隧道及地下工程注浆技术2015.6

中铁隧道集团隧道及地下工程注浆技术中铁隧道集团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中铁隧道集团前言隧道突泥涌水中铁隧道集团前言隧道坍塌变形地表房屋开裂中铁隧道集团前言隧道二衬渗漏水隧道大变形中铁隧道集团内容提要一、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、工程实例中铁隧道集团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中铁隧道集团注浆的功能很多，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注浆的功能中铁隧道集团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中铁隧道集团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，抬升暗河”施工方案。中铁隧道集团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高压断层涌水情况中铁隧道集团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中铁隧道集团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，控制房屋沉降中铁隧道集团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中铁隧道集团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中铁隧道集团渗漏水治理采取化学注浆材料进行渗漏水治理中铁隧道集团盾构进出井端头加固天津海河共同沟盾构进口端头加固中铁隧道集团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中铁隧道集团隧道突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中铁隧道集团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。①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？②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？③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中铁隧道集团活动，目前有很多不足之处，部分管线保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。④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。⑤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注浆对象特征中铁隧道集团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中铁隧道集团渗透注浆：充填空隙或裂隙，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中铁隧道集团地层特性：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—渗透注浆中铁隧道集团劈裂注浆：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中铁隧道集团裂隙充填注浆：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。中铁隧道集团地层特性：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。浆液封堵裂隙裂隙填充机理4注浆机理—裂隙充填注浆中铁隧道集团挤压充填注浆：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。中铁隧道集团粉细砂层中局部空洞浆液挤压填充固结体全风化地层浆液挤压填充固结体图片4注浆机理—挤压充填注浆中铁隧道集团电动化学注浆：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—电动化学注浆中铁隧道集团5注浆分类注浆一般根据目的、作用进行分类。注浆目的堵水注浆加固注浆在于截堵地下水不侵入作业面，方便施工。它对浆材的凝胶时间要求高，要求凝胶时间短并在一定范围内能容易准确地控制，但不要求强度很高，适用于石质硬，含水大的地层。主要用于加固围岩，使一定范围的围岩胶结成一个受力环，它对浆材的结石体强度要求较高，但凝胶时间要求不严。它适用于地层软弱破碎，地下水较少的地层。中铁隧道集团5注浆分类加固为目的注浆堵水为目的注浆中铁隧道集团5注浆分类注浆先后后注浆预注浆可分为地面预注浆(或称垂直预注浆)和洞内预注浆(或称水平预注浆)。预注浆的安全性较高、工序干扰较少(如是洞内预注浆或称工作面预注浆，则要占一个作业面)，适用于大规模高压力的堵水或加固注浆。后注浆是指在开挖后进行的注浆。它操作简单，效果明显，适用一般的防渗堵漏及回填注浆。中铁隧道集团5注浆分类超前预注浆施工后注浆施工（径向注浆）中铁隧道集团5注浆分类序号名称说明适用范围1全断面封闭预注浆钻孔分布在开挖面内及轮廓线外一定距离，注浆形成一个整体水下隧道深基坑地下工程无排水条件工程2周边帷幕注浆在工作面周边布孔，浆液在开挖轮廓线外形成堵水帷幕隧道、地基基坑能自然排水3局部和补充注浆对地层的局部涌水处和薄弱部位进行注浆软弱夹层,软硬不均地层4大管棚和小导管注浆将带孔的花管作为注浆管，浆液通过导管进入地层，导管起输浆和超前棚架作用松散软弱岩层5围截注浆在出水口一定范围内布孔注浆，先外后内最后顶水注浆封堵涌水集中涌水6径向注浆衬期或一次支护完成后，通过注浆加固围岩，增强支护抗力，减小急剧变形和大面积淋水隧道围岩7回填注浆在支护背后与地层之间有空隙，浆液充填加固和堵水衬砌背后究竟采用何种注浆，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。中铁隧道集团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：中铁隧道集团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中铁隧道集团6注浆工艺简介※前进式分段注浆(1)(2)(3)(4)(n)加固范围注浆顺序方向即在施工中，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。中铁隧道集团6注浆工艺简介※后退式分段注浆：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。加固范围(n－1)(n)(3)(2)注浆顺序方向(1)中铁隧道集团6注浆工艺简介钻杆后退式注浆止浆塞后退式注浆中铁隧道集团6注浆工艺简介机械式止浆塞中铁隧道集团6注浆工艺简介气胀式止浆塞双环止浆塞中铁隧道集团6注浆工艺简介※PVC袖阀管注浆注浆施工水囊式止浆塞PVC袖阀管中铁隧道集团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。中铁隧道集团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。中铁隧道集团（5）耐久性：要求浆液固化时无收缩现象，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。※目前常用注浆材料中铁隧道集团※常用注浆材料性能注浆材料评价表Evaluateofthegroutingmaterial名称优点缺点C浆①凝胶时间长，局部孔隙较大位置，扩散范围大。②固结体强度高。③单价低。①凝胶时间长，易受地下水稀释影响。②颗粒粗，在粉细砂层中注浆扩散能力受到影响。MC浆①凝胶时间长，颗粒细，在粉细砂层中有较好的可注性。②固结体强度高。①凝胶时间长，易受地下水稀释影响。②单价较高。T浆和HSC浆①具有较好的抗分散性，能有效地控制注浆区域。②固结体强度高。①粘度大，影响注浆扩散范围。②单价高。C-S浆①凝胶时间可控，可以达到控域注浆目的。②单价低。①在粉细砂层中可注性差。②抗压、抗剪强度低，易被高压水破坏。MC-S浆①在粉细砂层中能得到较细的劈裂脉，可注性好。②凝胶时间可控。①抗压、抗剪强度较低，易被高压水破坏。②单价高。中铁隧道集团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。浆液种类浆液配比参数凝胶时间3d抗压强（MPa）W:CC:S硫铝酸盐水泥单液浆0.6:1———24min19.10.8:1———1h20min11.51:1———1h35min8.5中铁隧道集团8钻孔