郑万高铁湖北段六标隧道软弱围岩富水段高压注浆施工工艺

黄家沟隧道工程介绍

黄家沟隧道全长7827.279米，横洞长244米，是郑万高铁湖北段六标最长的隧道。围岩以页岩为主，软弱、破碎、富水，施工难度较大，尤其是横洞洞身和出口工作面。围岩均为碳质页岩，破碎、松散，雨水软化现象较严重，施工难度大。

为确保施工安全，在黄家沟隧道横洞洞身、掌子面顶部、两侧以及出口工作面的软弱围岩段落，采用高压注浆预加固方法，有效解决了开挖过程中局部掉块、支护变形和渗漏水问题。施工进度由注浆前的30至40米/月提升至50至60米/月。

高压注浆工艺介绍

设备选型

采用3SNS-A注塞式高压注浆泵，注浆压力可达10兆帕，流量和压力可调，操作方便。注浆管采用Φ42小导管，长度4.0米，周边钻注浆孔，间距30厘米，孔口处预留0.8至1.0米不开孔，作为注浆孔口段使用。止浆阀采用普通球阀，耐压不小于8兆帕。浆液输送管采用内附钢丝的高压胶管，耐压可达20兆帕。

高压注浆工艺

小导管高压注浆工艺流程如下：

钻孔：采用全站仪对超前小导管位置进行测量放样。

钢架加工：钢架在钢结构加工厂完成加工后，根据设计小导管的布置间距（30厘米），在钢架中心位置开孔，孔径60毫米。

现场将开孔后的钢架布置在靠近掌子面一侧。钢架安装完成后，使用手持钻岩机以5°至10°的外插角穿过拱架上的开孔进行钻孔。

钻头直径为45毫米。在两榀拱架之间增设一环超前小导管，钻孔深度为4.0米，环向间距2.0米，外插角度控制在30至45度。随后进行小导管安装施工。

钻孔完成后，使用L型高压风管清除孔内钻渣。清理完毕后立即安装小导管，采用钻岩机振动挺进方式推送。到位后，使用注浆工艺安装，并将小导管与钢拱架沿开孔周边焊接成整体。最后安装快速接头，小导管与孔壁间填塞锚固剂封口，封口长度不小于30厘米。

掌子面注浆墙施工采用湿喷C25混凝土工艺。在掌子面喷射厚度不小于20厘米的混凝土层。

施工时需对小导管周边及钢架与掌子面间的所有空隙进行全面封闭。喷射混凝土封闭前，应使用土工布对注浆管和快速接头进行包裹处理。

确保快速接头螺丝和注浆工艺不被混凝土包裹。注浆前需进行工艺性试验，根据试验参数确定本次注浆参数。持压时间为8至10分钟。

当水泥浆用量小于5立方米时，采用袋装水泥现场搅拌；大于5立方米时，由2号拌合站集中生产。注浆时采取分片分序的注浆顺序，先在出水量大的部位注浆，再在出水量小的部位注浆。必要时可采取间隔注浆方式。

一、单孔注浆结束标准。

根据地层围岩情况，注浆压力设定为中压3.5兆帕。当单孔注浆压力达到中压并维持10分钟以上时，可结束该孔注浆。

注浆结束标准如下：

1. 所有设计注浆孔均达到注浆结束标准；

2. 依据注浆量分布，选取薄弱环节设计检查孔，检查注浆效果；

3. 对注浆效果进行判断；

4. 防止漏注现象发生。

一是沿孔夹下方30至50厘米布孔，环向间距2米。通过钻进速度及是否出现塌孔现象，可初步判断注浆效果。其次，通过钻孔取芯进一步评估注浆效果。最后，采用短静止开挖法，直观检验注浆效果。

由于高压注浆工艺在皇家沟隧道软弱富水段的成功应用，该工艺被推广至厚平隧道出口段的软弱围岩径向注浆及地表注浆施工，成效显著。

通过置换、充填、挤压等方式以改善其物理力学性质的方法

注浆（grouting method）是通过置换、充填、挤压等方式改善介质物理力学性质的技术，分为陶瓷工艺注浆成型和建筑工程岩土加固两大应用领域。陶瓷注浆利用泥浆在石膏模具中形成坯体，适用于复杂形状器物制作 [8]；建筑工程注浆包含渗透注浆、劈裂注浆等类型，材料涵盖水泥浆液、化学浆液及混合浆液。该技术可处理路基沉陷、加固建筑地基及封堵深井水害，常用设备包括注浆泵、搅拌机和注浆管路系统 [9]。

该技术始于1838年英国汤姆逊隧道水泥注浆应用，20世纪70年代日本研制超细水泥提升微裂隙注入能力 [3]。水泥-水玻璃浆液通过双液反应改善凝结时间与结石率 [1-2]，丙烯酰胺类化学浆液用于特殊地质条件加固 [5]。武汉理工大学研发的水玻璃-工业废渣双液注浆材料具有高强度和抗溶蚀特性，应用于武汉长江隧道建设 [6-7]。深部煤系地层HGC水泥基注浆材料通过界面过渡区优化提升加固体强度至17.65MPa [10]，采动覆岩离层区注浆技术实现减沉与固废处理一体化应用

分单液硅化法、双液硅化法、加气硅化法和电动双液硅化法。

单液硅化法 适用于加固渗透系数为0．1～2．0m/d的湿陷性黄土和渗透系数为0．3～5．0m/d的粉细砂土。(1)加固湿陷性黄土时，使用掺入2．5%氯化钠、浓度为10%～15%的硅酸钠溶液。溶液压入土层中后，钠离子与土中水溶性盐类内的钙离子产生离子交换反应，在土粒间及其表面形成硅酸凝胶，增加土粒间的胶结力，使土体硬化，极限抗压强度可达0．2～0．8MPa。(2)加固粉细砂时，使用在浓度较低的硅酸钠溶液(密度1．18～1．20)内加入一定数量的磷酸(密度1．02)，溶液在土中经过化学反应，使土体硬化，其极限抗压强度可达0．4～0．6MPa。

