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地下工程注浆技术


地下工程注浆技术

铁道部宜万铁路建设指挥部:张民庆 二○○八年三月

地下工程施工所面临的两个地质难题: 1、水(特别是高压富水) 2、软弱地层(特别是充填型溶洞) 施工对策:注浆技术 搞好注浆工作应从四个方面入手: 1、做好注浆前技术准备; 2、一个好的注浆设计; 3、合理运用注浆技术的三个核心(材 料、设备、工艺); 4、对注浆效果

的准确评定。

第一部分:注浆前的技术准备
(1)熟悉工程对象特征 ①工程地质特征:影响材料和工艺。 ②水文地质特征:影响材料、设备和工艺。 ③周边环境特点:影响材料和工艺。 ④造价和工期要求:影响设备和劳动力组 织。

(2)清楚浆液注入地层的方式

渗透扩散 (中粗砂层采用超细水泥-水 玻璃双液浆注浆固结图片)

劈裂扩散 (动水粉细砂层溶洞采用六种 共混材料注浆固结图片)

裂隙填充 (断层破碎带采用普通水泥水玻璃双液浆注浆加固图片)

挤压填充 (粉细砂层中局部空洞采用普 通水泥单液浆挤压填充图片)

第二部分:注浆设计 一个好的注浆设计应遵循5个原则
①均匀布孔原则
2 4 y 8 20 x 10 12 22 24 31 33 37 6 A 16 18 29 27 35 39 26 28 30 36 38 32 34 23 25 14 C 15 17 19 B 21 11 13 9 1 3 5 7

②梅花型布孔原则

掌子面孔位布置图

终孔交圈图

③两圈孔原则(隧道)
2 4 6 A 8 20 x 10 12 22 24 31 33 37 16 18 29 27 35 39 26 28 30 36 38 32 34 23 25 14 C 15 17 19 B 21 11 13 9 1 3 5 7

④三排孔原则(基坑)

置图

终孔交圈图

⑤方便施工原则

30个孔以下,环形布孔;30个孔以上,排列布孔。

第三部分:注浆施工的三个核心 (材料、设备、工艺)
(1)注浆材料
①粒径匹配原则:断层破碎段采用普通水泥基材料, 砂层地段采用超细型注浆材料。 ②方案匹配原则:径向注浆采用单液浆,超前注浆采 用单、双液共混注浆材料。 ③水文匹配原则:弱富水采用单液浆,强富水采用单、 双液共混注浆材料。 ④动态调整原则:按由粗到细、由单到双、由高浓度 到低浓度三个准则进行动态调整。

(2)机械设备 1、钻机:应和工程对象特征相匹配, 满足钻进能力要求; 2、注浆泵:应和工程对象特征相匹 配,注意注浆压力和流量的选择。 3、混合器:双液注浆时一定要采用
钻 钻孔注浆 机械设备 机





注浆泵 搅拌机

高压管路 混合器

(3)注浆工艺 1、注浆方式(解决注浆的均匀性) ①全孔一次性注浆 ②前进式分段注浆 ③后退式分段注浆

2、注浆施工八个原则(提高注浆效果) ①分区注浆(10m)原则:避免注浆截水帷幕各区地 质不同引起注浆参数差异 ②跳孔注浆原则:实现约束注浆 ③由下游到上游原则:解决水流影响 ④由下到上原则:解决下部泥砂沉积问题及浆液重力 作用 ⑤由外到内原则:实现约束注浆 ⑥约束发散型注浆原则:实现注浆逐渐挤压密实,解 决水力影响。 ⑦定量-定压相结合原则:防止浆液损失,提高注浆 效果。 ⑧多孔少注原则:提高注浆均允性,减少注浆盲区。

3、注浆参数选择(保证注浆效果) ①浆液凝胶时间:双液浆凝胶时间 30sec~3min,单液浆不宜超过8h。 ②单孔单段注浆量:根据公式计算。 ③注浆分段长度:前进式分段注浆不 大于5m,后退式分段0.6m~1.0m。 ④注浆终压:水压+2~4MPa ⑤注浆速度:砂层、粉质粘性土20~ 40L/min,砂砾石40~60L/min,断层 破碎带60~120L/min。

4、注浆结束标准 (1)单孔或单孔单段:①定量注浆时达到 设计注浆量,或注浆终压达到设计终压时注 浆速度小于5~10L/min。②定量-定压相结 合注浆时,前序孔达到设计单孔单段注浆量 1.2~1.5倍,后序孔应达到设计终压,注浆 速度小于5~10L/min。 (2)全段注浆结束标准:①所有注浆孔均 符合单孔或单孔单段注浆结束标准。②注浆 孔无漏注。③对注浆效果进行检查评定,注 浆效果达到设计标准。

