小导管超前注浆施工工法secret.docx
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小导管超前注浆施工工法secret
小导管超前注浆施工工法
一、基本原理
本工法的基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打(钻、压)入地层中,借助注浆泵的压力,使浆液通过小导管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中,以改善土体物理力学性能,这样既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳——地层自承拱,同时管体又可起到超前锚杆的作用,从而达到增加土体的自稳时间,提高开挖面地层自稳能力,限制地层松弛变形的目的。
小导管超前注浆固结机理主要可归纳为以下两方面:
1.渗入性注浆。
对于具有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩,在注浆压力作用下,浆液克服各种阻力,渗入围岩的孔隙或裂隙中,达到固结地层的目的。
2.劈裂、压密注浆。
对于致密的土质地层,在较高的浆液压力作用下,裂隙被挤开,使浆液得以渗入,达到压密岩体的目的。
二、工法特点
1.形成了管棚与固结联合的超前支护体系,提高岩体自身的稳定性,抑制围岩松弛变形,增强了施工的安全性。
2.加固效果好,注浆质量易于控制。
3.采用超前支护手段,通过调整浆液凝固时间,可大大缩短暗挖工序时间。
4.采用常用小型机械施作,无需配备专用设备,工艺操作简便,一般工人都可掌握。
三、适用范围
本工法适用于风化很严重,节理很发育和碎石土、砾石土、砂、泥等各种软弱围岩条件下的隧道及地下工程地层加固,也可用于处理坍方体。
四、施工设计程序与参数
(一)设计程序(按图1实施)
(二)设计参数
1.小导管管径可选用Ф25~32有缝钢管,钢管长度采用3.5~6.0m。
2.钢管应沿隧道开挖轮廓线布置向外倾斜,外插角α一般为5°~10°,处理坍体时可适当加大。
3.注浆压力应根据地层致密程度决定,一般为0.5~1.0MPa,劈裂注浆可适当加大,应小于等于覆盖压力,即P<rh,对于松散体和坍方段一般P<1MPa。
式中r——土体容重引起的压力;
h——覆盖层厚度。
4.纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度b一般不宜小于1.0m(见图2)。
5.横向小导管沿开挖轮廓布置如图3。
Ⅱ类围岩劈裂、压密注浆时采用单排管;Ⅰ类围岩或处理坍方时可采用双排管;泥石流或其他地下水丰富的松软层可采用双排以上的多排管;渗入性注浆宜采用单排管;大断面或注浆效果差时可采用双排管。
渗入性注浆导管环向间距a应通过试验确定,但不得超过0.4m,无试验条件时,视地质条件按0.2~0.4m选用。
注浆试验主要目的是选定注浆压力P、注浆半径r及注浆量。
在选定注浆半径r后,可按两圆相交形成厚度(见图4)等于30cm确定孔距a。
一般要求a<40cm,故按图4可求得r<25cm。
试验时注浆压力应在允许范围内,按注浆半径r≤25cm选用较为经济合理。
确定注浆半径r后,按上公式计算孔距。
渗入性注浆选用双排管时,排距e=(r+b/2)时,两排孔正好紧密搭接,是一种最优的设计。
劈裂、压密注浆孔距a及排距e视地质条件选用,一般a=0.3~0.5m,e=0.2~0.3m。
6.注浆浆液应优先选用水泥浆液,当地下水丰富或有淤泥流砂时,可采用水泥—水玻璃双液浆。
化学浆液成本高,有的有一定毒性,对环保不利,使用时要慎重。
五、施工工艺
(一)工艺程序
工艺程序如图5所示。
双排管或双排以上多排管布置时,为避免串浆,可分层施工,即先打一排管,注完浆后
再打下一排管。
(二)施工准备
1.熟悉设计图纸。
2.调查分析土质情况,按可灌比或渗透系数确定注浆类型。
