隧道地表深孔注浆堵水与加固工法

中铁五局集团三级工法申报表 （2003年度） 申报单位：中铁五局一公司一处 申报时间： 2003、 7、 6 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 工法名称 隧道地表深孔注浆堵水与加固工法 开发单位 中铁五局集团一公司一处 完成日期 2003、5 姓 名 单 位 职 务 谭毓竣 一处 教授级高工 王才高 一处技开部 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师 主 要 完 成 者 关 键 技 术 鉴 定 时 间 及 组 织 鉴 定 单 位 本 工 法 获 科 技 成 果 奖 情 况 1999年铁道部及全国工程建设单位优秀 QC成果奖 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 工法内容简介： 本工法适用于埋深 100 米内的地质构造复杂、涌水量较大的山岭隧道和地下工 程。 在地表用钻孔机械打孔，通过钻孔对断层、涌水带注入具有充填、胶结性能的 浆液 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 ，岩体经过浆体的充填、压密、界面、渗透、劈裂等作用后，增强断层与 涌水带岩体强度、稳定性和防水性，使隧道或地下工程能正常施工。 关键技术及保密点： 本工法无密级。 关键技术是： 正确编录断层及涌水带地质，并精确投影至地表是布孔设计的基 础、注浆成败的关键。精确钻孔与孔位有效的测量与调控，从而确保至设计位置，注 浆方可见效。注浆参数主要是注浆压力与注浆量，注浆过程中应进行动态调控，并正 确确定注浆终结。采用相应注浆孔管、控制浆液注入有效范围。 技术水平和技术难度： 与国内地下工程地表钻注加固工程实例相比，本工法施工技术水平较高。在 1997 年隧道与地下工程学会、隧道与地下工程第八次防排水学术交流会上，我处总结的“隧 道地表注浆浅析”获得专家的好评，隧道地表注浆施工经验丰富。 该施工工艺成熟，好掌握。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 工法应用情况及应用前景： 内昆线田梁子双线隧道进口端为 V级极风化砂页岩，地表多处开裂下沉，发生大 面积坍塌，山体位移，洞内格栅钢架挤压扭曲，曾列为内昆线十大难点工程之一。我 处采用本工法，对隧道地表进行钻注加固，按时保质建成隧道。 九景公路雁列山 1#隧道洞口及洞身断层破碎带，采用本工法加固后，左右线隧道 均顺利安全通过了该段，开挖过程中进行监控量测，发现加固效果良好，隧道建成至 今，安全稳定，干燥无水，取得良好的经济效益，社会效益。 本工法易于操作，只需一般钻注机械，使用料源广、价格低、无污染的普通水泥 为主要材料，注浆加固堵水可靠性好。具有投资省、工期短、安全好，质量优、减轻 劳动强度等优点。具有较好的推广应用前景。 经济效益和社会效益： 本工法解决了隧道涌水、突泥、坍塌整治的技术难题，工艺简单、操作方便、注 浆材料便宜，具有明显的社会效益和经济效益。 本工法是隧道工程的防水重要手段，可防止地下水干涸，地表沉陷，防止地表生 态平衡失调，防止影响工农业生产与人民生活，可节省地亩赔偿费。 防止隧道坍塌，有利于施工人身安全，节省投资。加快隧道施工进度、确保工期。 提高围岩的强度与防水性，有利于隧道长期稳定性，衬砌防水性能好，确保运输 安全和降低运营维修费。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 申 报 单 位 意 见 内容属实，同意申报。 