用于隧道注浆加固的注浆方法与流程

本发明涉及隧道施工
技术领域：
，特别是一种用于隧道注浆加固的注浆方法。
背景技术：
：在隧道开挖过程中，需要以对前方土体最小的扰动形式进行钻孔，并采用高压注浆，将岩层颗粒间存在的水强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其凝固，达到改变围岩的目的，浆液的特性是使围岩岩层粘结力、内摩擦角值、地层粘结强度以及密实度增加，起到加固的作用。颗粒间隙中充满了不流动且固结的浆液后，土层的透水性降低，形成了具有一定强度和止水效果的地下连续注浆防护体，达到加固和止水的作用。然而，现有的注浆方法及浆液在应用于软弱破碎围岩、富水区域时，容易产生注浆盲区，造成周边建筑及地表存在沉降的风险，且后期隧道可能存在渗漏水的风险。技术实现要素：鉴于上述状况，有必要提供一种用于隧道注浆加固的注浆方法，以解决上述问题。一种用于隧道注浆加固的注浆方法，其包括：在隧道的掌子面处施做止浆墙；在所述止浆墙上钻设多个注浆孔并相应安设孔口管，多个所述注浆孔包括多个外圈钻孔和多个内圈钻孔，所述内圈钻孔的延伸方向与水平方向相平行，至少部分所述外圈钻孔的延伸方向与所述水平方向倾斜设置，且延伸至预设的开挖轮廓外侧；向所述注浆孔中注入浆液。进一步地，至少部分所述外圈钻孔的延伸方向与所述水平方向的夹角为3°～9°。进一步地，向所述注浆孔中注入浆液的步骤具体为：先向所述外圈钻孔注入外圈浆液，再向所述内圈钻孔注入内圈浆液，且所述内圈钻孔按照先中间后四周的顺序进行注浆。进一步地，所述外圈浆液包括水泥、膨润土和水，水灰比为0.8～1.0，水泥与膨润土的质量比为1:0.15。进一步地，所述外圈浆液中的水泥为快硬硫铝酸盐水泥。进一步地，所述内圈浆液包括水泥浆液和水玻璃，所述水泥浆液包括水泥、无水氯化钙和水，水灰比为0.8～1.0，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1。进一步地，所述内圈浆液中的水泥为普通硅酸盐水泥，所述水玻璃的浓度为25～40波美度。进一步地，按照由外圈到内圈、从下往上的顺序钻设所述注浆孔。进一步地，所述止浆墙采用挂网喷射混凝土的方式进行施工。进一步地，在注浆结束后，所述注浆方法还包括步骤：钻设检查孔，判断注浆质量是否合格；若检查孔不坍孔且不渗水，则判断注浆质量合格；当判断注浆质量不合格时，向所述检查孔中注入浆液。上述注浆方法中，所述注浆孔包括外圈钻孔和内圈钻孔，所述内圈钻孔的延伸方向为水平方向，至少部分所述外圈钻孔的延伸方向与所述水平方向倾斜设置。上述注浆方法向外圈钻孔和内圈钻孔分别注浆，能够避免注浆盲区的存在，从而有效加固土体，减少出水量，并且，通过向倾斜设置的外圈钻孔注浆，能够进一步加强隧道周边的土体加固的效果。进一步地，所述注浆方法先向外圈钻孔注入超细型的外圈浆液，使隧道周边形成了壳体，然后向内圈钻孔注入内圈浆液，可适当加大注浆压力，提升了注浆的效果。本发明能够减少施工成本并大幅提高了工效，减小了周边建筑及地表沉降风险，减少了后期隧道渗漏水的风险。附图说明图1为本发明提供的一种用于隧道注浆加固的注浆方法的流程图。图2为本发明提供的注浆孔的分布示意图。图3为图2所示的注浆孔沿着隧道延伸方向上的剖视图。图4为图2所示的注浆孔中外钻圈钻孔的示意图。图5为图2所示的注浆孔中内钻圈钻孔的示意图。图6为实施例一至二及对比例一的外圈浆液的验证结果。图7为实施例三至六及对比例二的内圈浆液的验证结果。主要元件符号说明注浆孔10外圈钻孔11内圈钻孔12开挖轮廓20如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。具体实施方式为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本发明提供一种用于隧道注浆加固的注浆方法，特别是一种在软弱破碎围岩和高压富水区域隧道段施工时，对掌子面进行全断面加固注浆的注浆方法。请参图1，所述用于隧道注浆加固的注浆方法包括下述步骤：步骤s101，在隧道的掌子面处施做止浆墙。止浆墙采用挂网喷射混凝土的方式进行施工，在至少一实施方中，止浆墙的厚度为30cm，钢筋网采用φ8钢筋，网格间距为20×20cm。可以理解，止浆墙的结构不限于此，可依据实际需要施工。步骤s102，在止浆墙上钻设注浆孔并安设孔口管。