隧道预加固的方法和技术(二)

注浆工法
注浆方案初选原则（续）： 对岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但大面积淌水 且流量大于控制排水量，且预测地下水压力<1.0MPa时， 实施开挖后全断面径向注浆。注浆加固圈固结范围为开挖 轮廓线外3～5m。 岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但局部出水且流 量大于控制排水量时，仅对出水处实施局部注浆。 注浆后流量仍大于控制排水量、注浆固结圈综合渗透系数 大于设计控制值或仍有局部出水点时，实施补注浆。

注浆压力
注浆压力控制： • 在注浆过程中，在某一级压力下，如果吸浆率超过一定限 度(上限),则应降低一级进行压注。待吸浆率减少到下限 值时再提高到原来一级压力继续压注。 压力分级不宜过多，可以分为两个或三个阶段。关于吸浆 率的上、下限，则根据岩层透水性和压浆质量确定。
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注浆扩散半径
在注浆过程中，浆液扩散半径与岩石岩层中裂隙大小、浆液黏 度、凝固时间、注浆速度和压力、压注量等因素有关。施 工中对压力、浆液浓度和压人量等参数进行人为控制与调 整,对控制扩散范围可以起到一定作用。 水玻璃浆液在不同岩层中的有效扩散半径


浆液浓度


对于注浆浓度，在每段每次压浆时先稀后浓，同一分段多 次压浆时则先浓后稀。
一般水泥浆液起始浓度较高，特别在初期压浆阶段，因稀 释浆液使结石率低，并增大扩散半径,延长压浆时间。常 用的水泥浆液浓度为1.5:1～0.5:1。 水泥浆液压浆过程中，某一种浓度级的吸浆率约为吸水率 的80%～85%时,可以认为浓度适宜。在某一种浓度压力 保持不变、吸浆率随压浆时间延长而逐渐减少,或吸浆率 不变而压力却逐渐升高时,不需改变浆液浓度。 遇有冒浆或岩层破碎带、大裂隙、裂隙发育地层时,应越 级加浓,或采用间歇注浆、水泥一水玻璃双液注浆等措施。

径向注浆工法主要适用于封堵隧道周边局部股流或小面积 渗水以及固结局部围岩。
径向封堵灌浆
径向封堵灌浆 径向封堵灌浆是指高压大流量地下水被揭露后，对出水点 进行封堵。 处理处理顺序非常重要：“先易后难、先引后堵、宜先拱 顶后边墙再底板、局部集中处理；兼顾及其它部位系统处理， 综合治理 ”。
径向封堵灌浆
锚杆带灌浆 加固围岩(1)
地下水流 溶洞
注 意 之 一
定 作 模 袋 要 适 合 溶 洞 或 管 道 体 积
施工泄水孔(2) 灌浆作业(8) 固定模袋支撑(4) 安放带灌浆管的模 袋(5) 灌浆管灌浆(6) 溶洞侧壁安装 排水管(3) (灌浆作业(7) 锚杆带灌浆 加固围岩(1)
注 意 之 三
关键：1、随模袋灌浆，模袋逐渐彭胀充填溶 洞口；同时工序（3）和工序（2）水量变大、 压力上升； 2、灌浆工序（7）随灌浆进展，工序（2）水量 变大，压力上升； 3、工序（8）最后封堵，逐渐无水，达到完全 封堵的目的。
工艺要求: 以砂浆和水泥浆及惰性材料为主，按先粗后细、先浓后 稀浆的原则灌注。孔口管是确保灌浆顺利的关键工艺。
强富水区封堵前涌水情况
强富水区封堵后效果情况
径向封堵灌浆
强富水区灌后 强富水区灌前
强富 水区 底板 灌前 强富水区底板灌后
岩溶地下水处理
岩溶管道涌水 小厅堂式溶洞
岩溶地下水处理
水压较高时封堵比较困难，此时可使用模袋、索囊技术， 采用水泥砂浆灌注，压力略大于水压力即可。


水泥浆液；
超细水泥浆液； 特种水泥浆液；


水泥一水玻璃浆液；
各种化学浆液(如铬木素、聚氨酯、丙凝)等。
注浆材料在很大程度上直接影响到堵水防渗和固结的效果,并 关系到注浆工艺、工期及工程费用。
注浆材料
注浆材料的要求: 浆液在地层中要有良好的可灌性，即在一定的压力下，能 渗到一定宽度的空隙和裂隙中； 浆液凝胶时间可以调节； 固化时收缩小，与岩石、混凝土、土壤等有一定的粘结力； 固结后有一定的抗压、抗拉强度和抗渗性、耐久性； 稳定性好，以免过早地发生沉淀，影响浆液的压注； 为便于施工和增大浆液的扩散范围，浆液须具有良好的流 动性； 当地下水有侵蚀性时，应具有相应的耐侵蚀性； 无毒或低毒，对环境污染小； 注浆工艺简单,操作方便、安全。
开挖面深孔注浆工法
对于开挖断面较大的双线隧道或跨度较大的渡线隧道，因 注浆小导管加固范围有限，故一般采用开挖面深孔注浆。 对于70～100m2断面的隧道可布置12~18个注浆孔，其中 15m左右的长孔布置6~11个，5m左右的短孔布置6~7个， 并采用隔孔注浆的方法。
径向注浆工法
径向注浆是在隧道开挖后,沿隧道径向进行的钻孔注浆。

