TSS型注漿管注漿工法

1、tss型注漿管注漿工法鐵道部隧道工程局一、前言飽和動(dòng)態(tài)含水砂層是隧道與地下工程施工的一大難題，在該種地層中開挖隧道施工時(shí)極易發(fā)生涌水和涌砂等工程災(zāi)害。目前，在該種地層中施工隧道，通常采用明挖法、淺埋暗挖法、盾構(gòu)法或凍結(jié)法等施工方法。在采取淺埋暗挖法，利用注漿技術(shù)處理飽和動(dòng)態(tài)含水砂層時(shí)，可借鑒應(yīng)用的工法不多。鐵道部隧道工程局曾在廣州地鐵一號(hào)線楊箕體育西路區(qū)間隧道通過(guò)采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿（簡(jiǎn)稱mcs雙液漿）作為注漿材料；采用一次性鉆頭，跟管鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔；后退式分段注漿技術(shù)；洞內(nèi)長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿堵水方案，成功地解決了該區(qū)間長(zhǎng)111.8m飽和動(dòng)態(tài)含水砂層的注漿加固，保證了隧道的安全開挖，并研究出了

2、一套配套工法。鐵道部隧道工程局在上一工法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)工法中注漿孔成成孔較為困難這一弱點(diǎn)，進(jìn)一步進(jìn)行了深入研究，通過(guò)對(duì)注漿管材、布管工藝、注漿工藝的系統(tǒng)研究，研制了一種新型的tss型注漿管，研究了tss型注漿管的布設(shè)及注漿工藝，并經(jīng)過(guò)將其在深圳市過(guò)街道工程施工中現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，在不斷完善、發(fā)展和總結(jié)的基礎(chǔ)上，形成了本工法。該工法具有適用性和廣闊的應(yīng)用前景。二、工法特點(diǎn)（一）采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿作為注漿材料。（二）采用tss型注漿管作為注漿管材。tss型注漿管采用普通焊接鋼管加工制作，管材料源廣，加工容易。（三）利用頂管技術(shù)進(jìn)行注漿管布設(shè)，施工速度快，不會(huì)發(fā)生涌水、涌砂。（四）施工設(shè)備配套簡(jiǎn)單

3、、工藝易操作，施工成本較低。（五）采用淺埋暗法施工。 三、適用范圍本工法主要適用于飽和動(dòng)態(tài)含水砂層（砂層為中細(xì)砂、中砂、中粗砂、粗砂，砂層滲透系數(shù)范圍為102104cm/s）的鐵路、市政、公路、水工、電力等各種地下隧道工程的注漿加固堵水。其它地層根據(jù)要求可選用。四、工法原理及關(guān)鍵技術(shù)（一）tss型注漿管具有袖閥管的作用?；ü懿糠忠鐫{孔上覆蓋著貼片，這樣可以保證漿液通過(guò)溢漿孔進(jìn)入地層，而地層中的水和砂粒難以進(jìn)入注漿管材，從而達(dá)到注漿管的單向閥作用。（二）采用tss型注漿管，采取超細(xì)水泥水玻璃配雙液漿進(jìn)行注漿施工，漿液在砂層中主要形成均勻滲透擴(kuò)散，不易發(fā)生大量的劈裂、擠壓狀況，可以較好地均勻加固砂

4、層，形成完整的防水帷幕。(三)采用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬，采取頂管技術(shù)布設(shè)注漿管，避免了注漿管布設(shè)過(guò)程中砂粒的排出，較好地解決了在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中的成孔、布管工藝。（四）采用tss型注漿管的配套系列設(shè)備，可以滿足后退式分段注漿工藝，其注漿分段長(zhǎng)度短（一般取0.61.0m），可以有效地解決海陸交互相沖積飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中，中、粗、細(xì)砂交互出現(xiàn)，地質(zhì)多變等復(fù)雜條件下，注漿加固的均一性，提高其整體加固效果。（五）利用監(jiān)控量測(cè)技術(shù)，及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)，完善注漿參數(shù)，有效地控制地表隆起，保護(hù)環(huán)境。五、工藝流程tss型注漿管注漿施工工藝流程見(jiàn)圖1。（一）注漿管加工按設(shè)計(jì)圖紙加工tss型注漿管。（二）施工準(zhǔn)備1封閉工作

