專利名稱：全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法
技術領域：
本發明涉及一種隧道注漿施工方法。
背景技術：
注漿法是通過鉆孔和利用注漿設備，運用液壓、氣壓或電化學原理，通過注漿管將漿液分層均勻地注入圍巖或地層中，漿液以填充、滲透和擠密等方式排出巖土顆粒間裂隙中的水分和空氣，并占據巖土顆粒間的空間，使圍巖孔隙比減少，強度提高。經過一段時間后，漿液將原來松散的巖土顆粒或裂隙膠結成一個整體，形成一個結構新、強度大、防水性能高和化學穩定性好的結合體，從而達到加固圍巖或地層的目的。注漿的機理主要有滲透注漿、劈裂注漿和壓密注漿三種。由于全風化花崗巖滲透系數很小(一般小于10-4cm/s)，針對全風化花崗巖隧道圍巖注漿多數采用滲透注漿施工很難奏效，存在漿液外漏、無法注滿、注漿壓力無法達到設計值等現象，效果很不理想。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，提供一種通用可行的全風化花崗巖隧道劈裂注漿施工方法，以克服現有技術存在的漿液外漏、無法注滿、注漿壓力無法達到設計值等不足。本發明的技術方案采用XY-100型鉆機造孔，YSB-250/120型調速注漿泵和單向閥管注漿，注漿泵、注漿孔口處和進漿管路安裝壓力表，壓力表和管路之間應設有隔漿裝置；施工包括以下過程第一，鉆孔，孔徑在Φ80-100πιπι范圍；第二，孔內灌套殼料，當鉆孔到達設計濃度后從鉆內灌入封閉泥漿，封閉單向閥管和鉆孔壁之間的空隙，迫使從注漿孔內開環，壓出的漿液擠破套殼料注入四周土層；第三，在充滿封閉泥漿的鉆孔中插入單向閥管，插入鉆孔時管端封閉；第四，在封閉泥漿達到0. 3^0. 5ΜΙ^后，進行注漿，首先加大壓力使漿液頂開橡皮套，擠破套殼料，在土體產生劈裂，并沿著裂縫擴散；注漿完成后，單向閥管即留在注漿后的土層中，清洗管內殘留漿液，以便于重復注漿。在“第一”過程，鉆孔垂直度誤差小于1%。在“第二”過程，套殼料采用低強度水泥粘土漿，以重量比計算，漿液配方為水泥 粘土 :1 :1.2 1 :1. 3，干料水=1:1 1:1. 5，塑性指數15 30。在“第四”過程，注漿采用1:1純水泥漿，注漿所用水泥為425 #普通硅酸鹽水泥， 注漿壓力0. 5 IMPa。在漿液中加入水泥用量0. 3^0. 5%的復合型減水早強劑。注漿結束標準根據下列情況綜合決定a.注漿量達到設計要求；b.注漿壓力超過設計值。高壓劈裂注漿加固機理注漿的目的是為了改良巖土的現有性質，從而在被灌范圍內產生一種新的介質，其化學機理包括如下三個方面
(1)化學膠結作用無論是水泥漿還是化學漿液的灌注，都伴隨著產生膠結力的化學反應，使巖土的整體結構得到加強；(2)惰性充填作用填充在巖石、土孔隙中的漿液凝固后，因其具有不同程度的剛性改變了巖層及土體對外力的抵抗能力，使巖土的變形受到約束；
(3)離子交換作用被灌漿液在化學反應過程中，某些化學成分能與巖土中的元素進行離子交換，從而形成具有更加理想性質的新材料。高壓劈裂注漿力學機理分析全風化花崗巖在一定的注漿壓力下，能使其得到不斷的固結和強化，當注漿壓力達到某一臨界值后，巖土顆粒間由于結合水膜適當，聯結力減弱而使土粒易于移動，達到最好的壓實效果。被灌材料的注漿主要是靠孔壁注入壓力的有效傳遞才能達到加固和漿液有效擴散的目的。高壓下，可使巖土層擠密、脫水和壓實。從理論上說，壓力越大，擠密效果越好。由于通過孔壁向四周傳遞的壓力的不均勻性，孔數越密， 則巖土層壓實越均勻，就越有利于達到有效加固的目的。