24-小導(dǎo)管超前注漿施工工法.doc

小導(dǎo)管超前注漿施工工法(TLEJGF-92-26)鐵道部第十六工程局前言隧道與地下工程小導(dǎo)管超前注漿，是在地基處理灌漿法基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)圍巖加固止水新技術(shù)，它同時(shí)具有超前支護(hù)作用，是不良地質(zhì)隧道與地下工程施工常用的一種開挖輔助措施。我局開發(fā)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，多次通過隧道大塌方及軟弱圍巖地段。在西單地鐵車站施工中，不僅采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)技術(shù)開挖“眼鏡”，而且還配合大管棚加固土體，成功地完成大跨度洞室的開挖，并在控制地表下沉中發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過多年的實(shí)踐、總結(jié)，這項(xiàng)技術(shù)日臻完善，形成了本工法。此項(xiàng)成果于1988年獲中國鐵道建筑總公司科技成果二等獎(jiǎng)。一、基本原理本工法的基本原理是在工作面周邊按一定角度將小導(dǎo)管打(鉆、壓)入地層中，借助注漿泵的壓力，使?jié){液通過小導(dǎo)管滲透、擴(kuò)散到地層孔隙或裂隙中，以改善土體物理力學(xué)性能，這樣既可止水又可在工作面周圍形成一個(gè)承載殼地層自承拱，同時(shí)管體又可起到超前錨桿的作用，從而達(dá)到增加土體的自穩(wěn)時(shí)間，提高開挖面地層自穩(wěn)能力，限制地層松弛變形的目的。小導(dǎo)管超前注漿固結(jié)機(jī)理主要可歸納為以下兩方面：1.滲入性注漿。對(duì)于具有一定孔隙或裂隙受擾動(dòng)和破壞的圍巖，在注漿壓力作用下，漿液克服各種阻力，滲入圍巖的孔隙或裂隙中，達(dá)到固結(jié)地層的目的。2.劈裂、壓密注漿。對(duì)于致密的土質(zhì)地層，在較高的漿液壓力作用下，裂隙被擠開，使?jié){液得以滲入，達(dá)到壓密巖體的目的。二、工法特點(diǎn)1.形成了管棚與固結(jié)聯(lián)合的超前支護(hù)體系，提高巖體自身的穩(wěn)定性，抑制圍巖松弛變形，增強(qiáng)了施工的安全性。2.加固效果好，注漿質(zhì)量易于控制。3.采用超前支護(hù)手段，通過調(diào)整漿液凝固時(shí)間，可大大縮短暗挖工序時(shí)間。4.采用常用小型機(jī)械施作，無需配備專用設(shè)備，工藝操作簡便，一般工人都可掌握。三、適用范圍本工法適用于風(fēng)化很嚴(yán)重，節(jié)理很發(fā)育和碎石土、礫石土、砂、泥等各種軟弱圍巖條件下的隧道及地下工程地層加固，也可用于處理坍方體。四、施工設(shè)計(jì)程序與參數(shù)(一)設(shè)計(jì)程序(按圖1實(shí)施)(二)設(shè)計(jì)參數(shù)1.小導(dǎo)管管徑可選用2532有縫鋼管，鋼管長度采用3.56.0m。2.鋼管應(yīng)沿隧道開挖輪廓線布置向外傾斜，外插角一般為510，處理坍體時(shí)可適當(dāng)加大。3.注漿壓力應(yīng)根據(jù)地層致密程度決定，一般為0.51.0MPa，劈裂注漿可適當(dāng)加大，應(yīng)小于等于覆蓋壓力，即Prh，對(duì)于松散體和坍方段一般P1MPa。