签 章 2003年 7月 6日 专 业 组 初 审 意 见 签 章 年 月 日 集 团 公 司 工 法 审 定 委 员 会 审 定 意 见 签 章 年 月 日 集 团 公 司 审 批 意 见 签 章 年 月 日 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 隧道地表深孔注浆堵水与加固工法 1 前言 隧道与地下工程在穿越断层破碎带、岩溶断裂带、构造运动强烈的挤压破碎带时，常遇涌水突 泥坍方，往往来不及封闭衬砌，或常规的封堵办法难以奏效，造成洞内的长期涌水突泥，容易产生 地表坍陷，地下水干涸，影响工农业生产与人民生活。尤其是尚未与正洞勾通的斜井、竖井之隧道 施工地段，产生淹井事故，造成重大损失，给隧道施工带来极大的困难。采用隧道地表深孔注浆， 能较好地解决这一技术难关。 中铁五局一公司在九江～景德镇高等级公路雁列山 1#公路隧道进口端，距洞口 20m 处发育有 一压扭性断层，断层宽 17m，对隧道洞口段施工极为不利，采用隧道地表深孔预注浆，加固断层带， 达到了预期目的。南岭隧道建成后生潮垄地段多处渗流黄泥浆水，后成功地采用隧道地表深孔注浆 封堵岩溶通道，封堵渗漏水，加固岩溶破碎带，达到了预期目的。 2 工法特点 2.1 应用隧道的工程地质、水文地质资料，以及洞内地质资料正确投影至地表，有利于隧道地表注 浆孔布孔设计，使注浆孔准确地置于加固范围，注浆易见成效。 2.2 施工条件较好，可采用大型高效配套的钻注机械。 2.3 施工技术、工艺较洞内钻注法简单，工人较易掌握，便于集中统一指挥，不受洞内施工干扰， 不影响洞内施工进度。 2.4 通过注浆直接对断层破碎带、涌水带岩土进行加固，形成帷幕注浆效果，达到加固围岩与堵水 的目的。 2.5 注浆机理与其岩土构造、组成密切相关，一般注浆运动形式是多样的，有充填、挤密、界面、 置换、渗透、劈裂等，但能确立其中一种为主导作用来进行有效注浆设计。 2.6 工法易于操作，只需一般钻注机械，使用料源广、价格低、无污染的普通水泥为主要材料，注 浆加固堵水可靠性好。 2.7 本工法具有投资省、工期短、安全好、质量优、减轻劳动强度等优点。具有较好推广应用前景。 3 适用范围 本工法适用于埋深 100 米内的地质构造复杂、涌水量较大的山岭隧道和地下工程。当隧道为浅 埋隧道,含水层较厚,距地表较近,或含水层虽簿,层数较多时;能使地表钻注与洞内掘进平行作业和 加快施工进度时;当断裂带、突水层倾角缓小，地表钻孔较易穿越时，用地表垂直钻孔注浆是适合的。 4 加固与堵水原理 在地表用钻孔机械打孔，通过钻孔向断层与涌水带、岩土洞穴、岩体颗粒的孔隙、岩土层的界 面或岩土的裂隙以及细颗粒岩体内注入具有充填、胶结性能的浆液材料，断层与涌水带岩体经过浆 体的充填、压密、渗透、劈裂、固结等作用后，使岩体强度、稳定性和隔水防水性能得以提高，保 证隧道或地下工程能正常施工。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 5 施工工艺 地表注浆施工工艺，它不同于一般的施工工艺，注浆工艺是注浆设计的具体化、完整化，是决 定注浆设计成败的关键，注浆工艺主要包括以下内容：注浆方法、注浆顺序、注浆方式、注浆段长、 注浆压力、注浆量、浆液及配比、注浆步骤、注浆结束 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 、注浆观测、检测与环保。 注浆工艺与注浆机理：注浆机理是进行注浆设计的基础与依据，只有分析确定了属于什么机理 类别的注浆，方能正确进行注浆设计与施工。按注浆机理对注浆分类为充填注浆、渗透注浆、层间 注浆、压密注浆、劈裂注浆，要根据注浆类别正确选定不同的注浆工艺，才能达到预想的目的。 注浆压力与注浆量是注浆工艺最重要的关键参数，也是注浆结束标准和评定质量的控制指标， 与注浆类别密切相关。注浆压力是浆液扩散、充塞、压实、劈裂所需的压力，与掌子面静水压力、 突水动压，地下水水位、岩土裂隙、空隙、孔隙的大小和位置、注浆部位上覆盖层的厚度、过流断 面大小、浆液的粘滞性和颗粒及胶凝时间，以及预注浆或后注浆等因素有关，选定原则是不破坏岩 层的条件下，有效地将浆液压入岩层中，尽量满足帷幕体的需求，达到注浆的目的。