帷幕注浆施工

帷幕注浆施工
一、概述
在地质特殊地段（富水、破碎岩层或自稳性差的地质地段），采用预注浆（地表超前注浆、洞内围岩全断面注浆等）对围岩进行处理，即可形成较大范围的筒状加固区，这种注浆方式称为帷幕注浆。

帷幕注浆分为两种：对于破碎岩层，砂卵石层，中、细、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地层中的裂缝、孔隙里，经过物理化学作用凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，称为“渗透注浆”；对于颗粒更细的不透水、不透浆液的地层，采用高压浆液强行挤压孔周，使黏土层劈裂成缝并使浆液充塞凝结于其中，从而对黏土层起到挤压加固的作用，称为“劈裂注浆”。

帷幕注浆是加固地层、封堵水源的一种方法，对保持围岩稳定、增强隧道施工安全有着积极的作用。

二、帷幕注浆施工技术要点
1.地质判断及注浆范围确定
进行地质判断是为了搜集有关帷幕注浆施工地段的工程地质和水文地质情况，为正确选择注浆参数和采取相应的技术参量提供依据。

一般的超前地质判断手段有超前探水孔钻探、红外线、TSP地质雷达超前地质预测预报和地质素描等。

通过对地质预报信息的综合分析，可以比较准确地判明相应施工区域的地质情况，从而可以掌握岩土的渗透性、土颗粒的组成、孔隙率、饱和度及地下水量、水压和水质等物理化学性质，为合理地采取注浆方法和获得理想的注浆效果提供理论依据。

注浆范围与地质情况、开挖断面大小、开挖方法、对周边的影响等密切相关，可根据自身工程所处的地质环境、设计图纸和试验效果来确定注浆范围。

如下面工程实例中明月山隧道的注浆加固范围为隧道开挖断面及开挖轮廓线外5～10 m。

2.注浆材料的选择及配比
注浆材料的选择与地质条件和涌水量有关，通常有以下几个方面。

①断层破碎带和砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于1 mm时，加固地层或者堵水注浆，宜优先选用料源广、价格便宜的单液水泥浆和水泥-水玻璃浆液。

a.采用单液水泥浆时，水灰比宜采用0.8∶1～2∶1，若须缩短胶凝时间，可加入食盐或三乙醇胺速凝剂。

b.采用水泥-水玻璃浆液时，应根据胶凝时间配制。

一般水泥浆液的水灰比为0.8∶1～1.5∶1，水玻璃浓度为25～40°Bé，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1∶0.3～1∶1。

②断层泥地带，当裂隙宽度（或粒径）小于1 mm时，加固注浆宜优先采用水玻璃类浆液和木胺类浆液。

③中、细、粉砂层及细小裂隙岩层、断层泥地段，宜采用渗透性好、遇水膨胀的化学类浆液。

根据注浆工程的需要，水泥浆中可掺入下列掺合料，但有一定的要求。

a.砂：应为质地坚硬的天然砂或机制砂，粒径不宜大于2.5 mm，细度模数不
）含量宜小于1%，含泥量不宜大于3%，有机物含量宜大于2.0，三氧化硫（SO
3
不宜大于3%。

b.黏性土：塑性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005 mm）含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量不宜大于3%。

含量宜小于3%，细度
c.粉煤灰：应为精选的粉煤灰，烧失量宜小于8%，SO
3
不宜低于同时使用水泥的细度。

d.水玻璃：模数宜为2.4～3.0，浓度宜为30～45°Bé。

另外帷幕注浆要求的水泥细度为通过80 μm方孔筛的筛余量不宜大于5%，注浆材料采用重量称量。

现场制浆时，要求加料准确并注意注浆顺序，即先往搅拌机中放入规定量的水，加入水泥搅拌均匀后再加入外加剂。

总之，应根据工程的具体要求、地质条件、浆液性能和注浆工艺及成本等综合考虑，选择最合适的注浆材料。

3.止浆墙的设置
为了便于钻孔布置注浆管和防止注浆时浆液从前方掌子面渗出，注浆时必须设置止浆墙对前方临空掌子面进行封闭。

首先，止浆墙不但可以防止注浆时浆液
漏失，还可以起到稳定和加强掌子面的作用。

其次，在注浆过程中通过观察止浆墙的表层变化，可以直观判断前方土体的受力状况和有无崩塌发生的信息等，这对在实际施工过程中控制注浆压力和注浆间歇时间有很重要的现实指导意义。

