注漿公式[學(xué)習(xí)建筑]

1、淺談對(duì)隧道超前小導(dǎo)管注漿的質(zhì)量管理和計(jì)量控制 發(fā)布日期：2007/02/07 來(lái)源：傅 偉 何敏芳摘要：隧道超前小導(dǎo)管加鋼支撐輔助開(kāi)挖的施工工藝特別適用于自穩(wěn)時(shí)間較短的砂層、砂卵（礫）石層、小斷層帶、軟弱圍巖帶、淺埋地段、地下水較多的較弱破碎圍巖地段。本文就超前小導(dǎo)管注漿工藝中的質(zhì)量管理和計(jì)量控制方面的問(wèn)題進(jìn)行探討，供各位同行參考。關(guān)鍵詞：隧道；超前小導(dǎo)管注漿；質(zhì)量管理；計(jì)量控制超前小導(dǎo)管注漿加鋼支撐是隧道工程輔助開(kāi)挖的一種施工工藝，簡(jiǎn)稱(chēng)小管棚施工工藝。該工藝特別適用于自穩(wěn)時(shí)間較短的砂層、砂卵（礫）石層、小斷層帶、軟弱圍巖帶、淺埋地段、地下水較多的較弱破碎圍巖地段。小管棚施工工藝相對(duì)于大管棚施

2、工工藝比較，具有相對(duì)簡(jiǎn)單便捷、經(jīng)濟(jì)實(shí)效。一般隧道進(jìn)、出口端往往屬于地質(zhì)圍巖類(lèi)別低、自穩(wěn)性差、開(kāi)挖面滲水多的情況，因此超前小導(dǎo)管加鋼支撐輔助開(kāi)挖的進(jìn)洞施工工藝被普遍采用。但在實(shí)踐施工中普遍存在對(duì)小導(dǎo)管注漿的作用認(rèn)識(shí)不清、對(duì)其工藝流程中的操作把關(guān)不嚴(yán)、對(duì)注漿量的控制不當(dāng)?shù)惹闆r，造成實(shí)際注漿止水效果不明顯、圍巖固結(jié)不佳、計(jì)量注漿量遠(yuǎn)大于實(shí)際注漿量等問(wèn)題?，F(xiàn)將本人在工程施工中積累的部分經(jīng)驗(yàn)和推導(dǎo)出來(lái)的公式供大家探討。一、小導(dǎo)管注漿的分類(lèi)根據(jù)不同的注漿目的注漿材料一般分為二類(lèi)：第一類(lèi)為注水泥砂漿，其主要作用為增強(qiáng)導(dǎo)管的剛度，如浙江17省道十八跳隧道；第二類(lèi)為注水泥漿或水泥水玻璃雙液漿等化學(xué)漿液，其主要作

3、用為：（1）通過(guò)漿液的化學(xué)作用，將坑道周?chē)鷩姖{區(qū)的松散巖體在短時(shí)間凝固并達(dá)到一定自穩(wěn)力，為掘進(jìn)時(shí)的施工安全提供保障；（2）漿液進(jìn)入巖（土）體的空隙凝結(jié)固化后起防水作用。水泥水玻璃雙液漿的固結(jié)時(shí)間一般為4小時(shí)左右，單液水泥漿的固結(jié)時(shí)間一般為8小時(shí)左右。在甬金高速公路白峰嶺隧道金華端施工中，右洞為水泥水玻璃雙液注漿，左洞為水泥漿單液注漿，在地質(zhì)條件、施工操作工藝基本相同的情況下證明：雙液注漿的止水效果明顯優(yōu)于單液注漿。本文就水泥水玻璃雙液注漿的施工工藝予以重點(diǎn)探討。二、漿液的特性雙液漿的特性主要反映在漿液粘度、顆粒度和凝膠時(shí)間長(zhǎng)短。采用的水泥漿的水灰比一般應(yīng)小于等于1：1，水泥漿與水玻璃的體積比一

4、般在1：0.31：1，在此范圍內(nèi)隨著水玻璃用量減少，其凝固時(shí)間縮短。如需要縮短時(shí)間，在注漿中加食鹽或三乙醇胺速凝劑。當(dāng)水泥漿與水玻璃的體積比在1：0.41：0.6范圍時(shí)，漿液使石體抗壓強(qiáng)度最高。一般水玻璃濃度在3050Be（波美度）之間，濃度越高漿液使石體抗壓強(qiáng)度越高。我們實(shí)際在工程中采用雙液漿為1：1的水泥漿（重量比）和35Be的水玻璃，前者與后者的體積比為1：0.5，水玻璃的比重理論推算為145/（145-35Be）=1.318T/m3，1：1泥漿的實(shí)際試驗(yàn)比重為1.512T/ m3，該雙液漿初凝時(shí)間為4分鐘，終凝時(shí)間為70分鐘。三、超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)42mm無(wú)縫鋼管長(zhǎng)47m，管壁每隔20