选定时要审慎， 施工中要由小及大，逐渐升高，定出合理的上下限值，密切进行注浆的观测，较好地进行调控。注 浆量的计算对于均质岩可按经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 计算，若尚有出入，有关参数的经验值按实际测定值修正计算。 对于非均质岩，计算情况复杂，只能参照有关公式与经验值初步确定，施工中不能以满足设计注浆 量就终孔停注，施工注浆量应以满足设计压力的基本前提，注浆量可较大幅度上下浮动调控。 5.1、施工工艺流程 见图 1（下页）所示。 图 2 双液钻孔注浆施工程序图 图 3 双液注浆工艺流程及平面布置图 在注浆孔内安装 注浆管和止浆管 接好所有 压浆管路 压水试验 钢筋笼 注浆 结束 测量 钻孔 试泵 配制水泥浆液和 水玻璃浆液储放 搅拌机 水泥浆池 注浆泵 混合器 试 泵 水 稀释水玻璃 注浆管 注浆孔 止浆塞 孔口阀 混合胶管 三通 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 图 1 工艺流程图 5.2 施工方法 5.2.1 注浆方式：孔口注浆法；一次成孔注浆法；下行式分段注浆法，上行式分段注浆法。 5.2.2 注浆孔管及止浆装置（图 4） 5.3 关键技术 正确编录断层及涌水带地质，并精确投影至地表是布孔设计的基础，注浆成败的关键；精确钻 孔与孔位有效的测量与调控技术，从而确保至设计位置，注浆方可见效；注浆参数主要是注浆量与 注浆压力，注浆过程中应进行动态调控，并正确确定注浆终结；采用相应注浆孔管，控制浆液注入 有效范围。 施 工 调 查 浆 材 备 料 注 浆设 计 钻注设备安装检查 止 浆 墙 孔 口 管 注 浆 管 钻 孔 压水与连通试验 注 浆 方 式 洗孔复注浆若干次 终 孔 检 查 钻 孔 测定检查孔漏水量 追 加 注 浆 孔 注 浆 结 束 施 工 准 备 无 问 题 有问题 注 浆 机 理 洞内涌水观测 地下水位观测 洞内外其它观测 钻 杆 花 管 双 管 孔 口 下 行 式 上 行 式 注 浆 观 测 注 浆 施 工 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 打花管注浆法 套管护壁注浆法 边钻边灌法 袖阀管法的设备和构造 图 4 注浆孔管及止浆装置图 5.4 注浆参数 5.4.1 注浆段高 隧道毛洞边缘及隧道边墙侧至隧底下 2m。沿隧道纵向涌水带长度在 5m内可一次封堵，超过 5m 大的断层破碎带，宜封堵 5m后，采取洞内全断面注浆法。 5.4.2 注浆有效范围：粘性土：1～2.0m；砂 层：0.8～2.0m。 5.4.3 注浆孔布置 关键孔：断裂涌水带之隧道毛洞，距拱部开挖线 1m，距边墙开挖线 3m，深至隧底下 2m。加固 孔断裂涌水带以外附近的隧道范围。检查孔：隧中、两侧布孔检查，作补充钻注孔。 5.4.4 钻注次序：先关键孔，再加固孔，后检查孔。 5.4.5 浆材配比 选用水泥水玻璃双液浆，作充填目的。水玻璃作速凝剂用，掺量为水泥重的 3～5%。另一种作 为主材用，掺量较多。根据注浆目的和要求，可参考经验浆材配比表（下表）和不同水玻璃浓度和 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 水泥浆浓度对结石体强度的影响（表 2）而综合考虑选用相关配合比。 