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富水段施工（帷幕注浆）技术指导书
一、超前深孔围幕注浆
超前小导管注浆，对围岩加固的范围和加大处理的程度是有限的，作为软弱破碎围岩隧道施工的一项主要辅助措施，它占用时间和循环次数较多。因此，在不便采取其它施工方法(如盾构法)时，深孔预注浆加固围岩就较好地解决了这些问题。注浆后即可形成较大范围的筒状封闭加固区，称为围幕注浆。
1、注浆机理及适用条件
注浆机理可分为两种：
一种是对于破碎岩层、砂卵石层、中、细、粉砂层等有一定渗透性的地层，采有中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里、凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，称为“渗透注浆”。
另一种是对于颗粒更细的粘土质不透水(浆)地层，采用高压浆液强行挤压孔周，使粘土层劈裂成缝并充塞凝结于其中，从而对粘土层起到了挤压加固和增加高强夹层加固作用，称为“劈裂注浆”。关于挤压加固即压密作用，在土力学与基础工程中多有叙述；在软弱粘土层中增加的高强夹层，将粘土分隔包围，使其整体性和强度大大提高。这也相当于在软弱土体中加筋加骨。因此原则上讲，深孔预注浆可适用于所有软弱破碎围岩的加固。
深孔预注浆一般可超前开挖面30m~50m，可以形成有相当厚度的和较长区段的筒状加固区，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业的次数减少，它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中，也更适用于采用大中型机械化施工。
2、注浆范围
要确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重力分布结果，并确定其塑性破坏区的大小，这也是应加固区的大小。
3、注浆数量及注浆材料选择
注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。一般来讲，不可能也无需将全部渗透孔隙充填密实，就可以达到加固和堵水的目的。
工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。于是注浆总量可按下式计算：
Q=n•a•A
式中：Q——注浆总数量，立方；
A——被加固围岩的体积，立方；
n——被加固围岩的孔隙率，％；
a——过去实践证实了的充填率，％。
后两参项可见下表：
垆坶 粘土 粉砂 砂 砂 砾
堵水加固 堵 水 加 固 堵 水
孔隙充(%) 范围值 65~75 50~70 40~60 46~50 40~48 30~40 46~50 40~48 40~60 28~40 22~40
标准值 70 60 50 48 44 35 48 44 50 34 31
充填率a(%) 约30 约30 约20 约60 约60 约50 约50 约40 约60 约60 约60
为了做好注浆工作，必须事先对被加固围岩进行土力学试验，查清围岩的透水系数、土颗粒组成、孔隙率、饱和度、密度、PH值、剪切和抗压强度等。必要时还要做现场注浆和抽水试验。
注浆材料的选择见下：
(1)、注浆材料种类及适用条件
○1在断层破碎带及砂卵石地层(裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm，渗透系数k≥5×10-4m/s)等强渗透性地层中，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。一般，对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于有水的强渗透地层，则宜选用双液水泥----水玻璃浆，以控制注浆范围。
○2断层泥带，当裂隙宽度(或粒径)小于1mm，或渗透系数k≥5×10-5m/s，注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类浆液。
○3中、细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层泥地段等弱渗透地层中，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚胺脂类。
○4对于不透水的粘土层，则宜采用高压劈裂注浆。
(2)、注浆材料的配合比
注浆材料的配合比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定，一般地：
