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袖阀管注浆在浅埋隧道地表注浆中的应用.doc

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袖阀管注浆 隧道 地表 中的 应用
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1袖阀管注浆在浅埋隧道地表注浆中的应用中铁十七局集团第一工程有限公司 焦海明摘要 注浆技术是地层加固的重要技术之一。岭根隧道施工条件较为复杂:发育有 1 条节理密集带、1 条断层破碎带和 4 条岩性接触带,局部断层或接触带内胶结较差,导水性及富水性好,极易引起涌水等地质灾害。结合岭根隧道浅埋段注浆加固工程,介绍了袖阀管注浆工艺在浅埋隧道地表注浆中的应用。关键词 隧道 浅埋段 注浆加固 袖阀管1前言浅埋隧道由于其埋深较浅,隧道围岩多风化破碎、围岩受力复杂、偏压普遍存在,致使围岩和支护结构应力分布和变形情况复杂,尤其是在埋深浅地层富水地段,浅埋隧道施工过程中围岩应力分布,以及衬砌受力变形状况更加复杂,增加了隧道施工变形和稳定控制的难度,稍有不慎,就会造成塌方等安全事故发生。岭根隧道 DK714+000~DK714+050 段为Ⅴ级围岩,隧道埋深较小,而且地表发育一条自然水沟,为岭根水库的注水水沟,常年流水。由于隧道埋深浅,施工时易引起地面塌陷,对周边环境的影响大,因此对开挖、支护、衬砌、排水等方法提出较高要求。在施工前必须对浅埋段DK714+000~DK714+050 进行地表注浆,以保证开挖的安全,防止出现隧道坍塌现象。地表注浆有多种工艺,其中袖阀管注浆作为一种成熟、先进的注浆工艺,被广泛地应用于基坑帷幕、地基及坝区加固等工程之中,拥有极为广阔的应用前景。袖阀管注浆是将袖阀式注浆管通过钻孔下入地层,采用分段注浆工艺,使浆液在压力条件下,较均匀地进入地层,以达到浆液在地层中分段可控、均匀扩散的目的。2工程概况岭根隧道位于福建省南平市延平区,隧道全长 5235m。隧道为单洞双线隧道,其中DK714+000~DK714+050 段最小埋深约为 5.2 米,采用矿山法暗挖施工和复合式衬砌。该段受地表岭根水库影响,地质情况非常复杂。表层为第四系冲洪积粉质黏土夹卵石,软塑;下为中元古界迪口组云母石英片岩和燕山晚期第一次侵入石英闪长岩侵入接触带,节理裂隙发育,岩体破碎;地下水主要为基岩裂隙水,预测最大涌水量为 5309m³/d,为强富水区。3 袖阀管注浆原理袖阀管注浆工法是浆液经过注浆泵加压后,通过连通管进入注浆管,聚集到袖阀管注浆管段,2然后通过钻有直径为 6mm 的泄浆孔的 PVC 管,在内压力的作用下,将包裹在 PVC 外的橡胶圈涨开和套壳料挤碎,当压力逐渐增大到一定程度,被加压的浆液就会沿着地层结构产生充填、渗透、压密、劈裂流动,此时由于供浆量小于进入量,压力会自动回复到平衡状态,续后的浆液在压力作用下,使得劈裂裂缝不断向外延伸,浆液在土体中形成固结体,从而达到增加地层强度,降低地层渗透性的目的,逐次提升或降低注浆内管即可实现分段注浆。橡胶圈的作用是当孔内加压注浆时橡胶圈涨开,浆液从泄浆孔进入地层,停止注浆时橡胶圈在袖阀管外部浆液的作用下封闭泄浆孔,阻止泥土和地下水逆向进入袖阀管内。袖阀管注浆原理见图1。图 1 袖阀管注浆原理示意图套壳料的作用是在袖阀管周围形成具有一定强度的保护层,注浆时浆液在袖阀管有空的部位挤碎套壳料,而上部和下部套壳料还具有一定强度,可以阻止浆液的上下流动。这样浆液就只在很小的范围横向流动,以增加地层加固的半径。而双塞管的作用是增压,当浆液通过注浆内管进入双塞管后,浆液从内管上的 4cm 长的出浆孔流出。当浆液进入袖阀管和双塞管中间时,在压力作用下,橡皮帽被顶起,随着浆液的聚集,压力达到一定程度后,袖阀管外侧的橡胶圈被涨开,套壳料被挤碎,从而浆液被挤压到地层中。袖阀管注浆需分段进行,每段注浆应一次完成。3 袖阀管设计参数为保证洞身浅埋段施工安全,在暗洞施工前,首先对 DK714+000~DK714+050 段进行地表注浆加固,以改善洞身浅埋段围岩物理力学性能。加固宽度为隧道左右边墙外 5m,即宽为 24.86m。加固深度分两种情况:(1)隧道中线左侧隧道外加固至弱风化层以前不小于 1m;(2)其他范围加固至强风化层以前不小于 1m。注浆采用袖阀管分段后退式注浆。地表设置 20cm 厚 C20 混凝土止浆盘,在止浆盘中间设置 Φ8 钢筋网,止浆盘上部铺砌 30cm 厚的 C25 砼。