TSS型注浆管注浆工法

1、TSS 型注浆管注浆工法铁道部隧道工程局一、 前言饱和动态含水砂层是隧道与地下工程施工的一大难题，在该种地层中开挖隧道施工时极易发生涌水和涌砂等工程灾害。目前，在 该种地层中施工隧道，通常采用明挖法、浅埋暗挖法、盾构法或冻 结法等施工方法。在采取浅埋暗挖法，利用注浆技术处理饱和动态 含水砂层时，可借鉴应用的工法不多。铁道部隧道工程局曾在广州 地铁一号线杨箕一一体育西路区间隧道通过采用超细水泥一一水 玻璃双液浆（简称 MCMC S S 双液浆）作为注浆材料；采用一次性钻 头，跟管钻机钻进成孔；后退式分段注浆技术；洞内长短管相结合 注浆堵水方案，成功地解决了该区间长 111.8m111.8m 饱和

2、动态含水砂层 的注浆加固，保证了隧道的安全开挖，并研究出了一套配套工法。 铁道部隧道工程局在上一工法特点的基础上， 针对工法中注浆孔成 成孔较为困难这一弱点，进一步进行了深入研究，通过对注浆管材、 布管工艺、注浆工艺的系统研究，研制了一种新型的 TSSTSS 型注浆管, 研究了 TSSTSS 型注浆管的布设及注浆工艺，并经过将其在深圳市过街 道工程施工中现场应用，在不断完善、发展和总结的基础上，形成 了本工法。该工法具有适用性和广阔的应用前景。二、 工法特点（一）采用超细水泥 水玻璃双液浆作为注浆材料。（二）采用 TSSTSS 型注浆管作为注浆管材。TSSTSS 型注浆管采用普通焊接钢管加工制

3、作，管材料源广，加工容易（三）利用顶管技术进行注浆管布设，施工速度快，不会发生 涌水、涌砂。（四）施工设备配套简单、工艺易操作，施工成本较低。（五）采用浅埋暗法施工。三、适用范围本工法主要适用于饱和动态含水砂层 （砂层为中细砂、中砂、中 粗砂、粗砂，砂层渗透系数范围为 1010-21010-4cm/scm/s ）的铁路、市 政、公路、水工、电力等各种地下隧道工程的注浆加固堵水。其它 地层根据要求可选用。四、工法原理及关键技术（一）TSSTSS 型注浆管具有袖阀管的作用。花管部分溢浆孔上覆 盖着贴片，这样可以保证浆液通过溢浆孔进入地层，而地层中的水 和砂粒难以进入注浆管材，从而达到注浆管的单向阀

4、作用。（二）采用 TSSTSS 型注浆管，采取超细水泥一一水玻璃配双液浆 进行注浆施工，浆液在砂层中主要形成均匀渗透扩散， 不易发生大 量的劈裂、挤压状况，可以较好地均匀加固砂层，形成完整的防水 帷幕。（三） 采用风钻、风镐，采取顶管技术布设注浆管，避免了注浆管 布设过程中砂粒的排出，较好地解决了在饱和动态含水砂层中的成孑 L L、布管工艺。（四） 采用TSTSS S型注浆管的配套系列设备， 可以满足后退式分 段注浆工艺，其注浆分段长度短（一般取 0.60.61.0m1.0m ）,可以有效 地解决海陆交互相冲积饱和动态含水砂层中，中、粗、细砂交互出现，地质多变等复杂条件下，注浆加固的均一性，提

5、高其整体加固效果。（五）利用监控量测技术，及时修正设计参数，完善注浆参数， 有效地控制地表隆起，保护环境。五、工艺流程TSSTSS 型注浆管注浆施工工艺流程见图 1 1。（一）注浆管加工按设计图纸加工 TSSTSS 型注浆管。（二）施工准备1.1. 封闭工作面做止浆墙：为防止注浆施工过程中工作面冒浆，每循环开挖后应对工作面止浆岩墙进行喷砼封闭，厚度不小于 50cm50cm。为适应注浆孔位的定位方便，可将掌子面喷成平面。2 2 .机械设备维修及试运转：在注浆施工前和开挖施工过程中， 应对机械设备进行检查、维修、保养，使其保持良好的状态。3 3 .施工材料准备：施工材料包括 TSSTSS 型注浆管

