01 廣州純鉆貿易有限公司(注漿加固)

注漿加固

南嶺隧道注漿種類：

1）按地點分：地表注漿、洞內注漿。

2）按注漿材料分：水泥漿液、化學漿液，或單液漿、雙液漿。

3）按注漿時間：預注漿、后注漿。

4）按注漿目的分：圍巖加固、堵水堵泥。

據不完全統計，南嶺隧道注漿工作量如表10-3。

表10-3 南嶺隧道鉆孔注漿工程量統計表

（1）注漿方案的選擇

注漿方案的選擇是指地表垂直鉆注法與導坑水平鉆注方案的選擇，應根據隧道與施工條件確定。一般情況下，當含水層較厚距地表較近，或含水層雖薄，層數較多時；當隧道為淺埋隧道，能使鉆注與導坑掘進平行作業，加快施工進度時；當地表鉆孔較易見到突水層時，用地表垂直鉆注是合適的。反之，含水層較薄，但深，或含水層雖多，但相距較遠，其間又有隔水層時；當隧道為深埋隧道，鉆孔工作量過大，且鉆孔不易見到突水層時，則宜用導坑水平鉆注。

南嶺隧道下連溪、生潮垅地區為巖溶發育地層。涌水突泥時間長，量大，已經產生許多陷坑，還可能存在一些隱蔽陷坑，地表與洞內存在許多網狀、串珠狀巖溶通道。故地層已被嚴重擾動，采用單一的地表鉆注或洞內鉆注都不能達到堵水的作用，采用兩者結合的辦法較好。

1）地表鉆注比洞內鉆注超前一環進行，可以加快施工進度，可充填溶裂，加固地層，堵塞大的突水通道，以利提高洞內鉆注效果。

2）巖溶地層溶裂無規律，地表鉆孔往往不易見到溶裂地層，所以必須結合洞內鉆注法，以提高鉆注質量。

3）地表鉆注條件好、速度快；洞內鉆注工作面小、干擾大、施工條件差，影響和占用掘進時間。

4）地表與洞內注漿量出入不大，各種注漿方法的效益還難以精確判斷。倘有成果，這是由于采取兩種注漿方法相結合之故。但洞內注漿止水效果優于地表注漿。

5）當地表鉆注能控制和堵塞溶裂，且打20°～30°斜孔能見溶裂層時，宜優先使用地表鉆注，反之應優先或結合使用洞內鉆注。

（2）注漿方法與段高

注漿段高是指一次注漿的長度，其方法分為全段一次注漿和分段注漿兩種。全段一次注漿是將注漿孔鉆至終深一次注漿。分段注漿又分分段下行式（自上而下）注漿與分段上行式（自下而上）注漿。

地表鉆注時從節約投資考慮，地質鉆孔同時又是注漿孔，并且，為了避免施工干擾，只能把地質鉆孔全鉆完后方可注漿，這給施工帶來了極大困難，只好采用全段一次注漿。注漿中極易孔口冒漿，漿液未達毛洞有效范圍的溶裂，注一孔造成周圍鄰孔冒漿固結。如注生潮垅一期工程12#孔周圍11個孔串漿；地質鉆孔多次變徑且小，滿足不了注漿要求；套管埋深不夠，僅滿足地質孔要求，但作為注漿孔則不夠；施工中采取的措施是將全段一次注漿改變為分段注漿，根據溶裂的標高可分別采用下行式或上行式，采用多次洗孔注漿法，直至滿足終孔標準。提高注漿工藝，嚴格控制注漿范圍，采取的方法：①將不合格的孔口管重新埋至完整灰巖下2m。②注意漿液配比，適時壓注雙液。③下鋼花管控制注漿范圍。④加強注漿信息反饋測試工作。⑤采用多孔同步注漿新工藝等。在地質極其復雜，施工條件極為不利的情況下，通過采取上述措施，注漿質量符合設計要求。在鉆孔附近，即在有效范圍6m內的隧道附近溶裂已加固，隧道凈空以上與洞內連通的溶裂封堵加固，地表形成注漿層硬殼，以利洞內施工方案的實施。注漿壓力通過多次鉆注從0→（0.5～0.7）MPa→（1～2.5）MPa。從洗孔取樣看，溶洞部分巖心為普通水泥-水玻璃雙液漿漿塊或漿液與泥的混合塊。生潮垅注漿擴散由南向北移動。

