CN108612546B - 一种封闭环境下水平注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封闭环境下水平注浆施工方法，在隧道正面注浆，每循环50m，搭接10m；第一循环设置76个注浆孔，其中，B1～B9孔深15米，A1～A67孔深50米，扩散半径1.3m，泄水孔长40m，布置在底部，排水口处安装流量计，统计排水量。本发明在封闭环境下水平注浆的施工方法简单方便，操作性强。本发明提出注浆压力、注浆量双控，施工过程中采用“双控、缓速”的原则，可有效控制封闭体和地层变形。本发明注浆顺序先外侧再中心，先注外侧有利于减小注浆对封闭体的影响。本发明注重信息化施工，监测情况指引注浆压力、注浆速度、注浆量等参数的调整。本发明可一次性水平加固土体50m，有利快速集中施工。本发明封闭环境下水平注浆的施工方法安全、可靠、高效、经济、实用。
Description
技术领域
本发明涉及一种封闭环境下水平注浆施工方法，特别适用于在冻土形成的围壁环境下水平注浆施工方法。
背景技术
上部覆盖层不足隧道洞跨2倍的隧道或区段属于浅埋式隧道，目前随着社会经济的发展，浅埋式隧道越来越多。浅埋暗挖隧道大多超前预支护，超前预支护有超前锚杆、超前管棚、超前冻结支护等。拱北隧道口岸暗挖段断面高21m，宽18.8m，长255m，埋深4～5米。隧道位于临海饱和软土环境，地质情况复杂，自上而下的地层依次为人工杂填土、淤泥及淤泥质土、粗(砾)砂、砂(砾)质粘性土、残积土，地下水位高3m，富水与海水相通。采用“幕超前支护+水平冻结止水组合围护结构”，冻结壁厚2～2.6m。隧道断面周边为冻结圈，内部为富水软土，需要注浆加固才能保证开挖稳定。在封闭的环境下注浆问题重重，注浆压力大易引起冻结壁开裂和冻结壁整体***，导致地表***开裂，对地表建筑带来安全隐患；注浆压力小，达不到注浆加固土体的目的，掌子面稳定差，给施工工程开挖带来极大的风险。
发明内容
本发明的目的就在于克服上述在封闭环境下水平注浆施工中存在的风险与不足，而提供一种封闭环境下水平注浆施工方法，从而达到安全、可靠、高效、经济、实用。
进一步的，隧道断面周边是封闭冻结圈，注浆施工不能对其产生破坏，则只能在冻结壁的侧面，也就是隧道开挖断面正面进行水平注浆。注浆施工中，先施做泄水孔，采用负压排水，适当排出土体中的水分，再进行水平后退式注浆，过程中排、注结合，注浆量略大于排水量，在管幕中采用引张线法时时监测注浆对冻结壁的影响。若其它类似工程没有管幕、冻结结构的可在地表埋设土体分层沉降观测点，密切观测注浆对地表的影响。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种封闭环境下水平注浆施工方法，在隧道正面注浆，每循环50m，搭接10m；第一循环设置76个注浆孔，其中，B1～B9孔深15米，A1～A67孔深50米，扩散半径1.3m，泄水孔长40m，布置在底部，排水口处安装流量计，统计排水量；所述方法包括以下步骤：
(1)注浆设备：钻注一体，钻机钻至设计深度后采用分段钻杆后退式注浆；
(2)注浆压力：A1，A9～A22，A50～A53，A58～60，B1，B9注浆压力控制在0.3～0.5MPa，A4～A6，A25～A27，A37～A42，A45～A48，A54～A57，A62～A66，B4～B6注浆压力控制在0.5～2MPa，其他部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa。即隧道周边注浆压力控制在0.3～0.5MPa，中心区域注浆压力控制在0.5～2MPa，其他中间部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa；
(3)注浆顺序：外侧向中心，从上到下；
(4)注浆材料：注浆材料以钻孔揭示的地质情况和出水量做为依据，选用适合的浆液。淤泥或淤泥质土、一般性粘性土、残积土以普通水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅；砂类土以普通水泥-水玻璃双液浆为主，普通水泥浆为辅。出水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆，出水量小时采用普通水泥浆。前端10m范围采用普通水泥-水玻璃双液浆。周边孔以普通水泥浆为主，中间孔以普通水泥-水玻璃双液浆为主；
(5)浆液配比：普通水泥浆W：C＝1.0，普通水泥-水玻璃双液浆体积比1：1；
(6)泄压方法：结合注浆顺序，在注浆孔下部设置泄压孔，钻机打水平孔后安放双层滤管，管长30～40m，管口安装流量计，为加快排水速度，可安装真空泵，进行负压排水；
(7)注浆效果检验方法：采用检查孔法，钻孔取芯，测定芯样含水率、强度，以判断注浆效果。
本发明有益效果在于：
1、本发明在封闭环境下水平注浆的施工方法简单方便，操作性强。