○1采用水泥浆液时，水灰比可采用0.8:1~2:1，需缩短凝结时间，则可加入氯盐，三乙醇胺速凝剂。
○2采用水泥----水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可采用0.8:1~1.5:1；水玻璃浓度为25º~40ºBe，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1:1~1:0.3。
4、钻孔布置及注浆压力
注浆钻孔方式形同管棚超前注浆。
钻孔间距要视地层条件、注浆压力、及钻孔能力等来确定。一般，渗透性强的地层，可以采用较低的注浆压力和较大的钻孔间距，钻孔量也少，但平均单孔注浆量大。
实际工程中应计算出每孔注浆量，单孔平均注浆量可采用下式计算：
q = Q /m
式中：m——钻孔数量 q——单孔平均注浆量
注浆压力应根据地层条件、机械能力等因素在现场试验确定。
5、施工要点
(1)、注浆管。一般采用还孔眼的焊接钢管或无缝钢管。注浆管壁上有眼部分的长度应根据注浆孔的位置和注浆区域来确定，其余部份不钻眼，并用止浆塞将其隔开，使浆液只注入到有效区域。止浆塞常用的有两种，一种是橡胶式，一种是套管式。安装时，将止浆塞固定在注浆管上的设计位置，一起放入钻孔，然后用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵塞注浆管与钻孔之间的间隙，此法主要用于深孔注浆。
另外，若采用全孔注浆，则可以用铅丝，麻刀或木楔等材料在注浆孔口将间隙堵塞。但全孔注浆因浆液流速慢，易造成“死管”问题，尤其是深孔注浆时。
(2)、钻孔。钻孔可用冲击式钻机，或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择 。钻孔位置满足设计要求，孔口位置偏差不超过5cm，孔底位置偏差不超过孔深的1%。钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。
(3)、注浆顺序。应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔 ，先上游(地下水)后下游顺序进行。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。
(4)、结束条件。注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。结束条件为：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80％以上。全段结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。注浆结束后必须对注浆效果进行检查，若未达到设计要求，应进行补孔注浆。
(5)、注浆检查。除在注浆前进行钻孔质量，材料质量检查、注浆后对注浆效果检查外，过程中应密切注意注浆压力的变化。采用双液注浆时，应经常测试混合浆液有胶凝时间，发现问题应立即处理。
(6)、开挖时间。注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥——水玻璃浆)到8h(水泥浆)方可开挖，但最后应注意保留目浆墙，并进行下一循环的注浆，若注浆工作在正洞以外进行，则超前时间易于保证。
6、常用注浆机具设备
常用注浆泵
序号 名称 规格型号 主要技术指标 产地(厂家)
P(MPa) Q(l/min)
1 液压调速注浆泵 YSB-250/120 12 250
2 双液调速注浆泵 2TGZ-60/210 21 60 锦西注浆泵厂
3 双液调速注浆泵 2TGZ/120/105 10.5 120 锦西注浆泵厂
4 液压注浆泵 YZB-50/70 7 50 石家庄煤矿机械厂
5 隔膜计量泵 2MJ-3/40 4 50
6 泥浆泵 BW-250/50 5 250 衡阳探矿机械厂
7 泥浆泵 TBW-200/40 4 200 衡阳探矿机械厂
8 液压注浆泵 HFV-C 13 200 日本
9 液压注浆泵 HFV-2D 20 100 日本
10 双液液压注浆泵 HFV-5D 10 70×2 日本
11 双液液压注浆泵 PF-40A 15 113×2 日本
12 液压注浆泵 ZBF 10 90 瑞典
13 化学灌浆计量泵 HGB 5 50 电力部华东设计院
14 立式双缸化学灌浆泵 HG20-12 2 12
开挖工作面预注浆常用钻机
序号 名称 规格型号 主要技术指标 产地(厂家)
