CN106351662B - 分隔式分段注浆加固方法、施工方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了分隔式分段注浆加固方法、施工方法及应用，该加固方法在工作面上开孔，根据开孔深度下入相应深度的孔口管，通过较短的孔口管对第一段加固区注浆；通过较长的孔口管对第二段加固区注浆，依次类推，实现对第一段至第n段加固区的分别注浆，n大于等于2；通过不同长度的孔口管在被注浆加固的围岩内的间隔分布，并结合使用速凝浆液，可以实现对松散围岩的分段注浆加固治理；在深部注浆时，因为较长的孔口管对浅部围岩的隔离作用，能直接把浆液输送到深部围岩内，解决了曾经在没有较长孔口管的情况下，浆液会直接进入到浅部已经注浆加固的区域，对浅部已注浆区域形成重复注浆，从而削弱对深部围岩的注浆加固效果的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及注浆加固领域，具体涉及分隔式分段注浆加固方法、施工方法及应用。
背景技术
在地下工程建设中，由于受到地层松散破碎甚至富水等不良地质条件的影响，经常会出现坍塌、涌水突泥等自然地质灾害。注浆加固是治理这类地质灾害的最有效的方法之一。注浆加固的目的是通过注浆，把浆液充填到围岩空隙中，浆液固结后形成具有一定强度的固结体，并把地下水隔离在注浆加固体之外。从而提高松散围岩的整体强度和自稳能力，为工程安全开挖和长期安全运营创造条件。
对松散富水围岩的注浆加固可分为前进式和后退式两种方式，这两种注浆方式均需有与其相适应的水文地质条件，因此两者在注浆工艺上也有本质的区别。在前进式注浆加固中需要在松散围岩表面构筑止浆墙，并在止浆墙上设置孔口管。按照传统的常规做法，只是把孔口管穿过止浆墙后下入到浅部围岩里，对孔口管封固后采用前进式注浆工艺，向前分段逐段进行注浆。即注一段等水泥浆固结后，再在原来钻孔上复钻，扫开已注浆段中的水泥浆固结体，并延深钻孔，延深到一定深度后，再次对围岩注浆。但这种注浆方式的弊端是孔口管较浅，在为更深一段围岩注浆时，可能因为前一段注浆后的围岩还存在裂隙，或者浅部围岩抗压强度较低，注深部时较高的注浆压力会造成浅部已加固区重新产生裂隙，浆液会直接进入到这些裂隙中，造成对浅部已注浆加固区的重复注浆，浆液难以进入到深部需要注浆的裂隙中。同一段内注浆效果较差时，可以复钻后再次重复注浆。若是注浆段较长，在较长的注浆段内再分几段注浆的话，还会出现对已注浆段反复注浆的现象，这样对浅部围岩反复注浆加固，而深部围岩得不到有效加固，使深部的围岩注浆效果较差。给深部开挖带来安全风险。
另外，在松散富水围岩中注浆加固时，若使用单液水泥浆，在一定压力下浆液会对松散围岩产生劈裂作用，形成新的裂隙，这也是造成对已加固的浅部松散围岩产生重复注浆的原因，故没有选用合适的注浆浆液也是现有技术存在的一大不足之处。
发明内容
针对上述问题，为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供分隔式分段注浆加固方法，通过该方法可实现对加固区的分段注浆加固，有效避免深部围岩注浆时浅部围岩的加固区裂隙的产生。
本发明的第二目的是提供分隔式分段注浆加固的施工方法，该方法利用孔口管的隔压和隔离作用，用较长的孔口管隔离浅部围岩已经注浆加固的范围，可以避免注浆浆液与浅部和已加固的围岩的接触，实现把注浆浆液直接输送到深部需要注浆的孔段，杜绝了对浅部已加固围岩的重复注浆。
本发明的第三目的是提供上述施工方法的应用。
本发明提供的第一个方案是：
分隔式分段注浆加固方法：在工作面开孔，根据开孔深度下入相应深度的孔口管，通过较短的孔口管对第一段加固区注浆；通过较长的孔口管对第二段加固区注浆，依次类推，实现对第一段至第n段加固区的分别注浆，n大于等于2；这样的加固方法，有效避免深部围岩加固时对浅部围岩造成裂隙产生，同时避免了对浅部围岩的重复注浆。
