注浆设计

4.注浆设计

4.1设计前资料收集

注浆设计方案的制定决定注浆施工的成败，必须认真分析各个方面的不利因素和有利因素，慎重进行。因此，方案制定前，需要收集、研究和分析隧道所在地区的地质勘探资料，包括地质说明书和地质图件，尤其是水文地质、构造地质和工程地质图件。为查明工作面前方具体的地质状况，往往需要钻设超前探孔，取得第一手资料。化验水质，测定岩芯的物理、化学和力学性质，了解不良岩层的孔隙性、透水性及裂隙、构造的发育程度，收集分析地面上观测孔长期以来的测量记录和近期的补充测量资料，进一步分析可能引起突水的水源和原因，推测在注浆施工过程中可能发生的不利情况。同时还要注意搜集隧道及其所属工程的有关资料，分析设计方案、施工组织和施工方法的合理性。还要深入施工现场，考察工作面所呈现的各种现象，必要时可召开不同形式的座谈会，进一步深入了解情况。

注浆方案的选择与水文地质条件、施工方案、治水原则、施工工期、施工要求、施工设备和技术水平等技术经济条件密切相关，特别要结合施工现场的实际情况，充分利用现有的施工设备，因地制宜地予以确定，制定的方案才是可行的、合理的。

设计前的资料收集包括以下几个方面：

○1工程用途及规模调查：病害原因、达到的目的。

○2环境调查：包括地形地貌、施工场地的空间大小和地下埋设物状态、材料和机具运输道路、水电线路及居民情况；

○3工程地质勘测和土质调查：区域工程地质概况、基岩形态、深度、物理力学性质，旋喷通过各土层的层面状态、各土层的种类及颗粒组成、天然含水量、液限、塑限、C值、φ值、N值、抗压强度、裂隙通道和洞穴情况。钻孔柱状图、地质剖面图；

○4水文地质情况：包括地下水位高程、各土层渗透能力、附近地沟、暗河分布和连通情况、地下水特性、地面水流量、流向等。

○5室内配方与现场试验：为了了解注浆后固结体可能具有的强度和凝浆液合理的配比，必须取现场各层土样，在室内按不同含水量和配合比进行配方试验，选出最合理的浆液配方。

○6地下埋设物和已有建筑物布置图报告书（煤气、上中下水管道、电缆、地下构筑物的大小、深度，平面位置关系等）。

○7本工程设计图。

○8本工程安全质量标准及验收要求。

○9其它有关的技术规范、规则、标准等。

○10对于所收集的资料，是否具有可靠性，必须进行细致的检查和核对

4.2注浆参数的选择：

注浆技术参数的比选，有的通过经验取得，有的可通过理论计算得到，有的则无法准确预知，必须在现场试验中确定。

4.2.1压水试验

通常的做法是先做现场压水试验，试验中取得的数据对确定注浆压力、注浆量、浆液配比等重要参数有很大的参考价值。这种试验方法比较简单方便。用多点多程法进行压水试验，并绘制Q=f(p)关系曲线，如图8-4。

(a) (b) (c)

(a)P—Q呈直线关系，岩层未发现水力劈裂；

(b)流量随压力不可逆地增大，岩层发生了冲刷式塑性变形等；

(c)流量的增大是可逆的，岩层裂隙发生了弹性变形

图8-4 几种典型的压水试验曲线

4.2.2浆液的扩散半径（增加一些必要的经验公式，如海底隧道、山岭隧道、城市地

铁等的取值）

浆液的扩散半径与注浆压力的大小密切相关，因此，人们往往倾向于采用较高的注浆压力，在保证注浆质量的前提下，是钻孔数量尽量减少。高注浆压力还能使一些微细孔隙张开，有助于提高可注性。当孔隙被某些软弱材料填充时，高注浆压力能在充填物中造成劈裂灌注，是软弱材料的密度、强度以及不透水性得到改善。此外，高注浆压力还有助于挤出浆液中的多余水分，使浆液结石体的强度得到提高。

4.2.2.1 Magg公式

033r h k n R T R ωβ=

或 3

03n T r h k R R βω=

该公式做了一下假设：

a 注浆材料渗透是层流，遵守达西定律；

b 地基为均质、无限连续、无约束的材料；

c 注浆范围在地下水位以下，地下水成静止状态；

d 注浆材料的比重接近水的比重；

e 注浆材料的粘度在凝胶化以前一直保持不变。 4.2.2.2Karol 公式

23R

n T R k h ωβ

=

R =4.2.2.3Raffle 公式

⎥⎦⎤⎢⎣

⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=

121132023032

0r R r R h k nr T R

ββω 式中

ω

k ——水在砂土的渗透系数，cm/s ；

Q ——注浆量，cm 3； g

k ——浆液在地层中的渗透系数，cm/s ，/g k k ωβ=；

β——浆液粘度对水的粘度比，g g ωωμγβμγ=；

ω——渗透面积，cm2；

R r ,——浆液的扩散半径，cm ； R h h ,——注浆压力，厘米水头； 0

h ——注浆点以上的地下水压头；

H ——地下水压头和注浆压力之和，cm ；

r ——注浆管半径，cm ；

T ——注浆时间，s ；

n ——砂土的孔隙率。

今以两组参数[见表4－7（a ）]，用不同公式计算浆液扩散半径R ，结果列于表4－7（b ）。

上述公式反应了影响浆液扩散范围的诸因素。提高有效注浆压力（注浆压力－静水压力），延长注浆时间，增大岩土体的渗透性，均有助于扩大浆液扩散范围。丙烯酰胺及尿素类浆液，在凝胶前，虽聚合反应开始，但粘度不变；当凝胶发生，粘度突变，顷刻形成固体，有利于注浆，基本上符合Maag 公式上述假定条件。

4.2.3最终注浆压力的确定（增加一些必要的经验公式及理论方面的东西） 最终注浆压力与注浆工程的一系列因素有关。如底层的密度、强度、促使应力，钻孔深度和位置以及注浆次序等都与之密切相关。但这些因素是难以准确预知的。因此，容许注浆压力也只能通过现场试验逐步预测并最后确定。

进行现场注浆试验时，一般是采用逐步提高注浆压力的办法，求出注浆压力与注浆量的关系曲线。当压力增大到某一数值时，注浆量突然增大，则表明此时地层结构发生了异常变化或孔隙尺寸已被扩大。因此，可将此时的压力值作为确定容许注浆压力的依据。当缺少试验资料或许预先确定一个试验压力时，可用理论公式或经验数值选定容许注浆压力，然后在现场施工过程中根据具体情况再行调整。

4.2.4注浆量的确定

钻孔数和注浆量的经济平衡，例如，在帷幕注浆中，经费预算主要用于钻孔和注浆所需要的材料。按照浆液扩散主要呈球形扩散的理论，则浆液有一扩散半径。而扩散半径的大