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摘要:袖阀管注浆施工是一种结合劈裂注浆、压密注浆等现代注浆理论而发展的新型地表垂直深层注浆加固方法。在地铁建设工程中，应用其技术进行地基加固，保证工程质量。
关键词:地铁工程；袖阀管注浆;
中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：
一、袖阀管注浆原理
注浆后浆液泵压力,通过连接管进入管聚集到袖阀管注浆注浆孔的形成,当压力逐渐增加到一定程度,再次加压后泥浆会产生初始分割流沿地层结构,压力同时会自动平衡状态,继续在持续压力灌浆后使分裂的裂纹不断向外延伸,形成一个片状实变浆体在土壤中,从而提高了地层强度,降低地层渗透性。
二、袖阀管注浆参数
(一)注浆钻孔范围及深度根据注浆目的、地质状况、地基土孔隙比大小、地下水分布和状态以及工程实际施工等情况具体确定。
(二)单孔浆液扩散半径210 m范围的土体。
(三)浆液类型水泥水玻璃双液浆
(四)浆液参数初凝时间60～180 s,终凝时间1～2 h,水灰比018∶1～1∶1,水玻比30～45 Be′,C∶S为1∶016～1∶1。
(五)注浆压力为防止逆断层及其影响的破碎带发生错台移动或拱台沉降,采用了低灌注压力,012～015 MPa,单峰压力不超过112 MPa。
(六)注浆方式和顺序采用多孔多次分段式灌注。采用先外围后中间,同排隔孔、邻排错开的灌注顺序。单孔遵循自下而上、逐节灌注的原则。
(七)浆液注入流量为防止浆液流失和孔位窜浆,提高注浆孔位的约束性,严格控制浆液注入率在7～10L/s,对填充型灌注亦不宜大于20L/s。
(八)效果检查取不少于灌浆总孔数的5%打设探测孔,做静力荷载触探试验和标准惯入试验,检查注浆层土体的厚度、密实度以及地层应力荷载等方面的物理
力学性能。若达到规定允许的力学性能,说明满足设计要求,否则需补孔继续注浆,直到满足设计要求。
三、工程案例
某地铁工程区间暗挖隧道右线SK13+720～SK13+750段地质情况复杂且变化很快,从地表至隧顶断面的地质岩层依次是:人工素填土、砾砂、砂质粘性土、粘土、砾质粘性土、强风化岩、全风化岩,土体层次明显。其中在SK13+736里程处存在一高角度逆断层,产状为:325°～331°、∠65°～∠70°。地下水丰富,水位高,最高处离地面仅有112 m。在隧道上方存在1条<1 000mm的混凝土上水管。
在施做隧道衬砌时,发现隧道拱顶和边墙有裂缝和位移,同时在裂缝中有较大渗水。经研究决定采用袖阀管注浆工艺从地面垂直钻孔进行隧道地基基础加固补强和对隧道外包形成截水帷幕。
（二）方案设计
根据本次工程特点、注浆目的、地质产状等因素,设计方案如下。
(1)注浆目的
阻止拱顶沉降、裂缝扩大和边墙的位移,增强隧道拱部土体的整体性和承载能力,同时在隧道周围形成一道截水帷幕,防止地下水向隧道内渗流;另外,防止因拱顶土体沉降引起<1 000上水管发生瞬间变形引发管爆,对上水管周围土体进行拱抬,确保隧道衬砌安全。
(2)钻孔深度
第一区域为<1 000混凝土上水管两侧2排袖阀管注浆,纵向孔间距110 m,孔位分别距水管边缘013～015m。由于孔位位于隧道外侧,其钻孔深度设计均低于隧道起拱线,钻孔深度为2210 m,分3次完成钻孔和注浆。
第二区域布置为115m×115m梅花形孔位,钻孔和注浆分2次完成。一次采用孔底注浆填充挤密,孔深1410～1610 m;二次孔在一次孔之间布置孔位,采用袖阀管注浆,孔深1810～2010 m(其中第Ⅶ排的钻孔注浆深度为2210m)。
(3)注浆浆液
第一区域全部采用水泥水玻璃双液浆,第二区域第一次孔采用水泥砂浆;第二次孔采用水泥水玻璃双液浆。
（三）注浆施工
(1)机具设备
注浆设备YSB250/120型半液压式双液浆注。浆机;搅拌机015m3容量双桶搅拌机,也可采用2个容器独立搅拌连续供浆;钻孔机具XB 500型百米液压式回旋钻机。
(2)注浆材料
普通硅酸盐水泥、水玻璃、天然细砂。
(3)钻设孔位
孔径大小
开孔时采用<110口径钻头,待钻进2～3m后换成<89口径钻头,直至终孔。
技术要求
