TSS型注漿管注漿工法

1、TSS 型注漿管注漿工法鐵道部隧道工程局一、前言 飽和動(dòng)態(tài)含水砂層是隧道與地下工程施工的一大難題， 在該種 地層中開挖隧道施工時(shí)極易發(fā)生涌水和涌砂等工程災(zāi)害。目前，在 該種地層中施工隧道，通常采用明挖法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法或凍 結(jié)法等施工方法。 在采取淺埋暗挖法，利用注漿技術(shù)處理飽和動(dòng)態(tài) 含水砂層時(shí)， 可借鑒應(yīng)用的工法不多。鐵道部隧道工程局曾在廣州 地鐵一號(hào)線楊箕體育西路區(qū)間隧道通過采用超細(xì)水泥水 玻璃雙液漿（簡(jiǎn)稱 MCS 雙液漿）作為注漿材料；采用一次性鉆 頭，跟管鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔；后退式分段注漿技術(shù)；洞內(nèi)長(zhǎng)短管相結(jié)合 注漿堵水方案，成功地解決了該區(qū)間長(zhǎng) 111.8m 飽和動(dòng)態(tài)含水砂層 的注漿加

2、固，保證了隧道的安全開挖，并研究出了一套配套工法。 鐵道部隧道工程局在上一工法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上， 針對(duì)工法中注漿孔成 成孔較為困難這一弱點(diǎn)， 進(jìn)一步進(jìn)行了深入研究， 通過對(duì)注漿管材、 布管工藝、注漿工藝的系統(tǒng)研究， 研制了一種新型的 TSS 型注漿管， 研究了 TSS 型注漿管的布設(shè)及注漿工藝， 并經(jīng)過將其在深圳市過街 道工程施工中現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在不斷完善、發(fā)展和總結(jié)的基礎(chǔ)上，形成 了本工法。該工法具有適用性和廣闊的應(yīng)用前景。二、工法特點(diǎn)（一）采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿作為注漿材料。（二）采用TSS型注漿管作為注漿管材。TSS型注漿管采用普 通焊接鋼管加工制作，管材料源廣，加工容易。（三）利用頂管技術(shù)進(jìn)

3、行注漿管布設(shè)，施工速度快，不會(huì)發(fā)生 涌水、涌砂。（四）施工設(shè)備配套簡(jiǎn)單、工藝易操作，施工成本較低。（五）采用淺埋暗法施工。三、適用范圍本工法主要適用于飽和動(dòng)態(tài)含水砂層 （砂層為中細(xì)砂、 中砂、中 粗砂、粗砂，砂層滲透系數(shù)范圍為 10一210一4cm/s）的鐵路、市政、公路、水工、電力等各種地下隧道工程的注漿加固堵水。其它地 層根據(jù)要求可選用。四、工法原理及關(guān)鍵技術(shù)（一）TSS 型注漿管具有袖閥管的作用。花管部分溢漿孔上覆 蓋著貼片，這樣可以保證漿液通過溢漿孔進(jìn)入地層，而地層中的水 和砂粒難以進(jìn)入注漿管材，從而達(dá)到注漿管的單向閥作用。（二）采用 TSS 型注漿管，采取超細(xì)水泥水玻璃配雙液漿 進(jìn)行

4、注漿施工， 漿液在砂層中主要形成均勻滲透擴(kuò)散， 不易發(fā)生大 量的劈裂、擠壓狀況，可以較好地均勻加固砂層，形成完整的防水 帷幕。（ 三 ） 采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬，采取頂管技術(shù)布設(shè)注漿管，避免了注漿 管布設(shè)過程中砂粒的排出， 較好地解決了在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中的 成孔、布管工藝。（四）采用 TSS 型注漿管的配套系列設(shè)備，可以滿足后退式分 段注漿工藝，其注漿分段長(zhǎng)度短（一般取0.61.0m），可以有效地 解決海陸交互相沖積飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中， 中、粗、細(xì)砂交互出現(xiàn)， 地質(zhì)多變等復(fù)雜條件下， 注漿加固的均一性， 提高其整體加固效果。（五）利用監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)，完善注漿參數(shù)， 有效地控制地表隆起