洞內注漿段高的選擇，可參考我國的經驗數據。在極破碎巖層中，注漿段高一般為5～10m，破碎巖層10～15 m，裂隙巖層15～30m，重復注漿可取30～50m。南嶺隧道采用多孔反復鉆注法，且鉆機的性能決定注漿段高選擇為30～40m。

注漿方法一般宜采用預注漿以防患未然，如出現涌水突泥，再鉆注的后注漿法，則成本高、干擾大、工期長、效果不如預注漿顯示得快而好。

（3）鉆孔布置與鉆孔機械

注漿孔的數目布置對注漿效果、鉆注時期、成本影響很大。注漿孔數的確定與巖石裂隙的大小、發育情況、導坑與隧道斷面、鉆注機械的性能、漿液種類等因素有關。

按照注漿機理，粘土中一般不能進行滲透注漿。若按滲透注漿則粘土中孔距大大小于粗砂地層的1.5 m間距。施工中按經驗布孔，同時不采用滲透注漿原理，而用壓潰、劈裂原理布孔。

地表布孔的原則：①距隧中線左右各7 m，間距10m梅花形布置兩排鉆孔。巖溶發育的隧道可加孔，以期形成帷幕。②應根據鉆探資料、洞內水平鉆孔資料、施工的有關資料，將鉆孔位置適當移動，增減孔數。③本工程一般都設計為垂直鉆孔，碰到巖溶幾率較少，最好應布斜鉆孔，以增加揭露裂隙幾率。

巖溶地層為典型非均質巖層，與均質巖層的鉆注設計和施工差別很大。施工中布孔遵循下列原則：①絕大多數鉆孔的終止位置在隧道外輪廓線外2m以上。②終孔間距5m左右，以達到沿隧道輪廓形成封閉帷幕。導坑中部布孔稀，主要為獲取地質資料和作注漿用。③對已探明溶裂突水處應布孔。如鉆孔突水，及時注漿堵水。④對充填稀粘土的溶洞地層，采取臨孔鉆注，使本孔排稀泥。⑤布孔先疏后密、先外后內。一般導坑四角各打一孔，中部一孔，根據具體情況再增加鉆孔。先鉆一般溶裂地層的孔，然后再集中于大的溶裂與溶洞層。

根據鐵路隧道施工的特點要求鉆機體積小、重量輕、鉆進速度快。本工程鉆機分兩類，一類地質鉆機：XY-2、XY-2B、XU300A-D宜用于注漿與打管棚孔，可取巖心；100A-D宜用于導坑探水取巖心。二類YG-80、YGZ-100重型風動鑿巖機。后者更好，配有液壓風動支架，經改進鉆孔工藝，可打俯角孔，與在溶洞地層中取巖心，地質鉆小班進尺約2 m，風動鉆小班進尺5～10m。南嶺隧道出口端鉆孔機械配套如表10-4。

表10-4 南嶺隧道出口端鉆孔機械表

（4）注漿材料與配比

注漿材料主要有水泥、水玻璃、化學漿液三大類。注漿材料應選擇適用于南嶺隧道的注漿設備并能注入巖溶中去。在其中固化堵塞涌水通道，加固溶裂中流塑性粘土的品種，由于巖溶注漿用壓潰、劈裂法代替滲透注漿，對注漿材料種類、黏度、顆粒性等要求不再像靜壓滲透注漿那樣嚴格。

本工程以水泥漿液為基本漿液，要求用新鮮的普通硅酸鹽32.5 R水泥，不宜使用礦渣水泥。

采用水泥-水玻璃系雙液注漿時，雙液配合比主要用經驗方法確定，試驗室配比試驗得到的初凝時間與抗壓強度，施工中要適當調整。本工程漿液水灰比控制在0.65∶1～1∶1。一般開始與終結的配合比為0.8∶1～1∶1。注漿中程大進漿量時水灰比為0.8∶1～0.65∶1。水泥漿與水玻璃的配合比用泵量控制。

為了改善水泥漿性能和提高在流塑泥中注漿的效果，可適當摻加若干化學材料。其作用：①速凝。②緩凝。③增強。④增加漿液和易性，提高漿液的可注性。⑤促使粘土塊粒崩解，以利漿液脈狀運動，固結土體。⑥節省材料與投資。⑦選出最佳經濟效益與性能的配合比。