为了保证每注浆加固段的整体注浆加固效果，要求相应注浆段内注浆钻孔分布要均匀，因此用于对第一段加固区、第二段加固区、第n段加固区的钻孔相互间隔设置。
考虑到对每一区的注浆加固效果，在同一划分的注浆段内，通过在封固后的孔口管内复钻后在围岩内形成裸孔段的方式实现对与孔口管相应的第一段或第n段加固区注浆。
本发明提供的第二方案是：
分隔式分段注浆加固的施工方法，具体步骤如下：
1)在工程面表面修筑止浆墙，确定注浆钻孔参数；
2)在止浆墙上标注钻孔所在孔位号；
3)按照均匀分布原则对部分孔位号标记位置进行钻孔，在钻孔内设置第一段加固区孔口管，通过第一段加固区孔口管对第一段加固区进行注浆封固；具体地，采用直径比第一孔口管大一个级别的钻头在止浆墙上开孔并进入围岩到设计深度后，提出钻头，安装并封固孔口管；严格控制开孔角度，开孔深度要比需要下入的第一孔口管长度深0.5m。第一段加固区孔口管下到设计位置后通过第一段加固区孔口管注浆封固，封固完候凝；
候凝结束后，在封固后的孔口管内复钻，并按设计延深钻孔后在围岩内形成裸孔段，通过裸孔段对第一段加固区内区域进行注浆加固。4)按照均匀分布原则对部分孔位号标记位置进行钻孔，在钻孔内设置第二段加固区孔口管，通过第二段加固区孔口管对第二段加固区进行注浆封固；第二段加固区孔口管长度大于第一段加固区孔口管的长度；
5)依次类推，完成对第n段加固区的注浆封固，n大于等于2。
所述步骤1)中注浆钻孔参数根据止浆墙表面积、需要注浆加固的加固区的围岩体积和一次注浆加固的深度进行确定。
所述步骤1)中钻孔参数包括钻孔数量，施工角度，钻孔孔径结构，孔口管规格及其深度。
所述步骤3)和所述步骤4)中根据第一段加固区或第二段加固区或第n段加固区的体积，可在相应加固区孔口管封固候凝后复钻并延深钻孔，形成裸孔段，通过裸孔段对相应的注浆段围岩进行注浆。在步骤3)候凝结束后用直径比第一孔口管直径小一个级别级的钻头在第一段加固区孔口管里复钻。把第一段加固区孔口管内注浆浆液固结体扫除干净后并按照设计的注浆裸孔段深度延深钻孔，到达钻孔需要注浆的深度。把钻头从钻孔内提出后，在第一段加固区孔口管外端部安装注浆接头。连接注浆管路和注浆泵。开启注浆泵注浆，浆液通过注浆管路和第一孔口管到达注浆裸孔段内，通过孔壁进入到围岩内。当注浆压力和注浆量达到设计值后停止注浆，卸掉注浆接头，用清水冲洗注浆泵、注浆管路和注浆接头，同时候凝。
为了保证每注浆加固段的整体注浆加固效果，要求相应注浆段内注浆钻孔分布要均匀，因此用于对第一段加固区、第二段加固区、第n段加固区的钻孔，按照均匀分布原则相互间隔设置相互间隔设置。
用于对第一段加固区和/或第二段加固区和/或第n段加固区的封固选用的浆液：对围岩内较小裂隙的注浆选用速凝单液浆；对较大裂隙和富水区的注浆封堵选用速凝双液浆，可实现有效控制浆液扩散范围，达到快速注浆，缩短工期的目的。
本发明提供的第三方案是：根据所述的分隔式分段注浆加固的施工方法的应用，该施工方法可应用于矿山、隧道、地铁和边坡治理松散富水围岩中的注浆加固。
本发明的有益效果是：
1)通过不同长度的孔口管在被注浆加固的围岩内的均匀间隔分布，并结合使用速凝浆液，可以实现对松散围岩的分段注浆加固治理。
2)在深部注浆时，因为较长的孔口管对浅部围岩的隔离作用，能直接把浆液输送到深部围岩内，解决了曾经在没有较长孔口管的情况下，深部较高的注浆压力会直接作用在浅部围岩上产生裂隙，浆液会直接进入到浅部已经注浆加固的区域，对浅部已注浆区域形成重复注浆，从而削弱对深部围岩的注浆加固效果的技术难题。
附图说明
图1是松散富水围岩内孔口管递进式隔离分段注浆加固工艺原理示意图。
图2是本发明实施例中隧道帷幕注浆孔口管递进式安装方式纵向剖面投影图。
图3为本发明实施例中隧道帷幕注浆孔口管递进式安装方式水平剖面投影图。
