隧道地表注浆加固施工工法.docx
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隧道地表注浆加固施工工法
隧道地表注浆加固施工工法
1.前言
近年来，随着“早进洞、晚出洞”的设计理念逐步深入人心，隧道进、出口在设计时，均适当延长洞口和隧道的长度，以尽量避免对山体的大挖大刷，对隧道洞口周围的植被进行妥善保护，维护原有的生态地貌。
同时，隧道“早进洞、晚出洞”的设计，也导致了洞口段围岩一般比较破碎、地质条件比较差。
因此，在大断面、浅埋和地质条件差的情况，超前注浆小导管、超前长管棚注浆等预加固措施已不能完全满足超前支护加固作用，而地表注浆预加固在改善隧道洞口地质情况、防止隧道渗水、减小地表沉降方面均有良好的效果，在隧道施工中得到了广泛的应用。
2.特点
2.1地表注浆预加固是在地表通过打孔机械成孔，通过钻孔用一定的压力将水泥浆液压入土体空隙、强化风化岩体裂隙中，改善岩体物理力学性质，提高岩体承载能力，确保隧道进洞施工安全；
2.2与洞内钻注相比，地表钻注条件好、干扰小、速度快，不影响和占用掘进时间；同时隧道地表超前注浆与洞内注浆相比，可超前支护一环，可以有效提高施工效率；
2.3隧道洞口地表注浆预加固处理能有效提高岩体承载能力，有效控制隧道断面净空收敛和拱顶下沉，使得最终变形量小；
2.4隧道在有水的情况下，注浆能填充围岩缝隙，增加密实度，形成堵水帷幕，减少围岩渗流量，提高渗流能力，降低空隙水压力。
3.适用范围
3.1适用于隧道在大断面、浅埋和地质条件差的情况；
3.2适用于隧道位于岩溶发育地层，涌水突泥时间长、量大的条件；
3.3适用于基岩裂隙发育，基岩裂隙水和构造裂隙水、岩溶水丰富的条件；
4.工艺原理
隧道地表注浆加固施工原理：
在地表用钻孔机械打孔，通过钻孔用一定的压力将水泥浆液压入土体孔隙、强风化岩体裂隙中，碎石土孔隙、岩土层的界面、岩土的裂隙以及细颗岩体内注入具有充填、胶结的浆液材料，经过浆体的充填压密、透、劈裂等作用后，使岩土体洞穴、孔隙、裂隙被浆体充填。
在注浆开始时，浆液总是先充填较大的空隙，然后在一定的压力下深入土体。
渗入性为主的注浆，主要影响因素是土体粒径和水泥颗粒粒径，当粒径比值N=D15/G85≥15时，才能获得良好的渗透效果。
随着土层空隙不断被浆液渗入，孔隙通道被堵塞，压力会上升，注浆压力对周围土层作用，使土体裂隙扩张，浆液顺劈出的裂隙进入土体，形成劈裂注浆，劈裂注浆能形成以注浆孔为中心的垂直性的脉状注浆体，其扩散方向与地层分布有关，而不能人为控制。
这种不规则脉状硬化物的形成对地基有一定的改良效果脉状渗透在渗透过程中，通过它的压力使周围地基的土性强化，硬化物在各个方向以复杂的形状彼此相互交叉，能抵抗土的剪切破坏。
继续注浆，浆液分割以前形成的脉，或沿脉渗透加厚，形成令人满意的交织网状效果，増强覆土强度、稳定性和防水性，使隧道或地下工程能正常施工。
5.工艺流程及操作要点
5.1注浆参数的选择
5.1.1注浆范围
注浆范围可根据地质情况、地下水压力大小和隧道施工方法等因素综合确定。
一般来说，注浆加固半径为道开挖半径的2-3倍，当地下水压力过大或在水下施工时，应为隧道开挖半径的4-6倍。
国道112线赤城至承德界段改建工程SD1标段地表注浆加固的竖向范围：
周边孔注浆深度为仰拱拱底2m处，中间孔注浆深度为开挖轮廓线以上0.5m处；横向范围为隧道中线两侧各12m处。
注浆加固范围如图5.1注浆范围纵向布置图所示
图5.1注浆范围纵向布置图
5.1.2注浆孔布设
注浆孔布设遵循均匀性原则，间距根据扩散半径确定，浆液扩散往往是不规则的，注浆扩散半径难以准确计算，工程中常采用公式估算，并根据现场试验进态调整。
扩散半径估算公式：
式中：
K－岩体渗透系数；
h－注浆段埋深（拱顶至原地表深度）；
r－注浆孔半径；
β－浆液与水的黏度比；
