隧道与地下工程注浆方法解析

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点击次数:  更新时间:2018/07/27

注浆法的实质是用气压、液压或电化学原理,把某些具有凝结能力的浆液注入地层中,以填充、渗透、压密等方式挤走土颗粒间或岩石裂隙中的水分,待浆液凝结后,使地层形成一个抗滲性能好、强度较高的整体。在工程施工其功能中常常用来防渗堵水、加固修补等,广泛应用于铁路、公路、水工、隧道及高层建筑基础工程等。注浆方法较多,按不同的类型又有不同的分类,中科注浆机厂家详细介绍各种类型下的注浆方法。注浆方法的分类主要有以下5种:

(1)按注浆施工时间的不同分类

(2)按注浆机理的不同分类;

(3)按注浆浆液混合方式的不同分类

(4)按注浆管布设形式的不同分类;

(5)高压旋喷注浆法

一、按注浆施工时间的不同分类

1、预注浆法

在隧道及地下工程施工以前,先注浆充填岩层裂隙或土层孔隙,减少涌水,加固围岩,以利施工的方法,称为预注浆法。因施工地点不同。预注浆法又分为地面预注浆和隧道工作面预注浆两种。

2、后注浆法

在隧道及地下工程开挖以后,为了减少渗水或涌水和加固支护结构而进行的注浆。基于隧道开挖以后、衬砌以前,围岩虽已进行预注浆,但由于爆破震动,个别地段仍有渗漏水,为了保证衬砌顺利进行和衬砌质量,就应该进行后注浆后注浆虽然可以起到一定的墙水与加固作用,但实践经验表明,在注浆施工中应重点抓好预注浆,预注浆效果明显,加固和堵水围岩较易处理;而后注、由于岩土层被揭露,因而注浆堵水作业困难,效果也较差,也即采用预注浆事半功倍,而后注浆事倍功半。

3、回填注浆

为使隧道拱顶部分模筑混凝土衬砌与围岩形成一整体,均匀承受地层压力及外水压力(不泄水隧道),以及减少渗漏水,对隧道拱部与模筑混凝土衬砌之间空隙所进行的注浆称为回填注浆。

4、固结注浆

为提高岩土的承载能力,填充细少裂隙,减少隧道的渗漏水,在回填注浆后,对隧道拱部结构外所进行的注浆称固结注浆。固结注浆在水工隧道和浅埋暗挖法修建隧道邻近桥基或建筑物基础时应用较广泛。

二、按注浆机理的不同分类

按注浆机理不同,注浆分为渗透注浆、劈裂注浆及压密注浆。现仅就渗透注浆及劈裂注浆的有关情况予以说明。

1、渗透注浆

渗透注浆方式的机理是浆液在压力作用下,滲入土的孔隙和岩石裂隙中,将孔隙中的自由水和气体排挤出去,但不改变土体结构的原状和体积。浆液凝固后把土颗粒粘接在起,使土层的抗压强度和抗渗性能得以提高。相对而言,该方法注浆压力较小,通常只适用于中砂以上的砂性土和裂隙的岩石,固结成为球形。

2、劈裂注浆

所谓劈裂注浆,即浆液在较高压力(相对渗透、填充注浆)的作用下,似利斧劈入士层(通常土颗粒的粒径小于0.01m),产生劈裂面,浆液的劈裂路线呈纵横交叉的脉状网络,故此又称脉状注浆。浆液在土体中,并不是与土颗粒均匀混合,而是呈两相各自存在。由于劈裂注浆需要挤密破坏岩石或土体,浆液宜选用颗粒较大、强度高的悬浊液(般是水泥浆液和水泥一水玻璃浆液),不仅效果好,而且价格便宜劈裂注浆在土体固结形态多呈扁平球体或板状固结。劈裂注浆和渗透注浆的一个大区别就是,劈裂注浆会破坏被注对象的原始结构,而渗透注浆则不会。

