隧道施工用双液浆注浆施工方法

摘要

本发明公开了一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，涉及隧道施工技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤:(1)准备并检查设备；(2)地表钻孔；(3)配制浆液：第一浆液：由质量比为1:1:0.15的混合液、水泥和第一外加剂混合均匀制成；第二浆液：由质量比为1:1:0.16的水玻璃溶液、氟硅酸钠和第二外加剂混合均匀制成；(5)注浆：注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min。本发明解决了双液浆在全风化石英岩富水软弱围岩隧道施工过程中容易流失在土层中的问题，达到了使双液浆快速凝结，减少双液浆浪费的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，更具体的说，它涉及一种隧道施工用双液浆注浆施工方法。

背景技术

双液注浆，是将水玻璃与氯化钙溶液交替注入土壤中，两种溶液迅速反应生成硅胶和硅酸钙凝胶，起到胶结和填充孔隙的作用，使土壤的强度和承载能力提高。

现有技术中，可参考授权公告号为CN105155541B的中国发明专利文件，其公开了一种集水坑的双液浆封闭施工方法，包括以下步骤：(1)在注浆位置周围铺设钻机平台；(2)浆液的配制：第一浆液:质量比为1:1:0.13的A液、B液和第一外加剂；第二浆液:质量比为1:1:0.17的A’液、C液和第二外加剂；(3)布设注浆孔；(4)旋转钻头穿透地层至设计孔深4.5m，然后开始后退式注入第一浆液，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，后退钻杆1m，继续注入第二浆液，注浆压力控制1.1～1.4Mpa，继续后退钻杆，依次循环；钻杆退至1m时，注入第一浆液，完成后即可移至下以孔位；(5)在注浆的地基上开挖集水坑后，在集水坑壁面涂抹防水涂料。

在全风化石英岩富水软弱围岩隧道地质中施工时，土层含水饱和，渗水面广，呈软塑-流塑状，空隙较多，双液浆固结时间长，压力增大，浆液会随空隙流走，造成双液浆的浪费并且无法达到预计效果；因此需要设计一种双液浆凝结时间较快的隧道施工用双液浆注浆的施工方法。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种隧道施工用双液浆注浆的施工方法，其能够使双液浆快速凝结，减少双液浆的浪费。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，包括以下步骤：(1)准备并检查设备：根据待施工地面情况，搬运设备，并检查设备是否运转正常；(2)地表钻孔：采用水钻打孔机进行钻孔且使注浆孔呈梅花型布置，在钻取最外侧的注浆孔时，钻进角度的外插角为9～11°，并挖设排水沟；注浆孔的孔径为0.42m，相邻两根注浆孔的距离为0.35m，孔位最大偏差应为0.05m；钻孔深度应达到设计注浆固结深度，同时钻孔垂直度误差小于0.45％；达到预定深度时，用最大压力冲洗注浆孔并将注浆管的管口封好；(3)配制浆液：第一浆液：由质量比为1:1:0.15的混合液、水泥和第一外加剂混合均匀制成；混合液为质量比为1:0.1的水和缓凝剂混合均匀制成；所述第一外加剂是由质量比为1:1:1的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和邻羟基苯胺混合制成；第二浆液:由质量比为1:1:0.16的水玻璃溶液、氟硅酸钠和第二外加剂混合均匀制成；所述水玻璃溶液由浓度为43玻美度加水稀释到35玻美度，模数为2.9-3.1；所述第二外加剂是由质量比为1:2:2的硫酸钙、铝粉和偏铝酸钠混合制成；(5)注浆：注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min；继续后退注浆管，依次循环；注浆管推至1.5m时，注入第一浆液；完成后采用隔孔注入方式移至下一注浆孔。

