管棚超前小导管止水等注浆施工方案讲解Word下载.docx
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隧道注浆设计方案
一、工程概况
管段起止里程DK324+220.72~DK331+612.2，其中隧道4座（坨沙隧道4722米、田冲隧道165米、油麻湾隧道701米、板木湾1号隧道1370米），隧道总长6958米，该地段山峦起伏，地形复杂，山体植被较发育。
二、工程地质和水文地质情况
1、工程地质
①、地表覆盖第四系残坡积，粉质黏土，褐黄，黑褐色，硬塑，夹杂约10-15%的岩质角砾，覆盖层约1m；
细角砾土，褐黄色稍密，稍湿，砾石以尖棱状为主，
②震旦系中统南沱冰岩组，含砾砂岩，灰绿色，强风化~弱风化，块状构造，节理裂隙较发育。
③震旦系中统江口组，含砾砂质板岩，灰绿色，紫红色等，强风化~弱风化，中厚层状构造，节理裂隙较发育。
2、水文地质
隧道洞身穿越地层富水性若，主要靠大气降水补给，受季节因素影响较大，春夏时节水量最为丰富。
地下水与地表水具酸性侵蚀，同时地下水还具有二氧化碳侵蚀。
三、超前管棚注浆施工
1、注浆工艺
1.1、注浆前，先将钢管口外径与孔口周边的岩石用水泥密封，但要预留一小通气孔，注浆时，使钢管与孔壁的环形空隙内的空气容易从此通气孔冒出；
网管口注浆时，直至浆液由通气孔冒出为止，注浆可采用多孔同时注浆，或先灌注“单”号孔，待1～2天固结后，再灌注“双”号孔；
注浆时，其水灰比控制在1：
1，建议注浆初压力为0.5～1.0Mpa，终压力为2.0Mpa，但应由试验确定具体数值。
注浆结束后用M10水泥砂浆填充，形成钢管砼。
1.2、为了提高管棚注浆效果，浆液选用1:
1水泥砂浆水灰比控制在1：
1左右；
管棚注浆采用压力—流量双条件控制，KBY50/70型或性能类似的注浆泵，其注浆压力及注浆量按以下办法确定：
1）注浆压力
注浆压力是影响注浆效果的关键因素，施工中必须认真对待。
常规条件下，注浆压力主要与涌水压力（静水压力及动水压力）、裂隙大小和粗糙程度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等有关，可按岩层裂隙与注浆压力关系或涌水压力与注浆压力关系确定。
2）注浆量
为了获得良好的固结及堵水效果，必须注入足够的浆液量，确保一定的有效扩散范围。
但注浆量过大，扩散范围太远，将造成浆液的浪费及给开挖造成新的难度。
为了保证注浆效果，注浆采用一次升压法施工，即从注浆一开始就在短时间内将压力升高到设计规定值，并一直保持到注浆结束。
在规定的压力下，根据进浆量情况分级调整浆液浓度，直至裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减小，达到结束标准即停止注浆。
注浆顺序根据降水漏斗原理，从拱脚开始从下而上压注，先压注无水孔，后压注有水孔。
如遇串浆或跑浆，可间隔一孔或几孔灌压。
1.3、注浆异常现象的处理
1）在注浆过程中，经常发生浆液从其它孔流出的现象，这种现象称为串浆。
发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞。
轮到该孔注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将孔内杂物清除并用高压风或水冲洗，然后注浆。
2）注浆压力突然升高，进行注清水，待泵压正常时，再进行注浆。
3）注浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙水中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过水泥砂浆的凝胶时间。
2.机具设备
序号
项目
设备、机具名称
1
钻机
钻进能力：
50～100m；
孔径≥150mm；
