全断面注浆加固.docx

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全断面注浆加固

1.工程概况

1.1隧道概况

本工程为北京通州运河核心区市政配套工程新华大街（新华南北路～北运河西滨河路）电力管道工程，工程地址位于北京市通州区新华大街北侧。

起点位于新华大街与新华南北路交点的东北角,终点位于北运河西滨河路。

主要工程量：

本工程新建2.0×2.3m电力隧道1827.4m。

M-PP过路拉管131.5m。

（暂定）其中Φ4.0m电力竖井3座，Φ5.2m电力三通井6座；6.0×6.0m电力四通井3座；5.0×5.0m电力四通井3座。

防火线槽3655m，通风亭10座，机械排水8套。

隧道结构见下图。

1.2地质水文情况

根据目前钻探所取得的地层资料及室内土工试验成果，将已完成钻孔勘探深度（最大20.00m）范围内的土层划分为人工堆积层和第四纪沉积层两大类，并根据各土层岩性及工程性质指标进一步划分为5个大层及亚层。

现分述如下：

粉质粘土重粉质粘土②层：

褐黄色，可塑，含云母、氧化铁，夹粘土透镜体，基本连续分布；

粉砂②1层：

褐黄色，饱和，中密，含云母、氧化铁、粘性土团，透镜体分布；

粘质粉土砂质粉土②2层：

褐黄色，稍湿，中密～密实，含云母、氧化铁，夹粘土透镜体，呈透镜体分布。

粉砂③层：

褐黄色，湿，中密，含云母、氧化铁、粘性土团，局部地段缺失。

细砂④层：

褐黄色，饱和，中密～密实，含云母、氧化铁，连续分布。

细砂⑤层：

褐黄色，饱和，密实，含云母、氧化铁，连续分布。

本次勘探未穿透此层。

地下水情况：

勘察实测地下水位，本次勘察钻孔最大深度为20m，在勘察深度范围内观测到两层地下水，地下水类型为上层滞水和潜水。

上层滞水：

水位埋深为2.80～7.70m，水位标高为15.70～19.15m，观测时间为2013年4月15日～4月19日，含水层为粉砂②1层和粘质粉土砂质粉土②2层，主要接受大气降水补给，以蒸发和越流方式排泄。

潜水：

水位埋深为7.70～13.78m，水位标高为8.65～13.78m，观测时间为2012年4月15日～4月19日，含水层为细砂④层和细砂⑤层，主要接受大气降水和径流补给，以蒸发和径流方式排泄。

工程场区近3～5年最高地下水位标高为18.40～18.00m（自西向东逐渐降低，且不含上层滞水），历年（自1955年以来）最高地下水位接近自然地面。

2.施工方案设计

2.1方案设计

加固范围为隧道拱顶、侧墙外轮阔向外1.5米范围，注浆孔设计间距0.3米梅花形布置，采用小型钻机成孔，施工采用AC、AB双液注浆（见下页隧道断面注浆布置图）。

施工钻孔按照“先外圈再内部、先上后下跳孔施工的顺序进行。

加固施工为每12米为一循环，成孔后，由内而外进行注浆。

2.2施工范围

适用于本工程电力暗挖竖井、隧道开挖前的地层全断面注浆。

2.3双液浆工法的特点

2.3.1双液浆注浆工艺是从国外引进的具有国际先进水平的地质改良新技术，它能够100%将不同地质情况填充密实，改变原土体和物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，并能达到土体的止水效果，能够一次性完成一个注浆区域的土体加固施工，而且注浆材料属于环保型，对河流及地下水无任何污染。

