中国地下空间开发起步于20世纪60年代,60年代开始了北京地铁的建设,70年代中国修建了大量的地下人防工程,80年代开始了隧道建设。随着社会经济的发展以及地下空间的进一步开发利用,各种地质灾害也不断出现,注浆技术因为其优越性已成为治理隧道与地下工程地质灾害的主要手段。
隧道与地下工程注浆主要包括注浆材料、注浆方法、注浆机械设备、注浆设计、注浆控制技术以及注浆效果监测方法等方面。
将注浆应用于隧道及地下工程施工领域,以实现加固或堵水目的的技术。
中国地下空间开发起步于20世纪60年代,60年代开始了北京地铁的建设,70年代中国修建了大量的地下人防工程,80年代开始了隧道建设。随着社会经济的发展以及地下空间的进一步开发利用,各种地质灾害也不断出现,注浆技术因为其优越性已成为治理隧道与地下工程地质灾害的主要手段。
隧道与地下工程注浆主要包括注浆材料、注浆方法、注浆机械设备、注浆设计、注浆控制技术以及注浆效果监测方法等方面。
注浆材料是指以加固和堵水为目的,在地层中注入的主要物质。根据颗粒形态注浆材料可以分为水泥基注液和化学浆液。
水泥基注浆材料具有固结体强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本较低等优点,所以在隧道及地下工程中得以广泛应用。但这种浆液具有容易离析和沉淀、稳定性较差、难以注入土层的细小裂隙或孔隙中的缺点。为改善水泥浆材的性质,以适应各种不同工程的需要,可在浆液中加入各种添加剂。近年来研发的超细水泥可以渗入较细(小于0.6毫米)颗粒土层中,并具有水泥浆材和化学浆材的优点,且对环境无污染。这种新型水泥为注浆界开辟了新的领域,有逐步取代化学浆材的趋势。
化学浆液可注性好,能注入土层中的细小裂隙或孔隙.其缺点是结石体强度较低、耐久性较差、对周围环境和地下水源有污染、价格较贵。因此,以加固为目的的工程一般较少采用化学浆材。化学浆材主要包括水玻璃类化学溶液、有机高分子化学浆液、有机高分子复合注浆材料。
注浆方法是指将注浆材料注入地层中所使用的方法。为改善实际工程的注浆效果,除研制合适的注浆材料以外,注浆方法也逐渐被人们所重视。按注浆工程地质条件可以分为以下六种。
通过注入浆液直接将被灌注介质中含有的大量孔隙、裂隙、空洞、溶洞等结构物充填,依靠浆液自身凝胶和高强特性,提高被充填结构物的整体性,从而提高土层的力学强度或变形模量的方法。
通过注浆主动将浆液充填到破碎地层的裂隙内,堵塞地下水的渗流通道,浆液凝固后可以提高地层强度和承载力。
渗透注浆是指利用不破坏地层的压力,即在不改变地层结构和颗粒排列方式的情况下,把浆液注入颗粒状地层孔隙中,取代、排出其中的空气和自由水,浆液通过黏接被注介质颗粒提高地层强度和抗渗性。
主要用于松软表土层的加固,有压密注浆和劈裂注浆两种。
压密注浆:注入极稠的浆液,使土体产生塑性变形,形成球形或圆柱状的浆液结石体,结石体压密周围土体,增强土体强度,但不使土体产生劈裂破坏。劈裂注浆:浆液在注浆压力下压裂地层,形成浆脉或条带状结石体,对地层岩体进行加固和防渗。
将受注地层的土、砂用浆液替换出来的注浆方法。
利用高压喷射流的动能进行注浆。该法主要用于软弱地层的加固或防渗。如地铁隧道淤泥地层的加固、土坝坝体的加固和防渗等。
此外,注浆方法按含水层揭露前后可以分为预注浆和后注浆;按照所用注浆材料可以分为水泥浆液注浆、黏土浆液注浆和化学浆液注浆;按照浆液注入工艺可以分为单液注浆、双液注浆;按照浆液在地层中产生能量的方式可以分为静压注浆和高压喷射注浆;按注浆目的可以分为堵水注浆和加固注浆。
主要包括钻机、钻具、注浆设备、搅拌机、注浆管路总成、止浆塞和混合器等,其中钻机和钻具是成孔设备,其他的设备是制备、输送浆液,并将浆液注入岩土层裂隙或孔隙的设备。每种设备的选用应满足设计资料对机械性能的要求。
应根据地质勘查报告、地下水勘查报告、环境调查报告、地下埋设物和已有建筑物布置图报告书、工程设计图等资料,确定堵水范围、注浆层段、注浆孔布置方式和部位、注浆深度、注浆段划分、注浆方式、注浆材料选择和配方试验要求、注浆参数的确定、检查评价方法等。
在对地下隧道等工程进行注浆填充或加固过程中通过控制压力、浆量等因素来控制注浆效果的一门技术。
地下工程注浆的控制技术主要有以下几种。
是指注浆过程中控制压力的大小来完成注浆加固过程。
是指注浆过程中控制浆量的大小来完成注浆过程。
是指在注浆过程中分别控制注浆压力和注浆量来完成注浆过程的一门技术。
上述三种技术在隧道及地下工程注浆过程中得到广泛的应用,并且相辅相成、相互协作。
是利用注浆技术对隧道及地下工程进行填充或加固后,对注浆效果的一种检验手段。主要分为传统检测方法和无损检测方法两大类。
主要有分析法、钻孔取芯、压水试验和钻孔电视检查等。
近来随着无损检测方法的进步,无损检测方法被越来越多的应用到注浆效果的检测上。无损检测方法主要有:①超声波检测;②冲击弹性波法;③红外成像检测技术;④声发射检测法;⑤传感仪器监测;⑥光纤传感网络监测;⑦数字图像相关方法;⑧探地雷达。