钻孔角度：
0～360°
；
动力：
冲击式、回转式、冲击－回转式；
钻进方式：
推荐跟管钻进；
2
单（双）液注浆泵
注浆压力≥（10～12.5）MPa，排浆量≥100L/min，并可连续注浆
3
水泥浆搅拌桶
有效容积≥600L，搅拌改性水玻璃应选用高速机械式或风动式
4
储浆桶
≥2m3
5
检验测试设备
秒表、PH计、波美计
6
动力
空压机（≥20m3）
7
加工设备
钢筋切断机、交流电焊机
8
其他设备
流量计、混和器、抗震压力表、高压胶管、高压球阀、水箱
3.劳动力组织
人员
人数
职责
技术人员
掌握技术标准、负责施工指导、监督施工质量、记录
工班长
组织和协调
测量人员
测量放样、检查验收、并对整个施工过程进行摄像
钻孔、安装人员
5～10
凿孔施工、准备材料、安装导管
浆液制备人员
准备材料、制备浆液、搅动浆液、清洗设备
注浆泵司机
注浆泵的操作、维修保养及鼓掌排除
清洗废浆工
清理废浆
注浆记录工
记录注浆压力、注浆量、流量、胶凝时间及其他的情况
9
安全员
负责施工安全
10
搬运工
搬运材料、机具
11
其他
电工、管棚加工、空压机司机等
合计
29～34
4.质量要求
4.1钻孔前，按设计精确画出钻孔位置。
4.2管棚钻机应在技术人员和测量人员的指导下摆正大臂，按设计调整好钻孔角度。
开钻速度要慢，待钻杆进入岩体30cm左右后，常速钻进。
4.3钻孔平面误差≤15cm，钻孔角度误差≤0.5°
。
4.4控制钻孔角度，尤其接长钻杆后钻进角度应严格控制。
成孔要孔壁圆、角度准、孔身直、深度够。
4.5注浆前先注水清孔、引流，要检查管节两端联接丝扣，有脱扣和裂纹的管节不得使用。
4.6注浆时应准确掌握浆液配比，并使浆液在管内充填密实。
4.7大管棚接头处要错开，以利于整体受力。
5.安全措施
为确保安全，应采取以下措施：
5.1进行全员安全意识教育。
5.2针对长大管棚施工特点和要求，严守有关安全规则和安全规章制度。
作业平台搭设牢固并设置围栏。
5.3加强对围岩进行动态监控量测，实行信息化管理，科学的组织施工。
5.4拆卸钻杆时，要统一指挥，明确联络信号，扳钳卡方向应正确，防止管钳及扳手打伤人。
5.5注浆人员及所有进入施工工地的人员，必须按规定佩带防护用品，穿戴防护用具（如胶皮手套、口罩、眼镜、防护罩等）。
5.6所有工作人员必须遵章守纪，听从统一指挥，同时加强安全保卫工作，禁止闲杂人员进入施工现场。
5.7要有良好的照明条件。
四、超前小导管施工
超前小导管注浆适用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋软弱围岩、偏压洞口段、砂层、砂卵石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水的隧道。
对结构顶部处于亚粘土、粉细砂、中粗砂等地质松软、空隙较大的地层更为适用。
超前小导管注浆的作用是：
1）工作面前方的地层，在开挖面以外形成厚度为0.5～1.0m的加固圈。
2）小导管注浆与钢拱架、地层共同作用形成超前支护结构，从而保证开挖掌子面的稳定，防止掌子面松弛、坍塌、沉降，洞口段控制地表沉降。
1.小导管施工工艺流程见图
小导管施工工艺流程图
2.施工方法
2.1导管制作
先把钢管截成需要的长度，在钢管的一端做成20～30cm长的圆锥状，在距另一端10cm处焊接Φ8～12mm钢筋箍。
距钢筋箍一端100cm不开孔，剩余部分每隔15cm梅花型布设Φ6～Φ10mm的溢浆孔。
小导管制作示意图
2.2小导管的安设
1）依据不同地质采用不同成孔设备打孔，一般砂层可用φ42管以压力风吹孔；
粉细砂、亚粘土可采用风镐推进导管；
粘土层、黄土层可采用煤电钻钻孔；
在土夹石、风化岩可使用凿岩机、凿岩台车打眼成孔，孔方向要求顺直，不得弯曲和塌孔等；
2）采用吹管将孔内砂石吹出成孔，孔径按与注浆管径配套确定，一般不大于50mm，孔深视导管长度而定；
