超前小導(dǎo)管預(yù)注漿施工方法及工藝

超前小導(dǎo)管預(yù)注漿施工方法及工藝設(shè)計(jì)在隧道隧道拱部采用旋噴樁、大管棚超前支護(hù)，隨開挖施工采用小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，有可能擾動(dòng)已加固的地層，引起滲漏水。是否還需要套打小導(dǎo)管注漿，視開挖掌子面圍巖穩(wěn)定性及止水效果確定。超前小導(dǎo)管32912米，采用長4.0m，壁厚4mm，?42熱軋無縫鋼管制作，環(huán)向間距350mm，縱向間距1m。注漿材料為1:1:2水泥水玻璃和MC超細(xì)水泥漿，注漿加固半徑為200mm，單管注漿量為0.18m3。1.1施工工藝流程超前小導(dǎo)管預(yù)注漿施工工藝流程見圖6-12。封閉工作面注漿壓水試壓力流準(zhǔn)備工作鉆孔安設(shè)小導(dǎo)管連接管路驗(yàn)是否是量是否封閉孔口注漿達(dá)到要達(dá)到要求？求？制作小導(dǎo)管否否圖6-12超前小導(dǎo)管預(yù)注漿施工工藝流程圖1.2施工方法（1）鉆孔、插小導(dǎo)管小導(dǎo)管鉆孔前，進(jìn)行孔位測量放樣，孔位測量做到位置準(zhǔn)確。按放樣位置鉆孔，并設(shè)方向架控制鉆孔方向，使孔位外插角度符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔完成后，用高壓風(fēng)（或水）清孔。經(jīng)檢驗(yàn)后安裝小導(dǎo)管。（2）注漿注漿前，認(rèn)真做好機(jī)具設(shè)備的檢修工作，并用清水進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除和修復(fù)，使其處于良好工作狀態(tài)。對注漿管路系統(tǒng)，包括接頭、閥門等，認(rèn)真檢查，如有破損，予以更換。以免注漿時(shí)在較高壓力下發(fā)生脫扣的危險(xiǎn)事故。注漿過程中，隨時(shí)注意檢測漿液的凝結(jié)時(shí)間，是否與要求相一致，否則，要及時(shí)檢查，找出原因，予以排除，以符合要求。施工時(shí)配備專業(yè)電工，防止電路、電器設(shè)備發(fā)生問題，中途停電，造成意外事故。注漿管的止?jié){和固定：在注漿管口預(yù)定的位置，焊接帶有閥門的套絲管頭，注漿時(shí)，將注漿管和套絲管口連接，并用鐵絲扎緊。注漿時(shí)，打開閥門；注漿完成后，關(guān)閉閥門。結(jié)束注漿后，盡快卸開孔口接頭，開清水泵沖洗管路，以免造成管路中的剩余漿液凝結(jié)、堵塞管路。階段性注漿完成后，對機(jī)具設(shè)備，特別是攪拌機(jī)、注漿管、接頭、閥門、貯漿桶等，認(rèn)真清洗干凈，收好后撤出洞外，并定期進(jìn)行檢查、保養(yǎng)，保證其處于良好狀態(tài)，以備下段注漿使用。1.3掌子面注漿加固止水施工掌子面注漿加固止水設(shè)計(jì)采用小導(dǎo)管注漿47388m，小導(dǎo)管采用壁厚4mm,長6m，?42無縫鋼管制作,鋼管孔口段2m范圍不設(shè)注漿孔，其余4m范圍設(shè)置注漿孔?？v向搭接長度3m，間距為400×400mm梅花型布置，注1:1:2水泥:水玻璃:MC超細(xì)水泥三液漿，注漿壓力為0.3～0.5MPa；注漿方式采用全孔一次性注漿，每管每米注漿量為0.05m3。掌子面臨時(shí)封閉采用C20網(wǎng)噴混凝土30cm厚，鋼筋網(wǎng)規(guī)格與初支相同。注漿效果：開挖后，工作面不坍塌，基本無滲漏水。詳見圖6-13。圖6-13 掌子面小導(dǎo)管加固斷面圖（1）注漿方式采用全孔一次性注漿，每管每米注漿量為0.05m3。