注漿在地鐵礦山法隧道中的應(yīng)用研究

　　研究目的:隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展,在城市地鐵中按噴錨構(gòu)筑法原理進行設(shè)計和施工的淺埋暗挖礦山法隧道越來越多,本文旨在分析在礦山法隧道中各種輔助施工措施的特點、適用條件。

　　研究方法:通過對多個礦山法隧道的調(diào)查研究,對不同文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境下的注漿措施進行分析對比和總結(jié)。

　　研究結(jié)論:在城市地鐵中的礦山法隧道,需根據(jù)工程的周邊環(huán)境、隧道埋置深度、工程及水文地質(zhì)條件、隧道斷面尺寸,結(jié)合隧道施工的基本工法,選擇合理的注漿參數(shù),對地層及圍巖進行必要的加固和止水,不但可以避免較多的施工風(fēng)險,節(jié)約工程投資,而且還可以減少對周邊環(huán)境的影響及破壞,滿足工期的要求。

　　隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展,采用礦山法施工的隧道越來越多。在人口密集、交通繁忙、建筑物集中的地段采用何種輔助施工措施,對降低工程造價、減少對周邊環(huán)境的影響至關(guān)重要。

　　1 地鐵礦山法隧道所處的環(huán)境及特點

　　礦山法施工的不少地鐵隧道,由于埋深淺,處于第四系各種土層、砂層或巖石全、強風(fēng)化的軟弱圍巖中;一般地下水位較高,地下水豐富,且多位于繁華都市區(qū),地面道路縱橫交錯,建筑物密集,地下管線眾多,地面沉降控制嚴格;因此,在礦山法隧道設(shè)計和施工中選擇合理的輔助施工措施,對圍巖進行加固和止水,以保證隧道的施工安全和減少對周邊環(huán)境的影響。在眾多輔助工程措施中,本文主要針對注漿措施的特點、適用條件及應(yīng)用展開論述,為在礦山法隧道中采用注漿措施提供參考。

　　2 注漿

　　注漿是通過外界壓力將漿液壓入到土體中,經(jīng)滲透及劈裂作用,使土體粒子間的水或空氣被強行排擠出加固范圍之外,并充填土粒之間的空洞、孔隙;利用膠凝材料將周圍的土粒膠接為一個整體;改善土體的物理力學(xué)性能,提高土體強度和地層的整體穩(wěn)定性,降低地層的滲透性,堵斷地下水滲透的通路;從而保證隧道在開挖后地層的穩(wěn)定,保證施工及周圍環(huán)境的安全。

　　2.1 注漿工藝

　　根據(jù)漿液與土體的相互作用方式,一般可分為滲透注漿、壓密注漿、劈裂注漿3大類,其特點如下:

　　2.1.1 滲透注漿

　　漿液將土中的自由水和氣體排擠出去,通過充填裂隙或空隙,膠結(jié)周圍土體,形成較密實的固化體,從而提高土層的抗壓強度和抗?jié)B性。滲透注漿不會引起土體體積大的變化。當(dāng)?shù)貙訛樯皩印⒙咽瘜印⑺槭恋鹊谒南档貙?滲透系數(shù)大于10-4cm/s)時,宜采用滲透注漿方式。

　　2.1.2 劈裂注

　　漿液在較高的壓力下,注入到孔隙率較小的地層中。漿液在高壓力作用下,沿地層的結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生劈裂流動,在地層中形成脈、網(wǎng)狀分布。不規(guī)則的脈、網(wǎng)狀固結(jié)物和由于漿液壓力而擠密的土體構(gòu)成復(fù)合地層,從而具備一定的承載能力和止水能力。當(dāng)?shù)貙訛檎承酝恋貙印⒙裆钶^大、滲透系數(shù)較小(小于10-5cm/s) 時,宜采用劈裂注漿方式。

　　2.1.3 壓密注漿

　　采用有一定稠度或速凝型的漿液,通過壓力對土體產(chǎn)生壓密效應(yīng),從而改善土體的物理力學(xué)性能,其固結(jié)體在土體中一般呈似球體或塊體狀分布。壓密注漿主要用于地基加固中,對于礦山法隧道中的注漿加固地層及止水,主要為滲透注漿和劈裂注漿2種方式。