3）用吹风管、掏勾将钻孔清理干净；
4）插入导管可用风镐、凿岩机顶入；
5）在孔口用沾有CS胶泥的麻丝缠绕成不小于孔径的纺锤形柱塞。
把管子插入孔内，带好丝扣保护帽，再用冲击设备把管子打入到要求的深度，使麻丝柱塞与孔壁充分挤压紧。
然后再用CS胶泥填充孔口。
超前小导管孔口封堵示意图
小导管支护及台阶设置示意图
一次掘进进尺及小导管间的搭接长度示意图
2.3小导管注浆
1）小导管外露长度一般为30cm，以便连接孔口阀门和管路。
2）小导管安设后必须对工作面进行喷射混凝土或模筑混凝土封闭。
喷射厚度以5~10cm为宜，范围为整个掌子面及其后的3m范围的环向开挖面。
注浆管应设防护帽。
3）调查地质情况，按渗透系数确定注浆类型，进行注浆设计；
4）应按设计和通过现场试验确定浆液配比、注浆压力等注浆参数；
通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量；
5）水泥浆液应采用搅拌桶配制。
根据搅拌桶容量大小，严格按要求投料；
6）配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，禁止水泥包装纸等杂物混入。
拌好的浆液在进人贮浆槽及注浆泵之前应对浆液进行过滤。
未经过滤网过滤的浆液不允许进人泵内；
7）小导管安装完成后，旋紧孔口阀，连接注浆管路后进行压水试验；
配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用；
8）注浆压力按分级升压法控制，由注浆泵油压控制调节；
浆液先稀后浓、注浆量先大后小；
超前小导管注浆压力应符合设计要求，浆液必须充满钢管及其周围的空隙。
9）发生串浆现象，采用多台泵同时注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆；
注水泥浆压力突然升高应立即停机检查；
水泥浆单液进浆量很大，压力上不去，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小量低压力注浆或间歇式注浆，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间；
10）结束标准：
以终压控制为主．注浆量较核，当注浆压力为0.7Mpa～1.OMpa，持续15min即可终止。
2.4技术标准
超前小导管施工允许偏差
允许偏差
手段
方向角
2°
插棍结合尺量
孔口距
±
45mm
尺量
孔深
+40mm
2.5施工注意事项:
1、导管应在开挖轮廓线上按设计位置及角度打入，孔位误差不得大于10cm，角度误差不得大于3°
，超过允许误差时，应在距离偏大的孔间补管后再注浆。
2、钢管每根实际打入长度不得短于设计长度，否则开挖1米后补管、注浆。
3、检查钻孔、打管质量时，应画出草图，以孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。
4、单孔注浆量不得小于计算值的80%，超过偏差必须补管注浆。
5、在注浆过程中，如发生串浆现象时，则安装止浆塞或采用多台注浆机同时注浆。
6、水泥浆压力突然升高，则可能发生堵塞，应停机检查，泵压正常后再进行注浆。
进浆量很大,但压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝结时间，进行小泵量低压注浆或间歇注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶。
7、注浆过程中要逐管填写记录，标明注浆压力，注浆量，发生情况及时处理。
8、固结效果检查宜在搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管，要认真填写检查记录。
