隧道注浆锚杆施工.docx

1、隧道注浆锚杆施工浅 谈 隧 道 注 浆 锚 杆 施 工 【摘要】 介绍XX高速第十一合同段管棚、超前小导管、砂浆锚杆施工工艺简单阐述注浆的原理和注浆的效果，目前隧道有暗洞上断面出洞的注浆计算的原理分析和计算过程。1工程简介XX2号隧道设计为上下行分离式4车道高速公路隧道，隧道左线长405m，右线长为377m.全隧道按新奥法设计和施工，进口左洞和出口右洞洞口浅埋段为薄覆盖层，XX2号隧道围岩由第四系全新统、上更新统、中更新统及第三系上新统保德组等土质围岩构成，岩性主要为粉土、湿陷性黄土（粉土）、黄土（粉土）、粉质黏土。粉土为稍湿，松散稍密，松软结构；湿陷性黄土（粉土）为稍湿，稍密，松软结构；黄土

2、（粉土）为稍湿，中密，松软结构；粉质黏土呈硬塑状态，夹有多层薄层钙质结核层。粉土、湿陷性黄土（粉土）、黄土（粉土）均属松土，粉质黏土属普通土，隧道围岩工程地质条件较差，散体结构，围岩不稳定，易塌。洞门根据隧道进出口地形和工程地质条件，XX2号隧道佳县端洞口地形开阔，洞门型式采用削竹式。右线YK151+330YK151+707，左线ZK151+330ZK151+735。共有6个削竹式组成（ZK151+470ZK151+476、ZK151+526ZK151+532、ZK151+720ZK151+735、YK151+692YK151+707、YK151+503YK151+495、YK151+440Y

3、K151+450）管棚各长20米，108管棚和I22a拱架3榀，纵向间距50.洞内施工有超前小导管、中空注浆锚杆、砂浆锚杆、早强药包锚杆等。下面介绍一下管棚、小导管、砂浆锚杆注浆的工艺及XX2号隧道左洞ZK151+700ZK151+720上导坑暗洞出洞的的关键技术。2管棚施工2.1材料2.1注浆材料要根据地质条件、注浆目的和注浆工艺等全面考虑，一般要符合下列要求：2.1.1具有良好的可灌性，易注入地层和构筑物中浆液结石率高，固结后有较高的强度等级和抗渗性； 2.1.2浆液稳定性好注浆时材料不产生离析和沉淀，能在一定时间内凝固，固化时收缩小，与需注浆体有一定的粘结力； 2.1.3结合体有一定的抗

4、压、抗拉强度，且早期强度高，透水性低; 2.1.4无毒、无污染，如地下水有侵蚀性； 2.1.5浆液配制方便，工艺及设备简单、操作容易简便注浆工艺简单，操作方便、安全。2.1.6浆液对注浆设备、管路、混凝土结构物及橡胶制品等无腐蚀性，并容易清洗。2.1.7原材料来源丰富、便于运输与储存，在常温、常压下较长时间存放不改变其基本性质，存放不受温度、湿度变化的影响，同时价格适宜。2.1.8注浆浆液为单液浆或双液浆，水泥为标号不低于R32.5的普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度宜为350400Be。2.1.9常用的注浆材料有膨润土、水泥净浆、水玻璃、粉煤灰等膨润土、粉煤灰将使浆液具有触变性能并能防止材料的分离和

5、水泥颗粒的沉淀。 2. 2注浆机具及设备：电动活塞式注浆泵、搅拌桶、浆液搅拌机、煤电钻钻机、注浆管。 2. 3管棚超前预注桨 2.3.1XX2号隧道开挖边仰坡且防护，施做套拱，修筑截水沟、清理、平整施工场地。2.3.2搭钻孔平台安装钻机。 1）钻机平台可用枕木或钢管脚手架搭设，搭设平台应一次性搭好，钻孔由两台钻机由高孔位向低孔位对称进行，可缩短移动钻机与搭设平台时间，便于钻机定位。2）平台支撑要着实地，连接要牢固、稳定。防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。3）钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整

6、，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。2.4钻孔 2.4.1为了便于安装钢管，钻头直径采用115mm. 2.4.2岩质较好的可以一次成孔；钻进时产生坍孔、卡钻，需补 注浆后再钻进。2.4.3钻机开钻时，可低速低压，待成孔1.0m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。 2.4.4钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。 2.4.5钻进过程中确保动力器，扶正器、合金钻头按同心圆钻进。 2.4.6认真作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述。作为开挖洞身的地质预探预报，作为指导洞身开挖的依据。2.5清孔验孔2.5.1钢管应

