超前注浆加固讲义课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,隧道与地下工程注浆技术简介,目录,一、注浆的功能与用途,二、注浆材料,三、注浆机理,四、注浆工艺,五、注浆机械设备,六、注浆技术参数,七、注浆常见问题,八、注浆设备及现场图片,九、本工程方案,十、工程实例,地下工程注浆技术概述,注浆法的概念,注浆法的实质是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂隙和空隙，以改善地基的物理学性质，也即注浆法系将具有凝结能力的浆液注入地层或隧道围岩中以填充、渗透、压密等方式挤走土颗粒间或岩石裂隙中的水分，待浆液凝结后，使隧道围岩或土形成一个抗渗性能良好、强度较高的整体，以达到,堵水加固围岩或土体,的目的。,1.1,、注浆功能,（,1,）防渗堵水：主要是指防止水在微细裂隙中的渗透。,（,2,）加固补修：通过注浆对地基进行加固，防止地表下沉和建筑物变形，并且通过注浆对边坡的加固防止滑坡。,1.2,、注浆用途,（主要介绍在隧道工程中的应用）,（,1,）矿山法隧道在掘进中，对富水地段、软弱地层、破碎岩层注浆，进行堵水和加固。,（,2,）防止地表沉降的隧道拱顶的回填注浆。,（,3,）隧道的地层结合技术中形成止水保护套。,（,4,）盾构法隧道施工中控制沉降的同步注浆及二次补偿注浆。,可以说，在现在隧道和地下工程施工中，注浆是修建隧道与地下工程的一项必备辅助工法。,一、注浆的功能与用途,2.1,、注浆材料的要求,（,1,）浆液黏度低、流动性好，能注入岩层细小裂隙或粉细砂层。,（,2,）浆液稳定性好，能在预定时间内凝固，结石体透水性低，具有一定的,抗压、抗拉强度，尤其希望结石体早期抗压、抗拉强度高，有较好的抗老化性能。,（,3,）,材料来源广，价格适中,，配置及操作简便。,（,4,）不污染环境及对操作人员无损害。,2.2,、注浆材料的分类,注浆工程中使用的浆液由主剂（主要原材料）、溶剂（水或其他溶剂）及各种外加剂（,固化剂、凝胶剂及缓凝剂、速凝剂等,）按一定比例混合配置而成的液体。,二、注浆材料,2.2.1,、非化学浆液,（,1,）普通水泥浆液,（,2,）水泥黏土浆液和水泥膨润土浆液,（,3,）,超细水泥,（,4,）特种水泥,-,硫铝酸盐（,TGRM),水泥注浆材料,2.2.2,、化学浆液,（,1,）水玻璃类浆液,（,2,）,水泥,-,水玻璃浆液,（,2,者皆可）,（,3,）溶液型水玻璃浆液等等,由于本工程涉及的浆液主要为,水泥,-,水玻璃浆液（,C-S),及,超细水泥,-,水玻璃浆液（,MC-S,），,故重点介绍这两种浆液。,2.3,、水泥,-,水玻璃浆液,水泥,-,水玻璃浆液在胶凝时间的控制、对较细砂层的可注性及结石率方面，比水泥浆有所改善。,（,1,）水泥,-,水玻璃浆液的固结原理,水泥的主要成分为硅酸三钙,3CaOSio,2,、硅酸二钙,2CaOSio,2,、铝酸三钙,3CaoAl,2,O,3,和铝酸铁钙,4CaOAl,2,O,3,Fe,2,O,3,。,浆液胶凝反应式为：,Ca(OH),2,+Na,2,OmH,2,o+nH,2,OCaOmH,2,OnH,2,O+2NaOH,（,2,）水泥,-,水玻璃浆液的配比,水泥,-,水玻璃浆液的配合比要根据岩层裂隙大小、渗透系数大小、钻孔涌水量或吸水量确定。,（,3,）水泥,-,水玻璃浆液性能,水泥,-,水玻璃浆液的黏度、凝胶时间和结石强度关系到注浆的质量。水泥浆的水灰比、水泥浆液浓度和水玻璃浆液浓度、水泥,-,水玻璃浆液的体积比以及水泥的质量、龄期和浆液的温度等，对浆液的黏度、凝胶时间和结石体的强度有影响。,水泥,-,水玻璃浆液的凝固时间可以从几秒钟到几十分钟，掌握控制凝胶时间，是施工中的一个重要环节。,水泥,-,水玻璃的凝胶时间主要取决于水泥的用量，与水玻璃的用量关系不大。在其他条件相同时，水泥浆与水玻璃浆的体积比越大，浆液凝胶时间越短,。,注浆时，改变水泥浆与水玻璃浆的配合比可以调整凝胶时间。但是，,水玻璃浆的用量不得小于水泥浆的,0.3,倍，否则混合浆液早期强度低，易被地下水冲走,；同时由于浆液凝胶时间过短，易造成堵孔事故。冬施期间，需将水玻璃浆加温以及用热水拌合水泥浆，来提高浆液的温度（温度对,CS,浆液凝胶时间有较明显的影响）。,本工程主要应用注浆材料为超细水泥，超细水泥分为,MC,超细干磨水泥和,WMC,超细湿磨水泥，他们具有超细的颗粒直径，平均粒径,34m,，最大约为,10m,。