CN106761835B - 一种岩溶隧道漏水分段注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，按照明显股状漏水点引排、散水注浆治理的原则进行施工，岩溶隧道径向采用由下至上的施工顺序，方法如下：（1）对明显股状漏水点位置，根据实际情况以明显股状漏水点为中心，布置1‑2个引水孔，孔径不小于70mm，引水孔内安装封孔器并加固，达到集中明水的目的；（2）对区域散水治理注浆钻孔采用深浅结合、梅花型布置的形式；（3）注浆孔冲洗；（4）在注浆孔中插入注浆管；（5）在注浆孔口放置孔口止水塞；（6）控制性压密分段注浆；（7）注浆完毕采用素混凝土封堵孔口。本发明将注浆孔分为数段进行注浆，克服了反复钻孔注浆扫孔的过程，可使钻孔和注浆平行作业，大大提高了施工效率，适合用于抢险施工。
Description
技术领域
本发明涉及一种隧道漏水注浆加固方法，具体是一种岩溶隧道漏水分段注浆施工方法，属于地下与隧道工程技术领域。
背景技术
目前，随着地下和隧道技术的不断发展，一些大型的隧道需要建设在偏远地区，有些甚至是要建设在岩溶发育区。在岩溶发育区修建隧道常因岩溶隧道漏水使围岩变形过大甚至坍塌，对技术人员以及设备的安全带来极大威胁。为了减小岩溶隧道漏水对施工安全的影响，目前国内外采用较多的是对岩溶及漏水处进行注浆加固。
传统的注浆加固技术一般针对不同的注浆深度采用不同深度的注浆孔，该方法存在以下施工缺陷：
（1）工程量大：同一断面位置不同深度需要施工多个注浆孔；
（2）注浆效率低下、工期长：需要反复钻孔注浆扫孔；
（3）注浆孔口封闭效果较差：上部浆液不能达到充分强度便开始下部浆液注浆；
（4）注浆加固效果不理想：不能实现同步注浆，相邻注浆孔不能实现排水，挤密压实效果不能得到保证，防渗能力不能得以提高。
发明内容
根据现有技术的不足，提供一种岩溶隧道漏水分段注浆施工方法，将注浆孔分为数段进行注浆，该方法克服了反复钻孔注浆扫孔的过程，可使钻孔和注浆平行作业，大大提高了施工效率，节约了施工时间，适合用于抢险施工。
本发明按以下技术方案实现：
一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，岩溶地铁隧道受流动的腐蚀性水的侵蚀作用容易发生渗漏，常见的岩溶地铁隧道渗漏类型可分为水滴渗漏和成股状渗流；岩溶地铁隧道渗漏如果出现成股渗流，为了防治渗漏进一步扩大，必须采取先引流后堵漏即按照明显股状漏水点引排、散水注浆治理的原则进行施工，岩溶隧道径向采用由下至上的施工顺序，具体施工方法如下：
（1）对明显股状漏水点位置，根据实际情况以明显股状漏水点为中心，布置1-2个引水孔，孔径不小于70mm，引水孔内安装封孔器并加固，达到集中明水的目的；
（2）对区域散水治理注浆钻孔采用深浅结合、梅花型布置的形式；
（3）注浆孔冲洗；
（4）在注浆孔中插入注浆管；
（5）在注浆孔口放置孔口止水塞；
（6）控制性压密分段注浆；
（7）注浆完毕采用素混凝土封堵孔口。
优选的是，注浆孔孔口位置与设计位置的容许偏差为5cm，偏角应符合设计要求，孔底位置偏移应小于30cm；注浆孔终孔直径不小于150mm；钻孔施工顺序应由下至上间隔施工。
优选的是，当岩溶地铁隧道成股渗流漏水严重时，布孔孔距不大于1.5m x 1.5m，采用长短交错梅花形布孔，孔深分别不小于为5m 和3m；当岩溶地铁隧道成股渗流漏水不严重时，布孔孔距不大于2m x 2m，采用长短交错梅花形布孔，孔深分别不小于为5m 和3m。
优选的是，注浆前进行压水试验，压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取静水压力的1.5—2.0倍，试验间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，试验工作结束，以最终流量为计算流量。
优选的是，按照设计要求布置好注浆孔后，因是岩溶发育地区，对比水流冲洗、常规扫孔和高压浆液清洗三种冲洗方式，选择采用高压浆液枪高压清洗的方式进行注浆孔冲洗；钻孔方式采用压力骤升骤降的防水方式，即采用预设压力进行冲孔，持续5min后将冲孔压力瞬时降低，静置2min后再进行增大冲孔压力至设计压力进行冲孔，直至满足冲孔结束的标准为止；当出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗的时间不低于30min冲洗结束。
优选的是，所述注浆管为多根直径为30—60mm、壁厚为3—6mm的无缝钢管拼接而成，无缝钢管的轴向一端内壁有内螺纹，在无缝钢管的轴向另一端焊接有一根其径向圆周面上开有多个预留孔的连接管，在连接管的自由端外壁有与内螺纹相适配的外螺纹；所述预留孔为圆形，直径为10-20mm，上下、左右相邻预留孔成梅花状预留形式，相邻两个预留孔最近边缘距离为10mm。