图4为本发明实施例中帷幕注浆不同长度孔口管所属钻孔孔位在止浆墙表面分布图。
其中：1 止浆墙，2 第一段加固区孔口管，3 第一段加固区，4 第二段加固区孔口管，5 裸孔段，6 第二段加固区，7 隧道帷幕注浆加固区界限，8 隧道开挖轮廓线，9 隧道围岩，10 隧道，11 钻机施工平台，12 隧道初期支护。
具体实施方式
下面结合说明书附图具体实施例对本发明作进一步的描述：
国家包茂高速公路广西自治区岑溪市境内均昌隧道在开挖中遇到全风化花岗岩和富水裂隙带等异常地质条件，曾先后出现4次较大规模的突水突泥灾害。在对突水突泥段致灾地层进行帷幕注浆加固治理时，在隧道进口端采用了前进式帷幕注浆加固工艺。按照以往施工经验，通过止浆墙在掌子面围岩内下入4m孔口管，通过该孔口管和不断延深的钻孔对围岩逐段进行注浆，但发现随着钻孔深度增加，注浆时浆液经常会从止浆墙和钻机施工平台处冒出。经分析其主要原因是：一是围岩松散软弱，在浅部围岩注浆加固时，按照技术要求，注浆压力较小，浆液扩散范围较小，注浆结束后可能还存在未被注浆充填的空隙；随着钻孔深部注浆时较高的注浆压力会重新对这些裂隙进行充填；二是由于浅部已加固区域围岩软弱，尽管已被注浆加固并能满足开挖要求，但是整体强度仍相对较低，深部注浆时较高的注浆压力会把浅部已加固区域围岩重新劈开，形成新的裂隙；三是经常使用的单液水泥浆的初凝时间较长，流动性较好，对围岩劈裂作用较强，浆液会沿着新劈开的裂隙延展造成浆液冒出。上述问题的出现，曾使帷幕注浆工程效率较低，对整体围岩尤其是对深部围岩的注浆加固效果较差。
本发明提供分隔式分段注浆加固的施工方法，根据不同注浆加固区的范围设置孔口管长度及其分布方式，按照均布原则，使孔口管在围岩内形成不同深度的分布，并通过不同长度的孔口管输送的浆液在钻孔裸孔段内对需要加固的围岩区域进行注浆，最终实现对不同深度的围岩分段注浆加固的目标。较长的孔口管起到把注浆压力和注浆浆液与浅部已注浆加固的区域分隔开，防止浆液直接与浅部围岩接触，出现对浅部已注浆加固的区域的重复注浆。本实施例在现场应用中取得了较好注浆加固效果，明显提高了施工效率，大大缩短了帷幕注浆治理工期。
分隔式分段注浆加固的施工方法，如图2和图3所示，操作步骤如下：
(1)修筑止浆墙1，设计注浆钻孔参数。在隧道开挖轮廓线8内，在隧道10开挖掌子面处浇筑混凝土止浆墙1，要求止浆墙混凝土强度不得小于C25，止浆墙厚度3m。根据止浆墙1表面积和需要注浆加固的隧道围岩9体积以及需要注浆加固的深度，设计注浆钻孔参数，钻孔参数主要包括钻孔数量，施工角度，钻孔孔径结构，孔口管规格及其深度，注浆裸孔段5孔径及其深度等。
(2)止浆墙1上标注孔位号。在钻机施工平台11上方的止浆墙1表面上根据注浆钻孔参数，布置钻孔开孔孔位号。
(3)开孔，安装并封固孔口管。在止浆墙1上先对孔号为奇数的钻孔开孔，严格控制开孔角度。开孔深度为4.0m，钻孔内安装第一段加固区孔口管2，其倾斜设置以扩大一次注浆的范围，其长度为4m，其外露止浆墙1超出0.3m。安装完成后对第一段加固区孔口管2进行注浆封固，注浆浆液为水泥水玻璃浆液，水泥浆和水玻璃浆体积比为3:1，初凝时间为50秒，封固完候凝。
(4)复钻并延深钻孔到注浆深度。候凝结束后用直径比第一段加固区孔口管2直径小一级的钻头在第一段加固区孔口管2里复钻。把第一段加固区孔口管2内的速凝浆液固结体扫除干净，后在围岩内施工注浆裸孔段5到设计深度。
(5)注浆。把钻头从钻孔内提出后，在第一段加固区孔口管2外端部安装注浆接头。连接注浆管路和注浆泵。开启注浆泵注浆，浆液通过注浆管路和第一段加固区孔口管2到达注浆裸孔段5内，浆液在注浆压力作用下进入到围岩内的第一段加固区3。注浆压力和注浆量均达到设计值后停止注浆。卸掉注浆接头，用清水冲洗注浆接头，候凝。