通过采用上述技术方案，首先根据施工地的情况，检测设备是否运转正常，在地面上用水钻打孔机进行钻孔并且进行冲洗，能够边钻孔边向注浆孔内注水，注浆孔内的水能够使注浆孔保持湿润，在注浆时，能够防止注浆孔内的土壤吸收浆液内的水分，导致浆液快速凝结，且凝结效果较差；利用缓凝剂和水混合后的混合液与水泥1:1混合，所以水灰比为1:1；在水泥中加入缓凝剂可以延长水泥的水化硬化时间，使水泥在较长时间内保持塑性，防止在为注浆前水泥凝结；在第一浆液中加入聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和邻羟基苯胺，由聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和邻羟基苯胺混合制成的低碱类有机速凝剂能够使第一浆液中的水泥在注入注浆孔内后快速凝结，并且能够提高水泥的强度；在第二浆液中加入硫酸钙、铝粉和偏铝酸钠，因为水泥和水玻璃会发生反应，反应方程式如下：Na₂O·nSiO₂+Ca(OH)₂→(n-1)SiO₂+CaSiO₃+2NaOH；硫酸钙会与氢氧化钠发生反应，反应方程式如下:CaSO₄+2NaOH→Ca(OH)₂↓+2NaSO₄；铝粉也会与氢氧化钠发生反应，反应方程式如下:2Al+2NaOH+2H₂O＝2NaAlO₂+3H₂↑；铝粉和氢氧化钠生成的偏铝酸钠和第二外机剂中的偏铝酸钠也会和氢氧化钠发生反应，反应方程式如下:2NaAlO₂+3CaO+7H₂O→3CaO·Al₂O₃·6H₂O+2NaOH；硫酸钙、铝粉会与水玻璃和水泥反应生成的氢氧化钠反应，促进了铝酸三钙(C3A)的水化反应，水化热的发生促进反应进程和强度的发展，反应生成的硫酸钠具有促进水化作用，使氯酸三钙迅速水化呈钙矾石而加快凝结固化，使双液浆的凝结时间缩短；注浆时两根注浆管的注浆压力和注浆流量大致相同，所以浆液比为1:1，采用梅花型注浆能够使相邻浆液相互咬合，使相邻浆液混合较为均匀。

本发明进一步设置为：所述第二浆液中还包括与水玻璃质量比为1:0.2:0.5:0.8的铸石粉、明矾和降黏剂。

通过采用上述技术方案，铸石粉能够在增加水玻璃的耐酸碱性；明矾能够增加水玻璃的防水性；降粘剂能够降低水玻璃的黏度。

本发明进一步设置为：所述降粘剂包括重铬酸钾、亚硝酸钠和三乙醇胺中的一种或几种。

通过采用上述技术方案，水玻璃模数越大，氧化硅含量越多，水玻璃粘度增大，所以需要使用重铬酸钾或亚硝酸钠、三乙醇胺降低水玻璃的黏度。

本发明进一步设置为：所述缓凝剂是指三聚磷酸钠。

通过采用上述技术方案，三聚磷酸钠常用作水分保持剂，能够降低水泥或石膏水化速度和水化热、延长凝结时间，防止水泥的凝结时间较快，导致水泥的凝结效果不好。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中第一浆液在配制完成后，需要倒入存浆池中过滤。

通过采用上述技术方案，水泥在与混合液混合后形成水泥将，将水泥浆在存浆池中放置过滤，能够使水泥浆中较粗的颗粒除去，防止在注浆时水泥浆的存在较粗颗粒而堵塞注浆管。

本发明进一步设置为：所述步骤(5)中在注浆时将注浆管附近的排水阀门打开。

通过采用上述技术方案，当注浆时，浆液从注浆孔的上方进入注浆孔，浆液会对注浆孔内的水进行挤压，打开排水阀门能够便于排出注浆孔内的水。

本发明进一步设置为：所述步骤(5)注浆完成的注浆管需用清水高压进行冲洗。

通过采用上述技术方案，利用清水高压冲洗注浆管能够避免注浆管内壁上有残留的浆液在注浆管内壁凝固，将残留的浆液冲洗干净后，能够避免下次注浆手残留并凝固的浆液将注浆管堵住。