2.3.2采用特殊的端点监控器和二重管注入方式，使注入系统设备简单

单，具有很高的可靠性、经济性。

2.3.3可以进行一次、二次注入切换，回路变换装置容易实行，所以能实行复合注入。

2.3.4瞬结性一次注浆液和浸透性二次注浆液的复合比率，在土层改良时可以自由地设定，从粘性土、砂质土到地下水非常多的砂砾层，以及更加复杂的复合地层都可以适用。

2.3.5二次注入材料是低粘性且凝胶时间长的浸透性注浆液，可以用压力喷射到均匀的土质颗粒之间，由于这样的操作方法，减少了对周围建筑物的影响。

2.3.6由于一次注入是限制注浆，二次注入是的渗透注浆，浆液不会向注入范围外溢出，从而有利保护地下环境而不被污染。

2.4注浆加固原理

注浆时在不改变地层组成的情况下，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。

其注浆特性是使该土层粘结力（c）、内磨擦角（）值增大，从而使地层粘结强度及密实度增加，起到加固作用。

注浆加固后强度:

卵石层达到25～30kg/cm、细中砂层达到15～20kg/cm、粘土层达到10～12kg/cm。

2.5注入材料特性

无收缩注浆液属于安全性、高渗透性的注浆材料，固结硬化时间可根据实际工程需要进行调整。

无收缩注浆液分为超高强度型CW-3A、高强度型CW-313、普通型CW-3C三种类型。

2.5.1无收缩注浆液特点

（1）固结硬化时间容易调整，设计硬化时间长的注浆液也具有很高强度。

（2）渗透性良好，特别是对微细砂层的渗透性优易。

（3）地层中有流动水的情况下也具有很强的固结性能。

（4）浆液强度、硬化时间、渗透性能可根据现场实际需要任意调整。

（5）浆液不流失、固结后不收缩，硬化剂无毒，对地下水不会造成污染。

2.5.2标准浆液的性质

比重（20℃）

粘度（cps/20℃）

PH值

A液

B液

A+B液

A液

B液

A+B液

A液

B液

A+B液

CW-3A

1.30

1.05

1.18

18.1

1.8

4.2

1.3

11.5

7.5

CW-3B

1.26

1.04

1.15

12.0

1.4

4.2

1.5

11.2

7.2

CW-3C

1.20

1.03

1.12

4.1

1.4

2.4

11.5

1.4

7.2

2.5.3CW-3A、CW-3B、CW-3C的硬化时间及固结砂强度对比（见图）。

2.5.4CW-固结体的透水系数

CW-3A

CW-3B

CW-3C

透水系数k（cm/s）

110

110

110

2.5.5无收缩注浆液标准配比如下表所示：

1m3A、C液浆液中材料含量

名称

内容

密度

容积（L）

质量（kg）

备注

A液

硅酸钠

ρ=1.37

220

301.4

溶液

稀释剂

ρ=1

280

280

C液

水泥

200kg—220kg

按施工时的气温调整水泥掺量

H剂

250

均为混合剂

C剂

200

XPM

50

用量为水泥掺量的8%—10%

1m3A、B液浆液中材料含量

名称

内容

密度

容积（L）

质量（kg）

备注

A液

硅酸钠

ρ=1.37

250

342．5

溶液

稀释剂

ρ=1

250

250

B液

Gs剂

为多种化学物质的混合剂（500L）

2.6注浆量的计算原则

由于浆液的扩散半径与砂层孔隙很难精密确定，为准备注浆材料，本参考图注浆设计根据本线有关隧道工程地质、水文条件和注浆方案以及所选择的注浆材料，进行注浆量的估算。

注浆量的估算公式按下式进行：

Q=Anα（1+β）

式中：

Q----总注浆量，m3；

A----注浆范围体积，m3；

n----孔隙率，%；

α----浆液填充系数（0.7-0.9）

β----注浆材料损耗系数

设计中,nα（1+β）统称为填充率,填充率按下表选用

填充率选用表

序号

地质条件

填充率%

1

杂填土

30-35

2

粉质粘土、砂土

20-25

3

粉细砂、砂层

40-45

4

中砂、中粗砂

50-60

2.7注浆压力的选定

注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量以及是否经济。

因此，正确确定注浆压力和合理运用注浆压力有着重要的意义。

注浆压力与砂层孔隙发育程度、涌水压力、浆液材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定。

通常情况下按如下经验式计算：

（1）按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2-3倍，最大可达到3-5倍，即

P’＜P＜（3-5）P’