3.渗入性注浆要通过试验确定注浆半径、注浆压力、单管注浆量,选取导管间距。
4.加工导管(如图6),准备施工器材。
5.准备施工队伍,培训施工人员。
(三)钻孔、打小导管
1.测量放样,在设计孔位上作标记。
2.用钻孔台车或手持风钻钻孔后,将小导管沿孔打入;如地层松软也可用游锤或钻孔台车或手持风钻直接将小导管打入。
3.对砂土类,可用Ф20钢管制作吹风管,将吹风管缓缓插入土中用高压风射孔,成孔后将小导管插入。
(四)注浆
1.单液注浆
注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆,对于强行打入的钢管应先冲清管内积物,然后再注浆。
注浆顺序由下向上,浆液可用拌合机搅拌,亦可用人工搅拌。
图7为小导管单液注浆示意图。
水泥浆水灰比为1.5∶1、1∶1、0.8∶1三个等级,浆液由稀到浓逐级变换,即先注稀
浆,然后逐步变浓直到0.8∶1为止。
考虑到注浆后需尽快开挖,注浆宜用普通水泥或早强水泥,拌浆时可掺入减水剂。
渗入性注浆按试验所确定的压力及注浆量施工,无试验条件时按注浆半径20cm,由大向小调整,选定压力及注浆量。
劈裂、压密注浆按有效固结厚度大于40cm,在施工中由大到小,逐步选取最佳注浆压力及注浆量。
注浆宜选用压力4.0MPa以上的高压注浆泵。
当采用额定注浆压力为1.5MPa的UB-3型灰浆泵时,压力达到1.5MPa后,将注浆泵停下,等待几分钟后,若压力降到0.6MPa以下,再继续注浆,这样反复几次直到压力不能下降为止。
注完浆的钢管要立即堵塞孔口,防止浆液外流。
2.水泥—水玻璃双液注浆
在地下水丰富或有淤泥、流砂等复杂地质条件下,宜选用水泥—水玻璃双液注浆,注浆时将两种不同的浆液分放在两个容器内,使用双液注浆泵或两台注浆泵按配合比分别吸入两种浆液,两种浆液在混合器混合后注入注浆管,图8为水泥—水玻璃双液注浆工艺示意图。
注水泥—水玻璃双液浆时,水泥浆水灰比为1.25∶1~0.5∶1;水玻璃模数以2.4~2.8为宜,水玻璃浓度使用范围为30~45波美度,水泥、水玻璃浆体积比为1∶1~1∶0.3,初凝时间可用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。
表1为425号硅酸盐水泥、45波美度的水玻璃浆、水泥浆水灰比0.5∶1、水泥浆与水玻璃1∶1时,不同掺量的磷酸氢二钠对初凝时间的影响。
(五)注浆异常现象的处理
1.在注浆过程中,经常发生浆液从其他孔流出的现象,这种现象称为串浆。
发生串浆时,在有多台注浆机的条件下,应同时注浆,无条件时应将串浆孔及时堵塞,轮到该管注浆时,再拔下堵塞物,用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗(拔塞后外流浆的注浆管不必进行此工序),然后再注浆。
2.单液注水泥浆压力突然升高,则可能发生堵塞,应停机检查。
当堵管时,要敲打或滚动以疏通注浆管,无法疏通时要补管。
3.水泥—水玻璃双液注浆压力突然升高,则关停水玻璃泵,进行单液注浆或注清水,待泵压正常时,再进行双液注浆。
4.水泥浆单液或水泥—水玻璃双液注浆进浆量很大,压力长时间不升高,则应调整浆液浓度及配合比,缩短凝胶时间,进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆,使浆液在裂隙中有相对停留时间,以便凝胶,但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。
六、机具设备
1.主要机具设备配备见表2。
2.常用注浆机及性能
常用注浆机按动力分为风动及电动两种;按功能分为单液及双液两类。
常用注浆泵型号及性能见表3。
常用注浆机械性能表3
3.注浆嘴
注浆嘴钢管外径应略小于小导管内径,常见注浆嘴如图9所示。
4.混合器
双液法注浆时,两种浆液进入混合器混合后,再通过注浆嘴迅速流入小导管压进地层。
