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隧道注浆简介

宜万铁路西南交大监理站

编制：徐林

二00六年七月·湖北·恩施

一、 注浆目的
隧道洞身处在地下水发育地段，大量排放可能影响当地生态环境，采用“以堵为主、限量排放”的防排水原则。注浆主要目的是加固围岩，保证隧道洞室稳定，确保施工及运营安全，实现控制排放，减少水资源流失。排水量控制标准按注浆后每延迷洞壁渗漏量控制，现场实测与设计值相比较。
注浆的主要作用：
1、降低围岩的渗透性，提高其抗渗能力，减少地下水的渗流量；
2、疏导（局部为堵水）水流，改善工程施工，运营条件；
3、改善隧道围岩的力学性能，提高其整体性；
4、充填隧道周边围岩的溶洞、溶槽、裂隙，防止塌陷，改善其物理力学条件。

二、 注浆分类
根据工程地质条件，岩体完整性，岩溶发育情况，涌突水位置、水量、水压及岩体的综合渗透系数等选用以下注浆方法中的一种或几种的组合方法：
1、充填注浆与基岩裂隙注浆；
2、渗透注浆；
3、挤密注浆；
4、劈裂注浆。
三、 注浆方案
注浆方案采用超前帷幕注浆、后注浆、局部注浆、补充注浆四种方案相结合，基本注浆方案分为以下几种：
1、超前帷幕注浆，每一循环长度30~50m，固结范围：开挖轮廓线外3~8m；
2、开挖后全断面径向注浆，固结范围：开挖轮廓线外3~5m；
3、局部注浆分为：局部超前注浆、开挖后局部注浆等几种，根据超前地质预报探明的局部岩溶实际分布及开挖后地下水渗漏状态分别采用；
4、补充注浆为上述三种注浆方案实施后，仍未达到设计要求时，根据实际情况选择上述注浆方案一种或多种进行补充注浆。

四、 注浆方案选择
注浆方案应根据隧道工程、水文地质情况初步选定，施工中根据超前地质预报成果调整完善，合理选择注浆方案：
1、对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部、物探异常区等，预测储水量大、水压高、直接揭示极可能产生严重突水突泥地段采用超前预注浆方案，预注浆加固圈固结范围：正洞为开挖轮廓线外3~8m；平导为开挖轮廓线外2~5m；
2、对岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但大面积涡水量大于控制排水量，且预测地下水压力较少时，实施开挖后全断面径向注浆，注浆加固圈固结范围：正洞为开挖轮廓线外3~5m；平导为开挖轮廓线外3m；
3、岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但局部出水且流量大于控制排水灵时，仅对出水处实施局部注浆；
4、注浆后流量仍大于控制排水量，注浆固结圈综合渗透系数大于设计控制值或仍有局部出水点时，实施补注浆。

五、 注浆机理
注浆施工时，浆液在岩体（隧道一种）中的作用方式主要表现为四种：
渗透扩散；劈裂扩散；裂隙扩散；挤压填充
1、渗透扩散
在中粗砂层，砂砾石层、砂卵石层中采用超细型注浆材料；在干的或潮湿的粉细砂层中采用改性水玻璃进行注浆施工，若扩散半径选择的不大，注浆压力选取的不高时，注浆在地层中一般表现为渗透扩散。
2、劈裂注浆
在中细砂层、粉细砂层、淤积质粘土层，粉质粘土层，由于颗粒细，因而产生渗透扩散难度较大，注浆材料在该类地层中一般表现为劈裂扩散。不同细度的注浆材料在地层中注浆会产生不同厚度的劈裂浆脉。
3、裂隙注浆
在残积层，岩石断层破碎带进行注浆施工时，一般当注浆材料粒径能满足小于裂隙宽度的1/3~1/5时，均能产生裂隙填充。根据施工经验，在这种地层中，一般采用普通水泥浆、普通水泥—水玻璃双液浆基本能满足裂隙填充的要求。
4、挤压填充
地层较粘软，采用较高的注浆压力，一是挤压粘软地层而致使地层物理力学性能改善；二是填充粘软地层被挤压后的空隙。一般采用普通水泥浆液。

六、 注浆材料
目前国内外常用的注浆材料有：混凝土、水泥砂浆、改性水玻璃单液浆、普通水泥单液浆、普通水泥—水玻璃双液浆、超细水泥单液浆、超细水泥—水玻璃双液浆、HSC单液浆、TGRM单液浆、环氧树脂、聚氨酯等。
1、大量地下工程均采用以下水泥为注浆基材的浆液，常用的共六种，其注浆材料评价见下表：

