水下隧道破碎带地层注浆参数确定方法研究

长工期 ， 故合理确 定隧 道注 浆加 固范 围十分 重要 ， 确定 方法 主 其 要通过计算并结 合有关经验来确定 ， 一般 而言要求 注浆 后 围岩 的
承载力达 到 ２ ０ｋ ａ以上 ， 透系数小于 １ ～ ｃ ／ 。 ０ Ｐ 渗 ０ ｍ ｓ
浆加 固圈半径 为 ｒ， ｌ水压 力 和土 压力 均匀 作用 于 注浆加 固圈周
２ 注浆 加 固范 围
其 中 ， 为注浆加 固边 界 的半径 ； 隧洞半 径 ； 为 注浆 ａ为 确定注浆加 固范 围主要考虑两 方面 ： 注浆后加 固圈的承载 力 加 固岩石的强度 ；。 ｑ 为加 固岩石环 的承载力 。 和抗渗性要 求。若加 固范 围过小 ， 承载力 或抗渗性 达不 到设计 要
收 稿 日期 ：０ １０ －２ ２ １ — ９２
作者简介 ： 李
敏 （９５ ） 女 ， １７ 一 ， 高级 工程 师 ， 中国地 质 大学 （ 武汉 ） 山西省地 勘局 二 一二地 质队 ， 山西 长治
０６０ ４Ｏ ｏ
郑 清君 （９６ ） 男 ， １７ 一 ， 高级 工程 师 ， 中铁 隧道股份 有 限公 司， 南 郑 州 ４ ００ 河 ５０３
１ 以静水 压力为依据 ， 般情 况注浆终 压为静水 压力 的 ３倍 ） 一
或 略大于 ３倍 ， 日本青 函海底 隧道按 公式 Ｐ＝（ 而 ２～４ ＭＰ ） ａ
注浆孔按等边三角形 布置 时 ， 注浆 间距 为 ３ ５ 一 ． １ｍ， ．４ｍ ５ ３ 实际 应用时 可根据地 层情 况 ， 进行 分 区布置 ， 高针对 性 。由于 扩散 提
水下隧道破 碎带地层注浆参数确定方法研究
李
摘
敏
郑清君
要： 对水下隧道破 碎 带地层 注浆参数确 定方法进行 了分析 ， 注浆加 注
间距 、 注浆量和注浆速度各方 面进行 了论述 和研 究 ， 而得 出了具有一定针对性的 注浆参数 。 从 关键 词 ： 水下隧道 ， 破碎 带地层 ， 注浆参数 ， 方法研 究
爹 荦 掌
３ 注 浆压 力
李敏 ： 隧 破 带 层 浆 数 定 法 究 等水 道 碎 地 注 参 确 方 研 下
５ 注浆 孔终 孔 间距 及布 置
・５ １・ ８
注浆 压力 充当浆液 在地 层裂 隙 中扩散 、 填 、 实脱水 的动 ５ １ 按 行排 列 布置 充 压 ．
能， 是注浆设计和施 工 中主要 注浆 参数 之一 ， 提高 注浆质 量 和 对
（＋ ｄ，Ａ 积，Ａ （＋ｄ＝ｉ此 ｄ ２ ） ２ ２ １ ２ 譬） ２２ 时 ： ｄ ＝ 故 ： ｄ Ｔ， 而 ＇ Ｒ
１ ７７ 。 ． Ｒ
小 的地层 ， 浆压 力 应选 大 值 ， 散半 径应 选 小值 ； 于可 注性 ５ ３ 注 扩 对 ．
好、 水压力小 、 节理 裂隙发 育 、 空隙率 大 的地层 ， 注浆 压力应 选小 值， 扩散半径应选 大值 。
轮廓线外 （ ． ０ ５—１０ Ｄ。 ．） 系数 ， ／ ； ｍ ｓＫ为注浆 区外岩体 的渗透 系数 ， ／ ； ｍ ｓｈ为水头高 度或隧 道埋深 ， Ｒ为隧道半 径 ， ｔ ｍ； ｍ； 为注浆 圈厚 度 ， 为与 隧道周 边 ｍ； ２ ２ 通 过 围岩 松 动 圈 大 小 确 定 ． 从 ４～ 一 ７ 对裂 隙岩体 中的 圆形横断 面隧道 ， 浆加 固圈厚度 根据 围岩 压力降有关的表面系数 ， 一 ９变化 ， 般取 ２— 。 注
第３ ８卷 第 ２期
