于该值，这说明在F1高压富水断层，如果 注浆能够形成连续均匀的加固圈，隧道的注浆加固范围能够满足安全要求。4.3.2 注浆段落长度（纵向加固范围）注浆段落长