式中r土體容重引起的壓力； h覆蓋層厚度。4.縱向前后相鄰兩排小導(dǎo)管搭接的水平投影長度b一般不宜小于1.0m(見圖2)。5.橫向小導(dǎo)管沿開挖輪廓布置如圖3。類圍巖劈裂、壓密注漿時(shí)采用單排管；類圍巖或處理坍方時(shí)可采用雙排管；泥石流或其他地下水豐富的松軟層可采用雙排以上的多排管；滲入性注漿宜采用單排管；大斷面或注漿效果差時(shí)可采用雙排管。滲入性注漿導(dǎo)管環(huán)向間距a應(yīng)通過試驗(yàn)確定，但不得超過0.4m，無試驗(yàn)條件時(shí)，視地質(zhì)條件按0.20.4m選用。注漿試驗(yàn)主要目的是選定注漿壓力P、注漿半徑r及注漿量。在選定注漿半徑r后，可按兩圓相交形成厚度(見圖4)等于30cm確定孔距a。一般要求a40cm,故按圖4可求得r25cm。試驗(yàn)時(shí)注漿壓力應(yīng)在允許范圍內(nèi)，按注漿半徑r25cm選用較為經(jīng)濟(jì)合理。確定注漿半徑r后，按上公式計(jì)算孔距。滲入性注漿選用雙排管時(shí)，排距e=(r+b/2)時(shí)，兩排孔正好緊密搭接，是一種最優(yōu)的設(shè)計(jì)。劈裂、壓密注漿孔距a及排距e視地質(zhì)條件選用，一般a=0.30.5m,e=0.20.3m。6.注漿漿液應(yīng)優(yōu)先選用水泥漿液，當(dāng)?shù)叵滤S富或有淤泥流砂時(shí)，可采用水泥水玻璃雙液漿?；瘜W(xué)漿液成本高，有的有一定毒性，對(duì)環(huán)保不利，使用時(shí)要慎重。五、施工工藝(一)工藝程序工藝程序如圖5所示。雙排管或雙排以上多排管布置時(shí)，為避免串漿，可分層施工，即先打一排管，注完漿后再打下一排管。(二)施工準(zhǔn)備1.熟悉設(shè)計(jì)圖紙。2.調(diào)查分析土質(zhì)情況，按可灌比或滲透系數(shù)確定注漿類型。3.滲入性注漿要通過試驗(yàn)確定注漿半徑、注漿壓力、單管注漿量，選取導(dǎo)管間距。4.加工導(dǎo)管(如圖6)，準(zhǔn)備施工器材。5.準(zhǔn)備施工隊(duì)伍，培訓(xùn)施工人員。(三)鉆孔、打小導(dǎo)管1.測(cè)量放樣，在設(shè)計(jì)孔位上作標(biāo)記。2.用鉆孔臺(tái)車或手持風(fēng)鉆鉆孔后，將小導(dǎo)管沿孔打入；如地層松軟也可用游錘或鉆孔臺(tái)車或手持風(fēng)鉆直接將小導(dǎo)管打入。3.對(duì)砂土類，可用20鋼管制作吹風(fēng)管，將吹風(fēng)管緩緩插入土中用高壓風(fēng)射孔，成孔后將小導(dǎo)管插入。(四)注漿1.單液注漿注漿前先噴混凝土封閉掌子面以防漏漿，對(duì)于強(qiáng)行打入的鋼管應(yīng)先沖清管內(nèi)積物，然后再注漿。注漿順序由下向上，漿液可用拌合機(jī)攪拌，亦可用人工攪拌。圖7為小導(dǎo)管單液注漿示意圖。水泥漿水灰比為1.51、11、0.81三個(gè)等級(jí)，漿液由稀到濃逐級(jí)變換，即先注稀漿，然后逐步變濃直到0.81為止?？紤]到注漿后需盡快開挖，注漿宜用普通水泥或早強(qiáng)水泥，拌漿時(shí)可摻入減水劑。滲入性注漿按試驗(yàn)所確定的壓力及注漿量施工，無試驗(yàn)條件時(shí)按注漿半徑20cm，由大向小調(diào)整，選定壓力及注漿量。劈裂、壓密注漿按有效固結(jié)厚度大于40cm，在施工中由大到小，逐步選取最佳注漿壓力及注漿量。注漿宜選用壓力4.0MPa以上的高壓注漿泵。