帷幕注浆工艺分析

1、帷幕注浆施工工艺分析1.1.注浆目的本工程对地下水的处理本着“以堵为主，限量排放”的原则，注浆主要目的是加固围岩，限制排水量，保证隧道洞室稳定，确保施工及运营安全。本隧道排水量控制标准为注浆后每延米洞壁渗漏量不大于13m3/d·m。1.2.注浆段落及方案选定根据地质勘测资料显示：DK106872至DK107135段为断层破碎带，极可能发生严重突水突泥，预测地下水压力2.0MpaP3.0Mpa,选用开挖轮廓外5m帷幕注浆；DK108560至DK108630段为断层破碎带，极可能发生突水突泥，预测地下水压力1.0MpaP2.0Mpa,选用开挖轮廓外3m帷幕注浆。1.3.注浆孔的布置及循环

2、段长度确定加固圈5m超前帷幕注浆每循环设7环109个注浆孔，加固圈3m超前帷幕注浆每循环设5环55个注浆孔。如果工作面岩层较完整，可利用岩层作为止浆岩盘，采用5m帷幕注浆时止浆岩盘厚度取5m，采用3m帷幕注浆时止浆岩盘厚度取3m。如果工作面岩层破碎，或地下水压力较大，则除利用岩层作为止浆岩盘外，还需浇注混凝土墙作为止浆墙，采用5m帷幕注浆时止浆墙厚度取1.5m，采用3m帷幕注浆时止浆墙厚度取1.0m。超前帷幕注浆每一注浆段设计长度为：采用5m帷幕注浆时长30m，采用3m帷幕注浆时长27m。1.4.注浆方式与分段长度确定根据岩层裂隙发育程度和涌水量的大小，分为分段前进式和分段后退式两种注浆方式。

3、可参考附表1-1选择。附表1-1 注浆方式与分段长度参考表岩层裂隙程度钻孔涌水量（m3/h）注浆方式注浆分段长（m）发育10分段前进式510较发育510分段前进式1015不够发育25分段后退式1520不发育2分段后退式20301.5.浆液材料选定围岩裂隙发育，可注性好的地层，可采用普通水泥浆液；粉细砂地层或围岩裂隙发育一般，可注性一般的地层可采用超细水泥浆液或TGRM超细双液水泥基特种注浆材料；含水、高压致密土体，可采用HSC超细高早强型水泥浆液或化学浆液。1.6.注浆压力选定注浆压力与岩层裂隙发育程度、涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关。通常情况下按以下经验公式计算：按已知静水压力

4、计算，注浆压力须大于该段已知静水压力，一般为静水压力的23倍，最大可达35倍。PP(35)P或P=P+24Mpa式中：P设计注浆压力（MPa）P注浆处静水压力（MPa）2.主要工程数量附表2-1 帷幕注浆施工主要工程数量表序号项目名称单位数量备注1C20砼m31787混凝土止浆墙2C20网喷砼m3167喷砼止浆墙3108mm孔口管根11464110mm注浆钻孔m3438591mm注浆钻孔m259816各类浆液m3598511971现场选定浆液3.资源配置3.1.主要材料供应计划附表3-1 主要材料供应计划表 序号材料名称型号单位数量备注1超细水泥D9020mt2002水玻璃40Bet203普通

5、水泥P·O 32.5R(早强)t20004HSC超细型号t20W:C=1:1时， 初凝时间1小时5TGRMTGRM-超细型t6006砂浆随用随生产7麻丝Kg5008108孔口管根11463m/根9其它零星小材料3.2.主要工程设备使用计划附表3-2 主要施工机械设备使用计划表序号名 称规格型号数量(台套)备注1砼喷射机TK-961 6m3/h22地质钻机MKD-533多功能作业台车自制14高压双液注浆泵30Mpa PE-40A25发电机200kw26高压单液注浆泵CYB-127水泥浆储蓄桶1500L48其它浆液储蓄桶1500L49Y型混合器410高压球阀耐压22MPa83.3.劳动力

6、配置组建隧道帷幕注浆专业施工班组，组长有项目部副经理担任。根据超前帷幕注浆施工的需要，配置技术过硬、责任心强、专业分工明确的职工和技术人员。在帷幕注浆施工过程中，必须保证帷幕注浆施工班组的人员固定，不得随意调遣。施工班组劳动力配置见附表4-3。附表3-3 施工劳动力配置表序号工序每组人数组数总人数1钻孔72142拌制水泥浆液82163拌制其它浆液2244注浆82165技术、试验人员4286队长、其他3267合计644.帷幕注浆施工2005年4月6日2005年6月4日，我经理部完成了DK108+630DK108+560段帷幕注浆的施工，根据施工实际情况，将帷幕注浆施工总结如下：全过程实施地质预测

