12.注漿法施工技術(shù)（PPT版共60頁）

1、12.注漿法施工技術(shù)注漿的功能很多，經(jīng)過科技技術(shù)人員的不斷努力，注漿技術(shù)已滲透地下工程的各個(gè)角落。目前，注漿技術(shù)已能較好地解決以下問題。 基礎(chǔ)加固 注漿堵水 回填防沉 豎井下沉控制 房屋下沉控制 橋臺沉降控制 滑坡防治 變形控制 坍方處理 基坑截水帷幕 TBM軟巖加固支護(hù) 滲漏水治理 大壩防滲 瓦斯防溢 古樹木保護(hù) 砼結(jié)構(gòu)裂縫整治 路面整治 工程搶險(xiǎn) 12.1 基本原理(1)基礎(chǔ)加固宜萬線某隧道溶洞基底淤泥質(zhì)地層基底采取鋼管樁注漿加固(2)注漿堵水宜萬線某隧道溶洞涌水采取全斷面超前預(yù)注漿進(jìn)行注漿堵水(2)注漿堵水宜萬線齊岳山隧道DK362+060涌水采取全斷面超前預(yù)注漿進(jìn)行注漿堵水(3)回填防

2、沉淺埋暗挖工程采取對拱頂回填注漿孔進(jìn)行回填注漿控制地表下沉盾構(gòu)工程采取對預(yù)留回填注漿孔進(jìn)行回填注漿防止地表下沉(4)豎井下沉控制某豎井工程穿越淤泥質(zhì)地層時(shí)豎井下沉后采取注漿技術(shù)進(jìn)行下沉控制(5)橋臺控沉某大橋橋臺基礎(chǔ)為軟土地基，施工后橋臺下沉，采取注漿加固控制橋臺下沉(6)滑坡防治宜萬線堡鎮(zhèn)隧道進(jìn)口洞口上方滑坍采取垂直注漿加固(7)變形控制宜萬線王家?guī)X隧道大變形段采取徑向注漿加固(8)截水帷幕廣州地鐵二號線越秀公園站北基坑垂直注漿截水帷幕(9)TBM軟巖地層超前加固支護(hù)TBM在磨溝嶺軟巖隧道施工中采取超前注漿進(jìn)行加固支護(hù)(10)滲漏水治理某火車站人行通道工程采取化學(xué)注漿材料進(jìn)行滲漏水治理(11

3、)古樹木保護(hù)杭州解放路工程穿越古樹木地段采取超前299大管棚、全斷面超前注漿，采用超細(xì)水泥，對古樹木進(jìn)行保護(hù)。注漿法分類： 注漿法的分類方法很多，通常下列幾種: (1) 按注漿材料種類分為水泥注漿、粘土注漿和化學(xué)注漿； (2) 按注漿施工時(shí)間不同分為預(yù)注漿和后注漿； (3) 按注漿對象不同分為巖層注漿和表土層注漿； (4) 按注漿工藝流程分為單液注漿和雙液注漿； (5) 技注漿目的分為堵水注漿和加固注漿； (6) 按作用機(jī)理分為充塞注漿、滲透注漿和擠壓注漿。注漿施工時(shí)，漿液在地層中的作用方式主要表現(xiàn)為四種： 滲透擴(kuò)散 劈裂擴(kuò)散 裂隙填充 擠壓填充 滲透擴(kuò)散 劈裂擴(kuò)散 裂隙填充 擠壓填充 漿液在

4、地層中擴(kuò)散機(jī)理模式圖12.1.1漿液擴(kuò)散原理 滲透擴(kuò)散(廣州地鐵一號線某區(qū)間中粗砂層采用超細(xì)水泥-水玻璃雙液漿注漿施工注漿固結(jié)體圖片)在中粗砂層、砂礫石層、砂卵石層中采用超細(xì)型注漿材料；在干的或潮濕的粉細(xì)砂層中采用改性水玻璃進(jìn)行注漿施工，如果擴(kuò)散半徑選取的不大，注漿壓力選取的不高時(shí)，漿液在地層中一般表現(xiàn)為滲透擴(kuò)散。否則，會產(chǎn)生劈裂擴(kuò)散，甚至擠壓充填。在中細(xì)砂層、粉細(xì)砂層、淤泥質(zhì)粘土層、粉質(zhì)粘土層中，由于地層顆粒細(xì)，因而產(chǎn)生滲透擴(kuò)散難度較大，注漿材料在該類地層中一般表現(xiàn)為劈裂擴(kuò)散，對于不同細(xì)度的注漿材料在地層中注漿將會產(chǎn)生不同厚度的劈裂漿脈。 劈裂擴(kuò)散1(廣州地鐵一號線某區(qū)間中細(xì)砂層采用超細(xì)水泥