5、cm梅花形交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑68mm，風(fēng)鉆鑿巖時(shí)的鉆孔直徑較管徑大2cm。小導(dǎo)管頂端為尖錐型以利導(dǎo)管打入巖壁鉆孔內(nèi)，小導(dǎo)管打入巖體后尾端剩5-10cm，加焊已接有止回閥（如自來(lái)水開(kāi)關(guān)）的短鋼管。一般布置在隧道拱頂120范圍內(nèi)，環(huán)向間距3050cm，外插角為1030。四、注漿壓力注漿壓力是促使?jié){液在巖（土）層裂隙中流動(dòng)擴(kuò)散的一種動(dòng)力，必須有足夠的注漿壓力來(lái)克服巖（土）內(nèi)天然水頭壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分?jǐn)U散填充，達(dá)到加固堵水的作用。因此，在漿液的粘稠度固定的情況，注漿壓力直接與巖（土）層的裂隙寬度和粗糙度、裂隙發(fā)育程度、裂隙水頭壓力有關(guān)。壓力過(guò)高亦會(huì)劈裂巖（土）體，因此注漿壓力一般控制在0

6、.51.0Mpa。五、工藝流程六、施工控制注意事項(xiàng)（1）注漿前應(yīng)對(duì)開(kāi)挖面層及附近5m范圍內(nèi)的坑道噴射厚度為510cm的噴射砼或模筑砼封閉作為止?jié){層。待止?jié){層有一定強(qiáng)度時(shí)方可注漿，防止?jié){液從各巖面裂隙中反滲；（2）安裝注漿管時(shí)，應(yīng)在注漿管與孔口巖面相交處用麻絲纏繞和膠泥（水玻璃與水泥）填塞，使之與鉆孔孔壁充分?jǐn)D壓塞緊，實(shí)現(xiàn)注漿管的止?jié){和固定。膠泥未凝固到一定強(qiáng)度不得注漿；（3）及早、準(zhǔn)確地做好各種試驗(yàn)配合比，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制各種材料用量，精確配制混合料；（4）漿液應(yīng)先經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾，防止雜物進(jìn)入注漿泵或進(jìn)入小導(dǎo)管；（5）注漿時(shí)應(yīng)先注無(wú)滲水孔，后注有滲水孔；（6）嚴(yán)格控制注漿壓力，以防壓裂開(kāi)挖面。注漿

7、機(jī)壓力應(yīng)與規(guī)定壓力配套，不宜升壓過(guò)快。注漿壓力達(dá)到規(guī)定時(shí)應(yīng)予以穩(wěn)壓一定時(shí)間，以利漿液進(jìn)一步滲縫；（7）一個(gè)導(dǎo)管注漿時(shí)，相鄰導(dǎo)管應(yīng)打開(kāi)止回閥讓原來(lái)管內(nèi)貯存的裂隙水從相鄰的導(dǎo)管流出，當(dāng)相鄰的導(dǎo)管內(nèi)流出濃漿時(shí)停止注漿，關(guān)閉相鄰管的止回閥，再待達(dá)到控制壓力時(shí)關(guān)閉該管的止回閥。然后在相鄰管接上注漿軟管，打開(kāi)止回閥進(jìn)行補(bǔ)壓注漿，待達(dá)到控制壓力時(shí)停止壓漿關(guān)閉該止回閥；（8）配制的漿液應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完；（9）反對(duì)用數(shù)水泥袋法計(jì)量總體注漿量，因?yàn)樗嗟挠昧坎荒軠?zhǔn)確反映注入巖體的漿液體積與剩余在導(dǎo)管、設(shè)備、容器中的漿液體積。注漿時(shí)應(yīng)認(rèn)真記錄注漿機(jī)吸管頭容器原有漿液體積、中間加入的漿液體積和容器最終剩余漿液體積

8、，嚴(yán)格把握實(shí)際注入巖體的總體注漿量。七、注漿量計(jì)算小導(dǎo)管注漿單管漿液擴(kuò)散半徑一般為0.51.0m。這與深孔超前圍幕注漿的擴(kuò)散半徑24m（管徑75110mm、注漿壓力為1.54Mpa）有明顯區(qū)別，故隧道施工規(guī)范中的注漿量計(jì)算公式（如下）不能作為小導(dǎo)管注漿量的估算公式： V1=R2H 公式（1）V1為注漿量（m3）；R為擴(kuò)散半徑（m）；H為注漿管有效長(zhǎng)度（m）；為地層孔隙率；為注漿系數(shù)0.70.9；為漿液損耗系數(shù)1.11.4。查閱參考資料注2，以下計(jì)算公式相對(duì)符合實(shí)際單孔注漿量： V2=R2c=(0.60.7) s2L 公式（2）V2為注漿量(m3) ;S為小導(dǎo)管中心距離(m); L為小導(dǎo)管有效長(zhǎng)