7、在专用的管床上加工好丝扣，棚管四周钻10出浆孔；管头焊成圆锥形，便于入孔。2.5.2棚管顶进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔（115mm），然后可用10t以上卷扬机配合滑轮组反压顶进；也可利用钻机的冲击力和推力低速顶进钢管。2.5.3接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，每节长4m、6m。2.6注浆2.6.1注浆参数：水泥浆与水玻璃体积的比例为10.5；水泥浆水灰比11；水玻璃浓度35波美度；水玻璃模数2.4。2.6.2对以后的堵漏工作起到了很大的作用采用kby50/70液压注浆机将双液浆注入管棚钢管内，初压0.5m

8、pa1.0mpa，终压2mpa，持压15min后停止注浆。注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。2.6.3注浆结束后及时清除管内浆液，并用30号水泥砂浆充填，增强管棚的刚度和强度。注浆完成后，打开检查孔检查，若孔内有水，继续向孔内注浆。在开挖过程中，压注浆效果不佳时应以小导管补充水泥-水玻璃浆液注浆或根据浆液的围岩中扩散半径的实际情况和注浆效果，增加注浆孔和加长每次注浆搭接长度。2.6.4对于隧道洞身主要穿越湿陷性黄土（粉土）段进行预注桨，于隧道开挖前通过钻孔机具在

9、隧道开挖轮廓边缘超前钻孔，并下钢花管，再利用注浆机具通过钢花管向围岩内压注水泥或水泥-水玻璃双浆液，浆液发生化学反应析出大量的硅胶并混水泥浆充填裂隙，封堵涌水通道，固结破碎带岩层，达到堵水、固结、加固稳定围岩体的目的。3小导管施工工艺。该工艺特别适用于自稳时间较短的砂层、砂卵（砾）石层、小断层带、软弱围岩带、浅埋地段、地下水较多的较弱破碎围岩地段。小管棚施工工艺相对于大管棚施工工艺比较，具有相对简单便捷、经济实效。一般隧道进、出口端往往属于地质围岩类别低、自稳性差、开挖面渗水多的情况，因此超前小导管加钢支撑辅助开挖的进洞施工工艺被普遍采用。但在实践施工中普遍存在对小导管注浆的作用认识不清、对其

10、工艺流程中的操作把关不严、对注浆量的控制不当等情况，造成实际注浆止水效果不明显、围岩固结不佳、计量注浆量远大于实际注浆量等问题。3.1.1小导管注浆的分类根据不同的注浆目的注浆材料一般分为二类：第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强导管的刚度，第二类为注水泥浆或水泥水玻璃双液浆等化学浆液。3.1.2通过浆液的化学作用，将坑道周围喷浆区的松散岩体在短时间凝固并达到一定自稳力，为掘进时的施工安全提供保障；3.1.3浆液进入岩（土）体的空隙凝结固化后起防水作用。水泥水玻璃双液浆的固结时间一般为4小时左右，单液水泥浆的固结时间一般为8小时左右。3.2浆液的特性3.2.1双液浆的特性主要反映在浆液粘度、颗

11、粒度和凝胶时间长短。采用的水泥浆的水灰比一般应小于等于1：1，水泥浆与水玻璃的体积比一般在1：0.31：1，在此范围内随着水玻璃用量减少，其凝固时间缩短。如需要缩短时间，在注浆中加食盐或三乙醇胺速凝剂。当水泥浆与水玻璃的体积比在1：0.41：0.6范围时，浆液使石体抗压强度最高。一般水玻璃浓度在3050Be（波美度）之间，浓度越高浆液使石体抗压强度越高。我们实际在工程中采用双液浆为1：1的水泥浆（重量比）和35Be的水玻璃，前者与后者的体积比为1：0.5。3.2.2超前小导管设计参数42mm无缝钢管长36m，管壁每隔15cm梅花形交错钻眼，眼孔直径610mm，风钻凿岩时的钻孔直径较管径大2cm

12、。小导管顶端为尖锥型以利导管打入岩壁钻孔内，小导管打入岩体后尾端剩10cm左右插入岩体深度不得少于95%，加焊已接有止回阀（如自来水开关）的短钢管。一般布置在隧道拱顶120范围内，环向间距3050cm，外插角为1030。3.3开始注浆，注浆时应先注入一定量的稀浆后再逐步加大浆液的浓度。结束注浆一般用注浆压力来控制，注浆压力达到了设计或规范要求的终压时即可停止注浆。注浆施工时，管端采用止浆阀结构。注浆压力是促使浆液在岩（土）层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩（土）内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的粘稠度固定的情况，注浆压力