1 坑道钻机 KD-100回转 钻深100m，开孔108mm，360º 北京探机械厂
2 探水钻机 YXU-75回转 钻深75m，开孔108mm，360º 石家庄煤矿机械厂
3 地质钻机 YXU-100回转 钻深100m，开孔108mm，360º 石家庄煤矿机械厂
4 地质钻机 TXU-200回转 钻深200m，开孔108mm，360º 石家庄煤矿机械厂
5 钻 机 SGZ-1回转 钻深150m，开孔108mm，360º 水电部杭州钻探机械厂
6 导轨式独立
回转凿岩机 YGZ-90 钻深30m 南京战斗机械厂
7 注浆钻机 PD-200 钻深70m左右40 º 上下250º 日本
8 凿岩机 PR-123 钻深70m 日本
9 凿岩机 PR-143 钻深120m 日本
10 凿岩机 DIAMEC-260 瑞典
11 两臂液压台车 TH286 瑞典
常用进口搅拌机
序号 名称 型号 主要技术指标 产地(厂家)
1 上下双筒搅拌机 MVT-400 有效搅拌400 L 日 本
2 水平双筒搅拌机 MS-400 有效搅拌400 L 日 本
3 叶片立式搅拌机 CEMAG-400 有效搅拌400 L 瑞 典
4 立式搅拌机 CEM-200 有效搅拌200 L 瑞 典
注：国内搅拌机多为自制
二、设计关于围幕注浆相关说明
1、注浆
(1)、注浆目的
○1.保证隧道结构和隧道施工安全；
○2.保护生态环境，防止由于地下水的过度流失对附近地表生态环境的不利影响。
(2)、注浆堵水段的确定
○1.根据地质综合评判及超前探水，当掌子面前方存在高压富水区，具有较大规模的涌水、突水；对隧道结构和隧道施工安全构成威胁的地段；
○2.根据地表监测数据及超前探水和超前地质预报判定：隧道涌水可能造成地表水库严重泄漏，对居民生产生活有重大影响的井泉干枯的地段；
○3.根据地表监测数据和超前地质预报判定：隧道涌水可能引起地表严重塌陷并对地表建筑安全构成威胁的地段；
○4.根据地质综合评判及超前探水，当掌子面前方不存在高压富水区，同时地下水渗漏对地表环境无影响时，可取消高压富水段衬砌，而替换成该段相应围岩类别的衬砌。
(3)、注浆方式
注浆方式采用超前预注浆、局部注浆、补注浆三种方式，具体注浆方案分为下列几种：
○1.超前预注浆：根据地质综合评判及超前探水，当掌子面前方存在高压富水区，具有较大规模的涌水、突水可能，或水压相对较低但围岩差，岩体结构性能弱，开挖将导致岩壁失稳诱发涌突水者，采用超前帷幕注浆；
○2.开挖后全断面径向注浆：根据超前探水及地质综合评判结果，当岩体较完整，岩体结构可保证开挖安全，水压低，水量不大时，采取开挖后对洞 周围进行径向注浆堵水；
○3.局部注浆，分局部超前预注浆，开挖后局部注浆等几种，根据实际情况分别采用；
○4.岩体完整，不处于高压富水带，洞壁淌水面积较大时，实施开挖后径向注浆堵水，径向注浆范围为开挖轮廓外4m；
○5.判定开挖后围岩有一定的自稳能力，且水量较小，水压低或无水压，采取开挖后注浆；
○6.开挖后检查水压水量是否达到要求，若达不到要求，则实施开挖后径向注浆或局部注浆；
○7.注浆后，判定开挖后围岩自稳能力情况，若不能自稳，则再预注浆；
○8.岩体完整，局部出水时，仅对出水处实施局部注浆堵水；
○9.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，其具体实施注浆方案根据方案，根据超前地质预备及揭示地质条件予以调整。
(4)、注浆参数
○1.根据本隧道的地质情况，经计算及工程类比确定浆液扩散半径R=3m；
○2.注浆孔布置：浆液有效注入范围详见设计图，注浆孔孔底间距按（1.7~1.7）R米控制，周边帷幕注浆设3~4环，正面钻孔注浆封堵地下水；
○3.注浆压力：设计注浆压力（终压值）为2~3倍实测水压力；
○4.注浆范围
a).正洞正常行车道注浆范围II类围岩为开挖轮廓外6.0m，III类围岩为开挖轮廓外5.5m，IV类围岩为开挖轮廓外5.0m；
b).正洞紧急停车带注浆范围为开挖轮廓外6.0m；
c).人行横洞与车行横洞注浆范围为开挖轮廓外3.0m。
○5.注浆材料
注浆材料原则上采用水泥水玻璃双液浆。
○6.浆液配合比：浆液配合比的选择要考虑岩石裂隙情况及浆液的扩散半径，一般是由试验室通过试验确定，一般情况可选择：
水泥浆：水玻璃浆=1：0.5(体积比) 水泥浆的水灰比=0.8~1.2
○7.凝胶与凝结时间
浆液凝胶的确定一般应采用CS浆液作压注试验，当进浆量很大、泵压长时间不升高时，胶凝时间选1~2分钟；当进浆量中等、泵压稳定上升时，胶凝时间选3~4分钟；进浆量较小、泵压升高很快时，胶凝时间选5~6分钟。