本发明进一步设置为：所述(5)中两根注浆管上均安装阀门和计量器。

通过采用上述技术方案，在两根注浆管上均安装阀门和计量器，通过调节阀门控制流量，使流量达到所需的双液浆的浆液比。

本发明进一步设置为：所述(5)中注浆管移到下一个注浆孔开始注浆前，要核查相邻两根注浆管的注浆时间。

通过采用上述技术方案，核查两根注浆管的注浆时间，能够便于控制两根注浆管的注浆时间和流量，进而控制双液浆的浆液比。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明通过在第一浆液中添加第一外加剂，在第二浆液中添加第二外加剂，能够使第一浆液和第二浆液在混合时，快速凝结，缩短凝结时间，减少双液浆的浪费；

(2)本发明通过在第二浆液中添加铸石粉、明矾和降粘剂，能够增加水玻璃的耐酸碱性和防水性，且能够降低水玻璃的黏度，使水玻璃与水泥浆混合均匀；

(3)本发明通过将配制完成的第一浆液放置在存浆池中过滤，能够除去较粗的颗粒，防止水泥浆液堵塞注浆管。

具体实施方式

实施例1：一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，包括以下步骤:

(1)准备并检查设备：根据待施工地面情况，搬运设备，并检查设备是否运转正常；

(2)地表钻孔：采用水钻打孔机进行钻孔且使注浆孔呈梅花型布置，在钻取最外侧的注浆孔时，钻进角度的外插角为9～11°，并挖设排水沟；注浆孔的孔径为0.42m，相邻两根注浆孔的距离为0.35m，孔位最大偏差应为0.05m；钻孔深度应达到设计注浆固结深度，同时钻孔垂直度误差小于0.45％；达到预定深度时，用最大压力冲洗注浆孔并将注浆管的管口封好；采用水钻打孔机进行钻孔，能够使注浆孔内壁被水浸湿，能够防止在注浆时，土壤吸收浆液内的水分，而导致浆液快速凝结；

(3)配制浆液：第一浆液：由质量比为1:1:0.15的混合液、水泥和第一外加剂混合均匀制成；混合液为质量比为1:0.1的水和三聚磷酸钠混合均匀制成；第一外加剂是由质量比为1:1:1的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和邻羟基苯胺混合制成；将第一浆液放置在存浆池中过滤，能够过滤掉水泥浆中较粗的颗粒，防止注浆时堵塞注浆管；

第二浆液：由质量比为1:1:0.16的水玻璃溶液、氟硅酸钠和第二外加剂混合均匀制成；水玻璃溶液由浓度为43玻美度加水稀释到35玻美度，模数为2.9-3.1；第二外加剂是由质量比为1:2:2的硫酸钙、铝粉和偏铝酸钠混合制成；第二浆液中还包括与水玻璃质量比为1:0.2:0.5:0.8的铸石粉、明矾和降黏剂；降粘剂是指重铬酸钾；

(5)注浆：将注浆管附近的排水阀门打开，能够在注浆时，利用浆液将注浆孔内的水挤出；在两根注浆管上安装阀门和计量器，能够便于控制双液浆的浆液比；注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min；继续后退注浆管，依次循环；注浆管推至1.5m时，注入第一浆液；完成后采用隔孔注入方式移至下一注浆孔，移动到下一个注浆孔开始注浆前，需检查两根注浆管的注浆时间，便于控制双液浆的浆液比；注浆完成后用清水高压对注浆管进行冲洗，能够防止残留的浆液在注浆管内壁固结，在下次注浆时堵塞注浆管。

对比例1：一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，包括以下步骤:

(1)准备并检查设备：根据待施工地面情况，搬运设备，并检查设备是否运转正常；

(2)地表钻孔：采用水钻打孔机进行钻孔且使注浆孔呈梅花型布置，在钻取最外侧的注浆孔时，钻进角度的外插角为9～11°，并挖设排水沟；注浆孔的孔径为0.42m，相邻两根注浆孔的距离为0.35m，孔位最大偏差应为0.05m；钻孔深度应达到设计注浆固结深度，同时钻孔垂直度误差小于0.45％；达到预定深度时，用最大压力冲洗注浆孔并将注浆管的管口封好；采用水钻打孔机进行钻孔，能够使注浆孔内壁被水浸湿，能够防止在注浆时，土壤吸收浆液内的水分，而导致浆液快速凝结；