7、预报，分别提前采取TSP地震波法、超前水平钻探法、地质雷达法、红外线探水法等综合手段，收集洞内地质信息，并及时提交设计单位，设计单位根据超前地质预测预报成果，并结合地质勘测成果确定注浆段落。钻孔设备采用自制多功能作业台车组装MKD-5型钻机钻孔，压浆用CYB-1型高压单液注浆泵或PE-40A型高压双液注浆泵， TK-961型砼喷射机组进行湿喷作业，自制多功能综合作业平台车上进行孔口管的安装。泥浆处理采用BW-250型泥浆泵，罐车运输。施工通风主要采用110KW*2轴流式通风机压入式通风 。4.1.帷幕注浆工艺流程帷幕注浆施工工艺流程见附图4-1。附图4-1 帷幕注浆工艺流程图4.2.帷幕注浆施

8、工准备4.2.1.超前地质预测预报虽然在勘测阶段已经对本隧道地质情况做了详细的测绘和钻探，但鉴于地质条件的复杂以及地下溶洞与岩溶水的不可预见性，在施工之前必须结合物探及仪器进行超前地质预测预报，确定前方围岩情况，并提前设计地段15m钻超前探水孔，根据地质情况和涌水量确定是否采用帷幕注浆。4.2.2.掌子面处理采用3m帷幕注浆时预留3m围岩作为止浆岩盘。首先清理掌子面破碎围岩，根据此段情况采用掌子面挂网喷C20砼作为止浆墙。4.3.钻孔施工4.3.1.测量布孔钻孔之前需将孔位按照布置图位置用测量仪器准确布设到掌子面上，设计要求，孔口位置允许偏差±5cm,孔底位置应小于30cm。加固圈3

9、m超前帷幕注浆实际施工27个注浆孔，布置如附图5.3-1所示。4.3.2.设备就位孔位布好之后，将钻机、空压机、注浆机、搅浆设备、备料车顺次摆放在工作位置，并检查设备运转情况，保证设备运行良好。设备就位后，接通各种供电供风管路。4.3.3.钻机钻进方向定位用测量仪器准确定出钻机钻进方向，通过调整钻机方位，将钻具调整对准设计的终孔空间点位。MKD-5钻机参数见附表4.3-1。附表4.3-1 MKD-5钻机参数表序号项目参数1钻进能力400m2终孔直径75/108mm3钻杆直径50mm4钻孔倾角0°±90°5转速10300r/min6最大扭矩2000N·m7

10、给进/起拔能力50KN8功率30KW9整机重量1800Kg10主机外形尺寸（长*宽*高）2.5*0.8*1.6m钻机空间位置计算见附图4.3-2附图4.3-24.3.4.钻孔、安装孔口管钻机准确定位后，将115冲击钻头安装在钻机前端，启动钻机开钻。注浆孔见附图4.3-3。开孔时本着“轻压、慢钻”原则，以防止孔位及钻进角度偏差。钻杆定位方法见附图4.3-4。附图4.3-3 附图4.3-4 钻进1m后再加压加速，待孔深达到3m时，提出钻具，安装孔口管。孔口管由108mm钢管制成，一端焊有法兰盘，长度3m。将孔口管上缠绕麻丝，用钻机将孔口管强力推入孔内并用锚固剂固定，以防止注浆时孔口管脱落。埋设时孔

11、口管应露出工作面20cm。孔口管安装见附图4.3-5。附图4.3-54.3.5.钻注浆孔4.3.5.1.钻具准备注浆孔采用MKD-5地质钻机钻进，使用90冲击钻头。钻进前必须准确定位钻杆导向器。4.3.5.2.钻进参数风动潜孔冲击回转钻钻进效率主要取决于钻具转速、钻压、风压、风量等技术参数。因此，在钻进过程中要根据岩层硬度调整相应的钻进参数。钻机钻进原理见附图4.3-6。附图4.3-6（1）钻具转速钻进较软的岩石时划钻进裂隙发育的岩石时，由于冲击破岩石推选用并不大，而是以回转切削破碎岩石为主，钻具转速一般控制在80180r/min之间。岩石越硬，钻具转速应越低。 选择钻具转速除考虑上述所说岩石

12、性质外，还要考虑冲击器的性能状况。如果冲击器的冲击频率较高时，钻具转速也应适当增加；反之应降低转速。（2）钻压钻进较软岩石时，由于岩石的抗破碎强度较低，基本上是以回转削切作用碎岩，应采用较大的轴向压力，一般可控制在5Mpa左右。钻进较硬岩石时，由于岩石的抗破碎强度较高，基本上是以冲击载荷作用碎岩，故采用轴向压力应小一些，一般可控制在24Mpa之间。（3）风压与风量冲击器的冲击功越大，要求的风压与风量也相应越大。低风压冲击器风压一般在0.60.8Mpa，中、高风压冲击器风压一般要求在1.1Mpa以上。风量均在0.9m3/min左右。4.4.注浆施工4.4.1注浆材料注浆材料根据现场情况采用普通水