,MC,主要性能：,（,1,）稳定性好，具有较强的分散性，能抗离析和沉淀。,（,2,）凝结时间随水灰比的增大而变长，在浆液中加入水玻璃时，凝结时间缩短。,（,3,）可注性远高于普通水泥。,（,4,）固结体的强度高。,WMC,主要性能：,（,1,）现场湿磨，虽然它不能达到超细水泥灌注细砂土的非凡能力，但阻水性能良好。,（,2,）流动性好，稳定性好。,（,3,）无毒，不污染环境。,（,4,）固化速度快，结石体强度高。,7d,可达,45Mpa,。,（,5,）价格比超细水泥便宜。,改性水玻璃浆液,：将水玻璃与硫酸混合，使水玻璃改性，形成酸性浆液，称改性水玻璃浆。简称,SS,浆。,1,、浆液胶凝机理：水玻璃与硫酸起化学反应，生成凝胶化,nSi,（,OH),2,SO,4,浆液在粉细砂层中凝胶固化，达到注浆加固效果。（浓硫酸稀释计算式如下）,V,浓：稀释前浓硫酸体积；,浓：稀释前浓硫酸密度；,C,稀：稀释后硫酸质量百分比浓度；,C,浓：浓硫酸中硫酸质量百分比浓度；,V,稀：稀释后硫酸溶液体积；,2,、注意事项：稀释浓硫酸时，将浓硫酸缓慢注入水中，并均匀搅拌，防止浓硫酸飞溅伤人；在配置浆液时，当,PH,值到达,2,时，加入水玻璃应缓慢，认真观察浆液中是否有凝胶团出现，一旦出现应停止加入，浆液配制完成。,地下工程注浆材料的渗透性用表,注浆材料名称,砾石,砂砾,粉砂,粘性土,大,中,小,粗,中,细,普通水泥单液浆,超细水泥单液浆,普通水泥水玻璃双液浆,超细水泥水玻璃双液浆,改性水玻璃单液浆,TGRM,单液浆,三、注浆机理,在隧道及地下工程的注浆工程中，注浆机理主要有三种：渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆。三种注浆大致的形态如下图所示。,渗透注浆是指在压力作用下使浆液充填土的空隙和岩石的裂隙，排挤出空 隙中存在的自由水和气体，通过物理化学反应，浆液在空隙中形成具有一定强度和低透水性的结石体，堵塞或充填空隙，起到加固和防渗作用，此方法一般只适用于中砂以上的砂性土和有裂隙的岩石。,3.1,、,渗透注浆,浆液在较高压力（相对渗透、填充注浆）的作用下，似利斧劈入土层（通常土颗粒的粒径小于,0.01mm,），产生劈裂面，浆液的劈裂路线呈纵横交叉的脉状网络，故此又称脉状注浆，但劈裂注浆会破坏被注对象的原始结构而渗透注浆不会。,3.2,、,劈裂注浆,压密注浆是指通过钻孔将不易流动的极浓的惰性注浆材料压入地层中，在形成匀凝固结浆泡的同时，压密周围土体的方法。,3.3,、压密注浆,3.2.1,、,劈裂注浆的加固效应,3.2.1,、填充效应,浆液在压力的作用下，进入岩土孔隙，首先会在岩土空隙中填充固结起到加固作用。浆液结石体排挤岩土孔隙中的空气和水，这种效应所形成的符合体显然对岩土层原始状态的强度有增强租用。,3.2.2,、挤密效应,由于浆液的填充，在压力作用下扩散，对周围的岩土必然会产生一定的挤密作用，使空隙比有所减少。,3.2.3,、扩散效应,包括浆液在压力作用下产生的劈裂，以及在主脉理再产生支脉，各条脉理上也可能发生局部的渗透。,3.2.4,、骨架效应,浆液进入岩土层后，并不是与土颗粒或岩石均匀混合，而是呈两相各自存在，所以应该考虑浆液结石体与土体构成两相复合体的骨架效应。,四、注浆工艺,在常见的浅埋暗挖法隧道注浆施工中按照开挖施工的先后顺序主要分为,2,大类，即：,第,1,类为在隧道开挖施工之前对即将开挖的土,(,岩,),体进行注浆加固称为,超前预注浆,；,第,2,类为在隧道开挖施工之后对隧道周围土,(,岩,),体进行环向打孔注浆加固称为,径向补偿注浆,。,对于开挖断面较大的双线隧道或跨度较大的渡线隧道，因注浆小导管加固范围有限，故一般采用开挖面深孔注浆。本工程为全断面深孔注浆，孔位环形布设，且数量多达,52,个，所以建议孔位改为三角形梅花布设，中洞与侧洞间孔位方便布设，钻机移动方便，加快施工效率。,深孔注浆,注浆工艺,注浆材料,双重管注浆,水平旋喷注浆,TGRM,注浆,袖阀管注浆,特种浆液,水泥水玻璃双液,水泥单液浆,改性水玻璃,控制注浆范围；,注入效果好；,土体扰动不明显；,适用地层广泛。,土体扰动大，,地面易隆起；,浆液损失大,工艺复杂；,施工难度大；,注入效果较好,适用于涌水涌沙,地层；材料造,价高、来源少,化学浆液；,成本高；,强度低；,可注性好,可灌性差；,胶凝时间长；,强度增长缓慢,可灌性较高；,胶凝时间可控；,结实体强度高；,防渗性能好；,造价高；,来源少；,污染环境,WSS,无收缩注浆,工程成本较高；,固结体强度高等,五、注浆机械设备,注浆设备主要包括,钻机,、钻具、,注浆设备,、,搅拌机,、注浆管路总成、止浆塞和,混合器,等，除钻机与钻具是成孔设备，其他设备是制备、输送浆液，并将浆液注入岩层裂隙或软土地层中的机具。