CN114320363A - 一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法属于地下工程施工技术领域,本发明结合不同的围岩状况,选用不同的注浆浆液,在实验室配合试验得到最优配合比的浆液。现场施工时动态调整浆液配比,调整浆液凝胶时间,保证注浆止水效果。根据导洞断面进行深孔注浆孔位布设,为了达到断面止水效果,达到无水开挖条件,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有多组,每组深孔注浆孔位沿竖向连续设置,并且每组深孔注浆孔位的数量由侧边向顶部逐渐增大,在注浆长度范围内形成有效止水区域,以保证注浆充分,不留死角。采用注浆压力和注浆量指标双控制工艺,使浆液扩散半径均匀,止水加固效果良好,开挖作业面浆脉清晰,确保开挖作业面土体稳定。
Description
技术领域
本发明属于地下工程施工技术领域,具体为一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法。
背景技术
随着我国城市市政基础设施的全面发展和地铁线路的增多,地铁穿越的环境越来越复杂,结构埋深越来越大,地下水的处理也越来越困难。原地铁一般采用降水处理地下水,为响应北京市对地铁工程施工期间地下水处理政策提出的保护水资源,尽量减少工程降水,优化调整施工期间地下水处理措施重要指示,全面梳理施工期间地下水处理方案,提出了深孔注浆处理地下水的方案。
深孔注浆止水技术是在成孔后依靠注浆泵提供的挤压力,通过注浆管把浆液以充填、渗透、劈裂或挤密的形式注入地层,利用浆液的挤压、充填、凝胶和固化作用,使原来地层的物理力学性能得到改良,如降低土体抗渗性、提高密实性,从而达到止水和加固效果。注浆止水施工可以减少降水施工占用道路、地面沉降以及地下水流失,能够防控地铁施工诱发的地质灾害,还可以保护城市地下水资源。随着未来地铁工程埋藏越来越深,施工面临丰富的含水层;同时,社会对地下水资源保护越来越重视以及北京市制定的不降水或少降水工程施工政策,使得富水、动压及复杂地层的防治水施工技术成为地铁施工的关键技术。深孔注浆止水技术以其施工工艺简单、工程投资少、工期短、占用场地少等优势和特点,已成为地下工程防水堵水必不可少的施工技术之一。
针对复杂地层,在粉质粘土、粘质粉土、淤泥层、砂卵石层及各层混合段,采用常规的深孔注浆工艺,存在一定的风险和注浆效果的不确定性。如注浆料当选择、注浆孔位布置、注浆角度和压力控制不当,在复杂地层中存在注浆盲区,隧道开挖过程中出现涌泥、涌沙现象,开挖效果较差,影响施工进度。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,以解决上述技术问题。
为此,本发明提供一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,包括:
S1、针对不同的围岩状况,确定不同的注浆浆液,在实验室进行配合试验,以得出最优配合比;
S2、安装深孔注浆操作平台,准备深孔注浆材料;
S3、封闭掌子面,确定深孔注浆孔位,钻机就位,按照止浆墙预留的注浆孔位计算钻头水平角和仰角;
S4、将钻孔注浆设备放置在操作平台顶部,钻孔至设计深度;
S5、边退杆边注浆,控制注浆压力和单孔注浆量,动态调整浆液配比,调整浆液凝胶时间,完成注浆;
S6、清洗注浆设备和管路,移至下一个深孔注浆孔位。
优选地,黏土层或有水砂卵石层采用水泥浆-水玻璃双浆液进行注浆,砂层采用水泥浆-水玻璃双浆液或者水玻璃-磷酸浆液进行注浆。
优选地,粘性土、粉质黏土及岩层采用水泥砂浆,粉土地层采用单液水泥浆或水泥-水玻璃双液浆,无水粉细砂及中砂地层采用改性水玻璃,无水粗砂及圆砾地层采用单液水泥浆,无水卵石地层采用单液水泥砂浆,有水砂卵石地层采用水泥-水玻璃双液浆。
优选地,S3中导洞断面为D型,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有多组,每组深孔注浆孔位沿竖向连续设置,并且每组深孔注浆孔位的数量由侧边向顶部逐渐增大。
