专利名称：全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道注浆施工方法。
背景技术：
注浆法是通过钻孔和利用注浆设备，运用液压、气压或电化学原理，通过注浆管将浆液分层均勻地注入围岩或地层中，浆液以填充、渗透和挤密等方式排出岩土颗粒间裂隙中的水分和空气，并占据岩土颗粒间的空间，使围岩孔隙比减少，强度提高。经过一段时间后，浆液将原来松散的岩土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能高和化学稳定性好的结合体，从而达到加固围岩或地层的目的。注浆的机理主要有渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆三种。由于全风化花岗岩渗透系数很小(一般小于10-4cm/s)，针对全风化花岗岩隧道围岩注浆多数采用渗透注浆施工很难奏效，存在浆液外漏、无法注满、注浆压力无法达到设计值等现象，效果很不理想。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种通用可行的全风化花岗岩隧道劈裂注浆施工方法，以克服现有技术存在的浆液外漏、无法注满、注浆压力无法达到设计值等不足。本发明的技术方案采用XY-100型钻机造孔，YSB-250/120型调速注浆泵和单向阀管注浆，注浆泵、注浆孔口处和进浆管路安装压力表，压力表和管路之间应设有隔浆装置；施工包括以下过程第一，钻孔，孔径在Φ80-100πιπι范围；第二，孔内灌套壳料，当钻孔到达设计浓度后从钻内灌入封闭泥浆，封闭单向阀管和钻孔壁之间的空隙，迫使从注浆孔内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层；第三，在充满封闭泥浆的钻孔中插入单向阀管，插入钻孔时管端封闭；第四，在封闭泥浆达到0. 3^0. 5ΜΙ^后，进行注浆，首先加大压力使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散；注浆完成后，单向阀管即留在注浆后的土层中，清洗管内残留浆液，以便于重复注浆。在“第一”过程，钻孔垂直度误差小于1%。在“第二”过程，套壳料采用低强度水泥粘土浆，以重量比计算，浆液配方为水泥 粘土 :1 :1.2 1 :1. 3，干料水=1:1 1:1. 5，塑性指数15 30。在“第四”过程，注浆采用1:1纯水泥浆，注浆所用水泥为425 #普通硅酸盐水泥， 注浆压力0. 5 IMPa。在浆液中加入水泥用量0. 3^0. 5%的复合型减水早强剂。注浆结束标准根据下列情况综合决定a.注浆量达到设计要求；b.注浆压力超过设计值。高压劈裂注浆加固机理注浆的目的是为了改良岩土的现有性质，从而在被灌范围内产生一种新的介质，其化学机理包括如下三个方面
(1)化学胶结作用无论是水泥浆还是化学浆液的灌注，都伴随着产生胶结力的化学反应，使岩土的整体结构得到加强；(2)惰性充填作用填充在岩石、土孔隙中的浆液凝固后，因其具有不同程度的刚性改变了岩层及土体对外力的抵抗能力，使岩土的变形受到约束；
(3)离子交换作用被灌浆液在化学反应过程中，某些化学成分能与岩土中的元素进行离子交换，从而形成具有更加理想性质的新材料。高压劈裂注浆力学机理分析全风化花岗岩在一定的注浆压力下，能使其得到不断的固结和强化，当注浆压力达到某一临界值后，岩土颗粒间由于结合水膜适当，联结力减弱而使土粒易于移动，达到最好的压实效果。被灌材料的注浆主要是靠孔壁注入压力的有效传递才能达到加固和浆液有效扩散的目的。高压下，可使岩土层挤密、脱水和压实。从理论上说，压力越大，挤密效果越好。由于通过孔壁向四周传递的压力的不均勻性，孔数越密， 则岩土层压实越均勻，就越有利于达到有效加固的目的。随着注浆压力的不断增大，塑性区内的土层被挤实，开始沿注浆孔轴向发生劈裂， 形成粘土与注浆体的互层，改变了孔壁周围岩土层的物理力学性质，从而达到高压劈裂加固岩土体的目的。注浆压力P>Pc(临界值)是注浆孔产生轴向劈裂的临界条件，由全风化花岗岩的物理力学参数计算出理论上注浆压力不得低于0. 5Mpa。全风化花岗岩隧道围岩注浆采用单向阀管的劈裂注浆可以有效解决一般的钢花管渗透注浆产生的浆液外漏、无法注满、注浆压力无法达到设计值等现象。经对比试验，采用劈裂注浆加固后的围岩可以增大浆液有效扩散半径，提高强度和自稳能力50%以上。劈裂注浆具有施工方便、效果较好的优点，特别适合对围岩的定点、定量注浆，同时具有一孔能多次重复注浆的优点。本发明采用“劈裂注浆”的施工方法，有效避免了一般渗透注浆易产生的浆液外漏、无法注满、注浆压力无法达到设计值等现象。按此方法施工，可有效解决全风化花岗岩隧道围岩强度低、自稳能力差等问题。
图1为本发明的施工示意图。图中1、止浆塞；2、注浆孔；3、注浆管。
具体实施例方式
具体实施例方式劈裂注浆施工采用XY-100型钻机造孔，YSB-250/120型调速注浆泵注浆，分两序施工，先进行I序孔施工，再进行II序孔施工。劈裂注浆的施工工艺分以下四步
(1)钻孔。孔径一般在Φ80-100πιπι范围，钻孔垂直度误差小于1%。(2)孔内灌套壳料。套壳料又称封闭泥浆，当钻孔到达设计浓度后从钻内灌入封闭泥浆，其作用是封闭单向阀管和钻孔壁之间的空隙，迫使从注浆孔1内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层。套壳料采用低强度水泥粘土浆，浆液配方为水泥粘土 = 1. 2 1. 3，干料水=1:1 1:1. 5 (重量比)，塑性指数15 30。(3)在充满封闭泥浆的钻孔中插入单向阀管(劈裂注浆管)3 一般用内径Φ4(Γ60 的塑料管，插入钻孔时管端封闭。
