（2003年度）200376PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建工法名稱隧道地表深孔注漿堵水與加固工法開發(fā)單位中鐵五局集團(tuán)一公司一處完成日期2003、5姓名單位職務(wù)譚毓竣一處教授級(jí)高工王才高一處技開部工程師主要完成者關(guān)鍵技術(shù)鑒定時(shí)間及組織鑒定單位本工法獲科技成果獎(jiǎng)情況1999年鐵道部及全國工程建設(shè)單位優(yōu)秀QC成果獎(jiǎng)PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建本工法適用于埋深100米內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、涌水量較大的山嶺隧道和地下工程。在地表用鉆孔機(jī)械打孔，通過鉆孔對(duì)斷層、涌水帶注入具有充填、膠結(jié)性能的漿液材料，巖體經(jīng)過漿體的充填、壓密、界面、滲透、劈裂等作用后，增強(qiáng)斷層與涌水帶巖體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和防水性，使隧道或地下工程能正常施工。：本工法無密級(jí)。關(guān)鍵技術(shù)是：正確編錄斷層及涌水帶地質(zhì)，并精確投影至地表是布孔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)、注漿成敗的關(guān)鍵。精確鉆孔與孔位有效的測量與調(diào)控，從而確保至設(shè)計(jì)位置，注漿方可見效。注漿參數(shù)主要是注漿壓力與注漿量，注漿過程中應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，并正確確定注漿終結(jié)。采用相應(yīng)注漿孔管、控制漿液注入有效范圍。與國內(nèi)地下工程地表鉆注加固工程實(shí)例相比，本工法施工技術(shù)水平較高。在1997年隧道與地下工程學(xué)會(huì)、隧道與地下工程第八次防排水學(xué)術(shù)交流會(huì)上，我處總結(jié)的“隧道地表注漿淺析”獲得專家的好評(píng)，隧道地表注漿施工經(jīng)驗(yàn)豐富。該施工工藝成熟，好掌握。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建內(nèi)昆線田梁子雙線隧道進(jìn)口端為V級(jí)極風(fēng)化砂頁巖，地表多處開裂下沉，發(fā)生大面積坍塌，山體位移，洞內(nèi)格柵鋼架擠壓扭曲，曾列為內(nèi)昆線十大難點(diǎn)工程之一。我處采用本工法，對(duì)隧道地表進(jìn)行鉆注加固，按時(shí)保質(zhì)建成隧道。九景公路雁列山1#隧道洞口及洞身斷層破碎帶，采用本工法加固后，左右線隧道均順利安全通過了該段，開挖過程中進(jìn)行監(jiān)控量測，發(fā)現(xiàn)加固效果良好，隧道建成至今，安全穩(wěn)定，干燥無水，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，社會(huì)效益。本工法易于操作，只需一般鉆注機(jī)械，使用料源廣、價(jià)格低、無污染的普通水泥為主要材料，注漿加固堵水可靠性好。具有投資省、工期短、安全好，質(zhì)量優(yōu)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。具有較好的推廣應(yīng)用前景。本工法解決了隧道涌水、突泥、坍塌整治的技術(shù)難題，工藝簡單、操作方便、注漿材料便宜，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。本工法是隧道工程的防水重要手段，可防止地下水干涸，地表沉陷，防止地表生態(tài)平衡失調(diào)，防止影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人民生活，可節(jié)省地畝賠償費(fèi)。防止隧道坍塌，有利于施工人身安全，節(jié)省投資。加快隧道施工進(jìn)度、確保工期。提高圍巖的強(qiáng)度與防水性，有利于隧道長期穩(wěn)定性，襯砌防水性能好，確保運(yùn)輸安全和降低運(yùn)營維修費(fèi)。