饱和动态含水砂层注浆法.docx

饱和动水砂层TSS管固砂堵水注浆工法

一、前言
饱和动态含水砂层是土木工程界施工的一大难题，在该种地层中开挖施工隧道极易发生涌水和涌砂等工程灾害。目前，在该种地层中施工隧道，通常采用明挖法、盾构法或冻结法等施工方法，施工效果一般，施工成本较高。
铁道部隧道工程局在广州地铁一号线杨箕——体育西路区间隧道通过采用超细水泥——水玻璃双液浆（简称MC—S双液浆）作为注浆材料；采用一次性钻头，跟进套管钻进成孔；后退式分段注浆技术；洞内长短管相结合注浆堵水工艺，成功地解决了该区间长111.8m饱和动态含水砂层的注浆加固，保证了隧道的安全开挖。之后，经过对注浆材料、机械设备、施工工艺等方面的不断完善、发展和总结，形成了本工法。
二、工法特点
（一）采用超细水泥——水玻璃双液浆作为注浆材料。该注浆材料具有同化学注浆材料一样的渗透能力，在饱和动态含水砂层中可以较均匀地加固砂层，达到“固砂堵水”目的。该注浆材料在可注性、可行性、有无环境污染、经济性及工艺实施难易度等特性方面综合考虑，是目前适宜于饱和动态含水砂层较好的注浆材料。
（二）采用一次性钻头，水平跟管钻进成孔，水平后退式分段注浆工艺是解决饱和动态含水砂层的成孔和注浆的一种合理方法。
（三）施工设备配套简单、工艺易操作，施工成本较低。
三、适用范围
本工法适用于饱和动态含水砂层的铁路、公路、水工、电力等各种地下隧道工程的注浆加固。
四、工法原理
注浆材料
超细水泥稳定性好、流动性比普通水泥有显著改善，材料颗粒粒径小，对于中细砂层，注浆比值（N值）大，可注性好，一般能注入渗透系数为10-2～10-4cm/s的中细砂层。超细水泥和水玻璃配制成双液浆，凝胶时间可调，可以减少水对浆液凝胶化性能的改变；浆液结石率高，有微膨胀性，耐久性能好；采用双液灌注，工艺实施容易；浆液原材料均为无毒材料，大量使用，不会造成环境污染；双液浆在中细砂层中主要形成在主脉下（一般为2mm）的均匀渗透扩散，不易发生大量的劈裂、挤压状况，可以较好地均匀加固砂层，形成完整的防水帷幕。
钻进成孔工艺
采用一次性钻头、水平套管跟进钻进、限量排砂等技术是目前解决饱和动态含水砂层钻进成孔的一种有效方法。
长管后退式分段注浆
采取长管后退式分段注浆工艺，其注浆分段长度短（一般取0.6m），可以有效地解决海陆交互相冲积饱和动态含水砂层中，中、粗、细砂交互出现，地质多变等复杂条件下，注浆加固的均一性，提高饱和动态含水砂层的整体加固效果。
短管注浆
短管注浆采用常用的“小导管超前注浆施工工法”，但在注浆工艺方面有所改进。
短管注浆是对长管注浆效果的检查，以及对其薄弱环节的补充和完善，同时，加强了初期支护能力，是保证饱和动态含水砂层安全施工的一项重要技术措施。
五、施工工艺流程
洞内长短管相结合注浆施工工艺流程见图1。

图1洞内长短管相结合注浆施工工艺流程图
六、注浆施工工艺
长管注浆施工
长管注浆施工是在隧道开挖接近饱和动态含水砂层时，封闭工作面，进行长管全断面预注浆，采用超细水泥—水玻璃双液浆作为注浆材料，采用跟管钻机钻进成孔，下入PC塑料单向阀管和PRC、PBH双向密封注浆芯管进行后退式分段注浆
注浆设计、参数选择
注浆加固范围：
隧道注浆加固范围采用拱部为开挖轮廓线外3m，边墙为开挖轮廓线外2m。
（2）注浆段长
注浆段长一般按下式计算。

式中：
——注浆段长（m）——注浆加固范围（m）
（3）止浆岩墙厚度
止浆墙厚度应能满足注浆压力的要求，一般按下式进行确定。

式中：
——止浆岩墙厚度（m）
（4）注浆孔间距及孔口座标
注浆孔的布设，应满足注浆加固范围的要求。在该饱和动态含水砂层中，注浆长管全断面布设。为减少钻机的移动和钻孔的定位次数，加快施工进度，确保施工质量，采用极座标钻孔定位布设法，即将钻机固定在某一位置，通过固定轴移动钻臂，达到钻孔要求，在钻孔过程中钻机不得摆动和移位。极座标法钻孔布设模式如图2所示。

图2极座标法钻孔布设模式
钻机定位：钻机中心应摆放在距工作面3.5m的隧道中线上，距拱顶开挖线下1.5m处。
掌子面座标体系：X轴为距拱顶开挖线下1.5m处，Y轴为隧道中线。
对于群孔注浆，注浆终孔间距一般应满足下式要求。

式中：
——注浆终孔间距（m）：——浆液扩散半径（m）。
根据极座标法钻孔方式，掌子面注浆孔孔口座标B0（X0，Y0）可以由注浆孔终孔座标B（X，Y）来计算。计算公式如下：

式中：
——注浆终孔座标（cm）;
——注浆孔孔口座标（cm）；
——极点距掌子面距离（m）；
——注浆段长（m）。
（5）注浆管长
根据注浆孔布孔模式图，可以推导出注浆管管长的计算公式。

式中：
——注浆管长（m）。
（6）浆液扩散半径：1m
（7）注浆速度：30～40l/min
（8）浆液凝胶时间：30～