双液硅化法 适用于加固渗透系数为2．0～8．0m/d的砂质土或用于防渗止水。使用密度为1．35～1．44的硅酸钠溶液和密度为1．26～1．28的氯化钙溶液。两种溶液与土接触后，产生凝胶化学反应，生成硅胶和氢氧化钙。加固土的极限抗压强度可达1．5～6．0MPa。

加气硅化法 预先往土中压入二氧化碳或氨气，使土活化，然后灌注硅酸钠溶液，再压入二氧化碳，使硅酸钠胶凝。加固砂土时，抗压强度可达1000～3000kPa。对不含碳酸盐的砂土，由于先用二氧化碳活化，强度可提高20%～25%；对含碳酸盐的砂土，通过二氧化碳活化，强度可提高30%～35%。加固饱和度高的湿陷性黄土时，加气硅化法的加固半径可比单液硅化法大50%左右。

电动双液硅化法 适用于加固渗透系数小于0．1m/d的软粘性土地基。用带孔眼的注浆管作阳极，用打入土层中的钢筋或滤水管作阴极，将硅酸钠和氯化钙溶液通过注浆管压入土层中并通以直流电流，在电渗作用下，孔隙水由阳极向阴极扩散，溶液随水的运动由阳极流向阴极，使注浆效果得到提高。此法加固费用较高，必须经试验确认有效后才能采用。

碱液法

播报

将氢氧化钠溶液(碱液)加热到80～100℃，通过带孔眼的注浆管在其自重作用下灌入土层中，当土中钙、镁离子含量较高时(如黄土)，使土粒表面活化，自行胶结，从而使土体强度和水稳性得到提高，称为单液法；当土中钙、镁离子含量较少时(如一般粘性土)、灌入氢氧化钠溶液后，再灌入氯化钙溶液，称为双液法。碱液法具有施工设备简单、加固费用较低，可消除黄土的湿陷性等优点。

家里防水千万别注浆了，别再被骗了，有毒和腐蚀性，易挥发致癌

高分子化学注浆法 适用于加固砂土地基、坝基帷幕灌浆、地下工程止水堵漏、加固坝基泥化夹层和断层破碎带。高分子化学浆材品种较多，有环氧树脂类、丙烯酰胺类(丙凝)、聚氨脂类(氰凝)、木质素类等。在地基化学灌浆中常用的高分子化学浆材是丙烯酰胺类和聚氨脂类。丙烯酰胺类浆材由主剂丙烯酰胺和各种外加剂组成。浆液粘度接近于水，可灌性好，浆液凝固后，凝胶不透水，耐久性和稳定性好。这类浆液被广泛用于岩石细裂缝、中细砂层的防渗灌浆和动水堵漏工程。这类浆材有一定毒性，污染空气和地下水。聚氨脂类浆材以多异氰酸脂和聚醚树脂等为主剂，再掺入各种外加剂配制而成。浆液灌入地层后，遇水反应生成聚氨脂泡沫体，能起加固地基和防渗堵漏作用。聚氨脂浆材分为水溶性和非水溶性两类。水溶性聚氨脂能与水混溶，并与水反应生成含水胶凝体；非水溶性聚氨脂只能与有机溶剂混溶。聚氨脂浆材粘度低，可灌性好，结石强度高，安全可靠，不污染环境，操作简便，经济效益高。

化学注浆法一般用泵通过注浆管将浆液注入土中。注浆压力、加固半径等注浆参数，可根据地质情况、工程要求，通过现场试验确定。灌浆孔在平面上一般按等边三角形或矩形布置。湿陷性黄土加固半径一般为0．5～0．7m，加固深度一般为3～8m。硅化法的优点是浆液的渗入性较强，能很快使地基变形终止；无毒，不污染环境，价格低廉，故被广泛采用。

水泥注浆法 适用于砂砾层和岩石裂隙灌浆。一般使用普通硅酸盐水泥，水灰比采用1比1，可掺入2%～5%水玻璃作速凝剂。注浆使用普通挤压式灰浆泵，注浆压力最大不超过1MPa。对渗透系数小于10-4cm/s的粉细砂和粘性土，可采用劈裂注浆。劈裂注浆所用水泥浆的稠度较大，水灰比为0．45～0．60。注浆采用花管法和单向阀管法。注浆的最大压力一般大于4MPa。

发展趋势

自1824年波特兰水泥问世以后，水泥注浆便在工程中作为主要注浆方法。但是，普通水泥由于颗粒较粗，一般只能灌注砂砾石或直径大于0．2～0．3mm孔隙。因此，提高水泥颗粒细度就成为提高水泥浆可灌性的主要途径。有些国家已研制出一种超细水泥，可以灌注渗透系数为10-3～10-4cm/s的细砂和岩石的微细裂隙，是一种很有发展前途的粒状灌浆材料。丙凝是一种水溶性高分子化学浆材，其粘度与水接近，被广泛应用于岩石细裂缝、中细砂层的防渗灌浆和动水堵漏。但是，这类浆材有毒性，污染空气和地下水，因此多已停止生产和使用。1980年美国研制出AC400浆材，1982年中国研制出AC—MS浆材，这类浆材的毒性很小(只为丙凝毒性的1%)，是一种理想的防渗浆材。日本研制出非碱性硅酸盐浆材，对地下水不产生碱性污染，粘度较低，凝胶强度较高，耐久性较好，不改变地下水的pH值。