　　在實際注漿中,漿液往往是以多種運動方式作用于土體的,僅以某種單一方式作用于土體的情況幾乎很少。因此,平常的設(shè)計和施工中,所謂的滲透注漿或劈裂注漿,是指注漿過程中,漿液以滲透形式為主,或以劈裂方式為主的注漿方式,往往會伴有其它方式的發(fā)生。

　　2.2 注漿工藝

　　根據(jù)注漿工藝的不同,可以分為花管注漿、套管注漿、埋管注漿等幾種形式。

　　2.2.1 花管注漿

　　注漿主要通過鉆機鉆孔后,插入注漿花管進行注漿,此種注漿是采用全孔一次性注漿方式,注漿孔孔徑一般為40~70mm,此種注漿主要用于注漿段不長的情況。

　　2.2.2 套管注漿

　　套管注漿也叫袖閥管注漿。當(dāng)鉆孔到設(shè)計深度后,從鉆桿中灌入封閉泥漿,并在封閉泥漿中插入塑料單向袖閥管,在塑料管中插入雙向密閉注漿芯管再進行注漿。此種注漿是采用全孔分段注漿方式,分段長度一般為2~3m一段;注漿鉆孔孔徑一般為70~110mm,注漿袖閥管直徑一般為40~80mm。該工藝的特點是能很好地控制漿液的凝固時間和擴散范圍,對不同地層和地段,可采用不同的注漿壓力、注漿量及漿液類型。

　　2.2.3 埋管注漿

　　埋管注漿是通過埋設(shè)密封管和特制注漿芯管,將漿液注入地層,以達到加固地層的目的。此種注漿工藝主要用于跟蹤注漿技術(shù),對于隧道中加固地層及止水則較少使用,而是主要用于隧道施工中引起周邊建(構(gòu))筑物的沉降后的補救措施。

　　2.3 漿液類型

　　主要采用的注漿材料為水泥漿或水泥-水玻璃漿液。純水泥漿的成本較低,流動性較好,結(jié)石強度較高,可灌性也較好,但析水率較大,穩(wěn)定性較差,結(jié)石率較低,早期強度一般較低,凝結(jié)時間較長,一般需添加早強劑;水泥-水玻璃漿液除具有水泥漿的全部優(yōu)點外,還兼有某些化學(xué)漿液的優(yōu)良性能,凝結(jié)時間可以調(diào)節(jié),能可較好地控制漿液的擴散半徑,結(jié)石強度較高。

　　一般當(dāng)隧道在地下水位以下、地下水具有一定的流動性、地層的滲透系數(shù)和空隙率較小時可采用水泥-水玻璃漿液;根據(jù)地層情況,為了提高漿液的可灌性,也可以考慮采用超細水泥-水玻璃漿液;當(dāng)位于地下水位以上,孔隙率較大時可采用水泥漿。

　　2.4 注漿壓力

　　注漿壓力是用漿液進入地層孔隙及裂隙的一種動力,根據(jù)不同的注漿類型、地質(zhì)條件和周邊環(huán)境不同而不同。一般說來,注漿壓力一定要大于地層的水壓力、地層壓力等各種阻力值的總和。從漿液擴散效果方面考慮,注漿壓力大,擴散范圍越大,注漿孔可相應(yīng)減少,注漿速度提高;但注漿壓力過大會造成竄漿,擴散至設(shè)計注漿范圍以外,既浪費材料,并且可能造成地面超標準的隆起,影響周邊建(構(gòu))筑物、地下管線的安全。

　　確定合適的注漿壓力,從理論上講是很困難的,因為影響的因素較多,如工程及水文地質(zhì)條件、漿液類型、注漿工藝、埋置深度等。通常,注漿壓力設(shè)計根據(jù)經(jīng)驗選取,并通過現(xiàn)場試驗確