第四部分:注浆效果检查评定(四大类)
P-Q-t曲线法 注浆量分布特征法 分析法 涌水量对比法 浆液填充率反算法 检查孔观察法 钻检查孔法 注浆效果检查 评定方法 检查孔取芯法 检查孔P-Q-t曲线法 渗透系数测试法 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

开挖取样法 物探法

(1)注浆过程P-Q-t曲线法

(2)注浆量分布特征法
注浆量(m3)

350 300 250 200 150 100 50 0
G09 I07 I09 G01 B01 G11 B03 H01 B04 D01 F08 B02 F06 G04 I02 M17 M15 M30

时间效应图
注浆孔号

132.7 20.5 58.7 75.6 24.3 103.5 20.8 32.6 118.8 73.4 17.9 211.8 11.2 327.6 68.9 123.3 17.7 18.1 13.7 27.3 94.7 12.8 25.0 11.0 76.0 53.5 86.2 28.6 60.4 59.2 13.4 52.9 96.0

空间效应图

33.6 15.5 144.3 41.8 27.3 139.5 19.4 35.1 43.0 26.1 36.6 56.2 28.3 37.3 25.1 38.3 14.7 70.7 12.0 10.8 51.2 16.7

12.4 46.8 16.7 64.0 5.5 34.9 6.2 137.9 11.6 31.2

9.2 34.9 48.6 28.7 32.6 29.8 99.7 54.2 30.5 21.8 21.2 14.3 83.8

(3)涌水量对比法
140

钻孔涌水量(m3 /h)

120 100 80 60 40 20 0 注浆孔号

G09

I03

D05

J01

A03

B03

K03

K09

D02

G02

F06

M19

J10

M13

(4)浆液填充率反算法 利用公式∑Q=V·n·α ·(1+β )反算浆 液填充率α 应大于80%

M16

(5)检查孔观察法

(6)检查孔取芯法

(7)检查孔P-Q-t曲线法

检查孔P-Q-t曲线

(7) 注浆孔P-Q-t曲线法

(8)渗透系数测试法

(9)加固效果观察法

(10)注浆机理分析法
浆液填充 粘土 粘土 浆液填充 粘土 粘土 浆液劈裂 浆液劈裂

(11)力学指标测试法
抗压强 度 (MPa) 1d 浆液 原状粘土地 层 挤压填充体 剪切劈裂体 0.5 3d 2.1 抗折强 度 (MPa) 1d 3d 0.0 0.5 120.3 15.7 29.1 4.00 1.35 2.7 1.52 1.27 1.94 15.2 12.7 19.4 0.69 1.09 1.50 82.8 18.3 44.2 100 94.42 99.18 含水量 (%) 比重 密度 重度 (g/cm3 (kN/m3 ) ) 干密度 孔隙率 (g/cm3 (%) ) 饱和 度 (%)

软塑状不能成型 0.2 0.2 0.2 0.2

(12)水位推测法
00-6-3 0 2 4 6 8 G5 G8 G11 00-8-12 00-10-21 00-12-30 01-3-10 ? ? ? ?

? ? ? ? ? ? /mm
变形值(mm)

10 12 14

(13)变形推测法
5 日期 0 -5 5-27 6-6 6-16 6-26 7-6 7-16 7-26 8-5 8-15 8-25 9-4 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50
挖桩 阶段 回灌 阶段 注浆 阶段 挖桩至 成桩阶段 基坑注浆 基坑开挖阶段
J T 15 J T 14 JT 2 JT 3 JT 1 J T 13 JT 4 JT 5 J T 10 J T 11 J T 12 JT 6 JT 9 JT 7 JT 8

(14)物探法:TSP法

(14)物探法:地质雷达法

第五部分:注浆工程案例(实施技巧)
毛坝向斜
⑴ ⑵ ⑻ ⑹ ⑺ ⑸ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼⑽ ⑾ ⑿