5、面做止?jié){墻：為防止注漿施工過(guò)程中工作面冒漿，每循環(huán)開挖后應(yīng)對(duì)工作面止?jié){巖墻進(jìn)行噴砼封閉，厚度不小于50cm。為適應(yīng)注漿孔位的定位方便，可將掌子面噴成平面。2機(jī)械設(shè)備維修及試運(yùn)轉(zhuǎn)：在注漿施工前和開挖施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)，使其保持良好的狀態(tài)。3施工材料準(zhǔn)備：施工材料包括tss型注漿管及其配套的孔內(nèi)注漿設(shè)備和注漿用的超細(xì)水泥、水玻璃、緩凝劑等注漿材料。施工前必須將材料運(yùn)至工作面附近，每次應(yīng)備足兩個(gè)小班的材料用量，且隨用隨補(bǔ)充。4搶險(xiǎn)材料的準(zhǔn)備；含水砂層開挖過(guò)程中，可能會(huì)發(fā)生突發(fā)性的涌水和涌砂現(xiàn)象，給施工及地面設(shè)施安全造成危害。因此，必須事先準(zhǔn)備好搶險(xiǎn)防涌材料，如棉紗、草袋、方

6、木等。好差施工準(zhǔn)備封閉工作面配制漿液tss型注漿管加工風(fēng)鉆引孔監(jiān)控量測(cè)，控制地表隆起值30mm風(fēng)鎬頂管后退式分段注漿補(bǔ)孔注漿超前小導(dǎo)管施工開挖支護(hù)注漿效果檢查評(píng)定圖1 tss型注漿管注漿施工工藝流程圖（三）注漿管布設(shè)1架設(shè)作業(yè)平臺(tái)；2按照設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诠ぷ髅嫔蠈⒆{管孔位用紅油漆標(biāo)出；3采用0.5m立桿按開孔位置相對(duì)座標(biāo)，采用相對(duì)距離定位技術(shù)進(jìn)行鉆桿定位，采用yt28風(fēng)鉆（或7655風(fēng)鉆），用1m鉆桿對(duì)砼封閉層進(jìn)行鉆穿引孔。4采用手持風(fēng)鎬，利用作業(yè)平臺(tái)，用沖擊套將注漿管頂入地層，注漿管外露1020cm。5注漿管布設(shè)后，采用棉紗+速凝水泥砂漿將注漿管周圍封填，以避免注漿施工中產(chǎn)生返漿。（四）注漿作業(yè)

7、1注漿參數(shù)注漿參數(shù)如表1所示。注漿參數(shù)表 表1參數(shù)名稱 參數(shù)值注漿加固范圍開挖輪廓線外拱部及邊墻23m，底板以下12m，掌子面砂層。注漿管長(zhǎng)46m根據(jù)需要進(jìn)行選擇止?jié){巖墻50cm噴射砼層+（1.52m）余留止?jié){墻凝膠時(shí)間3060s擴(kuò)散半徑0.50.8m終孔間距按式進(jìn)行計(jì)算確定。式中：指注漿終孔間距（m）；指漿液擴(kuò)散半徑（m）。注漿速度530l/min注漿段長(zhǎng)0.6m注漿終壓0.51.2mpa（地下管線影響地帶取低壓，其它取中、高壓）單段注漿量按式進(jìn)行計(jì)算確定。式中：指注漿量（m3）；指漿液擴(kuò)散半徑(m)；指注漿段長(zhǎng)（m）；指地層空隙率；指地層空隙充填率；指漿液損失率，一般取1030%。2配制漿

8、液（1）超細(xì)水泥漿的配制根據(jù)預(yù)配制水泥漿的體積，按水灰比和緩凝劑摻量計(jì)算出所需要的超細(xì)水泥、水和緩凝劑的用量。施工中宜采用水灰比為w:mc=1.5:13:1。根據(jù)用量，首先在容器中加入水和緩凝劑，強(qiáng)力攪拌，待緩凝劑充分溶解后，加入超細(xì)水泥，強(qiáng)力攪拌，混合均勻。（2）水玻璃漿的配制在濃水玻璃中加入水，邊加水邊攪拌，邊用玻美計(jì)測(cè)試其濃度，到達(dá)所需要的稀釋濃度為止。施工中宜采用水玻璃濃度為3040be。3注漿作業(yè)注漿管全部布設(shè)完成后，開始進(jìn)行注漿作業(yè)。采用tss型注漿管配套設(shè)備，采用雙液注漿泵，采取后退式分段注漿工藝進(jìn)行注漿作業(yè)。后退式分段注漿工藝：將帶有止?jié){塞的芯管和頂管連接后插入到注漿管相應(yīng)位置