采用撬棍或小锤轻轻敲击钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试，检查注浆范围，固结不良或厚度不够时要补管注浆。
9、开挖过程中要随时观察注浆效果，分析量测数据，发现问题后及时处理。
10、注浆前要严格检查机具，管路及接头处的牢靠程度，以防压力爆破伤人。
注浆时,操作人员应戴口罩、眼镜和胶皮手套，并要有良好的照明条件。
凿孔
风动凿岩机（成孔深度3m以上）、或带冲击锤的风钻或媒电钻
注浆压力大于5MPa，排浆量大于50L/min，并可连续注浆
有效容积不小于400L，搅拌改性水玻璃应选用高速机械式或风动式
2m3
空压机（20m3）
混和器、抗震压力表、高压胶管、高压球阀、水箱
4.劳动组织
10～15
电焊工
进行导管尾部和钢拱架的焊接
12
电工、空压机司机等
29
5.质量要求
5.1钻孔前，按设计精确画出钻孔位置。
5.2钻机应在技术人员的指导下摆正，按设计调整好钻孔角度。
5.3钻孔平面误差≤15cm，钻孔角度误差≤0.5°
5.4控制钻孔角度，成孔要孔壁圆、角度准、孔身直、深度够。
5.5注浆前先注水清孔、引流；
注浆时应准确掌握浆液配比，并使浆液在管内充填密实。
五.中空注浆锚杆施工工艺及方法
1、中空注浆锚杆施工工艺框图
2、施工方法
中空注浆锚杆按设计要求采用带排气孔的中空锚杆，拟采用双管注浆，双管注浆见双管注浆示意图。
按照设计图纸要求布设锚杆，利用锚杆台车或凿岩机进行钻孔，成孔后进行清孔。
将安装好锚头的中空注浆锚杆插入孔底，安装止浆塞、垫板、螺母，然后连接注浆管，用注浆泵通过尾部向孔内注浆，浆液采用水泥砂浆，注浆压力控制在0.3～1.0MPa。
注浆顺序自下而上逐根进行。
注浆后将止浆塞塞入钻孔，用速凝水泥封孔。
双管注浆示意图
3、施工质量纠正和预防措施
3.1按照设计要求布设锚杆，用凿岩机钻孔，成孔后进行清孔。
3.2、为防止串浆可采取跳打施工，即先施工奇数孔序，再施工偶数孔序。
3.3、发生串浆后的处理措施：
对串浆孔与注浆孔同时注浆，采用分浆器，利用一台注浆泵同时对多根锚杆注浆。
3.4、发生大量漏浆时，采用以下原则进行处理：
采用低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆的方法进行灌注或注入其他充填料先堵大通道再采取第一种方法进行处理。
3.5、涌水处理：
在孔口有涌水的注浆孔段，注浆前测量记录涌水压力、涌水量，然后根据涌水情况选用下列综合措施处理。
第一，采用较高的压力，自上而下分段注浆。
第二，采用浓浆进行屏浆1～24h后再闭浆，并待凝。
第三，采用纯压式注浆。
第四，用速凝浆液处理。
4.施工机具设备
水泥浆搅拌机
20～50m
止浆塞
参考本细则7.6.6条选用
5.劳动组织
钻孔
8～10
钻注浆孔
负责注浆中的安全，孔口位置2人，其他位置1人。
实验员
负责相关试验工作
31～33
六、全封闭预注浆
当超前地质预报发现掌子面前方存在高压富水、地下暗河、溶洞、富水断层破碎带对施工安全存在极大隐患时采用全封闭预注浆（帷幕注浆）。
1）保证设计加固范围；
2）合理确定注浆段长度及止浆岩盘厚度；
3）根据浆液的扩散半径设计钻孔数量；
4）选择合理的注浆压力和注浆量，确保注浆止水效果；
5）合理选用钻孔、注浆设备，钻机宜采用冲击螺旋式钻机，并应带有高压（或低压）止水装置。
6）全封闭深孔预注浆宜采用约束型的多次钻注方式施工，首先注入凝结时间较快的浆液，充填大裂隙、空洞，然后注浆充填剩余的小孔隙，如图。
三次钻注全封闭深孔预注浆
2.钻孔及注浆
1）沿着开挖轮廓线和掌子面,按照设计距离、设计孔径、孔深布置孔位。
2）搭设钻孔支架,采用冲击式钻机或旋转式钻机,根据地层条件及成孔效果选择,钻孔位置和效果要满足设计要求,孔口位置偏差不超过5cm,孔底位置偏差不超过孔深的1%,,钻孔应清洗干净,并做好钻孔检查记录。