35Be水玻璃 45Be水玻璃 抗压强度 (10N/cm) 抗压强度 (10N/cm) C：S 凝胶 时间 （min-s） 14d 28d 凝胶 时间 （min-s） 14d 28d 备 注 1：0.3 0－28.5 59 70 0－31.5 90 99 1：0.35 0－31.0 92 98 0－36.5 126 128 1：0.4 0－34.8 110 105 0－40 113 119 1：0.45 0－41.0 102 115 0－46 112 126 1：0.5 0－47.0 115 147 0－52 112 179 1：0.55 0－51.0 110 139 0－57 147 1：0.6 0－56.5 75 121 1－03 113 130 1：0.7 1－4 114 132 1－15 102 153 1：1.0 1－26 90 117 1－51 92 110 1、使用 425 # 普通硅酸盐 水泥； 2、水灰比 1：1； 3、试验湿度 23.5℃。 洞穴充填注浆可掺粉煤灰等惰性材料。 表 2 不同水玻璃浓度和水泥浆浓度对结石体强度的影响 结石体强度 (kg/cm2) 水玻璃溶液浓度 （Be） 水泥浆浓度 （水灰比） 7d 14d 28 d 备 注 35 0.5：1 174 200 202 35 0.75：1 144 132 148 35 1：1 73 85 104 35 1.25：1 32 40 58 35 1.5：1 12 20 28 40 0.5：1 204 244 248 40 0.75：1 116 177 185 40 1：1 44 106 113 40 1.25：1 9 44 90 40 1.5：1 5 9 23 45 0.5：1 245 250 253 45 0.75：1 82 169 192 45 1：1 29 69 113 45 1.25：1 5 26 58 45 1.5：1 3 6 8 水泥浆：水玻璃＝1：1 （体积比） 5.4.6 注浆量 对于均质岩注浆采用定量法：控制注入浆量以达到控制扩散半径的方式。对于非均质岩注浆采 用定时法：不以注浆量进行控制，通过注浆过程历时，以控制扩散半径的方式。注浆公式： a、单孔注浆量：Q=3.14·r 2 ·H·η·β。 式中：Q--单孔注入量（m 3 ），r--浆液扩散半径（m）， PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn H--注浆孔深度（m），β--浆液在裂隙内的有效充填系数，η--围岩孔隙率（%）。 b、注浆总量（均质）：Q=V2(η+β)(1+L)。式中：Q--注浆总量（m 3 ），V2--加固总体积 m 3 ，L-- 浆液的损耗系数（%）。 c、浆量（非均质）：Q=Q1+Q2+Q3+Q4 式中：Q--注浆总量（m 3 ）；，Q1--充填洞穴、空隙体积（m 3 ），Q2--压缩体积，含颗粒压缩体积和 浆液压缩体积（m 3 ），Q3--界面、层间、置换体积（m 3 ），Q4--渗透和劈裂之体积（m 3 ）。 5.4.7 注浆压力 充填、界面、渗透注浆：PZ1=（2～3）P。（P--涌水压力 Mpa）；劈裂注浆：PZ2=P+（2～4）Mpa。 5.4.8 注浆终结 注浆量基本达到设计量，或分别采用定量法，定时法进行注浆控制。注浆压力达到设计值，并 稳定 30分钟。注浆压力比注浆开始大，单位时间注浆量减少，钻孔洗孔次数与每延米注浆量减少， 控制值为 20L/min·m。 注浆段后期钻孔从漏水至回水；从成孔难，需分段注浆固结至一次成孔，孔壁稳定。检查孔取 岩芯检查，肉眼判断注浆固结情况；与抗压强度试验。 6 机械设备（表 3） 序 号 名 称 规 格 单位 数量 附 注 1 钻 机 300型 XY-2 台 1～4 孔深<100m据工作量定台数 2 钻 机 TXB-100A 台 1 孔深 100～500m 3 泥浆泵 BW-250 台 3 备用 1台 4 卧式搅拌机 4.5KW 台 2 自制 5 测斜仪 JJX 套 1 7 劳力组合（表 4） 工种 技术员 班长 机长 修理工 钻工 小计 附注 人数 1 1 1 1 9 13 以上为一台钻机三班钻孔作业劳力组合，也适合三班注浆作业，钻工改任司泵工、注浆工，还 需另添普工每班 10~12人，增加一名工地试验工，一名值班领工员。 