3、压密注浆

用一定的压力注入黏稠的不易流动的惰性浆液取代并挤压周围土体,凝固形状多为柱体或球体,占据一定的空间,同时压密土体,这种注浆方法称为压密注浆。

4、充填注浆

充填注浆是指注入浆液充填地基土内的大孔隙、大空洞的注浆,卵石层、碎石层、砂砾层及隧道工程中的背后回填注浆等均属这类注浆。固结形态与土层内原有的空洞相同。

5、劈裂渗透注浆

控制注入压力、速度使其先形成劈裂注人,但形成的劈裂面不大,此后浆液沿劈裂脉作渗透注入。固结形状为扁平球体,这种注浆方法称为劈裂渗透注浆。

三、按注浆浆液的混合方式的不同分类

按注浆浆液的混合方式,注浆方法分为单液单系统法、双液单系统法和双液双系统法。

四、按注浆管布设形式的不同分类

1、钻杆注浆法

钻杆注浆法是把钻机钻杆的内管直接作为注浆管进行注浆的方法。

2、花管注浆法

花管是一端开有多个小孔的注浆管(俗称花管),注浆时先钻孔(有时也直接把花管打入地层),然后拔出钻杆,插入花管进行注浆。这种方法因浆液是通过许多小孔分散进入地层,所以浆液能够比较均匀地渗入到地层中。

3、套管注浆法

套管注浆法是边钻孔边打入护壁套管,直至预定的注浆深度,接着下入注浆管,依次注浆,直至孔顶。此法的缺点是打管较困难,为使套管达到预定的注浆深度,常需在同一钻孔中采取几种不同直径的套管。这种注浆方法一般用于砂黏土层的地面注浆。

4、孔口管单管注浆法

通过孔口管进行了注浆密封,然后用花管、普通钢管、塑料管、钻杆等多种形式的单通道注浆管进行注浆。

这种注浆法在钴孔外端埋设一段护壁孔口管,无需在整个孔内打人套管。为了封闭孔口管和孔壁的空隙,可用旧麻袋、麻丝或铅丝捆好孔口管,然后塞紧于钻孔内;还可用速凝胶泥或水泥砂浆封堵孔隙2~4h后,接上注浆管路进行注浆;还可在孔口管安置好后,先在孔口管段注水泥浆密封,然后继续钴孔,放入注浆管注浆。

5、双层管钴杆注浆法

双层管钻杆注浆法的总特征是使用双层管的钻杆,A、B浆液能通过钻杆中不同自动通道在设于钻杆尖头的过滤枪附近混合,然后注入地层。它大体可分为单液双层管钻注浆和双液双层管钻杆注浆。此类注浆法是一种比较优良的注浆手段。

五、高压旋喷注浆法

1、单管旋喷注浆法

单管旋喷注浆法是利用钻机等设备,把安装在注浆管(单管)底部侧面的特殊喷嘴置入土层预定深度后,使用高压泥浆泵、高压发生装置,以20MPa左右的压力把浆液从喷嘴中喷射出去,冲击、破坏土体,同时借助注浆管的旋喷和提升运动,使浆液与从土体上崩落下来的土搅拌混合,经过一定时间凝固,便在土中形成圆柱状的固结体,直径0.4~1.0m。

2、二重管旋喷注浆法

使用双通道的二重注浆管,当二重注浆管钻进到土层的预定深度后,通过在管底部侧面的一个同轴双重喷嘴,同时喷出高压浆液和压缩空气这两种介质的喷射流,冲击、破坏土体,具体来说,即以高压泥浆泵、高压发生装置喷射出20MPa左右压力的浆液,从内喷嘴中高速喷出,并用0.TMPa左右压力把压缩空气从外喷嘴中喷出,在高压浆液流及其外圈环绕气流的共同作用下,破坏土体,喷嘴一面喷射一面旋转和提升,后在土中形成圆柱状固结体,固结体的直径为0.6~1.5m。

3、三重管旋喷注浆法

分别使用输送水、气、浆三种介质的三重注浆管,在高压泵、高压发生装置产生20MPa左右的高压水喷射流的周围,环绕一股0.7MPa左右的圆筒状气流,高压水喷射流和气流同轴喷射,冲切土体,形成较大的空隙,再由泥浆泵注入压力为2~5MPa的浆液填充,喷嘴做旋转和提升运动,后便在土中凝固成直径较大的圆柱状固结体,直径为0.8~2.0m。当所用的注浆量超过设定数量时,就要考虑凝胶时间,需修改其配合比,当地下水流速大、涌水压力也较大时,需修正浆液配合比。