3）注浆顺序
先上方后下方,或先内圈后外圈,先无水后有水,先上游后下游的顺序施工。
4）注浆管采用带孔眼的焊接钢管和无缝钢管，注浆眼长度和位置根据注浆孔的位置和注浆区域来划分。
有眼部分和无眼部分采用止浆塞分隔。
5）如采用全孔注浆。
则可以用铅丝、麻刀或木楔等材料在注浆孔口将其堵塞。
6）注浆结束条件
单孔结束条件:
注浆压力达到设计终压力,浆液注入量已达到计算值的80%以上。
全段结束条件为：
所有注浆孔均已符合单孔注浆结束条件，无漏注。
注浆后对注浆效果进行检查，如未达到设计则重新补孔注浆。
6）注浆完成4小时后开始进行开挖。
3.施工机具设备
七、开挖后径向注浆
1.径向注浆的适用范围
1.1当地质预报确认掌子面前方地层为富水岩体裂隙构造时（涌水段裂隙分布范围小于3m），当总涌水量稳定且不超过30m3/h，不会对正常开挖施工造成太大影响，可以实施径向注浆；
1.2当地质预报确认掌子面前方为动水条件下的深埋充填型淤泥和砂层溶洞地层，无论涌水量大小，也不适宜实施开挖后径向注浆；
2.判断采用径向注浆方案的依据
2.1开挖前，先采用物探手段对掌子面前方一定范围进行地质探测，确定无暗河、溶洞或大规模的涌水；
2.2采用20～30m超前探孔判定水流方向、测算总涌水量，确定裂隙发育段和裂隙发育程度，确认前方地层在开挖后能够自稳，无大量涌水、突泥，探孔钻进应符合下列要求：
探孔布设的数量一般为4～5个，分别位于左右边墙、左右拱腰和拱顶；
在探孔施工中当有一个探孔出现流水时，其他探孔应减慢钻进，首先钻进出水孔，并不断测试出水孔的水量、水压，直到出水孔钻至设计深度；
钻进期间，应对每一个探孔水量、水压都进行监测；
在探孔施工结束后，若没有一个孔是满孔流水，基本上可不再进行补探施工。
否则，可通过分析各探水孔的水力联系进行补探设计和施工。
3.施工工艺流程
4.钻孔和注浆
4.1径向注浆应跟随开挖工作面、并距开挖工作面5～10m的地方进行。
4.2钻孔过程中遇涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进而进行注浆，浆液凝固后再行钻进。
4.3当地层裂隙不太发育时，径向注浆采用自进式锚杆、中空注浆锚杆或注浆花管，注浆花管采用φ42mm无缝钢管加工制作（施工工艺同超前注浆小导管）；
当围岩松软（如砂层）、或在断层破碎带段，径向注浆要求很高，宜采用TSS管，以减少或防止注浆施工中串浆的发生，从而提高径向注浆加固效果；
4.4径向注浆的参数应按设计进行，并根据地层特点、现场试验结果不断完善和调整，注浆方式为全孔一次性注浆；
4.5注浆过程中，若压力突然升高应停止注浆，检查处理后再进行注浆；
若遇到串浆或跑浆，宜采用间隔一孔或几孔的注浆方式；
4.6注浆模式宜为约束型注浆，每一注浆段落应从两头向中间注浆，顺序宜按两序孔进行，即先跳孔跳排注单序孔，然后注剩下的二序孔；
从两边墙向拱部交叉进行；
从少水（或无水）孔向有水孔（大水孔）进行；
4.7径向注浆结束标志：
一序孔注浆结束标准以定量定压相结合为原则进行控制。
注浆施工过程中，以定压为第一控制原则，如果长时间注浆压力不上升，应将注浆材料调整为HSC单液浆，然后按定量标准进行注浆控制；
二序孔注浆结束标准以必须达到设计注浆终压为原则进行控制。
5.机具设备
孔内注浆设备
含TSS管、止浆花管、注浆芯管、上下闷盖、橡胶套（洞内长管注浆用）
地质钻机
超前钻探用，判别是否可以采用径向注浆（可以取芯）、带止浆塞（测围岩裂隙、节理分布情况时用）
支架式钻机
洞内长管钻孔采用（标准同7.6节）
凿岩机
洞内短管钻孔采用
注浆泵
洞内长、短管注浆
搅拌机
三翼合金钻头
≥φ110mm
一次性钻头
≥φ91mm
涌水量测试系
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