3、帷幕注浆施工工艺工法

帷幕注浆施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0303-2011

第五工程有限公司 唐和青

1 前言

1.1工艺工法概况

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。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，称为帷幕注浆。

1.2工艺原理

帷幕注浆的原理为：帷幕注浆是通过在掌子面钻地质探孔和注浆孔，再向孔内压注浆液，浆液挤出开挖断面及其周围一定范围内的岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。

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“渗透注浆”，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。

对于颗粒更细的不透水、不透浆液的地层，采用“劈裂注浆”。采用高压浆液强行挤压孔周，使粘土层劈裂成缝并使浆液充塞凝结于其中，从而对粘土层起到了挤压加固的作用。

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图1 主洞全断面帷幕注浆示意图

2 工艺工法特点

2.1适用于断层破碎带或可能出现突水涌泥地段，隧道开挖可能引起突水涌泥或地下水、地表水流失，采取“以堵为主，限量排放”的原则，通过超前预注浆控制地下水流量，保证施工安全。

2.2预注浆方法主要有前进式注浆、后退式注浆、全孔一次注浆法等。

2.3针对隧道各种地下水的赋存情况的不同，可采用不同的注浆堵水材料，如单液水泥浆类浆液、水泥—水玻璃类浆液、TGRM水泥基特种灌浆材料（是以特制的高性能水泥，配以适当种类和数量的外加剂，共同混合均匀，制成具有早强、高性能的水硬性胶凝材料。），可以根据地质情况的渗透系数进行选用。

2.4根据水文地质情况、开挖支护方式、相邻隧道的相互影响、地表环境要求、水资源保护等来制定相应的注浆方案（比如全断面帷幕注浆、上半断面注浆、周边帷幕注浆、局部注浆等）进行堵水加固。

3 适用范围

3.1 根据设计地质资料及经过综合评判，当掌子面前方存在高压富水区，具有较大规模的涌水、突水，对隧道结构和隧道施工安全构成威胁的地段。

3.2 根据地表监测数据、超前探水和超前地质预报判定隧道涌水可能造成地表水库严重泄漏，对居民生产生活用水有重大影响的地段。

3.3 根据地表监测数据和超前地质预报判定隧道涌水可能引起地表严重塌陷并对地表建筑安全构成威胁的地段。

4主要引用标准

4.1《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号)、《帷幕灌浆施工技术规范》、《公路隧道施工技术规范》（JTG F60）。

4.2设计图纸、合同文件

5施工方法

帷幕注浆是采用钻机在掌子面钻注浆孔，再利用注浆机向孔内压注浆液（单液浆、双液浆或特种灌浆材料），浆液挤出岩缝中的水，保证围岩的裂隙被具有一定强度的混合浆体充填密实，并与岩体固结成一体，形成止水帷幕。

5.1每一循环注浆长度为约20～40m，为保证注浆效果，第一循环必要时设置混凝土止浆墙（一般采用C20级以上混凝土浇筑而成）。开挖后必须为下一循环保留至少一定厚度的止浆岩盘。

5.2孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。在高水压地层施工，孔口应设置防突装置。

5.3帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白为原则，根据隧道的地质情况，经计算及工程类比确定浆液扩散半径R，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。钻孔和注浆顺序应由外向内，由拱脚向拱部逐管注浆，同一圈孔间隔施工。注浆过程中严格控制注浆压力，设计注浆压力（终压值）一般为2～3倍实测水压力。

5.4注浆完成后必须进行钻孔检验帷幕注浆效果，达到效果方可进行下一循环开挖。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

图2 帷幕注浆施工工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1地质预报

地质判断是为了搜集有关施工帷幕注浆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手段，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，为合理的采取注浆方法和获得理想的注浆效果提供了理论依据。

6.2.2注浆设计

1 注浆范围的选择

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。

2 注浆段长和注浆孔的布置

根据钻机性能，选用每循环注浆段长35～40米；帷幕注浆就是要使浆液扩散到注浆帷幕范围内的所有岩层裂隙中，所以注浆孔的布置要以浆液扩散不出现空白

为原则，据此根据设计注浆孔数量以隧道中轴为中心呈伞形布置。

3 注浆方式的选择

当钻孔过程中未遇见泥夹层或涌水，就一钻到底，全孔一次压入式注浆；在钻孔过程中遇到泥夹层或涌水，立即停止钻孔，采取注一段钻一段的分段前进式注浆，直至终孔；对于易卡钻杆，孔口密封比较困难，以及要求实现定位控域注浆地层采用钻杆后退式注浆；对于地质条件特别差，开挖时拱顶还需要进行超前棚护时，可采用钢管孔底注浆。各注浆方式的优缺点如表1：

表1 注浆工艺比较表

1）进行前进式分段注浆施工工艺进，即在施工中，实施钻一段注一段，再清孔钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度根据围岩情况定位1～3m。前进式分段注采用止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。

2）进行后退式分段注浆施工时，在检查合格的钻孔中放入止浆塞及基它配

套装置，对一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此往复，直到将整个注浆段完成。进行后退式分段注浆施工，注浆分段长度宜取0.6m～2.5m。一般成孔较好的优先采用此方法注浆效果较好。

3）全孔一次性注浆时，直接将注浆管路接在孔口管上，在孔口处利用孔

口管进行全孔注浆施工

4 注浆参数的选择

每循环注浆长度30～40m，单孔有效扩散半径2.5 m左右，终孔间距2.0～3.0m；