n－孔隙率
其中，国道112线赤城至承德界段改建工程SD1标段地表注浆注浆孔布设采用梅花形布孔，孔间距为1.5m。
同时，适当减小注浆边界线孔间距，以保证注浆过程中浆液不向周边扩散。
5.2工艺流程
图5.2地表注浆施工工艺流程图
5.3施工准备
5.3.1测量放线
测量人员按照设计进行测量放线，确定注浆范围。
在左右山体上打设间距3～5m的木桩圈定注浆范围。
5.3.2清理注浆地表
注浆前，根据测量放线确定的注浆范围清除地表浮土，一般清理厚度为50cm，清理过程中对不进行注浆范围，尽量不破坏地表植被，保持山体的自然风貌。
5.3.3注浆点布置
注浆孔按梅花形布设，孔间距为1.5m×1.5m，注浆孔位置采用钉设小木桩的方式进行标记。
施工过程中，注意对注浆孔的定位桩点采取保护措施，同时在钻孔前，对位置进行复核。
5.3.4计算各点的打设角度和深度
测量注浆范围内的各注浆点的坐标及高程，按比例绘制该断面的横断面的CAD剖面图，计算该注浆点的角度，确定注浆深度。
注浆钢花管采用φ50mm的钢花管，对于钢花管与管棚间有冲突的地方，实际打入深度控制开挖轮廓外0.5m，防止钢花管与管棚钢管冲突。
5.4注浆孔施工
5.4.1孔位复测
每个注浆孔施工前，必须根据设计要求对已进行标记的注浆孔位置进行复测，确保注浆孔施工位置准确。
5.4.2钻孔设备与注浆设备就位
1、注浆孔位标定、复测确定无误后，移动钻机至钻孔位置，完成钻机就位。
2、钻机就位后，用倾斜尺、水平尺等工具调整钻机角度，安装牢固，定位稳妥。
3、各类设备就近安装，注浆管线固定，不宜过长，一般为30～50m，以防压力损失。
5.4.3钻进
1、将钻杆对准所标孔位，用φ50钻头开孔钻进，保证开孔直径≮50mm。
开孔时要轻加压、慢速、大水量，防止将孔开斜；当钻机处于稳定运行状态后便可以恢复至正常速度。
2、进至一定深度，安装套管进行护壁以防止地表塌孔，同时套管还可确保钻孔孔位垂直度。
3、设计采用50钢管桩进行深层注浆加固，间距1.5m，梅花型布置，衬砌宽度范围内孔底深度为隧道拱顶外距离0.5m，衬砌范围以外的孔底深度达到设计隧道仰拱底以下2m。
4、钻进过程中应注意观察地层变化，做好钻孔记录。
5.4.4注浆管送管施工
1、注浆管
注浆管用外径φ50mm，壁厚5mm热轧无缝钢管加工制成，每节管长度4-6m，接头处错开，采用丝扣连接。
注浆管大样见注浆管大样图：
钢管尾部焊上φ6mm钢筋劲箍，导管长根据现场实际情况确定，前端加工成锥形。
加固范围内注浆管四周钻四排φ10mm的注浆孔，加固范围以外管段不钻孔，作为注浆用导浆管。
图5.3注浆管大样图
2、送管
采用夯管机将注浆管送入已成孔孔道中，钢管送至设计深度后，钢管与孔道之间的缝隙采用水泥砂浆进行封堵，防止注浆时溢浆。
5.5注浆施工
5.5.1制浆
注浆施工前需全面了解工程特征，比如:
工程的地质条件，周围的环境特征，水文地质，工程工期等。
在加固施工时，要求施工人员要根据地质条件、水文地质等条件，科学选择注浆形式，选择合适的注浆材料，满足加固需求。
隧道地表注浆常用浆液有改性水玻璃单浆液、普通水泥单浆液、普通水泥-水玻璃双浆液、超细水泥单浆液、超细水泥-水玻璃双浆液、环氧树脂、聚氨酯等各类化学材料。
国道112线赤城至承德界段改建工程SD1标段注浆加固根据工程特点采用P·O42.5水泥单液浆作为注浆浆液。
通过试验，确定注浆参数如下：
1、水泥浆水灰比：
1：
1
2、注浆孔口压力初压0.5-1.0Mpa，终压为1.0-1.5Mpa。
注浆参数应通过现场试验及实际情况确定,注浆量按施工实际情况作相应调整。
浆液配制时先在搅拌机内放入定量清水进行搅拌，水泥浆宜边拌边用，停留时间不超30min，超过30min，重新拌浆使用。
5.5.2注浆
注浆方式采用分段注浆，开泵前旋转压力调节旋钮将油压调在要求的油压刻度上，随注浆阻力的增大，泵压随之升高，当达到调定值时，会自动停机，防止产生超压注浆的危险。