5、，保護(hù)環(huán)境。五、工藝流程TSS型注漿管注漿施工工藝流程見圖1。（一）注漿管加工按設(shè)計(jì)圖紙加工TSS型注漿管。（二）施工準(zhǔn)備1 封閉工作面做止?jié){墻：為防止注漿施工過程中工作面冒漿， 每循環(huán)開挖后應(yīng)對(duì)工作面止?jié){巖墻進(jìn)行噴砼封閉，厚度不小于 50cm。為適應(yīng)注漿孔位的定位方便，可將掌子面噴成平面。2機(jī)械設(shè)備維修及試運(yùn)轉(zhuǎn)：在注漿施工前和開挖施工過程中， 應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)，使其保持良好的狀態(tài)。3. 施工材料準(zhǔn)備：施工材料包括TSS型注漿管及其配套的孔內(nèi) 注漿設(shè)備和注漿用的超細(xì)水泥、水玻璃、緩凝劑等注漿材料。施工 前必須將材料運(yùn)至工作面附近，每次應(yīng)備足兩個(gè)小班的材料用量，且隨用隨補(bǔ)充。4.

6、 搶險(xiǎn)材料的準(zhǔn)備；含水砂層開挖過程中，可能會(huì)發(fā)生突發(fā)性 的涌水和涌砂現(xiàn)象，給施工及地面設(shè)施安全造成危害。因此，必須 事先準(zhǔn)備好搶險(xiǎn)防涌材料，如棉紗、草袋、方木等。圖1TSS型注漿管注漿施工工藝流程圖（三）注漿管布設(shè)1. 架設(shè)作業(yè)平臺(tái)；2 .按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠ぷ髅嫔蠈⒆{管孔位用紅油漆標(biāo)出；3.采用0.5m立桿按開孔位置相對(duì)座標(biāo)，采用相對(duì)距離定位技 術(shù)進(jìn)行鉆桿定位，采用 YT 28風(fēng)鉆（或7655風(fēng)鉆），用1m鉆桿 對(duì)砼封閉層進(jìn)行鉆穿引孔。4.采用手持風(fēng)鎬，利用作業(yè)平臺(tái)，用沖擊套將注漿管頂入地層， 注漿管外露10 20cm。5. 注漿管布設(shè)后，采用棉紗+速凝水泥砂漿將注漿管周圍封填, 以避免注漿施

7、工中產(chǎn)生返漿。（四）注漿作業(yè)1 .注漿參數(shù)注漿參數(shù)如表1所示。注漿參數(shù)表表1參數(shù)名稱參數(shù)值注漿加固范圍:開挖輪廓線外拱部及邊墻 23m ,底板以下12m ,掌子面砂層。注漿管長(zhǎng)46m根據(jù)需要進(jìn)行選擇止?jié){巖墻50cm噴射砼層+ （1.52m）余留止?jié){墻凝膠時(shí)間30 60s擴(kuò)散半徑0.5 0.8m終孔間距按式進(jìn)行計(jì)算確定。式中：a指注漿終孔間距（m）； R指漿液擴(kuò)散半徑（m ）。注漿速度5 301/min注漿段長(zhǎng)0.6m注漿終壓：0.51.2Mpa （地下管線影響地帶取低壓，其它取中、高壓）單段注漿量按式Q =兀R2 h盤（1 + 0進(jìn)行計(jì)算確定。式中：Q指注漿 量（m3）； R指漿液擴(kuò)散半徑（m

8、）； h指注漿段長(zhǎng)（m）； n指地層 空隙率；a指地層空隙充填率；B指漿液損失率，一般取1030%。2.配制漿液（1）超細(xì)水泥漿的配制根據(jù)預(yù)配制水泥漿的體積，按水灰比和緩凝劑摻量計(jì)算出所需要的超細(xì)水泥、水和緩凝劑的用量。施工中宜采用水灰比為 W:MC=1.5:13:1。根據(jù)用量，首先在容器中加入水和緩凝劑，強(qiáng)力攪拌，待緩 凝劑充分溶解后，加入超細(xì)水泥，強(qiáng)力攪拌，混合均勻。（2）水玻璃漿的配制在濃水玻璃中加入水，邊加水邊攪拌，邊用玻美計(jì)測(cè)試其濃度， 到達(dá)所需要的稀釋濃度為止。施工中宜采用水玻璃濃度為 3040Be'。3.注漿作業(yè)注漿管全部布設(shè)完成后，開始進(jìn)行注漿作業(yè)。采用TSS型注漿 管