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１４ ・ ８
２ ０ １２ 年 １月
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨ Ｉ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ２ １３ ． Ｊｎ ２ ２ ａ． ０１
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ ０ — １ ４ ０ １０ —８ ５ ２ １ ）２ ０ ８ —３
则会危及 施工安全 ， 酿成施工事故 。
有关 。
若选 择的注浆压力 过 大 ， 容易 导致 地层 缝 隙扩 大或 增加 ， 则 增大浆 液扩散范 围 ， 成材 料浪 费 ， 造 同时还 可能 因注 浆击穿 水底
覆盖岩 而造成新 的危 害。因此水 下 隧道注 浆压 力选 择研究 的主
根据模拟 和试验 ， ２Ｉ 一 。设 孔问距 为 ｄ 则 Ａ Ｒ＝ Ｉ ４ｉ Ｔ ｎ ， ＝２ Ｒ，
故有 ２ ｄ Ｒ ＝ ， 此时 ｄ＝ 。
． 要 目的是保证浆液有效扩散堵水 和加 固地 层 ， 同时防止 注浆击 穿 ５ ２ 按 等 边三 角形布 置 注浆孔按等边三 角形 布置 ， 则平 行 四边形 Ａ Ｃ Ｂ Ｄ面积 为 Ａ ＝ 海底覆 盖层而造成新 的危害 。
注浆 压力主要和隧道埋深 、 水压力 及地层 岩性 、 结构 和构造 、 注浆材料 等因素有 关 ， 一般 根据经 验 和室 内试验 选用 ， 并经 过 现 场试 验确 定 。对于可注性差 、 水压力高 、 节理 裂隙 不发育 、 隙率 空
估算 隧道注浆后的渗漏水量采用式 （ ） ５。
范 围都有缩小 的趋势 ， 虑 到水底 隧道 地质 条件 、 工难 度及 工 考 施 程成本 ， 侧重于安 全考虑 ， 下 隧道超 前 预注浆加 固范 围取开 挖 水
而ｈ Ｋ ｉ ￣
（ ５ ）
其 中 ， 隧道 每秒的渗漏水量 ， ｓｍ； 为注浆 圈 的渗透 Ｑ为 ｍ／， Ｋ
时可按扩散半径 设置 终孔 位置 ， 而施 工可按 探水 注浆 模式 实 施 ，
计算 注浆终压 ， 中 ，。 其 Ｐ 为静水压力 ， ａ ＭＰ 。
中压 力的确定 ， 经验公 式如下 ：
ｐ＝ （） ６
２ 以静力 平衡 条件确定 ， ） 常用 于地面预 注浆和大 坝基岩 注浆 半径仅是作为注 浆设计 时 的概念 参数 ， 于裂 隙岩体 注浆 ， 计 对 设
中 图 分 类 号 ： ４ ５ ４ Ｕ ５ ．９ 文献标识码 ： Ａ
０ 引言
随着 经济和社会 的发展 ， 国水 下 隧道工 程越 来越 多 ， 碎 我 破 带地层 、 地质复杂 是钻爆 法 隧道施 工技 术发 展 的方 向， 施工 中 而 注浆技术关 系到整个工程 的成败 ， 特别 是在水下 破碎地 层 中钻 爆
多排孔 的情况 下 ， 一般 按梅花 形布孔 ， 以获得 场试验 、 工程类 比法 、 经验公式法 和数值模拟 法等 ， 采用 经验公 式 在进行 注浆设计 时 ， 确定 注浆 压力 的方法主要有 以下几种 ： 较佳 的注浆加 固体厚度 ， 减少注浆盲 区。 根据计算 ， 注浆孔按排方式 时， 注浆孔间距为 ２ ３ ４ ７ ．６ｍ一 ．１ｍ；