(4)在封闭泥浆达到0. 3^0. 5MPa后，进行注浆，首先加大压力使浆液顶开橡皮套， 挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散，扩散范围受注浆压力、时间、浆液配比、土层特征等因素的影响，注浆完成后，清洗管内残留浆液，以便于重复注浆(单向阀塑料管即留在注浆后的土层中)。(5)针对全风化花岗岩，注浆一般采用1:1纯水泥浆，注浆所用水泥为425 #普通硅酸盐水泥，注浆压力0. 5 lMPa，为了增加可灌性，在浆液中可加入水泥用量0. 3^0. 5%的复合型减水早强剂。注浆结束标准应根据下列情况综合决定a.注浆量达到设计要求；b. 注浆压力超过设计值。单根钢花管注浆量估算经验公式
V= Ji XR2XLX η = Ji X (0. 6 X s) 2X LX η =1. 88 X S2X LX η。其中V为注浆量(m3) ；s为大管棚或小导管中心距离(m) ；L为大管棚或小导管有效长度(m) ；R为考虑到注浆范围相互重叠的原则，扩散半径取0.6Xs (m) ； n岩体孔隙率％:全风化花岗岩取11%。(6)注浆泵和注浆孔口处均应安装压力表，进浆管路也应安装压力表。压力表和管路之间应设有隔浆装置。注浆过程中，有时会遇到冒浆、串浆等一些特殊情况，对这些情况的处理往往需采用一些特殊的方法。分述如下
(1)冒浆对孔口冒浆可采用重新回填黏土或在黏土中掺入少量水泥的方法，封堵套管外壁与孔壁之间间隙。对孔口以外部分的冒浆，可采用限流、限压及嵌缝的方法处理，如该法处理无效，则应停注待浆液凝结后再进行复注。(2)串浆在注浆过程中，若出现相邻两孔或隔孔冒浆，这表明提坝地基已经劈裂， 串浆两孔之间浆脉已经沟通。处理这种现象，一是将冒浆孔用止浆塞1堵上，然后在注浆孔再继续注浆，另一种是将注浆孔与冒浆孔并联，同时进行灌注。(3)吸浆量过大一种情况是注浆岩土体过于疏松，在注浆压力作用下，伴随着出现较大的压缩变形，使裂缝加宽，吸浆量增大。这时，伴随注浆量的增加，压力将逐步上升， 应继续灌注到压力上升至设计压力或反复灌注到地层不吸浆为止。另一种情况是地层存在掏刷形成的空洞，这时应一直灌注到空洞填满为止。
权利要求
1.一种全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于采用XY-100型钻机造孔， YSB-250/120型调速注浆泵和单向阀管注浆，注浆泵、注浆孔口处和进浆管路安装压力表， 压力表和管路之间应设有隔浆装置；施工包括以下过程第一，钻孔，孔径在Φ SO-IOOmm范围；第二，孔内灌套壳料，当钻孔到达设计浓度后从钻内灌入封闭泥浆，封闭单向阀管(3) 和钻孔壁之间的空隙，迫使从注浆孔(2)内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层；第三，在充满封闭泥浆的钻孔中插入单向阀管(3)，插入钻孔时管端封闭；第四，在封闭泥浆达到0. 3^0. 5ΜΙ^后，进行注浆，首先加大压力使浆液顶开橡皮套，挤破套壳料，在土体产生劈裂，并沿着裂缝扩散；注浆完成后，单向阀管即留在注浆后的土层中，清洗管内残留浆液， 便于重复注浆。
2.根据权利要求1所述的全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于在“第一”过程，钻孔垂直度误差小于1%。
3.根据权利要求1所述的全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于在 “第二”过程，套壳料采用低强度水泥粘土浆，以重量比计算，浆液配方为水泥粘土 = 1 1.2:1 :1. 3，干料水=1:1 1:1. 5，塑性指数15 30。
4.根据权利要求1所述的全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于在 “第四，，过程，注浆采用1 1纯水泥浆，注浆所用水泥为425 #普通硅酸盐水泥，注浆压力 0. 5 IMPa。
5.根据权利要求4所述的全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于在浆液中加入水泥用量0. 3^0. 5%的复合型减水早强剂。
6.根据权利要求4所述的全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，其特征在于注浆结束标准根据下列情况综合决定a.注浆量达到设计要求；b.注浆压力超过设计值。
全文摘要
本发明公开了一种全风化花岗岩隧道围岩注浆施工方法，采用XY-100型钻机造孔，YSB-250/120型调速注浆泵和单向阀管注浆，注浆泵、注浆孔口处和进浆管路安装压力表，压力表和管路之间应设有隔浆装置；施工包括以下过程第一，钻孔，孔径在φ80-100mm范围；第二，孔内灌套壳料，当钻孔到达设计浓度后从钻内灌入封闭泥浆，封闭单向阀管(3)和钻孔壁之间的空隙，迫使从注浆孔(2)内开环，压出的浆液挤破套壳料注入四周土层；第三，在充满封闭泥浆的钻孔中插入单向阀管(3)，插入钻孔时管端封闭；第四，在封闭泥浆达到0.3~0.5MPa后，进行注浆；注浆完成后，清洗管内残留浆液。
文档编号E21D11/10GK102425434SQ20111036435
公开日2012年4月25日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者成志勇, 胡爱珍, 马登科 申请人:中铁五局(集团)有限公司, 中铁五局集团机械化工程有限责任公司