9、配套設(shè)備，采用雙液注漿泵，采取后退式分段注漿工藝進(jìn)行注漿 作業(yè)。后退式分段注漿工藝：將帶有止?jié){塞的芯管和頂管連接后插入到注漿管相應(yīng)位置，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管上的法蘭盤，使止?jié){塞膨脹， 以達(dá)到止?jié){效果。連接注漿管路，采用雙液注漿泵向孔內(nèi)注漿，每 次注漿段長(zhǎng)選擇為0.6m，即第一段注漿完成后，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管 上的法蘭盤，使止?jié){塞恢復(fù)到原狀，將芯管后退0.6m,進(jìn)行第二段注漿，如此下去，直至將整個(gè)注漿段完成。后退式分段注漿要特別注意止?jié){塞的損壞程度，施工過程中若 發(fā)現(xiàn)止?jié){塞存在問題，應(yīng)立即更換，以免引起注漿管堵塞，造成芯 管無法拔出，影響正常施工。（五）監(jiān)控量測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)試在注漿過程中地表的變形情況

10、，控制注漿 過程中地表的隆起變形。在注漿過程中，地表隆起限值為30mm，否則，應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，采取增加注漿管數(shù)量，縮短布管間距，以 達(dá)到控制地表隆起變形，確保工程施工安全，有效保護(hù)周圍環(huán)境。六、材料（一）注漿材料施工中主要采用超細(xì)水泥一一水玻璃雙液漿。超細(xì)水泥的粒徑 選擇按J.C.King可灌性判式進(jìn)行。J.C.King可灌性判式如下：NGl 15 或 汕=単_8G85G95式中：N （通常取NJ注漿比；%、入一一地層的粒徑累計(jì)曲線的15%，10%的顆粒直徑；G85、G95注漿材料的粒徑累計(jì)曲線的 85%，95%的顆粒直徑（通常采用注漿材料顆 粒的85%、95%粒徑作為注漿材料的“最 大代表粒

11、徑”）。（二）注漿管材及其配套止?jié){系統(tǒng)施工中采用TSS型注漿管及其配套止?jié){系統(tǒng)。TSS型注漿管 采用小口徑的焊接鋼管（加厚型）加工制作。其系列配套止?jié){系統(tǒng) 由TSA頂桿、TSB注漿芯管、TS C頂桿螺母、TS D止 漿塞等四部分組成。它們應(yīng)和 TSS型注漿管相配套。七、機(jī)具設(shè)備主要機(jī)具設(shè)備見表2。注漿施工主要機(jī)具設(shè)備表2項(xiàng)目名稱機(jī)械名稱型號(hào)成孔設(shè)備風(fēng)鉆YT-28風(fēng)鎬普誦型沖擊套自制注漿設(shè)備:注漿泵HFV-5D或KBY-50/70型等雙液注漿泵攪拌機(jī)QV-300/50輸漿設(shè)備高壓膠管Dg25-Pg16:混合器T型抗震壓力表16Mpa:高壓球閥0 25八、勞動(dòng)組織根據(jù)工程數(shù)量要求，合理地安排勞動(dòng)力

12、。在注漿施工中，施工 人員要聽從現(xiàn)場(chǎng)施工組的統(tǒng)一安排，服從指揮，各司其職，嚴(yán)格施 工紀(jì)律。施工勞動(dòng)組織安排如表 3所示。注漿施工勞動(dòng)組織表3工種人數(shù)職責(zé)一班三個(gè)班技術(shù)人員13負(fù)責(zé)全面注漿工作工班長(zhǎng)13協(xié)助技術(shù)人員工作，負(fù)責(zé)勞動(dòng)力安排司泵13負(fù)責(zé)注漿泵的操作，記錄注漿參數(shù)鉆孔（制漿）39負(fù)責(zé)布設(shè)注漿管；注漿時(shí)配制漿液孔口位置26負(fù)責(zé)頂管工作；注漿過程中下注漿芯管，測(cè)試凝 膠時(shí)間。輔助工13負(fù)責(zé)文明施工合計(jì)927九、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求1. TSS型注漿管應(yīng)符合加工及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；2. 注漿孔孔位標(biāo)注誤差w士 1cm;3. 鉆孔定位誤差w士 1cm;4 .漿液凝膠時(shí)間應(yīng)在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)；5 .單孔單段