掌子面臨時(shí)封閉采用C20網(wǎng)噴混凝土30cm厚，鋼筋網(wǎng)規(guī)格與初支相同。（2）注漿效果：開挖后，工作面不坍塌，基本無滲漏水。注漿參數(shù)：注漿終壓取靜水壓力的2倍，靜水壓力在現(xiàn)場測試。按理想狀態(tài)考慮單孔漿液的注入量，漿液在地層中均勻擴(kuò)散時(shí)的計(jì)算公式為：Q=ЛR2Lnα（β+1）式中：R為漿擴(kuò)散半徑，為注漿孔長度，n為地層裂隙率，取10%α為漿液充填率，取90%β為漿液損失率，取10%鉆孔和注漿的要求：鉆孔和注漿的順序同一環(huán)先下部后上部，間隔交替鉆孔注漿，后序孔檢查前序孔的注漿效果。應(yīng)先注無水區(qū)后注有水區(qū)，鉆一孔注一孔。在鉆孔過程中遇到涌水或卡鉆時(shí)應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿、掃孔后再繼續(xù)鉆孔。巖溶填充物內(nèi)采取前進(jìn)式注漿。機(jī)具設(shè)備選用：鉆孔設(shè)備根據(jù)本連廊施工機(jī)具設(shè)備配備情況，以及開挖斷面的具體情況，正洞和平導(dǎo)注漿地段，盡量采用與其相適應(yīng)的鉆孔設(shè)備。制漿設(shè)備：選用凈漿攪拌機(jī)作為制漿設(shè)備，為了保證漿液的均勻性和在注漿間隙時(shí)間不沉淀，另備攪拌儲(chǔ)漿桶，容量各為1.0m3。在掌子面掛鋼筋網(wǎng)，噴射C20號砼，厚度30cm，做止?jié){墻。打設(shè)小導(dǎo)管，2m止?jié){墻，4m注漿段，止?jié){墻施工按照確定的施工方案布孔。放入孔口鋼管，與孔壁的間隙用麻絲填塞，再用道釘楔緊，上留排氣孔，外露0.2～0.3m接法蘭盤連接注漿管。鉆孔：鉆孔由外環(huán)到內(nèi)環(huán)，由下部到上部間隔鉆孔。鉆孔要確?？孜粶?zhǔn)確，外插角度準(zhǔn)確，各環(huán)鉆孔深度達(dá)設(shè)計(jì)要求。當(dāng)卡鉆或有水涌出不能鉆進(jìn)時(shí)暫停鉆孔，用注漿機(jī)注入雙液漿液后再用鉆機(jī)繼續(xù)鉆進(jìn)。注漿壓水試驗(yàn)：在正式注漿前用1Mpa的壓力壓水檢查，測定圍巖吸水量，以確定漿液的初始濃度和預(yù)計(jì)注漿量。測定注漿壓力損失情況，確定注漿終壓，將巖層裂隙內(nèi)的充填物擠壓至注漿范圍以外，增加注漿效果。制漿：開動(dòng)攪拌機(jī)，準(zhǔn)確計(jì)算，加入定量清水，然后按水灰比加入水泥，連續(xù)攪拌3min后即可通過鋼絲網(wǎng)過濾后進(jìn)入儲(chǔ)漿桶中，在儲(chǔ)漿桶中二次攪拌后，供注漿使用。首先根據(jù)壓水試驗(yàn)情況及圍巖的裂隙發(fā)育情況估算單孔注漿數(shù)量，然后開始注漿。注漿時(shí)，先用水灰比0.70的漿液試注，當(dāng)注漿正常后再逐步調(diào)高漿液的濃度達(dá)到設(shè)計(jì)0.38～0.4的要求。注漿時(shí)隨時(shí)觀察泵壓及注漿數(shù)量，分析注漿是否正常。如單孔注漿量過大，仍不達(dá)到終壓的要求，可暫停該孔注漿，過4～6h用鉆機(jī)清孔后再繼續(xù)注漿。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)注漿壓力逐步升高，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的終壓，需繼續(xù)注漿10min，可結(jié)束本孔注漿；在單孔注漿量與設(shè)計(jì)注漿量大致相同，同時(shí)每分鐘注漿進(jìn)漿量小于20L，也可結(jié)束本孔注漿。