2、本发明排水、注浆相互结合，一次排水不能过多，引起地层沉降；结合排水量进行注浆，不会因注浆量过多引起地层***。
3、本发明提出注浆压力、注浆量双控，施工过程中采用“双控、缓速”的原则，可有效控制封闭体和地层变形。
4、本发明注浆顺序先外侧再中心，先注外侧有利于减小注浆对封闭体的影响。
5、本发明注重信息化施工，监测情况指引注浆压力、注浆速度、注浆量等参数的调整。
6、本发明可一次性水平加固土体50m，有利快速集中施工。
7、本发明封闭环境下水平注浆的施工方法安全、可靠、高效、经济、实用。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为注浆掌子面注浆孔布置断面图；
图3为注浆终孔布置断面图
图4为15m处注浆终孔布置断面图。
具体实施方式
以下将对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施方式。
如图1～图4所示，本发明为一种封闭环境下水平注浆施工方法，在隧道正面注浆，每循环50m，搭接10m；第一循环设置76个注浆孔，其中，B1～B9孔深15米，A1～A67孔深50米，扩散半径1.3m，泄水孔长40m，布置在底部，排水口处安装流量计，统计排水量；所述方法包括以下步骤：
(1)注浆设备：钻注一体，钻机钻至设计深度后采用分段钻杆后退式注浆；
(2)注浆压力：A1，A9～A22，A50～A53，A58～60，B1，B9注浆压力控制在0.3～0.5MPa，A4～A6，A25～A27，A37～A42，A45～A48，A54～A57，A62～A66，B4～B6注浆压力控制在0.5～2MPa，其他部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa。即隧道周边注浆压力控制在0.3～0.5MPa，中心区域注浆压力控制在0.5～2MPa，其他中间部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa；
(3)注浆顺序：外侧向中心，从上到下；
(4)注浆材料：注浆材料以钻孔揭示的地质情况和出水量做为依据，选用适合的浆液。淤泥或淤泥质土、一般性粘性土、残积土以普通水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅；砂类土以普通水泥-水玻璃双液浆为主，普通水泥浆为辅。出水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆，出水量小时采用普通水泥浆。前端10m范围采用普通水泥-水玻璃双液浆。周边孔以普通水泥浆为主，中间孔以普通水泥-水玻璃双液浆为主；
(5)浆液配比：普通水泥浆W：C＝1.0，普通水泥-水玻璃双液浆体积比1：1；
(6)泄压方法：结合注浆顺序，在注浆孔下部设置泄压孔，钻机打水平孔后安放双层滤管，管长30～40m，管口安装流量计，为加快排水速度，可安装真空泵，进行负压排水；
(7)注浆效果检验方法：采用检查孔法，钻孔取芯，测定芯样含水率、强度，以判断注浆效果。
实施例
主要工艺参数
①孔口管：外径Φ108mm，壁厚3.5mm，长1.2m；
②钻头直径：65mm；
③孔径：70mm；
④扩散半径：1.3m；
⑤单孔注浆量：按15％孔隙率估算，具体数量现场确定；
⑥初凝时间：单液浆3h-5h，双液浆1min-1.5min；
⑦注浆终压：拟定0.3～2MPa，根据现场监测情况调整；
⑧注浆终止条件：压力、注浆量双控。
⑨注浆速度：缓速，浆液充分扩散
(1)孔口管安装
钻孔前先根据注浆孔起终点坐标计算出其钻进竖直角(坡度)和水平角(方位角)，施工时根据计算结果和实际施工效果随时调整。每孔起点段安设套管，套管与孔壁之间可以采用环氧树脂充填粘结，外露长度保持30～40cm。钻孔时须确保套管安装牢固和在钻杆前端设置与选用钻杆配的套孔口防突水装置。
开孔套管段采用取芯机成孔，安装Φ108孔口管。
(2)泄压孔
钻孔机械采用钻注一体机打孔，孔深30～40m，拔出钻头后***双层套管，套管端头安装流量计。泄压孔布置完毕后，方可钻注浆孔注浆。为加快排水速度，可安装真空泵，进行负压排水。
(3)钻孔
钻孔机械采用钻注一体机，注浆次序先内后外，在钻进的同时随作业班做好记录。记录的内容是：孔号、进尺、起止里程、钻具尺寸、土层名称，出现涌水的位置和注水量。根据土层标本、钻进速度、涌漏水情况来分析判断开挖面前方的工程地质、水文地质情况，作为下一步开挖采取何种技术措施的依据。
必须按试验方案设计的定位准确开孔。开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将钻孔开斜，钻错方向；注浆孔成孔之前应根据坐标实地放样，每孔起点坐标误差范围不超过20cm，终孔不超过50cm；
作业人员未离开作业面之前，不准开钻；钻机运转中不得换档；孔深超过30m后，不得高压、快速钻进，防止造成塌孔或断杆事故。
(4)注浆