隨著注漿壓力的不斷增大，塑性區內的土層被擠實，開始沿注漿孔軸向發生劈裂， 形成粘土與注漿體的互層，改變了孔壁周圍巖土層的物理力學性質，從而達到高壓劈裂加固巖土體的目的。注漿壓力P>Pc(臨界值)是注漿孔產生軸向劈裂的臨界條件，由全風化花崗巖的物理力學參數計算出理論上注漿壓力不得低于0. 5Mpa。全風化花崗巖隧道圍巖注漿采用單向閥管的劈裂注漿可以有效解決一般的鋼花管滲透注漿產生的漿液外漏、無法注滿、注漿壓力無法達到設計值等現象。經對比試驗，采用劈裂注漿加固后的圍巖可以增大漿液有效擴散半徑，提高強度和自穩能力50%以上。劈裂注漿具有施工方便、效果較好的優點，特別適合對圍巖的定點、定量注漿，同時具有一孔能多次重復注漿的優點。本發明采用“劈裂注漿”的施工方法，有效避免了一般滲透注漿易產生的漿液外漏、無法注滿、注漿壓力無法達到設計值等現象。按此方法施工，可有效解決全風化花崗巖隧道圍巖強度低、自穩能力差等問題。
圖1為本發明的施工示意圖。圖中1、止漿塞；2、注漿孔；3、注漿管。
具體實施例方式
具體實施例方式劈裂注漿施工采用XY-100型鉆機造孔，YSB-250/120型調速注漿泵注漿，分兩序施工，先進行I序孔施工，再進行II序孔施工。劈裂注漿的施工工藝分以下四步
(1)鉆孔。孔徑一般在Φ80-100πιπι范圍，鉆孔垂直度誤差小于1%。(2)孔內灌套殼料。套殼料又稱封閉泥漿，當鉆孔到達設計濃度后從鉆內灌入封閉泥漿，其作用是封閉單向閥管和鉆孔壁之間的空隙，迫使從注漿孔1內開環，壓出的漿液擠破套殼料注入四周土層。套殼料采用低強度水泥粘土漿，漿液配方為水泥粘土 = 1. 2 1. 3，干料水=1:1 1:1. 5 (重量比)，塑性指數15 30。(3)在充滿封閉泥漿的鉆孔中插入單向閥管(劈裂注漿管)3 一般用內徑Φ4(Γ60 的塑料管，插入鉆孔時管端封閉。
(4)在封閉泥漿達到0. 3^0. 5MPa后，進行注漿，首先加大壓力使漿液頂開橡皮套， 擠破套殼料，在土體產生劈裂，并沿著裂縫擴散，擴散范圍受注漿壓力、時間、漿液配比、土層特征等因素的影響，注漿完成后，清洗管內殘留漿液，以便于重復注漿(單向閥塑料管即留在注漿后的土層中)。(5)針對全風化花崗巖，注漿一般采用1:1純水泥漿，注漿所用水泥為425 #普通硅酸鹽水泥，注漿壓力0. 5 lMPa，為了增加可灌性，在漿液中可加入水泥用量0. 3^0. 5%的復合型減水早強劑。注漿結束標準應根據下列情況綜合決定a.注漿量達到設計要求；b. 注漿壓力超過設計值。單根鋼花管注漿量估算經驗公式
V= Ji XR2XLX η = Ji X (0. 6 X s) 2X LX η =1. 88 X S2X LX η。其中V為注漿量(m3) ；s為大管棚或小導管中心距離(m) ；L為大管棚或小導管有效長度(m) ；R為考慮到注漿范圍相互重疊的原則，擴散半徑取0.6Xs (m) ； n巖體孔隙率％:全風化花崗巖取11%。(6)注漿泵和注漿孔口處均應安裝壓力表，進漿管路也應安裝壓力表。壓力表和管路之間應設有隔漿裝置。注漿過程中，有時會遇到冒漿、串漿等一些特殊情況，對這些情況的處理往往需采用一些特殊的方法。分述如下
(1)冒漿對孔口冒漿可采用重新回填黏土或在黏土中摻入少量水泥的方法，封堵套管外壁與孔壁之間間隙。對孔口以外部分的冒漿，可采用限流、限壓及嵌縫的方法處理，如該法處理無效，則應停注待漿液凝結后再進行復注。(2)串漿在注漿過程中，若出現相鄰兩孔或隔孔冒漿，這表明提壩地基已經劈裂， 串漿兩孔之間漿脈已經溝通。處理這種現象，一是將冒漿孔用止漿塞1堵上，然后在注漿孔再繼續注漿，另一種是將注漿孔與冒漿孔并聯，同時進行灌注。(3)吸漿量過大一種情況是注漿巖土體過于疏松，在注漿壓力作用下，伴隨著出現較大的壓縮變形，使裂縫加寬，吸漿量增大。這時，伴隨注漿量的增加，壓力將逐步上升， 應繼續灌注到壓力上升至設計壓力或反復灌注到地層不吸漿為止。另一種情況是地層存在掏刷形成的空洞，這時應一直灌注到空洞填滿為止。