注浆泵流量大小由注浆泵的排量调节控制钮和排量记录仪加以控制。
注浆按从低至高的顺序进行注浆。
注浆过程时刻关注注浆情况，观察注浆地表的变化，并根据注浆情况调整注浆的浆液浓度。
5.5.3结束注浆
前期注孔宜采用单孔注浆量控制，当单孔注浆量达到设计单孔注浆量时，即可换孔注浆；后期注孔宜采用注浆终压控制，达到设计注浆终压时，且注浆孔注入率小于40L/min时，延续20～30min，可结束注浆。
排除钻孔内的污物后，采用机械压浆封孔法封孔，并将孔口抹平。
5.5.4封孔
1、注浆结束后，用C15砼封孔，封孔时必须边灌边插捣，确保孔内密实。
严禁不封孔或假封孔，以致人为形成竖向水力通道，加重病害。
2、封孔完成后，在原孔位处标注注浆孔号，要求字迹工整、清晰。
5.5.5注浆原始记录整编
1、每个注浆作业工班在注浆施工过程中，都必须边施工边记录，当天的注浆施工记录必须当天整理完成，不得积压或遗漏。
2、注浆原始记录是竣工文件的重要组成部分，各记录人员应本着认真负责的态度，做到字迹工整、资料整洁无误，填写规范齐全。
3、应及时按要求做好注浆资料的统计与汇总（包括注浆孔号、孔数及注浆量等）。
5.6地表恢复
注浆结束后，回填粘土至原地面线高度，并植草恢复绿化。
5.7地表注浆质量验收
5.7.1基本要求
1、钢管的型号、规格、质量等应符合规范要求。
2、钻孔角度与坡面垂直。
3、导管不侵入管棚钢管的位置。
5.7.2实测项目
表5.1超前钢管实测项目
项次
检查项目
规定值或允许偏差
检查方法和频率
1
长度（m）
不小于设计
尺量：
检查10%
2
孔位（mm）
±50
尺量：
检查10%
3
钻孔深度（mm）
±50
尺量：
检查10%
4
孔径（mm）
大于杆体直径+20
尺量：
检查10%
6.材料与设备
6.1材料
地表注浆加固使用的主要材料为：
水泥（P·O42.5）、水及注浆导管，国道112线赤城至承德界段改建工程SD1标段地表注浆加固选用的材料：
6.1.1水泥
注浆用水泥为袋装普通硅酸盐水泥，水泥强度等级为42.5级，水泥出厂日期不超过3个月，受潮结块者不得使用。
水泥的各项指标应符合国家标准，且水泥出厂报告、检测报告等证明材料齐全；
6.1.2钢管
注浆用钢管为A50钢管（壁厚5mm），注浆管前段钻花孔，钻孔直径1cm，梅花形布置，导管尾部不设花孔。
钢管各项指标均应满足相关要求，并附有出厂合格证书；
6.1.3水
注浆用水采用自打深井水（饮用水），其技术指标满足要求。
6.2设备
国道112线赤城至承德界段改建工程SD1标段地表注浆加固选用的设备如表6.1主要进场设备表所示。
表6.1主要机械设备配置表
序号
名称
型号
单位
数量
用途
1
钻机
JS-1100
台
1
钻孔、超前探测
2
夯管机
台
2
送管
3
拌浆机
SM-200
台
4
制备浆液
4
搅拌式贮浆桶
SS-400
只
4
过滤杂质，储备浆液
5
液压注浆泵
BW150
台
3
压注浆液
7.质量控制
7.1质量控制标准依据
《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2017）
7.2质量控制措施
7.2.1原材质量控制
所有原材料、半成品必须有出厂合格证或质保书及试验报告，如其中有复印件必须由原件单位加盖印章，并注明原件在何处。
有关材料进场后，材料员要及时填写“原材料质检通知单”送交试验室，试验室抽检合格后方可使用。
7.2.2施工设备就位质量控制
1、注浆钻孔采用钻机成孔，钻机须安装牢固，定位稳妥、固定。
注浆孔应跳孔施钻，不应全部钻孔完后再注浆，以免孔位串浆，增加难度及清孔工作量。
2、各类设
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