13、直接与岩（土）层的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩（土）体，因此注浆压力一般控制在0.51.0Mpa。3.4施工控制注意事项3.4.1注浆前应对开挖面层及附近5m范围内的坑道喷射厚度为510cm的喷射砼或模筑砼封闭作为止浆层。待止浆层有一定强度时方可注浆，防止浆液从各岩面裂隙中反渗；3.4.2安装注浆管时，应在注浆管与孔口岩面相交处用麻丝缠绕和胶泥（水玻璃与水泥）填塞，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定。胶泥未凝固到一定强度不得注浆；3.4.3及早、准确地做好各种试验配合比，现场严格控制各种材料用量，精确配制混合料；3.4.4浆液应先经过过滤

14、网过滤，防止杂物进入注浆泵或进入小导管；3.4.5注浆时应先注无渗水孔，后注有渗水孔；3.4.6严格控制注浆压力，以防压裂开挖面。注浆机压力应与规定压力配套，不宜升压过快。注浆压力达到规定时应予以稳压一定时间，以利浆液进一步渗缝；3.4.7一个导管注浆时，相邻导管应打开止回阀让原来管内贮存的裂隙水从相邻的导管流出，当相邻的导管内流出浓浆时停止注浆，关闭相邻管的止回阀，再待达到控制压力时关闭该管的止回阀。然后在相邻管接上注浆软管，打开止回阀进行补压注浆，待达到控制压力时停止压浆关闭该止回阀；3.4.8配制的浆液应在规定的时间内用完；3.4.9反对用数水泥袋法计量总体注浆量，因为水泥的用量不能准确

15、反映注入岩体的浆液体积与剩余在导管、设备、容器中的浆液体积。注浆时应认真记录注浆机吸管头容器原有浆液体积、中间加入的浆液体积和容器最终剩余浆液体积，严格把握实际注入岩体的总体注浆量。4砂浆锚杆砂浆锚杆已越来越多的广泛应用于公路隧道工程中，但一般的隧道施工中采用药卷锚杆。砂浆锚杆施工在XX高速河下隧道得到了的具体应用。4.1测量放线，用红油漆画出钻孔的位置。4.2钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直，钻孔直径应大于锚杆15mm，钻孔深度应大于锚杆长度10mm。钻孔达到设计深度后用高压水冲清锚杆孔，直到无杂物粉尘为止。4.3注浆、插锚杆砂浆搅拌均匀，随拌随用。拌合时按施工配合比施工，一次拌合的浆液在

16、初凝前用完。在注浆过程中，为防止浆液沉淀，要不停的进行搅拌。注浆前对注浆泵进行试运行。注浆压力不得大于0.4Mpa，直到钻孔注满流出为止。注浆开始后中途暂停超过30分钟时，用水润滑注浆管及其管路。注浆管应插至距孔底510cm时随水泥砂浆的缓慢匀速拔出，当浆液满时随即迅速将锚杆插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，锚杆插入到设计深度后立即采用锚固剂将锚垫板周围的空隙封堵密实；若插入时孔口无浆液流出，应将杆体拔除重新注浆。4.4注浆工艺4.4.1先注浆后插锚杆施工工艺流程普通砂锚杆示意图4.4.2先插锚杆后注浆施工工艺流程4.5施工要点：4.5.1锚杆按设计要求尺寸截取，并进行整直

17、、除锈和除油，外端不用垫板的锚杆先弯制弯头。4.5.2通过室内试验筛选23组满足设计要求的砂浆配合比进行生产性试验。4.5.3注浆密实度试验：选取与现场锚杆的直径和长度、锚孔孔径和倾斜度相同的锚杆和塑料管（或钢管），采用与现场注浆相同的材料和配比拌制的水泥浆或水泥砂浆，并按现场施工相同的注浆工艺进行注浆。4.5.4水泥选用普通硅酸水泥，砂子粒径不大于3mm，并过筛。4.5.5砂浆标号不低于C20号，配合比为水泥：水玻璃：水=1：0.5：（0.450.5），水灰比宜为（0.450.5）施工必须作施工配合比试验。4.5.6普通砂浆锚杆的钻孔孔径应大于锚杆直径。当采用“先注浆后安锚杆”的程序，钻孔直

