1、1 小导管超前注浆施工工法 (TLEJGF-92-26) 铁道部第十六工程局 前言 隧道与地下工程小导管超前注浆，是在地基处理灌浆法基础上发展起来的一项围岩加 固止水新技术，它同时具有超前支护作用，是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖 辅助措施。我局开发应用这项技术，多次通过隧道大塌方及软弱围岩地段。在西单地铁车站 施工中，不仅采用小导管注浆超前支护技术开挖“眼镜” ，而且还配合大管棚加固土体，成 功地完成大跨度洞室的开挖，并在控制地表下沉中发挥了重要作用。经过多年的实践、总结， 这项技术日臻完善，形成了本工法。 此项成果于 1988 年获中国铁道建筑总公司科技成果二等奖。 一、基本原理
2、 本工法的基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打(钻、压)入地层中，借助注 浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透、扩散到地层孔隙或裂隙中，以改善土体物理力学性能， 这样既可止水又可在工作面周围形成一个承载壳地层自承拱，同时管体又可起到超前锚 杆的作用，从而达到增加土体的自稳时间，提高开挖面地层自稳能力，限制地层松弛变形的 目的。 小导管超前注浆固结机理主要可归纳为以下两方面： 1.渗入性注浆。对于具有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩，在注浆压力作用下， 浆液克服各种阻力，渗入围岩的孔隙或裂隙中，达到固结地层的目的。 2.劈裂、压密注浆。对于致密的土质地层，在较高的浆液压力作用下，裂隙被挤开，
3、使浆液得以渗入，达到压密岩体的目的。 二、工法特点 1.形成了管棚与固结联合的超前支护体系，提高岩体自身的稳定性，抑制围岩松弛变 形，增强了施工的安全性。 2.加固效果好，注浆质量易于控制。 3.采用超前支护手段，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。 4.采用常用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简便，一般工人都可掌握。 三、适用范围 本工法适用于风化很严重，节理很发育和碎石土、砾石土、砂、泥等各种软弱围岩条 件下的隧道及地下工程地层加固，也可用于处理坍方体。 四、施工设计程序与参数 2 (一)设计程序(按图 1 实施) (二)设计参数 1.小导管管径可选用 2532 有缝钢管
4、，钢管长度采用 3.56.0m。 2.钢管应沿隧道开挖轮廓线布置向外倾斜，外插角 一般为 510，处理坍体时可 适当加大。 3.注浆压力应根据地层致密程度决定，一般为 0.51.0MPa，劈裂注浆可适当加大，应 小于等于覆盖压力，即 Prh，对于松散体和坍方段一般 P1MPa。 式中 r土体容重引起的压力； h覆盖层厚度。 4.纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度 b 一般不宜小于 1.0m(见图 2)。 5.横向小导管沿开挖轮廓布置如图 3。类围岩劈裂、压密注浆时采用单排管；类围 岩或处理坍方时可采用双排管；泥石流或其他地下水丰富的松软层可采用双排以上的多排管； 渗入性注浆宜采用单排管；
5、大断面或注浆效果差时可采用双排管。 渗入性注浆导管环向间距 a 应通过试验确定，但不得超过 0.4m，无试验条件时，视地 质条件按 0.20.4m 选用。注浆试验主要目的是选定注浆压力 P、注浆半径 r 及注浆量。在 选定注浆半径 r 后 ，可按两圆相交形成厚度(见图 4)等于 30cm 确定孔距 a。 一般要求 a40cm,故按图 4 可求得 r25cm。试验时注浆压力应在允许范围内，按注 浆半径 r25cm 选用较为经济合理。 3 确定注浆半径 r 后，按上公式计算孔距。渗入性注浆选用双排管时，排距 e=(r+b/2)时， 两排孔正好紧密搭接，是一种最优的设计。 劈裂、压密注浆孔距 a 及