,一、 按钻杆前进方式不同，钻孔机械主要有以下几种分类,（,1,）回转式、（,2,）冲击式（,3,）回转,-,冲击式（,4,）振动式四种，,根据东延线地质情况，区间主要穿越粉质粘土层、粘土层、粗砂层及全风化泥岩等，故选用回转式钻机。,由于注浆钻孔呈伞形辐射状，钻机可钻孔角度要满足,+90-90,范围；隧道内场地狭窄，为便于施工，钻机应体积小、重量轻；为避免污染隧道内空气，应选用电动机带动钻机，故本区间选用,TXU-150,型钻机（石家庄产）。,二、注浆泵是压注浆液的机械，是注浆施工中重要的机械 。理想的注浆泵应具有如下性能：,（,1,）它应该有足够的排量和一定的压力，并且易于随时间调整注浆量和注浆压力，排浆量从零到最大额定值范围内都应能适应。,（,2,）注浆泵应能进行双液化注浆；甲、乙两液的比例能够在机械运行过程中调节。,（,3,）拆卸、清洗和组装方便和体积小、重量轻、搬运方便。,根据东延线地质及设计情况，注浆采用,MC-S,及,C-S,双液浆注入粉土层，故选用,YSB-60/5,型液力调速注浆泵。,三、搅拌机是把注浆材料混合在一起并在短时间内搅拌均匀的机械，其生产能力应与注浆泵单位注浆量相适应 。,目前工程中常用的搅拌机（组）有以下几种：,（,1,）立式水泥搅拌机,一般搅拌机主轴转速为,4060r/min,；搅拌能力为,1015m/h,，满足东延线施工需求；缺点：体积过大。,（,2,）水力喷射式水泥搅拌机,其优点是效率高，棵连续制浆，混合能力大。缺点是不易控制浆液的水灰比，需采用计量装置来调节浆液；,（,3,）水力旋流式搅拌机,拌桶有效容积为,0.6m,，一次造浆需,23min,，缺点：单次搅拌量较小。,故：东延线宜选用立式水泥搅拌机或水力喷射式搅拌机，单次搅拌量充足，设备结构简单。,六、注浆技术参数,注浆设计,（,1,）确定注浆目的和注浆标准；,（,2,）注浆材料的确定；,（,3,）浆液浓度的确定,；,（,4,）注入方式的确定；,（,5,）胶凝时间与扩散半径的确定；,（,6,）注浆段长与注浆孔、检验孔 的布设；,（,7,）注浆压力注浆速度的确定；,（,8,）注浆量的确定；,浆液浓度,对于注浆浓度，在每段每次压浆时,先稀后浓,，,同一分段多次压浆时则先浓后稀。,一般水泥浆液起始浓度较高，特别在初期压浆阶段，因稀释浆液使结石率低，并增大扩散半径,延长压浆时间。常用的水泥浆液浓度为,1.5:1,0.5:1,。,水泥浆液压浆过程中，某一种浓度级的吸浆率约为吸水率的,80%,85%,时,可以认为浓度适宜。在某一种浓度压力保持不变、吸浆率随压浆时间延长而逐渐减少,或吸浆率不变而压力却逐渐升高时,不需改变浆液浓度。,遇有,冒浆或岩层破碎带,、大裂隙、裂隙发育地层时,应越级加浓,或,采用间歇注浆,、水泥一水玻璃双液注浆等措施。,注浆顺序,在注浆时：,应遵循”先外圈后内圈，同一圈先上部孔后下部孔、间隔跳孔，逐渐加密，先注无水区，后注有水区”的原则,，在注浆管路上安装注浆压力表，静水压力,1.0,1.5MPa,，采用纯压式灌浆，压力表安装在孔口进浆管路上，压力表指针摆动范围应小于灌浆压力的,20%,，压力读数读压力表指针摆动的中值。第一序孔按注浆量达到或接近预估注浆量可结束注浆；第二序孔按注浆压力达到设计压力，注浆量逐渐减少至小于,1L/min.m,并维持,10min,以上，可结束本次注浆。,注浆压力,注浆压力影响注浆效果,其大小决定于,涌水压力,(,开挖工作面静水压力、突水的动压力,),、裂隙大小和粗糙度、,浆液的性质和浓度、要求的扩散半径,等。合理的注浆压力既能避免压力过高造成的不利影响,又能保证浆液的,结石强度和不透水性,有利于形成良好的隔水帷幕。,对注浆压力的确定,通常采用以静水压力为依据的经验公式,即只考虑静水压力,而对影响注浆的其他因素均不考虑。通常有下述两个公式可供选择,:,P=3,5,倍静水压力；,P=P,静,+(,0.5,1.5)Mpa,。,在实际使用中,预注浆往往采用后者。,注浆压力的控制方法,一次升压法,。注浆一开始就在短时间内将压力升到设计规定值,并一直保持到注浆结束。在规定压力下,每一级浓度浆液的累计吸浆率达到一定限度后，调换浆液配合比，逐渐加浓；随着浆液浓度增加，地层裂隙逐渐被填充，吸浆率逐渐减少，直至达到结束标准,即结束注浆。