18、径应大于锚杆直径15mm以上。当采用“先安锚杆后注浆”的程序时，上仰孔钻孔直径应大于锚杆直径25mm以上；对下倾孔，灌浆管需插至底部，锚杆钻孔直径应大于锚杆直径40mm以上。 浆液未达到设计强度的70%不随意碰撞，三天内不得悬挂重物。开挖后及时喷射砼，并尽快封闭初期支护，开挖过程中应密切注意观察锚杆的变形、及喷射砼层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数。经过对砂浆锚杆施工工艺的改进，即注浆时采用孔底翻浆法，保证孔内砂浆密实，饱满无空隙，克服了传统的孔口注浆法存在的缺点。插入杆体后及时的在锚垫板周围采用锚固剂进行封口，保证了孔内砂浆不外流。在孔口使用木契保证了杆体基本居中且

19、不晃动，克服了在传统的施工工艺中锚杆体经常靠近孔下方的缺点。由于本隧道地质情况不是太好，因此要确实保证锚杆的拉拔力满足设计要求。5、注浆对于隧道洞身主要穿越湿陷性黄土（粉土）段进行预注桨，于隧道开挖前通过钻孔机具在隧道开挖轮廓边缘超前钻孔，并下钢花管，再利用注浆机具通过钢花管向围岩内压注水泥或水泥-水玻璃双浆液，浆液发生化学反应析出大量的硅胶并混同水泥浆充填裂隙，封堵涌水通道，固结破碎带岩层，达到堵水、固结、加固稳定围岩体的目的。对以后的堵漏工作起到了很大的作用。5.1浆技术的应用范围很广，而且它的应用规模还在不断扩大，只要涉及到岩土工程和土木工程的各个领域，都可使用灌浆技术。具体地说，灌浆法

20、适用于处理砂土、粉土、粘牲土、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土以及风化岩等地基，静压灌浆法也可用于处理含土洞或溶洞的地层；高压喷射灌浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、碎石土、人工填土等地基。当土中含有较多的大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的有机质时，应慎用高压喷射灌浆，灌浆技术的关键是灌浆压力的选择和控制、浆材配比和灌浆工艺；灌浆参数的选择是一个复杂的问题，只有通过现场试验才能切实地确定；大开挖换填等处理方法，不但技术上可行、经济上合理、工期上缩短，而且极大地减少了环境污染问题。灌浆技术是一项实用性很强、应用范围广的工程技术。它的实质是用液压、气压或电化学方法，

21、把某些能凝固的浆液注入到岩土体的孔隙、裂隙、节理等软弱结构面中，或挤压土体，使岩土体形成强度高、抗渗性能好、稳定性高的新结构体，从而改善了岩土体的物理力学性质。灌浆的目的，一是起加固作用，二是对岩土体起堵漏防渗作用。5.2灌浆加固机理 灌浆就是要让水泥或其他浆液在周围土体中通过渗透、充填、压密扩展形成浆脉。由于地层中土体的不均匀性，通过钻孔向土层中加压灌入一定水灰比的浆液，一方面灌浆孔向外扩张形成圆柱状浆体，钻孔周围土体被挤压充填，紧靠浆体的土体遭受破坏和剪切，形成塑性变形区，离浆体较远的土体则发生弹性变形，钻孔周围土体的整个密度得到提高。另一方面随着灌浆的进行，土体裂缝的发展和浆液的渗透，浆

22、液在地层中形成方向各异、厚薄不一的片状、条状、团块状浆体，纵模交错的浆脉随着其凝结硬化，造成结石体与土体之间紧密而粗糙的接触，沿灌浆管形成不规则的、直径粗细相间的桩柱体。这种桩柱体与压密的地基土形成复合地基，相互共同作用起到控制沉降、提高承载力的作用。5.3XX高速在注浆应用过程中，得到很好的发挥，在右暗洞上断面把锁脚锚杆有四根砂浆锚杆改为十二根管式注浆锚杆，系统锚杆不变超前锚杆每环45根不变，通过计算注浆量，加固围岩，改善围岩和初支的结合力，保证围岩稳定；这个施工段为五级围堰相对的前面施工的四级围岩量测数据相比相对比围岩较稳定，下面简单介绍本隧道注浆的计算过成。5.3.1注浆扩散半径在空隙率