6、排距 e 视地质条件选用，一般 a=0.30.5m,e=0.20.3m。 6.注浆浆液应优先选用水泥浆液，当地下水丰富或有淤泥流砂时，可采用水泥水玻 璃双液浆。化学浆液成本高，有的有一定毒性，对环保不利，使用时要慎重。 五、施工工艺 (一)工艺程序 工艺程序如图 5 所示。 双排管或双排以上多排管布置时，为避免串浆，可分层施工，即先打一排管，注完浆 后再打下一排管。 (二)施工准备 1.熟悉设计图纸。 2.调查分析土质情况，按可灌比或渗透系数确定注浆类型。 3.渗入性注浆要通过试验确定注浆半径、注浆压力、单管注浆量，选取导管间距。 4.加工导管(如图 6)，准备施工器材。 5.准备施工队伍，培
7、训施工人员。 (三)钻孔、打小导管 1.测量放样，在设计孔位上作标记。 2.用钻孔台车或手持风钻钻孔后，将小导管沿孔打入；如地层松软也可用游锤或钻孔 台车或手持风钻直接将小导管打入。 3.对砂土类，可用 20 钢管制作吹风管，将吹风管缓缓插入土中用高压风射孔，成孔 后将小导管插入。 4 (四)注浆 1.单液注浆 注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲清管内积物，然 后再注浆。注浆顺序由下向上，浆液可用拌合机搅拌，亦可用人工搅拌。图 7 为小导管单液 注浆示意图。 水泥浆水灰比为 1.51、11、0.81 三个等级，浆液由稀到浓逐级变换，即先注稀 浆，然后逐步变浓直到 0.
8、81 为止。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆宜用普通水泥或早强 水泥，拌浆时可掺入减水剂。 渗入性注浆按试验所确定的压力及注浆量施工，无试验条件时按注浆半径 20cm，由大 向小调整，选定压力及注浆量。 劈裂、压密注浆按有效固结厚度大于 40cm，在施工中由大到小，逐步选取最佳注浆压 力及注浆量。注浆宜选用压力 4.0MPa 以上的高压注浆泵。当采用额定注浆压力为 1.5MPa 的 UB-3 型灰浆泵时，压力达到 1.5MPa 后，将注浆泵停下，等待几分钟后，若压力降到 0.6MPa 以下，再继续注浆，这样反复几次直到压力不能下降为止。 注完浆的钢管要立即堵塞孔口，防止浆液外流。 2.水泥水玻璃双
9、液注浆 在地下水丰富或有淤泥、流砂等复杂地质条件下，宜选用水泥水玻璃双液注浆，注 浆时将两种不同的浆液分放在两个容器内，使用双液注浆泵或两台注浆泵按配合比分别吸入 两种浆液，两种浆液在混合器混合后注入注浆管，图 8 为水泥水玻璃双液注浆工艺示意图。 注水泥水玻璃双液浆时，水泥浆水灰比为 1.2510.51；水玻璃模数以 2.42.8 为宜，水玻璃浓度使用范围为 3045 波美度，水泥、水玻璃浆体积比为 1110.3，初凝 时间可用不同配合比和少量磷酸氢二钠来控制。表 1 为 425 号硅酸盐水泥、45 波美度的水 玻璃浆、水泥浆水灰比 0.51、水泥浆与水玻璃 11 时，不同掺量的磷酸氢二钠对
10、初凝时 间的影响。 5 (五)注浆异常现象的处理 1.在注浆过程中，经常发生浆液从其他孔流出的现象，这种现象称为串浆。发生串浆 时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆 时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗(拔塞后外流浆的 注浆管不必进行此工序)，然后再注浆。 2.单液注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵塞，应停机检查。当堵管时，要敲打或 滚动以疏通注浆管，无法疏通时要补管。 3.水泥水玻璃双液注浆压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水， 待泵压正常时，再进行双液注浆。 4.水泥浆单液或水泥水玻璃双液注浆进浆量很大，
11、压力长时间不升高，则应调整浆 液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有 相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。 六、机具设备 1.主要机具设备配备见表 2。 2.常用注浆机及性能 6 常用注浆机按动力分为风动及电动两种；按功能分为单液及双液两类。常用注浆泵型 号及性能见表 3。 常用注浆机械性能 表 3 3.注浆嘴 注浆嘴钢管外径应略小于小导管内径，常见注浆嘴如图 9 所示。 4.混合器 双液法注浆时，两种浆液进入混合器混合后，再通过注浆嘴迅速流入小导管压进地层。 混合器系工地自制，是一种联接两根进浆管与出浆管的三通管路并与阀门配套
