24-小导管超前注浆施工工法

'小导管超前注浆施工工法(TLEJGF-92-26)铁道部第十六工程局前言隧道与地下工程小导管超前注浆，是在地基处理灌浆法基础上发展起来的一项围岩加固止水新技术，它同时具有超前支护作用，是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖辅助措施。我局开发应用这项技术，多次通过隧道大塌方及软弱围岩地段。在西单地铁车站施工中，不仅采用小导管注浆超前支护技术开挖“眼镜”，而且还配合大管棚加固土体，成功地完成大跨度洞室的开挖，并在控制地表下沉中发挥了重要作用。经过多年的实践、总结，这项技术日臻完善，形成了本工法。此项成果于1988年获中国铁道建筑总公司科技成果二等奖。一、基本原理本工法的基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打(钻、压)入地层中，借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，以改善土体物理力学性能，这样既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳——地层自承拱，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而达到增加土体的自稳时间，提高开挖面地层自稳能力，限制地层松弛变形的目的。小导管超前注浆固结机理主要可归纳为以下两方面：1.渗入性注浆。对于具有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩，在注浆压力作用下，浆液克服各种阻力，渗入围岩的孔隙或裂隙中，达到固结地层的目的。2.劈裂、压密注浆。对于致密的土质地层，在较高的浆液压力作用下，裂隙被挤开，使浆液得以渗入，达到压密岩体的目的。二、工法特点1.形成了管棚与固结联合的超前支护体系，提高岩体自身的稳定性，抑制围岩松弛变形，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，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。4.采用常用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简便，一般工人都可掌握。三、适用范围本工法适用于风化很严重，节理很发育和碎石土、砾石土、砂、泥等各种软弱围岩条件下的隧道及地下工程地层加固，也可用于处理坍方体。四、施工设计程序与参数7 (一)设计程序(按图1实施)(二)设计参数1.小导管管径可选用Ф25~32有缝钢管，钢管长度采用3.5~6.0m。2.钢管应沿隧道开挖轮廓线布置向外倾斜，外插角α一般为5°~10°，处理坍体时可适当加大。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，应小于等于覆盖压力，即P＜rh，对于松散体和坍方段一般P＜1MPa。式中r——土体容重引起的压力；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(见图2)。5.横向小导管沿开挖轮廓布置如图3。Ⅱ类围岩劈裂、压密注浆时采用单排管；Ⅰ类围岩或处理坍方时可采用双排管；泥石流或其他地下水丰富的松软层可采用双排以上的多排管；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管。渗入性注浆导管环向间距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。注浆试验主要目的是选定注浆压力P、注浆半径r及注浆量。在选定注浆半径r后，可按两圆相交形成厚度(见图4)等于30cm确定孔距a。一般要求a＜40cm,故按图4可求得r＜25cm。试验时注浆压力应在允许范围内，按注浆半径r≤25cm选用较为经济合理。7 确定注浆半径r后，按上公式计算孔距。渗入性注浆选用双排管时，排距e=(r+b/2)时，两排孔正好紧密搭接，是一种最优的设计。劈裂、压密注浆孔距a及排距e视地质条件选用，一般a=0.3~0.5m,e=0.2~0.3m。6.注浆浆液应优先选用水泥浆液，当地下水丰富或有淤泥流砂时，可采用水泥—水玻璃双液浆。化学浆液成本高，有的有一定毒性，对环保不利，使用时要慎重。五、施工工艺(一)工艺程序工艺程序如图5所示。双排管或双排以上多排管布置时，为避免串浆，可分层施工，即先打一排管，注完浆后再打下一排管。(二)施工准备1.熟悉设计图纸。2.调查分析土质情况，按可灌比或渗透系数确定注浆类型。3.渗入性注浆要通过试验确定注浆半径、注浆压力、单管注浆量，选取导管间距。4.加工导管(如图6)，准备施工器材。5.准备施工队伍，培训施工人员。(三)钻孔、打小导管1.测量放样，在设计孔位上作标记。2.用钻孔台车或手持风钻钻孔后，将小导管沿孔打入；如地层松软也可用游锤或钻孔台车或手持风钻直接将小导管打入。3.对砂土类，可用Ф20钢管制作吹风管，将吹风管缓缓插入土中用高压风射孔，成孔后将小导管插入。7 (四)注浆1.单液注浆注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲清管内积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上，浆液可用拌合机搅拌，亦可用人工搅拌。图7为小导管单液注浆示意图。水泥浆水灰比为1.5∶1、1∶1、0.8∶1三个等级，浆液由稀到浓逐级变换，即先注稀浆，然后逐步变浓直到0.8∶1为止。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆宜用普通水泥或早强水泥，拌浆时可掺入减水剂。渗入性注浆按试验所确定的压力及注浆量施工，无试验条件时按注浆半径20cm，由大向小调整，选定压力及注浆量。劈裂、压密注浆按有效固结厚度大于40cm，在施工中由大到小，逐步选取最佳注浆压力及注浆量。注浆宜选用压力4.0MPa以上的高压注浆泵。