名称
优点
缺点
C浆
①凝胶时间长，局部孔隙较大位置，扩散范围大。②固结体强度高。③单价低。
①凝胶时间长，易受地下水稀释影响。②颗粒粗，在粉细砂层中注浆扩散能力受到影响。
MC浆
①凝胶时间长，颗粒细，在粉细砂层中有较好的可注性。②固结体强度高
①凝胶时间长，易受地下水稀释影响。②单价较高。
T浆和HSC浆
①具有较好的抗分散性，能有效控制注浆区域。②固结体强度高。
①粘度大，影响注浆扩散范围。②单价高。
C—S浆
①凝胶时间可控，可以达到控域注浆目的。②单价低。
①在粉细砂层中可注性差。②抗压、抗剪强度低，易被高压水破坏。
MC—S浆
①在粉细砂层中能得到较细的劈裂脉，可注性好。②凝胶时间可控。
①抗压、抗剪强度较低，易被高压水破坏。②单价高。
2、注浆材料配比参数表
浆液名称
水灰比（W：C）
体积比（C：S）
水玻璃浓度（Be ,）
C浆
0.6：1~0.8：1
—
—
MC浆
0.6：1~0.8：1
—
—
C—S浆
0.6：1~1：1
1：1~1：0.3
30~35
MC—S浆
0.6：1~1：1
1：1~1：0.3
30~35
HSC浆
0.8：1~1：1
—
—
T浆
0.8：1~1：1
—
—
3、注浆材料使用原则
①按照地质构造条件不同，在一般断层玻璃地段，宜采用C浆、C—S浆等普通注浆材料。在砂层地段，宜采用MC浆、MC—S浆、T浆和HSC浆等超细型特种注浆材料。
②按照注浆方案不同，在径向注浆施工时，一般地段可采用C浆，特殊地段应采用MC浆。在超前帷幕注浆施工时，应综合采用C浆、C—S浆、MC浆、MC—S浆、T浆和HSC浆综合注浆材料体系。
③按水文地质条件不同，在一段富水条件下可采用C浆、MC浆。但在高压、强富水条件下，应综合采用C浆、C—S浆、MC浆、MC—S浆、T浆和HSC浆综合注浆材料体系。
④采用综合注浆材料体系时，应按照由粗到细、由单液到双液、由高浓度到低浓度三个准则进行动态调整。

七、 钻孔注浆机械设备
1、钻机：（只列类型、以便了解）
① TBM配套THC500超前地质钻机；
② MEDIAN地质钻机（法国地基公司生产）；
③ MKD—5S地质钻机（西安探矿机械厂生产
④ ZYG—150型全液压钻机；
⑤ MGY—60B型地质钻机；
⑥ 改型TM—30型锚杆钻机；
⑦ K—100型垂直地质钻机。
2、注浆泵（只列类型、以便了解）
⑧ 日本产HFV—50/70双液注浆泵；
⑨ 法国产PH系列双液注浆泵；
⑩ 河北产HBY—50/70型双液注浆泵；
⑪ 镇江产YZB—130型双液注浆泵；
⑫ 葫芦岛产GZB—YS型双液高压注浆泵；
⑬ 葫芦岛产ZTGZ—60/210型双液注浆泵；
⑭ 西安产ZJB（BP）—30型单液注浆泵；
⑮ 重庆产100/3.5型砂浆泵。
3、搅拌机：
LG—300型叶片式注浆搅拌机或其它注浆搅拌机。

八、 钻孔注浆工艺
注浆工艺是注浆成败的关键，没有一个合适的注浆工艺，浆液就很难按理想的轨迹注入地层。因此，亦很难达到良好的效果。
决定注浆能否达到预期效果几个控制因素：
注浆管材；注浆孔布设；注浆方式；注浆顺序与原则；注浆参数
1、注浆管材
主要有大管棚、小导管（花管）、中空锚杆、孔口管、袖阀管、TSS管等
2、注浆孔布设
①不宜采取矩形布孔，宜采用梅花型布孔；
②重要隧道工程，开挖轮廓线外至少布设两圈或两排注浆孔；
③重要基坑工程，帷幕注浆时至少施作三排以上。
3、注浆方式
前进式分段注浆，后退式分段注浆，气孔一次性注浆、钻孔注浆等。
①前进式分段注浆
在施工中实施钻一段，注一段，再钻一段，再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工，每次钻孔注浆分段长度3~5m。前进式分段注浆可采用水囊式止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。其工艺流程见下表：