请同时参照图2至图5，在整个止浆墙上钻设多个注浆孔10，然后，在每个注浆孔10中相应地安设孔口管(图未示)。注浆孔10的孔间距按照以下公式设计：其中，l为孔间距，r1为浆液的扩散半径，t为咬合厚度。浆液的扩散半径r1依据下述公式计算：其中，k为土的渗透系数(cm/s)，h1为灌浆压力，β为浆液粘度对水的粘度比，r0为灌浆管半径(cm)，t为灌浆时间(s)，n为砂土的孔隙率。所述多个注浆孔10包括多个外圈钻孔11和多个内圈钻孔12。多个外圈钻孔11分别位于隧道的外缘，图2中仅示意了一排外圈钻孔，可以理解，外圈钻孔11的数量可为多排，多排外圈钻孔11间隔设置，且每排外圈钻孔11排列成的图形与隧道的开挖轮廓20相仿。多个内圈钻孔12位于多个外圈钻孔11内侧，且内圈钻孔12的数量可为多排。内圈钻孔12的延伸方向与水平方向平行。至少部分外圈钻孔11的延伸方向与水平方向倾斜设置，以加强隧道上方土体的加固效果。在至少一实施方式中，位于边缘的多排外圈钻孔11的延伸方向与水平方向的夹角θ为3°～9°。所述多排外圈钻孔11延伸到预设的隧道开挖轮廓20外侧，以加固隧道外侧的土体，防止土体坍塌。在钻孔时，按照由外圈到内圈、从下往上的顺序钻设注浆孔10。较佳地，可采用yq100c型气动潜孔钻机进行钻孔。步骤s103，向注浆孔中注入浆液。所述浆液包括外圈浆液和内圈浆液。注浆时，先向多个外圈钻孔11中注入外圈浆液，再向多个内圈钻孔12中注入内圈浆液，且内圈钻孔12按照先中间后四周的顺序进行注浆。外圈浆液包括水泥、膨润土和水，其中，水灰比为0.8～1.0，水泥与膨润土的质量比为1:0.15，水泥优选为快硬硫铝酸盐水泥(超细)。快硬硫铝酸盐水泥起到固结主体的作用，且强度和细度明显高于普通水泥。膨润土用于调节胶凝体的粘度与密度，提高亲水性。请参照图6，以下结合实施例说明该外圈浆液。实施例一外圈浆液包括快硬硫铝酸盐水泥、膨润土和水，其中，水灰比为0.8，水泥与膨润土的质量比为1:0.15。经验证，该外圈浆液的稠度比0.8水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1min，1小时(1h)强度为软，结石率为95％，泌水率为12％。实施例二外圈浆液包括快硬硫铝酸盐水泥、膨润土和水，其中，水灰比为1.0，水泥与膨润土的质量比为1:0.15。经验证，该外圈浆液的稠度比1.0水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1min，1小时(1h)强度为硬，结石率为85％，泌水率为35％。对比例一外圈浆液包括快硬硫铝酸盐水泥、膨润土和水，其中，水灰比为1.2，水泥与膨润土的质量比为1:0.15。经验证，该外圈浆液的稠度比1.2水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1min，1小时(1h)强度为硬，用力按压时有裂纹，结石率为83％，泌水率为13％。请参图6，经比较，实施例一、二中的外圈浆液的结石率较高，且用力按压时无裂纹，实施例二中的外圈浆液的强度最佳。内圈浆液包括水泥浆液和水玻璃，水泥浆液包括水泥、无水氯化钙和水，水灰比为0.8～1.0，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1。水泥优选为普通硅酸盐水泥，水玻璃的浓度为25～40波美度。普通硅酸盐水泥作为浆液主体，提供一定的强度。膨润土用于调节胶凝体的粘度与密度，提高亲水性。水玻璃起到凝结止水的作用。无水氯化钙用于与水泥形成水泥浆液，提高浆液的流动性，加速水泥浆液与水玻璃的反应，加快凝结速度。请参图7，以下结合实施例说明该内圈浆液。实施例三内圈浆液包括普通硅酸盐水泥、无水氯化钙、水玻璃和水，其中，水灰比为0.8，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃浓度为25波美度。经验证，该内圈浆液的稠度比0.8水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1h，1h强度软，结石率为88％，泌水率为12％。实施例四内圈浆液包括普通硅酸盐水泥、无水氯化钙、水玻璃和水，其中，水灰比为0.8，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃浓度为30波美度。