注漿效果檢查：注漿效果檢查：可根據(jù)后序鉆孔的鉆進(jìn)情況、涌水情況，判定注漿效果，另外也可根據(jù)整個(gè)斷面內(nèi)所有鉆孔結(jié)束后，導(dǎo)坑的滲水情況判定注漿效果。注漿效果好的地段，經(jīng)開挖后可觀察到裂隙及空隙充填效果良好，幾乎所有裂隙都充填有漿，開挖后掌子面無明顯滲漏水。如果開挖后仍有滲水現(xiàn)象，堵水效果達(dá)不到要求時(shí)，可采用局部徑向注漿處理，使其達(dá)到堵水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。1.3.1鉆孔注漿一體化施工按設(shè)計(jì)參數(shù)實(shí)施掌子面小導(dǎo)管注漿一次加固距離短，設(shè)置6m小導(dǎo)管一次開挖距離3m，又要進(jìn)行下一循環(huán)小導(dǎo)管施工，工序繁雜，隧道開挖相當(dāng)困難，施工效率低，進(jìn)度慢。經(jīng)查閱有關(guān)資料及咨詢有關(guān)專家，項(xiàng)目部研究，建議改為采用鉆孔注漿一體化施工技術(shù)或掌子面注磷酸+水玻璃雙液漿技術(shù)。鉆注一體化施工技術(shù)加固掌子面具有一次加固距離長（15～30m），可適用多類型、多規(guī)格鉆注設(shè)備，工藝工法簡單，鉆孔注漿快速連續(xù)作業(yè)，提高工效，改善注漿效果的優(yōu)點(diǎn)。（1）鉆注一體化施工方法的工作原理鉆注一體化的工作原理是通過在止?jié){墻上安裝孔口管，在軟弱地層中，可采用金鋼石鉆頭直接鉆孔至設(shè)計(jì)深度后，在孔口安裝止?jié){塞，將孔口密封，然后停止供水，從供漿管中直接注入漿液，漿液從鉆桿中流向鉆頭進(jìn)入地層，同時(shí)漿液在回流過程產(chǎn)生反力中使止?jié){塞膨脹，對鉆桿外壁和孔口管內(nèi)壁產(chǎn)生擠壓力，封堵孔隙，起到止?jié){作用，然后，邊注漿邊旋轉(zhuǎn)鉆桿，達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或注漿量后，后退鉆桿1．5～2m(1根鉆桿長度)，拆下1根鉆桿，直到退到孔口，拆下止?jié){塞和鉆桿，完成整個(gè)孔的注漿。這樣實(shí)現(xiàn)了鉆孔注漿的快速連續(xù)作業(yè)，達(dá)到了鉆注一體化。鉆注一體化原理如圖6-14.圖6-14 鉆注一體化施工原理（1）工藝流程如圖6-15施工準(zhǔn)備鋪設(shè)工作平臺(tái)測量放線、標(biāo)注鉆孔位置鉆孔就位固定 開孔鉆孔φ108mm，長180cm孔口管上纏麻絲 安設(shè)孔口管，長度2m鉆孔至設(shè)計(jì)深度配置漿液安裝止?jié){塞、排水裝置圖6-15 鉆孔注漿一體化工藝流程圖（2）具體施工步驟①施工混凝土止?jié){墻:首先封閉掌子面，根據(jù)水壓大小和掌子面穩(wěn)定情況，可采用噴混凝土或模筑混凝土作為止?jié){墻，噴混凝土一般適合于涌水壓力小于0．2MPa的地層，其厚度一般不應(yīng)小于20cm，二次模筑混凝土一般適合于涌水壓力大于0．2MPa的地層。②安裝孔口管:如為二次模筑混凝土，應(yīng)在止?jié){墻上鉆1～2m的淺孔，安裝孔口管?？卓诠苤睆綉?yīng)比鉆頭直徑大10～20mm，孔口管長度一般為1．5～2．0in，其外露長度一般不小于20cm。③安裝高壓球閥止水裝置：通過法蘭盤將高壓球閥或止水裝置連接在孔口管上。④安裝止?jié){套筒：通過法蘭盤將止?jié){套筒安裝在孔口管上，止?jié){套筒上裝有泄壓閥，注漿前處于開啟狀態(tài)，注漿時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。