一次升压法适用于透水性不大、裂隙不发育的较坚硬岩层。,分级升压法,。注浆过程中将压力分为几个阶段,逐渐升到设计规定值。开始阶段，以最低压力开始注浆，当吸浆率下降到一定限度时则将压力升高一级，当吸浆率又减少到下限时再提高一级压力，直到在规定压力下吸浆率减少到结束阶段标准时止。分级升压法适用于岩层透水性大、难以很快达到规定压力值，或者虽然能达到规定压力值，但吸浆率极大，超过上限甚至更多的情况。,注浆压力控制,在注浆过程中,，在某一级压力下，如果吸浆率超过一定限度,(,上限,),则应降低一级进行压注。待吸浆率减少到下限值时再提高到原来一级压力继续压注。,压力分级不宜过多，可以分为,两个或三个阶段,。关于,吸浆率的上、下限，则根据岩层透水性和压浆质量确定。,注浆扩散半径,水泥浆液在裂隙岩层中的有效扩散半径,水玻璃浆液在不同岩层中的有效扩散半径,在注浆过程中，浆液扩散半径与岩石岩层中裂隙大小、,浆液黏度、凝固时间、注浆速度和压力、压注量等因素有关,。施工中对压力、浆液浓度和压入量等参数进行人为控制与调整,对控制扩散范围可以起到一定作用。,注浆速度、胶凝时间、扩散半径的关系,浆液的胶凝时间应考虑使计划注浆量能渗入到预定的注浆范围，但当遇到较大的流动地下水时，除应控制注浆速度以防止浆液被过分稀释或被冲走外，浆液胶凝时间要控制浆液能注入的过程中凝结,。,总体来说，浆液的胶凝时间和扩散半径应成正比，也就是浆液的扩散半径越大，其胶凝时间越长，但同时应考虑地下流动水及其他影响因素，通过调整注浆速率来满足及,达到扩散半径，浆液又不会被稀释的目的或结石体可以达到设计强度,。,扩散半径与孔距、排距间的关系,按注浆的有效范围，,注浆孔布置必须是各孔注浆范围相互交叉重叠，以防止出现,”,盲区”而影响注浆效果,。,工作面预注浆注浆孔的布置要根据注浆范围、注浆段长度及单孔扩散半径、岩层裂隙的发育情况、含水层分布情况、断面大小和洞内作业条件而定。,注浆孔的间距一般按照孔底的间距计算，所以说在满足浆液的扩散半径的同时，合理的设置孔距与排距，保证各孔间注浆范围有交叉重叠，无盲区出现为宜。,浆液扩散半径与孔距间的关系见下图：,假定单孔扩散半径为,R,，依据注浆孔位布置原则，注浆孔如右图布设，经计算孔距,L=3R,。,为达到较好的注浆效果，严格的控制注浆参数来保证引孔位置和浆液的扩散半径，以防止注浆 “盲区”的出现，是注浆过程中质量控制的关键。,注浆量可根据扩散半径及岩层裂隙率进行粗略估算。,式中：,R,浆液扩散半径,(m),；,H,注浆段长度；,裂隙率（孔隙率），一般取,1%,5%,；,在裂隙内浆液的有效填充系数，约为,0.30.9,。,对于大的溶腔、溶洞、溶槽等，裂隙率,5%,时，浆液注入量难以计算，此时宜用注浆压力控制注浆量。注浆量只能按注浆终压规定值时的注浆总量来确定。,注浆量计算,外加剂的加入方法及水玻璃稀释,水玻璃是一种水溶性硅酸盐,其水溶液为水玻璃,.,但是不能用普通水稀释,要用蒸馏水稀释。,水玻璃的配置一般有,2,种方法：,1,、根据预配置水玻璃的体积，分别计算出稀释前所需的浓水玻璃的体积和稀释用水的体积；,质量守恒原理：,M,浓,s,+M,w,=M,稀,s,体积近似守恒：,V,浓,s,+V,w,=V,稀,s,浓,s,= ,稀,s,同理；,2,、向浓水玻璃溶液里加入水，边加水边搅拌，边用波美计测试其浓度，达到所需浓度时为止。,当使用缓凝剂时，应注意加料顺序和搅拌、放置时间。,加料顺序为：水缓凝剂溶液水泥,，搅拌时间不小于,5min,，放置时间不超过,30min,，搅拌时间及放置时间对缓凝效果影响见下表：,145,145-Be,浓,s,注浆结束标准,注浆结束标准通常考虑两个指标：,达到设计压力,(,即终压,),时的持续时间和进浆速度小于规定值,。,一般结束标准是：注浆压力达到设计终压；双液,(,水泥一水玻璃浆液,),吸浆率为,18,35L/min,。单液,(,水泥浆,),为,7,20/min,，即可结束。,在正常情况下，当注浆压力达到或接近设计终压时，结束注浆；当压力接近终压或达到终压的,80,时，如出现大的跑浆，经间歇注浆后达到或接近终压，也可结束注浆。,整冶涌突水、突泥，其终压值根据客观条件的变化，可选择合理的上限值、下限值和导坑突水量作为终止标准。,注浆效果检查,在注浆堵水加固完成后，为防止开挖时发生坍塌涌水事故，并保证隧道渗漏水水量符合设计要求，必须进行效果检查。