优选的是，还包括多个分隔器，该分隔器为一块任一平行两边缘呈锯齿状的正方形铝制薄片，该正方形铝制薄片比无缝钢管外径大50mm，多个分隔器的铝片厚度为分别为0.23mm、0.35mm、0.48mm、0.63mm，分别能承受1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、3.0MPa的注浆压力。
优选的是，分隔器安装在连接管上的方法为：首先用橡胶套在注浆管预留孔处套牢，然后将方形分隔器中的两个锯齿边相接卷曲形成圆柱，卷曲后的切面圆的内径等于套牢橡胶套后的连接管外径，最后将分隔器包裹在套牢橡胶套后的连接管上，在分隔器外壁再用橡胶套套牢则准备完毕。
优选的是，还包括多个连接栓塞，所述连接栓塞采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，工作压力为1-3MPa，材质为橡胶，相邻上下两根注浆管接头在机械螺纹连接时，将连接栓塞固定在注浆管接头的最上部，在注浆过程中要保证连接栓塞所能承受的压力超出注浆压力值，其作用是防治出现浆液返回和蹿浆现象；所述止水塞采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，材质为四周贴有遇水膨胀止水胶条的橡胶，止水塞的极限抗压力不小于5MPa，保证在冲孔、试验和注浆过程中浆液以及地下水不从孔口处出现渗漏、跑浆现象。
优选的是，注浆时，泥浆水灰比普通水泥浆液采用的重量比为2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1五个比级，细水泥浆液采用的重量比为1:1、0.8:1、0.5:1三个比级，化学控制液参量5-8%；首先采用1.0MPa的注浆压力进行第一阶段注浆，1）注浆压力保持不变，注入率持续减少或注入率不变而压力持续升高时，不改变2:1的水灰比；2）当第一级浆液注入量已达300L 以上，或灌注时间已达30min，而注浆压力和注入率均无显著改变时，换重量比为1:1水灰比浆液灌注；达到标准后进行1.5MPa的注浆压力进行第二阶段注浆，同理进行2.0MPa的注浆压力进行第三阶段注浆、3.0MPa的注浆压力进行第四阶段注浆和5.0MPa的注浆压力进行第五阶段注浆。
优选的是，控制性注浆浆液扩散半径为1.0—1.5m。
优选的是，孔口止浆塞采用的是水力膨胀式止水塞。
优选的是，封堵用素混凝土采用的是C15。
本发明有益效果：
本发明将注浆孔分为数段进行注浆，该方法克服了反复钻孔注浆扫孔的过程，可使钻孔和注浆平行作业，大大提高了施工效率，节约了施工时间，适合用于抢险施工。此外该方法改善了注浆孔口封闭效果，使得孔口封闭承压能力大幅提高，为提高注浆压力奠定基础。
附图说明
附图1是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的岩溶地铁隧道注浆径向孔位分布示意图；
附图2是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的岩溶地铁隧道注浆管主视图；
附图3是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的分隔器主视图；
附图4是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的分隔器平面图；
附图5是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的注浆钻孔剖面图；
附图6是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的注浆钻孔注浆准备工作完成后的剖面图；
附图7是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的注浆压力超过1.0Mpa的注浆剖面图；
附图8是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的注浆压力超过1.5Mpa的注浆剖面图；
附图9是本发明一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法的注浆压力超过3.0Mpa的注浆剖面图；
附图10是在不同注浆压力下的注浆效果图。