(3)配制浆液：第一浆液：由质量比为1:1的混合液和水泥混合均匀制成；混合液为质量比为1:0.1的水和三聚磷酸钠混合均匀制成；将第一浆液放置在存浆池中过滤，能够过滤掉水泥浆中较粗的颗粒，防止注浆时堵塞注浆管；

第二浆液：由质量比为1:1:0.16的水玻璃溶液、氟硅酸钠和第二外加剂混合均匀制成；水玻璃溶液由浓度为43玻美度加水稀释到35玻美度，模数为2.9-3.1；第二外加剂是由质量比为1:2:2的硫酸钙、铝粉和偏铝酸钠混合制成；第二浆液中还包括与水玻璃质量比为1:0.2:0.5:0.8的铸石粉、明矾和降黏剂；降粘剂是指重铬酸钾；

(5)注浆：将注浆管附近的排水阀门打开，能够在注浆时，利用浆液将注浆孔内的水挤出；在两根注浆管上安装阀门和计量器，能够便于控制双液浆的浆液比；注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min；继续后退注浆管，依次循环；注浆管推至1.5m时，注入第一浆液；完成后采用隔孔注入方式移至下一注浆孔，移动到下一个注浆孔开始注浆前，需检查两根注浆管的注浆时间，便于控制双液浆的浆液比；注浆完成后用清水高压对注浆管进行冲洗，能够防止残留的浆液在注浆管内壁固结，在下次注浆时堵塞注浆管。

对比例2：一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，包括以下步骤:

(1)准备并检查设备：根据待施工地面情况，搬运设备，并检查设备是否运转正常；

(2)地表钻孔：采用水钻打孔机进行钻孔且使注浆孔呈梅花型布置，在钻取最外侧的注浆孔时，钻进角度的外插角为9～11°，并挖设排水沟；注浆孔的孔径为0.42m，相邻两根注浆孔的距离为0.35m，孔位最大偏差应为0.05m；钻孔深度应达到设计注浆固结深度，同时钻孔垂直度误差小于0.45％；达到预定深度时，用最大压力冲洗注浆孔并将注浆管的管口封好；采用水钻打孔机进行钻孔，能够使注浆孔内壁被水浸湿，能够防止在注浆时，土壤吸收浆液内的水分，而导致浆液快速凝结；

(3)配制浆液：第一浆液：由质量比为1:1:0.15的混合液、水泥和第一外加剂混合均匀制成；混合液为质量比为1:0.1的水和三聚磷酸钠混合均匀制成；第一外加剂是由质量比为1:1:1的聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和邻羟基苯胺混合制成；将第一浆液放置在存浆池中过滤，能够过滤掉水泥浆中较粗的颗粒，防止注浆时堵塞注浆管；

第二浆液：由质量比为1:1的水玻璃溶液和氟硅酸钠混合均匀制成；水玻璃溶液由浓度为43玻美度加水稀释到35玻美度，模数为2.9-3.1；第二浆液中还包括与水玻璃质量比为1:0.2:0.5:0.8的铸石粉、明矾和降黏剂；降粘剂是指重铬酸钾；

(5)注浆：将注浆管附近的排水阀门打开，能够在注浆时，利用浆液将注浆孔内的水挤出；在两根注浆管上安装阀门和计量器，能够便于控制双液浆的浆液比；注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min；继续后退注浆管，依次循环；注浆管推至1.5m时，注入第一浆液；完成后采用隔孔注入方式移至下一注浆孔，移动到下一个注浆孔开始注浆前，需检查两根注浆管的注浆时间，便于控制双液浆的浆液比；注浆完成后用清水高压对注浆管进行冲洗，能够防止残留的浆液在注浆管内壁固结，在下次注浆时堵塞注浆管。

对比例3：一种隧道施工用双液浆注浆施工方法，包括以下步骤:

