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注浆可以对塌方体、空洞等进行填充从而保证围岩的完整性，防止小的空洞和塌方诱发大的塌方；

可以对初衬和二衬进行背后注浆从而保证衬砌受力均匀减小结构应力集中并控制地层变形。

改善了围岩和结构的受力状态，提高了耐久性。

（2）加固作用：

注浆改变了围岩的微结构、微孔隙和围岩的物质组成成份，使围岩的宏观孔隙度降低，致密程度增强，并且提高了围岩的弹性模量、粘聚力和内摩擦角。

从而减小围岩变形，增强了围岩抵抗外力破坏的能力。

（3）减渗作用：

浆液在岩层裂隙内流动扩散、充填、固结，成为具有一定强度和低透水性的结石体，充塞岩层裂隙，截断水流通道，固结破碎岩石，减小了围岩渗透系数，从而减小隧道的涌水量并和衬砌所受水荷载。

2注浆工艺

对于隧道工程而言，根据注浆压力分为静压注浆和高压喷射注浆两大类。

2.1静压注浆

在注浆过程中，浆液往往是以几种方式联合作用于土体，往往表现为一个动态变化的过程，在宏观上表现为充填、压密、渗透、劈裂的过程。

依此，注浆方式的分类，只不过是在注浆过程中，浆液以某种方式为主作用于土体而已。

根据注浆压力、浆液对土体的作用机理、浆液的运动形式和替代方式可将注浆方式分为：

充填注浆、压密注浆、渗透注浆和劈裂注浆。

2.1.1充填注浆

大洞穴、构造断裂带、隧道衬砌壁后注浆。

岩土层面、岩体裂隙、节理和断层的防渗、固结注浆。

2.1.2压密注浆

压密注浆即挤压注浆，它是用极稠的浆液，通过钻孔挤向土体，在注浆处形成球形浆泡，靠浆液的扩散挤压周围土体，浆液不向土体渗透，只对土体产生挤压作用，使土体密实，因而土体不发生水力劈裂，这就是压密注浆与劈裂注浆的根本区别。

压密注浆被广泛用于建筑物的抬升、固结地基土等方面，它不适用于透水性差、含水量大的软黏土；

而劈裂注浆主要用于土体加固和软弱地基的防渗处理。

2.1.3渗透注浆

指在不破坏地层土颗粒排列的条件下，浆液充填于土颗粒孔隙中，将土颗粒胶结成整体。

渗透注浆主要有球形扩散理论、柱形扩散理论等。

球形扩散理论适用于浆液为牛顿流体，被注介质为均质各向同性的无黏性土，并且是在点源注浆的情况下。

实际注浆时，浆液并非全是牛顿流体，被注介质也并非是均质土。

因此球形扩散理论有它的局限性。

柱形扩散理论是以注浆管的一部分（过滤段）注浆作为研究出发点，浆液呈柱状扩散。

由于柱形扩散理论与球形扩散理论有相类似的假设，所以存在着类似的局限性。

对于宾汉姆流体（塑性流体），其渗透系数、有效黏度都是扩散半径的函数，因此上述理论经修正后方可应用于塑性流体。

但是该理论的局限性在于没有考虑地下水运动的影响，对高黏度浆液误差较大，并且没有考虑浆液黏时变性的影响。

2.1.4劈裂注浆

指的是浆液先压密注浆点周围的土体，当液体压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂，浆液流动使地层产生劈裂，形成脉状或条带状固结体，浆脉起骨架作用，土体被压密，从而改善其物理力学性质，浆液和土体一起构成了复合地基，从而起到加固地基的作用。

2.2高压喷射注浆

喷射注浆，浆液在喷嘴外呈射流状冲击和破坏土体，浆液和土体搅拌混合形成固结体，从而起到加固地基的作用。

其形状和尺寸与喷射方式及持续时间有关，分为旋转喷射、摆动喷射和定向喷射。

按施工工艺分为单管法、二重管法、三重管法和多管法。

为增大固结体的尺寸，需较长的喷射时间。

可分为复喷和驻喷，复喷是重复喷射，驻喷是只摆动不提升喷射。

喷射注浆具有适用范围广，固结体成形好，强度高，施工简单等优点。

3．注浆材料

注浆浆液材料分普通无机注浆浆液材料和有机化学注浆浆液材料两类。

普通无机注浆浆液材料有：

单液水泥类、水泥-水玻璃类，水玻璃类、粘土泥浆类（膨润土）、木屑、砂浆等。

（1）单液水泥类

水泥浆材具有固结体强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本较低等优点，所以在各类工程中得以广泛应用。

