小导管预注浆技术

小导管预注浆 注浆参数 注浆材料 配比

小导管预注浆是沿开挖隧道或地下工程外轮廓线，以一定角度打入(或钻孔后装入)管壁带孔的小导管，并以一定的压力向管内压注浆液的施工措施。它既能将洞(室)周围岩(土)体预加固，又能起超前预支护作用。适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管预注浆施工简单，且注浆时间短，达到加固、防渗、堵漏的目的，所以广为利用。

现将辽宁地矿井巷建筑工程公司于1997年底，在沈阳市方形广场地下过街电缆通道施工中，用超前小导管预注浆法，成功地通过了50 m含水粗砂地层的实践及收集到的有关注浆法典型实例浅析综述如下。

1 注浆机理与注浆分类

注浆机理是进行注浆设计的基础与依据，只有基本弄清了属于什么机理类别的注浆，方能正确进行注浆设计与施工。隧道及地下工程注浆，一般是指化学注浆，按注浆机理划分注浆类型有：充填注浆，适用于断层破碎带、砾石层、坍塌冒顶地段；渗透注浆，适用于砂层、砂砾石层；层间注浆，适用于板岩及岩层裂缝；压密注浆，适用于土壤、淤泥；劈裂注浆，适用于粘土层、断层泥及沉积岩层间；旋喷注浆，适用于土层及严重风化岩层。施工常用的是充填注浆和渗透注浆。

2 注浆设计与注浆参数 小导管预注浆设计可根据地质情况、设备能力、施工条件等，参照下列要求进行。

(1)小导管外径可根据钻孔直径选择，一般选用φ42～50 mm钢管，长度3～5 m，外插角10°～30°，管壁每隔10～20 cm交错钻眼，眼径6～8 mm。

(2)导管纵向两组间应有≮100 cm的水平搭接长度，环向间距20～50 cm。

(3)注浆压力是使浆液扩散、充塞、压实所需的压力。其选用原则是在不破坏岩层结构的条件下，有效地将浆液压入岩层中，满足设计需要，达到注浆目的。根据实践，一般为0.5～1.0 MPa。

(4)注浆量：单根导管注浆量Q1可按下式估算：

式中：Rk浆液扩散半径；L导管长度；η岩体孔隙率。

(5)浆液扩散半径可根据管密度确定，考虑注浆范围相互重叠的原则，扩散半径可按下式计算：

Rk=(0.6～0.7)L0

式中：L0导管间中心距。

(6)注浆工艺流程见图1。

图1 注浆工艺流程

3 注浆材料选择与配比

注浆材料应根据岩性、地质构造及水文地质条件等进行选择。浆材品种很多，选择原则是：浆液浓度低、胶凝固结强度高、胶凝时间可调节、稳定性好、操作方便、价格低、不污染环境等。

3.1 注浆材料选择

(1)断层破碎带和砂卵石地层，加固或堵水注浆宜选用水泥浆液和水泥水玻璃浆液。

(2)断层泥地带，宜选用水玻璃。

(3)中、细粉砂层及细小裂缝岩层、断层泥堵水注浆，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液。

(4)坍塌地段或断层破碎带空隙大时，宜选用水泥浆液或粘土固化浆液。

3.2 材料、配比对凝胶时间及强度的影响

(1)水泥品种对凝胶时间的影响：水灰比相同时，矿渣硅酸盐水泥凝胶时间较长，普通硅酸盐水泥次之，早强水泥最短。 (2)水泥浆浓度对凝胶时间的影响：随着水泥浆浓度的增加(水灰比减小)，水泥和水玻璃之间反应加快，凝胶时间缩短。

(3)水泥浆与水玻璃体积比对凝胶时间的影响：随着水玻璃用量减少，凝胶时间缩短。

(4)缓凝剂掺量：加缓凝剂的浆液对结石体的强度有明显不良影响，因此掺量不能超过水泥质量的2%。

(5)温度对凝胶时间的影响：温度低则凝胶时间长，反之则短。

4 小导管预注浆工程实例

4.1 沈阳市方型广场地下过街电缆通道工程(辽宁地矿井巷建筑工程公司承建)