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建申報(bào)單位意見內(nèi)容屬實(shí)，同意申報(bào)。簽章2003年7月6日專業(yè)組初審意見簽章年月日集團(tuán)公司工法審定委員會(huì)審定意見簽章年月日集團(tuán)公司審批意見簽章年月日PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建1前言隧道與地下工程在穿越斷層破碎帶、巖溶斷裂帶、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的擠壓破碎帶時(shí)，常遇涌水突泥坍方，往往來不及封閉襯砌，或常規(guī)的封堵辦法難以奏效，造成洞內(nèi)的長期涌水突泥，容易產(chǎn)生地表坍陷，地下水干涸，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人民生活。尤其是尚未與正洞勾通的斜井、豎井之隧道施工地段，產(chǎn)生淹井事故，造成重大損失，給隧道施工帶來極大的困難。采用隧道地表深孔注漿，能較好地解決這一技術(shù)難關(guān)。中鐵五局一公司在九江～景德鎮(zhèn)高等級(jí)公路雁列山1#公路隧道進(jìn)口端，距洞口20m處發(fā)育有一壓扭性斷層，斷層寬17m，對(duì)隧道洞口段施工極為不利，采用隧道地表深孔預(yù)注漿，加固斷層帶，達(dá)到了預(yù)期目的。南嶺隧道建成后生潮壟地段多處滲流黃泥漿水，后成功地采用隧道地表深孔注漿封堵巖溶通道，封堵滲漏水，加固巖溶破碎帶，達(dá)到了預(yù)期目的。2工法特點(diǎn)2.1應(yīng)用隧道的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料，以及洞內(nèi)地質(zhì)資料正確投影至地表，有利于隧道地表注漿孔布孔設(shè)計(jì)，使注漿孔準(zhǔn)確地置于加固范圍，注漿易見成效。2.2施工條件較好，可采用大型高效配套的鉆注機(jī)械。2.3施工技術(shù)、工藝較洞內(nèi)鉆注法簡單，工人較易掌握，便于集中統(tǒng)一指揮，不受洞內(nèi)施工干擾，不影響洞內(nèi)施工進(jìn)度。2.4通過注漿直接對(duì)斷層破碎帶、涌水帶巖土進(jìn)行加固，形成帷幕注漿效果，達(dá)到加固圍巖與堵水的目的。2.5注漿機(jī)理與其巖土構(gòu)造、組成密切相關(guān)，一般注漿運(yùn)動(dòng)形式是多樣的，有充填、擠密、界面、置換、滲透、劈裂等，但能確立其中一種為主導(dǎo)作用來進(jìn)行有效注漿設(shè)計(jì)。2.6工法易于操作，只需一般鉆注機(jī)械，使用料源廣、價(jià)格低、無污染的普通水泥為主要材料，注漿加固堵水可靠性好。2.7本工法具有投資省、工期短、安全好、質(zhì)量優(yōu)、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)。具有較好推廣應(yīng)用前景。3適用范圍本工法適用于埋深100米內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、涌水量較大的山嶺隧道和地下工程。當(dāng)隧道為淺埋隧道,含水層較厚,距地表較近,或含水層雖簿,層數(shù)較多時(shí);能使地表鉆注與洞內(nèi)掘進(jìn)平行作業(yè)和加快施工進(jìn)度時(shí);當(dāng)斷裂帶、突水層傾角緩小，地表鉆孔較易穿越時(shí)，用地表垂直鉆孔注漿是適合的。4加固與堵水原理在地表用鉆孔機(jī)械打孔，通過鉆孔向斷層與涌水帶、巖土洞穴、巖體顆粒的孔隙、巖土層的界面或巖土的裂隙以及細(xì)顆粒巖體內(nèi)注入具有充填、膠結(jié)性能的漿液材料，斷層與涌水帶巖體經(jīng)過漿體的充填、壓密、滲透、劈裂、固結(jié)等作用后，使巖體強(qiáng)度、穩(wěn)定性和隔水防水性能得以提高，保證隧道或地下工程能正常施工。