双液浆的凝胶时间不同于凝结时间。凝胶时间较短，是指由流动状态变位不流动状态的过程。凝结是水泥浆体开始失去塑性的时间。
施工控制分三种情况：
a).水灰比固定，水玻璃浓度不变，变换双浆比例。当水玻璃所占比例由小到大，凝胶时间则由长到短，初、终凝由快到慢；
b).水玻璃浓度不变，双液比例固定，变换水灰比例，当水灰比由小到大，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢；
c).水灰比不变，双液固定，变换水玻璃浓度。当水玻璃浓度由高到低，凝胶时间由短到长，初、终凝由快到慢。
(5)、注浆施工流程
○1.超前钻探
<1>.超前钻探的目的是为了探明掌子面前方的工程地质和水文地质情况，为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。其主要工作内容是探测岩石的完整程度、涌水压力和涌水量。做法是用钻机在洞内工作面上向隧道前方钻探30m左右的超前探孔，利用探孔进行探测和注水试验。超前钻孔的布置见相关设计图。
<2>.超前钻探作业程序
施工准备 埋孔口管 钻探孔 测涌水量 测涌水压力 注水试验
<3>.操作要点
a).埋孔口管：埋管钻孔的直径要大于孔口管外径，施钻要严格按设计位置、方向进行。孔深要超出管前端0.5m。孔钻好后将孔口管置于孔内，外露长度保持60~70cm。所有孔口管(包括注浆管)都安好后，关闭孔口阀，埋管结束；
b).钻探孔：除必须按照钻孔操作要点施钻外，还要严格作好钻孔记录和岩芯取样。记录的内容有：孔号，进尺，起止里程，钻具尺寸，岩石名称，岩石裂隙发育情况，出现涌水的位置和注水量。根据岩芯标本、岩粉浆液、钻进速度、涌漏水情况来分析判断开挖面前方的工程地质、水文地质情况，作为下一步开挖采取何种技术措施的依据。
c).测涌水量及前方地下水的连通性：当遇到较大的涌水时，应停钻测涌水量，方法是用容器接任孔口管中流出的水，用秒表计时测得每分钟容器接到的水量。如无特殊情况，探孔钻至设计深度后也要测一下涌水量，涌水量小于0.2L/min的孔可不注浆。
为了解前方地下水的连通性，在测涌水量的过程中可分别测量各单孔涌水量；然后分别关闭其中某一孔口闸关闭后，测剩余探孔涌水量以及全部孔口闸阀打开时的涌水量。
d).测涌水压力：钻好孔口后关闭孔口闸阀，安上水压表，然后开闸放水，当水压表的指针稳定时记下其读数。
e).注水试验：孔钻好后，在孔口管的阀门上安上浆液混合器并连接注浆泵，启动注浆泵向孔中压注清水，逐步加大水量和压力，当注水压力达到设计注浆压力时，维持2~3min，检查注浆系统有无串水、漏水现象，测得注水量后卸压，此注水量即为岩石吸水量。
○2.钻孔：钻孔位置要准确，施钻时钻机要尽量贴近岩面，以减小钻杆的震动；要用清水钻进，开孔要轻减压，慢速，大水量，以保证钻孔质量；换钻杆时要注意检查钻杆是否弯曲，有无损伤，中心水孔是畅通等。
○3.注浆：根据选定的参数配制浆液，水泥浆配好后需用1mm筛过滤一遍。注浆管须先检查，确认畅通后再接入注浆系统。注浆系统与孔口混合器接好后，开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、(注浆量)先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计值时，维持2~3min，进浆量达到设计数量则停止注浆，关闭球阀，随即卸下注浆混合器及注浆系统，并用清水清洗干净。
○4.每循环注浆长度25~27m，预留3~5m止浆岩盘。
○5.检查注浆效果：所有注浆孔注满后，钻取岩芯对注浆效果进行检查，对浆液扩散较为薄弱、钻孔渗水量大于0.2L/min•m或一处漏水量大于10L/min的部位，需加孔补注浆，直到达到要求指标为止。
(6)、注浆结束标准
○1.单孔结束标准
a).注浆压力逐步升高至设计终压，然后，调小泵量至设计结束时的进浆量，并在该数值上稳定10min以上；
b).注浆结束时的进浆量小于20L/min；
c).检查孔涌水量小于0.2L/min；
d).检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
○2.全段结束标准
a).所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注现象；
b).注浆后预测涌水量小于1方每天；
c).浆液有效注入范围满足设计要求；
d).预测岩体经注浆后可在开挖后保证洞壁稳定。
(7)、注浆工艺 [1] [2] 下一页
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