止浆墙设置可以采用5～10 cm的喷射混凝土或模筑混凝土封闭层，也可以在围岩稳定性差的部位打设锚杆，充分利用加固围岩作为止浆墙。

根据相关资料，止浆墙厚度一般可按式（4.5）计算：
为安全系数，取1.5；W为作用在止浆墙上的荷载（W=P×F，P为注式中：K
浆终压，F为混凝土止浆墙面积），N；b为隧道跨度，m；h为隧道高度，m；［σ］为混凝土允许抗压强度，Pa。

4.注浆量的计算
注浆量的大小与很多因数有关，且存在着诸多的不确定性，所以精确地计算注浆量十分困难。

理想情况下，可以根据浆液的扩散半径、注浆导管的密度来计算注浆量，考虑注浆范围互相重叠的原则，扩散半径可按式（4.6）计算：
式中：L为注浆孔之间的中心距离，m。

单孔注浆导管的注浆量采用式（4.7）计算：
式中：R为注浆加固半径，m；H为注浆段长度，m；η为岩体孔隙率，%；a 为浆液有效充填系数，一般取0.8～0.9；β为浆液损耗系数，取1.15。

注浆作业时，可参照理论量来估算注浆量的大小，但实际操作时，以注浆压力和现场实际情况来灵活控制进浆量，以免发生安全事故。

三、注浆作业施工
为了确保注浆堵水顺利进行，保证注浆质量和注浆效果，在钻孔前先在止浆墙上预设注浆孔口管或在止浆墙施工完成后重新钻孔布设注浆孔口管，注浆孔口管宜布置成伞状，按设计好的位置和角度钻孔预埋，同时在孔口管上安设高压闸阀。

1.钻孔
待止浆墙强度达到设计强度的70%，孔口管与止浆墙连接牢固，并检查止浆墙及周边范围无渗漏水时方可进行钻孔。

孔位布设：严格按照设计图纸对孔位的要求进行布孔，将其位置直接定位标识在掌子面上，孔位偏差不得大于5 cm，钻孔偏斜率最大允许偏差为0.5%，同时应满足设计要求。

在进行钻孔定位时，孔口依据钻孔设计用全站仪按三维坐标进行标准控制，钻孔偏角采用地质罗盘定向，水平角采用在钻孔平台上放设标准点的方式控制，并用全站仪按三维坐标进行抽检，精度要满足允许偏差要求。

钻机就位：根据孔位位置将钻机定位，钻头对准孔口管，在技术人员指导下按照注浆孔的角度设计要求调整钻杆角度。

孔位对准后，钻机不得移位，也不得随意起降。

钻进成孔：第一个钻孔施工时，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻进参数。

密切观察钻屑或溢水、出水情况，出现大量溢水、出水时，应立即停钻，分析原因后再进行施工。

钻孔时，安排专业工程师值班，及时对岩层、岩性以及孔内各种情况进行详细记录，特别是对钻孔穿越破碎带和溶蚀空腔进行详细记录，以便为注浆浆液及方案的确定提供依据。

钻到出水较大，无法继续钻进时，停止钻孔，安装闸阀，进行关水，测量涌水量和水压力，然后进行注浆。

2.注浆参数的确定
注浆参数的确定主要取决于注浆的目的、围岩特性及注浆方式，大量注浆前先在施工现场做单孔或群孔压注试验，根据试验结果来确定注浆压力、注浆速度、注浆量及注浆间歇时间等，主要视地层情况而定，并可做适当的调整。