9、，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管上的法蘭盤，使止?jié){塞膨脹，以達(dá)到止?jié){效果。連接注漿管路，采用雙液注漿泵向孔內(nèi)注漿，每次注漿段長(zhǎng)選擇為0.6m，即第一段注漿完成后，反時(shí)針旋轉(zhuǎn)芯管上的法蘭盤，使止?jié){塞恢復(fù)到原狀，將芯管后退0.6m，進(jìn)行第二段注漿，如此下去，直至將整個(gè)注漿段完成。后退式分段注漿要特別注意止?jié){塞的損壞程度，施工過(guò)程中若發(fā)現(xiàn)止?jié){塞存在問(wèn)題，應(yīng)立即更換，以免引起注漿管堵塞，造成芯管無(wú)法拔出，影響正常施工。（五）監(jiān)控量測(cè)采用精密水準(zhǔn)儀測(cè)試在注漿過(guò)程中地表的變形情況，控制注漿過(guò)程中地表的隆起變形。在注漿過(guò)程中，地表隆起限值為30mm，否則，應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，采取增加注漿管數(shù)量，縮短布管間距，以達(dá)到控制地表隆起

10、變形，確保工程施工安全，有效保護(hù)周圍環(huán)境。六、材料（一）注漿材料施工中主要采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿。超細(xì)水泥的粒徑選擇按j.c.king可灌性判式進(jìn)行。j.c.king可灌性判式如下： 或 式中：（通常?。┳{比； 、地層的粒徑累計(jì)曲線的15%，10%的 顆粒直徑； 、注漿材料的粒徑累計(jì)曲線的85%， 95%的顆粒直徑（通常采用注漿材料顆 粒的85%、95%粒徑作為注漿材料的“最 大代表粒徑”）。（二）注漿管材及其配套止?jié){系統(tǒng)施工中采用tss型注漿管及其配套止?jié){系統(tǒng)。tss型注漿管采用小口徑的焊接鋼管（加厚型）加工制作。其系列配套止?jié){系統(tǒng)由tsa頂桿、tsb注漿芯管、 tsc頂桿螺母、 tsd

11、止?jié){塞等四部分組成。它們應(yīng)和tss型注漿管相配套。七、機(jī)具設(shè)備主要機(jī)具設(shè)備見(jiàn)表2。注漿施工主要機(jī)具設(shè)備 表2項(xiàng)目名稱機(jī)械名稱型 號(hào)成孔設(shè)備風(fēng)鉆yt-28風(fēng)鎬普通型沖擊套自制注漿設(shè)備注漿泵hfv-5d或kby-50/70型等雙液注漿泵攪拌機(jī)qv-300/50輸漿設(shè)備高壓膠管dg25-pg16混合器t型抗震壓力表16mpa高壓球閥25八、勞動(dòng)組織根據(jù)工程數(shù)量要求，合理地安排勞動(dòng)力。在注漿施工中，施工人員要聽(tīng)從現(xiàn)場(chǎng)施工組的統(tǒng)一安排，服從指揮，各司其職，嚴(yán)格施工紀(jì)律。施工勞動(dòng)組織安排如表3所示。注漿施工勞動(dòng)組織 表3工 種人 數(shù)職 責(zé)一班三個(gè)班技術(shù)人員13負(fù)責(zé)全面注漿工作工班長(zhǎng)13協(xié)助技術(shù)人員工作，負(fù)

12、責(zé)勞動(dòng)力安排司泵13負(fù)責(zé)注漿泵的操作，記錄注漿參數(shù)鉆孔（制漿）39負(fù)責(zé)布設(shè)注漿管；注漿時(shí)配制漿液孔口位置26負(fù)責(zé)頂管工作；注漿過(guò)程中下注漿芯管，測(cè)試凝膠時(shí)間。輔助工13負(fù)責(zé)文明施工合計(jì)927九、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求1tss型注漿管應(yīng)符合加工及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求；2注漿孔孔位標(biāo)注誤差1cm；3鉆孔定位誤差1cm；4漿液凝膠時(shí)間應(yīng)在設(shè)計(jì)值范圍內(nèi)；5單孔單段注漿量不得少于設(shè)計(jì)注漿量的80%；6注漿壓力不得高于注漿終壓，注漿過(guò)程中當(dāng)各孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量時(shí)，注漿終壓應(yīng)接近設(shè)計(jì)終壓；7注漿過(guò)程中，地表隆起值30m m；8注漿結(jié)束后檢查孔鉆進(jìn)過(guò)程中排出的巖粉中應(yīng)有漿液的膠凝體，檢查孔鉆孔結(jié)束后，將鉆孔放置一段時(shí)