注浆压力
注浆压力的控制方法:

一次升压法。注浆一开始就在短时间内将压力升到设计规定值, 并一直保持到注浆结束。在规定压力下,每一级浓度浆液的累 计吸浆率达到一定限度后，调换浆液配合比，逐渐加浓；随着 浆液浓度增加，地层裂隙逐渐被填充，吸浆率逐渐减少，直至 达到结束标准,即结束注浆。一次升压法适用于透水性不大、 裂隙不发育的较坚硬岩层。
式中：R－浆液扩散半径(m)； H－注浆段长度； η －岩层裂隙率，一般取1%～5%； β －在裂隙内浆液的有效填充系数，约为0.3~0.9。
对于大的溶腔、溶洞、溶槽等，裂隙率>5%时，浆液注入量难以计 算，此时宜用注浆压力控制注浆量。注浆量只能按注浆终压规 定值时的注浆总量来确定。
注浆工法
注浆结束标准：
岩溶地下水处理
模袋与索囊是由特殊的纺织工艺织成，使用的基本材料为 尼龙、聚酯或聚丙烯等材料。织物的强度高，灌注时具有 一定的渗水性而不漏水泥。通过试验发现有其独特的优点： －灌注成型，施工简便、速度快，且耐高速水流(15m/s)，在高
速水流下，保证水泥不分散，不被冲走； －具有一定的透水性，在混凝土或水泥砂浆灌入以后，多余的 水分通过织物空隙渗出，可以迅速降低水灰比，加快混凝土 的凝固速度，增加混凝土的抗压强度。水泥浆经模袋析水后， 不但硬化速度加快，而且固化强度提高。
注 意 灌 浆 先 后 顺 序 及 模 袋 闭 浆
注意之二：减压分流孔要截断前方突涌水点
溶洞涌水
模袋封堵
索囊封堵 封堵后钻孔取芯
地表旋喷桩加固工法
地表旋喷桩加固是指在需要进行加固的土体上方，从地表 垂直钻设灌浆孔，高压注入空气、水及水泥浆，撕裂土体 扩大灌浆范围，并利用水泥浆固结土壤，达到增加土壤自 承力不足的作用。 地表旋喷桩加固工法主要适用于软岩浅埋隧道、基础支承 承载力不足、地下水位较高的明挖法围护结构的防水等。
岩层类别 有效扩散半径 R(m) 砂砾 1.75～2.00 粗砂 1.20～1.45 中砂 细砂 淤泥 0.50 黏土 0.50 0.80～1.00 0.50～0.70
水泥浆液在裂隙岩层中的有效扩散半径
裂隙宽度（mm） 有效扩散半径 R(m) <5 2 3～30 4 >30 6
注浆工法
注浆量计算： 注浆量可根据扩散半径及岩层裂隙率进行粗略估算。
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注浆工法
注浆效果检查：
• 在注浆堵水加固完成后，为防止开挖时发生坍塌涌水事故， 并保证隧道渗漏水水量符合设计要求，必须进行效果检查。
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检查通常采用钻孔取芯法进行，有条件时还可采用物探等 方法进行。
钻孔取芯法按设计要求，在注浆薄弱地方钻检查孔，检查 浆液扩散、固结情况和取芯率，并进行压水（抽水）试验， 检查地层吸水率(透水率)，计算渗透系数及开挖时的出水 量；也可通过检查孔观察注浆后围岩的渗漏水量，直观地 进行注浆效果的评定。

水平高压旋喷法
在未固结围岩,特别是城市的浅埋 隧道,必须注意防止隧道变形和地 表下沉以及确保大断面的掌子面 的稳定； 水平高压旋喷压注工法，是在一 般的初期导管注浆的基础上发展 起来的,能较大规模地以高压旋喷 的方式压注水泥浆的超前支护工 法。
水平高压旋喷法
此方法是在水平钻孔内采用高压旋喷的技术在隧道开挖外轮 廓形成拱形预衬砌,以防护掌子面。
水平高压旋喷法
在掌子面与隧道轴线平行时,用特殊机械钻孔,同时向管体 内高压喷射水泥浆液,形成直径50～70cm的圆柱体(桩)的 工法。 材料3天的强度可达8～10MPa，改善围岩的效果很好，是 改善掌子自稳性和控制地表下沉的较好方法。 但施工设备多,系统庞大。
注浆材料
常用的注浆浆液有：
注浆工法
注浆方案初选原则： 对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测 水压大、极可能产生严重突水突泥地段，预测地下水压力 ≥3.0MPa时，采用超前预注浆方案。预注浆加固圈固结范 围为开挖轮廓线外5～8m。 对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测 水压大、极可能产生较严重突水突泥地段，预测地下水压 力<3,0MPa但≥2.0MPa时,采用超前预注浆方案。预注浆加 固圈固结范围为开挖轮廓线外3～5m。 对不同年代地层岩层接触带、物探异常区、预测水压大、 可能产生突水突泥地段,预测地下水压力<2.0MPa但 ≥1.0MPa时，正洞采用超前帷幕注浆。预注浆加固圈固结 范围为开挖轮廓线外2～3m。