岩石地层注浆压力宜比静水压力大0.5～1.5 MPa，当静水压力较大时，宜为静水压力的2～3倍；注浆泵的压力应达到设计压力的1.3～1.5倍。

3.浆液配制
配制浆液时采用经鉴定准确的计量工具，按照经试验确定的设计配方配料。

配制浆液时严格按照配制顺序将注浆材料逐一加入均匀搅拌，搅拌顺序一般为水、水泥、外加剂及其他材料，搅拌时注意控制搅拌时间。

一般来讲，使用普通搅拌机时不少于3 min，使用高速搅拌机时不少于3 s。

搅拌时间大于4 h的浆液应该废弃。

任何季节注浆浆液的温度应保持在5～40℃。

浆液搅拌成型后应该
取样检查其凝结时间是否符合设计要求，以便对浆液进行分析、评价。

另外，配制的浆液应在规定的时间内用完。

4.注入浆液
在每次进行注浆前，均对该钻孔的水压、水量进行测定，以便对浆液类型和终止注浆压力进行选定。

出水量通常采用桶装法测定，水压采用关闭高压闸阀并在止回阀位置安装一高压水表进行测定。

注浆时按照顺序施作：从注浆段两边到中间，间隔跳孔，逐渐加密，以达到挤密加固的目的。

开始注浆后，随时控制好注浆压力（测量水压加上0.5～1.5 MPa）。

注浆压力表安装在注浆泵靠出浆管上，记录压力波动的平均值，压力波动范围不大于注浆压力的20%。

在压力突然迅速增加时，应立即停机，以防破管伤人。

准确测量吸浆量，以此判断是否更改水灰比，监测浆液性能（密度、含灰量等），适时调整浆液性能，使浆液性能保持在最佳状态。

为防止注入浆液过早堵塞浆液渗透通道及过多的浆液向要求的帷幕范围以外扩散，通常注浆浆液浓度遵循由稀到浓的原则逐级改变，在注浆量达到预期数量后注入浓浆对外渗通道予以封堵。

但对注浆孔周围有裂隙水渗流部位，浆液采取由浓到稀或先双液后单液的方式进行注浆，使先注入的浆液与地下水一道流动，在流动通道中凝固，堵塞地下水外排通道，然后换注稀浆或单液浆，使浆液沿注浆孔内出水通道压入（浆液转换模式必须精确掌握转换时间，过早会导致对出水通道封堵无效，过迟则会堵塞后续浆液的压入通道）。

单孔注浆结束条件：预注浆各孔段均达到设计终压并稳定10 min，且注浆量不小于设计注浆量的80%，进浆速度为开始进浆速度的1/4。

注浆过程应派专人进行过程控制，负责填写“注浆记录表”，记录注浆时间、注浆压力、浆液消耗量等数据，以便注浆结束后进行效果检查。

注浆结束后，必须在分析资料的基础上进行注浆效果检查，可采取钻孔取芯法对注浆效果进行检查，或进行压（抽）水试验。

当检查孔的吸水量大于1.0 L/（min·m）时，必须进行补充注浆，或采取连续测流量的方法，当所测流量小于设计涌水量时，则注浆效果满足要求。

四、注浆异常现象的处理
1.串浆、跑浆现象
注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆、跑浆现象，如发生串浆、跑浆现象，应立即停止注浆，可采用间隔一孔或几孔压注的方法来控制上述现象，亦可采用间歇式注浆封堵串浆口，或采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆及锚固剂封堵，直至不再串浆、跑浆时再继续注浆。

2.注浆压力突然升高
注浆过程中严格控制注浆压力，同时密切关注注浆量，当压力突然升高，可能发生了以下情况：
①若浆液是单液注水泥浆，此时可能发生了堵管，应立即停机进行检查；
②若浆液是水泥-水玻璃双液浆，此时应该关闭水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时再进行双液注浆。

3.浆液进浆量很大且注浆压力长时间不升高
注浆过程中，若浆液进浆量很大且注浆压力长时间不升高，首先应调整浆液浓度和配合比，缩短胶凝时间，进行少量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对滞留时间，以便凝结，其中需要注意的是滞留时间不能超过混合浆液的胶凝时间。