12、的设备(见图 8)。 七、劳力组织 1.加工组：37 人，分工制作小导管及临时支护材料。 2.电工及机械司机：35 人，分管空压机、注浆泵、搅拌机等。 3.打管工班：69 人，负责钻孔、打管。 4.注浆工班：6 人，分工注浆及封闭开挖面工作。 八、质量标准及安全措施 (一)质量标准 1.导管应在开挖轮廓线上按设计位置及角度打入。渗入性注浆施工时，孔位误差不得 7 大于 5cm；角度误差不得大于 2；劈裂、压密注浆施工时，孔位误差不得大于 10cm，角度 误差不得大于 3(角度用地质罗盘仪检查)。超过允许误差时，应在距离偏大的孔间补管、 注浆。 2.钢管实际打入长度不得短于平均每根实际打入长度
13、30cm，否则，开挖 1.0m 后补管、 注浆。 3.检查钻孔、打管质量时，应画出草图，对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记 录。 4.渗入性注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的 80%，劈裂、压密注浆单孔浆量不 得少于平均每孔注浆量的 60%，超过偏差必须补管、注浆。 5.注浆过程中，要逐管填写记录，标明注浆压力、注浆量、发生情况及处理过程。 6.固结效果检查宜在搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管，要认真 填写检查记录。渗入性注浆通过钻孔检查厚度，小于 30cm 时，应补管、注浆、劈裂、压密 注浆 采用小橇棍或小锤轻轻敲打钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试，检查注
14、浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管、注浆。 7.开挖过程中，要随时观察注浆效果，分析测量数据，发现问题后必须停工处理。 (二)机具设备安全事项 注浆前应严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力爆破伤人。 九、经济效益 1.用小导管注浆法处理双线铁路隧道大塌方，平均每米材料费 2443.56 元、工费 591.92 元，与传统的插板法相比，可节约材料费 117.5 元、工费 64.5 元，工序简单，安全 可靠，施工速度快。 2.同盾构法，明挖法相比，用小导管注浆法为辅助措施的暗挖施工方法开挖城市地下 铁道，具有速度快、成本低的优点，我局采用小导管注浆配合“双眼镜法”开挖浅埋地铁车 站，取
15、得成功，充分显示了这一优点。 十、工程实例 1.1986 年 7 月处理大秦线栗家湾二号隧道进口大塌方 15m，塌体中混有粘土，可灌性 差，采用 32 钢管，管长 4.0m，注水泥浆。 2.1986 年 11 月处理大秦线大团尖隧道出口塌方 37m，塌体中粘土含量约占 30%，可灌 性很差，采用 32 钢管，管长 6m，注水泥浆。 3.1986 年 11 月处理大秦线栗家湾二号隧道出口大坍方 20m，通过软弱围岩 20m。坍体 为碎石土，软弱围岩为风化很严重的白云岩与页岩互层，地下水丰富，采用 32 钢管，管 长 46m，注水泥浆。 4.1987 年 3 月处理大秦线大团尖隧道出口大塌方 15
16、m。塌体中粘土含量约占 30%，可灌 性很差，大部分采用 32 钢管，管长 3.56.0m，小部分采用 25 钢管，管长 3.5m，注水 泥浆。 5.1989 年至今，西单地铁车站浅埋暗挖，配合“双眼镜法”施工，穿过地层为砂类土， 粘性大，地质条件极复杂，采用 32 钢管，管长 3.56.0m，注化学浆。 6.1988 年 12 月1989 年 6 月，采用洞内小导管注浆配合洞顶地表注浆，处理福建福马 公路 1 号隧道塌方 10m，软弱围岩 25m，2 号隧道坍方 30m，软弱围岩 25m。1 号隧道坍体为 流砂、孤石，2 号隧道坍体为流塑状淤泥，软弱围岩为亚粘土和轻亚粘土，采用 32 钢管， 管长 3.54.5m。一般地段注单液水泥浆，涌水量大的地段注水泥水玻璃双液浆。 执笔： 杨长顺 胡家发 1 (返回上一级)