權利要求
1.一種全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于采用XY-100型鉆機造孔， YSB-250/120型調速注漿泵和單向閥管注漿，注漿泵、注漿孔口處和進漿管路安裝壓力表， 壓力表和管路之間應設有隔漿裝置；施工包括以下過程第一，鉆孔，孔徑在Φ SO-IOOmm范圍；第二，孔內灌套殼料，當鉆孔到達設計濃度后從鉆內灌入封閉泥漿，封閉單向閥管(3) 和鉆孔壁之間的空隙，迫使從注漿孔(2)內開環，壓出的漿液擠破套殼料注入四周土層；第三，在充滿封閉泥漿的鉆孔中插入單向閥管(3)，插入鉆孔時管端封閉；第四，在封閉泥漿達到0. 3^0. 5ΜΙ^后，進行注漿，首先加大壓力使漿液頂開橡皮套，擠破套殼料，在土體產生劈裂，并沿著裂縫擴散；注漿完成后，單向閥管即留在注漿后的土層中，清洗管內殘留漿液， 便于重復注漿。
2.根據權利要求1所述的全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于在“第一”過程，鉆孔垂直度誤差小于1%。
3.根據權利要求1所述的全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于在 “第二”過程，套殼料采用低強度水泥粘土漿，以重量比計算，漿液配方為水泥粘土 = 1 1.2:1 :1. 3，干料水=1:1 1:1. 5，塑性指數15 30。
4.根據權利要求1所述的全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于在 “第四，，過程，注漿采用1 1純水泥漿，注漿所用水泥為425 #普通硅酸鹽水泥，注漿壓力 0. 5 IMPa。
5.根據權利要求4所述的全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于在漿液中加入水泥用量0. 3^0. 5%的復合型減水早強劑。
6.根據權利要求4所述的全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，其特征在于注漿結束標準根據下列情況綜合決定a.注漿量達到設計要求；b.注漿壓力超過設計值。
全文摘要
本發明公開了一種全風化花崗巖隧道圍巖注漿施工方法，采用XY-100型鉆機造孔，YSB-250/120型調速注漿泵和單向閥管注漿，注漿泵、注漿孔口處和進漿管路安裝壓力表，壓力表和管路之間應設有隔漿裝置；施工包括以下過程第一，鉆孔，孔徑在φ80-100mm范圍；第二，孔內灌套殼料，當鉆孔到達設計濃度后從鉆內灌入封閉泥漿，封閉單向閥管(3)和鉆孔壁之間的空隙，迫使從注漿孔(2)內開環，壓出的漿液擠破套殼料注入四周土層；第三，在充滿封閉泥漿的鉆孔中插入單向閥管(3)，插入鉆孔時管端封閉；第四，在封閉泥漿達到0.3~0.5MPa后，進行注漿；注漿完成后，清洗管內殘留漿液。
文檔編號E21D11/10GK102425434SQ20111036435
公開日2012年4月25日 申請日期2011年11月17日 優先權日2011年11月17日
發明者成志勇, 胡愛珍, 馬登科 申請人:中鐵五局(集團)有限公司, 中鐵五局集團機械化工程有限責任公司