冷水河
⒀ ⒁ ⒂ ⒁ ⒂ ⒂

桐麻岭背斜
⒁ ⒀ ⑿ ⑾

圆梁山隧道 ⑴ ⑸ ⑼ ⑿

1#溶洞 2#溶洞 3#溶洞 T1j(三叠系嘉陵江组) P1m(二叠系茅口组) O2+3(奥陶系中、上统) ∈3m(寒武系毛田组) ⑵ ⑹ ⑽ ⒀

4#溶洞

5#溶洞

T1d(三叠系大冶组) ⑶ P2c(二叠系长兴组) ⑷ P2w(二叠系吴家坪组) P1L+q(二叠系梁山组、栖霞组) ⑺ D3s(泥盆系水车坪组) ⑻ S(志留系) O1d(奥陶系大湾组) ⑾ O1n+f+h(奥陶系红花圆、分乡、南津关组) ∈3g(寒武系耿家店组) ⒁ ∈2P(寒武系平井组) ⒂ ∈2g(寒武系高台组)

圆梁山隧道2#溶洞注浆施工技术 1、注浆前的技术准备 (1)工程对象特征:水量大(探孔860方/时)、 水压力高(实测2.73MPa)、充填粉细砂层、工程量 大(开挖断面100多平方米)、工期紧 (2)浆液进入地层的方式:所注地层为粉细砂层, 浆液很难以渗透方式注入,只能以劈裂注浆为主的 方式注入。

2、注浆设计 (1)注浆设计的核心是:定参数、找盲区。 (2)设计时的技巧:①五条线(开挖轮廓线、初 支轮廓线、终孔线、环向加固范围线、补孔线), 三个面(掌子面、终孔面、补孔面),一个圆(扩 散圈。扩散半径取值应注意合理,不应取大值;注 浆设计一定要画终孔交圈图)。②用足空间,关键 孔放在周边;③前面讲过的五个原则。
加固范围
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

止浆墙 钻机台架

866

上 中 下

368









300 1500 2300

3500

300

1124

800 +470 +490 +478

+460 +458 +455

3、注浆施工的三大核心内容
(1)注浆材料:没有万能的注浆材料,根据工程需要选择 多种注浆材料组成体系。超细水泥的扩散能力、普通水泥浆 的价廉性、双液浆快凝性、TGRM浆高强度和可域性,组成六 种注浆材料组合体系,“既实现扩大范围注浆,又可实现控 域注浆;既满足高强度加固堵水要求,又可保证开挖施工容 易;既达到加固砂层目的,又满足降低造价要求”。

(2)注浆机械:①采用MKD-5S快速钻机;②采用高压力、 高流量注浆泵ZJB-30(BP);③作业台架.

(3)注浆工艺 ①前进式分段注浆工艺,注浆分段长度3~5m ②注浆顺序:分期分区、由外到内、由上到下、间 隔跳孔 ③注浆参数:定压注浆,注浆终压6~9MPa ④注浆结束标准控制:注浆压力达到6~9MPa时,流 量小于5L/min。设计的所有注浆孔均达到注浆结束标 准,无漏注现象。按总注浆孔的5~10%设计检查孔, 检查孔应无流砂,流水量<1m3/h。 提高注浆效果的技巧:注浆顺序的选择从外围上讲 应达到“围、堵、截”目的,在内部应达到“填、压、 挤”目的。

4、注浆效果检查评定 (1)注浆量分布特征法
注浆量(m3)

350 300 250 200 150 100 50 0
G09 I07 I09 G01 B01 G11 B03 H01 B04 D01 F08 B02 F06 G04 I02 M17 M15 M30

注浆量分布时间效应图
注浆孔号

132.7 20.5 58.7 75.6 24.3 103.5 20.8 32.6 118.8 73.4 17.9 211.8 11.2 327.6 68.9 123.3 17.7 18.1 13.7 27.3 94.7 12.8 25.0 11.0 76.0 53.5 86.2 28.6 60.4 59.2 13.4 52.9 96.0 33.6 15.5 144.3 41.8 27.3 139.5 19.4 35.1 43.0 26.1 36.6 56.2 28.3 37.3 25.1 38.3 14.7 70.7 12.0 10.8 51.2 16.7 12.4 46.8 16.7 64.0 5.5 34.9 6.2 137.9 11.6 31.2

注浆量分布空间效应图

9.2 34.9 48.6 28.7 32.6 29.8 99.7 54.2 30.5 21.8 21.2 14.3 83.8

(2)涌水量对比法

(3)检查孔观察法
钻孔涌水量(m3 /h)
100 120 20 0 40 60 80

140

G09 I03 D05 J01 A03 B03 K03 K09 D02 G02 F06 M19 J10 M13 M16
注浆孔号

(4)加固效果观察法

谢谢大家!祝大家在今后注浆设计 和注浆施工中不断总结注浆技术, 取得良好的效果。 以上详细资料已汇编成书《地下工 程注浆技术》,由中国地质出版社 于五月份出版,如有需要,请购买 ,以供设计和施工参考。


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