地表定点深孔分层注浆施工方法与流程

本发明涉及岩土工程技术领域，尤其涉及一种加固岩土的施工方法。

背景技术：

随着铁路建设规模日益扩大，高速铁路隧道越来越多。在隧道建设过程中，围岩发生较大变形，稳定性变差，塌方灾害频繁发生。当隧道施工至断层破碎带时，由于围岩等级发生骤降，加上断层破碎带往往富含地下水，原初期支护设计难以维持围岩稳定性，发生大范围塌方。此外，隧道浅埋段覆盖层薄、围岩稳定性差，开挖时易出现塌方等工程事故。隧道塌方会造成工期延误、机械设备损坏、投资费用增加，同时对现场施工人员的生命安全构成巨大威胁，为了保证隧道开挖的稳定性，采取一定的预加固措施是非常必要的。

此外，由于桥梁桥墩基底易发生大范围翻砂，基底土层发生扰动，沉井内外存在薄厚不均的扰动土层和涌入的松散砂，因此基地及周围一定范围土层需要进行加固处理。由于基底修复后沉井基底荷载有一定增加，基底及周围一定范围内土层需进行加固处理以满足修复后的设计要求。由于事故造成沉井混凝土损伤，为确保后续修复施工中，吸泥、清基、浇筑封底混凝土等施工安全及质量，桥墩基底及周围一定范围土层需要进行加固处理。

如中国专利申请第201410382380.X号公开的一种适应于在隧道施工过程中断层破碎带塌方治理方法，包括步骤：步骤1对塌方段相邻围岩进行拱架加固；步骤2清理塌方体；清理完成后在塌方掌子面上喷射混凝土将其封闭；步骤3将千斤顶作用在模板的台架底部四角；各个模板间留出钢拱架宽度的间隔，并及时进行立架；模板与钢拱架共同形成一道支护层；步骤4透过模板预先留存的孔，采用高压注浆的方式，形成拱顶混凝土层；在钢拱架拱脚及侧壁处打入注浆小导管；步骤5在以模板与钢拱架为底模的前端采用小导管注浆加固，进行塌方段的下一施工循环阶段操作，具体步骤重复1～4；步骤6当完成第二循环时，通过步骤2预埋的输送口，形成护拱层混凝土的支撑。但是，该方法是针对已经发生塌方的隧道的治理方法，并且只是针对塌方的洞体内进行小导管注浆加固的施工措施，而没有公开如何对穿过断层破碎带的隧道进行加固以及如何对隧道地表进行加固的施工方法。

又如中国专利申请201410733579.2号公开的一种加固盾构隧道端头地层的施工结构及施工方法，该施工结构包括：一工作井面，工作井面上包括与盾构机半径相等的一待盾构作业工作井洞门；多根超前注浆长管棚，垂直于待盾构作业工作井面设置在待盾构作业工作井洞门上方；多个水平注浆管，垂直于待待盾构作业工作井面设置在待盾构作业工作井洞门内；水平注浆管内包括带有注浆孔的PVC袖阀管。通过在工作井洞门上方和内部设置多根超前注浆长管棚和水平注浆管，形成杯型联合对隧道端头地层作业区域上方以及内部的土体进行加固保护，防止在作业过程中，由于作业区域上方以及土体不牢固，造成漏水漏沙，影响施工质量，保证盾构安全进出洞门。但是该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、该方法并不适合于穿越断层破碎带隧道浅埋段的加固；(2)、该方法采用不变的注浆压力进行注浆，难以适应不同断层破碎带的围岩特性；(3)袖阀管的材质为聚氯乙烯(PVC)，其难以承受较大的承载压力，最大深度仅能达到30～40米左右，难以用于深孔注浆。

因此，提供一种适合于加固深层岩土的深孔垂直注浆方法成为业内急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种地表定点深孔分层注浆施工方法，该方法可以实现80～150米深层岩土的深孔垂直注浆。