但这种浆液容易离析和沉淀，稳定性较差。

此外，因固体颗粒较大，使浆液难以注入土层的细小裂隙或孔隙中。

为改善水泥浆材的性质，以适应各种不同工程的需要，可在浆液中加入各种添加剂。

近年来，超细水泥的开发克服了普通水泥浆材难以渗入较细（小于0.6mm）颗粒土层中的缺点，并具有水泥浆材和化学浆材的优点，且对环境无污染。

这种新型水泥为注浆界开辟了新的领域，有逐步取代化学浆材的趋势。

在用于封堵地下水、加固坝基及隧道防渗、堵漏、复杂地基的处理和深基坑开挖中的基坑支护等工程中取得了良好的效果，但目前我国的超细水泥价格较贵，同时对超细水泥的渗透机理还有待于进一步研究。

调制水泥浆液时，应考虑岩土的孔隙度、地下水渗透系数及水压等因素的影响来确定其水灰比，使其易于在岩土中压渗而不被地下水冲刷，并能在预定的时间内凝聚。

（2）水泥-水玻璃类浆液

亦称CS浆液，以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入速凝剂和缓凝剂所形成的注浆材料。

水泥-水玻璃类浆液是一种用途及其广泛，使用效果良好的注浆材料，凝胶时间可准确控制在几秒至几十分钟范围内，适宜于0.2mm以上裂隙和1mm以上粒径的砂层使用，而且来源丰富，价格便宜。