式中：

P——设计注浆压力（终压值）（Mpa）

P’——注浆处静水压力（Mpa）

（2）根据注浆处地层深度计算

P=KH

式中：

P——设计注浆压力（终压值）（Mpa）

H——注浆处深度（m）

K——由注浆深度确定的压力系数

压力系数K的取值如表示：

注浆深度

（m）

＜8

10-12

12-16

16-20

＞20

K

0.023-0.021

0.021-0.020

0.020-0.018

0.018-0.016

0.016

2.8注浆工艺及要求

2.8.1工艺要求

定孔位：

根据设计要求，对准孔位，不同入射角度钻进,要求孔位偏差为±3cm，入射角度偏差不大于1°。

钻机就位：

钻机按指定位置就位，调整钻杆的垂直度。

对准孔位后，钻机不得移位，也不得随意起降。

钻进成孔：

第一个孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。

密切观察溢水出水情况，出现大量溢水出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。

每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置应小于30cm。

钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工；

回抽钻杆：

严格控制提升幅度，每步不大于15-20cm，匀速回抽，注意注浆参数变化。

浆液配比：

采用经计量准确的计量工具，按照设计配方配料。

注浆：

注浆孔开孔直径不小于45mm，严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力突然上升或从孔壁、断面砂层溢浆时，应立即停止注浆，查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

土、砂层容易造成坍孔时，采用前进式注浆，否则采用后退式注浆；

2.8.2工艺流程

2.9主要机械设备

2.9.1机械

75—A型钻机两台、SYB—60/160型注浆泵二台、SJY—双层立体式搅拌机一台

2.9.2器具

旋转二重管、注浆液混合器、喷头

3.4施工机械配置见下图

3.工程质量保证体系

在本工程注浆施工中，应严格组织管理体系和科学严谨的质量体系来保证工程质量。

3.1质量控制

3.1.1工程质量严格按照本工程制定，并经甲方和监理工程师认可的施工方案执行，严格按国家有关技术规范、规程、标准控制施工。

3.1.2根据施工程序，严把钻孔深度、配料注浆压力、注浆量关，每一道工序均安排专人负责，并记录好每一道工序的原始数据。

3.2工程质量保证制度

3.2.1成立工程项目经理为责任的质量管理小组，完善质量保证体系，严格按照质量体系中规定的责权要求运行。

3.2.2定期召开质量分析会议，组织质量教育，严格执行“三检”制度，加强技术交底工作，强化工序控制，由责任心强经验丰富的工程师担任质量控制人员，实行监督检查，保证工程质量。

3.2.3加强现场施工材料管理，严格执行进料检验制度，保证施工材料满足设计和规范要求，不合格材料不得进场使用，确保工程质量。

3.2.4配备好施工机具和计量工具以满足施工要求，建立健全各种资料、原始记录、作为评价工程质量的重要依据。

3.2.5加强与甲方、监理的配合，认真接受指导和监督。

3.3工程质量措施

3.3.1钻孔施工：

开钻前，严格按照施工布置图，布好孔位。

钻机定位要准确，开钻前的钻头点位与布孔点之距相差不得大于3cm，钻杆度不得大于1°。

3.3.2配料：

采用准确的计量工具，严格按照设计配方配料施工。

3.3.3注浆：

注浆一定要按程序施工，每段进浆要准确，注浆压力一定要严格控制在0.15～0.3MPa，专人操作。

当压力突然上升或从孔壁溢浆，应立即停止注浆，每段注浆量应严格按设计进行，跑浆时，应采取措施确保注浆量满足设计要求。

3.3.4注浆完成后，应采用措施保证注浆不溢浆跑浆。

3.3.5每道工序均要安排专人，负责每道工序的操作记录。

双液注浆质量标准

内容

标准

内容

标准

孔位偏差

±20mm

注浆压力

±5%

孔距偏差

±100mm

注浆量（暂定）

5-8%

钻杆垂直度

<1%

提升幅度

±5mm

4.