13、間，觀察檢查孔中應(yīng)沒(méi)有涌水、涌砂現(xiàn)象。9檢查孔注水試驗(yàn)，注漿后地層滲透系數(shù)應(yīng)10-4cm/s；10開挖過(guò)程中，對(duì)固砂體取樣進(jìn)行力學(xué)指標(biāo)測(cè)試，固砂體抗壓強(qiáng)度應(yīng)0.3mpa。十、安全措施注漿結(jié)束后，應(yīng)對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查評(píng)定，注漿效果未達(dá)到要求，不得進(jìn)行開挖施工。在施工過(guò)程中若出現(xiàn)局部涌水、涌砂應(yīng)立即封閉，補(bǔ)充注漿。注漿效果的檢查評(píng)定主要采取分析法、鉆檢查孔法和開挖面取樣測(cè)試等三種方法。分析法包括注漿過(guò)程中的pqt曲線分析、群孔注漿漿液填充率的反算分析；鉆檢查孔法包括檢查孔的觀察和檢查孔注水試驗(yàn)；開挖面取樣測(cè)試主要是對(duì)開挖面砂樣固結(jié)體力學(xué)指標(biāo)測(cè)試。十一、效益分析1tss型注漿管加工、布設(shè)工藝簡(jiǎn)單，同

14、洞內(nèi)長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿工藝（廣州地鐵楊體區(qū)間采用）相比，施工進(jìn)度可提高50%。2同盾構(gòu)法相比，采取tss型注漿管注漿工藝施工飽和動(dòng)態(tài)含水砂層，可以減少對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)，施工成本降低60以上。十二、工程實(shí)例深圳市向西路人行地道工程位于深圳市深南東路與向西路丁字路口，工程由主通道和四個(gè)梯道組成。主通道穿越深圳市交通最為繁忙的深南大道。該路段區(qū)域地面交通繁忙，地下管線較多。主通道采取“淺埋暗挖法”施工。主通道設(shè)計(jì)凈寬6.0m，凈高2.5m，長(zhǎng)49.34m。梯道凈寬3.6m，凈高2.5m，梯道總長(zhǎng)130.4m。主通道最大覆土厚約5.3m，最小覆土厚約4.3m。通道中部設(shè)水泵房，南2#梯道平段設(shè)配電房，

15、通道采用割圓拱形斷面。該工程豎井及梯道通過(guò)人工填土層、埋藏植物層（qpd）、第四紀(jì)沖積層（qa1+p1）；主通道穿越地層為第四紀(jì)沖積層，其中南口開挖斷面內(nèi)拱部及墻身為淤泥粉質(zhì)粘土層和粉質(zhì)粘土層，底板為中、粗砂層；北口開挖斷面內(nèi)為中、粗、細(xì)砂層。工程所在地區(qū)地下水屬孔隙型潛水類型，稍具承壓。主要賦存于第四紀(jì)沖洪積砂層中，水量豐富。地下水與深圳河有水力聯(lián)系，水位隨季節(jié)變化較大，穩(wěn)定水位為02.6m，標(biāo)高為2.292.97m。通道位于地下水位以下，開挖最大水頭差為7.2m。該工程施工難度大，原設(shè)計(jì)采用“洞內(nèi)水平長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿技術(shù)”處理飽和動(dòng)態(tài)含水砂層。隧道工程局科研所針對(duì)該工程的具體工程及水文地質(zhì)

16、條件，結(jié)合開挖斷面大小和工程的施工方法，認(rèn)為“洞內(nèi)水平長(zhǎng)短管相結(jié)合注漿技術(shù)”不適宜于該工程，提出了采用“tss型注漿管注漿技術(shù)”處理該工程飽和動(dòng)態(tài)含水砂層。（一）注漿材料 注漿材料采用超細(xì)水泥水玻璃雙液漿。配比：w:mc=(1.52):1，mc:s=1:1，水玻璃濃度35be。（二）注漿參數(shù)注漿參數(shù)見(jiàn)表4。注漿參數(shù)表 表4注漿參數(shù)tss型注漿管注漿工藝注漿加固范圍開挖輪廓線外周邊2m，底板以下1m，掌子面砂層。注漿管長(zhǎng)5m、6m兩種止?jié){巖墻50cm噴射砼層+（1.52m）余留止?jié){墻凝膠時(shí)間3060s擴(kuò)散半徑0.50.8m注漿速度530l/min注漿段長(zhǎng)0.6m注漿終壓0.51.2mpa單段注漿