注浆前在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步确定浆液充填率，注浆量、浆液配合完凝胶时间，浆液扩散半径，注浆终压等指标。
钻机钻至设计深度后采用分段钻杆后退式注浆，每次注浆段落为3m。
根据选定的参数配制浆液，注浆管须先检查，确认畅通后再接入注浆***。注浆***与钻杆接好后，开阀门，启动注浆泵按照先稀后稠、(注浆量)先大后小、先注水泥单液浆再注双液浆的程序注浆。当注浆压力达到设计值时，维持2～3min，进浆量达到设计数量则停止注浆，清洗管路，关闭阀门，待双液浆初凝后退管进行下一段注浆。根据钻孔地质情况确定孔内注浆分段长度，一般以3m为宜。
一个孔段的注浆作业一般应连续进行到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断，对于因实行间歇注浆，制止串浆冒浆等而有意中断，应先将钻孔清理至原深度以后再行复注。
(5)检查注浆效果
采用取芯机取出土样，观察蹋孔效果，测定土样含水率、强度，断定注浆效果如何。达到加固土体和改善开挖环境的目的后，方可破除地连墙，进入下道工序。
监测项目
管内巡视、管幕水平、竖向位移、地表竖向位移、地下水位、冻结圈温度变化及出水量。其中管幕水平、竖向位移测点主要设置于2#、4#、36#、34#、32#管内，布置区段为自管口往里延伸50m(注浆区段)，每管节螺栓接头处布置一组测点。出水量通过安装流量计，记录流量大小。
(1)监测频次：地表竖向位移1次/2h，管幕位移1次/2h，冻结圈温度变化实时监测。
(2)预警值控制
当下列情况时即刻停止注浆：
①管内、地表冒浆；
②管幕累计变形量超过5mm；
③冻结圈局部温度变化过大。
(3)监测方法
①管内巡视
在法兰盘间隙涂抹石膏，观察石膏有无裂缝，判断管节接头是否有张角。注意观察土体改良注浆孔，一旦发现涌水、涌浆现象立即上报。
②引张线法测管节变形
由于管幕管节内场地狭小，常规方法作业困难，顾及监测精度与时效需求，水平位移采用引张线法进行监测，具体操作步骤如下：
1)于管节洞口管壁和往里能通视的最远处(约70m)的管壁上各焊接一个钢丝螺栓紧固件，使用紧固器绞尽紧固件使钢丝绷直稳固；
2)选用直径1mm规格钢丝安置于紧固件上，应注意控制钢丝绷紧程度，防止断开；
3)管节与管节连接处设置管幕水平位移测点标记，与之对应的钢丝上应同时设置标记，管壁上的标记应位于注浆一侧，一对标记连线应基本垂直于钢丝，可用直角尺控制其垂直度，这样一对标记即为一组水平位移测点，每个管节连接处均应设置一组水平位移测点；
4)测点布置好之后不同时段各测量一组水平位移测点距离，测量3次取其平均值为初始值，估读至0.5mm；
5)确定变形量的符号，若管壁测点往注浆位置变形，其符号为“+”，若管壁测点背离注浆位置变形，其符号为“-”。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种封闭环境下水平注浆施工方法，其特征在于，在隧道正面注浆，每循环50m，搭接10m；第一循环设置76个注浆孔，其中，B1～B9孔深15米，A1～A67孔深50米，扩散半径1.3m，泄水孔长40m，布置在底部，排水口处安装流量计，统计排水量；所述方法包括以下步骤：
(1)注浆设备：钻注一体，钻机钻至设计深度后采用分段钻杆后退式注浆；
(2)注浆压力：A1，A9～A22，A50～A53，A58～60，B1，B9注浆压力控制在0.3～0.5MPa，A4～A6，A25～A27，A37～A42，A45～A48，A54～A57，A62～A66，B4～B6注浆压力控制在0.5～2MPa，其他部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa，即隧道周边注浆压力控制在0.3～0.5MPa，中心区域注浆压力控制在0.5～2MPa，其他中间部位注浆压力控制在0.5～1.5Mpa；
(3)注浆顺序：外侧向中心，从上到下；
(4)注浆材料：注浆材料以钻孔揭示的地质情况和出水量做为依据，选用适合的浆液，淤泥或淤泥质土、一般性粘性土、残积土以普通水泥浆为主，水泥-水玻璃双液浆为辅；砂类土以普通水泥-水玻璃双液浆为主，普通水泥浆为辅，出水量大时采用普通水泥-水玻璃双液浆，出水量小时采用普通水泥浆，前端10m范围采用普通水泥-水玻璃双液浆，周边孔以普通水泥浆为主，中间孔以普通水泥-水玻璃双液浆为主；
(5)浆液配比∶普通水泥浆W∶C＝1.0，普通水泥-水玻璃双液浆体积比1∶1；
(6)泄压方法：结合注浆顺序，在注浆孔下部设置泄压孔，钻机打水平孔后安放双层滤管，管长30～40m，管口安装流量计，为加快排水速度，可安装真空泵，进行负压排水；
(7)注浆效果检验方法：采用检查孔法，钻孔取芯，测定芯样含水率、强度，以判断注浆效果。
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