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第6期总第169期 2004年12月 山西交通科技 SHANXI SCIENCE 修回日期 2004209229 作者简介郝建岗1965- , 男,山西静乐人,工程师, 1990年毕业于西安建筑科技大学。 隧道超前小导管注浆工艺及注浆量计算的探讨 郝建岗 山西省交通建设工程监理总公司,山西 太原 030012 摘要结合甬金高速公路上的应用实例,通过对隧道超前小导管施工中注浆工艺及注浆量 计算的对比、 分析、 研究,提出有效评估实际注浆质量的注意事项和计算方法。 为在隧道施工中 采用小导管施工工艺,既保证达到隧道围岩固结、 止水的效果,同时又为控制工程费用提供了 参考依据。 关键词隧道;超前小导管;注浆;工艺;注浆量 中图分类号U 455. 29 文献标识码 A 文章编号 10062352820040620070202 超前小导管注浆加钢支撑是隧道施工辅助稳定 开挖的一种方法,简称小管棚施工工艺。 在隧道开挖 前或开挖中采用该辅助施工方法与稳定措施,以加 强隧道围岩稳定。较大管棚施工,具有相对简单便 捷,经济实效的特点。因此,目前隧道进出口端一般 普遍采用超前小导管注浆加钢支撑辅助开挖的进洞 施工工艺。但目前施工中存在操作工艺流程把关不 严,对注浆量的理论计算与实际计量存在不同认识 的问题,现将在工程施工中积累的经验和形成的看 法供大家探讨。 根据地质条件及围岩特性,注浆的目的等不同, 注浆材料一般分为两类第一类为注水泥浆,其主要 作用为增强钢管刚度。第二类为注水泥浆和水泥 水玻璃双液浆等化学浆液,其主要作用为 a 浆液通 过超前压注到岩体裂隙中经过物理化学作用,即能 将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体,起 到超前预支护作用,为隧道开挖施工安全提供保障 和增强围岩的整体稳定性 ; b 浆液填充岩土体的 空隙,凝结固化后,阻隔了地下水向坑道的渗入,起 到了堵水防水作用。在甬金高速公路白峰岭隧道金 华端施工中,右洞为水泥水玻璃双液浆,左洞为水 泥浆单液浆,在地质条件,施工操作工艺基本相同的 情况下验证,注双液浆的效果明显优于单液浆,经测 定水泥浆单液浆的固结时间一般为80 h;水泥水玻 璃双液浆的固结时间一般为4 h,现将水泥水玻璃 双液浆的施工工艺予以重点探讨。 1 双液浆的配置及特性 双液浆的特性主要反映在浆液黏度、 颗粒度和 凝胶时间长短,浆液配合比应由现场试验确定;浆液 可采用水灰比为0. 8∶1～1. 5∶1,水泥浆与水玻璃 的体积比一般在1∶0. 3～1∶1,在此范围内随着水 玻璃用量减少,其凝固时间缩短。也可加入食盐、 三 乙醇胺速凝剂等缩短凝结时间。当水泥浆与水玻璃 的体积比在1∶0. 4～1∶0. 6范围时,浆液使石体抗 压强度最高。我们实际在工程中采用的双液浆为 1∶1水灰比的水泥浆和35Be的水玻璃,前者与后 者的体积比为1∶0. 5。水玻璃的比重理论推算为 145145- 35 1. 318 tm 3, 1∶1 水泥浆的实际 试验比重为1. 512 tm 3, 该双液浆初凝时间为 4 m in,终凝时间为70 m in。 2 超前小导管设计参数 直径48 mm无缝钢管长4 m～7 m ,管壁每隔 10 cm～20 cm交错钻眼,眼孔直径6 mm～8 mm , 风 钻凿岩时的钻孔直径较管径大2 cm以上。小导管顶 端为尖锥型以利导管打入岩壁钻孔内,小导管打入 岩体后尾端剩5 cm～10 cm ,加焊已接有止回阀的 短钢管。一般布置在隧道拱顶120 范围内,环向间距 30 cm～50 cm ,外插角为10 ～30。 3 注浆压力 注浆压力是促使浆液在岩土层裂隙中流动扩 散的一种动力,必须有足够的注浆压力来克服岩 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 土内天然水头压力和地层裂隙阻力,才能使浆液 充分扩散填充,达到加固堵水的作用。因此,在浆液 的黏稠度固定的情况下,注浆压力直接与岩土层 的裂隙宽度和粗糙度、 裂隙发育程度、 裂隙水头压力 有关。 压力过高亦会劈裂岩土体,因此注浆压力一 般控制在0. 5M Pa～1. 0M Pa。 4 注浆量计算 小导管注浆单管浆液扩散半径一般为0. 5 m～ 1. 0 m。这与深孔超前围幕注浆的扩散半径2 m～ 4 m 管 径75 mm～110 mm、注 浆 压 力 为 1. 5M Pa～4M Pa有明显区别,故 隧道施工规范 中的注浆量计算公式如下不能作为小导管注浆量 的估算公式。 Q1ΠR 2H ΓΑ Β, 式中Q1注浆量 ,m 3; R扩散半径,m; H注浆管有效长度,m; Γ 岩体空隙率, ; Α 注浆系数, 0. 7～0. 9; Β 浆液损耗系数, 1. 1～1. 4。 据实际验证,以下计算公式相对符合实际单孔 注浆量。 Q2ΠR 2 LΓΠ [ 0. 6～ 0. 7 S]2LΓ 式中Q2注浆量 ,m 3; S小导管中心距离,m; L小导管有效长度,m; R 考虑到注浆范围相互重叠的原则,扩 散半径取 0. 6 ～ 0. 7 S,m; Γ 岩体空隙率, ;˚ 类3 ～5 , 类硬岩3 ～5 , 类硬岩2 ～ 3 ,软岩1 ～2 。 实际施工中因钻孔偏差或钻眼内的地质原因, 注浆液窜浆或跑浆经常出现,每个注浆管内的注浆 量很不均匀,因此理论单眼注浆量尚不能作为单孔 注浆的一个控制指标,应以整排小导管的理论推算 总量作为控制指标。故按整排小导管上下各0. 5 m ～1 m范围的岩土体内均已注浆填充考虑,应以下 列公式估算注浆总量。 Q3 Π Η 360 [ Rt 2- R-t 2 ]ΓL, 式中Q3注浆量 ,m 3; Η 拱部小导管布设范围相对于圆心的角 度; R小导管位置相对于圆心的半径; t浆液扩散半径, 0. 