,检查通常采用钻孔取芯法进行，有条件时还可采用物探等方法进行（着色剂）。,钻孔取芯法按设计要求，在注浆薄弱地方钻检查孔，检查浆液扩散、固结情况和取芯率，并进行压水（抽水）试验，检查地层吸水率,(,透水率,),，计算渗透系数及开挖时的出水量；也可通过检查孔观察注浆后围岩的渗漏水量，直观地进行注浆效果的评定。,分段注浆,分段前进式注浆（可能涉及）：这种方式是注浆钻孔钻进一段注浆一段，由外向里依次推进。分段前进式注浆宜用于裂隙发育或破碎岩层。其优点是堵水效果好，缺点是注浆钻孔钻进重复、工程量较大。,分段后退式注浆：这种方式是将注浆钻孔一次钻完，由孔底向外分段注浆。分段后退式注浆宜用于裂隙不甚发育的岩层。其优点是注浆钻孔无重复钻进，工程量相对较小。,注浆工艺及要求,岩层破碎容易造成坍孔或钻孔涌水量过大时，应采取前进式注浆，否则采取后退式注浆。,孔口设,3m,长的,108mm(,热轧无缝钢管，壁厚,5mm),孔口管。孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。,一个孔段的注浆作业一般应连续进行，不宜中断。应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成被迫中断。因实行间歇注浆、制止串浆冒浆等而有意中断时，则应先扫孔至原设计深度以后进行复注。,七、注浆常见问题,表,7-1,注浆管堵塞,原因分析及处理对策,序号,原因分类,原因分析,处理对策,1,材料问题,注浆原材料过期变质,试验，杜绝使用过期材料,水泥浓度过浓,采用高水灰比浆液,胶凝时间过短,调整配比，延长胶凝时间,2,操作问题,浆液中进入杂物,增加滤网；单次结束清洗设备,混合浆液管路过长,缩短管路，原则上不超过,5,米,水泥水玻璃浆液管路放错,管路上制作标记,注浆泵缸体中堵塞,每周清洗缸体,水泥浆管路中有沉积,注浆过程中敲击管路，防沉积,3,工艺问题,注双液时未采用混合器,必须采用混合器，禁止用三通,4,地质问题,地层吸不进浆,调整注浆终压；调整注浆材料；,表,7-2,注浆过程中,跑浆原因,分析及处理对策,序号,原因分类,原因分析,处理对策,1,工艺问题,未施做止浆墙,应施做止浆墙，防止跑浆,未对后补进行径向注浆,注浆前应对后部进行径向注浆,2,操作问题,止浆墙施工质量问题,加强施工质量；调整胶凝时间；间歇注浆,后补径向注浆效果差,加强径向注浆施工质量,表,7-3,串浆,原因分析及处理对策,序号,原因分类,原因分析,处理对策,1,工艺问题,单孔注浆量过大,定量注浆，多空同步注浆,注浆压力过大速度过快,调整注浆参数,钻孔间距过小,加大孔距,表,7-4,注浆时长时间,压力不上升,原因分析及处理对策,序号,原因分类,原因分析,处理对策,1,工艺问题,未设计注浆材料使用体系,健全注浆材料使用体系,注浆方式控制不合理,采用间歇分序注浆,2,材料问题,浆液浓度过稀,调整浆液配比,注浆材料不合适,缩短胶凝时间,7-5,、地表隆起,地表隆起原因较为复杂，主要分为以下几点：,（,1,）注浆压力过大；,（,2,）注浆量过大,;,（,3,）胶凝时间过长；,（,4,）浆液粒径过大，地层中主要为劈裂方式注入；,故本工程区间段，外侧两环主要为超细水泥,-,水玻璃双液浆注入；内侧两环为水泥,-,水玻璃双液浆注入。且本区间穿越粘土层、泥岩层等，土体颗粒细小，密实。所用一般浆液无法渗透注入，但劈裂注浆压力过大，易造成地表或构造物发生位移。故本区间段采用,劈裂渗透注浆,，控制注入压力、快速使其先形成劈裂注入，但形成的劈裂面不大，此后浆液延劈裂脉渗透注入。施工时，严格控制注浆压力及注浆量，并对地表、建筑物、管线进行实时监测，以保证施工安全。,八、注浆设备及现场图片,注浆作业平台,钻机,注浆泵,搅拌罐,砂卵层劈裂注浆效果,开挖后核心土处注浆效果,双重管注浆工艺流程示意图,九、本工程施工方案,1,、工程水文地质状况,（,1,）东伪区间地地势南高北低，场区地层由第四系全新统人工填土层、第四系中更新统冲洪积粘性土和砂土、白垩纪泥组成。,区间主要穿越地层为粉质粘土、粘土层、粗砂、全风化泥岩及强风化泥岩层，粘土层工程性质较差，其余地层工程性质较好。,（,2,）现场勘察过程中，发现三层地下水，第一层为表层孔隙性潜水（编号），第二层为浅层承压水（编号），均属于第四系松散岩类孔隙水。第三层为岩石裂隙水（编号），属碎屑岩类裂隙水。,根据场地水文地质条件，层水对结构施工有一定影响。 层地下水水位埋深,2.94m,4.60m,（高程,217.65,224.54m,），附属结构底板位于层水位上。