定;其中,滲透注漿的終壓力一般應(yīng)大于靜水壓力的2~3倍。

　　2.5 注漿孔的布置

　　布孔原則是使?jié){液擴散范圍相互重疊,避免出現(xiàn)“盲區(qū)”,造成隧道開挖時涌水或坍塌。漿液的擴散半徑一般隨滲透系數(shù)的增大而增大,由于地質(zhì)條件的復(fù)雜多變,理論計算的半徑參數(shù)不易選準,又因有多種地層,各地層的參數(shù)各不相同,常常偏差較大,設(shè)計時可采用工程類比,并根據(jù)現(xiàn)場試驗選取合理的注漿擴散半徑。一般采用滲透注漿時,注漿孔間距為0.5~1.0m;劈裂注漿時,注漿孔間距為0.8~2.0m。2.6 注漿分類及應(yīng)用

　　主要為洞內(nèi)深孔注漿、洞內(nèi)淺孔注漿、地面注漿等3種注漿類型。

　　2.6.1 洞內(nèi)深孔注漿

　　主要用于地面無注漿條件的情況。每個注漿循環(huán)長度約20~40m,開挖一定距離,留約3.0~5.0m左右作為下一循環(huán)的止?jié){墻。注漿范圍一般為隧道開挖范圍外2.0~4.0m線范圍內(nèi)土層和全、強風(fēng)化巖層,加固體抗?jié)B系數(shù)一般要求達到10-5cm/s,做到隧道在開挖過程中僅有極少量滲水,不能形成有危害性的滲流。

　　深圳地鐵一期工程的老大區(qū)間隧道,隧道所處地層主要為花崗巖的殘積層(礫質(zhì)粘土層)。當(dāng)2號豎井向兩端進行暗挖隧道施工中,豎井東端隧道拱部施工進至8m時,掌子面土石分界線位置出現(xiàn)涌泥、涌砂現(xiàn)象,施工受阻;2號豎井以西段拱部施工進至7m時,亦在掌子面土石分界線位置出現(xiàn)一直徑約20cm的孔洞,地下水?dāng)y帶粗砂急速涌出。經(jīng)分析,由于地層含水量較高的,且水壓較大,超前小導(dǎo)管注漿效果差,地下水從支護缺陷處滲出,形成潛蝕,最后擴大涌出。從現(xiàn)場實際施工情況看,砂質(zhì)粘土層及花崗巖全風(fēng)化層透水性強,尤其是礫質(zhì)粘土層性質(zhì)變化大(可認為是“似土非土、似砂非砂、似石非石”,是一種特殊的不良地質(zhì)),干燥狀態(tài)下穩(wěn)定性好、硬度大,但在含水狀態(tài)下,施工開挖及支護擾動后迅速軟化成泥漿,且長時間不易失水干燥;同時由于地表水補給充足(緊鄰布吉河),地下水滲出量比預(yù)計的要大,采用單一的超前小導(dǎo)管注漿較難阻止地下水滲入坑道和保證掌子面的穩(wěn)定。

　　為保證隧道施工安全,在豎井兩端各100m范圍內(nèi)采用洞內(nèi)深孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍為隧道開挖輪廓線外3.0m線以內(nèi)的土層和全風(fēng)化層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液擴散半徑為80cm,梅花型布置;注漿壓力為初壓0.3~0.4MPa,穩(wěn)壓:1.2~1.5MPa;水灰比為1∶1,水玻璃濃度:30°Be＇,模數(shù):2.6;注漿采用分段長套管護壁后退式注漿工藝(袖閥注漿),主要采用劈裂注漿方式。每個注漿段長35.0m,每兩個注漿段的搭接長度為4.0m;注漿順序為先隧道周邊后中間,隔孔交替注漿。

　　地層注漿后,漿液在土體中擴散呈樹枝狀分布,局部有10~20mm厚度的薄片狀漿液凝固分布在土體中,凡是空隙處與薄弱處都充滿了漿液的凝固體。由于較好地控制了注漿壓力,未對地表產(chǎn)生超標準的隆起。開挖過程掌子面基本無水,土層自穩(wěn)能力較好,未發(fā)生任何的涌泥、涌砂現(xiàn)象和坍塌現(xiàn)象;施工進度加快,起到了預(yù)期的目的。