图中：210—注浆管，220—预留孔，230—内螺纹，240—外螺纹，310—铝制薄片，320—锯齿状，410—注浆孔，420—分隔器，430—止水塞，440—连接栓塞，450—注浆管接头，510—1Mpa的注浆压力，520—1.5Mpa的注浆压力，530—2Mpa的注浆压力，540—3Mpa的注浆压力，550—5Mpa的注浆压力。
具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
如图1至图10所示，针对某一具体岩溶地铁隧道漏水案例，岩溶地铁隧道漏水常见的一种形式是渗漏水沿着岩溶地铁隧道的内壁某一个渗水点外渗水，并没有形成成股成流，另一种形式就是岩溶地铁隧道的渗水量较大，已经明显的成股成流的沿着岩溶地铁隧道内壁或直接从渗漏处流淌在隧道内部，按照上述第二种岩溶地铁隧道渗水形式明显股状漏水点引排、散水注浆治理的原则进行施工，岩溶地铁隧道径向采用由下至上的施工顺序。
（1）根据注浆范围、注浆段长、单个注浆孔410的作用范围、岩溶（岩层裂隙）发育情况、含水层分布情况、隧道断面大小和钻孔作业要求，确定注浆孔410布置。
（2）控制好潜孔锤钻进的转数、轴压、空气输入量和压力等基本参数成注浆孔，注浆孔410容许偏差为5cm，孔底位置偏移应小于30cm，注浆孔410终孔直径不小于150mm，注浆孔410应方便插入注浆管210、止水塞430和分隔器420等。
（3）为了了解注浆孔410各注浆段岩层的富水性、透水性，用以确定浆液配比，预估浆液消耗量及材料用量进行压水试验。压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取静水压力的2.0倍，试验间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，以保证注浆压力。
（4）注浆孔410冲洗。清除钻孔中的残留岩粉，岩石裂隙中所填充的粘土杂质等物；冲孔干净的钻孔水泥浆液充填进入裂隙中，与岩石紧密胶结。考虑实际情况冲孔不可能一次冲洗干净，要分好多次连续冲孔并且每次冲孔的压力不能保持不变，否则冲孔的质量和效率不能得到保证；为保证冲孔质量，采用即时改变冲孔压力的方式进行冲孔，即首先采用设计压力进行冲孔，持续5min后将冲孔压力瞬时降低，静置2min后再进行增大冲孔压力至设计压力进行冲孔，直至满足冲孔结束的标准为止。冲洗结束的标准为：出水管的水洁净后在延续10min，总冲洗的时间不低于30min。
（5）制作注浆管210和分隔器420；从注浆孔410放置注浆管210，注浆管210为多根直径为30—60mm、壁厚为3—6mm的无缝钢管拼接而成，无缝钢管的轴向一端内壁有内螺纹230，在无缝钢管的轴向另一端焊接有一根其径向圆周面上开有多个预留孔220的连接管，在连接管的自由端外壁有与内螺纹230相适配的外螺纹240。还包括多个分隔器420，该分隔器420为一块任一平行两边缘呈锯齿状320的正方形铝制薄片310，该正方形铝制薄片310比无缝钢管外径大50mm，多个分隔器420的铝片厚度为分别为0.23mm、0.35mm、0.48mm、0.63mm，分别能承受1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、3.0MPa的注浆压力。分隔器420安装在连接管上的方法为：首先用橡胶套在注浆管预留孔220处套牢，然后将方形分隔器420中的两个锯齿边相接卷曲形成圆柱，卷曲后的切面圆的内径等于套牢橡胶套后的连接管外径，最后将分隔器420包裹在套牢橡胶套后的连接管上，在分隔器420外壁再用橡胶套套牢则准备完毕。
（6）制作并连接连接栓塞440和止水塞430。连接栓塞440采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，工作压力为1-3MPa，材质为耐高压、高强耐磨橡胶，相邻上下两根注浆管接头450在机械螺纹连接时，将连接栓塞440固定在注浆管接头的最上部，在注浆过程中要保证连接栓塞440所能承受的压力超出注浆压力值，其作用是防治出现浆液返回和蹿浆现象。止水塞430采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，材质为四周贴有遇水膨胀止水胶条的耐高压、高强耐磨橡胶，止水塞430的极限抗压力不小于5MPa，保证在冲孔、试验和注浆过程中浆液以及地下水不从孔口处出现渗漏、跑浆现象。