9、度(m); R為考慮到注漿范圍相互重疊的原則，擴(kuò)散半徑?。?.60.7）s（m）；巖體孔隙率%：類(lèi)35%，類(lèi)硬巖35%、軟巖23%，類(lèi)硬巖23%，軟巖12%。實(shí)際施工中因鉆孔偏差或鉆眼內(nèi)的地質(zhì)原因，注漿液竄漿或跑漿經(jīng)常出現(xiàn)，每個(gè)注漿管內(nèi)的注漿量很不均勻，因此理論單眼注漿量尚不能作為注漿的一個(gè)嚴(yán)格控制指標(biāo)，應(yīng)以整排小導(dǎo)管的理論推算總量作為上下范圍的控制指標(biāo)。故按整排小導(dǎo)管上下各0.51 m范圍的巖土體內(nèi)均已注漿填充考慮，應(yīng)以下列公式估算注漿總量：（見(jiàn)圖示1）V3=(/360+2T/ R)(R+T) 2 -(R-T) 2L+ Q 公式（3） V3為注漿量(m3) ;為拱部小導(dǎo)管布設(shè)范圍相對(duì)于圓心的

10、角度；R為小導(dǎo)管位置相對(duì)于圓心的半徑； T為漿液擴(kuò)散半徑0.51 m；L為小導(dǎo)管有效長(zhǎng)度(m)；巖體孔隙率%：類(lèi)35%，類(lèi)硬巖35%、軟巖23%，類(lèi)硬巖23%，軟巖12%；為漿液損耗系數(shù)1.11.4；Q為小導(dǎo)管的容積 (m3)。V3 理論注漿量應(yīng)是一個(gè)注漿量控制范圍值。在R、L、Q固定的條件下，以最小的擴(kuò)散半徑0.5 m、該類(lèi)圍巖最小的巖體孔隙率、漿液損耗系數(shù)代入公式得最小理論注漿量V3min, 以最大的擴(kuò)散半徑1m、該類(lèi)圍巖最大的巖體孔隙率、漿液損耗系數(shù)代入公式得最大理論注漿量V3max。 同理可推算同一斷面的上下雙排或多排小導(dǎo)管一次注漿的總量。甬金高速公路部分隧道超前小導(dǎo)管注漿量統(tǒng)計(jì)表隧

11、道 名 稱(chēng)圍 巖類(lèi) 別R（m）L（m）T（m）V3min(m3)V3max(m3)V3(m3)白峰嶺金華端、右6.64.00.5-1.02.099.982.37巖坑尖2#寧波端右6.66.20.5-1.03.2515.474.92巖坑尖2#金華端右（雙排）6.66.20.9-1.44.5018.3310.25巖坑尖1#金華端右（雙排）6.66.20.9-1.44.5018.3311.07巖坑尖3#寧波端右（雙排）6.65.00.9-1.43.6314.7811.73以上幾個(gè)隧道施工時(shí)，注漿工藝相對(duì)較規(guī)范，現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量較客觀。表中數(shù)據(jù)反映：實(shí)際注漿量均在理論注漿量的最大值與最小值之間。同時(shí)也驗(yàn)證：隧

12、道施工規(guī)范中的注漿量計(jì)算公式(1)是適用于深孔超前圍幕注漿的，而不適用于超前小導(dǎo)管注漿；參考資料注2中的注漿量計(jì)算公式(2)是適用于單排超前小導(dǎo)管注漿的；本文推導(dǎo)的公式(3) 是對(duì)公式(2)進(jìn)一步補(bǔ)充，適用于單排及多排超前小導(dǎo)管注漿的計(jì)算。八、注漿量控制的意義（1）通過(guò)對(duì)超前小導(dǎo)管注漿的漿液特性的了解以及對(duì)施工工藝的嚴(yán)格控制，以使巖(土)體實(shí)際注入必要的漿液，以保證圍巖達(dá)到預(yù)期的固結(jié)強(qiáng)度和止水效果；同時(shí)如果注漿量異常超標(biāo)時(shí)（如局部巖(土)體有空洞），則可以預(yù)先推測(cè)圍巖地質(zhì)條件的變異，從而可事先調(diào)整以后的施工工藝。因此通過(guò)實(shí)際注漿量和理論注漿量的比較，可有效地評(píng)估實(shí)際注漿質(zhì)量和止水效果；（2）通過(guò)注漿量理論計(jì)算的總量控制，可以促進(jìn)實(shí)際