流泥地质隧道加固止水新技术研究(1)

灌浆 方案二
三序孔混合灌浆法
施
1、在作业面钻孔，每隔3米钻一个孔，这两孔灌浆结束后，再对两孔之间的中
工
点钻孔并灌浆，通过水压试验，对没达到要求的对三序孔进行钻孔灌浆；
方
2、各孔的灌浆采用自下而上的灌浆方式；
灌浆
制 图：陈新泉
二序孔双控灌浆法 三序孔混合灌浆法
制图时间：2015年6月18日
1）成孔
（1）样板试验 成孔的关键技术在于灌浆功能组件。2015年6月20日-22日，QC小组的成
员在技术专家的主持下，根据以往的工作经验，对灌浆功能组件针对本工程 的特点进行优化设计，经过反复修改，拟定设计图样如下图所示，并组织技 术工人根据图纸进行加工，然后进行试灌，试验的结果如下表。
方案四
改性环氧树脂压密灌浆法
1、用钻机钻孔，然后插进灌浆钢管；
2、在浆液桶中调制改性的环氧树脂浆材；
施
3、用较高的压力注入浓度较大的浆液，
工
使浆液在灌浆管端部附近形成浆泡，
方
浆液在灌浆压力作用下挤入地层，
案
浆液多呈脉状或条形状胶结地层，
快速实现固结并止水。
创新点
◆ 改性环氧树脂浆材
◆ 创新的环氧树脂压密灌浆施工工艺
方案为：垂直控制性水泥灌浆法。
5、方案的细化
垂直控制性水泥灌浆的施工过程主要包含成孔、制浆和灌浆三道工序，ＱＣ小 组成员继续采用“头脑风暴法”对各施工环节进行方案设计，整理成系统图如下。
成孔
内循环灌浆器 外循环灌浆器
垂直控制性 水泥灌浆法
制浆
水泥浆+无机速凝剂 水泥浆+控制液
图6 垂直控制性 水泥灌浆方案系统图
一、工程概况
该工程场地原始地貌位于海陆交互地段，地貌单元主要由海湾 滩涂和残积台地组成。暗挖隧道依次下穿特区供水管道、地铁1号 线、铁路货场、中铺路、鹰厦铁路和高崎联络II线，主要穿越土层 为残积砂质粘性土和全风化花岗岩等Ⅴ类以上围岩。Ⅴ类以上围岩 无自稳能力，必须经过加固和止水处理后才可能保持自身稳定并承 受巨大上部荷载，施工难度特别大。
（2）选择结论
通过样板试验和综合评价这两种方法 进行分析论证
最佳灌浆浆液为 水泥浆+控制液。
3）灌浆
（1）样板试验 2015年6月24日-26日，QC小组成员组织进行了灌浆工艺的样板试验，分
别采用二序孔双控灌浆法和三序孔混合灌浆法这两种方法进行灌浆，具体方案、 试验成果、现场照片和综合评价如下。
一、工程概况
暗挖隧道的竖井端隧道施工难度最大，主要表现在：最小埋深 仅13.6m，隧道从规划地铁一号线下方近距离穿越，平面上与本隧 道呈75度斜交，形成上下重叠布置，横向净间距为1米，竖向净间 距为2.85米；竖井段隧道地质条件较差，安全风险极高，隧道施工 期间多次发生突泥、涌水、初支开裂及变形等情况；横通道转正线 施工体系转换复杂，施工空间狭小。
效果检查
男
助工
安全员
专科
组员
对策实施
女
助工
制表：叶志填
资料员
专科
组员
资料整理
时间：2015年6月12日
三、选择课题
1、提出课题
由于竖井端隧道掌子面多次出现流泥、涌水等极端不良软弱围岩地质情况， 施工进度极其缓慢，下穿暗挖隧道全长612m，计划工期356天，实际施工时，仅 竖井端隧道的右侧通道用了157天才开挖4.9m，工期延误半年以上。 受建设单位委 托，我司协助 解决软弱围岩 防渗加固难题， 为确保施工效 果，项目部特 组建QC小组。
图3 创新理由分析图
3、课题选定
从创新的必要性、紧迫性和重要性这三方面进行
分析， QC小组选定本次活动的课题为“流泥 地质隧道加固止水新技术研究”。
四、设定目标
1、选定课题目标
流泥处理需要达到的目标为围岩自稳能力提高，为隧洞掘进和施工 提供安全保障。
2、目标值设定
根据公路隧道围岩分级的规定，流泥地质属k于无自稳能力的极软岩， 单轴饱和抗压强度（Rc）几乎为0MPa，为确保施工安全，极软岩经加固 后，围岩级别至少应提高至软岩，软岩的单轴饱和抗压强度为 15MPa≥Rc＞5MPa，设定课题目标值为：单轴饱和抗压强度Rc＞5MPa。
【陈新泉QC小组】
目录
一 工程概况
二 小组概况
三 选择课题
四 设定目标 提出方案
五 及确定最佳方案
六 制定对策表 七 对策实施 八 确认效果 九 标准化 十 总结和今后打算 十 附录