(1)准备并检查设备：根据待施工地面情况，搬运设备，并检查设备是否运转正常；

(2)地表钻孔：采用水钻打孔机进行钻孔且使注浆孔呈梅花型布置，在钻取最外侧的注浆孔时，钻进角度的外插角为9～11°，并挖设排水沟；注浆孔的孔径为0.42m，相邻两根注浆孔的距离为0.35m，孔位最大偏差应为0.05m；钻孔深度应达到设计注浆固结深度，同时钻孔垂直度误差小于0.45％；达到预定深度时，用最大压力冲洗注浆孔并将注浆管的管口封好；采用水钻打孔机进行钻孔，能够使注浆孔内壁被水浸湿，能够防止在注浆时，土壤吸收浆液内的水分，而导致浆液快速凝结；

(3)配制浆液：第一浆液:由质量比为1:1:0.15的混合液和水泥混合均匀制成；混合液为质量比为1:0.1的水和三聚磷酸钠混合均匀制成；将第一浆液放置在存浆池中过滤，能够过滤掉水泥浆中较粗的颗粒，防止注浆时堵塞注浆管；

第二浆液：由质量比为1:1的水玻璃溶液和氟硅酸钠混合均匀制成；水玻璃溶液由浓度为43玻美度加水稀释到35玻美度，模数为2.9-3.1；第二浆液中还包括与水玻璃质量比为1:0.2:0.5:0.8的铸石粉、明矾和降黏剂；降粘剂是指重铬酸钾；

(5)注浆：将注浆管附近的排水阀门打开，能够在注浆时，利用浆液将注浆孔内的水挤出；在两根注浆管上安装阀门和计量器，能够便于控制双液浆的浆液比；注入第一浆液时，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为14～15L/min；后退注浆管1.5m，继续注入第二浆液，控制注浆压力为0.5～1.5Mpa，注浆流量为13～15L/min；继续后退注浆管，依次循环；注浆管推至1.5m时，注入第一浆液；完成后采用隔孔注入方式移至下一注浆孔，移动到下一个注浆孔开始注浆前，需检查两根注浆管的注浆时间，便于控制双液浆的浆液比；注浆完成后用清水高压对注浆管进行冲洗，能够防止残留的浆液在注浆管内壁固结，在下次注浆时堵塞注浆管。

注浆过程中需要注意以下几种情况的处理:

(1)冒浆：注浆过程中要认真观察地表及相邻管线的变化情况，由于浆液的进入，引起地层变化，封闭强度较低的地方，首先可能冒出浆液，这样就需要在冒浆处加以堵塞，采取间歇式注浆，能够保证浆液有效的注入地层。

(2)注浆压力变化：在注浆的过程中，压力要控制在上述范围之内，过大或者过小的压力都不能满足施工需要，持续的压力过低需要检查是否有漏浆之处，压力突然上升需要检查是否发生堵塞。

(3)注浆量调整：地层的注浆量是否合适是地层加固效果的体现，采用隔孔注入方式，既可以避免注浆孔的相互影响，又能使后注浆孔补充前注浆孔，保证土体里的浆液扩散均匀。

实施例1和对比例1-3中双液浆的凝结时间如表1所示

表1实施例1和对比例1-3中双液浆的凝结时间

在实施例1中第一浆液中添加第一外加剂，第二浆液中添加第二外加剂，双液浆的初凝时间和终凝时间均较短，能够达到使双液浆快速凝结的效果；在对比例1中第一浆液中没有使用第一外加剂，而第二浆液中使用了第二外加剂，双液浆的初凝时间和终凝时间比实施例1中有所延长；在对比例2中第一浆液中使用了第一外加剂，而第二浆液中没有使用第二外加剂，双液浆的初凝时间和终凝时间比实施例1中也有所延长；在对比例3中第一浆液中没有使用第一外加剂，第二浆液中也没有使用第二外加剂，双液浆的初凝时间和终凝时间比实施例1中延长较多，因此在第一浆液中添加第一外加剂，在第二浆液中添加第二外加剂，能够达到使双液浆快读凝结的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。