当采用额定注浆压力为1.5MPa的UB-3型灰浆泵时，压力达到1.5MPa后，将注浆泵停下，等待几分钟后，若压力降到0.6MPa以下，再继续注浆，这样反复几次直到压力不能下降为止。注完浆的钢管要立即堵塞孔口，防止浆液外流。2.水泥—水玻璃双液注浆在地下水丰富或有淤泥、流砂等复杂地质条件下，宜选用水泥—水玻璃双液注浆，注浆时将两种不同的浆液分放在两个容器内，使用双液注浆泵或两台注浆泵按配合比分别吸入两种浆液，两种浆液在混合器混合后注入注浆管，图8为水泥—水玻璃双液注浆工艺示意图。注水泥—水玻璃双液浆时，水泥浆水灰比为1.25∶1~0.5∶1；水玻璃模数以2.4~2.8为宜，水玻璃浓度使用范围为30~45波美度，水泥、水玻璃浆体积比为1∶1~1∶0.3，初凝时间可用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。表1为425号硅酸盐水泥、45波美度的水玻璃浆、水泥浆水灰比0.5∶1、水泥浆与水玻璃1∶1时，不同掺量的磷酸氢二钠对初凝时间的影响。7 (五)注浆异常现象的处理1.在注浆过程中，经常发生浆液从其他孔流出的现象，这种现象称为串浆。发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗(拔塞后外流浆的注浆管不必进行此工序)，然后再注浆。2.单液注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵塞，应停机检查。当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时要补管。3.水泥—水玻璃双液注浆压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。4.水泥浆单液或水泥—水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。六、机具设备1.主要机具设备配备见表2。2.常用注浆机及性能7 常用注浆机按动力分为风动及电动两种；按功能分为单液及双液两类。常用注浆泵型号及性能见表3。常用注浆机械性能表33.注浆嘴注浆嘴钢管外径应略小于小导管内径，常见注浆嘴如图9所示。4.混合器双液法注浆时，两种浆液进入混合器混合后，再通过注浆嘴迅速流入小导管压进地层。混合器系工地自制，是一种联接两根进浆管与出浆管的三通管路并与阀门配套的设备(见图8)。七、劳力组织1.加工组：3~7人，分工制作小导管及临时支护材料。2.电工及机械司机：3~5人，分管空压机、注浆泵、搅拌机等。3.打管工班：6~9人，负责钻孔、打管。4.注浆工班：6人，分工注浆及封闭开挖面工作。八、质量标准及安全措施(一)质量标准7 1.导管应在开挖轮廓线上按设计位置及角度打入。渗入性注浆施工时，孔位误差不得大于5cm；角度误差不得大于2°；劈裂、压密注浆施工时，孔位误差不得大于10cm，角度误差不得大于3°(角度用地质罗盘仪检查)。超过允许误差时，应在距离偏大的孔间补管、注浆。2.钢管实际打入长度不得短于平均每根实际打入长度30cm，否则，开挖1.0m后补管、注浆。3.检查钻孔、打管质量时，应画出草图，对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。4.渗入性注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80%，劈裂、压密注浆单孔浆量不得少于平均每孔注浆量的60%，超过偏差必须补管、注浆。5.注浆过程中，要逐管填写记录，标明注浆压力、注浆量、发生情况及处理过程。6.固结效果检查宜在搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管，要认真填写检查记录。渗入性注浆通过钻孔检查厚度，小于30cm时，应补管、注浆、劈裂、压密注浆采用小橇棍或小锤轻轻敲打钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试，检查注浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管、注浆。7.开挖过程中，要随时观察注浆效果，分析测量数据，发现问题后必须停工处理。(二)机具设备安全事项注浆前应严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力爆破伤人。九、经济效益1.用小导管注浆法处理双线铁路隧道大塌方，平均每米材料费2443.56元、工费591.92元，与传统的插板法相比，可节约材料费117.5元、工费64.5元，工序简单，安全可靠，施工速度快。2.同盾构法，明挖法相比，用小导管注浆法为辅助措施的暗挖施工方法开挖城市地下铁道，具有速度快、成本低的优点，我局采用小导管注浆配合“双眼镜法”开挖浅埋地铁车站，取得成功，充分显示了这一优点。十、工程实例1.1986年7月处理大秦线栗家湾二号隧道进口大塌方15m，塌体中混有粘土，可灌性差，采用Ф32钢管，管长4.0m，注水泥浆。2.1986年11月处理大秦线大团尖隧道出口塌方37m，塌体中粘土含量约占30%，可灌性很差，采用Ф32钢管，管长6m，注水泥浆。3.1986年11月处理大秦线栗家湾二号隧道出口大坍方20m，通过软弱围岩20m。坍体为碎石土，软弱围岩为风化很严重的白云岩与页岩互层，地下水丰富，采用Ф32钢管，管长4~6m，注水泥浆。4.1987年3月处理大秦线大团尖隧道出口大塌方15m。塌体中粘土含量约占30%，可灌性很差，大部分采用Ф32钢管，管长3.5~6.0m，小部分采用Ф25钢管，管长3.5m，注水泥浆。5.1989年至今，西单地铁车站浅埋暗挖，配合“双眼镜法”施工，穿过地层为砂类土，粘性大，地质条件极复杂，采用Ф32钢管，管长3.5~6.0m，注化学浆。6.1988年12月~1989年6月，采用洞内小导管注浆配合洞顶地表注浆，处理福建福马公路1号隧道塌方10m，软弱围岩25m，2号隧道坍方30m，软弱围岩25m。1号隧道坍体为流砂、孤石，2号隧道坍体为流塑状淤泥，软弱围岩为亚粘土和轻亚粘土，采用Ф32钢管，管长3.5~4.5m。一般地段注单液水泥浆，涌水量大的地段注水泥—水玻璃双液浆。 执笔：杨长顺胡家发(返回上一级)7'