混合器系工地自制,是一种联接两根进浆管与出浆管的三通管路并与阀门配套的设备(见图8)。
七、劳力组织
1.加工组:
3~7人,分工制作小导管及临时支护材料。
2.电工及机械司机:
3~5人,分管空压机、注浆泵、搅拌机等。
3.打管工班:
6~9人,负责钻孔、打管。
4.注浆工班:
6人,分工注浆及封闭开挖面工作。
八、质量标准及安全措施
(一)质量标准
1.导管应在开挖轮廓线上按设计位置及角度打入。
渗入性注浆施工时,孔位误差不得大于5cm;角度误差不得大于2°;劈裂、压密注浆施工时,孔位误差不得大于10cm,角度误差不得大于3°(角度用地质罗盘仪检查)。
超过允许误差时,应在距离偏大的孔间补管、注浆。
2.钢管实际打入长度不得短于平均每根实际打入长度30cm,否则,开挖1.0m后补管、注浆。
3.检查钻孔、打管质量时,应画出草图,对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。
4.渗入性注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80%,劈裂、压密注浆单孔浆量不得少于平均每孔注浆量的60%,超过偏差必须补管、注浆。
5.注浆过程中,要逐管填写记录,标明注浆压力、注浆量、发生情况及处理过程。
6.固结效果检查宜在搭接范围内进行,主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管,要认真填写检查记录。
渗入性注浆通过钻孔检查厚度,小于30cm时,应补管、注浆、劈裂、压密注浆采用小橇棍或小锤轻轻敲打钢管附近,判断固结情况,并配合风钻钻速测试,检查注浆范围,固结不良或厚度不够时,要补管、注浆。
7.开挖过程中,要随时观察注浆效果,分析测量数据,发现问题后必须停工处理。
(二)机具设备安全事项
注浆前应严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度,以防压力爆破伤人。
九、经济效益
1.用小导管注浆法处理双线铁路隧道大塌方,平均每米材料费2443.56元、工费591.92元,与传统的插板法相比,可节约材料费117.5元、工费64.5元,工序简单,安全可靠,施工速度快。
2.同盾构法,明挖法相比,用小导管注浆法为辅助措施的暗挖施工方法开挖城市地下铁道,具有速度快、成本低的优点,我局采用小导管注浆配合“双眼镜法”开挖浅埋地铁车站,取得成功,充分显示了这一优点。
十、工程实例
1.1986年7月处理大秦线栗家湾二号隧道进口大塌方15m,塌体中混有粘土,可灌性差,采用Ф32钢管,管长4.0m,注水泥浆。
2.1986年11月处理大秦线大团尖隧道出口塌方37m,塌体中粘土含量约占30%,可灌性很差,采用Ф32钢管,管长6m,注水泥浆。
3.1986年11月处理大秦线栗家湾二号隧道出口大坍方20m,通过软弱围岩20m。
坍体为碎石土,软弱围岩为风化很严重的白云岩与页岩互层,地下水丰富,采用Ф32钢管,管长4~6m,注水泥浆。
4.1987年3月处理大秦线大团尖隧道出口大塌方15m。
塌体中粘土含量约占30%,可灌性很差,大部分采用Ф32钢管,管长3.5~6.0m,小部分采用Ф25钢管,管长3.5m,注水泥浆。
5.1989年至今,西单地铁车站浅埋暗挖,配合“双眼镜法”施工,穿过地层为砂类土,粘性大,地质条件极复杂,采用Ф32钢管,管长3.5~6.0m,注化学浆。
6.1988年12月~1989年6月,采用洞内小导管注浆配合洞顶地表注浆,处理福建福马公路1号隧道塌方10m,软弱围岩25m,2号隧道坍方30m,软弱围岩25m。
1号隧道坍体为流砂、孤石,2号隧道坍体为流塑状淤泥,软弱围岩为亚粘土和轻亚粘土,采用Ф32钢管,管长3.5~4.5m。
一般地段注单液水泥浆,涌水量大的地段注水泥—水玻璃双液浆。
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