5、-水玻璃雙液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿共混材料注漿施工注漿固結(jié)體圖片) 劈裂擴(kuò)散2(渝懷線圓梁山隧道1#溶洞淤泥質(zhì)地層采用普通水泥-水玻璃雙液漿注漿施工注漿固結(jié)體圖片) 劈裂擴(kuò)散3(渝懷線圓梁山隧道2#溶洞高壓動(dòng)水粉細(xì)砂層中采用C漿、C-S漿、MC漿、MC-S漿、TGRM漿、HSC漿共混材料進(jìn)行注漿施工時(shí)注漿固結(jié)體圖片)在殘積層、巖石斷層破碎帶進(jìn)行注漿施工時(shí)，一般當(dāng)注漿材料粒徑能滿足小于裂隙寬度的1/31/5時(shí)，均能產(chǎn)生裂隙填充。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在這種地層中，一般采用普通水泥漿、普通水泥-水玻璃雙液漿基本能滿足裂隙填充的要求。 裂隙填充1(廣州地鐵二號線越秀公園站北基坑采用普通水泥-水玻璃雙液漿

6、注漿施工注漿加固體圖片) 裂隙填充2(宜萬線齊岳山隧道DK362+060富水溶槽采用普通水泥單液漿、普通水泥-水玻璃雙液漿共混材料注漿施工注漿加固體圖片) 擠壓填充(渝懷線圓梁山隧道2#溶洞粉細(xì)砂層中局部空洞采用普通水泥單液漿擠壓填充固結(jié)體圖片)滲透擴(kuò)散 (砂質(zhì)地層)裂隙填充 (斷層破碎帶)理想的注漿劈裂擴(kuò)散最易發(fā)生的注漿(盡量產(chǎn)生最細(xì)的劈裂漿脈)擠壓填充不宜發(fā)生的注漿12.1.2 注漿作用機(jī)理無黏性土地層加固：注漿材料通過滲透、劈裂將地層孔隙充填、膠結(jié)；元素離子交換，增加地層黏聚力。可從地層強(qiáng)度增長的角度解釋黏性固結(jié)地層加固：漿液克服地層初始應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，進(jìn)入劈裂的地層形成脈狀固結(jié)體，該固

7、結(jié)體與擠密的地層和未受影響的原地層組成復(fù)合地基圍巖劈裂加固：圍巖經(jīng)開挖，將出現(xiàn)破裂區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)的應(yīng)力重分布，鉆注漿孔再次重分布，劈裂注漿將產(chǎn)生新的裂隙和導(dǎo)致原裂隙擴(kuò)展，并使?jié){液充滿，與圍巖凝固膠結(jié)加固機(jī)理圍巖劈裂注漿過程漿液充填：漿液充填注漿管、注漿孔和圍巖較大裂隙初次劈裂：注漿壓力上升，達(dá)到起裂壓力時(shí)，在最小主應(yīng)力面上發(fā)生劈裂，漿液壓力迅速下降，流量增大二次劈裂：流量增加導(dǎo)致壓力繼續(xù)上升，流量逐漸減小，繼而二次劈裂，壓力大于初次劈裂三次劈裂：注漿壓力更大結(jié)束注漿：上升到規(guī)定壓力堵水機(jī)理注漿后，孔隙、裂隙被漿液填充，或者通過劈裂使地層密實(shí)度提高，從而降低了地層的滲透能力，起到注漿堵水作用