优选地,S3中深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有四组,由顶部向侧边依次为第一组、第二组、第三组和第四组,第一组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、22°、27°、34°,第二组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、23°、34°,第三组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°、23°和34°,第四组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°和23°。
优选地,S5中注浆时注浆孔流出液体,暂停注浆,将流出时间与现场试验浆液上强度时间对比,如果液体流出时间大于上强度时间,确定流出液体为水,则继续注浆;如果液体流出时间小于上强度时间,确定流出液体为砂,此时如果是采用水泥浆进行注浆,将水泥浆更换为水玻璃-磷酸浆液,如果是采用水玻璃-磷酸浆液进行注浆,则增大水玻璃-磷酸浆液的浓度。
优选地,S5中已完成注浆作业的注浆孔流出浆液、水或砂,则减小注浆速率,增大浆液浓度,并且对该注浆孔采用水玻璃-磷酸浆液进行二次注浆。
优选地,S5中注浆压力为1MPa~1.2MPa,终压不超出1.5MPa。
优选地,在钢筋网片上绑扎加强钢筋,再喷射20cm厚的C20混凝土,待掌子面混凝土达到设计强度后再进行深孔注浆。
优选地,操作平台设置在止浆墙的一侧,包括支腿、支撑板、横向滑轨和护栏,所述横向滑轨设置在支撑板的顶部并且平行止浆墙设置。
与现有技术相比,本发明的特点和有益效果为:
(1)本发明结合不同的围岩状况,选用不同的注浆浆液,在实验室配合试验得到最优配合比的浆液。现场施工时动态调整浆液配比,调整浆液凝胶时间,保证注浆止水效果。
(2)本发明中根据导洞断面进行深孔注浆孔位布设,为了达到断面止水效果,达到无水开挖条件,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有多组,每组深孔注浆孔位沿竖向连续设置,并且每组深孔注浆孔位的数量由侧边向顶部逐渐增大,在注浆长度范围内形成有效止水区域,以保证注浆充分,不留死角。
(3)本发明采用注浆压力和注浆量指标双控制工艺,注浆压力1MPa~1.2MPa,终压不超出1.5Mpa。根据设计注浆加固体积,计算每个注浆孔的注浆数量,钻杆钻进设计深度后,退杆步距500mm,边退边注浆,注浆压力稳定后,确认每段步距的注浆量达到设计值后,继续下一步距。按照这种注浆方式,可以使浆液扩散半径均匀,止水加固效果良好,开挖作业面浆脉清晰,确保开挖作业面土体稳定,降低安全风险。
附图说明
图1为本发明的流程示意图;
图2为深孔注浆操作平台的示意图;
图3为D型断面深孔注浆剖面图;
图4为第一组注浆单孔钻杆布置示意图;
图5为第二组注浆单孔钻杆布置示意图;
图6为第三组注浆单孔钻杆布置示意图;
图7为第四组注浆单孔钻杆布置示意图。
附图标注:1-支腿、2-支撑板、3-横向滑轨、4-护栏、5-止浆墙。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解,下面对本发明进一步说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思,均是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“设置有”、“连接”等,应做广义理解,例如“连接”,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
某地铁工程设计终点区间由于设置了渡线和停车线,大断面暗挖隧道宽11m-15m,高度9m-13m,为双侧壁导坑法,底板埋深30m-33m。隧道顶板局部与潜水(二)层(含水层岩性主要为粉细砂③2层、圆砾③3层,结构顶板位于水位以下6m-8m)含水层贯通,地下水处理难度很大。针对粉质粘土、粘质粉土、淤泥层、砂卵石层及各层混合段,采用常规的深孔注浆工艺,存在一定风险和注浆效果的不确定性。
如图1所示,本发明的一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,包括:
S1、针对不同的围岩状况,确定不同的注浆浆液,在实验室进行配合试验,以得出最优配合比。
S2、安装深孔注浆操作平台,准备深孔注浆材料。如图2所示,操作平台设置在止浆墙5的一侧,包括支腿1、支撑板2、横向滑轨3和护栏4,横向滑轨3设置在支撑板2的顶部并且平行止浆墙5设置。钻孔注浆设备可沿横向滑轨3滑动,以调整钻孔位置。深孔注浆材料采用P.O42.5普通硅酸盐水泥、水玻璃(40波美度)、磷酸等。