13、泥砂浆，备用超细水泥及水玻璃双等材料，以备遇到不同地层使用。附表4.4-1 浆液配比表序号名称配比凝结时间结石体强度(MPa)1d3d28d1普通水泥单液浆W:C=0.6:10.8:17h12h1.57.13.9112超细水泥单液浆W:C=0.6:10.8:11h20min2h1.41.38.917.13超细水泥-水玻璃双液浆W:MC=0.6:11:1MC:S=1:11:0.3水玻璃浓度3035Be10sec3min4.538.054水泥砂浆W:C:砂=(0.60.8):1: (0.10.4)4.4.2注浆参数附表4.4-2 注浆参数表 序号参数名称DK108+570DK108+5971加固范

14、围开挖轮廓线外3m及开挖工作面2扩散半径(m)23终孔间距(m)34注浆段长(m)275注浆孔数量27个6双液浆凝胶时间10sec3min(根据现场情况调整)7注浆终压(MPa)698分段长度岩层发育510m，不发育2030m。9注浆速度(L/min)5110现场注浆施工中，注浆参数应根据情况进行动态调整优化。4.4.3.注浆顺序注浆顺序按由外到内，由下到上的发散-约束型进行，即先注外圈孔，后注内圈孔，每圈先注下部孔，后注上部孔。注浆过程中，进行隔孔注浆，每次隔24个孔，然后逐步趋近，后序孔作为前期孔的检查孔。4.4.4.注浆方式根据现场涌水量大小，选用前进式或后退式分段注浆工艺。先用钻机开深

15、3m，直径110mm孔，安设固结孔口管，然后在孔口管内钻设91mm注浆孔进行注浆。4.4.5.制浆在搅拌机开动的情况下，加入定量清水，水量需计算准确，然后按配合比加入原材料，连续搅拌3min后即可通过钢丝过滤后进入储浆桶中，在储浆桶中二次搅拌后，供注浆使用，制浆后必须保证在10min以内注入孔中，不能存浆过多，影响注浆效果。4.4.6.注浆4.4.6.1.压水试验在正式注浆前用3Mpa的压力压水检查，其目的是：检查管路是否连接正常，是否耐压，有无漏水现象，测定岩层吸水量，以确定浆液的初始浓度和预计注浆量。测定注浆压力损失情况，确定注浆终压，将岩层裂隙内的充填物挤压至注浆范围以外，增加注浆效果。

16、4.4.6.2.注浆首先根据压水试验情况及围岩的裂隙发育情况估算单孔注浆数量，然后开始注浆，每小时可注入浆液7.5m3。注浆时，先用水灰比0.70的浆液试注，当注浆正常后再逐步调高浆液的浓度达到设计0.380.4要求，注浆时要随时观察泵压及注浆数量，分析注浆是否正常。注浆要作好充分准备，要紧张有序，忙而不乱，要严防堵管，影响注浆质量。4.4.7.注浆结束标准4.4.7.1.单孔结束标准当注浆压力逐步升高，达到设计要求的终压，需继续注浆10min，可结束本孔注浆；在单孔注浆量与设计注浆量大致相同，同时每分钟注浆量小于20L，也可结束本孔注浆。4.4.7.2.全段结束标准所有注浆孔均已符合单孔结束

17、条件，无漏注现象，注浆后涌水量小于1m3/m·d，且浆液有效范围大于设计值，则可结束本段注浆。5.效果检查与补孔注浆5.1.效果检查开挖前可根据预设检查孔的涌水情况，判定注浆效果。注浆效果好的地段，检查孔涌水量很小，经开挖后可观察到裂隙及空隙充填效果良好，几乎所有裂隙都充填有浆，开挖后掌子面比较干燥。5.2.补孔注浆如果开挖后仍有渗水现象，堵水效果达不到要求时，可采用局部径向注浆处理，使其达到堵水设计标准。6.帷幕注浆施工体会为穿越围岩破碎地段，我经理部还施工了4轮80米108mm大管棚，通过帷幕注浆与大管棚的对比，总结帷幕注浆与大管棚相似之处：都是通过对开挖范围的围岩进行加固，保证开挖的安全。帷幕注浆相比大管棚，工艺更加复杂，耗时更长，但帷幕注浆加固的围岩范围更大，包括整个掌子面的围岩都进行了固结，因此可以解决高压富水地段的堵水兼加固，而大管棚无法解决堵水的问题。6.1.钻孔施工的几点体会（1）组装、拆卸及检查冲击器时，应严格按说明书规定尺寸、要求及配装方法进行装配。连接丝扣要扭紧以减少冲击能量的传递损失和防止钻具脱落。（2）冲击器入孔前，应先进行压风试验检查其能否正常工作。（3）供风系统的管路以及钻杆、钻具间各接头一定要扭紧，防止漏风而影响冲击