注浆压力
注浆压力影响注浆效果,其大小决定于涌水压力(开挖工作 面静水压力、突水的动压力)、裂隙大小和粗糙度、浆液 的性质和浓度、要求的扩散半径等。合理的注浆压力既能 避免压力过高造成的不利影响,又能保证浆液的结石强度 和不透水性,有利于形成良好的隔水帷幕。
对注浆压力的确定,通常采用以静水压力为依据的经验公 式,即只考虑静水压力,而对影响注浆的其他因素均不考虑。 通常有下述两个公式可供选择: P=3～5倍静水压力； P=P静+(0.5～1.5)Mpa。 在实际使用中,预注浆往往采用后者。
注浆材料
地层条件方面的要求: 断层破碎带和砂卵砾石层,当裂隙宽度(或粒径)大于1mm或渗透 系数Κ ≥5×10-4m/s时，加固或堵水注浆宜有限选用单液水泥 浆和水泥一水玻璃浆。 断层泥带,当裂隙宽度(或粒径)小于1mm或渗透系数Κ ≥1×104m/s时,加固压浆宜有限选用水玻璃类。 中、细、粉砂及细小类型岩层、断层泥段堵水压浆宜选用渗透 性好、低毒、遇水膨胀的化学浆液，如聚氨酯类；对于颗粒更 小的粘土层,采用水泥浆、水泥一水玻璃类,可在水泥浆中加人 嘭润土、粉煤灰等填料,使浆液具有触变性能,并能防止材料的 分离和水泥颗粒的沉淀。 岩溶地段突泥、突水和裂隙较大的地质构造中,为堵塞突泥、 涌水通道,在适应压浆设各条件下.可用劈裂法代替渗透法。
分级升压法。注浆过程中将压力分为几个阶段,逐渐升到设计 规定值。开始阶段，以最低压力开始注浆，当吸浆率下降到一 定限度时则将压力升高一级，当吸浆率又减少到下限时再提高 一级压力，直到在规定压力下吸浆率减少到结束阶段标准时止。 分级升压法适用于岩层透水性大、难以很快达到规定压力值， 或者虽然能达到规定压力值，但吸浆率极大，超过上限甚至更 多的情况。
岩溶地下水处理
模袋材料由于具有强度高、整体性和析水固结性能好、柔软可变 形等特性，适合于大流量、高流速情况下的堵水。因此，它非常 适合辅助洞串珠状溶蚀孔洞、溶蚀管道以及溶洞群和厅堂式洞穴 等较大规模的岩溶危害的处理。 索囊的原理与模袋类似，是微缩版的模袋，主要针对溶蚀裂隙、 溶蚀宽缝、串珠状溶蚀孔洞等小型的漏水体系。

注浆工法
注浆钻孔布置：
注浆钻孔的布置，需根据注浆范围、注浆段长、单个注浆 钻孔的作用范围、岩溶(岩层裂隙)发育情况、含水层分布 情况、开挖轮廓大小和钻孔作业要求而定。
超前预注浆注浆钻孔宜长短结合，并呈伞形辐射状布置； 全断面径向注浆注浆，钻孔按梅花状布置。 注浆钻孔一般布置为双圈(内外圈钻孔按梅花状布置)或三 圈，如岩层裂隙不甚发育则可布置成单圈。 注浆孔孔底间距可按单个注浆钻孔作用范围(经试验所得) 进行确定，一般为3～5m。 基岩裂隙比较发育、涌水量较大时，孔底间距可适当加大。
• 注浆结束标准通常考虑两个指标：达到设计压力(即终压) 时的持续时间和进浆速度小于规定值。
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一般结束标准是：注浆压力达到设计终压；双液(水泥一 水玻璃浆液)吸浆率为18～35L/min。单液(水泥浆)为7～ 20/min，即可结束。 在正常情况下，当注浆压力达到或接近设计终压时，结束 注浆；当压力接近终压或达到终压的80％时，如出现大的 跑浆，经间歇注浆后达到或接近终压，也可结束注浆。 整冶涌突水、突泥，其终压值根据客观条件的变化，可选 择合理的上限值、下限值和导坑突水量作为终止标准。