S3、在钢筋网片上绑扎加强钢筋,再喷射20cm厚的C20混凝土,以封闭掌子面,确定深孔注浆孔位,钻机就位,按照止浆墙预留的注浆孔位计算钻头水平角和仰角。如图3所示,导洞断面为D型,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有多组,每组深孔注浆孔位沿竖向连续设置,并且每组深孔注浆孔位的数量由侧边向顶部逐渐增大。具体地,如图4-7所示,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有四组,由顶部向侧边依次为第一组、第二组、第三组和第四组,第一组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、22°、27°、34°,第二组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、23°、34°,第三组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°、23°和34°,第四组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°和23°。与深孔注浆孔位沿导洞侧壁连续设置成圆形相比,本发明中深孔注浆孔位的布置方法可以达到断面止水效果,达到无水开挖条件,在注浆长度范围内形成有效止水区域,能够保证注浆充分,不留死角。
S4、将钻孔注浆设备放置在操作平台顶部,钻孔至设计深度。
S5、边退杆边注浆,控制注浆压力和单孔注浆量,动态调整浆液配比,调整浆液凝胶时间,完成注浆。黏土层或有水砂卵石层采用水泥浆-水玻璃双浆液进行注浆,砂层采用水泥浆-水玻璃双浆液或者水玻璃-磷酸浆液进行注浆。砂层出水量不大时,采用水泥浆-水玻璃双液浆;砂层出水量大时,采用水玻璃-磷酸双液浆。更具体地,粘性土、粉质黏土及岩层采用水泥砂浆,粉土地层采用单液水泥浆或水泥-水玻璃双液浆,无水粉细砂及中砂地层采用改性水玻璃,无水粗砂及圆砾地层采用单液水泥浆,无水卵石地层采用单液水泥砂浆,有水砂卵石地层采用水泥-水玻璃双液浆。注浆压力为1MPa~1.2MPa,终压不超出1.5MPa。注浆时注浆孔流出液体,暂停注浆,将流出时间与现场试验浆液上强度时间对比,如果液体流出时间大于上强度时间,确定流出液体为水,则继续注浆;如果液体流出时间小于上强度时间,确定流出液体为砂,此时如果是采用水泥浆进行注浆,将水泥浆更换为水玻璃-磷酸浆液,如果是采用水玻璃-磷酸浆液进行注浆,则增大水玻璃-磷酸浆液的浓度。已完成注浆作业的注浆孔流出浆液、水或砂,则减小注浆速率,增大浆液浓度,并且对该注浆孔采用水玻璃-磷酸浆液进行二次注浆。
S6、清洗注浆设备和管路,移至下一个深孔注浆孔位。
表1为双浆液配比试验,表2为化学浆液配比试验,表3为钻杆布置角度统计表,表4为各种角度成孔施工钻杆的进深长度。
表1.双浆液配比试验
表2.化学浆液配比试验
表3.钻杆布置角度统计表
表4.各种角度成孔施工钻杆的进深长度
深孔注浆双液浆参数:
①浆液扩散半径为R=500mm;②注浆孔环向间距约700mm;③注浆压力:注浆压力为1MPa~1.2MPa,终压不超出1.5MPa。在终压状态下当每分钟注浆量小于3L或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆;④注浆后至少等8小时后方可以开挖;⑤在确定实施前,应在超前地质预报指引下钻5~6个超前探孔,以探明地下水发育情況。
钻孔注浆结束后,隧道开挖范围内钻检查孔取芯并测定渗漏水量,取芯位置位于隧道工作面顶部及正前方,选择扩散半径最小部位或注浆加固效果欠理想部位,通过测量结石,方可进行隧道开挖。
在开挖过程中,配合深孔注浆,采取超前小导管、真空抽水等辅助措施,减少注浆止水空隙造成的开挖困难,提高单次开挖长度,提高施工效率。
常规大断面深孔注浆结束后,立即进行土方开挖,当深孔注浆效果不好时采取补充注浆方式或重新深孔注浆方式进行止水。采取超前小导管、真空抽水等辅助措施,单次开挖长度由原来的4~5m提高到了7~8m,提高了施工效率。具体辅助施工措施如下:
1)深孔注浆时在相邻导洞中隔墙中部增加I22工字钢临时支撑,确保初支结构稳定;
2)深孔注浆前,打设泄水减压孔;
3)隧道开挖过程中根据注浆止水情况拱顶增加Φ32@300*2500小导管,确保地层稳定;
4)隧道初支开挖时采用真空抽水辅助措施,对初支薄弱部位、初支背后渗水及时进行抽组;