6、及其配套的孔 内注浆设备和注浆用的超细水泥、水玻璃、缓凝剂等注浆材料。施 工前必须将材料运至工作面附近，每次应备足两个小班的材料用量，且随用随补充。4 4 .抢险材料的准备；含水砂层开挖过程中，可能会发生突发性 的涌水和涌砂现象，给施工及地面设施安全造成危害。因此，必须 事先准备好抢险防涌材料，如棉纱、草袋、方木等。图 1 1TSSTSS 型注浆管注浆施工工艺流程图（三）注浆管布设1 1.架设作业平台；2 2 .按照设计图纸在工作面上将注浆管孔位用红油漆标出；3 3.采用 0.5m0.5m 立杆按开孔位置相对座标，采用相对距离定位技 术进行钻杆定位，采用 YTYT2828 风钻（或 76557

7、655 风钻），用 1m1m 钻杆 对砼封闭层进行钻穿引孔。4 4 .采用手持风镐，利用作业平台，用冲击套将注浆管顶入地层， 注浆管外露101020cm20cm。5 5 . .注浆管布设后，采用棉纱+ +速凝水泥砂浆将注浆管周围封填, 以避免注浆施工中产生返浆。（四）注浆作业1 1 .注浆参数注浆参数如表 1 1 所示。注浆参数表表1参数名称参数值注浆加固范围开挖轮廓线外拱部及边墙 23m，底板以下 12m ,掌子面砂层。注浆管长46m 根据需要进行选择止浆岩墙50cm 喷射砼层+ （1.52m ）余留止浆墙凝胶时间30 60s扩散半径0.5 0.8m终孔间距按式a V3R进行计算确定。式中：

8、a指注浆终孔间距（m ）；R指浆液扩散半径（m ）o注浆速度5 301/min注浆段长0.6m注浆终压0.51.2Mpa （地下管线影响地带取低压，其它取中、高压）单段注浆量2按式QR h n 1进行计算确定。式中：Q指注浆量（m3）；R指浆液扩散半径（m）；h指注浆段长（m ）；n指地 层空隙率； 指地层空隙充填率；指浆液损失率，一般取 1030%o2.2.配制浆液（1 1）超细水泥浆的配制根据预配制水泥浆的体积，按水灰比和缓凝剂掺量计算出所 需要的超细水泥、水和缓凝剂的用量。施工中宜采用水灰比为W:MC=1.5:13:1W:MC=1.5:13:1。根据用量，首先在容器中加入水和缓凝剂，强力

9、搅拌，待缓 凝剂充分溶解后，加入超细水泥，强力搅拌，混合均匀。（2 2 ）水玻璃浆的配制在浓水玻璃中加入水，边加水边搅拌，边用玻美计测试其浓度， 到达所需要的稀释浓度为止。施工中宜采用水玻璃浓度为 3040Be3040Be 3.3.注浆作业注浆管全部布设完成后，开始进行注浆作业。采用 TSSTSS 型注浆 管配套设备，采用双液注浆泵，采取后退式分段注浆工艺进行注浆 作业。后退式分段注浆工艺：将带有止浆塞的芯管和顶管连接后插入 到注浆管相应位置，顺时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞膨胀， 以达到止浆效果。连接注浆管路，采用双液注浆泵向孔内注浆，每 次注浆段长选择为 0.6m0.6m，即第一段注浆完

10、成后，反时针旋转芯管 上的法兰盘，使止浆塞恢复到原状，将芯管后退0.6m0.6m，进行第二段注浆，如此下去，直至将整个注浆段完成。后退式分段注浆要特别注意止浆塞的损坏程度，施工过程中若 发现止浆塞存在问题，应立即更换，以免引起注浆管堵塞，造成芯 管无法拔出，影响正常施工。（五）监控量测采用精密水准仪测试在注浆过程中地表的变形情况，控制注浆 过程中地表的隆起变形。在注浆过程中，地表隆起限值为30mm30mm ,否则，应调整设计参数，采取增加注浆管数量，缩短布管间距，以 达到控制地表隆起变形，确保工程施工安全，有效保护周围环境。六、材料（一）注浆材料施工中主要采用超细水泥一一水玻璃双液浆。超细水泥

11、的粒径 选择按J.C.KingJ.C.King 可灌性判式进行。J.C.KingJ.C.King 可灌性判式如下：D15比D10cN115或N18G85G95式中：N（通常取Ni）注浆比；D15、D10地层的粒径累计曲线的 15%15%，10%10%的颗粒直径;G85、G95注浆材料的粒径累计曲线的 85%85% ,95%95%的颗粒直径（通常采用注浆材料颗 粒的 85%85%、95%95%粒径作为注浆材料的“最 大代表粒径”）（二）注浆管材及其配套止浆系统施工中采用 TSSTSS 型注浆管及其配套止浆系统。TSSTSS 型注浆管采用小口径的焊接钢管（加厚型）加工制作。其系列配套止浆系统 由