（7）注浆。考虑岩溶地铁隧道的堵水和加固要求，同时考虑注浆材料不能污染周围环境的基本要求，所以选用无毒性、无污染的注浆材料。综合考虑普通水泥液浆具有颗粒粒径大、凝胶时间长、胶结体抗压强度高等优点；细水泥浆具有性能稳定、析水性和流动性较普通水泥明显改善、浆液凝固体具有较高的强度和耐久性等优点；同时兼顾经济性的原则选用普通水泥浆液和细水泥浆液。为了保证普通水泥浆液的注浆效果，水灰比为0.5:1时，凝结率在99%左右，抗压强度值满足设计强度；水灰比2:1时，凝结率在70%左右，抗压强度值较0.5:1小但仍能满足设计强度要求，所以泥浆水灰比普通水泥浆液采用2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1（重量比）五个具有代表性的比级。为了保证普通水泥浆液的注浆效果，水灰比为0.5:1时，凝结率在97%左右，抗压强度值满足设计强度；水灰比1:1时，凝结率在60%左右，抗压强度值较0.5:1小很多但仍能满足设计强度要求，所以细水泥浆液采用1:1、0.8:1、0.5:1（重量比）三个具有代表性的比级，化学控制液参量5-8%。
首先采用1.0MPa的注浆压力510进行第一阶段注浆，1）注浆压力保持不变，注入率持续减少或注入率不变而压力持续升高时，不改变2:1水灰比；2）当第一级浆液注入量已达300L 以上，或灌注时间已达30min，而注浆压力和注入率均无显著改变时，换重量比1:1的水灰比浆液灌注；达到标准后进行1.5MPa的注浆压力520进行第二阶段注浆，同理进行2.0MPa的注浆压力530进行第三阶段注浆、3.0MPa的注浆压力540进行第四阶段注浆和5.0MPa的注浆压力550进行第五阶段注浆。
（8）结束标准
1）单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压，调小泵量到设计结束时的进浆量，并在该数值上稳定10min 以上；注浆结束时的进浆量小于20L/min；检查孔涌水量小于0.4L/ (min•m)；检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。
2）全段结束标准：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，衬砌表面无线状渗漏；注浆后涌水量小于lm3／(d•m)；控制性注浆浆液扩散半径为1.0～1.5m。
（9）封堵注浆口。注浆结束后，考虑浆液凝固需要一定的时间阶段，如果不封口则会造成浆液外流或者外部杂质的进入影响注浆质量和效果，所以需要封堵注浆口。注浆口封口一方面要满足安全的要求即封口效果可以得到保证，利益方面还要考虑工程施工的经济性，即在保证安全的前提下提倡施工的经济性，综合考虑上述两个方面的因素，封口可采用喷射支护的混凝土强度，即采用C15的素混凝土封堵注浆口能同时满足安全和经济的要求。
实施例：
某岩溶地铁隧道岩石为深埋灰岩，处于较完整常渗水状态，围岩级别为Ⅲ级或Ⅳ级。岩溶地铁隧道在左翼中上部位置出现明显股状漏水点，采用以下步骤进行注浆堵漏。第一步：按照注浆孔孔口位置与设计位置的容许偏差小于5cm，偏角符合设计要求，孔底位置偏移小于30cm；注浆孔终孔直径为200mm；钻孔施工顺序由下至上间隔施工；布孔孔距位1.5m x 1.5m，采用长短交错梅花形布孔，孔深分别为7m 和5m的要求成孔，如图5所示；第二部：对注浆管210进行压力测试，合格后分段连接注浆管210，注浆管接头450连接前首先用橡皮套套牢、将锯齿状320正方形铝制分隔器420卷盖在注浆管接头450的橡皮套上、外部再用一层橡胶套将铝制分隔器420固定牢固，如图6所示；第三步：回填砂浆，将整个孔用砂浆液回填满；第四步：增加注浆压力进行注浆，控制注浆压力值，压力值超过1Mpa时，注浆效果如图7所示；第五步：继续增加注浆压力进行注浆，控制注浆压力值，压力值超过1.5Mpa时，注浆效如图8所示；第六步:继续增加注浆压力进行注浆，控制注浆压力值，压力值超过3.0Mpa时，注浆效如图9所示；第七步：待注浆液体充分反应后，注浆效果如图10所示；第八步：使用C15的混凝土进行封口。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：按照明显股状漏水点引排、散水注浆治理的原则进行施工，岩溶隧道径向采用由下至上的施工顺序，具体施工方法如下：
（1）对明显股状漏水点位置，根据实际情况以明显股状漏水点为中心，布置1-2个引水孔，孔径不小于70mm，引水孔内安装封孔器并加固，达到集中明水的目的；
（2）对区域散水治理注浆钻孔采用深浅结合、梅花型布置的形式；
（3）注浆孔冲洗；
（4）在注浆孔中插入注浆管；
（5）在注浆孔口放置孔口止水塞；
（6）控制性压密分段注浆；
（7）注浆完毕采用素混凝土封堵孔口；
注浆时，泥浆水灰比普通水泥浆液采用的重量比为2:1、1:1、0.8:1、0.6:1、0.5:1五个比级，细水泥浆液采用的重量比为1:1、0.8:1、0.5:1三个比级，化学控制液参量5-8%；