①保证孔位准确;②钻机机身水平,钻杆垂直偏差小于016%;③采用膨润性黏土泥浆护壁,防止塌孔。
成孔标准
钻孔深度达到设计孔深或钻进困难、且接近设计孔深时可以终孔;准确记录孔深,并做好孔口和孔壁的保护。
(4)灌注套壳料
成孔后立即灌注用膨润性粘土和水泥浆液搅拌成的套壳料,其目的是在袖阀管周围形成一道密封圈,防止浆液任意渗透,以达到劈裂注浆效果和达到设计单
孔扩散范围的要求。采用钻机的泥浆泵灌注套殼料替换钻孔泥浆。注意防止泥浆掺入套壳料中。
(5)埋插袖阀管
套壳料灌注完毕后,应马上埋插袖阀管。埋插时注意不要用力过大导致袖阀管被压弯或被折断,每下完一节,在管的接头用PVC套管粘结牢固。袖阀管应埋设在孔位中心,这样注浆的效果更为明显。
袖阀管的制作:采用<42 PVC管加工制作。依据钻孔和注浆的需要,袖阀管设计制作成410 m/节和210 m/节两种,每隔0135 m钻设1圈6个射浆孔(梅花形布置),用软橡胶套包粘好。其目的是防止埋插袖阀管时被套壳料挤射进管内。
(6)灌注浆液
当套壳料达到预定强度(自袖阀管埋插后10～12h)后,可以开始灌注浆液。
注浆时应注意以下事项:
①严格按钻孔和注浆的分序进行自下而上逐节并连续地灌注浆液;
②密切关注注浆压力变化,控制在0115～015M Pa,以确保注浆效果,同时严防爆管伤人;
③中途停止注浆时,应清洗注浆管和袖阀管,以便多次重复灌注浆液;
④每次灌注的浆液超过3 h,将会影响结石程度,应及时废弃,重新拌制。
(7)控制逆断层在注浆过程发生有害变形的措施注浆前后在地表和洞内布多个变形沉降监测点,应用全站仪等测量仪器进行全过程监测,同时埋设4套位移收敛计,8块千分表分别进行位移变形观测。铁道标准设计RA ILWAYSTANDARDDESIGN2005(12) 作好信息反馈,动态施工的工作。
(8)打设探测孔检查注浆效果
取不少于灌浆总孔数的5%打设探测孔,做静力荷载触探试验和标准惯入试验,检查注浆层土体的厚度、密实度以及地层应力荷载等方面的物理力学性能。若达到规定允许的力学性能,说明满足设计要求,否则需补孔继续注浆,直到满足设计要求。检查满足设计要求后,对所有探测孔注浆补强,并用砂浆封口。
(9)及时准确收集原始资料
施工过程中,对各主要工序的施工方法和过程做详细准确的记录,为工程结束后编写成果资料和竣工报告提供可靠的依据。收集的原始资料包括:钻孔记录、灌注套壳料记录、埋插袖阀管记录、压水记录、浆液实验配比记录、注浆浆量和压力记录、静力触探试验记录、标准惯入试验记录、水泥鉴定实验记录、水玻璃鉴定实验记录、水泥和水玻璃的出厂合格证等。
四、注浆效果分析
(一)本次注入浆量总数为380 t,比设计预算的数量多了近30 t,说明土体的吃浆量比较大,经注浆后土体变得密实。
(二)从每序孔的注浆成果分析来看,每序孔的吸浆率逐渐减少,证明设计的注浆参数是合理的。
(三)注浆7 d后,对5个探测孔(注浆孔总数为89个)进行了静力触探试验和标准惯入试验。根据试验成果分析,注浆后的土体物理力学性能有了很大的提高,土体承载力是注浆前的415～10倍,所取土样呈劈裂脉状固结体,注入浆液与原有土体密实的结合在一起。
(四)注浆期间不间断的监测成果资料显示,该段隧道拱顶和逆断层破碎带呈稳定状态,说明本次注浆采用的压力参数是合理的,成功地阻止了隧道变形的加剧,保证了隧道衬砌工作安全顺利地通过该段。
(五)经注浆后,原来存在较大渗漏水的部位基本无渗漏水了,表明岩土层中确实形成了有效的截水帷幕,起到了堵漏防水的作用,保证了隧道衬砌的防水作业的顺利进行。
五、结束语
通过该工程案例,证实所采用的袖阀管注浆施工技术是可行的,选取的参数是合理的;同时证实,袖阀管注浆是一种防范应注浆压力作用出现岩层抬动或错动的抢险加固和监控措施的可靠的技术施工方法。
参考文献:
[1]刘惠珊,徐攸在.地基基础283问[M].北京:中国计划出版社,2002.
[2]杜嘉鸿等.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,1993.
[3]郭朋超.用劈裂注浆法快速通过隧道土夹石坍落体的施工技术[J].铁道标准设计,2004(1).