（5）注漿設備與注漿工藝流程

南嶺隧道出口端注漿設備如表10-5。

表10-5 南嶺隧道出口端注漿設備表

BW250泥漿泵代注漿泵，該機性能較好臥式三缸往復單作用注塞泵。性能如表10-6。

表10-6 BW250泥漿泵性能表

拌和機臥式較好，它拌和均勻，體積凈空小，尤適用于洞內注漿。

單液注漿工藝流程較簡單，而普通水泥-水玻璃雙液漿要求漿液能按預定的擴散距離準確凝固，對其工藝流程要求嚴格。普通水泥-水玻璃雙液漿注漿工藝流程較單漿注漿多一套設備及管線，較為復雜，其主要特點如下。

1）用兩臺同型號注漿泵（用泥漿泵代），也可用兩臺不同型號泥漿泵，或一臺能夠同時輸送CS的雙液泵。

2）兩種漿液在孔內或孔口混合，采用孔口混合的立式球閥混合器或三通旋塞。

3）泥漿泵應用可調泵量壓力的泵，雙液泵也應可調泵量與壓力。

4）采用混合注漿時，漿液在注漿設備與管路中均不得發生凝固而影響正常工作。

5）注漿設施應滿足最大吸漿量和最大壓力的要求，并應有備用部件。

6）混合器在孔口，泵應緊靠工作面，輸漿管盡量短一些。

南嶺隧道洞內工作面注漿。由于工作面狹窄，水泥拆包、攪拌灰塵飛揚，若開風機粉塵愈濃，職工勞動條件惡劣，氣溫也高，注漿材料用梭式礦車從洞外運入洞內。一旦運輸發生故障，注漿材料供不上，對注漿質量影響也極大。對此，充分利用淺埋隧道的特點，在下連溪、生潮垅地段打了六個通風（ϕ35～ϕ60cm）大孔，并用大孔運輸漿液。將攪拌站固定在通風孔的地表。

1）開挖工作室，雙線導坑尺寸3.2 m×3.5 m，長度不小于10m，工作面破碎或已涌水突泥，按設計灌注止水墻。

2）在地表通風孔處安裝攪拌站，在通風大孔內安裝兩種漿液的輸送管道入洞內。洞內同時設置兩種漿液貯漿池，搭設工作平臺，安裝鉆注機械。

3）開孔嵌入基巖2 m，用普通水泥-水玻璃漿埋設ϕ127mm或ϕ150mm孔口管（帶法蘭盤）。

4）24 h后即可正式鉆進：①無大的溶裂，可鉆至設計孔深；②遇較大溶裂，應停鉆準備注漿；③遇有承壓水或流塑泥的鉆孔，應組織人力，千方百計安裝閘閥，并關閉，準備注漿。

5）安裝注漿管道，雙液混合器與三通旋塞。注水試驗完畢合格后即可注漿。水泥漿在洞內貯漿池內要進行第二次攪拌，注漿達到規定的標準，即可終孔。

6）繼續洗孔或開新孔，再按上述情況進行注漿，直至全部設計鉆孔完成。

7）打檢查孔，綜合注漿資料與檢查孔巖心情況，判斷注漿質量，達到設計要求，即可撤除鉆注機械，掌子面可放炮掘進；未達要求可適當補孔補注。

（6）注漿參數和質量檢查

注漿參數有：漿液的擴散半徑，注漿壓力、漿液濃度、漿液注入量、注漿結束標準等。

目前在非均質巖溶中注漿的參數尚少，按幾環鉆注的經驗并參閱有關資料，對注漿參數作如下規定。

1）漿液的擴散半徑。漿液擴散半徑即表示漿液的有效范圍。按照巖溶中普通水泥水玻璃雙液漿注漿的壓潰劈裂有效范圍之經驗值為4～6m的孔間距，選用為5m。遇到整體灰巖時間距可放大，遇大裂隙和溶洞斷層應將間距縮小或增孔。

2）注漿壓力。注漿壓力是使漿液擴散、充塞、壓實所需的壓力。它與掌子面靜水壓力、突水的動水壓力、巖溶裂隙的粗糙程度、溶洞是否充實及其大小、位置、過流斷面的大小、充填物的成分、含水率、漿液的黏滯性、顆粒度和膠凝時間等因素有關。注漿壓力經驗公式：

地表注漿按下式：

地下工程注漿技術

式中：P為注漿壓力（MPa）；H為孔位至靜水位的高度（m）。

洞內注漿按下式：

地下工程注漿技術

式中：K為洞內修正系數，動水突泥因素，取1.2～2.0。

注漿壓力與裂隙寬度有關，如圖10-15。本工程地表注漿壓力為1.5MPa，洞內注漿壓力3～4MPa，注漿段最后施工的鉆孔可達6MPa，個別孔瞬間可達10MPa。

圖10-15 注漿壓力

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