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建5施工工藝地表注漿施工工藝，它不同于一般的施工工藝，注漿工藝是注漿設(shè)計(jì)的具體化、完整化，是決定注漿設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵，注漿工藝主要包括以下內(nèi)容：注漿方法、注漿順序、注漿方式、注漿段長、注漿壓力、注漿量、漿液及配比、注漿步驟、注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、注漿觀測、檢測與環(huán)保。注漿工藝與注漿機(jī)理：注漿機(jī)理是進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)與依據(jù)，只有分析確定了屬于什么機(jī)理類別的注漿，方能正確進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)與施工。按注漿機(jī)理對(duì)注漿分類為充填注漿、滲透注漿、層間注漿、壓密注漿、劈裂注漿，要根據(jù)注漿類別正確選定不同的注漿工藝，才能達(dá)到預(yù)想的目的。注漿壓力與注漿量是注漿工藝最重要的關(guān)鍵參數(shù)，也是注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)定質(zhì)量的控制指標(biāo)，與注漿類別密切相關(guān)。注漿壓力是漿液擴(kuò)散、充塞、壓實(shí)、劈裂所需的壓力，與掌子面靜水壓力、突水動(dòng)壓，地下水水位、巖土裂隙、空隙、孔隙的大小和位置、注漿部位上覆蓋層的厚度、過流斷面大小、漿液的粘滯性和顆粒及膠凝時(shí)間，以及預(yù)注漿或后注漿等因素有關(guān)，選定原則是不破壞巖層的條件下，有效地將漿液壓入巖層中，盡量滿足帷幕體的需求，達(dá)到注漿的目的。選定時(shí)要審慎，施工中要由小及大，逐漸升高，定出合理的上下限值，密切進(jìn)行注漿的觀測，較好地進(jìn)行調(diào)控。注漿量的計(jì)算對(duì)于均質(zhì)巖可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，若尚有出入，有關(guān)參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值按實(shí)際測定值修正計(jì)算。對(duì)于非均質(zhì)巖，計(jì)算情況復(fù)雜，只能參照有關(guān)公式與經(jīng)驗(yàn)值初步確定，施工中不能以滿足設(shè)計(jì)注漿量就終孔停注，施工注漿量應(yīng)以滿足設(shè)計(jì)壓力的基本前提，注漿量可較大幅度上下浮動(dòng)調(diào)控。5.1、施工工藝流程見圖1（下頁）所示。23在注漿孔內(nèi)安裝注漿管和止?jié){管接好所有壓漿管路壓水試驗(yàn)鋼筋籠注漿結(jié)束測量鉆孔試泵配制水泥漿液和水玻璃漿液儲(chǔ)放攪拌機(jī)水泥漿池注漿泵混合器試泵水稀釋水玻璃注漿管注漿孔止?jié){塞孔口閥混合膠管三通PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建15.2施工方法5.2.1注漿方式：孔口注漿法；一次成孔注漿法；下行式分段注漿法，上行式分段注漿法。5.2.2注漿孔管及止?jié){裝置（圖4）5.3關(guān)鍵技術(shù)正確編錄斷層及涌水帶地質(zhì)，并精確投影至地表是布孔設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，注漿成敗的關(guān)鍵；精確鉆孔與孔位有效的測量與調(diào)控技術(shù)，從而確保至設(shè)計(jì)位置，注漿方可見效；注漿參數(shù)主要是注漿量與注漿壓力，注漿過程中應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)控，并正確確定注漿終結(jié)；采用相應(yīng)注漿孔管，控制漿液注入有效范圍。施工調(diào)查漿材備料注漿設(shè)計(jì)鉆注設(shè)備安裝檢查止?jié){墻孔口管注漿管鉆孔壓水與連通試驗(yàn)注漿方式洗孔復(fù)注漿若干次終孔檢查鉆孔測定檢查孔漏水量追加注漿孔注漿結(jié)束施工準(zhǔn)備無問題有問題注漿機(jī)理洞內(nèi)涌水觀測地下水位觀測洞內(nèi)外其它觀測鉆桿花管雙管孔口下行式上行式注漿觀測注漿施工PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建打花管注漿法套管護(hù)壁注漿法邊鉆邊灌法袖閥管法的設(shè)備和構(gòu)造45.4注漿參數(shù)5.4.1注漿段高隧道毛洞邊緣及隧道邊墻側(cè)至隧底下2m。