关键词:地铁工程；袖阀管注浆;
中图分类号：U231文献标识码： A 文章编号：
一、袖阀管注浆原理
注浆后浆液泵压力,通过连接管进入管聚集到袖阀管注浆注浆孔的形成,当压力逐渐增加到一定程度,再次加压后泥浆会产生初始分割流沿地层结构,压力同时会自动平衡状态,继续在持续压力灌浆后使分裂的裂纹不断向外延伸,形成一个片状实变浆体在土壤中,从而提高了地层强度,降低地层渗透性。
二、袖阀管注浆参数
(一)注浆钻孔范围及深度根据注浆目的、地质状况、地基土孔隙比大小、地下水分布和状态以及工程实际施工等情况具体确定。
(二)单孔浆液扩散半径210 m范围的土体。
(三)浆液类型水泥水玻璃双液浆
(四)浆液参数初凝时间60～180 s,终凝时间1～2 h,水灰比018∶1～1∶1,水玻比30～45 Be′,C∶S为1∶016～1∶1。
(五)注浆压力为防止逆断层及其影响的破碎带发生错台移动或拱台沉降,采用了低灌注压力,012～015 MPa,单峰压力不超过112 MPa。
(六)注浆方式和顺序采用多孔多次分段式灌注。采用先外围后中间,同排隔孔、邻排错开的灌注顺序。单孔遵循自下而上、逐节灌注的原则。
(七)浆液注入流量为防止浆液流失和孔位窜浆,提高注浆孔位的约束性,严格控制浆液注入率在7～10L/s,对填充型灌注亦不宜大于20L/s。
(八)效果检查取不少于灌浆总孔数的5%打设探测孔,做静力荷载触探试验和标准惯入试验,检查注浆层土体的厚度、密实度以及地层应力荷载等方面的物理
力学性能。若达到规定允许的力学性能,说明满足设计要求,否则需补孔继续注浆,直到满足设计要求。
三、工程案例
某地铁工程区间暗挖隧道右线SK13+720～SK13+750段地质情况复杂且变化很快,从地表至隧顶断面的地质岩层依次是:人工素填土、砾砂、砂质粘性土、粘土、砾质粘性土、强风化岩、全风化岩,土体层次明显。其中在SK13+736里程处存在一高角度逆断层,产状为:325°～331°、∠65°～∠70°。地下水丰富,水位高,最高处离地面仅有112 m。在隧道上方存在1条<1 000mm的混凝土上水管。
在施做隧道衬砌时,发现隧道拱顶和边墙有裂缝和位移,同时在裂缝中有较大渗水。经研究决定采用袖阀管注浆工艺从地面垂直钻孔进行隧道地基基础加固补强和对隧道外包形成截水帷幕。
（二）方案设计
根据本次工程特点、注浆目的、地质产状等因素,设计方案如下。
(1)注浆目的
阻止拱顶沉降、裂缝扩大和边墙的位移,增强隧道拱部土体的整体性和承载能力,同时在隧道周围形成一道截水帷幕,防止地下水向隧道内渗流;另外,防止因拱顶土体沉降引起<1 000上水管发生瞬间变形引发管爆,对上水管周围土体进行拱抬,确保隧道衬砌安全。
(2)钻孔深度
第一区域为<1 000混凝土上水管两侧2排袖阀管注浆,纵向孔间距110 m,孔位分别距水管边缘013～015m。由于孔位位于隧道外侧,其钻孔深度设计均低于隧道起拱线,钻孔深度为2210 m,分3次完成钻孔和注浆。
第二区域布置为115m×115m梅花形孔位,钻孔和注浆分2次完成。一次采用孔底注浆填充挤密,孔深1410～1610 m;二次孔在一次孔之间布置孔位,采用袖阀管注浆,孔深1810～2010 m(其中第Ⅶ排的钻孔注浆深度为2210m)。
(3)注浆浆液
第一区域全部采用水泥水玻璃双液浆,第二区域第一次孔采用水泥砂浆;第二次孔采用水泥水玻璃双液浆。
（三）注浆施工
(1)机具设备
注浆设备YSB250/120型半液压式双液浆注。浆机;搅拌机015m3容量双桶搅拌机,也可采用2个容器独立搅拌连续供浆;钻孔机具XB 500型百米液压式回旋钻机。
(2)注浆材料
普通硅酸盐水泥、水玻璃、天然细砂。
(3)钻设孔位
孔径大小
开孔时采用<110口径钻头,待钻进2～3m后换成<89口径钻头,直至终孔。
技术要求
①保证孔位准确;②钻机机身水平,钻杆垂直偏差小于016%;③采用膨润性黏土泥浆护壁,防止塌孔。
成孔标准