一
一、工程概况
厦门市环岛 路鳌山路-高殿 二号路段道路工 程作是连接厦门 市航空物流园区 与象屿保税区快 速道路的关键性 工程，全长2.48 公里，路幅宽 50 米 ， 工 程 总 投资76646万元。
改性环氧 树脂压密 灌浆法
固结强度很高 固结范围小
止水效果不稳定
改性环氧树 脂和高压灌 低毒，施工 浆泵成本高 安全性好
改性环氧 树脂配置男
操作复杂
研制新型 改性环氧树脂
时间长
不采用
制 表：蒋叶
制表时间：2015年6月17日
3、选定方案
通过对样板试验的总结和评价， QC小组成 员一致认为最佳流泥地质隧道加固止水施工
流泥地质隧道加固止水新技术
无机灌浆法
有机化学灌浆法
水平管棚高水速 凝注浆法
垂直控制性水泥 灌浆法
脲醛树脂渗透 灌浆法
改性环氧树脂 压密灌浆法
制图人：陈新泉
制图时间：2015年6月14日
图5 流泥地质隧道加固止水新技术亲和图
2、施工方法介绍
方案一
施 工 方 案
创新点
水平管棚高水速凝注浆法
1、管 棚 在隧道内距离掌子面较近的位置设置一块工 作平台，在掌子面的周边及中部布置若干灌 浆孔，采用管棚机打入长度在20米以上带有 灌浆功能的的管棚钢管。
厦门市 地铁 1号线
450 L/m
5小时
1.63g /m3
表2
现场照片
2
垂直控制性 厦门市 水泥灌浆法 环岛路
道路工程
300 L/m
4.5 小时
3
脲醛树脂 渗透灌浆法
福建 龙津溪 C3标
600 L/m
6.5 小时
1.68g /m3
1.58g /m3
4
改性环氧树脂 压密灌浆法
福建 龙津溪 C3标
550 L/m
3、目标可行性分析
制图人：叶志填
制图时间：2015年6月13日
图4 目标可行性分析系统图
从人员、机械、 材料、方法、 环境等五方面 进行综合分析， 目标实现具备 可行性。
五、提出方案并确定最佳方案
1、方案的提出
传统的软弱围岩加固处理方 法有管棚、超前锚杆+钢拱架+喷 锚支护、化学灌浆、冷冻法等方 法，QC小组的成员运用“头脑风 暴法”打破传统思维，相互启发， 集思广益，创造性地提出了四种 创新的流泥地质隧道加固止水新 技术，用亲和图进行归纳整理如 下。
◆ 灌浆功能组件 ◆ 控制性灌浆浆液 ◆ 可控的灌浆施工工艺
方案三
脲醛树脂渗透灌浆法
施 工 方 案
创新点
1、在掌子面外侧以一定的角度按照一定 的距离打入带灌浆功能孔眼的超前锚杆。
2、脲醛树脂由尿素和甲醛水溶液在高效 催化剂的作用下通过复杂的化学反应生成。
3、采用灌浆泵将脲醛树脂溶液注入， 在不改变地层结构和颗粒排列的原则下， 把浆液充填到岩土地层孔隙或裂隙，向地层深处渗透，将灌浆过的围岩 固结并减少渗漏。 ◆ 带灌浆功能孔眼的超前锚杆 ◆ 脲醛树脂的高效催化剂
安全情况
难易性
综合评价
水泥浆 +
无机速 凝剂
一组份为水泥浆，另 一组份以水玻璃为基 浆，添加改性无机材
料
50分钟
出现少量 的串浆冒
浆
灌浆效率 不高，经 济性较差
对周边围岩 有影响，安 全性较差
添加剂需要 多次试验， 难度较大
固结强度较好，出 现串浆冒浆，质量 情况、安全性都较 差，研制较难，
不采用
水泥浆 +
控制液
一组份为水泥浆，另 一组份以已研制成功 的控制液为基础的改
性控制液。
30分钟
水泥颗粒 不流失， 不串浆冒
浆
灌浆效率 高，经济
性好
对周边围岩 影响很小， 安全性好
对研究成功 的控制液进 行改良，难
度小
固结强度较好，不 出现串浆冒浆，质 量情况、安全性都 较好，研制容易，
采用
制表：宋东升
制表时间：2015年6月23日
图7 内循环灌浆器设计图
图8 外循环灌浆器设计图
灌浆功能组件试验结果及综合评价表
功能 组件
单段灌浆 时间
进度情况
质量情况
安全情况
难易性
表4 综合评价
内循环 灌浆器
外循环 灌浆期
2.5小时 1.5小时
灌浆速度 较慢
灌浆 速度快
浆液扩散慢 固结不均匀
灌浆 基本稳定 安全性
较好
浆液扩散快 灌浆稳定 固结均匀 安全性 较好
◆ 创新的高水速凝剂。
方案二
垂直控制型水泥灌浆法
施 工 方 案
创新点
1、钻孔 将隧道顶部地表整平，布置钻机垂直向下钻 孔，插入专用灌浆管组件，拔出套管。
