破碎围岩注浆加固堵水施工工法

破碎围岩注浆加固堵水施工工法

1.前言

由西部中大建设集团承建的安康高速公路磨河村隧道，左线隧道长4182m，右线隧道长4217m，是双向四车道高速公路隧道，净宽11.25m，净高5.2m，隧道衬砌为复合式衬砌。由明洞进入正洞的浅埋段，围岩破碎富水，地质情况复杂，容易发生塌方、突泥、涌水等地质灾害。能否通过浅埋破碎富水围岩段，这是保证隧道施工及运营阶段的安全与稳定性、延长隧道的使用寿命必须考虑的问题。承建单位针对本项目的难点成立了专门的课题组。研究成果在磨河村隧道施工中得到了成功的应用，经过鉴定达到了国内领先水平，形成了一系列关键施工技术，申请了三项实用新型专利（一种槽形开孔注浆小导管，一种俯斜式小导管注浆方式，一种仰斜式小导管注浆方式），并结合施工工艺、组织管理等，编写了《破碎围岩注浆加固堵水施工工法》。

2.工法特点

2.0.1槽形开孔注浆小导管，制作工艺简单，比传统小导管溢浆效果好。

2.0.2采用仰斜、俯斜式注浆小导管，改变了注浆管和排气管的布置方式，使浆液扩散和空气排放更加科学合理，有助于孔眼内的浆液扩散，在自重和压力作用下提高了孔眼内部浆液的密实度，防止注浆孔和排气孔的堵塞，增强了注浆加固堵水的效果，注浆质量易于控制。

2.0.3与超前支护相结合，抑制了破碎围岩的松弛变形，避免高压水直接作用在隧道衬砌上，提高了支护结构的安全性。

2.0.4采用径向注浆有效地改善了初期支护背后围岩性能,加强了初期支护与围岩的密贴程度,提高了围岩和初期支护的承载力和自稳力,有效地控制了沉降和变形，可促使围岩与结构早日趋向稳定。

3.适用范围

本工法适用于穿越破碎围岩、富含地下水、需要抑制围岩松弛变形的隧道及其它地下工程，也可用于处理坍方体及抗渗防水加固。

4.工艺原理

将槽形开孔小导管打（钻、压）入地层，结合仰斜和俯斜式小导管注浆的特点，合理设置排气管与注浆管，使浆液通过小导管渗透、扩散到围岩孔隙或裂隙

中，以改善围岩物理力学性能，提高软弱、破碎围岩的整体稳定性，抑制坑道周边围岩的损伤和围岩松动区的扩展，减小富水破碎围岩的渗透性和支护结构承受的水压力，降低隧道运营后发生病害的可能性，延长隧道的使用寿命。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

注浆施工过程中，按照以下施工流程操作：施工准备→确定注浆孔位置和数量→钻孔→安装注浆管→制备注浆液→注浆→检查注浆效果→注浆结束。注浆过

图5.1 注浆工序流程图

5.2操作要点

5.2.1径向注浆设计参数

通过径向注浆可起到加固围岩和堵水的作用。一般径向注浆设计参数主要根据地层特点进行确定，并经现场试验后不断完善。

1.注浆范围的确定

因注浆的目的、周围环境、围岩条件的不同，其注入加固位置及范围也不同。按经验一般径向注浆加固范围为：①一般裂隙地段B=(0.2～0.5)D；②溶洞间隔

段B=0.5D ；③溶洞段B=(0.5～1)D 。D 为开挖断面宽度（m ）。本次径向注浆加固范围为开挖轮廓线外3m 。径向注浆图见图5.2.1-1。 径向注浆3m

图5.2.1-1 径向注浆图

2.现场施工时浆液扩散半径常根据经验取值：①一般在中细砂层、粉质粘性土中取0.5～0.8m ；②中粗砂、砂卵石中取0.8～1.2m ；③断层破碎带取1.5～2m 。对扩散半径取值的高低，应综合比较注浆目的、效果、钻孔和浆液费用等因素确定。