等第一段加固区孔口管2全部安装完毕并完成对整个第一段加固区3注浆完毕后。方可安装第二段加固区孔口管4，并对第二段加固区6进行注浆，直至注浆全部结束，操作步骤和施工顺序同上。第二段加固区孔口管4要安装在标注为偶数的钻孔内。其在围岩内的深度要超过第一段加固区3，整个加固区由隧道帷幕注浆加固区界限7来限制。
第一段加固区孔口管2和第二段加固区孔口管4的安装和封固质量要求一样，即在相应注浆加固段注浆设计终压下，孔口管管壁外侧与围岩结合处不出现漏浆现象，而且孔口管不出现外移和松动。
其中，注浆浆液选材对分隔式分段注浆加固的施工方法也是不容忽视的重要内容。为满足浆液在可控的范围内，对注浆加固的围岩内空隙快速充填固结，避免出现超范围扩散，分别选用了速凝单液浆和速凝双液浆。速凝单液浆为硫铝酸盐水泥，使用条件为对围岩内较小裂隙的充填封堵。硫铝酸盐水泥浆密度控制在1.3～1.5g/cm3之间；对较大裂隙和富水区的注浆封堵选用了水泥-GT浆液。水泥：GT浆液的体积比控制在1:1～3:1之间，水泥浆密度控制在1.5g/cm3左右。第一段加固区孔口管2和第二段加固区孔口管4的封固选用了水泥水玻璃双液浆，水泥浆和水玻璃浆液的体积比为1:1，水泥浆液密度为1.6g/cm3左右，水玻璃浓度为38波美度，模数为2.6。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。
Claims (7)
1.分隔式分段注浆加固方法，其特征在于，
在工作面上开孔，根据开孔深度下入相应深度的孔口管，通过较短的孔口管对第一段加固区注浆；通过较长的孔口管对第二段加固区注浆，依次类推，实现对第一段至第n段加固区的分别注浆，n大于等于2；
通过在封固后的孔口管内复钻后在围岩内形成裸孔段的方式实现对与孔口管相应的第一段或第n段加固区注浆；
在第一段加固区中钻孔内安装第一段加固区孔口管，其倾斜设置以扩大一次注浆的范围。
2.分隔式分段注浆加固的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）在工程面表面修筑止浆墙，确定注浆钻孔参数；
2）在止浆墙上标注钻孔所在孔位号；
3）对部分孔位号标记位置进行钻孔，在钻孔内设置第一段加固区孔口管，通过第一段加固区孔口管对第一段加固区进行注浆封固；
4）对部分孔位号标记位置进行钻孔，在钻孔内设置第二段加固区孔口管，通过第二段加固区孔口管对第二段加固区进行注浆封固；第二段加固区孔口管长度大于第一段加固区孔口管的长度；
5）依次类推，完成对第n段加固区的注浆封固，n大于等于2；
所述步骤3）和所述步骤4）中根据第一段加固区或第二段加固区或第n段加固区的体积，可在相应加固区孔口管封固候凝后复钻并延深钻孔，形成裸孔段，通过裸孔段对相应的注浆段围岩进行注浆；
在第一段加固区中钻孔内安装第一段加固区孔口管，其倾斜设置以扩大一次注浆的范围。
3.根据权利要求2所述的分隔式分段注浆加固的施工方法，其特征在于，所述步骤1）中注浆钻孔参数根据止浆墙表面积、需要注浆加固的加固区的围岩体积和一次注浆加固的深度进行确定。
4.根据权利要求2所述的分隔式分段注浆加固的施工方法，其特征在于，所述步骤1）中钻孔参数包括钻孔数量，施工角度，钻孔孔径结构，孔口管规格及其深度。
5.根据权利要求2所述的分隔式分段注浆加固的施工方法，其特征在于，用于对第一段加固区、第二段加固区、第n段加固区的钻孔，按照均匀分布原则相互间隔设置。
6.根据权利要求2所述的分隔式分段注浆加固的施工方法，其特征在于，用于对第一段加固区和/或第二段加固区和/或第n段加固区的封固选用的浆液：对围岩内较小裂隙的注浆选用速凝单液浆；对较大裂隙和富水区的注浆封堵选用速凝双液浆。
7.根据权利要求3-6中任一项所述的分隔式分段注浆加固的施工方法的应用，其特征在于，该施工方法可应用于矿山、隧道、地铁和边坡治理松散富水围岩中的注浆加固。
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