3地表注浆孔距为 2m×2m;注浆材料为水泥浆液,水灰比 0.8:1~1:1;注浆压力为 0.5~2Mpa;浆液扩散半径为 1.5m~2m;注浆开孔直径不小于 90mm,终孔直径不小于 70mm,袖阀管采用 Φ60PVC塑料管,袖阀管全长设置。4 袖阀管施工袖阀管注浆法主要施工流程如图 2 所示,包括放样定位和钻孔、置换套壳料、插入袖阀管、注浆等。场地平整放样定位施工止浆盘钻机就位、对中钻孔、控制垂直度成孔下套壳料安设袖阀管套壳料养护配制浆液注浆拔管、封孔图 2 袖阀管注浆法主要施工流程4.1 放样地位和钻孔首先场地进行粗平,用全站仪确定注浆范围的四个角点位置,施作止浆盘。然后采用拉线和卷尺量测的方法定出钻孔孔位。注浆孔距为 2m,为检查注浆效果及减少空间的相互影响,现场施工时采用间隔注浆的办法,隔一孔注一孔。先注外侧一圈,注浆完成后,再实施内圈钻孔注浆。钻机就位后,应使其平整稳固,在开钻前利用吊锤对钻头和钻孔的垂直度进行检测,并在钻进2m 时及以后每加一节钻杆均需对钻机调平校正,要求钻孔的倾斜度≤1%。在钻进过程中,一般采用合金钻头,当遇到岩石时,采用金刚钻头。为防止钻孔的塌孔,采用泥浆护壁。护壁泥浆比重为1.05-1.12.为保证钻孔质量,应注意:(1)在钻孔时,应保证转速均匀;(2)在换钻杆时,钻杆提升和放下应保持垂直,以免扩孔。4.2 置换套壳料成孔后立即通过钻杆将套壳料置换孔内泥浆,方法是将通过循环泥浆的管接到挤压式注浆机上,在注浆压力的作用下,通过钻杆将孔内泥浆置换成套壳料。套壳料在压力作用下,通过钻杆进入钻4孔底部,随着套壳料的进入,泥浆从地面孔口置换出来,发现排出的泥浆中含有套壳料时,停止置换。套壳料配比为(重量比)水泥(P.O32.5):膨胀土:水=1:1.5:2,试验室对试块进行了抗压强度试验,测得试块三天平均抗压强度为 0.4Mpa,符合规范要求。4.3插入袖阀管在套壳料置换结束后立即插入袖阀管。由于每节袖阀管的长度为 4m,在插入时相邻两节袖阀管用长度为 20cm 的 PVC 套管连接,采用 U-PVC 胶合剂将袖阀管和连接套管粘牢。第一节袖阀管安装好堵头,再对管中注入清水,目的是 袖阀管的弯曲度。下方时尽量保证袖阀管的中心和钻孔中心重合。袖阀管露出地面 20cm,再用套头套牢,防止杂物进入管内。4.4注浆套壳料养护 5-7d,强度达到 0.3-0.5Mpa 后,将注浆内管与双塞管连接好一起放至袖阀管底部,由下往上逐段注浆,并严格控制注浆效果。现场实际地质为粉质粘土,根据试验室试配试验,采用注浆材料为水泥浆液,水灰比为 1:1,根据计算每延米注浆孔注浆量大约为 0.77m³。现场注浆工艺:(1)注浆内管和双塞管连接好放到袖阀管底部;(2)注浆内管顶部和液压法注浆泵的出浆端连接,中间接有压力表;(3)通过搅拌配置水泥浆,把配置好的水泥浆与注浆机进浆口连接;(4)开启液压注浆泵进行注浆,注浆开始压力 0.5Mpa,逐渐加压至终压 2.0Mpa 并继续注浆 10min 以上。4.5 注浆效果检查(1)对注浆过程中 P-Q-t 曲线进行分析,要求达到设计终压,注浆速度小于 5L/min,并且 P-t 曲线呈上升趋势,Q-t 曲线呈下降趋势。(2)抽样钻探检验注浆质量,检查孔应根据现场情况随机抽取,但必须重新成孔,不可利用既有注浆孔,检查孔抽查率按总注浆孔的 5%抽取,检查孔取芯率达到 80%,浆液填充系数必须达到80%以上,对检查孔进行注浆,压力应很快上升,且进浆量很小。5 结论岭根 DK714+000~DK714+050 段处于浅埋、围岩自稳能力差地段。给暗洞开挖带来了极大的施工难度及安全隐患。通过采用袖阀管法对地表进行注浆加固处理,增强了隧道洞身范围围岩的自稳能力,减小了开挖过程中围岩发生垮塌的危险,成功地解决了浅埋、软弱围岩中隧道矿山法施工容易发生塌方的难题。5袖阀管注浆的最大优点是可以分段、定量和间歇注浆,能较好地控制注浆范围和注浆压力,可进行重复注浆,且发生冒浆与窜浆的可能性很小,袖阀管对改善地层条件和增强围岩的稳定是一种较有效的方法,对粉质黏土、粉砂质泥岩、粉砂岩、砾岩和破碎岩体有着广泛的适应性。参考文献1 中华人民共和国交通部.JTJ013—95 公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社,1996.2 中华人民共和国交通部.TJ033—95 公路路基施工技术规范[s].北京:人民交通出版社.1996.
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