17、量0.10.3 m3（三）注漿設(shè)計(jì)根據(jù)地層的注漿加固范圍要求，地層中的地下水流向，砂層分布狀況，以及漿液在地層中的擴(kuò)散能力進(jìn)行注漿設(shè)計(jì)。豎井注漿采取tss型注漿管垂直注漿技術(shù)（以北側(cè)豎井砂層第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)為例如圖2所示）。主通道注漿采取tss型注漿管水平注漿技術(shù)（以主通道北側(cè)第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)為例如圖3所示）。注漿孔終孔交圈圖 注漿孔開孔孔位圖 a-a斷面縱剖面圖 b-b斷面縱剖面圖圖2 北側(cè)豎井砂層第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)圖 注漿孔終孔交圈圖 注漿孔開孔圖圖3 主通道北側(cè)第一循環(huán)注漿設(shè)計(jì)圖（四）、注漿施工1注漿管布設(shè)：采用手持風(fēng)鎬，利用作業(yè)平臺(tái)，用沖擊套將注漿管頂入地層。2注漿作業(yè)：注漿管全部布設(shè)完

18、畢后，開始進(jìn)行后退式分段注漿工藝。3注漿順序：注漿宜按約束開放型注漿順序進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，其注漿順序原則如下：首先將群孔的三周進(jìn)行注漿，從而達(dá)到約束的目的，以防止?jié){液過(guò)遠(yuǎn)擴(kuò)散；然后采取開放型注漿，由一側(cè)向另一側(cè)平行推進(jìn)，以達(dá)到排水的目的。（五）注漿效果檢查注漿結(jié)束后，必須進(jìn)行注漿效果檢查。其方法主要采取以下三種方法。1分析法（1）注漿過(guò)程中p-q-t曲線通過(guò)對(duì)鉆孔、注漿記錄進(jìn)行整理，分析每個(gè)孔段的注漿壓力和注漿速度，以及串漿情況，找出可能出現(xiàn)的薄弱部位。 pt曲線 qt曲線圖4 注漿pqt曲線結(jié)合注漿施工采用的機(jī)械特點(diǎn)，從注漿作業(yè)情況來(lái)看，在注漿過(guò)程中，注漿壓力一般都能達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓，同時(shí)，注

19、漿速度在逐漸減小，這說(shuō)明漿液的擴(kuò)散充填能夠滿足設(shè)計(jì)的擴(kuò)散范圍，具有一定的滲透填充、擠壓密實(shí)效果，地層的注漿質(zhì)量是高的。在現(xiàn)場(chǎng)注漿施工中，注漿壓力p，注漿流量q，同注漿時(shí)間t的關(guān)系曲線如圖4所示。 由曲線可以看出，開始時(shí)，注漿施工采取低壓力灌注，注漿壓力控制為0.50.7mpa，隨著注漿的進(jìn)行，漿液有效地填充了砂層的空隙，為了使?jié){液繼續(xù)注進(jìn)砂層，注漿泵壓力自行逐漸提高，為保護(hù)地下管線的安全，防止?jié){液在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層中產(chǎn)生劈裂，我們采取注漿終壓為11.2mpa。在注漿過(guò)程中，通過(guò)調(diào)整注漿孔布距、注漿初始?jí)毫Α⒆{流量，從而達(dá)到在注漿量滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，注漿終壓也基本為設(shè)計(jì)終壓11.2mpa。根據(jù)kby注漿泵的性能特點(diǎn)，在注漿開始時(shí)，我們采用較大的注漿流量即2030l/min進(jìn)行注漿，隨著注漿工作的進(jìn)行，注漿泵無(wú)極調(diào)速，注漿流量逐漸減小，最后注漿流量減小為510l/min，這充分證明了在注漿過(guò)程中，注漿材料有效地填充了砂層的空隙，達(dá)到了注漿固砂堵水的目的。（2）漿液填充率反算注漿結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)注漿量q，計(jì)算漿液在飽和動(dòng)態(tài)含水砂層的填充率k，k=33.6%，k（30%