破碎围岩注浆加固堵水施工工法
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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13
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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。注浆过程的工艺流程图见图5.1
开挖施
富水破碎围岩
装注浆管
配制浆液
注浆
否效果检查孔补
束结
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13 / - 2 -
。本次径向注浆加为开挖断面宽度(m);③溶洞段B=(0.5~1)D。D段B=0.5D 。径向注浆图见图5.2.1-1。固范围为开挖轮廓线外3m径向注浆3m
径向注浆图图5.2.1-1
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2.。2m ③断层破碎带取1.5~;~0.50.8m;②中粗砂、砂卵石中取0.8~1.2m土中取钻孔和浆液费用等因素确效果、对扩散半径取值的高低,应综合比较注浆目的、定。
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3.应避免出现孔与孔之间的搭接不紧密浆体厚度,减少钻孔数量。布设注浆孔时,。多排(圈)孔的最佳搭接为等边三角形梅花形布置,如”注浆盲区“窗口”或“的
R3?a。因5.2.1-2图),注浆孔间距与扩散半径的关系为:为扩散半径(mR,a?3R。
故此,对于多排(圈)孔进行注浆孔设计时,注浆孔间距应满足式:径向注浆孔按梅花形布置,开孔环向间距1m,排距1m。
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R a
孔排间的最优搭接图图5.2.1-2
的注浆钢花管。注浆管前端加工成圆锥状并42mm、长3m注浆管采用4. Φ按梅花形20cm、环向间隔120°封死,花管部分长2m,在花管段上沿纵向间隔的圆形钢筋焊箍,其中Φ6mm的槽形溢浆孔,管尾部分采用两道布设45×3mm成另一道绕上棉纱后用于止浆。注浆孔采用风钻钻孔,一道用于连接注浆芯管,
5.2.1-3。,成孔后下入Φ42mm注浆管。槽形开孔小导管见图孔直径Φ50mm槽形
注浆孔
锥形管尖注浆管体槽形开孔小导管图5.2.1-3
以双液浆为主。水玻璃双液浆和普通水泥单液浆,5.注浆材料采用普通水泥—、水∶11~1∶、水泥浆与水玻璃体积比11双液浆配比为:水泥浆水灰比0.8∶?eB。
普通水泥单液浆浆液配比为:水灰比,水玻璃浓度35~玻璃模数2.42.8 ∶1。0.8一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6.~40~2040L/min;②对于砂砾石层等孔隙较大的地层注浆,注浆速度宜取。~;
③对于断层破碎带注浆,注浆速度宜取60L/min60120L/min13
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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:计算,式中为注浆终压(MPa),为现场实测静水压力PP~4P?P?2终水水终取0MPa,(MPa);②对于以加固为主要目的的注浆,即注浆终压为2~4Mpa;P水?HKP001P?0.为注浆计算,式中③对于浅埋工程注浆施工,注浆终压按式终终3?),H为覆盖层厚度(m),K为系数,KN/m为覆盖地层的容重(。终压(MPa)8.单孔注浆量2????)(Q?R1h?3);单孔注浆量(m 式中Q—η—地层孔隙率;
R—浆液扩散半径(m);