8、一、對注漿材料的一般要求（1）漿液粘度低、流動(dòng)性好、可注性好，能夠進(jìn)入細(xì)小隙縫和粉細(xì)砂層；（2）漿液凝固時(shí)間能夠在幾秒至幾小時(shí)內(nèi)任意調(diào)節(jié)，并能準(zhǔn)確地控制；（3）漿液固化時(shí)，無收縮現(xiàn)象，固化后有一定粘結(jié)性，能牢固地與巖石、混凝土及砂子等粘結(jié) 。（4）漿液的穩(wěn)定性好，常溫、常壓下較長時(shí)間存放不改變其基本性質(zhì)，不發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)；（5）漿液無毒、無臭，不污染環(huán)境，對人體無害，屬非易燃、易爆物品；（6）結(jié)石體耐老化性能好，能長期耐酸、堿、鹽、生物細(xì)菌等腐蝕，并且不受溫度、濕度的影響；（7）漿液配制方便，操作容易 掌握，原材料來源豐富，價(jià)格便宜，能夠大規(guī)模使用。 12.2 注漿材料及選擇12.2.1

9、注漿材料二、漿液性質(zhì)評價(jià)指標(biāo)漿液的主要性質(zhì)包括：分散度、沉淀析水性、凝結(jié)性、熱學(xué)性、收縮性、結(jié)石強(qiáng)度、滲透性和耐久性。.分散度它是影響可灌性的主要因素，一般分散度越高，可灌性就越好。分散度也將影響到漿液和灌漿結(jié)石的物理力學(xué)性質(zhì)。.沉淀析水性是指在漿液攪拌過程中，水泥顆粒處于分散和懸浮于水中的狀態(tài)，但當(dāng)漿液制成和停止攪拌時(shí)，除非漿液極為濃稠，否則水泥顆粒將在重力作用下沉淀，并使水向漿液頂端上升。析水性是影響注漿質(zhì)量的有害因素。.凝結(jié)性漿液的凝結(jié)過程分為兩個(gè)階段：漿液的流動(dòng)性減少到不能泵送時(shí)的初期階段；凝結(jié)后漿液隨時(shí)間而逐漸硬化的階段。研究表明，水泥漿的初凝時(shí)間一般在24小時(shí)，粘土水泥漿更慢，所需

10、時(shí)間更長。.漿液的熱學(xué)性和收縮性.結(jié)石強(qiáng)度影響結(jié)石強(qiáng)度的因素主要包括：漿液的起始水灰比、結(jié)石的孔隙率、水泥的品種及摻合料等，其中以漿液濃度最為重要。 .滲透性結(jié)石的滲透性也與漿液起始水灰比、水泥含量及養(yǎng)護(hù)齡期等一系列因素有關(guān)。不論純水泥漿還是粘土水泥漿，其滲透性都很小。 . 耐久性水泥結(jié)石在正常條件下是耐久的，但若灌漿體長期受水壓力作用，則可能使結(jié)石破壞。三、漿液材料分類及特性漿液材料分類方法很多，按漿液所處狀態(tài)可分為真溶液、懸浮液和乳化液；按主劑性質(zhì)可分為無機(jī)系和有機(jī)系1.粒狀漿材（懸液）粒狀漿材是指由水泥、粘土、瀝青以及它們的混合物制成的漿液。常用的粒狀漿材是純水泥漿、水泥粘土漿和水泥砂漿

11、，以上漿液又稱水泥基漿液，并可摻入各種外加劑，以改善漿液的性質(zhì)。水泥基漿液是以水泥漿為主的漿液。采用水泥灌漿可使土體形成高強(qiáng)度的固結(jié)體，應(yīng)用最廣的是普通硅酸鹽水泥，在地下水無侵蝕性條件下經(jīng)常使用。這種漿液是一種懸濁液，取材容易，配方簡單、價(jià)格便宜、不污染環(huán)境。水泥漿的水灰比一般在0.62.0之間。常用的水灰比是1：1。為了調(diào)節(jié)水泥漿的性能，有時(shí)可加入速凝劑或緩凝劑等附加劑。水玻璃和氯化鈣就是常用的速凝劑，其用量為水泥重量的（12）；常用的緩凝劑有木質(zhì)素磺酸鈣和酒石酸，其用量約為水泥重量的（0.20.5）。水泥漿材屬于懸浮液，主要問題是析水性大，穩(wěn)定性差。水灰比越大，越突出。為了改善水泥漿液的性