钻孔深度达到设计孔深或钻进困难、且接近设计孔深时可以终孔;准确记录孔深,并做好孔口和孔壁的保护。
(4)灌注套壳料
成孔后立即灌注用膨润性粘土和水泥浆液搅拌成的套壳料,其目的是在袖阀管周围形成一道密封圈,防止浆液任意渗透,以达到劈裂注浆效果和达到设计单
孔扩散范围的要求。采用钻机的泥浆泵灌注套殼料替换钻孔泥浆。注意防止泥浆掺入套壳料中。
(5)埋插袖阀管
套壳料灌注完毕后,应马上埋插袖阀管。埋插时注意不要用力过大导致袖阀管被压弯或被折断,每下完一节,在管的接头用PVC套管粘结牢固。袖阀管应埋设在孔位中心,这样注浆的效果更为明显。
袖阀管的制作:采用<42 PVC管加工制作。依据钻孔和注浆的需要,袖阀管设计制作成410 m/节和210 m/节两种,每隔0135 m钻设1圈6个射浆孔(梅花形布置),用软橡胶套包粘好。其目的是防止埋插袖阀管时被套壳料挤射进管内。
(6)灌注浆液
当套壳料达到预定强度(自袖阀管埋插后10～12h)后,可以开始灌注浆液。
注浆时应注意以下事项:
①严格按钻孔和注浆的分序进行自下而上逐节并连续地灌注浆液;
②密切关注注浆压力变化,控制在0115～015M Pa,以确保注浆效果,同时严防爆管伤人;
③中途停止注浆时,应清洗注浆管和袖阀管,以便多次重复灌注浆液;
④每次灌注的浆液超过3 h,将会影响结石程度,应及时废弃,重新拌制。
(7)控制逆断层在注浆过程发生有害变形的措施注浆前后在地表和洞内布多个变形沉降监测点,应用全站仪等测量仪器进行全过程监测,同时埋设4套位移收敛计,8块千分表分别进行位移变形观测。铁道标准设计RA ILWAYSTANDARDDESIGN2005(12) 作好信息反馈,动态施工的工作。
(8)打设探测孔检查注浆效果
取不少于灌浆总孔数的5%打设探测孔,做静力荷载触探试验和标准惯入试验,检查注浆层土体的厚度、密实度以及地层应力荷载等方面的物理力学性能。若达到规定允许的力学性能,说明满足设计要求,否则需补孔继续注浆,直到满足设计要求。检查满足设计要求后,对所有探测孔注浆补强,并用砂浆封口。
(9)及时准确收集原始资料
施工过程中,对各主要工序的施工方法和过程做详细准确的记录,为工程结束后编写成果资料和竣工报告提供可靠的依据。收集的原始资料包括:钻孔记录、灌注套壳料记录、埋插袖阀管记录、压水记录、浆液实验配比记录、注浆浆量和压力记录、静力触探试验记录、标准惯入试验记录、水泥鉴定实验记录、水玻璃鉴定实验记录、水泥和水玻璃的出厂合格证等。
四、注浆效果分析
(一)本次注入浆量总数为380 t,比设计预算的数量多了近30 t,说明土体的吃浆量比较大,经注浆后土体变得密实。
(二)从每序孔的注浆成果分析来看,每序孔的吸浆率逐渐减少,证明设计的注浆参数是合理的。
(三)注浆7 d后,对5个探测孔(注浆孔总数为89个)进行了静力触探试验和标准惯入试验。根据试验成果分析,注浆后的土体物理力学性能有了很大的提高,土体承载力是注浆前的415～10倍,所取土样呈劈裂脉状固结体,注入浆液与原有土体密实的结合在一起。
(四)注浆期间不间断的监测成果资料显示,该段隧道拱顶和逆断层破碎带呈稳定状态,说明本次注浆采用的压力参数是合理的,成功地阻止了隧道变形的加剧,保证了隧道衬砌工作安全顺利地通过该段。
(五)经注浆后,原来存在较大渗漏水的部位基本无渗漏水了,表明岩土层中确实形成了有效的截水帷幕,起到了堵漏防水的作用,保证了隧道衬砌的防水作业的顺利进行。
五、结束语
通过该工程案例,证实所采用的袖阀管注浆施工技术是可行的,选取的参数是合理的;同时证实,袖阀管注浆是一种防范应注浆压力作用出现岩层抬动或错动的抢险加固和监控措施的可靠的技术施工方法。
参考文献:
[1]刘惠珊,徐攸在.地基基础283问[M].北京:中国计划出版社,2002.
[2]杜嘉鸿等.地下建筑注浆工程简明手册[M].北京:科学出版社,1993.
[3]郭朋超.用劈裂注浆法快速通过隧道土夹石坍落体的施工技术[J].铁道标准设计,2004(1).