根据本发明的一个方面，提供一种地表定点深孔分层注浆施工方法，包括：(1)、定位出需要注浆区域并自施工面向需要注浆区域的内部垂直钻孔，钻机完成钻孔后退出钻杆，孔径设定为150～220毫米，孔深设定为80～150米；(2)、提供第Ⅰ型袖阀管、若干根第Ⅱ型袖阀管以及若干根第Ⅲ型袖阀管；(3)、将第Ⅰ型袖阀管下入钻孔的末端，继续依次将第Ⅱ型袖阀管下入钻孔的设计注浆段，依次将第Ⅲ型袖阀管下入钻孔的非设计注浆段；(4)、袖阀管安设完成后，向袖阀管外壁和钻孔内壁之间的空隙注入套壳料对钻孔进行封孔以防注浆过程中注浆液沿着袖阀管的外壁与钻孔之间的间隙上返；(5)、准备若干根注浆芯管和止浆塞，第一根注浆芯管的末端穿过止浆塞和止浆塞连接，再将其余注浆芯管逐节连接后下入到袖阀管内直至止浆塞下入袖阀管的目标注浆位置；(6)、准备普通水泥单液浆和促强抗分散减缩剂，向普通水泥单液浆中添加以体积百分比计3％～5％的促强抗分散减缩剂，混合均匀后得到注浆液，利用注浆机将注浆液通过注浆管输送至注浆芯管；(7)、待注入套壳料封孔完成约40～50分钟后通过高压充水管向止浆塞内注水，止浆塞注水膨胀和袖阀管的内壁挤压紧贴，形成孔内止浆系统，止浆塞与袖阀管的管壁产生的摩檫力足以抵抗注浆压力，通过注浆芯管连接注浆机管路后注浆，注浆达到结束标准，停止注浆，完成后，将止浆塞泄压，然后起拔注浆芯管及止浆塞至另一目标注浆位置；以及(8)、重复步骤(7)，依次实施所有设定目标注浆位置注浆，以完成单孔注浆作业。

可选择地，步骤(1)中钻机钻孔时回转钻进，钻探回次进尺控制在2米以内。为防止出现螺旋孔壁或缩径等现象，每钻进一段后均进行扫孔，钻进过程中转速、压力均匀，以保证孔壁圆滑、规则。

可选择地，钻孔孔深应正确测定，每20～30米及终孔时应进行一次孔深校正，并予记录，保证孔深误差不大于0.2％。水下注浆时，水上钻孔应根据水位实时校正实际的钻进孔深。

可选择地，钻孔前需判断扰动土层与原状土层分界面，确保注浆加固范围满足设计要求。

其中，步骤(7)中注浆采取分段后退式注浆工艺，注浆分段步距设定为60～120厘米，目标注浆位置的注浆压力达到注浆设计终压，则结束目标注浆位置的注浆，后退实施下一目标注浆位置注浆。其中，注浆起始压力膨胀起始压力设定为至少2兆帕，注浆设计终压小于或等于6兆帕。

可选择地，分段后退注浆过程中注浆芯管起拔造成注浆芯管外露长度超过2米则停止注浆，拆除过长的注浆芯管后再次连接注浆管路继续注浆。

可选择地，步骤(2)中使用的第Ⅰ型袖阀管、第Ⅱ型袖阀管以及第Ⅲ型袖阀管由直径70～80毫米，壁厚3～10毫米的热轧无缝钢管制成，长度设定为每节5～8米，优选地，袖阀管壁厚3～5毫米。

可选择地，第Ⅰ型袖阀管的前端尖端封闭，尖端的长度设定为10～20厘米，第Ⅰ型袖阀管沿管壁布置有自内壁向外壁孔径扩大的喇叭形溢浆孔，溢浆孔在内壁一侧的孔径为5～8毫米，溢浆孔在外壁一侧的孔径为8～12毫米，每排溢浆孔的纵向截面间距设定为30～50厘米，第Ⅰ型袖阀管的环向每截面上间隔布置有2～4个孔，第Ⅰ型袖阀管远离所述尖端的一端设有第Ⅰ型丝扣。