8 质量要求 本工法除执行有关设计规范、施工规范、工程质量评定验收标准等有关规定外，其质量要求如下： 8.1 严格执行注浆终结标准，注浆质量主要由注浆压力和注浆量所控制。注浆过程中，没有中断现 象，或虽有中断但时间较短，恢复注浆后，进浆量正常。 8.2 没有串浆、大量漏浆、冒浆等异常现象，注浆压力达设计要求，并按正常工序结束注浆。 8.3 检查孔是主要检测质量方法、取芯、肉眼判断注浆固结质量和抗压强度测定，堵水固结土体强 度大于 0.2Mpa 。 8.4 止水墙注浆前后漏水涌水量测定对比。开挖后直观检测，洞内掌子面漏水量<20t/h。 8.5 钻孔时应用测斜仪检测钻孔垂直度，浅孔精度控制在 2°，深孔控制在 1°，超标时应采取纠偏 措施。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 9 安全措施 本工法除执行铁路隧道施工技术安全规则及地质勘探钻孔有关安全规则外，还应注意以下各点。 9.1 本工法应加强劳动保护，现场配备弱酸（硼酸）、生理盐水，防止浆液烧伤人员。 9.2 文明施工：各种机电机械应安装安全防护罩、电机防漏电、触电，加强机电设备维修与运转中 的保养，确保机械完好性。施工区内材料、设备堆放速整齐，施工场地禁止积水，清除场地稀泥， 保证运输道路良好畅通。 9.3 加强环保工作，对废液、冲洗液妥善处理。 9.4 钻注施工中，要加强集中统一指挥，集中精力，发生异常现象要组织全力及时进行排除。 10 社会经济效益 本工法解决了隧道涌水整治的技术难题，该工艺简单、操作方便、注浆材料价格便宜，与“以 排为主”的施工方法相比，具有明显的社会效益和经济效益。 10.1 是“以堵为主”的防水重要手段。可防止地下水干涸，地表沉陷，防止地表生态平衡失调， 防止影响工农业生产与人民生活。可节省地亩赔偿费。 10.2 防止隧道坍塌，有利于施工人身安全，节省投资。 10.3 加快隧道施工进度、确保工期。 10.4 提高围岩的强度与防水性，有利于隧道长期稳定性，衬砌防水性能，确保运输安全和降低运 营维修费。 10.5 与竖、斜井淹井采取增设平导排水法相比，可节省平导工程。 11 工程实例 11.1 南岭隧道 DK1936+269 处，张性断层突水， 地表产生九个陷坑。南岭隧道生澎垄地段岩溶发育 隧道建成后拱墙多处渗流水。九景公路雁列山 1 # 隧道并行双洞单向四车道设计，左右线各长 768m、 765m，进口端洞口段有一道压扭性断层 F1，断距 17m，与线路斜交 40°～50°，不稳定性大，洞口 段施工不稳定。该三处工程均采用地表深孔注浆加 固与堵水措施，均取得成效。 11. 2 九景公路雁列山 1#隧道（图 5），注浆范围 横向宽度 80m，纵向长度 40m，加固面积 3200m 2 ， 钻孔布置分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，重点为Ⅰ区隧道 洞身断层破碎带，其它区为加固带，共钻孔 800个 /11000 米，浆液扩散半径 1.5m ,注浆压力 0.8～ 3.0Mpa，注浆 4600m 3 ，下钢筋笼 30t，历时 83 天 取得了很好的效果。 注浆后，左右线隧道均顺利安全通过了断层破 碎带，从地表钻孔及开挖情况看断层岩体物理力学 指标明显加强，结石率 97%，岩体极限抗压强度 8.0～20.0Mpa，加固效果显著，开挖过程中对两 图 5 钻孔布置示意图 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn 洞口进行监控量测，左右洞其拱顶最大下沉量分别为 24mm 和 21mm，最大水平收敛分别为 16mm 和 14mm，在 28天内基本达到稳定，均符合设计要求。 隧道建成后，安全稳定，干燥无水，取得良好的经济效益，社会效益。 执笔人：谭毓竣、王才高 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 www.fineprint.cn