13、注漿量不得少于設(shè)計(jì)注漿量的 80%;6. 注漿壓力不得高于注漿終壓，注漿過程中當(dāng)各孔注漿量達(dá)到 設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿終壓應(yīng)接近設(shè)計(jì)終壓；7. 注漿過程中，地表隆起值w 30m m;8注漿結(jié)束后檢查孔鉆進(jìn)過程中排出的巖粉中應(yīng)有漿液的膠 凝體，檢查孔鉆孔結(jié)束后，將鉆孔放置一段時(shí)間，觀察檢查孔中應(yīng) 沒有涌水、涌砂現(xiàn)象。9.檢查孔注水試驗(yàn)，注漿后地層滲透系數(shù)應(yīng)w 10-4cm/s;10開挖過程中，對(duì)固砂體取樣進(jìn)行力學(xué)指標(biāo)測(cè)試，固砂體抗壓強(qiáng)度應(yīng)0.3Mpa。十、安全措施注漿結(jié)束后，應(yīng)對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查評(píng)定，注漿效果未達(dá)到要 求，不得進(jìn)行開挖施工。在施工過程中若出現(xiàn)局部涌水、涌砂應(yīng)立 即封閉，補(bǔ)充注漿。注漿

14、效果的檢查評(píng)定主要采取分析法、鉆檢查孔法和開挖面取 樣測(cè)試等三種方法。分析法包括注漿過程中的 PQt 曲線分析、 群孔注漿漿液填充率的反算分析; 鉆檢查孔法包括檢查孔的觀察和 檢查孔注水試驗(yàn); 開挖面取樣測(cè)試主要是對(duì)開挖面砂樣固結(jié)體力學(xué) 指標(biāo)測(cè)試。十一、效益分析1 TSS 型注漿管加工、布設(shè)工藝簡(jiǎn)單，同洞內(nèi)長(zhǎng)短管相結(jié)合注 漿工藝（廣州地鐵楊體區(qū)間采用）相比，施工進(jìn)度可提高50%。2同盾構(gòu)法相比， 采取 TSS 型注漿管注漿工藝施工飽和動(dòng)態(tài)含 水砂層，可以減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)，施工成本降低60以上。十二、工程實(shí)例深圳市向西路人行地道工程位于深圳市深南東路與向西路丁字 路口，工程由主通道和四個(gè)梯

15、道組成。主通道穿越深圳市交通最為 繁忙的深南大道。該路段區(qū)域地面交通繁忙，地下管線較多。主通道采取“淺埋暗挖法”施工。主通道設(shè)計(jì)凈寬 6.0m，凈高2.5m,長(zhǎng)49.34m。梯 道凈寬3.6m，凈高2.5m，梯道總長(zhǎng)130.4m。主通道最大覆土厚約 5.3m，最小覆土厚約4.3m。通道中部設(shè)水泵房，南 2#梯道平段設(shè) 配電房，通道采用割圓拱形斷面。該工程豎井及梯道通過人工填土層、埋藏植物層（Qd）、第四紀(jì)沖積層（qTp1）；主通道穿越地層為第四紀(jì)沖積層，其中南口開挖斷面內(nèi)拱部及墻身為淤泥粉質(zhì)粘土層和粉質(zhì)粘土層，底板為中、 粗砂層；北口開挖斷面內(nèi)為中、粗、細(xì)砂層。工程所在地區(qū)地下水屬孔隙型潛水類

16、型，稍具承壓。主要賦存 于第四紀(jì)沖洪積砂層中，水量豐富。地下水與深圳河有水力聯(lián)系， 水位隨季節(jié)變化較大，穩(wěn)定水位為 02.6m，標(biāo)高為2.292.97m< 通道位于地下水位以下，開挖最大水頭差為 7.2m。該工程施工難度大，原設(shè)計(jì)采用“洞內(nèi)水平長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿 技術(shù)”處理飽和動(dòng)態(tài)含水砂層。隧道工程局科研所針對(duì)該工程的具 體工程及水文地質(zhì)條件，結(jié)合開挖斷面大小和工程的施工方法，認(rèn) 為“洞內(nèi)水平長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿技術(shù)”不適宜于該工程，提出了采 用“TSS型注漿管注漿技術(shù)”處理該工程飽和動(dòng)態(tài)含水砂層。（一）注漿材料注漿材料采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿。配比：W:MC=（1.5 2）:1, MC:S=