首先采用1.0MPa的注浆压力进行第一阶段注浆，1）注浆压力保持不变，注入率持续减少或注入率不变而压力持续升高时，不改变2:1的水灰比；2）当第一级浆液注入量已达300L以上，或灌注时间已达30min，而注浆压力和注入率均无显著改变时，换重量比为1:1水灰比浆液灌注；达到标准后进行1.5MPa的注浆压力进行第二阶段注浆，同理进行2.0MPa的注浆压力进行第三阶段注浆、3.0MPa的注浆压力进行第四阶段注浆和5.0MPa的注浆压力进行第五阶段注浆。
2.根据权利要求1所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：注浆孔孔口位置与设计位置的容许偏差为5cm，偏角应符合设计要求，孔底位置偏移应小于30cm；注浆孔终孔直径不小于150mm；钻孔施工顺序应由下至上间隔施工。
3.根据权利要求1所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：当岩溶地铁隧道成股渗流漏水严重时，布孔孔距不大于1.5m x 1.5m，采用长短交错梅花形布孔，孔深分别不小于为5m 和3m；
当岩溶地铁隧道成股渗流漏水不严重时，布孔孔距不大于2m x 2m，采用长短交错梅花形布孔，孔深分别不小于为5m 和3m。
4.根据权利要求1所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：注浆前进行压水试验，压水试验方法采用双塞正水法，压力表安装在孔口管回水管上，试验压力取静水压力的1.5—2.0倍，试验间隔10min观测一次流量和压力，流量和压力保持相对稳定，流量连续四次读数，其最大值和最小值之差小于最终值的10%，试验工作结束，以最终流量为计算流量。
5.根据权利要求1所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：按照设计要求布置好注浆孔后，因是岩溶发育地区，对比水流冲洗、常规扫孔和高压浆液清洗三种冲洗方式，选择采用高压浆液枪高压清洗的方式进行注浆孔冲洗；钻孔方式采用压力骤升骤降的防水方式，即采用预设压力进行冲孔，持续5min后将冲孔压力瞬时降低，静置2min后再进行增大冲孔压力至设计压力进行冲孔，直至满足冲孔结束的标准为止；当出水管的水洁净后再延续10min，总冲洗的时间不低于30min冲洗结束。
6.根据权利要求1所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：所述注浆管为多根直径为30—60mm、壁厚为3—6mm的无缝钢管拼接而成，无缝钢管的轴向一端内壁有内螺纹，在无缝钢管的轴向另一端焊接有一根其径向圆周面上开有多个预留孔的连接管，在连接管的自由端外壁有与内螺纹相适配的外螺纹；
所述预留孔为圆形，直径为10-20mm，上下、左右相邻预留孔成梅花状预留形式，相邻两个预留孔最近边缘距离为10mm。
7.根据权利要求6所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：还包括多个分隔器，该分隔器为一块任一平行两边缘呈锯齿状的正方形铝制薄片，该正方形铝制薄片比无缝钢管外径大50mm，多个分隔器的铝片厚度为分别为0.23mm、0.35mm、0.48mm、0.63mm，分别能承受1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、3.0MPa的注浆压力。
8.根据权利要求7所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：分隔器安装在连接管上的方法为：首先用橡胶套在注浆管预留孔处套牢，然后将方形分隔器中的两个锯齿边相接卷曲形成圆柱，卷曲后的切面圆的内径等于套牢橡胶套后的连接管外径，最后将分隔器包裹在套牢橡胶套后的连接管上，在分隔器外壁再用橡胶套套牢则准备完毕。
9.根据权利要求6至8任一项所述的一种岩溶地铁隧道漏水分段注浆施工方法，其特征在于：还包括多个连接栓塞，所述连接栓塞采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，工作压力为1-3MPa，材质为橡胶，相邻上下两根注浆管接头在机械螺纹连接时，将连接栓塞固定在注浆管接头的最上部，在注浆过程中要保证连接栓塞所能承受的压力超出注浆压力值，其作用是防治出现浆液返回和蹿浆现象；
所述止水塞采用封孔直径为30-60mm，封孔深度为3-8m，材质为四周贴有遇水膨胀止水胶条的橡胶，止水塞的极限抗压力不小于5MPa，保证在冲孔、试验和注浆过程中浆液以及地下水不从孔口处出现渗漏、跑浆现象。
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