當(dāng)采用額定注漿壓力為1.5MPa的UB-3型灰漿泵時(shí)，壓力達(dá)到1.5MPa后，將注漿泵停下，等待幾分鐘后，若壓力降到0.6MPa以下，再繼續(xù)注漿，這樣反復(fù)幾次直到壓力不能下降為止。注完漿的鋼管要立即堵塞孔口，防止?jié){液外流。2.水泥水玻璃雙液注漿在地下水豐富或有淤泥、流砂等復(fù)雜地質(zhì)條件下，宜選用水泥水玻璃雙液注漿，注漿時(shí)將兩種不同的漿液分放在兩個(gè)容器內(nèi)，使用雙液注漿泵或兩臺(tái)注漿泵按配合比分別吸入兩種漿液，兩種漿液在混合器混合后注入注漿管，圖8為水泥水玻璃雙液注漿工藝示意圖。注水泥水玻璃雙液漿時(shí)，水泥漿水灰比為1.2510.51；水玻璃模數(shù)以2.42.8為宜，水玻璃濃度使用范圍為3045波美度，水泥、水玻璃漿體積比為1110.3，初凝時(shí)間可用不同配合比和少量磷酸氫二鈉來控制。表1為425號(hào)硅酸鹽水泥、45波美度的水玻璃漿、水泥漿水灰比0.51、水泥漿與水玻璃11時(shí)，不同摻量的磷酸氫二鈉對(duì)初凝時(shí)間的影響。(五)注漿異?，F(xiàn)象的處理1.在注漿過程中，經(jīng)常發(fā)生漿液從其他孔流出的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為串漿。發(fā)生串漿時(shí)，在有多臺(tái)注漿機(jī)的條件下，應(yīng)同時(shí)注漿，無條件時(shí)應(yīng)將串漿孔及時(shí)堵塞，輪到該管注漿時(shí)，再拔下堵塞物，用鐵絲或細(xì)鋼筋將管內(nèi)雜物清除并用高壓風(fēng)或水沖洗(拔塞后外流漿的注漿管不必進(jìn)行此工序)，然后再注漿。2.單液注水泥漿壓力突然升高，則可能發(fā)生堵塞，應(yīng)停機(jī)檢查。當(dāng)堵管時(shí)，要敲打或滾動(dòng)以疏通注漿管，無法疏通時(shí)要補(bǔ)管。3.水泥水玻璃雙液注漿壓力突然升高，則關(guān)停水玻璃泵，進(jìn)行單液注漿或注清水，待泵壓正常時(shí)，再進(jìn)行雙液注漿。4.水泥漿單液或水泥水玻璃雙液注漿進(jìn)漿量很大，壓力長時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間，以便凝膠，但停留時(shí)間不能超過混合漿的凝膠時(shí)間。六、機(jī)具設(shè)備1.主要機(jī)具設(shè)備配備見表2。2.常用注漿機(jī)及性能常用注漿機(jī)按動(dòng)力分為風(fēng)動(dòng)及電動(dòng)兩種；按功能分為單液及雙液兩類。常用注漿泵型號(hào)及性能見表3。常用注漿機(jī)械性能 表33.注漿嘴注漿嘴鋼管外徑應(yīng)略小于小導(dǎo)管內(nèi)徑，常見注漿嘴如圖9所示。4.混合器雙液法注漿時(shí)，兩種漿液進(jìn)入混合器混合后，再通過注漿嘴迅速流入小導(dǎo)管壓進(jìn)地層?；旌掀飨倒さ刈灾?，是一種聯(lián)接兩根進(jìn)漿管與出漿管的三通管路并與閥門配套的設(shè)備(見圖8)。七、勞力組織1.加工組：37人，分工制作小導(dǎo)管及臨時(shí)支護(hù)材料。2.電工及機(jī)械司機(jī)：35人，分管空壓機(jī)、注漿泵、攪拌機(jī)等。3.打管工班：69人，負(fù)責(zé)鉆孔、打管。4.注漿工班：6人，分工注漿及封閉開挖面工作。