12、TSTSA A 顶杆、TSTS B B 注浆芯管、TSTSC C 顶杆螺母、TSTS D D 止 浆塞等四部分组成。它们应和 TSSTSS 型注浆管相配套。七、机具设备主要机具设备见表 2 2注浆施工主要机具设备表 2项目名称机械名称型号成孔设备风钻YT-28风镐普诵型冲击套自制注浆设备注浆泵HFV-5D 或 KBY-50/70 型等双液注浆泵搅拌机QV-300/50输浆设备高压胶管Dg25-Pg16混合器T 型抗震压力表16Mpa高压球阀025八、劳动组织根据工程数量要求，合理地安排劳动力。在注浆施工中，施工 人员要听从现场施工组的统一安排，服从指挥，各司其职，严格施工纪律。施工劳动组织安排

13、如表 3 3 所示。注浆施工劳动组织表 3工种人数职责一班三个班技术人员13负责全面注浆工作工班长13协助技术人员工作，负责劳动力安排司泵13负责注浆泵的操作，记录注浆参数钻孔（制浆）39负责布设注浆管；注浆时配制浆液孔口位置26负责顶管工作；注浆过程中下注浆芯管，测试凝 胶时间。辅助工13负责文明施工合计927九、质量标准及技术要求1 1. TSSTSS 型注浆管应符合加工及质量标准要求；2 2 .注浆孔孔位标注误差w1cm1cm ;3 3 .钻孔定位误差w1cm1cm ;4 4 .浆液凝胶时间应在设计值范围内；5 5 .单孔单段注浆量不得少于设计注浆量的 80%80% ;6 6.注浆压力不

14、得高于注浆终压，注浆过程中当各孔注浆量达到 设计注浆量时，注浆终压应接近设计终压；7 7 .注浆过程中，地表隆起值w30m30m m m ;&注浆结束后检查孔钻进过程中排出的岩粉中应有浆液的胶凝 体，检查孔钻孔结束后，将钻孔放置一段时间，观察检查孔中应没 有涌水、涌砂现象。9 9 .检查孔注水试验，注浆后地层渗透系数应w1010-4cm/scm/s ;1010 .开挖过程中，对固砂体取样进行力学指标测试，固砂体抗 压强度应0.3Mpa0.3Mpa。十、安全措施注浆结束后，应对注浆效果进行检查评定，注浆效果未达到要 求，不得进行开挖施工。在施工过程中若出现局部涌水、涌砂应立 即封闭，补充

15、注浆。注浆效果的检查评定主要采取分析法、钻检查孔法和开挖面取 样测试等三种方法。分析法包括注浆过程中的P PQ Qt t 曲线分析、群孔注浆浆液填充率的反算分析；钻检查孔法包括检查孔的观察和 检查孔注水试验；开挖面取样测试主要是对开挖面砂样固结体力学 指标测试。十一、效益分析1 1. TSSTSS 型注浆管加工、布设工艺简单，同洞内长短管相结合注 浆工艺（广州地铁杨体区间采用）相比，施工进度可提高50%50%。2 2 .同盾构法相比，采取 TSSTSS 型注浆管注浆工艺施工饱和动态 含水砂层，可以减少对环境的污染，同时，施工成本降低6060 %以上。十二、工程实例深圳市向西路人行地道工程位于深

16、圳市深南东路与向西路丁字 路口，工程由主通道和四个梯道组成。主通道穿越深圳市交通最为 繁忙的深南大道。该路段区域地面交通繁忙，地下管线较多。主通道采取“浅埋 暗挖法”施工。主通道设计净宽 6.0m6.0m，净高 2.5m2.5m，长 49.34m49.34m。梯道净宽 3.6m3.6m，净高 2.5m2.5m，梯道总长 130.4m130.4m。主通道最大覆土 厚约 5.3m5.3m，最小覆土厚约 4.3m4.3m。通道中部设水泵房，南 2 2#梯道 平段设配电房，通道采用割圆拱形断面。该工程竖井及梯道通过人工填土层、埋藏植物层（Q QPd）、第四纪冲积层（Q Qa1+p1）；主通道穿越地层为

17、第四纪冲积层，其中南口 开挖断面内拱部及墙身为淤泥粉质粘土层和粉质粘土层，底板为 中、粗砂层；北口开挖断面内为中、粗、细砂层。工程所在地区地下水属孔隙型潜水类型，稍具承压。主要赋存 于第四纪冲洪积砂层中，水量丰富。地下水与深圳河有水力联系， 水位随季节变化较大，稳定水位为 0 0 2.6m2.6m，标高为 2.292.29 2.97m2.97m。 通道位于地下水位以下，开挖最大水头差为7.2m7.2m。该工程施工难度大，原设计采用“洞内水平长短管相结合注浆 技术”处理饱和动态含水砂层。隧道工程局科研所针对该工程的具 体工程及水文地质条件，结合开挖断面大小和工程的施工方法， 认 为“洞内水平长短