12、質(zhì)，常摻入各種附加劑。黏土類漿液：黏土作為主劑，比表面積大，雨水具有膠體化學(xué)特性。顆粒越細(xì)，漿液的穩(wěn)定性越好，一般用于護(hù)壁或臨時(shí)性的防護(hù)工程水泥黏土漿：黏土的分散性高，親水性強(qiáng)，沉淀析水性較小。加入到水泥漿中，兼有黏土漿和水泥漿的優(yōu)點(diǎn)，成本低、流動(dòng)性好、穩(wěn)定性高、抗?jié)B壓和沖蝕能力強(qiáng)水泥砂漿：由水灰比不大于1.0的水泥漿摻砂配成，流動(dòng)性小、強(qiáng)度高、耐久性好，節(jié)省水泥。宜用于地層由較大裂隙、溶洞，耗漿量很大或者有地下水活動(dòng)時(shí)水泥水玻璃類漿液：以水泥和水玻璃為主劑。水玻璃的加入可加快凝結(jié)。2.化學(xué)漿液特性 化學(xué)漿液是一種真溶液，特點(diǎn)是能夠灌入裂隙較小的巖石、孔隙小的土層及有地下水活動(dòng)的場合。按照功能

13、分為防滲型、補(bǔ)強(qiáng)型和防滲補(bǔ)強(qiáng)型三類。 1.防滲型化學(xué)漿液 防滲型化學(xué)漿液常用丙烯酞胺類漿液和聚氨酯類漿液。 2.補(bǔ)強(qiáng)型化學(xué)漿液 補(bǔ)強(qiáng)型化學(xué)漿液常用環(huán)氧樹脂類漿液和甲基丙烯酸酯類漿液 3.其他化學(xué)漿液 有水玻璃和木質(zhì)素類漿材(1)在基巖裂隙含水層中注漿，裂隙度較大時(shí)，可選擇水泥漿或水泥水玻璃漿液；當(dāng)裂隙開度較小時(shí)，可采用水泥一水玻璃漿液或水玻璃類漿液；當(dāng)裂隙開度0.1mm時(shí)，可采用MG646或木質(zhì)素類漿液(2)在含水砂礫層中，粗砂以上可以采用水泥水玻璃漿液，中砂以下可采用化學(xué)漿液。如丙烯酰胺類、聚氨酯類、水玻璃類等。開鑿地下過流砂層，應(yīng)選強(qiáng)度高的化學(xué)漿材。動(dòng)水條件下，可采用非水溶性聚氨酯漿材。(

14、3)對于持殊地質(zhì)條件（破碎帶、斷層、巖溶等），應(yīng)先注惰性材料（礫石、砂子、巖粉和爐渣）然后注單液水泥漿或cs漿液(4)壁內(nèi)注漿，可采用MG646、聚氨酯類、鉻木素類漿液。裂隙較大時(shí)，也可用cs漿液(5)壁后注漿可采用單液水泥漿或cs漿液(6)應(yīng)優(yōu)先選擇水泥、水玻璃等貨廣價(jià)廉的材料，化學(xué)漿液是松散含水層注漿不可缺少的漿材，但價(jià)格較貴，有的還有毒性，因此只有在必須用化學(xué)漿材的情況下才用。12.2.2 注漿材料的選擇12.3 注漿參數(shù) 通常所說的注漿參數(shù)主要包括：注漿壓力、注漿時(shí)間、漿液有效擴(kuò)散半徑、漿液流量和漿液注入量、漿液起始密度和凝膠時(shí)間等。注漿參數(shù)的選擇是注漿設(shè)計(jì)的主要組成部分，其合理與否，

