隧道及地下工程注浆堵水和加固技术

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1、隧道及地下工程注浆堵水和加固技术1前言水是隧道工程之首害。由于隧道的开挖，揭开了地下水的通道，水的流出带走了大量的岩石赖于胶结充填的物质，使围岩的整体结构强度降低，支护效用大打折扣；水压力的作用又使围岩应力重分布及其变形进程加剧，发生坍塌的可能性加大，严重影响工程的安全顺利进展。大瑶山隧道班古坳竖井突水淹井，延误工期一年多，直接经济损失几百万元；日本青涵海底隧道涌水淹没平导3000m，淹没正洞1200m，误时一年零四个月，经济损失也非常巨大，有的更为严重的水害迫使工程停止或废弃改道。因此，如何有效地克服地下水的危害，保障隧道工程的安全顺利进

2、展，对于实现隧道工程施工技术、经济效益的提高，具有世界性的重要意义。以前山岭隧道施工的防水原则是“以排为主，以堵为辅，排堵结合”，利用自然坡实行自然排水来克服水害，但是，随着环保问题日益受到重视，为避免地下水位大幅下降，破坏周围环境，影响居民生产、生活。注浆作为堵水和加固围岩的一项技术，对于克服地下水是非常有效的，它具有效果好，安全性较高，施工技术易于掌握等优点，在目前隧道工程中得到广泛的应用，设备、材料、工艺迅速发展，日臻完善。在一般情况下，注浆由于相对造价较高，工序较复杂，不是隧道施工的正常工序。但是对于克服涌水危害，通过复杂困难地质地

3、段，注浆是一种有效的手段，也是作为一项必不可少的技术储备和应急措施。2注浆概述2.1注浆的发展注浆用于堵水和改良地层已有几百年的历史。注浆技术的历史大致可分为四个阶段：原始粘土浆液阶段（1802～1857年），初级水泥浆液注浆阶段（1858～1919年），中级化学浆液注浆阶段（1902～1969年），现代注浆阶段（1969年以后）。早在1802年，法国人查理斯·贝里格尼在修理第厄普冲刷闸时，用一种木制冲击筒装置，人工垂击方法向地层挤压粘土浆液，被认为是注浆的开始。此后法国在19世纪中叶，应用这种注浆方法对建筑物的地基进行加固，1802年到1

4、857年期间，注浆技术处于萌芽阶段，浆液主要是粘土、火山灰、生石灰等简单材料。1806年，英国的阿斯普顶研制成功硅酸盐水泥，1845年，美国沃森在一个溢洪道陡槽基础下灌注水泥砂浆。英国的基尼普尔在1856～1858年间，用水泥作为注浆材料进行了一系列试验，并获得成功，这是第一次采用水泥材料注浆。1864年，巴洛在伦敦、巴黎地铁利用水泥浆液进行隧道衬砌背后回填注浆，1885年德国人提琴斯首先采用向岩层裂隙注入水泥浆的方法，来防止涌水取得成功，并在欧洲矿山建设中广为应用。1920年，荷兰人尤斯登发明用水玻璃-氯化钙浆液分开注入地层，利用两种浆液

5、的化学反应加固地层，被认为是化学注浆技术的开始。日本于1924年在旧丹那铁路隧道中，采用水泥-水玻璃混合浆液注入断层破碎带，取得了良好的效果，以后在隧道工程中广泛应用。注浆经过一百多年的发展，由开始的单液注浆发展到多液注入；浆材由粘土类发展到高效无毒易注的化学类浆；设备由单一的注浆设备发展到勘测、制浆、灌注、记录、检查分析配套专用设备。工艺技术日臻完善，应用领域愈加广泛。60年代末期，又出现了高压喷射注浆技术，高压喷射注浆技术由单管逐渐发展到二重和三重管，提升过程又有旋、定、摆三种喷射方式。在我国应用注浆只有几十年的历史，但真正发展是从19

6、55年开始的。材料从水泥浆发展到水泥-水玻璃双液浆、化学浆等。工艺从单液注浆发展到双液注浆再到化学注浆，设备也从泥浆泵等代用设备发展到成套专用注浆设备。但与欧洲和日本等先进国家相比，特别是在高压注浆泵、自动记录设备方面，还存在较大差距。2.2注浆的基本原理由于地壳运动，使地层形成很多摺皱、断层和裂隙，局部地区成为富水区，有的还有暗河、溶洞等，当隧道开挖到这种地层时，就会遇到坍塌和涌水等困难和危险。节理裂隙切割岩层，使其整体结构强度降低，节理裂隙的连通大大增强了岩层的透水性，不仅使其地下水补给范围扩大，而且地表水也下渗，侵蚀风化岩层，降低岩石

7、间的内粘聚力，降低岩层的力学强度。注浆的目的就是在隧道周围一定范围内，堵住地下水流的通道，加固地层，提高围岩的强度，避免地下水流人作业面，保障施工的安全。注浆的基本原理，就是用一定的压力把一定量的胶凝性材料注入到岩层，使其在岩层裂隙内流动扩散、充填、固结，成为具有一定强度和低透水性的结石体，截断水流，加固地层，也就是充塞岩层裂隙，截断水流通道，固结破碎岩石，提高其整体结构强度。注浆技术在近几十年来获得迅猛发展，注浆已不仅是一门施工技术，它已经发展成为土木建筑、岩土、化学、机械、力学、地质学等学科交叉的综合性科学——应用岩土工程科学。2.3注

8、浆研究的内容和方法注浆技术要研究对象能不能注浆，注什么材料的浆液合适，采用何种方法注浆，注浆后会达到怎样的效果，即其内容包括：（1）注浆对象的可注性；（2）注浆浆液及其特性；（3