沿隧道縱向涌水帶長度在5m內(nèi)可一次封堵，超過5m大的斷層破碎帶，宜封堵5m后，采取洞內(nèi)全斷面注漿法。5.4.2注漿有效范圍：粘性土：1～2.0m；砂層：0.8～2.0m。5.4.3注漿孔布置關(guān)鍵孔：斷裂涌水帶之隧道毛洞，距拱部開挖線1m，距邊墻開挖線3m，深至隧底下2m。加固孔斷裂涌水帶以外附近的隧道范圍。檢查孔：隧中、兩側(cè)布孔檢查，作補(bǔ)充鉆注孔。5.4.4鉆注次序：先關(guān)鍵孔，再加固孔，后檢查孔。5.4.5漿材配比選用水泥水玻璃雙液漿，作充填目的。水玻璃作速凝劑用，摻量為水泥重的3～5%。另一種作為主材用，摻量較多。根據(jù)注漿目的和要求，可參考經(jīng)驗(yàn)漿材配比表（下表）和不同水玻璃濃度和PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建水泥漿濃度對(duì)結(jié)石體強(qiáng)度的影響（表2）而綜合考慮選用相關(guān)配合比。35Be水玻璃45Be水玻璃抗壓強(qiáng)度(10N/cm)抗壓強(qiáng)度(10N/cm)C：S凝膠時(shí)間（min-s）14d28d凝膠時(shí)間（min-s）14d28d備注1：0.30－28.559700－31.590991：0.350－31.092980－36.51261281：0.40－34.81101050－401131191：0.450－41.01021150－461121261：0.50－47.01151470－521121791：0.550－51.01101390－571471：0.60－56.5751211－031131301：0.71－41141321－151021531：1.01－26901171－51921101、使用425#普通硅酸鹽水泥；2、水灰比1：1；3、試驗(yàn)濕度23.5℃。洞穴充填注漿可摻粉煤灰等惰性材料。表2不同水玻璃濃度和水泥漿濃度對(duì)結(jié)石體強(qiáng)度的影響結(jié)石體強(qiáng)度(kg/cm2)水玻璃溶液濃度（Be）水泥漿濃度（水灰比）7d14d28d備注350.5：1174200202350.75：114413214835125：1324058351.5：1122028400.5：1204244248400.75：1116177185401：144106113401.25：194490401.5：15923450.5：1245250253450.75：182169192451：12969113451.25：152658451.5：1368水泥漿：水玻璃＝1：1（體積比）5.4.6注漿量對(duì)于均質(zhì)巖注漿采用定量法：控制注入漿量以達(dá)到控制擴(kuò)散半徑的方式。對(duì)于非均質(zhì)巖注漿采用定時(shí)法：不以注漿量進(jìn)行控制，通過注漿過程歷時(shí)，以控制擴(kuò)散半徑的方式。注漿公式：a、單孔注漿量：Q=3.14·r2·H·η·β。式中：Q--單孔注入量（m3），r--漿液擴(kuò)散半徑（m），PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建H--注漿孔深度（m），β--漿液在裂隙內(nèi)的有效充填系數(shù)，η--圍巖孔隙率（%）。b、注漿總量（均質(zhì)）：Q=V2(η+β)(1+L)。式中：Q--注漿總量（m3），V2--加固總體積m3，L--漿液的損耗系數(shù)（%）。c、漿量（非均質(zhì)）：Q=Q1+Q2+Q3+Q4式中：Q--注漿總量（m3）；，Q1--充填洞穴、空隙體積（m3），Q2--壓縮體積，含顆粒壓縮體積和漿液壓縮體積（m3），Q3--界面、層間、置換體積（m3），Q4--滲透和劈裂之體積（m3）。5.4.7注漿壓力充填、界面、滲透注漿：PZ1=（2～3）P。（P--涌水壓力Mpa）；劈裂注漿：PZ2=P+（2～4）Mpa。5.4.8注漿終結(jié)注漿量基本達(dá)到設(shè)計(jì)量，或分別采用定量法，定時(shí)法進(jìn)行注漿控制。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，并穩(wěn)定30分鐘。