地下工程注浆技术

地下工程注浆技术铁道部宜万铁路建设指挥部:张民庆二○○八年三月地下工程施工所面临的两个地质难题:1、水（特别是高压富水）2、软弱地层（特别是充填型溶洞）施工对策：注浆技术搞好注浆工作应从四个方面入手：1、做好注浆前技术准备；2、一个好的注浆设计；3、合理运用注浆技术的三个核心（材料、设备、工艺）；4、对注浆效果的准确评定。第一部分:注浆前的技术准备（1)熟悉工程对象特征①工程地质特征：影响材料和工艺。②水文地质特征：影响材料、设备和工艺。③周边环境特点：影响材料和工艺。④造价和工期要求：影响设备和劳动力组织。(2)清楚浆液注入地层的方式渗透扩散(中粗砂层采用超细水泥-水玻璃双液浆注浆固结图片)劈裂扩散(动水粉细砂层溶洞采用六种共混材料注浆固结图片)裂隙填充(断层破碎带采用普通水泥-水玻璃双液浆注浆加固图片)挤压填充(粉细砂层中局部空洞采用普通水泥单液浆挤压填充图片)121086421317151416182022243331272832373938353629263034131197519212325ACB终孔交圈图掌子面孔位布置图yx第二部分：注浆设计一个好的注浆设计应遵循5个原则①均匀布孔原则②梅花型布孔原则③两圈孔原则(隧道)121086421317151416182022243331272832373938353629263034131197519212325ACB终孔交圈图掌子面孔位布置图yx④三排孔原则(基坑)⑤方便施工原则30个孔以下，环形布孔；30个孔以上，排列布孔。第三部分:注浆施工的三个核心(材料、设备、工艺）（1）注浆材料①粒径匹配原则：断层破碎段采用普通水泥基材料，砂层地段采用超细型注浆材料。②方案匹配原则：径向注浆采用单液浆，超前注浆采用单、双液共混注浆材料。③水文匹配原则：弱富水采用单液浆，强富水采用单、双液共混注浆材料。④动态调整原则：按由粗到细、由单到双、由高浓度到低浓度三个准则进行动态调整。钻孔注浆机械设备钻机注浆泵搅拌机泵体高压管路混合器（2）机械设备1、钻机：应和工程对象特征相匹配，满足钻进能力要求；2、注浆泵：应和工程对象特征相匹配，注意注浆压力和流量的选择。3、混合器：双液注浆时一定要采用（3）注浆工艺1、注浆方式（解决注浆的均匀性）①全孔一次性注浆②前进式分段注浆③后退式分段注浆2、注浆施工八个原则（提高注浆效果）①分区注浆（10m）原则：避免注浆截水帷幕各区地质不同引起注浆参数差异②跳孔注浆原则：实现约束注浆③由下游到上游原则：解决水流影响④由下到上原则：解决下部泥砂沉积问题及浆液重力作用⑤由外到内原则：实现约束注浆⑥约束发散型注浆原则：实现注浆逐渐挤压密实，解决水力影响。⑦定量-定压相结合原则：防止浆液损失，提高注浆效果。⑧多孔少注原则：提高注浆均允性，减少注浆盲区。3、注浆参数选择（保证注浆效果）①浆液凝胶时间：双液浆凝胶时间30sec～3min，单液浆不宜超过8h。②单孔单段注浆量：根据公式计算。③注浆分段长度：前进式分段注浆不大于5m，后退式分段0.6m～1.0m。④注浆终压：水压+2～4MPa⑤注浆速度：砂层、粉质粘性土20～40L/min，砂砾石40～60L/min，断层破碎带60～120L/min。4、注浆结束标准（1）单孔或单孔单段：①定量注浆时达到设计注浆量，或注浆终压达到设计终压时注浆速度小于5～10L/min。②定量-定压相结合注浆时，前序孔达到设计单孔单段注浆量1.2～1.5倍，后序孔应达到设计终压，注浆速度小于5～10L/min。（2）全段注浆结束标准：①所有注浆孔均符合单孔或单孔单段注浆结束标准。②注浆孔无漏注。③对注浆效果进行检查评定，注浆效果达到设计标准。第四部分：注浆效果检查评定（四大类）注浆效果检查评定方法分析法物探法钻检查孔法开挖取样法P-Q-t曲线法检查孔取芯法浆液填充率反算法注浆量分布特征法涌水量对比法检查孔P-Q-t曲线法渗透系数测试法加固效果观察法注浆机理分析法力学指标测试法变形推测法检查孔观察法（1）注浆过程P-Q-t曲线法（2）注浆量分布特征法050100150200250300350G09I07I09G01B01G11B03H01B04D01F08B02F06G04I02M17M15M30注浆孔号注浆量（m3）时间效应图132.720.558.775.624.320.8103.532.6118.8211.811.2327.673.417.968.9123.318.113.727.394.712.825.017.711.053.586.228.660.459.213.452.976.096.015.5144.312.446.816.764.033.65.527.3139.519.435.134.96.2137.911.641.831.243.026.136.69.234.948.628.716.756.228.337.325.132.629.899.738.314.770.754.230.521.812.010.851.214.383.821.2空间效应图（3）涌水量对比法020406080100120140G09I03D05J01A03B03K03K09D02G02F06M19J10M13M16注浆孔号钻孔涌水量(m3/h)（4）浆液填充率反算法利用公式∑Q=V·n·α·(1+β)反算浆液填充率α应大于80%（5）检查孔观察法（6）检查孔取芯法（7）检查孔P-Q-t曲线法检查孔P-Q-t曲线（7）注浆孔P-Q-t曲线法（8）渗透系数测试法（9）加固效