(1)地质及水文地质概况：为粗砂含水地层。

(2)注浆方法选取：用类比法选用了低压、渗透注浆法，对围岩及掌子面砂层注入酸性水玻璃浆液固砂，获得成功。

(3)施工中降水：因工程在含水砂层中，为使施工顺利进行，在工程两端口部附近各打一口抽水井(井深在通道底以下3～5 m)，抽水降低水位。

(4)浆液材料选择与配比：用水玻璃为主剂(20 Be)，其胶凝剂采用工业硫酸90%以上(稀30%)、小苏打等。即碱性水玻璃溶液加入硫酸，浆液成酸性，酸性水玻璃遇到砂中的Ca2CO3时，过量的H2SO4随着pH值高至中性或接近中性，原硅酸产生聚合反应，生成硅酸胶沉淀，将砂粒包裹住，而起到固化砂体的作用。 材料配比：气温在15 ℃以下，m(水玻璃)∶m(硫酸)∶m(小苏打)=3.45∶1∶0.125；气温在15～20 ℃时为2.755∶1∶0.012。

(5)导管布置：周边导管间距30～40 cm，掌子面导管间距40～50 cm。

(6)注浆压力：0.3～0.5 MPa。

4.2 神塑铁路杏树岭隧道注浆加固技术(铁十三局承建)

(1)地质概况：浅黄至黄桔色干风积粉细砂。

(2)注浆方法：采用渗入性注浆法。

(3)浆液材料选择与配比：采用水玻璃为主剂，其胶凝剂用工业硫酸。每m3浆材平均需料量：水玻璃(40 Be)400 kg，工业硫酸(98%)100 kg，水600 kg,促进剂(NaHCO3) 5 kg。

(4)注浆参数：注浆管间距，拱顶90°范围为30～40 cm，掌子面为50 cm；导管选用φ60 mm钢管，长3.5 m，仰角30°；注浆量0.3～0.4 m3/(3 m孔深)；扩散半径40～50 cm；注浆压力0.4 MPa。

4.3 缙云山右线隧道5号塌方注浆处理(铁科院陕西分院)

(1)地质概况：岩性为灰色泥质岩、角砾状灰岩，塌方处主要为角砾状灰岩，岩块度以30 cm大小为主。

(2)塌方处理方案：采用充填注浆法，在塌方处开挖轮廓线以外的塌落物进行注浆固结。

(3)注浆工艺：先筑止浆墙，后注浆，注浆分2～3次完成，第一次注浆目的是固结一定范围，为下一步长管注浆创造条件。

(4)注浆参数：注浆压力1 MPa；扩散半径1～2 m；注浆管采用φ42 mm钢管，长8～15 m；注浆量每孔20 m3。

(5)浆液材料选择与配比：单液用425号普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1或0.7∶1；渗漏时改用水泥水玻璃双液，水玻璃浓度为30～35 Be，水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.9。

(6)注浆孔布置：隧道断面11.7 m×7.2 m，拱部布置13个孔，孔口间距100 cm；外插角为16°。

4.4 小导管浅孔周边预注浆在破碎板岩及其断层破碎带中的应用(昆溪铁路，铁道部第一勘测设计院)

(1)地质概况：地层为砂、泥质、硅质板岩，节理裂缝发育，风化严重，破碎板岩有涌水。

(2)注浆方法选择：采用层间和渗透注浆法。

(3)导管参数：导管外径42 mm，长度4.0～4.5 m；导管间距：拱部0.3 m，墙0.5 m；外插角14°～15°。

(4)浆液材料选择与配比：水泥水玻璃(35 Be)浆液，水泥浆水灰比1.25∶1～0.8∶1；水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.6；缓凝剂(CNa2HPO4)2%。

(5)注浆参数：注浆压力1～2 MPa，扩散半径0.4～0.6 m。

4.5 大瑶山隧道F9断层水泥水玻璃注浆材料的应用(铁道部西南所)