施工前水位降深达到开挖基坑开挖面以下,1.0m,，且保持稳定，方可保证施工过程中无水作业。经过地勘单位确定，东广场水头差达,6.6m,，故如何保证隧道开挖安全为本工程难点。,杂填土,粉质粘土,粘土,砂层,全风化泥岩,强风化泥岩,杂 填 土,粉 质 粘 土,粘 土,砂 层,全 风 化 泥 岩,强 风 化 泥 岩,水位线,暗挖区间,1,）施工目的：本工程施工方案设计主要是解决隧道开挖过程中围岩土体的稳定性问题，及控制开挖施工对上部公路、铁路、管线及房屋的扰动问题，即在隧道开挖前在沟道前方一定范围内围岩土体进行超前预注浆加固处理。通过注浆填充土体空隙，疏干土体水份，使浆液与土体有机的结合在一起，形成具有一定抗压强度和支承保护能力的复合地基。使东伪区间暗挖隧道开挖线外,2,米增加抗压强度和粘结性，实现堵水和加固地层的目的，保证暗挖隧道开挖及下穿构筑物风险源时周边土体稳定，拱顶沉降量在,20mm,以内，倾斜率控制在,0.002,以内。,2,）施工方法选择：注浆施工工艺较多，但根据本工程施工场地等条件，只能采用洞内放射型超前预注浆工艺进行施工，（在地面无法采用垂直钻杆器抽注浆法和扩散式倾斜钻杆器抽注浆法施工时采用）其特点：不占用地表空间，且不影响交通及地面设施的正常运行。（该工艺经过多年的工程实践，积累了成功的施工经验。经实践证明此工艺已成为先进，成熟的工艺）。,故本工程采用双重管注浆工法，对隧道开挖线内及开挖线外,2,米范围内进行深孔注浆。注浆孔数为,52,个，深度为,17m,，,4,环布设，以达到稳固土体及堵水的预期目的。,注浆原理,二重管注浆工法是采用二重管钻机钻孔至预定深度后注浆，浆液有两种：水泥浆、水玻璃浆液。两种浆液通过二重管端头的浆液混合器充分混合。注浆时浆液将颗粒间存在的水强迫挤出,使颗粒间的空隙充满浆材并使其固结达到改良土层性状的目的。其喷浆特性是使该土层粘结力,(c),、内磨擦角值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加,起到加固作用。,深孔注浆是用水泥,-,水玻璃浆液从注浆孔道均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走砂层和粘土颗粒间的水分和气体，并填充期位置，通过改性浆液中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩小和抗渗性高、稳定性良好的土体。同时改性浆液本身胶凝时间短，在吃力含碎较大、渗透系数较大的砂层时能更好的、及时的加固止水。,土体结硬后后，土体的孔隙率和含水率较低，密度加大，同时由于改性浆液挤压土体，使土体抗变形能力增加，提高了变形模量，从而防止或减少掌子面土体坍塌。,注浆参数,主要包括,浆液配比、胶凝时间、注浆段长度、注浆压力、孔位布置、注浆速率、注浆量、注浆结束标准等,。经过小导管注浆试验，确定在粉质粘土及较密实粉细砂地带采用注浆浆液为水泥,水玻璃双液浆。第,1.2,圈孔采用超细水泥,+,水玻璃浆液，指导配合比为水灰比,1,：,1,、,CS,体积比为,1:0.5,、水玻璃浓度,35Be,，掺入,2.5%,缓凝剂。第,3,、,4,圈孔采用普通水泥,+,水玻璃浆液，指导配合比为水灰比,1,：,1,、,CS,体积比为,1:0.5,、水玻璃浓度,35Be,。,浆液配置应以指导配比为基础，现场发生土质变化等突发情况可适当调整配比。,注浆量可按以下公式计算：,L=V,na,（,1+,）,式中：,L=,注浆量，单位,m3,；,V=,注浆范围土体体积，单位,m3,；,n=,地层（粉质粘土和粘土）孔隙率；,0.6-0.9,a=,浆液充填系数，,0.7,0.9,，取,0.8,；,浆液损失率,：,10,30,，取,20%,；,设计中，,na,（,1+,）统称为填充率，填充率按下表选用。,施工工艺流程图,中洞法区间注浆示意图,质量控制措施,1,、应严格按照设计参数钻孔，钻孔孔位及角度偏差符合相关规定，若现场钻孔孔位因客观条件限制不能满足设计要求，应进行移位，并进行计算，确定参数，必要时进行补孔。,2,、注浆材料应满足设计要求，严禁使用过期结块的水泥，必要时进行检验。,3,、注浆过程中，要根据不同的情况选择合适的浆液和浆液配比。,4,、浆液配比应符合设计要求，配浆时最大的误差为：水泥、水玻璃、水为,5%,，外加剂为,1%,。,5,、浆液搅拌应均匀，一般水泥浆、超细水泥浆搅拌时间为,35min,，但不得超过,30min,，未搅拌均匀或沉淀的浆液严禁使用。