注漿壓力比注漿開始大，單位時(shí)間注漿量減少，鉆孔洗孔次數(shù)與每延米注漿量減少，控制值為20L/min·m。注漿段后期鉆孔從漏水至回水；從成孔難，需分段注漿固結(jié)至一次成孔，孔壁穩(wěn)定。檢查孔取巖芯檢查，肉眼判斷注漿固結(jié)情況；與抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。6機(jī)械設(shè)備（表3）序號(hào)名稱規(guī)格單位數(shù)量附注1鉆機(jī)300型XY-2臺(tái)1～4孔深<100m據(jù)工作量定臺(tái)數(shù)2鉆機(jī)TXB-100A臺(tái)1孔深100～500m3泥漿泵BW-250臺(tái)3備用1臺(tái)4臥式攪拌機(jī)4.5KW臺(tái)2自制5測斜儀JJX套17勞力組合（表4）工種技術(shù)員班長機(jī)長修理工鉆工小計(jì)附注人數(shù)1111913以上為一臺(tái)鉆機(jī)三班鉆孔作業(yè)勞力組合，也適合三班注漿作業(yè)，鉆工改任司泵工、注漿工，還需另添普工每班10~12人，增加一名工地試驗(yàn)工，一名值班領(lǐng)工員。8質(zhì)量要求本工法除執(zhí)行有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、施工規(guī)范、工程質(zhì)量評(píng)定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)規(guī)定外，其質(zhì)量要求如下：8.1嚴(yán)格執(zhí)行注漿終結(jié)標(biāo)準(zhǔn)，注漿質(zhì)量主要由注漿壓力和注漿量所控制。注漿過程中，沒有中斷現(xiàn)象，或雖有中斷但時(shí)間較短，恢復(fù)注漿后，進(jìn)漿量正常。8.2沒有串漿、大量漏漿、冒漿等異常現(xiàn)象，注漿壓力達(dá)設(shè)計(jì)要求，并按正常工序結(jié)束注漿。8.3檢查孔是主要檢測質(zhì)量方法、取芯、肉眼判斷注漿固結(jié)質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度測定，堵水固結(jié)土體強(qiáng)度大于0.2Mpa。8.4止水墻注漿前后漏水涌水量測定對(duì)比。開挖后直觀檢測，洞內(nèi)掌子面漏水量<20t/h。8.5鉆孔時(shí)應(yīng)用測斜儀檢測鉆孔垂直度，淺孔精度控制在2°，深孔控制在1°，超標(biāo)時(shí)應(yīng)采取糾偏措施。PDF文件使用"pdfFactoryPro"試用版本創(chuàng)建9安全措施本工法除執(zhí)行鐵路隧道施工技術(shù)安全規(guī)則及地質(zhì)勘探鉆孔有關(guān)安全規(guī)則外，還應(yīng)注意以下各點(diǎn)。9.1本工法應(yīng)加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，現(xiàn)場配備弱酸（硼酸）、生理鹽水，防止?jié){液燒傷人員。9.2文明施工：各種機(jī)電機(jī)械應(yīng)安裝安全防護(hù)罩、電機(jī)防漏電、觸電，加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備維修與運(yùn)轉(zhuǎn)中的保養(yǎng)，確保機(jī)械完好性。施工區(qū)內(nèi)材料、設(shè)備堆放速整齊，施工場地禁止積水，清除場地稀泥，保證運(yùn)輸?shù)缆妨己脮惩ā?.3加強(qiáng)環(huán)保工作，對(duì)廢液、沖洗液妥善處理。9.4鉆注施工中，要加強(qiáng)集中統(tǒng)一指揮，集中精力，發(fā)生異常現(xiàn)象要組織全力及時(shí)進(jìn)行排除。10社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益本工法解決了隧道涌水整治的技術(shù)難題，該工藝簡單、操作方便、注漿材料價(jià)格便宜，與“以排為主”的施工方法相比，具有明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。10.1是“以堵為主”的防水重要手段。可防止地下水干涸，地表沉陷，防止地表生態(tài)平衡失調(diào)，防