小导管预注浆技术.doc

小导管预注浆技术小导管预注浆技术杨刚于海营寇俊峰摘要在围岩自稳能力差或无自稳能力地层中开挖隧道及地下工程，提出了预注浆机理与分类、参数选择、材料选择与配比等关键问题进行了综述，展示了注浆在工程中应用的广阔前景。关键词小导管预注浆注浆参数注浆材料配比Small Duct Pre-grouting Construction TechniquesYang Gang(Shenyang Architectural and Civil Engineering Institute， Shenyang， 110015)Yu Haiying， Kou Junfeng(Tunnelling Company,Liaoning BGMR， Chaoyang， 122000 )AbstractThis paper discusses mechanism and classification, parameter selection, material selection and mixture ratio of pre-grouting during tunnelling in less or no self-stable surrounding rock and presents the application prospect of grouting in engineering.Key wordssmall duct pre-grouting, grouting parameter, grouting material, mixture ratio小导管预注浆是沿开挖隧道或地下工程外轮廓线，以一定角度打入(或钻孔后装入)管壁带孔的小导管，并以一定的压力向管内压注浆液的施工措施。它既能将洞(室)周围岩(土)体预加固，又能起超前预支护作用。适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管预注浆施工简单，且注浆时间短，达到加固、防渗、堵漏的目的，所以广为利用。 现将辽宁地矿井巷建筑工程公司于1997年底，在沈阳市方形广场地下过街电缆通道施工中，用超前小导管预注浆法，成功地通过了50 m含水粗砂地层的实践及收集到的有关注浆法典型实例浅析综述如下。1注浆机理与注浆分类注浆机理是进行注浆设计的基础与依据，只有基本弄清了属于什么机理类别的注浆，方能正确进行注浆设计与施工。隧道及地下工程注浆，一般是指化学注浆，按注浆机理划分注浆类型有：充填注浆，适用于断层破碎带、砾石层、坍塌冒顶地段；渗透注浆，适用于砂层、砂砾石层；层间注浆，适用于板岩及岩层裂缝；压密注浆，适用于土壤、淤泥；劈裂注浆，适用于粘土层、断层泥及沉积岩层间；旋喷注浆，适用于土层及严重风化岩层。施工常用的是充填注浆和渗透注浆。2注浆设计与注浆参数小导管预注浆设计可根据地质情况、设备能力、施工条件等，参照下列要求进行。 (1)小导管外径可根据钻孔直径选择，一般选用4250 mm钢管，长度35 m，外插角1030，管壁每隔1020 cm交错钻眼，眼径68 mm。 (2)导管纵向两组间应有100 cm的水平搭接长度，环向间距2050 cm。 (3)注浆压力是使浆液扩散、充塞、压实所需的压力。其选用原则是在不破坏岩层结构的条件下，有效地将浆液压入岩层中，满足设计需要，达到注浆目的。根据实践，一般为0.51.0 MPa。 (4)注浆量：单根导管注浆量Q1可按下式估算：式中：Rk浆液扩散半径；L导管长度；岩体孔隙率。 (5)浆液扩散半径可根据管密度确定，考虑注浆范围相互重叠的原则，扩散半径可按下式计算：Rk=(0.60.7)L0式中：L0导管间中心距。 (6)注浆工艺流程见图1。图1注浆工艺流程3注浆材料选择与配比注浆材料应根据岩性、地质构造及水文地质条件等进行选择。浆材品种很多，选择原则是：浆液浓度低、胶凝固结强度高、胶凝时间可调节、稳定性好、操作方便、价格低、不污染环境等。3.1注浆材料选择 (1)断层破碎带和砂卵石地层，加固或堵水注浆宜选用水泥浆液和水泥水玻璃浆液。 (2)断层泥地带，宜选用水玻璃。 (3)中、细粉砂层及细小裂缝岩层、断层泥堵水注浆，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液。 (4)坍塌地段或断层破碎带空隙大时，宜选用水泥浆液或粘土固化浆液。3.2材料、配比对凝胶时间及强度的影响 (1)水泥品种对凝胶时间的影响：水灰比相同时，矿渣硅酸盐水泥凝胶时间较长，普通硅酸盐水泥次之，早强水泥最短。 (2)水泥浆浓度对凝胶时间的影响：随着水泥浆浓度的增加(水灰比减小)，水泥和水玻璃之间反应加快，凝胶时间缩短。 (3)水泥浆与水玻璃体积比对凝胶时间的影响：随着水玻璃用量减少，凝胶时间缩短。 (4)缓凝剂掺量：加缓凝剂的浆液对结石体的强度有明显不良影响，因此掺量不能超过水泥质量的2%。 (5)温度对凝胶时间的影响：温度低则凝胶时间长，反之则短。4小导管预注浆工程实例4.1沈阳市方型广场地下过街电缆通道工程(辽宁地矿井巷建筑工程公司承建) (1)地质及水文地质概况：为粗砂含水地层。 (2)注浆方法选取：用类比法选用了低压、渗透注浆法，对围岩及掌子面砂层注入酸性水玻璃浆液固砂，获得成功。 (3)施工中降水：因工程在含水砂层中，为使施工顺利进行，在工程两端口部附近各打一口抽水井(井深在通道底以下35 m)，抽水降低水位。 (4)浆液材料选择与配比：用水玻璃为主剂(20 Be)，其胶凝剂采用工业硫酸90%以上(稀30%)、小苏打等。即碱性水玻璃溶液加入硫酸，浆液成酸性，酸性水玻璃遇到砂中的Ca2CO3时，过量的H2SO4随着pH值高至中性或接近中性，原硅酸产生聚合反应，生成硅酸胶沉淀，将砂粒包裹住，而起到固化砂体的作用。 材料配比：气温在15 以下，m(水玻璃)m(硫酸)m(小苏打)=3.4510.125；气温在1520 时为2.75510.012。 (5)导管布置：周边导管间距3040 cm，掌子面导管间距4050 cm。 (6)注浆压力：0.30.5 MPa。4.2神塑铁路杏树岭隧道注浆加固技术(铁十三局承建) (1)地质概况：浅黄至黄桔色干风积粉细砂。 (2)注浆方法：采用渗入性注浆法。 (3)浆液材料选择与配比：采用水玻璃为主剂，其胶凝剂用工业硫酸。每m3浆材平均需料量：水玻璃(40 Be)400 kg，工业硫酸(98%)100 kg，水600 kg,促进剂(NaHCO3) 5 kg。 (4)注浆参数：注浆管间距，拱顶90范围为3040 cm，掌子面为50 cm；导管选用60 mm钢管，长3.5 m，仰角30；注浆量0.30.4 m3/(3 m孔深)；扩散半径4050 cm；注浆压力0.4 MPa。4.3缙云山右线隧道5号塌方注浆处理(铁科院陕西分院) (1)地质概况：岩性为灰色泥质岩、角砾状灰岩，塌方处主要为角砾状灰岩，岩块度以30 cm大小为主。 (2)塌方处理方案：采用充填注浆法，在塌方处开挖轮廓线以外的塌落物进行注浆固结。 (3)注浆工艺：先筑止浆墙，后注浆，注浆分23次完成，第一次注浆目的是固结一定范围，为下一步长管注浆创造条件。 (4)注浆参数：注浆压力1 MPa；扩散半径12 m；注浆管采用42 mm钢管，长815 m；注浆量每孔20 m3。 (5)浆液材料选择与配比：单液用425号普通硅酸盐水泥，水灰比11或0.71；渗漏时改用水泥水玻璃双液，水玻璃浓度为3035 Be，水泥浆与水玻璃体积比为10.9。 (6)注浆孔布置：隧道断面11.7 m7.2 m，拱部布置13个孔，孔口间距100 cm；外插角为16。4.4小导管浅孔周边预注浆在破碎板岩及其断层破碎带中的应用(昆溪铁路，铁道部第一勘测设计院) (1)地质概况：地层为砂、泥质、硅质板岩，节理裂缝发育，风化严重，破碎板岩有涌水。 (2)注浆方法选择：采用层间和渗透注浆法。 (3)导管参数：导管外径42 mm，长度4.04.5 m；导管间距：拱部0.3 m，墙0.5 m；外插角1415。 (4)浆液材料选择与配比：水泥水玻璃(35 Be)浆液，水泥浆水灰比1.2510.81；水泥浆与水玻璃体积比1110.6；缓凝剂(CNa2HPO4)2%。 (5)注浆参数：注浆压力12 MPa，扩散半径0.40.6 m。4.5大瑶山隧道F9断层水泥水玻璃注浆材料的应用(铁道部西南所) (1)地质概况：F9断层影响带长465 m，主要由破碎砂岩、泥灰岩、断层泥组成，有涌水，埋深，地压大。 (2)浆液材料选择与配比：选用525号普通硅酸盐水泥，水玻璃35 Be，缓凝剂选用磷酸氢二钠。水灰比为11；水泥浆与水玻璃体积比为1110.6；缓凝剂掺量占水泥质量的2%。 (3)注浆压力：0.52.0 MPa。4.6南岭隧道岩溶流泥地段高压注浆(铁四院) (1)岩性：在岩溶洞内充填的粘土或断层泥，渗透系数在10-6 cm/s以下。 (2)注浆方法和注浆压力选择：选择高压劈裂注浆法，按隧道注浆部位产生的地压力值的3.5倍确定为注浆的最终压力，所以确定注浆最终压力为4 MPa。 经试验，注浆压力超过粘土的初始应力时，浆液将劈开粘泥穿插充填到粘泥之间，形成脉状结石体。 (3)注浆有效范围：注浆孔的终孔孔距，隧道周边外45 m范围按11.5 m等距布置：隧道洞体开挖范围按2 m间距布置。 (4)浆液材料选择与配比：以水泥、水玻璃(35 Be，模数2.4)为主，适量加入速凝剂、缓凝剂。水泥浆水灰比为11，水泥浆和水玻璃浆液体积比为10.5。5几点认识(1)小导管预注浆技术在岩石破碎、裂隙发育、地下水丰富的软弱围岩及砂层中应用，可提高围岩类别，加固效果显著。由于该工法具有不需要大型机具设备、工艺简单、见效快、经济和社会效益高等优点，因此往往被施工人员优先选用。 (2)施工设计包括施工方法、注浆参数、材料选择及配比、工艺流程等。 (3)小导管超前预注浆加固地层，只能起到临时支护的作用，只能满足开挖时地层不发生坍塌、渗漏水，保证开挖时安全即可。 (4)浆液材料选择与配比：根据地质情况，在设计或类比工法基础上，通达室内试验确定浆液品种及配比，经反复试用最后取得最佳方案。 (5)注浆检查：分析每个孔注浆压力、注浆量是否达到设计要求，注浆过程中是否有漏浆、跑浆现象，以浆液注入量估计浆液扩散半径，分析是否与设计相符。有条件时用声波检测仪监测岩体声速，判断注浆效果。作者简介：杨刚：男，1959年生，沈阳建筑工程学院土木系副教授；毕业于中国矿业大学，博士；曾获部科技进步一等奖1项。地址：110015 沈阳市。于海营，寇俊峰：辽宁地矿井巷建筑工程公司(122000 朝阳市双塔区西梁)。6参考文献1铁道部基本建设总局.铁路隧道新奥法指南.北京：中国铁