23、不同的岩层是不规则的，浆液的渗透系数、压浆压力、浆液浓度都将影响注浆效果注浆压力越高，浆液充填饱满，不透水性好并能增大扩散半径减少注浆空数，压力越高会使裂缝扩大浆液流失过远以及工作面冒浆。注浆压力通常根据经验确定一般比水压高0.20.4MPa。有测水压有苦难终压值，亦可参考下裂压浆压力公式 地表注浆：P=(0.20.4)H1, 洞内注浆P=(0.20.4)H1KH1-孔位至静水位高度，K-洞内修正系数，1.22.0， P-注浆压力 注浆浓度，浆液的浓度选侧根据岩层的吸水率来确定。吸水率越大，岩层透水层越强则浆液越弄。吸水率为单位时间每米钻孔在每米水压作用吸水量，可通过压水实验按下列公式计算：

24、q=Q/（Hh） q-钻孔吸水率（L/minmm）Q-单位时间钻孔在恒压下的吸水量（L/min）H-实验时所使用的压力（10kpa）h-实验时钻孔长度（m）5.3.2注浆量计算1）小导管注浆单管浆液扩散半径一般为0.51.0m。这与深孔超前围幕注浆的扩散半径24m（管径75110mm、注浆压力为1.54Mpa）有明显区别，故公路隧道施工技术规范中的注浆量计算公式（如下）不能作为小导管注浆量的估算公式： Q1=R2H 公式（1）Q1为注浆量（m3）；R为扩散半径（m）；H为注浆管有效长度（m）；为地层孔隙率；为注浆系数0.70.9；为浆液损耗系数1.11.4。2）以下计算公式相对符合实际单孔注浆

25、量： Q2=R2c=(0.60.7) s2L 公式（2）Q2为注浆量(m3) ;S为小导管中心距离(m); L为小导管有效长度(m); R为考虑到注浆范围相互重叠的原则，扩散半径取（0.60.7）s（m）；岩体孔隙率%：类35%，类硬岩35%、软岩23%，类硬岩23%，软岩12%。3）实际施工中因钻孔偏差或钻眼内的地质原因，注浆液窜浆或跑浆经常出现，每个注浆管内的注浆量很不均匀，因此理论单眼注浆量尚不能作为注浆的一个严格控制指标，应以整排小导管的理论推算总量作为上下范围的控制指标。故按整排小导管上下各0.51 m范围的岩土体内均已注浆填充考虑，应以下列公式估算注浆总量：（见图示1）Q3=(/3

26、60+2T/ R)(R+T) 2 -(R-T) 2L+ Q 公式（3）Q3为注浆量(m3) ;为拱部小导管布设范围相对于圆心的角度；R为小导管位置相对于圆心的半径； T为浆液扩散半径0.51 m；L为小导管有效长度(m)；岩体孔隙率%：类35%，类硬岩35%、软岩23%，类硬岩23%，软岩12%；为浆液损耗系数1.11.4；Q为小导管的容积 (m3)。Q3 理论注浆量应是一个注浆量控制范围值。在R、L、Q固定的条件下，以最小的扩散半径0.5 m、该类围岩最小的岩体孔隙率、浆液损耗系数代入公式得最小理论注浆量Q3min, 以最大的扩散半径1m、该类围岩最大的岩体孔隙率、浆液损耗系数代入公式得最大

27、理论注浆量Q3max。 同理可推算同一断面的上下双排或多排小导管一次注浆的总量。本公路隧道施工是由暗洞ZK151+720上断面出洞，在目前国内较少见且没有提拱掺考的数据，在施工过程中，通过严密的注浆量，检查注浆效果，超前小管棚的施工在每环的实际应用的过程中，提高终压注浆压力，注完浆后待水泥浆液初凝后进行开挖。本工程做好量测资料进行论证分析ZK151+700和ZK151+680两处没有太大变化保持稳定（见下图），外部观察和资料数据分析没有发现工程有不利因素，因此决定从正洞出洞。正洞出洞与在ZK151+720打管棚，修便道等相比工程进行提前贯通，减少造价，节省机械台班，节省人工、节省材料、为今后黄土隧道由暗洞出洞提供有力的数据分析，和经验。本文简单阐述隧道施工大管棚施工工艺、超前小导管施工、砂浆锚杆注浆施工工艺，叙述本工程由暗洞出洞关于注浆原理和计算过程，和量测的分析的本文写供各位专家、学者，隧道施工人员 ，为工程注浆工艺和隧道由正断面出洞提出更多宝贵意见。参考文献： 公路隧道施工 主编：黄成光 ， 人民交通出版社 2001 隧道设计与施工百问 主编：李宁军、曹文贵、刘生， 人民交通出版社 2006 XX高速XX隧道2号隧道施工图纸