②后退式分段注浆
注浆施工时，首先将止浆塞及其它配套装置放入管中，对底部一个注浆分段长度进行注浆施工，第一个分段注浆完成后，后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此下去，直到将整个注浆读那完成。进行后退式分段注浆施工，注浆分段长度宜取0.6~1.0m。两种不同止浆方式工艺流程见下表：
袖阀管后退式分段注浆工艺流程

TSS管后退式分段注浆工艺流程

③全孔一次性注浆
直接将注浆管路和注浆孔口装置接通进行注浆施工。
4、注浆顺序及原则
① 分区注浆原则
② 注浆顺序按跳孔原则
③ 由上游到下游原则
④ 由下到上原则
⑤ 由外到内原则
⑥ 约束发散型注浆原则
⑦ 定量—定压相结合原则
⑧ 多孔少注原则
5、注浆参数
①注浆加固厚度
一般情况下台阶开挖时，B=0.2~0.5d；有少量地下水影响下，B=0.5~2d；有高压富水影响时，B=2~3d。
②浆液扩散半径
注浆扩散半径，并不是指浆液在地层中扩散的最远的距离，而是指浆液能符合设计要求的扩散距离。一般中细砂层，粉质粘性土中取R=0.5~0.8m；中粗砂，砂卵石层中取R=0.8~1.2m；断层破碎带取R=1.2~2.0m。
③浆液凝胶时间
根据目前的工艺水平，推荐双液浆凝胶时间取Tg=30〞~3ˊ，一般情况下宁短勿长，当工人对工艺熟练程度高时取低值，反之取高值。单液浆凝胶时间不宜超过8h，否则难以控制扩散范围。
④注浆长度
注浆段长度是指纵向注浆范围，根据大量的工程实现，注浆仍存在“楔形效应”，即越向前注浆效果越差，浆液难以扩散，因此建议注浆段一般宜选用20~30m。
⑤注浆分段长度
当对砂层，粉质粘性土层注浆时，应采取分段注浆，注浆分段长度宜取0.4~0.6m，否则极易引起地表隆起。
⑥注浆速度
砂层，粉质粘性土中注浆速度取V=20~40L/min；砂砾石层等孔隙较大的地层取V=40~60L/min；在断层破碎带中取V=60~120L/min。
⑦注浆量
注浆量计算公式：Q=ЛR2·h·n·α（1+β）
Q—注浆量；
R—扩散半径；
h—注浆段长
n—地层孔隙率；
α—地层充填率；
β—浆液损失率。
一般情况下，地层孔隙率：砂层取0.3~0.4，其它地层取0.4~0.6；地层充填率：单孔计算时取60%~70%，群孔时取70%~80%浆液损失率：根据工艺情况取10%~30%。
⑧注浆压力
注浆压力建议取：水压+2~3Mpa；城市地下工程压力≦1.2γh。

九、 注浆效果检验与评定
1、检测方法：共计五类十四种，见下表：

分析法

P—Q—t曲线法

注浆分布特征法

涌水量对比法

浆液填充率反算法

钻检查孔法

检查孔观察法

检查孔取芯法

注浆效果检查评定方法

检查孔P—Q—t曲线法

渗透系数测试法

开挖取样法

加固效果观察法

注浆机理分析法

力学指标测试法

变形推测法

物探法

地质雷达

2、岩溶注浆处理时注浆效果检查方法与标准
①必测项目：
P—Q—t曲线法（符合设计要求，达到设计注浆量和注浆终压）注浆量分布特征法（不能有注浆盲区）
涌水量对比法（堵水率达到80%，总涌水量≦50m3/m/d）
检查孔观察法（检查孔无涌水、涌砂，放置一个小时仍无涌水、涌砂。）
渗透系数测试法（K≦10-5cm/s）
力学指标测试法（固结体抗压强度≧0.3Mpa，注浆后地层含水率≦35%）
②选测项目
加固效果观察法
注浆机理分析法
检查孔P—Q—t曲线法

十、 附件：
1、宜万铁路别岩槽隧道帷幕注浆情况简介
2、宜万铁路齐岳山隧道帷幕注浆情况简介

目 录

一 注浆目的
二 注浆分类
三 注浆方案
四 注浆方案选择
五 注浆机理
六 注浆材料
七 钻孔注浆机械设备
八 钻孔注浆工艺
九 注浆效果评定
十 附件