3.多排（圈）孔注浆设计，应充分发挥注浆孔的扩散潜能，以获得最大的注浆体厚度，减少钻孔数量。布设注浆孔时，应避免出现孔与孔之间的搭接不紧密的“窗口”或“注浆盲区”。多排（圈）孔的最佳搭接为等边三角形梅花形布置，如图5.2.1-2，注浆孔间距与扩散半径的关系为：R a 3=，R 为扩散半径（m ）。因此，对于多排（圈）孔进行注浆孔设计时，注浆孔间距应满足式：R a 3≤。故径向注浆孔按梅花形布置，开孔环向间距1m ，排距1m 。

图5.2.1-2 孔排间的最优搭接图

4. 注浆管采用Φ42mm、长3m的注浆钢花管。注浆管前端加工成圆锥状并封死，花管部分长2m，在花管段上沿纵向间隔20cm、环向间隔120°按梅花形布设45×3mm的槽形溢浆孔，管尾部分采用两道Φ6mm的圆形钢筋焊箍，其中一道用于连接注浆芯管，另一道绕上棉纱后用于止浆。注浆孔采用风钻钻孔，成孔直径Φ50mm，成孔后下入Φ42mm注浆管。槽形开孔小导管见图

5.2.1-3。

槽形注浆孔

图5.2.1-3 槽形开孔小导管

5.注浆材料采用普通水泥—水玻璃双液浆和普通水泥单液浆，以双液浆为主。双液浆配比为：水泥浆水灰比0.8∶1～1∶1、水泥浆与水玻璃体积比1∶1、水

B 。普通水泥单液浆浆液配比为：水灰比玻璃模数 2.4～2.8，水玻璃浓度35e

0.8∶1。

6.一般根据注浆经验注浆速度为：①对于粉质粘性土中注浆，注浆速度宜取20～40L/min；②对于砂砾石层等孔隙较大的地层注浆，注浆速度宜取40～60L/min；③对于断层破碎带注浆，注浆速度宜取60～120L/min。

7.注浆终压为：①对于以堵水为主要目的的注浆，注浆终压按式：4~2+=水终P P 计算，式中终P 为注浆终压（MPa ），水P 为现场实测静水压力

（MPa ）；②对于以加固为主要目的的注浆，水P 取0MPa ，即注浆终压为2～4Mpa ；

③对于浅埋工程注浆施工，注浆终压按式H K P γ001.0=终计算，式中终P 为注浆

终压（MPa ），K 为系数，γ为覆盖地层的容重（KN/m 3），H 为覆盖层厚度（m ）。

8.单孔注浆量

)1(2βαηπ+=h R Q

式中 Q —单孔注浆量（m 3）；

η—地层孔隙率；

R —浆液扩散半径（m ）；

h —注浆孔长度（m ）；

α—浆液有效填充率（0.6～0.7）；

β—浆液消耗率（10%～20%）。

5.2.2注浆施工准备工作

1.了解注浆设计图纸和资料。

2.注浆设备和材料准备。按照设计准备注浆设备，对钻机、浆液搅拌机，注浆泵等都要进行保养，并进行试运转，必要时还需进行特性试验。

3.加工槽形开孔小导管，准备施工器材。

4.人员组织配备及培训。

5.2.3钻孔并安装槽形开孔小导管

1.测量放样，在设计孔位上作标记。

2.施工时采用风枪钻孔，钻孔至设计深度后并用高压风清孔。

3.对于仰斜孔的注浆小导管，在围岩中沿一定轮廓线按仰斜角度钻设孔眼，孔眼内放置小导管，在孔眼的端口位置放置止浆塞，将长注浆管通过止浆塞穿入到小导管内部，将长排气管通过止浆塞穿入到孔眼内部，端部用速凝水泥砂浆堵塞紧密，并进行止浆和固定处理。具体安装见图5.2.3-1。