2、制浆 控制性水泥的灌浆的浆液由水泥浆和控制液 两组份构成，分别拌制，然后通过管道混合。 3、灌浆 采用不同的灌浆压力和不同的控制性水泥浆液配比，分段注入控制性水 泥浆液，灌浆至预定压力。采用自上而下二序孔或者三序孔进行灌浆。
液的组成。2015年6月21日 -23日，QC小组的成员，分 别根据计划方案研制了灌浆 浆液，为了验证灌浆浆液效 果 ， QC 小 组 成 员 对 研 制 后 的灌浆图9 灌浆样板试验现场照片
灌浆浆液试验结果及综合评价表
表5
灌浆 浆液
浆液组成
凝固时间 质量情况 经济性
职称
职务
学 历 组内分工 组内职责
男
高 工 总工程师 本 科
组长
统筹安排
男
高 工 特聘顾问 专 科 技术专家 选题理由
男
工程师 施工管理人 专 科 技术专家 制定对策
男
工程师 施工员
专科
组员
对策实施
男
助工
施工员
专科
组员
对策实施
男
助工
施工员
专科
组员
对策实施
女
助工
质检员
专科
组员
效果检查
男
助工
质检员
本科
组员
灌浆 方案一
二序孔双控灌浆法
施 工 方 案
试验 结果
1、在作业面钻孔，每隔3米钻个孔，这两个孔灌浆结束后，再对两孔之间的 中间点位置钻孔，继续灌浆至灌浆压力；
2、各孔的灌浆采用自上而下的分段灌浆方式； 3、水泥液和控制液制成后，分别由不同的灌浆泵进行输送，在灌浆孔前混合
然后高压注浆。
1、钻孔取芯试样致密均匀； 2、芯样干密度为1.68～1.71。
图1 流泥
图2 涌水
2、创新理由
必要性
传统的软基处理方法无法解决流泥、涌水等恶劣地质条 件的加固止水难题，必须进行施工技术的创新
紧迫性
工期拖延严重， 需要立即采取措施方能组织事态进一步恶化
重要性
解决流泥地质的加固止水难题，对确保沿海地区多软弱 地基工程的顺利施工具有重要意义
制图：陈新泉
时间：2015年6月12日
2、制浆 选用铝矾土、石灰和石膏为主要原料，配以 多种无机原料和附加剂，经磨细、均化等工 艺，而配制成甲、乙两种粉料的高水速凝材料。水泥浆由水泥和水组成， 比例根据不同阶段适时调整，水泥浆添加高水速凝材料组成灌浆液。
3、灌浆 用高压灌浆机将灌浆液采用3MPa以上的压力进行灌浆至预定压力值。
◆ 具备灌浆功能的管棚；
2、方案的 试验与分析
为了选择 最佳的方案， 2015 年 6 月 15 日 -6 月 17 日 ， QC 小 组 在不同地点 对各方案分 别钻了三个 孔进行灌浆 样板试验， 试验的结果 和优缺点如 下表：
灌浆方案样板试验成果一览表
序号 方案 试验地点 注浆量 灌浆时间 干密度
1
水平管棚 高水速 凝注浆法
工艺简单 制作容易
工艺 稍微复杂
制作 较容易
灌浆扩散范围小 压力提升速度慢
固结不均匀
不采用
灌浆范围大 压力提升速度快
灌浆流畅
采用
制 表：张添彬
制表时间：2015年6月22日
（2）选择结论
通过样板试验和综合评价这两种方法进行分 析论证，最佳灌浆功能组件
采用 外循环灌浆器。
2）制浆
（1）样板试验 制浆的关键技术在于浆
不采用
垂直控制性
固结范围大
水泥和控制 无毒，施工 技术先进
水泥灌浆法 强度高 止水效果好 液成本较低 非常安全 容易施工
控制型水泥 灌浆速度快
采用
脲醛树脂 渗透灌浆法
固结范围小 机械强度低 止水效果不稳定
脲醛树脂 成本较高
低毒，安全 性较差
脲醛树脂固 化周期长 操作复杂
全面固结和 止水时间很长
不采用
二、QC小组概况
小组名称 课题名称 课题类型 注册号 小组人数
受QC教育时间
小组概况表
表1
陈新泉QC小组
流泥地质隧道加固止水新技术研究
创新型
成立时间
2015.6.10
XMAN-2015-003
活动时间
2015.6.10-2016.2.6
10人
活动次数
8次
32小时/人
出勤率
96%
姓名
小组成员分工
性别
6 小时
1.69g /m3
样板试验后，QC小组对各方案进行总结和评价：
方案名称
创新掘进方案综合分析评价表
可靠性
经济性
安全性
难易性
时间性
表3 评价
水平管棚高 水速凝注浆法
固结和止水 效果不稳定
高水速凝剂 和高压灌浆 泵成本较高
无毒，施工 安全性较好
协调凝结时间 和灌浆
压力难度较大
全面固结和 止水时间长