(1)地质概况：F9断层影响带长465 m，主要由破碎砂岩、泥灰岩、断层泥组成，有涌水，埋深，地压大。

(2)浆液材料选择与配比：选用525号普通硅酸盐水泥，水玻璃35 Be，缓凝剂选用磷酸氢二钠。水灰比为1∶1；水泥浆与水玻璃体积比为1∶1～1∶0.6；缓凝剂掺量占水泥质量的2%。

(3)注浆压力：0.5～2.0 MPa。

4.6 南岭隧道岩溶流泥地段高压注浆(铁四院)

(1)岩性：在岩溶洞内充填的粘土或断层泥，渗透系数在10-6

cm/s以下。

(2)注浆方法和注浆压力选择：选择高压劈裂注浆法，按隧道注浆部位产生的地压力值的3.5倍确定为注浆的最终压力，所以确定注浆最终压力为4 MPa。

经试验，注浆压力超过粘土的初始应力时，浆液将劈开粘泥穿插充填到粘泥之间，形成脉状结石体。

(3)注浆有效范围：注浆孔的终孔孔距，隧道周边外4～5 m范围按1～1.5 m等距布置：隧道洞体开挖范围按2 m间距布置。

(4)浆液材料选择与配比：以水泥、水玻璃(35 Be，模数2.4)为主，适量加入速凝剂、缓凝剂。水泥浆水灰比为1∶1，水泥浆和水玻璃浆液体积比为1∶0.5。

5 几点认识

(1)小导管预注浆技术在岩石破碎、裂隙发育、地下水丰富的软弱围岩及砂层中应用，可提高围岩类别，加固效果显著。由于该工法具有不需要大型机具设备、工艺简单、见效快、经济和社会效益高等优点，因此往往被施工人员优先选用。

(2)施工设计包括施工方法、注浆参数、材料选择及配比、工艺流程等。

(3)小导管超前预注浆加固地层，只能起到临时支护的作用，只能满足开挖时地层不发生坍塌、渗漏水，保证开挖时安全即可。

(4)浆液材料选择与配比：根据地质情况，在设计或类比工法基础上，通达室内试验确定浆液品种及配比，经反复试用最后取得最佳方案。

(5)注浆检查：分析每个孔注浆压力、注浆量是否达到设计要求，注浆过程中是否有漏浆、跑浆现象，以浆液注入量估计浆液扩散半径，分析是否与设计相符。有条件时用声波检测仪监测岩体声速，判断注浆效果。

作者简介：杨刚：男，1959年生，沈阳建筑工程学院土木系副教授；毕业于中国矿业大学，博士；曾获部科技进步一等奖1项。地址：110015 沈阳市。 于海营，寇俊峰：辽宁地矿井巷建筑工程公司(122000 朝阳市双塔区西梁)。

6 参考文献

1 铁道部基本建设总局.铁路隧道新奥法指南.北京：中国铁道出版社，1988.

2 刘晓森.缙云山右线隧道5号塌方注浆处理.隧道及地下工程，1996，(4)：59～64.

3 祝德龙.小导管浅孔周边预注浆在破碎板岩及其断层破碎带中的应用.见：铁路隧道及地下工程，铁道工程建设科技动态报告文集，北京：中国铁道出版社，1993.

4 李蓉.大瑶山隧道F9断层水泥水玻璃注浆材料的应用.隧道及地下工程，1989，(1)：55～62.

5 李永丰.南岭隧道岩溶流泥地段高压注浆.隧道及地下工程学会第五界年会论文集.南京，1988： 218～

一、压密注浆的解释和作用

1、解释：通过较高压力将液状的浆液注（压）入岩土层内部，以达到密实岩土层。

2、作用：密实、改良岩土层，止水，防坍等。

二、施工方法和步骤

1、施工方法：通过压力注浆机把水泥浆或其混合浆液由钻孔（袖阀管、锌管）注入地层内部（空隙、间隙、裂隙或空洞等）。

2、施工步骤

钻孔------下袖阀管（套壳料、袖阀管、封口）------下锌管（注浆头、管路连接）------浆液拌制（水泥、水、缓凝剂）------开注浆机------吸浆（混合）------按步距提管------结束、清洗

三、注浆主要参数

扩散方式：渗透～劈裂； 浆液扩散半径：1～1.2m