5 m～1 m; L小导管有效长度,m; Γ 岩体孔隙率, ;˚ 类3 ～5 , 类 硬岩3 ～5 、 软岩2 ～3 , 类硬岩2 ～3 ,软岩1 ～2 。 按此理可推算同一断面上单排或多排小导管的 注浆总量。 5 施工控制注意事项 a注浆前应对开挖面层及附近5m范围内的坑 道喷射厚度为5 cm～10 cm的喷射砼或模筑砼封闭 作为止浆层。 待止浆层有一定强度时方可注浆,防止 浆液从各岩面裂隙中反渗。 b安装注浆管时,应在注浆与空口岩面相交处 用胶泥水玻璃与水泥和麻丝缠绕,使之与钻孔孔 壁充分挤压塞紧,实现注浆管的止浆和固定。 胶泥未 凝固到一定强度不得注浆。 c浆液应先经过过滤防止杂物进入注浆泵或进 入小导管。 d注浆时应先注无渗水孔,后注有渗水孔。 e严格控制注浆压力,以防压裂开挖面。 注浆机 压力应与规定压力配套,不宜升压过快。 注浆压力达 到规定时应予以稳压一定时间,以利浆液进一步渗 缝。 f一个导管注浆时,相邻导管应打开止回阀让 原来管内贮存的裂缝水从相邻的导管流出,当相邻 的导管内流出浓浆时停止注浆,关闭相邻管的止回 阀,再待达到控制压力时关闭该管的止回阀。 然后在 相邻管接上注浆软管,打开止回阀进行衬压注浆,待 达到控制压力时停止压浆,关闭该止回阀。 g配制的浆液应在规定的时间内用完。 h注浆时应严格记录注浆机吸管头容器原有 浆液体积,中间加入的浆液体积,最终剩余浆液体 积,认真记录、 计算总体注浆量。 6 结束语 隧道施工地质条件是千变万化的,采用小导管 注浆工艺的设计参数亦是多种多样的。具体施工中 及时把握好各类注意事项,那么通过小导管注浆工 艺是能达到隧道围岩固结和止水效果的,同时通过 注浆量的理论推算和实际测量的比较可有效地评估 实际注浆质量和控制工程费用。现仅将在甬金高速 公路施工中获得的经验与体会予以总结,供各位同 行与专家参考。 英文摘要下转第77页 172004年第6期郝建岗隧道超前小导管注浆工艺及注浆量计算的探讨 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 4 采用硅芯管作为通信管道管材存在的问题 a由于吹缆施工对于外径大于36 mm ,同时重 量超过1. 5 kg的缆,一般气吹效果不好,只能达到 500 m左右,因此在高速公路机电设计过程中, 应减 少长距离供电传输。 b应根据光缆的外径的大小合理选择硅芯管 的内径,通常 Υ4033硅芯管适用于直径在15 mm～ 21. 5 mm的光缆。 c使用过程中增设分岐人手孔比较困难。 总之,通过运风和晋阳高速公路通信管道的应 用,证实了这种新材料、 新技术、 新工艺的优越性,不 仅在已通车的高速公路增设通信管道时适用,在新 建高速公路通信管道布设中也同样适用。 The Application of Silica Core Barrel to Commun ication Pipe for Our Provincial Expressway QI Zhong-wen Shanxi ProvincialDesign Institute of Commun ications, Ta iyuan, Shanxi 030012,China Abstract The paper introduced the application of silica core barrel to communication pipe, achieved better social and econom ic benefit for reference. Key words silica core barrel; communication; pipe; application 上接第67页 The Construction Technology of Fabricated Part Prestress Concrete Continuous Box Beam DU Ya-li,YANGLei Erdos Highway Quality Supervision Station, Erdos,M ongolia 017000,China Abstract The paper discussed some measures of i mproving engineering quality for fabricated part prestress concrete continuous box beam. Key words box beam; precast; construction; technology 上接第71页 The Study on Grouting Technology and Grouting Capacity Computation of Tunnel Leading Conduit HAO Jian-gang Shanxi Provincial Construction Engineering Supervision Company of Commun ications, Ta iyuan, Shanxi 030012,China Abstract Combined w ith the practice, the paper discussed the grouting technology and grouting capacity computation of tunnel leading conduit for reference. Key words tunnel; leading conduit; grouting; technology; grouting capacity 772004年第6期齐中文硅芯管在我省高速公路通信管道中的应用 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.