超前预注浆参数及工艺

7超前预注浆参数设计及工艺7.1注浆段划分和注浆顺序超前预注浆采用前进式的注浆工艺，其每次的注浆段，是指需要钻孔、注浆的涌水区间。合理地划分注浆段和确定注浆顺序，可以有效地隔绝水源、提高注浆堵水效果和加快施工进度。划分注浆段和确定注浆顺序的原则如下：（1）力求一次注浆达到堵水效果，减少重复注浆次数；（2）能为注浆施工创造良好的作业条件；（3）达到有效地控制漏水和注浆范围，防止扩大漏水区；（4）充分利用浆液材料特点，简化施工工艺；（5）在保证隧道稳定的条件下，提高堵水效果。（6）在条件允许的条件下，优先使用一次成孔并可以注浆的设备。7.2注浆孔设计设计原则及注浆孔排列在已划分的注浆段范围内，合理设计布孔，确定注浆孔数目，在达到注浆目的、封堵突水的重要环节，要使浆液扩散到开挖断面及开往轮廓线外一定距离，所以，注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，据此我们以隧道中轴为中心呈伞形布置，注浆带为片状渗漏水，应考虑每个注浆孔的扩散半径，尽量密布孔，使注浆孔贯通更多的细小裂隙。孔与孔之间采用三花眼或五花眼排布，使得每个孔的浆液扩散范围充分交圈，孔间距1.0～2.0m为宜。条状裂缝，沿缝挖补布孔，孔间距可稍大。集中突水点，利用现有突水点顶水布孔，并打止浆墙止水止浆。大股涌水裂隙，当水流方向与裂隙平行，在裂隙两侧等距布置泄水孔，兼作注浆孔。当水流方向与裂隙垂直时，在其来水方向一侧布孔。封堵裂隙水，注浆孔要与裂隙相交。壁后空洞连通性好，孔间距可加大，连通性差，孔间距缩小，一般取3～5m。7.3注浆孔布置全断面超前预注浆孔间距一般为注浆扩散半径的1.5～1.75倍，即L=（1.5～1.75）R，注浆扩散半径一般有地质条件和注浆压力确定。注浆孔可根据注浆加固范围、注浆扩散半径均匀布置。布孔方式一般有梅花形布置和环形布置，根据扩散半径设计终孔间距和位置，从而设计注浆孔的开孔坐标、终孔坐标、倾角、立角、长度等参数。隧道全断面预注浆孔布置可如图4所示。7.4注浆设计参数（1）注浆加固厚度：注浆圈加固厚度主要应满足开挖施工安全要求，开挖后抗水压要求。根据力学模拟计算，注浆加固圈厚度B一般情况下应满足下式要求：B(2~3)D式中：B——注浆加固圈厚度（m）；D——开挖断面宽度或高度（m）。在围岩特别软弱、水压力特别大时，可以适当加大。（2）浆液扩散半径：浆液扩散半径应根据堵水要求、隧道地质特点、岩性、孔隙率及注浆材料的颗径尺寸，采取工程模拟法来选取。在现场注浆施工过程中，可根据注浆施工中地层的吸浆能力，注浆效果的检查评定等状况，对浆液扩散半径进一步调整。（3）终孔间距：根据注浆加固交圈理论，注浆后应能形成严密的注浆帷幕，在注浆终孔断面上，根据注浆扩散半径进行注浆设计时不应有注浆盲区存在，这样，在进行注浆设计时，注浆终孔间距a应满足下式要求：a3R式中：a——注浆终孔间距（m）；R——浆液扩散半径（m）。（4）注浆段长：注浆段长度一般应综合考虑选择钻机的最佳工作能力、余留止浆墙厚度、根据加固圈要求进行注浆设计时盲区最小时的最佳设计孔数等等内容。根据工程模拟，经过进行预设计，在进行超前预注浆施工时，注浆段长度宜为L=20～50m。（5）注浆压力：注浆压力与围岩的裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料及胶凝时间有关。岩石地层注浆设计压力应根据围岩水文地质条件合理确定，一般宜比静水压力大0.5～1.5MPa；当静水压力较大时，宜为静水压力的2～3倍。因此，在隧道注浆，终压建议设计为1.5～2.5MPa。封堵涌水时注浆终压应参照公式P=（2～4）MPa＋Po（其中Po为涌水压力）并结合工程经验确定。另外，注浆泵的压力应达到设计压力的1.3～1.5倍；回填注浆压力应小于0.5MPa。（6）注浆量：注浆量是根据堵水或加固体积、孔隙率、凝固时间、壁后的空洞及其连通性、集中突水情况下涌水通道的大小及空洞大小等情况来确定，一般来说，涌水量越大，注浆量越多。