经验证，该内圈浆液的稠度比0.8水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1h，1h强度软，结石率为91.5％，泌水率为8.5％。实施例五内圈浆液包括普通硅酸盐水泥、无水氯化钙、水玻璃和水，其中，水灰比为1.0，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃浓度为30波美度。经验证，该内圈浆液的稠度比0.8水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1h，1h强度硬，结石率为82％，泌水率为18％。实施例六内圈浆液包括普通硅酸盐水泥、无水氯化钙、水玻璃和水，其中，水灰比为1.0，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃浓度为35波美度。经验证，该内圈浆液的稠度比0.8水灰比的水泥浆液稀，凝胶时间大于1h，1h强度硬，结石率为87.5％，泌水率为12.5％。对比例二内圈浆液包括普通硅酸盐水泥、无水氯化钙、水玻璃和水，其中，水灰比为1.2，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆液与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃浓度为40波美度。经验证，该内圈浆液的稠度变化快，1分钟左右变稠，凝胶时间大于1h，1h强度软，用力按压时有裂纹，结石率为100％，泌水率为0％。如图7所示，实施例三至六中的内圈浆液的强度、结石率和泌水率可满足要求，用力按压时无裂纹。注浆时，注浆压力通过以下公式计算：ρmax＝γgh+σ1ρmax为允许灌浆压力，γ为注浆地基天然重度(kn/m3)，g为重力，h为注浆处以上土柱高度(m)，σ1为土的抗拉强度(kpa)。注浆量通过以下公式计算：q＝vnαβq为总注浆量(m3)，v为被注浆的土体积(m3)，n为土的孔隙率，α为地层填充系数，一般取0.6～1.0，β为浆液损耗系数，一般为1.2～1.40。步骤s104，判断注浆作业是否达到结束标准。注浆结束标准按定量定压相结合的原则，以定压注浆为主。注浆结束标准为：注浆压力稳定上升，达到设计终压；浆液注入量达到设计值80％以上，并持续稳定10分钟以上后，不进浆或进浆量很少时，即判断注浆作业达到了结束标准，可停止注浆。步骤s105，钻设检查孔，判断注浆质量是否合格。若检查孔不坍孔、不渗水，则判断检查孔合格，注浆结束。若检查孔不合格，则回到步骤s103，将检查孔作为注浆孔进行注浆。注浆结束后再钻检查孔进行效果检查，直至达到不坍孔、不渗水的要求。以下举例说明该注浆方法。该注浆方法中涉及的参数确定如下：注浆深度为13m，加固有效范围为长12.5～13.5m，宽1.2～1.7m；扩散半径r1为0.9m，注浆压力p为0.5～1.0mpa，注浆方式为后退式，平均每个注浆孔的注浆量为2.47m3，孔位间距为1.5m，凝胶时间为20～40s。选定的外圈浆液水泥、膨润土和水，水灰比为1.0，水泥与膨润土的质量比为1:0.15。内圈浆液包括水泥浆液和水玻璃，水泥浆液包括水泥、无水氯化钙和水，水灰比为1.0，水泥与无水氯化钙的质量比为1:0.2，水泥浆与水玻璃的体积比为1:1，水玻璃的波美度为30。按照上述注浆方法注浆，经验证，注浆后有效加固了土体，减少了出水量。上述注浆方法中，所述注浆孔10包括外圈钻孔11和内圈钻孔12，所述内圈钻孔12的延伸方向与水平方向相平行，至少部分所述外圈钻孔11的延伸方向与所述水平方向倾斜设置。上述注浆方法向外圈钻孔11和内圈钻孔12分别注浆，能够避免注浆盲区的存在，从而有效加固土体，减少出水量，并且，通过向倾斜设置的外圈钻孔11注浆，能够进一步加强隧道周边的土体加固的效果。同时，所述注浆方法先向外圈钻孔11注入超细型的外圈浆液，使隧道周边形成了壳体，然后向内圈钻孔12注入内圈浆液，可适当加大注浆压力，提升了注浆的效果。本发明能够减少施工成本并大幅提高了工效，减小了周边建筑及地表沉降风险，减少了后期隧道渗漏水的风险。最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页12