⑤鉆孔：通過止?jié){套筒及高壓球閥(防突裝置)，開始鉆孔，鉆至設(shè)計(jì)深度后，加大用水量沖洗鉆碴及泥砂，鉆碴全部沖出后，停止鉆進(jìn)。如沒有涌水突泥危險(xiǎn)，可不裝高壓球閥(防突裝置)。⑥安裝止?jié){塞：在孔口位置，把鉆桿卸開，把止?jié){塞和注漿壓蓋套鉆鉆桿上(如止?jié){塞或注漿壓蓋帶有缺口，可直接套在鉆桿上)，然后，將止?jié){塞用力推入止?jié){套筒中，套上壓蓋并連好螺栓，保證止?jié){塞內(nèi)外壁與鉆桿外壁、止?jié){套筒內(nèi)壁緊密結(jié)合，起到止?jié){作用。⑦打開供漿管路：將三通分水器的風(fēng)水管路關(guān)閉，打開注漿閥門。⑧壓水試驗(yàn)：所有的連接件都已連接完全后開始進(jìn)行壓水，注意觀察止?jié){套筒上的泄壓閥，當(dāng)泄壓閥內(nèi)有水流出時(shí)，關(guān)閉泄壓閥，開始進(jìn)行注漿，如果接頭部位均不漏漿，說明管路暢通且密封良好。⑨注漿：注漿過程中要低速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿，防止鉆桿被注漿過程中頂出的碎石塊或凝結(jié)的水泥塊卡住，應(yīng)注意鉆桿扭矩變化及動(dòng)力頭的抖動(dòng)程度，若注漿壓力和注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，邊旋轉(zhuǎn)邊后退鉆桿，當(dāng)后退3～4m時(shí)，可停機(jī)，卸掉孔外多余鉆桿，連接好剩余鉆桿，繼續(xù)均勻后退鉆桿注漿，如此循環(huán)，直至鉆桿后退至設(shè)計(jì)孔口位置，每次拆卸鉆桿之前，應(yīng)供少量水，一方面降低鉆頭附近漿液的水灰比，防止鉆桿被抱死，另一方面避免拆卸鉆桿過程中的漿液回流浪費(fèi)，一般情況下，最大注漿壓力應(yīng)控制在4MPa以內(nèi)。⑩泄壓：當(dāng)整個(gè)孔的注漿全部完成時(shí)，在拆卸鉆桿之前，必須先打開泄壓閥泄壓，再卸鉆桿，防止高壓漿液噴射傷人。1.3.2掌子面注磷酸+水玻璃雙液漿(1)掌子面注磷酸+水玻璃雙液漿具有以下特點(diǎn)：?擴(kuò)散效果好（液體分子小于固體分子，壓力作用下滲透性較好）?施工距離長（采用孔口密封工藝，可一次性施工25米）?止水效果好（可在幾秒內(nèi)迅速固結(jié)形成膠狀固結(jié)體）?固結(jié)體強(qiáng)度低（通過實(shí)驗(yàn)檢測，化學(xué)漿固結(jié)體強(qiáng)度2～4MPa）(2)主要參數(shù)?磷酸、水玻璃為主要制漿原料，水玻璃40Be’（ρ=1.38g/cm3），85%磷酸（弱酸，ρ=1.7g/cm3）；?注漿前先將水玻璃與水1:1稀釋成水玻璃溶液，磷酸與水1:10稀釋成磷酸溶液，然后兩種溶液以1:1的比例進(jìn)行土體加固注漿。?采用后退式注漿，即采用雙管鉆具一次成孔成孔21米后，通過專用分水器將兩種液體注入孔內(nèi)，每次后退50～70cm，每次注漿時(shí)間不少于10min；?注漿時(shí)將孔口用布條簡單封堵，依靠漿液自身堵塞孔內(nèi)間隙，至孔口1米結(jié)束。?采用雙液泵進(jìn)行注漿，排量在10～40L/min;(3)掌子面注磷酸+水玻璃雙液漿工藝流程掌子面注磷酸+水玻璃雙液漿工藝流程詳見圖6-16。用導(dǎo)向水平鉆機(jī)鉆孔，注漿施工工法與普通“水泥+水玻璃”基本相同。鉆機(jī)安裝調(diào)試鉆孔至設(shè)計(jì)深度注入雙液漿后退50～70cm圖6-16 注漿施工流程圖(4)注漿量的計(jì)算原則