注浆过程中，在不漏浆的情况下，尽量用单液水泥浆充填空隙，以提高注浆效果，注浆量计算公式如下：2QD4LnQ(L/min)P(0.1MPa)设计注浆量(注浆时间)式中Q－注浆量；D—注浆范围；L－注浆段长；n—岩层裂隙率；一浆液在岩石裂隙中的充填系数，视岩石情况取=0.3一0.9;一浆液消耗率（一般10%—20%）。（7）分段长度：在超前预注浆中，一般采用分段前进式注浆，所以应设计分段长度，分段长度根据地层的不同而不同，在断层破碎带中，分段长度可设计为3～6m。（8）注浆速度：注浆速率主要取决于地层的吸浆能力（即地层的孔隙率）和注浆设备的动力参数，考虑到多种因素，建议注浆速率范围取5～110L／min，施工中可根据实际情况进行调整。（9）注浆结束标准以定压为主，注浆终压理论上为水压+2～4MPa，当注浆过程中长时间压力不上升时，应缩短浆液的凝胶时间，并采取间歇注浆措施，同时控制注浆量。7.5注浆效果检查评定注浆效果检查评定是决策开挖施工方案的依据。注浆效果检查评定主要有分析法、钻检查孔法和开挖后取样测试等几种方法。7.5.1分析法绘制注浆施工Ｐ-Ｑ-t曲线：某隧道挤密注浆施工Ｐ-Ｑ-t曲线如下图所示。5050实测Q-t区域设计终压404030302020实测P-t区域101000t(min)某隧道挤密注浆施工P-Q-t曲线图例图例分析：该Ｐ-Ｑ-t曲线显示注浆设计意图所采取的约束性注浆一致，达到了挤压密实的目的。在注浆过程中，开始时注浆压力较小，随着注浆的进行，注浆压力呈曲线上升，注浆速度亦成曲线明显下降，当达到设计注浆量时，注浆终压达到或超过设计终压值。可见该类型注浆方式主要表现为挤压－劈裂再挤压。注浆施工前后涌水量对比分析：将注浆段注浆前后涌水量进行对比，涌水量显著减小，且满足设计要求，则说明注浆堵水效果是明显的，堵水率是比较高的。反之，应进行补充注浆。7.5.2钻检查孔法根据注浆状况，选择注浆范围内可能存在薄弱环节的注浆部位布设检查孔,检查孔数量一般应达到注浆孔数量的5%以上。检查孔垂直于开挖工作面钻设，终孔深度稍短于注浆加固段长度。（1）取芯状况：检查孔采用地质钻机冲击旋转取芯，若检查孔的岩芯中有大量浆液的固结体存在，则说明浆液已完全固结，且有较高的强度。反之，说明加固效果不佳，应进行补充注浆。（2）检查孔状况：检查孔在钻进过程中，以及结束放置一段时间后，观察检查孔内是否出现涌水现象，检查固结堵水效果。（3）开挖取样分析评定在开挖过程中，直接观察分析开挖的碴土，可直观地了解浆液对地层的加固状况。若注浆后地层的含水量和空隙率均较注浆前有较大幅度降低，则说明注浆达到了固结堵水目的。开挖后测试围岩变形情况，也可以检验注浆加固效果。开挖后，可以取样分析浆液加固方式和效果。填充挤压方式主要是当粘土孔隙（洞）较大时，浆液直接填充空隙（洞），以达到固结目的，该加固方式主要发生在破碎围岩和粘土的交界面，以及地层部分空隙率较大的部位。剪切劈裂方式主要是针对未扰动的粘土地层，浆液在较高压力条件下形成劈裂脉，以脉状扩散方式形成网状加固结构，以达到固结堵水的目的。浆液加固方式与效果示意参见下图浆液填充粘土浆液劈裂粘土方式一填充挤压方式方式二剪切劈裂方式浆液加固方式与效果示意图（4）注浆前后以RQD岩芯复原率进行对比；（5）以注浆前后标贯值进行对比；（6）注浆前后雷达探测数值分析。8小导管超前预注浆设计及工艺8.1注浆艺特点（1）形成了管棚与固结体联合的超前支护体系，提高岩体自身的稳定性，抑制围岩松动变形，增强了施工的安全性。（2）加固效果好，注浆质量易于控制。（3）采用超前支护手段，通过调整浆液凝胶时间，可大大缩短暗挖工序时间。（4）采用常用小型机械施作，勿需配备专用设备，工艺操作简便，一般工人都可掌握。8.2参数设计原则（1）小导管管径可选用Φ25～40无缝钢管，钢管长度采用3.5～6.0m，必要时采用6m长TSS管进行分段后退式注浆。（2）钢管应沿隧道开挖轮廓线布置向外倾斜，外插角a一般为5º～10º，处理坍体时或者破碎围岩时可适当加大。