八、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及安全措施(一)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1.導(dǎo)管應(yīng)在開挖輪廓線上按設(shè)計(jì)位置及角度打入。滲入性注漿施工時(shí)，孔位誤差不得大于5cm；角度誤差不得大于2；劈裂、壓密注漿施工時(shí)，孔位誤差不得大于10cm，角度誤差不得大于3(角度用地質(zhì)羅盤儀檢查)。超過允許誤差時(shí)，應(yīng)在距離偏大的孔間補(bǔ)管、注漿。2.鋼管實(shí)際打入長度不得短于平均每根實(shí)際打入長度30cm，否則，開挖1.0m后補(bǔ)管、注漿。3.檢查鉆孔、打管質(zhì)量時(shí)，應(yīng)畫出草圖，對(duì)孔位編號(hào)、逐孔、逐根檢查并認(rèn)真填寫記錄。4.滲入性注漿單孔注漿量不得少于平均每孔注漿量的80%，劈裂、壓密注漿單孔漿量不得少于平均每孔注漿量的60%，超過偏差必須補(bǔ)管、注漿。5.注漿過程中，要逐管填寫記錄，標(biāo)明注漿壓力、注漿量、發(fā)生情況及處理過程。6.固結(jié)效果檢查宜在搭接范圍內(nèi)進(jìn)行，主要檢查注漿量偏少和有懷疑的鋼管，要認(rèn)真填寫檢查記錄。滲入性注漿通過鉆孔檢查厚度，小于30cm時(shí)，應(yīng)補(bǔ)管、注漿、劈裂、壓密注漿 采用小橇棍或小錘輕輕敲打鋼管附近，判斷固結(jié)情況，并配合風(fēng)鉆鉆速測(cè)試，檢查注漿范圍，固結(jié)不良或厚度不夠時(shí)，要補(bǔ)管、注漿。7.開挖過程中，要隨時(shí)觀察注漿效果，分析測(cè)量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題后必須停工處理。(二)機(jī)具設(shè)備安全事項(xiàng)注漿前應(yīng)嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處的牢靠程度，以防壓力爆破傷人。九、經(jīng)濟(jì)效益1.用小導(dǎo)管注漿法處理雙線鐵路隧道大塌方，平均每米材料費(fèi)2443.56元、工費(fèi)591.92元，與傳統(tǒng)的插板法相比，可節(jié)約材料費(fèi)117.5元、工費(fèi)64.5元，工序簡單，安全可靠，施工速度快。2.同盾構(gòu)法，明挖法相比，用小導(dǎo)管注漿法為輔助措施的暗挖施工方法開挖城市地下鐵道，具有速度快、成本低的優(yōu)點(diǎn)，我局采用小導(dǎo)管注漿配合“雙眼鏡法”開挖淺埋地鐵車站，取得成功，充分顯示了這一優(yōu)點(diǎn)。十、工程實(shí)例1.1986年7月處理大秦線栗家灣二號(hào)隧道進(jìn)口大塌方15m，塌體中混有粘土，可灌性差，采用32鋼管，管長4.0m，注水泥漿。2.1986年11月處理大秦線大團(tuán)尖隧道出口塌方37m，塌體中粘土含量約占30%，可灌性很差，采用32鋼管，管長6m，注水泥漿。3.1986年11月處理大秦線栗家灣二號(hào)隧道出口大坍方20m，通過軟弱圍巖20m。坍體為碎石土，軟弱圍巖為風(fēng)化很嚴(yán)重的白云巖與頁巖互層，地下水豐富，采用32鋼管，管長46m，注水泥漿。4.1987年3月處理大秦線大團(tuán)尖隧道出口大塌方15m。塌體中粘土含量約占30%，可灌性很差，大部分采用32鋼管，管長3.56.0m，小部分采用25鋼管，管長3.5m，注水泥漿。5.1989年至今，西單地鐵車站淺埋暗挖，配合“雙眼鏡法”施工，穿過地