17、1:1，水玻璃濃度 35Be'。（二）注漿參數(shù)注漿參數(shù)見表4。注漿參數(shù)表表4注漿參數(shù)TSS型注漿管注漿工藝注漿加固范圍開挖輪廓線外周邊 2m，底板以下1m,掌子面砂層。注漿管長(zhǎng)5m、6m兩種止?jié){巖墻50cm噴射砼層+ （1.52m）余留止?jié){墻凝膠時(shí)間30 60s擴(kuò)散半徑0.50.8m注漿速度5 301/min注漿段長(zhǎng)0.6m注漿終壓0.5 1.2MPa單段注漿量0.1 0.3 m3（三）注漿設(shè)計(jì)根據(jù)地層的注漿加固范圍要求，地層中的地下水流向，砂層分 布狀況，以及漿液在地層中的擴(kuò)散能力進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)。豎井注漿采取TSS型注漿管垂直注漿技術(shù)（以北側(cè)豎井砂層第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì) 為例如圖2所示）。

18、主通道注漿采取TSS型注漿管水平注漿技術(shù)（以 主通道北側(cè)第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)為例如圖 3所示）。120 10注漿孔終孔交圈圖注漿孔開孔孔位圖A-A斷面縱剖面圖B-B斷面縱剖面圖圖2北側(cè)豎井砂層第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)圖注漿孔終孔交圈圖注漿孔開孔圖圖3主通道北側(cè)第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)圖（四）、注漿施工1注漿管布設(shè)：采用手持風(fēng)鎬，利用作業(yè)平臺(tái)，用沖擊套將注 漿管頂入地層。2. 注漿作業(yè)：注漿管全部布設(shè)完畢后，開始進(jìn)行后退式分段注 漿工藝。3. 注漿順序：注漿宜按約束一一開放型注漿順序進(jìn)行設(shè)計(jì)和施 工，其注漿順序原則如下：首先將群孔的三周進(jìn)行注漿，從而達(dá)到 約束的目的，以防止?jié){液過遠(yuǎn)擴(kuò)散；然后采取開放型注漿，由一側(cè)向

19、另一側(cè)平行推進(jìn)，以達(dá)到排水的目的。(五) 注漿效果檢查注漿結(jié)束后，必須進(jìn)行注漿效果檢查。其方法主要采取以下三 種方法。1分析法(1)注漿過程中P-q-t曲線通過對(duì)鉆孔、注漿記錄進(jìn)行整理，分析每個(gè)孔段的注漿壓力和注漿速度，以及串漿情況，找出可能出現(xiàn)的薄弱部位。壓 漿 注m量 流 漿 注Pt曲線q t曲線圖4 注漿P q t曲線結(jié)合注漿施工采用的機(jī)械特點(diǎn)，從注漿作業(yè)情況來看，在注漿 過程中，注漿壓力一般都能達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，同時(shí)，注漿速度在逐漸減小，這說明漿液的擴(kuò)散充填能夠滿足設(shè)計(jì)的擴(kuò)散范圍，具有一定的滲透填充、擠壓密實(shí)效果，地層的注漿質(zhì)量是高的。在現(xiàn)場(chǎng) 注漿施工中，注漿壓力 P,注漿流量q,同注

20、漿時(shí)間t的關(guān)系曲線 如圖4所示。由曲線可以看出，開始時(shí)，注漿施工采取低壓力灌注，注漿 壓力控制為0.50.7MPa,隨著注漿的進(jìn)行，漿液有效地填充了砂 層的空隙，為了使?jié){液繼續(xù)注進(jìn)砂層，注漿泵壓力自行逐漸提高， 為保護(hù)地下管線的安全，防止?jié){液在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中產(chǎn)生劈 裂，我們采取注漿終壓為11.2Mpa。在注漿過程中，通過調(diào)整注 漿孔布距、注漿初始?jí)毫?、注漿流量，從而達(dá)到在注漿量滿足設(shè)計(jì) 要求時(shí)，注漿終壓也基本為設(shè)計(jì)終壓11.2Mpa。根據(jù)KBY注漿泵的性能特點(diǎn)，在注漿開始時(shí)，我們采用較大的注漿流量即20301/min進(jìn)行注漿，隨著注漿工作的進(jìn)行，注漿泵無極調(diào)速，注漿 流量逐漸減小，最后注漿流量減小為 510l/min，這充分證明了在 注漿過程中，注漿材料有效地填充了砂層的空隙，達(dá)到了注漿固砂堵水的目的。9(2)漿液填充率反算注漿結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)注漿量刀 Q,計(jì)算漿液在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層 的填充率k, k=33.6%