18、管相结合注浆技术”不适宜于该工程， 提出了采 用“TSSTSS 型注浆管注浆技术”处理该工程饱和动态含水砂层。（一） 注浆材料注浆材料采用超细水泥水玻璃双液浆。配比：W:MC=W:MC=（1.51.5 2 2）:1:1 , MC:S=1:1MC:S=1:1，水玻璃浓度 35Be35Be （二） 注浆参数注浆参数见表 4 4。注浆参数表表4注浆参数TSS 型注浆管注浆工艺注浆加固范围开挖轮廓线外周边 2m，底板以下 1m，掌子面砂层。注浆管长5m、6m 两种止浆岩墙50cm 喷射砼层+ （1.52m ）余留止浆墙凝胶时间30 60s扩散半径0.5 0.8m注浆速度5 301/min注浆段长0.6

19、m注浆终压0.5 1.2MPa单段注浆量0.1 0.3 m3（三）注浆设计根据地层的注浆加固范围要求，地层中的地下水流向，砂层分布状况，以及浆液在地层中的扩散能力进行注浆设计。竖井注浆采取 TSSTSS 型注浆管垂直注浆技术（以北侧竖井砂层第一循环注浆设计为例如图 2 2 所示）。主通道注浆采取 TSSTSS 型注浆管水平注浆技术（以主通道北侧第一循环注浆设计为例如图3 3 所示）。注浆孔开孔孔位图3ro注浆孔终孔交圈图注浆孔开孔图图 3主通道北侧第一循环注浆设计图（四）、注浆施工1 1 .注浆管布设：采用手持风镐，利用作业平台，用冲击套将注 浆管顶入地层。2 2 .注浆作业：注浆管全部布设完

20、毕后，开始进行后退式分段注 浆工艺。3 3 .注浆顺序：注浆宜按约束一一开放型注浆顺序进行设计和施 工，其注浆顺序原则如下：首先将群孔的三周进行注浆，从而达到 约束的目的，以防止浆液过远扩散；然后采取开放型注浆，由一侧 向另一侧平行推进，以达到排水的目的。（五）注浆效果检查注浆结束后，必须进行注浆效果检查。其方法主要采取以下三 种方法。1 1 .分析法（1 1）注浆过程中 P-q-tP-q-t 曲线通过对钻孔、注浆记录进行整理，分析每个孔段的注浆压力和 注浆速度，以及串浆情况，找出可能出现的薄弱部位。0510152005101520注浆时间（min）注浆时间（min）Pt 曲线qt 曲线图 4

21、 注浆 P q t 曲线结合注浆施工采用的机械特点，从注浆作业情况来看，在注浆 过程中，注浆压力一般都能达到设计注浆终压，同时，注浆速度在 逐渐减小，这说明浆液的扩散充填能够满足设计的扩散范围，具有一定的渗透填充、挤压密实效果，地层的注浆质量是高的。在现场 注浆施工中，注浆压力 P P,注浆流量 q q，同注浆时间 t t 的关系曲线 如图 4 4 所示。由曲线可以看出，开始时，注浆施工采取低压力灌注，注浆 压力控制为0.50.50.7MPa0.7MPa ,随着注浆的进行，浆液有效地填充了砂 层的空隙，为了使浆液继续注进砂层，注浆泵压力自行逐渐提高， 为保护地下管线的安全，防止浆液在饱和动态含

22、水砂层中产生劈 裂，我们采取注浆终压为 1 11.2Mpa1.2Mpa。在注浆过程中，通过调整 注浆孔布距、注浆初始压力、注浆流量，从而达到在注浆量满足设 计要求时，注浆终压也基本为设计终压 1 11.2Mpa1.2Mpa。根据 KBYKBY 注 浆泵的性能特点，在注浆开始时，我们采用较大的注浆流量即 2020 301/mi301/mi n n 进行注浆，随着注浆工作的进行，注浆泵无极调速，注浆 流量逐渐减小，最后注浆流量减小为5 5101/min101/min，这充分证明了在注浆过程中，注浆材料有效地填充了砂层的空隙，达到了注浆固 砂堵水的目的。（2 2 ）浆液填充率反算注浆结束后，统计注浆量刀 Q Q,计算浆液在饱和动态含水砂层 的填充率 k k,k=33.6%k=33.6% , k k (30%30% , 45%45% ),则说明注浆效果基本 满足要求。ooo O力压浆注Air