　　2.6.2 洞內(nèi)淺孔注漿

　　當(dāng)隧道局部或小范圍地層較差時,不需要大范圍采取加固地層和止水措施時,可以考慮洞內(nèi)局部淺孔注漿加固和止水,而不采用洞內(nèi)全斷面深孔注漿。

　　深圳地鐵一期工程的國老區(qū)間隧道,該段位于深南東路及百貨廣場房屋下方,為單洞雙層重疊隧道,隧道上半部為粉質(zhì)粘土(花崗片麻巖的殘積層),隧道分4個臺階開挖。在施工過程中,作為相對隔水層的粉質(zhì)粘土孔隙較多,遇水極易軟化,自穩(wěn)能力極差,施工過程中不間斷有小股水流出;因開挖卸載,使圍巖產(chǎn)生松弛變形,增大了地層的透水性,因而在隧道拱腰及掌子面時常出現(xiàn)局部坍落,并伴有突水、突泥的現(xiàn)象。

　　為保證隧道開挖安全、減少安全隱患和控制地面沉降,在隧道開挖施工約15.0m后,決定對該段隧道洞內(nèi)第一臺階采用洞內(nèi)淺孔注漿加固地層及止水措施。加固范圍主要是針對掌子面內(nèi)的地層;漿液為水泥-水玻璃漿液;漿液擴散半徑R=0.5~0.6m;注漿孔孔底間距為0.4~0.8m,梅花型布置,周邊孔密,中間孔稀;注漿壓力為初壓0.1MPa;穩(wěn)壓:0.3MPa;注漿采用42鋼花管進行注漿。鋼花管長5.0m,每次注漿段長度5.0m,開挖4.0m;主要采用滲透注漿,局部加大壓力采用擠壓劈裂注漿方式。

　　地層在注漿后,開挖過程掌子面基本無水,土層自穩(wěn)能力較好,未發(fā)生局部坍落及突水、突泥現(xiàn)象,保證了施工安全;施工進度加快,起到了預(yù)期的目的。

　　2.6.3 地面深孔注漿

　　地面注漿與洞內(nèi)注漿相比,具有施工場地相對較開闊,施工條件較好,注漿施工質(zhì)量能得到一定的保障。地面注漿加固地層可比洞內(nèi)開挖先期進行,施工干擾較少,對施工工期較有利。但當(dāng)?shù)孛娼ㄖ锩芗⒌叵鹿芫€較多時,地面注漿較難實施;在城市中施工,有時還會產(chǎn)生一定的環(huán)境污染。

　　深圳地鐵一期工程的國老區(qū)間在SK1+600~SK1+645段為暗挖的單洞雙層隧道,此段隧道上部為素填土、粉質(zhì)粘土、礫砂及凝灰?guī)r的全、強風(fēng)化層;同時整體處于F4壓扭性斷層中,其寬度約為40m,斷層帶巖性為斷層糜棱巖、斷層泥和斷層角礫,局部含大量斷層泥、構(gòu)造角礫巖及構(gòu)造透鏡體;地下水豐富,補給快,地質(zhì)條件十分惡劣;該段上部的華中酒店基礎(chǔ)樁基須進行托換,華中酒店未托換的塔樓樁距隧道邊不足1m,附近深南路人行天橋為淺基礎(chǔ),位于隧道頂部。為了防止隧道施工期間發(fā)生較大的地表沉降和周圍地下水流失對華中酒店和人行天橋產(chǎn)生危害,同時加強樁基基礎(chǔ)強度,對該區(qū)段采用地面注漿加固措施。注漿范圍為隧道中線兩側(cè)各8.5m,立面為隧底開挖線以下3.0m至地面以下3.0m線;漿液擴散半徑:R=120cm;注漿孔間距:150cm,梅花型布置;注漿壓力:初壓0.5MPa、穩(wěn)壓:1.8~2.0MPa;漿液為超細水泥-水玻璃漿液,水灰比1∶1,水玻璃濃度:35°Be＇,模數(shù):2.6;注漿方式:后退式分段注漿方式。