注浆效果检测手段

4.1注浆施工结束后，通过注浆体内钻孔，用压水、注水或抽水等办法测定土（砂）层的流量及渗透系数，达不到设计要求需进行补充注浆。

检查孔的数目每个循环设2-3个检查孔，检查孔钻取岩芯，观察浆液充填情况，并检查检查孔内涌水量，检查孔涌水量小于0.2L/m.min，布孔的重点是地质条件不好的地段以及注浆质量较差或有疑问的部位。

在防渗注浆工程中，这类检测是一种重要的和基本的手段。

对加固注浆而言上述水力物理性虽不能直接反映加固效果，但至今仍旧被广泛的当作一种参考指标，因为吸水量大小与地基的密度和强度之间存在着一定的关系。

4.2通过钻孔，从注浆体内取出原状样品，送实验室进行必要的试验研究。

实践经验证明，通过这类检测可得出下述几项重要的物理力学性能指标，据此能对注浆效果做出比较确切的评价:

（1）样品的密度；

（2）结石的性质；

（3）浆液充填率及剩余孔隙率；

（4）异地同地质情况下做垂直注浆试验采用挖探取心检查土质的密实度及结石性质，钻孔注浆辐射咬合及浆液充填率。

（5）无侧限抗压强度与抗剪强度；

4.3建筑物（及构筑物）投入运行后，通过钻孔网观测灌浆体上下游的水位和渗流量，并用

（1）和

（2）式样表达防渗效果，这样可以确切地评价出注浆加固土体的渗透性及长期渗流稳定性。

其计算公式如下：

（1）

（2）

式中EH——按水头损失计算的灌浆效果；

ΔH——灌浆替上下游水头差；

H——上下游总水头差；

EQ——按渗流量计算的灌浆效果；

Q0——灌浆前土体的渗流量；

Q——穿过灌浆体的渗流量。

除上述方法外，还常用以现场测得的弹性纵波速度和动弹性模量来确定加固灌浆的效果。

5.安全应急预案

5.1应急预案的方针与目标

坚持“安全第一、预防为主”、“保护人员安全优先、保护环境优先”的方针，贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。

更好地适应法律和经济活动的要求；给企业员工的工作和施工场区周围居民提供更好更安全的环境；保证各种应急资源处于良好的备战状态；指导应急行动按计划有序地进行；防止因应急行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故的应急救援；有效地避免或降低人员伤亡和财产损失；帮助实现应急行动的快速、有序、高效；充分体现应急救援的“应急精神”。

5.2应急预案工作流程图

根据本工程的特点及施工工艺的实际情况，认真的组织了对危险源和环境因素的识别和评价，特制定本项目发生紧急情况或事故的应急措施，开展应急知识教育和应急演练，提高现场操作人员应急能力，减少突发事件造成的损害和不良环境影响。

其应急准备和响应工作程序见下图：

5.3突发事件风险分析

5.3.1为确保正常施工，预防突发事件以及某些预想不到的、不可抗拒的事件发生，事前有充足的技术措施准备、抢险物资的储备，最大程度地减少人员伤亡、公司、甲方和国家财产、经济损失，必须进行风险分析和预防。