围， 忽略重力影响 ， 按厚壁圆桶的弹性 力学轴对 称 问题 进行分 析 ， 距 离隧道圆心某一距离处的 ｒ 处的应力表达式如下 ：
ｏｒ ： ｒ
注浆加 固圈厚度的确定方法主要有 以下 ４类 。 ２． 工 程 类 比 法 １
据我 国水 电部门 的资料统计 ， 固注浆厚 度一般 为 ０ ５倍 ～ 加 ． ２ ０倍 隧洞半径 ； ． 我国煤炭 部 门巷道 注浆 加 固厚度 为 ２ｍ ～３ｍ。 前苏联在巷道 注浆加 固带 的厚度取 ３ｍ～ ５ｍ。 根据 山岭 隧道和海底 、 下 隧道 的施工 经验 ， 水 假设 隧道 直 径
其 中 ， Ｒ 为塑性 区半 径 ； ｎ为隧洞 半径 ； ， 分 别 为围岩 的粘 ｃ 关 于水 下隧道复杂地质条件下 注浆 技术 ， 文献 ［ ］～［ ］ １ ４ 进行 ｐ为围岩应力 ； ｐ 为支护抗力 。 了分析研究 ， 文针对水 下隧道破碎带 地层主要 注浆参 数确定 方 聚力和内摩擦角 ； 本 在 松动圈内注浆会 形成一 个外 壳支 护层 而具 有较 大 的承载 法 进 行 了研 究 。
加 固范 围设计 为隧道开挖轮廓线外 （ ． ０ ８ Ｄ。 ０ ６～ ． ） 随着注浆新 材料 的不断开发及 性能 的改 进 ， 注浆技 术不 断取 得进步 ， 注浆质量也 不 断提高 ， 在超 前预 注浆 和径 向注浆 加 固 现
２ ４ 通过 隧道 允许 的渗 水量 估算 ．
Ｑ ２ｒ ＂￣ ｒ
１ 注浆 主要 参数
注浆 主要参 数包括注浆加 固范围 、 注浆压 力、 液扩 散半径 、 浆 注浆孔终孔 间距 、 注浆量 和注浆速度 。
能力 ， 支护层一岩体共 同作 用 ， 改变加 固圈的半 径 可使 加 固岩 石
环 的承载力不小于作用于外壳上 的压力 ， 见式 （ ） １。
ＲＧ＝
当采用按行 排列方式 时 ， 为满足要求 ， 至少 使 Ａ ２ Ａ ： Ａ ， 为
矩形 Ａ Ｃ 的 面积 ， ：为矩 形 Ａ Ｃ 内各 注浆 孔 的注 浆 扩散 面 ＢＤ Ａ ＢＤ
，
保证 注浆 效果起较大 的影 响作用 。
ｎ２ 若选 择的注浆压力过小 ， 则浆液不能充 满地层 缝隙 和进行有 积 ， 图 １ 有 Ａ ｌ 见 ， ＝＂Ｘ Ｒ为每一 注浆孔 的扩散半 径 ， ｆ 其大小 与岩 效扩散 ， 达不到加 固岩层 和 阻断地 下水 的效 果 ， 轻则 会造成 开 挖 渗透系数 、 浆液 的粘度 、 可注性 和注浆压 力等 因素 后渗漏水 ， 达不 到限制排 放和封堵 的标 准 ， 加后期 处理 费用 ； 增 重 体 的破碎程度 、
注浆孔 终孔 间距
据注浆加 固交 圈理论 ， 注浆后 应能形成 严密 的注浆 帷幕。在 注浆终孔断 面上 ， 据注浆 扩散 半径 进行 注浆设 计 时 ， 应 有注 根 不
目前 隧道与地下工程注浆施工 中 ， 注浆 压力 的选择 通常有现 浆盲 区存在 ， 同时注 浆孔尽 量均 匀布 置 ， 且 有利 于钻 孔 ， 并 这样 ，
松 动圈厚度确定。围岩松动圈的厚度 通过多点 位移计 测得 ， 可 也 用 声波测试仪测得 ； 无 以上 两种 资料 ， 若 可按 修正 的芬 纳式 进行 计算 。
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法隧道施工 ， 给予 了我们更严 峻的挑战 。
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