可选择地，第Ⅱ型袖阀管沿管壁布置有自第Ⅱ型袖阀管的内壁向外壁孔径扩大的喇叭形溢浆孔，溢浆孔在内壁一侧的孔径为5～8毫米，溢浆孔在外壁一侧的孔径为8～12毫米，每排溢浆孔的纵向截面间距设定为30～50厘米。第Ⅱ型袖阀管的环向每截面上间隔布置有2～4个孔，第Ⅱ型袖阀管一端设有第Ⅰ型丝扣、另一端设有第Ⅱ型丝扣。

可选择地，第Ⅲ型袖阀管为热轧无缝钢管。第Ⅲ型袖阀管一端设有第Ⅰ型丝扣、另一端设有第Ⅱ型丝扣。

可选择地，根据钻机型号选择所需第Ⅰ型袖阀管、第Ⅱ型袖阀管以及第Ⅲ型袖阀管的长度。

可选择地，第Ⅰ型袖阀管和第Ⅱ型袖阀管的管壁上的溢浆孔可以为内壁直径与外壁直径相等的孔，溢浆孔孔径设定为6～10毫米。

可选择地，第Ⅰ型袖阀管的第Ⅰ型丝扣与第Ⅱ型袖阀管的第Ⅱ型丝扣相连，每相邻两根第Ⅱ型袖阀管或第Ⅲ型袖阀管第Ⅰ型丝扣和第Ⅱ型丝扣连接，第Ⅰ型丝扣、第Ⅱ型丝扣的长度至少为80毫米。

可选择地，第Ⅰ型丝扣和第Ⅱ型丝扣是经过后倒角处理车成的粗丝。

优选地，第Ⅰ型袖阀管和第Ⅱ型袖阀管的溢浆孔自袖阀管内部向外单向溢浆。

其中，第Ⅰ型袖阀管和第Ⅱ型袖阀管的溢浆孔的制备流程为：先用直径5～8毫米的钻头开孔，钻穿管壁后用直径8～12毫米的钻头在原钻孔基础上同心扩孔，扩孔深度3～5毫米，孔内形成台面，扩孔过程采取低速慢进，确保扩孔台面平整。用快干胶水涂抹扩孔台面后粘贴阀片，阀片直径根据台面直径确定，阀片厚度设定为0.4～0.7毫米。用防水胶带缠紧得到自袖阀管内部向外单向溢浆的溢浆孔。

其中，袖阀管下放过程严禁使用钻机强夯，以免破坏丝扣连接。

可选择地，步骤(4)中注浆芯管由直径为20～30毫米、壁厚2.5～5毫米的热轧无缝钢管切割制成，每节注浆芯管的长度为1.5～2.5米，每相邻两段注浆芯管之间通过丝扣连接。

可选择地，步骤(4)中使用的止浆塞为直径40～60毫米，长0.8～2米的水囊式高压止浆塞，高压止浆塞至少耐压8兆帕。

可选择地，止浆塞选用承压能力大于8兆帕的高压止浆系统以保证注浆的顺利进行。

可选择地，步骤(5)中套壳料由水、硫铝酸盐水泥以及膨润土混合配制得到，其中水、硫铝酸盐水泥、膨润土的比例约为1～2:1:1～2。

可选择地，套壳料的用量设定为400～600升。

可选择地，重复实施步骤(1)-(8)以在需要注浆区域完成若干个单孔的注浆。

优选地，在步骤(1)之前，还包括对需要注浆区域进行地质勘测探明地质条件，根据地质条件确定步骤(1)中钻孔过程中直接钻孔或选择套管作为钻孔外侧防护随钻杆跟进打入以防止钻孔破坏。

可选择地，选择套管跟进钻杆打入钻孔，进一步在袖阀管安设完成后、注入套壳料封孔前起拔套管。

可选择地，套管的材料为钢。

可选择地，步骤(7)中每一目标注浆位置的注浆结束后还包括对该目标注浆位置的注浆结果进行检测，达到注浆要求则开始下一目标注浆位置的注浆，未达到注浆要求则对该目标注浆位置重新注浆。

