水泥注浆在隧道坍方处理施工应用技术

  水泥注浆技术具有施工方法简单、方便、快速、有效等特点,同时具有凝胶时间可以调节、能控制浆液的扩散范围、固结强度高、结石率可达100%等优点。因此,在浅埋、软弱围岩隧道施工及隧道坍方处理中被广泛应用。考虑到坍方体具有强度低,灵敏度高,易产生蠕动现象,开挖后自稳能力差,地面沉降难以控制,严重时洞内可能再次发生坍方,扩大坍方长度,导致隧道施工困难加剧。为避免坍方加剧,施工中采用地面注浆、隧道内工作面注浆、隧道周边浅孔注浆等三种注浆方式相结合的施工方法,以保证坍方处理施工安全。
 


 

  一、地表注浆

  在地表坍方周边插入注浆导管,间距1m,梅花形布置,注浆导管采用φ42无缝钢管制成,长3.5m,管壁每隔20cm交错钻眼,眼孔直径6~8mm,根部留1.5m不钻眼做为止浆段。按预定的水灰比及注浆压力开始注浆,注浆过程中,观察断面是否有浆液渗出,若隧道内坍方处自上往下有浆液渗出,则维持注浆压力30s后停止注浆;若隧道内坍方处没有浆液渗出,注浆机压力达到0.8Mpa后停止注浆。注浆固结地表土体,防止地表水流入隧道内加大坍方面积,增加工作面施工难度。

  二、隧道内工作面注浆

  隧道内采用两环大管棚注浆及Ⅰ18工字架加强支护通过。大管棚内注入水泥净浆,净浆水灰比1:1,注浆压力:初压为0.5~1Mpa,终压为2Mpa,注浆压力以控制水泥净浆不冒出地表为原则。注浆结束后用C10水泥砂浆充填管棚钢管,增强钢管的强度和刚度。大管棚注浆时先注无水孔,后注有水孔。在无水地段可从拱脚起顺序注浆。注浆速度根据注浆孔出水量大小而定,一般从快到慢。注浆结束时将闸阀关闭,卸下进浆管,进入下一循环。

  三、隧道周边浅孔注浆

  为防止大管棚外插板围岩掉块,拱部设置φ42注浆钢花管(小导管),外插角45°,环向间距40cm,每根长度4m,每1.8m一环,每环26根。边墙设置φ42注浆钢花管注浆支护,小导管外插角45°,每环每侧10根,每根长度为3.5m,每1.8m一环。同时,在施做完工字钢架支护后,设置φ42径向注浆钢花管,径向注浆钢花管垂直于岩面,环向间距为1m,与工字钢架焊接牢固。注浆钢花管注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防渗漏,对强行打入的钢管进行冲清管内积物,然后再进行水泥水玻璃浆液注浆,注浆顺序由下而上,浆液用搅拌桶搅拌。在施工前取现况土样进行水玻璃浆液配比试验,来指导现场注浆施工,要求水玻璃模数范围为:2.8~3.3,浓度要求在40Be以上。注浆压力:初压为0.1~0.3Mpa,终压为0.5Mpa.注浆时,要时刻观察压力和流量变化,压力逐渐上升,流量逐渐减少,注浆压力达到0.5Mpa后要稳定3min即可停止注浆用棉纱塞紧孔口转入下孔注浆。

  随着注浆的连续进行,注浆机压力和进浆量增加,而土层吃浆量和进浆速度逐渐减小,土体内孔隙趋向填满。由于浆液对周围的土层连续扰动、压缩,使土颗粒移动,重新排列,浆液中的水泥颗粒慢慢吸收周边土的水份,有利于土体的脱水排气,利于复合围岩的形成,并通过张性层理劈裂压入浆材并凝固成脉,迫使土体向上地层传递压力并以辐射状局隆起重新分布,经过压缩、脱水,稀泥状粘土已变成土中,抗压强度提高,承受隧道周边部分围岩压力,不仅起到临时防渗加固的作用,而且能作永久围岩加固。

  完成大管棚及注浆钢花管注浆施工后,待注浆达到规定强度时,在管棚及超前小导管支护环的保护下按短台阶法开挖,上台阶超前下台阶6~10m,及时支护,衬砌紧跟。其工序为:开挖→初喷→挂网→架立工字钢架→施作外插角45°及边墙注浆钢花管→复喷至设计厚度→进入下一循环开挖→及时施做二衬。

  注浆在隧道坍方处理中发挥了很好的作用,隧道内坍方体软、流塑状粉粘土在高压力的浆液作用下,在土体压裂区中,浆脉与粘土互层,并经过多次挤压提高效率氧相互掺透,形成浆脉网络,浆脉一方填充和挤密脱水固结为硬塑状粘土,另一方面起着土体骨架作用,从而改变土体对外力的反应机制,使土体的变形受到约束,使围岩的强度、稳定性、抗渗性均得到提高。


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