（3）水玻璃类浆液

水玻璃主要成分为Na2SiO3，分为碱性水玻璃和酸性水玻璃。

碱性水玻璃浆材的主要缺点是凝胶体有脱水收缩和腐蚀现象，耐久性较差及对环境有污染。

酸性水玻璃可在中性区域内凝胶，凝胶体没有碱溶出，不存在碱性水玻璃的腐蚀现象和环境污染问题，耐久性较好。

水玻璃在普通浆液中作催凝剂时，可控制浆液在15min左右凝聚。

经改性后的高模数酸性水玻璃适合某些永久性工程的需要。

水玻璃类浆液由于水玻璃本身来源丰富，价格低廉，污染较小，加上各种新型固化剂的不断出现，使水玻璃类浆液性能不断改善，是一类有发展前途的浆液。

（4）粘土泥浆

粘土泥浆可作为单浆浆液，用于河堤、路堤、水坝的填补兽穴洞巢、土坝堤裂缝之用。

在造孔护壁的灌浆中，使用的浆液材料大部分是泥浆。

粘土泥浆也可加入到水泥浆液中作为混合浆液，起到吸水膨胀催凝作用，并降低浆液成本。

混合浆液中粘土为膨润土。

水泥加膨润土混合浆液可用到公路路基等加固之中。

水泥粘土浆液较单液水泥类浆液成本低，流动性、抗渗性好，结实率高，但抗压强度下降，适于充填注浆。

（5）木屑

在普通浆液中加入经筛选的细微木屑，，可起到注浆止水的特殊效果。

加入木屑后，浆液在岩石裂隙中的运动阻力增大，可抗较高水压的冲刷，浆液很快进入胶凝状态。

此浆液在公路隧道工程穿越含水地层（或破碎构造）时可使用。

（6）砂浆

浆液中加入粉砂、细砂后形成的混合浆可增强岩土的抗压、抗剪能力，但其可注性弱，防渗效果较差，多用于承载力较集中的基础当中。

（7）有机化学浆液材料

当砂土颗粒粒径≤0.5mm或岩石裂隙开口≤0.2mm，地下水流速>

500mm/min时，普通无机浆液注浆效果变得不明显，此时应采用有机高分子化学注浆材料，包括：

塔克思（TACSS）系统、丙烯酰胺系统、脲醛系统、本素系统、甲凝系统等。

这一类浆材具有粘度低、渗透能力及可注性强、能进入细小的岩石裂隙、固结性能好、抗渗性高和凝固强度和凝固时间的可控性好等优点，可以解决水泥浆液无法解决的工程问题。

其缺点是污染环境，有毒副作用且单价昂贵。

4常用注浆工艺及机理

4.1全断面帷幕注浆

注浆材料中，一般注浆材料主要选用普通水泥浆、超细水泥浆、HSC水泥浆和普通水泥-水玻璃双液浆，实际施工根据情况适当调整，确定合理、高效、经济、耐久的注浆材料。

帷幕注浆的机理是通过注浆对隧道开挖前方富水破碎地质岩体中所夹泥水的置换，使破碎岩体固结，以提高岩体的坚固稳定和堵塞水流。

实际试验中，通过注浆过程中的P-Q-t曲线及开挖后浆液分布情况来看，在注浆过程中，开始时注浆压力较小，随着注浆的进行，注浆压力呈曲线上升，达到一定压力，使浆液克服地层初始应力和抗拉强度，使其沿小主应力作用的面上发生劈裂，此时注浆速度亦成曲线明显下降，当达到设计注浆量时，注浆终压达到或超过设计终压值。

图4-1全断面注浆设计布置图

4.2大管棚注浆

超前管棚支护是沿开挖轮廓周线，钻凿与隧道轴线平行的钻孔，而后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结钢管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系。

它的主要作用是提高钢管周围围岩的抗剪强度，并使钢管与围岩一体化，下沉由管棚和围岩构成的棚架体系，转移前方土体荷载，先行支护围岩。

一般说，多在洞口施工时采用。

根据使用的钢管直径，有小直径钢管管棚和中、大直径钢管的管棚。

在埋深小的隧道，正上方有建筑物时，也可采用此法。

一般来说在拱部130°

范围之内架设直径小于159mm的钢管，灌注砂浆，可以分担、转移前方土体荷载，防止施工过程中产生塌方。

而当采用直径300mm以上的大直径钢管时，需要灌注水泥，提高钢管的刚度，减小其挠度，这样可以减小拱顶沉降。

其效果可归纳为：

梁效应：

因钢管是先行施设的，在掘进时，钢管在以掌子面和后方的支撑支持下，形成梁式结构，防止围岩的崩塌和松弛。

加强效应：

钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周边的围岩。

在浅埋的情况下，地表有结构物存在时，或隧道接近地中结构物、地下埋设物开挖时，为把隧道开挖的影响限制在最小限度内，要尽量防止围岩的松弛。

采用管棚工法是有利的。

图4-2管棚的支护形态模式图

4.3超前小导管注浆

小导管超前注浆加固技术是浅埋暗挖隧道在软弱围岩施工中非常重要的手段之一。

小导管不仅起到了超前管棚的作用。

而且通过注浆使小导管周围土体固结形成承载壳，改善了围岩的自稳能力。

此技术对于隧道开挖防塌、控制围岩变形及地表沉降起到了明显的作用。

小导管注浆是一项隐蔽工程。

因为每项工程的自然条件及地质条件各不相同。

其注浆方法也不应该是完全相同。

超前小导管的加固机理：

（1）梁支撑效应

用作小导管的无缝钢管，前端以一定的角度插入开挖断面外深部围岩，后端支撑在钢拱架上面，并与钢拱架焊接在一起。

导管钢管可以看作是一端为绞支，一端为滚轴支座的简支梁，隧道开挖后可有效承受卸荷产生的部分松动压力。

（2）水化凝结作用

浆液在流动扩散过程中，发生化学反应和物理变化，凝结成具有一定强度和低透水性的结石体，并产生大量水化热，促使土体含水量降低，强度提高。

（3）联接作用

浅埋段一般土体强度较低，整体性较差，小导管可以将不稳定的土体联接起来。

并通过浆液作用，对土层的整体性进行修复，提高其粘聚力与内摩擦角。

（4）载拱效应

隧道开挖后拱顶部分土体首先失去稳定，产生坍塌，并形成自然拱。

随之，遂道两侧由于应力集中而逐渐破坏，导致顶部坍塌进一步扩大形成塌落拱。

采用小导管注浆法进行超前预加固时，可以形成以注浆管为中心的圆形加固体，从而形成以小导管钢管为骨架的承载拱。

小导管横断面布置示意图如图3所示：

图4-3小导管横断面布置示意图

在浆液选择上，含水地层宜采用