15、直接關(guān)系到注漿的效果和造價(jià)。當(dāng)注漿介質(zhì)條件、漿液條件、設(shè)備條件等確定以后。影響注漿效果的主要參數(shù)是注漿壓力和漿液注入量注漿壓力 通常指注漿終了時(shí)受注點(diǎn)的壓力Pz或注漿泵的表壓Pb。地面預(yù)注漿時(shí)，主要觀察和控制表壓Pb；工作面預(yù)注漿時(shí)，觀察和檢查工作面上孔口(受注點(diǎn))的表壓Pz注漿壓力主要以深度加深而增大為計(jì)算原則漿液流量和漿液總注入量 漿液流量漿液單位注入量漿液總注入量 一個(gè)注漿孔的受注段注入的漿液量。以漿液擴(kuò)散范圍為計(jì)算依據(jù)。注漿時(shí)間 鉆孔分段注漿的時(shí)間應(yīng)小于漿液的凝膠時(shí)間。注漿時(shí)間受地質(zhì)條件、注漿材料、注漿設(shè)備和工藝的影響。如：細(xì)砂中化學(xué)注漿時(shí)，需要的注漿時(shí)間與注漿壓力、漿液的黏度等密切相

16、關(guān)。砂粒越細(xì)，滲透系數(shù)越小，所需壓力越高，注漿時(shí)間越長；所注漿液的黏度越大，注漿壓力越大，注漿時(shí)間越長漿液有效擴(kuò)散半徑 擴(kuò)散半徑漿液在裂隙流動(dòng)擴(kuò)散的范圍有效擴(kuò)散半徑漿液充塞膠結(jié)后起堵水或加固作用的有效范圍，與地層滲透系數(shù)、裂隙大小、注漿壓力、凝膠時(shí)間、注漿時(shí)間及漿液注入量等成正比，與漿液的黏度及濃度成反比漿液的凝膠時(shí)間 凝膠時(shí)間必須大于注漿時(shí)間12.4 施工程序及施工要點(diǎn)注漿泵漿液桶軟土或含水地層注漿管路基本工藝定義 在井筒開鑿之前，在地面圍繞井筒四周鉆進(jìn)一些注漿孔到含水層，利用設(shè)置在地面上的注漿設(shè)備，將漿液經(jīng)注漿孔壓注入含水層。漿液在巖土的裂隙或孔隙中，經(jīng)滲透、擴(kuò)散、和凝固，在井筒周圍形成一

17、定強(qiáng)度的、基本不透水的注漿帷幕。 一、立井地面預(yù)注漿主要工序鉆注漿孔安裝注漿設(shè)備壓水試驗(yàn)注漿井筒掘砌注漿孔布置與結(jié)構(gòu) 注漿孔布置及其數(shù)目 形式：同心圓布置 位置：井筒外1.5m的圓周上；井筒斷面范圍內(nèi)。 孔數(shù)：一般69個(gè)。 九龍口礦北風(fēng)井地面注漿孔布置鉆孔作業(yè)及注漿孔結(jié)構(gòu) 取芯偏斜率：1 孔口管：610m 套管：146 鉆孔（注漿孔）單液漿雙液漿孔結(jié)構(gòu)注漿方式及作業(yè) 注漿方式 分段下行注漿： 自上而下，鉆一段注一段。用止?jié){塞。自下而上復(fù)注。 特點(diǎn)：能控制漿液上冒，鉆孔工作量大，工期長。 分段上行注漿： 一次鉆孔，分段上行注漿。用止?jié){塞。 特點(diǎn)：不重復(fù)鉆孔，止?jié){塞要可靠。 一次全深注漿： 擴(kuò)散不

18、均勻，要求供液能力大，適用于均勻裂隙。 漿液 單液漿：純水泥漿、摻少量其它材料的水泥漿、 化學(xué)漿 雙液漿：水泥水玻璃漿液（C-S漿液） 初期用雙液漿，控制擴(kuò)散范圍；后期用單液漿。 二、豎井工作面預(yù)注漿 在井筒掘至含水層之前，暫停掘進(jìn)工作，利用含水層上部的不透水層作為防護(hù)“巖帽”，或者修筑止水墊，然后從工作面打鉆、注漿、封堵含水層涌水，再繼續(xù)井筒掘砌。 1. 止?jié){“巖帽” 含水層頂板具有足夠厚度的致密不透水層或預(yù)注漿帶時(shí)，可預(yù)留巖帽止?jié){。巖帽厚度： 中國：B=27m 英國：B612mPf含水層立井井筒2. 止?jié){墊的設(shè)計(jì)與施工 球面型止?jié){墊整體澆注混凝土。形式：球面型、平底型 平底型止?jié){墊3. 注漿孔布置與