果观察法（10）注浆机理分析法粘土浆液填充浆液劈裂粘土粘土浆液填充浆液劈裂粘土（11）力学指标测试法抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)含水量(%)比重密度(g/cm3)重度(kN/m3)干密度(g/cm3)孔隙率(%)饱和度(%)1d3d1d3d浆液0.52.10.00.5原状粘土地层软塑状不能成型120.34.001.5215.20.6982.8100挤压填充体0.20.215.71.351.2712.71.0918.394.42剪切劈裂体0.20.229.12.71.9419.41.5044.299.18（12）水位推测法0246810121400-6-300-8-1200-10-2100-12-3001-3-10日期水位值/mmG5G8G11（13）变形推测法-50-45-40-35-30-25-20-15-10-5055-276-66-166-267-67-167-268-58-158-259-4日期变形值（mm）挖桩阶段回灌阶段注浆阶段挖桩至成桩阶段基坑注浆基坑开挖阶段JT15JT14JT2JT3JT1JT13JT4JT5JT10JT11JT12JT6JT9JT7JT8（14）物探法：TSP法（14）物探法：地质雷达法第五部分：注浆工程案例（实施技巧）毛坝向斜冷水河桐麻岭背斜⑻S(志留系)⑸P1m(二叠系茅口组)⑵T1d(三叠系大冶组)1#溶洞⑸⑺圆梁山隧道⑺D3s(泥盆系水车坪组)⑷P2w(二叠系吴家坪组)⑴T1j(三叠系嘉陵江组)⑻⑹⑷⑹P1L+q(二叠系梁山组、栖霞组)⑶P2c(二叠系长兴组)⑺2#溶洞3#溶洞⑹⑶⑵⑸⑴⑻⑼O2+3(奥陶系中、上统)⑼⑽⑽O1d(奥陶系大湾组)⑾O1n+f+h(奥陶系红花圆、分乡、南津关组)⑾⑿⑾⑿⑿∈3m(寒武系毛田组)⒀∈3g(寒武系耿家店组)⒀⒀⒁∈2P(寒武系平井组)⒁⒁⒁⒂∈2g(寒武系高台组)⒂⒂⒂4#溶洞5#溶洞圆梁山隧道2#溶洞注浆施工技术1、注浆前的技术准备（1）工程对象特征：水量大（探孔860方/时）、水压力高（实测2.73MPa）、充填粉细砂层、工程量大（开挖断面100多平方米）、工期紧（2）浆液进入地层的方式：所注地层为粉细砂层，浆液很难以渗透方式注入，只能以劈裂注浆为主的方式注入。2、注浆设计（1）注浆设计的核心是:定参数、找盲区。（2）设计时的技巧：①五条线（开挖轮廓线、初支轮廓线、终孔线、环向加固范围线、补孔线），三个面（掌子面、终孔面、补孔面），一个圆（扩散圈。扩散半径取值应注意合理，不应取大值；注浆设计一定要画终孔交圈图）。②用足空间，关键孔放在周边；③前面讲过的五个原则。下中上368866ⅣⅢⅡⅠⅣ30015002300ⅡⅢⅠ+470+478+490+460+458+45580011243003500加固范围止浆墙钻机台架3、注浆施工的三大核心内容（1）注浆材料：没有万能的注浆材料，根据工程需要选择多种注浆材料组成体系。超细水泥的扩散能力、普通水泥浆的价廉性、双液浆快凝性、TGRM浆高强度和可域性，组成六种注浆材料组合体系，“既实现扩大范围注浆，又可实现控域注浆；既满足高强度加固堵水要求，又可保证开挖施工容易；既达到加固砂层目的，又满足降低造价要求”。（2）注浆机械：①采用MKD-5S快速钻机;②采用高压力、高流量注浆泵ZJB-30(BP);③作业台架.（3）注浆工艺①前进式分段注浆工艺，注浆分段长度3～5m②注浆顺序：分期分区、由外到内、由上到下、间隔跳孔③注浆参数：定压注浆，注浆终压6～9MPa④注浆结束标准控制：注浆压力达到6～9MPa时，流量小于5L/min。设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。按总注浆孔的5～10%设计检查孔，检查孔应无流砂，流水量＜1m3/h。提高注浆效果的技巧：注浆顺序的选择从外围上讲应达到“围、堵、截”目的，在内部应达到“填、压、挤”目的。4、注浆效果检查评定（1）注浆量分布特征法050100150200250300350G09I07I09G01B01G11B03H01B04D01F08B02F06G04I02M17M15M30注浆孔号注浆量（m3）注浆量分布时间效应图132.720.558.775.624.320.8103.532.6118.8211.811.2327.673.417.968.9123.318.113.727.394.712.825.017.711.053.586.228.660.459.213.452.976.096.015.5144.312.446.816.764.033.65.527.3139.519.435.134.96.2137.911.641.831.243.026.136.69.234.948.628.716.756.228.337.325.132.629.899.738.314.770.754.230.521.812.010.851.214.383.821.2注浆量分布空间效应图（2）涌水量对比法020406080100120140G09I03D05J01A03B03K03K09D02G02F06M19J10M13M16注浆孔号钻孔涌水量(m3/h)（3）检查孔观察法（4）加固效果观察法谢谢大家！祝大家在今后注浆设计和注浆施工中不断总结注浆技术，取得良好的效果。以上详细资料已汇编成书《地下工程注浆技术》，由中国地质出版社于五月份出版，如有需要，请购买，以供设计和施工参考。