可选择地，补充注浆时选择地补充注浆液设定为超细水泥单液浆。

其中，第Ⅰ型丝扣为内螺纹或外螺纹，第Ⅱ型丝扣为可以和第Ⅰ型丝扣对应连接的外螺纹或内螺纹。

其中，一种地表定点深孔分层注浆施工方法的注意事项：1.控制钻孔垂直度，钻孔质量直接关系着注浆的成败，如果钻孔垂直度差，不仅会对注浆芯管的下放，止浆塞的起拔等造成影响，还会对注浆孔位产生较大偏差，形成注浆盲区，影响注浆效果；2.套壳料的施工质量，套壳料的施工是袖阀管后退式注浆最关键的工序，套壳料的强度和填充高度决定浆液能否有效注入地层，形成均匀的注浆加固体；3.注浆过程中的压力控制，注浆过程中，时刻注意泵压和流量的变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间不上升，应查明原因。如跑浆可调换浆液、调整浆液配比，缩短浆液凝胶时间，必要时采用间歇注浆，以达到控域注浆目的；4.严格按照注浆分区，每个区域先注周边孔、后注中间孔。

本发明的有益效果是：(1)、根据本发明的一种地表定点深孔分层注浆施工方法，能够实现80～150米的深度注浆；(2)、根据地质条件确定钻孔过程中是否选择套管作为钻孔外侧防护随钻杆跟进打入以防止钻孔破坏，保证钻孔质量以避免地质原因导致钻孔报废；(3)、采用水囊式止浆塞并确保其膨胀起始压力至少为2兆帕以避免100米以上的孔深压力引起止浆塞膨胀造成止浆塞起拔困难的问题，保证了深孔袖阀管注浆的可实施性使得施工顺利进行；(4)、注浆芯管采用无缝钢管进行加工制作，提高注浆芯管的受力能力，避免丝扣频繁损坏，降低损耗率，避免因注浆芯管受力弯曲后难以起拔，造成注浆孔报废等问题。

附图说明

图1为本发明的一种地表定点深孔分层注浆施工方法的注浆施工工艺示意图。

图2为本发明的注浆芯管和止浆塞在袖阀管内的结构示意图。

图3为本发明的一种地表定点深孔分层注浆施工方法的第Ⅰ型袖阀管的结构示意图。

图4为本发明的一种地表定点深孔分层注浆施工方法的第Ⅱ型袖阀管的结构示意图。

图5为本发明的一种地表定点深孔分层注浆施工方法的第Ⅲ型袖阀管的结构示意图。

具体实施方式

请参照图1、2，根据本发明的一种非限制性实施方式，提供了一种地表定点深孔分层注浆施工方法，该方法包括以下步骤S1-S8。

在步骤S1中，定位出需要注浆区域并自施工面向需要注浆区域的内部垂直钻孔，钻机完成钻孔后退出钻杆，孔径设定为约200毫米，孔深设定为约120米。

在步骤S2中，提供第Ⅰ型袖阀管100、若干根第Ⅱ型袖阀管200以及若干根第Ⅲ型袖阀管300。

在步骤S3中，利用自重将第Ⅰ型袖阀管100下入钻孔的末端，利用自重继续依次将第Ⅱ型袖阀管200下入钻孔的设计注浆段，利用自重依次将第Ⅲ型袖阀管300下入钻孔的非设计注浆段。

在步骤S4中，袖阀管安设完成后，向袖阀管外壁和钻孔内壁之间的空隙注入约450升的套壳料对钻孔进行封孔以防注浆过程中注浆液沿着袖阀管的外壁与钻孔之间的间隙上返。

在步骤S5中，准备若干根注浆芯管600和止浆塞700，第一根注浆芯管600的末端穿过止浆塞700和止浆塞700连接，再将其余注浆芯管600逐节连接后下入到袖阀管内直至止浆塞700下入袖阀管的目标注浆位置，止浆塞700通过高压充水管750与水泵770相连。将注浆芯管600下入到袖阀管内直至止浆塞700下入袖阀管的底部，将止浆塞700上提60厘米。

在步骤S6中，准备普通水泥单液浆和促强抗分散减缩剂，向普通水泥单液浆中添加以体积百分比计3％的促强抗分散减缩剂混合均匀后得到注浆液，利用注浆机将注浆液通过注浆管(图未示)输送至注浆芯管600。