　　該段地層經(jīng)注漿加固后的斷層破碎帶和砂層較好地膠接在一起。由于采用了超細水泥,漿液的可注性較好,較為均勻地分布在土層中,凡是空隙處與薄弱處都充滿了漿液的凝固體。地層強度明顯提高,地下水僅有極少量的滲水,隧道開挖施工非常安全、順利。

　　3 結(jié)論

　　城市地鐵礦山法隧道中采用注漿措施輔助施工,已經(jīng)有多年的應(yīng)用和發(fā)展,注漿措施能否起到預(yù)期的目的,與注漿設(shè)計的中根據(jù)隧道所處的周邊環(huán)境、工程及水文地質(zhì)條件而選取的漿液類型、注漿工藝及參數(shù)等都有密切的關(guān)系,還與施工中的監(jiān)測和不斷調(diào)整的注漿參數(shù)有密切關(guān)系。同時,正式注漿前一定要根據(jù)試驗選取并調(diào)整注漿參數(shù),并加強注漿后的質(zhì)量檢測,當(dāng)檢測不合格時,應(yīng)進行補注漿或采用其它措施補救,從而保證隧道順利施工及施工安全。

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篇2：住宅樓注漿鋼筋錨桿設(shè)計參數(shù)

　　住宅樓注漿鋼筋錨桿設(shè)計參數(shù)

　　⑴、錨桿材料采用Φ22、25鋼筋。成孔直徑110㎜。土釘孔位和孔深允許偏差均為50㎜，土釘傾角15度，角度偏差小于2度。

　　⑵、錨桿注漿采用水泥凈漿，水灰比為0.50，水泥漿應(yīng)隨拌隨用。注漿體設(shè)計強度20MPa。為保證注漿效果，采用二次注漿工藝。其中，一次注漿控制標準為壓力達到0.5MPa或孔口溢漿，二次注漿控制標準為壓力不小于2.0MPa或兩次注漿量不小于60㎏/m。注漿體直徑不小于110㎜。

　　⑶、上層錨桿支護達到設(shè)計強度后方可進行下一層土方開挖。

　　⑷、注漿鋼筋土釘采用抗拉試驗檢測承載力。試驗數(shù)量不少于土釘總數(shù)的1%，且不少于3根。

篇3：地鐵工程注漿防水施工方法

　　地鐵工程注漿防水施工方法

　　初期支護及二次襯砌背后的壓漿封堵構(gòu)成本區(qū)間防水注漿(不含施工階段預(yù)注漿和加固注漿)。

　　注漿材料為1:0.4~1:0.5普通水泥漿。在水泥漿中添加2~3%的MgO膨脹劑。

　　1) 初期支護及二次襯砌背后的壓漿

　　利用預(yù)埋注漿管(φ32鋼管，L=0.5m)壓注漿液，注漿壓力根據(jù)實際情況確定，但不小于0.2MPa，不大于1MPa。

　　2) 控制措施

　　注漿過程中，嚴格控制注漿壓力，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形、冒漿，危害地下構(gòu)筑物及地面建筑物等異常現(xiàn)象。當(dāng)出現(xiàn)異常現(xiàn)象時，采用以下措施：

　　降低注漿壓力或采取間隙注漿，直到停止注漿。

　　②調(diào)整注漿實施方案。

　　3) 注漿結(jié)束的條件

　　初期支護及二次襯砌背后的壓漿達到設(shè)計壓力后穩(wěn)定10min。

　　4) 注漿效果檢查

　　注漿結(jié)束后對注漿效果進行檢查分析和判斷，采用徑向鉆孔、檢查注漿范圍、測試注漿加固體強度的方法。對于初期支護及二次襯砌背后的注漿，根據(jù)注漿記錄和繪制的P-Q-T曲線來判斷注漿效果(P--注漿壓力，T--注漿時間，Q-注漿量)。