5.3.2根据本工程的特点，本段工程施工主要可能发生的安全事故为塌方，危及人身安全事故。

5.3.3应急预案应立足于安全事故的救援，立足于工程项目自援自救，立足于工程所在地政府和当地社会资源的救助。

5.4应急准备

5.4.1成立抢险领导小组，明确责任分工。

（1）公司抢险领导小组的组成

组长：

总经理副组长：

主管施工生产的副总经理、总工程师

成员：

工程部、技质部、物资部、安保部、办公室

职责：

研究、审批抢险方案；组织、协调各方抢险救援的人员、物资、交通工具等；保持与上级领导机关的通讯联系，及时发布现场信息。

（2）项目部应急预案领导小组的组成

组长：

项目经理，负责全面管理和协调工作，负责本项目应急预案的启动实施、小组人员分工、向上级单位请示启动上级部门应急预案等。

副组长：

项目副经理、总工、安全员，协助组长工作，在组长不在场的情况下行使组长权利、协调处理相关工作，具体负责各分工区生产安全的现场管理，恢复和保证生产正常进行。

（3）组员：

各部室人员以及各施工班组组长，服从组长及副组长的安排，负责应急抢险任务的具体实施。

5.4.2应急资源准备

应急资源的准备是应急救援工作的重要保障，项目部应根据潜在的事故性质和后果分析，配备应急资源，主要分为应急物资、机械设备和救援器材。

（1）主要应急物资、机械设备

主要应急物资、机械设备储备表

序号

材料、设备名称

单位

数量

规格型号

主要工作

性能指标

现在

何处

备注

1

锚喷机

台

4

TK-961

5m3/h

现场

2

注浆泵

台

3

BW-250

现场

3

空压机

台

5

SA-5150W

20m3/min

现场

4

管棚钻机

台

1

金星-900

现场

5

钻机

台

1

CY-2A

现场

6

装载机

辆

3

ZL40

斗容量2m3

现场

7

蛙式打夯机

台

2

YZS0.6B

12KN

现场

8

风镐

台

10

G10

26L/S

现场

（2）救援器材

应急领导小组应配备下列救援器材：

①医疗器材：

担架、氧气袋、塑料袋、小药箱；

②抢救工具：

一般工地常备工具即基本满足使用；

③照明器材：

手电筒、应急灯；

④通讯器材：

手机、固定电话；

⑤交通工具：

工地常备一辆值班车，该车轮值班时，不应跑长途。

5.4.3通信联络

（1）常用报警电话

急救：

120和999

5.5应急响应

5.5.1值班部署

实行昼夜值班制。

5.5.2处理流程

施工过程中施工现场或驻地发生无法预料的需要紧急抢救处理的危险时，应迅速逐级上报，次序为现场、办公室、抢险领导小组、上级主管部门。

由综合部收集、记录、整理紧急情况信息并向小组及时传递，由小组组长或副组长主持紧急情况处理会议，协调、派遣和统一指挥所有车辆、设备、人员、物资等实施紧急抢救和向上级汇报。

事故处理根据事故大小情况来确定，如果事故特别小，根据上级指示可由施工单位自行直接进行处理。

如果事故较大或施工单位处理不了则由施工单位向建设单位主管部门进行请示，请求启动建设单位的救援预案，建设单位的救援预案仍不能进行处理，则由建设单位的质安室向建委或政府部门请示启动上一级救援预案。

应急事故发生处理流程图见下页

5.6针对重大事故的具体应急措施

5.6.1地面塌方的处理

因各种原因当地面出现塌方时，采取以下方案。

（1）立即动员组织项目部抢险队伍进入现场，现场管理人员立即进入岗位。

（2）立即封闭事故地点组织疏导社会车辆绕行，将社会影响减至最低限度，同时按照报告程序逐级通知有关部门。

（3）各抢险小组成员立即利用现场抢险物料，开始进行抢修。

（4）对塌方工作面进行注浆处理，达到稳定后重新制定掘进方案，决定下一步施工的具体方法。

应急事故发生处理流程图

5.6.3洞内塌方处理

开挖掌子面始终存有钢筋网、锚杆、管棚、钢格栅、注浆设备、喷射机等抢险物资，一旦出现开挖掌子面或隧道上方冒顶、涌砂立即采取应急处理措施：

（1）隧道掌子面立即停止作业，所有人员立即撤至竖井外等待命令；

（2）立即对掌子面挂网、喷射砼，及时架设格栅，对坍体进行封堵和反压；

（3）从封堵墙位置打设超前大管棚，大管棚采用φ108的钢管作成，长度为25m，间距为0.6～0.8m，并从大管棚钢管中注水泥水玻璃双液浆进行加固周围土体；

（4）如果隧道冒顶到地面，则采用C15片石混凝土、或碎石土分层夯实，从地面将塌陷处进行回填，回填至地面处平整顺畅，在其上铺设一层彩条布，并做好地面排水以防雨水进入塌陷处；

（5）破除封堵墙上台阶，开挖掘进隧道上台阶部分，架设格栅钢架，形成初期支护，按照隧道正常掘进方法进行掘进，开挖下台阶，支护紧跟。