在步骤S7中，待注入套壳料封孔完成约45分钟后通过高压充水管750向止浆塞700内注水，

止浆塞700注水膨胀和袖阀管的内壁挤压紧贴，形成孔内止浆系统，止浆塞700与袖阀管的管壁产生的摩檫力达到2兆帕足以抵抗注浆压力，通过注浆芯管600连接注浆机管路后注浆，注浆压力达到结束标准6兆帕，停止注浆，完成后，将止浆塞700泄压，然后起拔注浆芯管600及止浆塞700至另一目标注浆位置。

以及在步骤S8中，重复步骤(7)，依次实施所有设定目标注浆位置注浆，以完成单孔注浆作业。

在该非限制性实施方式中，步骤S2中使用的第Ⅰ型袖阀管100、第Ⅱ型袖阀管200以及第Ⅲ型袖阀管300由直径80毫米，壁厚5毫米的热轧无缝钢管制成，长度设定为每节5米。

如图3所示，第Ⅰ型袖阀管100的前端尖端封闭，尖端110的长度为10厘米，第Ⅰ型袖阀管100沿管壁布置有自内壁向外壁孔径扩大的喇叭形溢浆孔120，溢浆孔120在内壁一侧的孔径为6毫米，溢浆孔在外壁一侧的孔径为10毫米。每排溢浆孔的纵向截面间距设定为30厘米，第Ⅰ型袖阀管100的环向每截面上十字型布置有4个孔。第Ⅰ型袖阀管100远离所述尖端110的一端设有内螺纹140。

如图4所示，第Ⅱ型袖阀管200沿管壁布置有自第Ⅱ型袖阀管200的内壁向外壁孔径扩大的喇叭形溢浆孔220，溢浆孔220在内壁一侧的孔径为6毫米，溢浆孔在外壁一侧的孔径为10毫米。每排溢浆孔的纵向截面间距设定为30厘米，第Ⅱ型袖阀管的环向每截面上十字型布置有4个孔，第Ⅱ型袖阀管200一端设有内螺纹240、另一端设有外螺纹250。

如图5所示，第Ⅲ型袖阀管300为热轧无缝钢管，第Ⅲ型袖阀管300一端设有内螺纹340、另一端设有外螺纹350。

其中，内螺纹140、240、340的长度为80毫米，外螺纹250、350的长度为80毫米。

在该非限制性实施方式中，在步骤S4中注浆芯管600由直径为25毫米、壁厚4毫米的热轧无缝钢管切割制成，每节注浆芯管600的长度为2米，每相邻两段注浆芯管600之间通过螺纹连接。

作为一种非限制实施方式一，在步骤S1之前，还包括对需要注浆区域进行地质勘测探明地质条件，根据地质条件确定步骤S1中钻孔过程中直接钻孔或选择套管作为钻孔外侧防护随钻杆跟进打入以防止钻孔破坏。选择套管跟进打入，进一步包括在袖阀管安设完成后、注入套壳料封孔前起拔套管。

作为一种非限制实施方式二，在步骤S4中使用的止浆塞为进口ZF-A50止浆系统。

作为一种非限制实施方式三，在步骤S5中套壳料由水、硫铝酸盐水泥以及膨润土混合配制得到。其中，水、硫铝酸盐水泥、膨润土的比例为2:1:1。

作为一种非限制实施方式四，在步骤S7中注浆分段后退注浆过程中注浆芯管600起拔造成注浆芯管600外露长度超过2米则停止注浆，拆除过长的注浆芯管600后继续注浆。

作为一种非限制实施方式五，在步骤S7中设计注浆位置注浆完成后还包括对该设计注浆位置的注浆结果进行检测，达到注浆要求则该设计注浆位置注浆完成，未达到注浆要求则对该设计注浆位置注浆进行补充注浆，补充注浆完成后达到注浆要求则该设计注浆位置注浆完成，补充注浆时选择地补充注浆液设定为超细水泥单液浆。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体，比如各个施工步骤之间的顺序可根据需要调换。此外，本发明中的尺寸、温度、浓度或时间等参数可以根据具体使用条件在本发明所公开的范围内适当选取。