（3）注浆压力应根据地层致密程度决定，一般为0.5～1.0MPa，劈裂注浆可适当加大，陆域段应小于等于覆盖压力，即P＜rh，对于海域段要小于覆盖压力和水压力之和。式中：r一土体容重；h—覆盖层厚度。（4）纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度b一般不宜小于1.0m（5）横向小导管沿开挖轮廓布置如图，Ⅳ级围岩劈裂、压密注浆时采用单排管；Ⅴ级围岩或处理坍方时可采用双排管；渗入性注浆宜采用单排管；大断面或注浆效果差时可采用双排小导管。注浆小导管环向间距a应通过试验确定，但不得超过0.4m，无试验条件时，视地质条件按0.2～0.4m选用。导管纵向布置示意图导管环向布置示意图注浆半径及孔距选择图φ4238.3注浆工艺流程双排管或双排以上多排管布置时，为避免窜浆，可分层施工，即先打一排管，注完浆后再打下一排管。8.4小导管设计加工设计小导管和TSS管如图：小导管加工图φ6管箍φ12贴片φ12洗孔φ6溢浆孔30050150034001005000TSS管加工示意图说明：1.图中标注尺寸单位均以mm计；2.TSS管采用ＧＢφ32，即外径φ42，厚3mm，长5m的焊接钢管加工制作。前端加工呈尖锥状，后端焊φ６mm管箍。注浆管溢浆孔为φ6，花管部分长分别分别为3.４m。3.加工应严格按图示尺寸加工,特别注间尖端长度及开孔间距。TSS管加工设计图9径向注浆设计及工艺根据超前地质预测预报方案，当判析当前方地层自稳性较好，只是存在着裂隙水，而裂隙水的总涌水量基本可以确定，能保证开挖施工安全，并确定在开挖施工完成后沉降较小能够对涌水量进行控制时，可采取开挖后径向注浆方案。对于富水全强风化砂岩地段和含水砂层地段，除采取超前预注浆方案进行施工外，同时还应实施径向注浆补强措施。9.1径向注浆参数设计（1）注浆加固范围径向注浆加固范围按如下表进行选择。径向注浆加固范围选择表位置服务洞主洞加固范围4m6m（2）小导管型号径向注浆采用注浆花管（必要时采用TSS管）进行全孔一次性注浆。注浆管采用φ42mm、δ=3mm焊接钢管加工制作。（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）其它参数设计注浆参数表序号参数名称参数值1注浆速度（L/min）5～502注浆终压（MPa）1.5～33单孔注浆量（m3）按QR2Hn1进行计算确定。式中：Q—注浆量(m3)，R—扩散半径(m)，H—注浆段长(m)，n—地层裂隙度或空隙率，—浆液填充率，—浆液损失率。9.2注浆顺序注浆顺序宜由下往上、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，实现挤压密实的注浆目的。9.3注浆结束标准控制注浆结束标准以定量定压相结合为原则进行控制。注浆施工过程中，以定压为第一控制原则，如果长时间注浆压力不上升（一般指8小时），可按定量标准进行注浆控制。二序孔注浆结束标准以必须达到设计注浆终压为原则进行控制。10长管棚设计及施工工艺10.1长管棚参数设计长管棚工作室和导向架：在隧道中施作大管棚，由于隧道净空限制，需要在工作位置扩大隧道断面净空，形成工作室。工作室的大小主要根据所选用钻机体积大小及管棚管节长短，达到便于操作的空间，而又尽量减小扩挖工作量。形成工作室后，在工作面架立一榀钢拱架，固定导向管。长管棚布置如图所示。如采用新的机械设备可不扩挖工作室。312634567524长管棚布置图长管棚一般采用Ф108的无缝钢管，由1.5m、3m两种长度管节，由丝扣连接组成，丝扣搭接长度6～10cm。施做间距40cm左右，长度30m为一个循环，开孔位置布置在开挖轮廓线外30cm处，根据需要布置在拱部或在拱墙周边布置。外插角为5°～10°，与隧道中线方相一致。施做后进行注浆，注浆压力为1MPa，从而形成刚性加固体。10.2长管棚施工工艺长管棚施工工艺流程图10.3长管棚施工步骤（1）工作室施工：当隧道开挖到需要施做长管棚位置前，根据作业空间的大小，扩挖隧道净空