5)隧道开挖前,打设超前探孔,确认注浆效果后开挖。
以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于包括:
S1、针对不同的围岩状况,确定不同的注浆浆液,在实验室进行配合试验,以得出最优配合比;
S2、安装深孔注浆操作平台,准备深孔注浆材料;
S3、封闭掌子面,确定深孔注浆孔位,钻机就位,按照止浆墙预留的注浆孔位计算钻头水平角和仰角;
S4、将钻孔注浆设备放置在操作平台顶部,钻孔至设计深度;
S5、边退杆边注浆,控制注浆压力和单孔注浆量,动态调整浆液配比,调整浆液凝胶时间,完成注浆;
S6、清洗注浆设备和管路,移至下一个深孔注浆孔位。
2.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:黏土层或有水砂卵石层采用水泥浆-水玻璃双浆液进行注浆,砂层采用水泥浆-水玻璃双浆液或者水玻璃-磷酸浆液进行注浆。
3.根据权利要求2所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:粘性土、粉质黏土及岩层采用水泥砂浆,粉土地层采用单液水泥浆或水泥-水玻璃双液浆,无水粉细砂及中砂地层采用改性水玻璃,无水粗砂及圆砾地层采用单液水泥浆,无水卵石地层采用单液水泥砂浆,有水砂卵石地层采用水泥-水玻璃双液浆。
4.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:S3中导洞断面为D型,深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有多组,每组深孔注浆孔位沿竖向连续设置,并且每组深孔注浆孔位的数量由侧边向顶部逐渐增大。
5.根据权利要求4所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:S3中深孔注浆孔位沿导洞侧壁间隔布置有四组,由顶部向侧边依次为第一组、第二组、第三组和第四组,第一组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、22°、27°、34°,第二组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为10°、15°、23°、34°,第三组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°、23°和34°,第四组深孔注浆孔位施工时钻杆的仰角为15°和23°。
6.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:S5中注浆时注浆孔流出液体,暂停注浆,将流出时间与现场试验浆液上强度时间对比,如果液体流出时间大于上强度时间,确定流出液体为水,则继续注浆;如果液体流出时间小于上强度时间,确定流出液体为砂,此时如果是采用水泥浆进行注浆,将水泥浆更换为水玻璃-磷酸浆液,如果是采用水玻璃-磷酸浆液进行注浆,则增大水玻璃-磷酸浆液的浓度。
7.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:S5中已完成注浆作业的注浆孔流出浆液、水或砂,则减小注浆速率,增大浆液浓度,并且对该注浆孔采用水玻璃-磷酸浆液进行二次注浆。
8.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:S5中注浆压力为1MPa~1.2MPa,终压不超出1.5MPa。
9.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:在钢筋网片上绑扎加强钢筋,再喷射20cm厚的C20混凝土,待掌子面混凝土达到设计强度后再进行深孔注浆。
10.根据权利要求1所述的富水地区复杂地层大断面深孔注浆施工方法,其特征在于:操作平台设置在止浆墙(5)的一侧,包括支腿(1)、支撑板(2)、横向滑轨(3)和护栏(4),所述横向滑轨(3)设置在支撑板(2)的顶部并且平行止浆墙(5)设置。
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2021
- 2021-12-20 CN CN202111566408.1A patent/CN114320363B/zh active Active
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