,6,、注浆过程中发生串浆时，可采取两孔同时注浆措施，若隧道周边有泄水洞时，应对泄水洞进行埋管限排或封堵，并对排水管或泄水洞进行观察，若跑浆可采取缩短胶凝时间，间歇注浆等措施。,7,、注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因，如工作面漏浆，可采取封堵措施，如跑浆可通过调换浆液调整浆液配比，缩短胶凝时间，进行大泵量低压力注浆，必要时采用间歇式注浆，以达到控域注浆的目的。,8,、注浆过程中，压力突然升高，应及时查找原因进行处理，确因浆液胶凝时间过短，则应停水玻璃泵，只注水泥浆，待泵压恢复正常后进行注浆。,9,、一台泵发生故障后，应立即换备用泵进行注浆。,10,、双液注浆过程中，必须使用带单向阀的浆液混合器，严禁用其他东西代替，以免造成管路及注浆泵的堵塞。,11,、注浆过程中，应保持注浆管路的通畅，防止因管路堵塞影响注浆结束标准的判断,。,12,、注双液浆时，应经常注意浆液的吸入比例，测试浆液的胶凝时间，确保浆液强度和注浆堵水效果。,13,、双液浆注浆结束后，应先停止水玻璃，后停水泥浆，并应及时清洗管路防止堵管。,14,、严格按照后退式注浆设计的段长进行分段注浆，不得任意改变分段长度，必要时进行重复注浆，保证注浆质量。,15,、注浆过程中要做好记录，钻孔情况、注浆压力、注浆流量、注浆量，以及注浆过程中发生的事故等，为效果分析提供数据。,16,、严格进行注浆效果检查评定，符合要求时才能结束注浆作业，当未达到注浆结束标准时，应进行补孔注浆 。,17,、注浆结束质量验收过程中，钻孔探测，如注浆效果达不到要求，严禁开挖，并进行补孔注浆，经检验合格后方可继续开挖。,十、工程实例,长春地铁一号线南湖大路站至繁荣路站区间段，,1,号工区左右线大里程隧道掌子面基本位于地质勘查报告提供的粘土、粉质粘土层中，通过地表管井降水疏排，掌子面土体中基本无渗漏水。但是在右线大里程开挖支护至,40m,位置、左线大里程隧道开挖支护至,31m,位置，掌子面拱部土体中含水量突然增大，存在明显的渗水现像，且多次发生拱部土体剥落伤人和塌方事故，现场开挖支护施工存在较大安全隐患。为此，经监理单位组织，于,2013,年,5,月,29,日召开了由建设单位、监理单位、设计单位、施工单位、地勘单位和三方监测单位参见的多方会议。经过施工单位汇报和现场踏勘，发现施工掌子面附近一条,DN300mm,雨水管线堵塞，管线和收水井内积水严重。经分析讨论后认为区间,1,号工区左右线隧道掌子面土体中突然含水量增大，拱部出现渗水现象，可能原因为地表雨水管线堵塞排水不畅造成地表水下渗或掌子面前方存在不明水囊。因此，要求施工单位立即组织疏通地表雨水管道，保证排水通畅不积水，同时进行掌子面前方超前探测，探明掌子面前方是否存在水囊，并且超前导管支护注浆浆液由单液水泥浆更改为止水性更好的水泥、水玻璃双液浆。,地表坍塌照片,洞内坍塌照片,3.1,注浆作用,改变原土体的物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，达到对隧道拱顶土体的加固止水效果，排除施工中的安全隐患，确保施工安全顺利进行。,3.2,二重管浆的优点,二重管注浆工艺能够将不同地质情况填充密实，改变原土体的物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，,采用二重管注入方式，使注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。,可以进行一次、二次注入切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合注入。,瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率，在土层改良时可以自由地设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。,由于一次注入是限制注浆，二次注入是的渗透注浆，注浆液不会向注入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。（,PH 7-7.5,）,3.3,注浆孔位布置,根据同种地层的施工经验，在采用,13MPa,的压力下，浆液的扩散半径根据经验暂定为,0.5,米，根据半径选择注浆孔的间距为起始间距,0.38m,、末端间距,0.84m,单排布置。详见,图,3-7,注浆孔布置横断面图、图,3-8,注浆孔布置纵断面,。,孔位布设示意图,3.4,注浆范围的确定,纵向注浆范围根据南湖大路站,繁荣路站区间暗挖隧道内渗水通道位置的实际情况决定，在洞内采用二重管注浆方法加固地层，横断面加固范围为暗挖隧道外轮廓线向外,2.5,米，向内,0.25,米，拱弧长度为拱部,210,度范围。见,图,3-9,注浆加固范围示意图,注浆加固范围示意图,3.5,注浆压力的控制,针对洞内砂层采用拱顶部位超前注浆，为保证管线和交通地面的安全，取注浆压力为,12MPa,，并根据施工现场实际情况及时进行调整。,3.6,注入材料特性,本注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。有下列优点：,(1),、固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注浆液也具有很高强度。,(2),、渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。,(3),、地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。,(4),、浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。,(5),、浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染。,每立方米注浆液标准配比如下表所示：,项目,名称,单位,数量,备注,注浆浆液,水泥,Kg,412.0,硅酸钠,Kg,456.0,磷酸,Kg,68.40,按水玻璃重量,15%,uea,抗裂微膨胀剂剂,Kg,41.20,按水泥重量的,10%,液体速凝剂,Kg,20.60,按水泥重量的,5%,水玻璃液配制：水玻璃出场浓度一般为,50-60Be,，注浆用的范围为,35-45 Be,，所以工程使用的水玻璃需经稀释方可使用（或直接购买相应浓度水玻璃）。,出厂浓度改制成使用浓度，加水量,V,水,=V,原,（,原,-,配）,/,（,配,-,水）,欲配制的水玻璃体积：,V,配,=V,原,+V,水,原,原来水玻璃密度（,kg/l,），,原,=145/,（,145- Be,原）（,Be,原原来水玻璃浓度）,配,欲配水玻璃密度（,kg/l,），,原,=145/,（,145- Be,原）（,Be,原欲配水玻璃浓度）,水,-,水密度（,kg/l,）,3.8,注浆量的确定,每延米注浆量公式为：,V=R2N1.2,V-,表示注浆量；,R-,单孔浆液扩散半径,0.5m,；,-,孔隙率为,0.4,-,填充系数为,0.8,N-,孔数,21,；,浆液损耗系数：,1.2,注浆量为,:,V=0.250.40.82151.2=19.78m3,3.9,注浆工艺及要求,(1),、工艺要求,定孔位：根据现场情况，对准孔位，不同入射角度钻进,要求孔位偏差为,3cm,，入射角度偏差不大于,1,，入射角度由注浆起始孔和钻到设计终点孔位高差和水平注浆距离的三角关系来确定。,钻机就位：钻机按指定位置就位，调整钻杆。对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。,钻进成孔：第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于,30cm,。钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工；,回抽钻杆：严格控制提升幅度，每步不大于,15-20cm,，匀速回抽，注意注浆参数变化。,浆液配比：采用经计量准确的计量工具，按照设计配方配料。,注浆：注浆孔开孔直径不小于,45mm,，严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。,开挖：注浆开挖时注意检查注浆效果，每循环预留,2,米注浆段不开挖留作止浆墙。,工艺流程图,(3),、注浆流程,注浆前先封闭半个掌子面，范围为掌子面为粘土、粉质粘土范围。掌子面封堵厚度为,0.3,米，作为止浆墙，止浆墙采用挂网喷射混凝土，网片为,6.5150150,钢筋网片，网片固定在掌子面打设的钢筋锚杆上，钢筋的规格为,25,，间距为,500500,，长度为,2.5m,，目前暂定双排布置，见下图。,