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摘要：通过两个阻塞器能将浆液限定在注浆区段的任意一层范围内以达到分层注浆效果；通过套筒在套筒阀管内上下移动，可根据设计要求及施工工况在注浆区段内反复注浆；
关键词：不良地质，地表注浆，套筒阀门管道，加固技术
1引言
随着国民经济的发展，越来越多的地下工程正在修建或筹备.在地下工程施工中，不良地质段对工程的顺利进行有着极大的影响.其中，软弱地层和地下水的处理已成为本项目安全顺利施工的关键。采用套管阀管灌浆技术加固弱化地层，封堵地下水是一种有效实用的措施。
2工法特点
与其他灌浆方法相比，该方法具有以下特点：
（1）一般适用于50米范围内的地表注浆。
（2）有两个上下封堵器，泥浆可以限制在灌浆区的任何一段，以达到分段灌浆的目的。
（3）堵塞器可在滑套管阀内自由移动，并可根据需要在灌浆区的某一段反复灌浆。
（4）灌浆前，不需要安装较厚的灌浆砂浆墙;当使用大灌浆压力时，不太可能发生淹水和拉丝。
（5）根据地层的特点，在一根注浆管内可以使用不同的注浆材料，注浆施工可以采用不同的注浆参数。
（6）可以并行钻孔灌浆，提高工作效率。由于注浆管材料的影响，现场研究证明，采用钻井平行作业时，钻孔灌浆孔间距一般应≤6m，否则可能是由于灌浆造成的。
3 适用范围
该工程方法适用于铁路，公路，市政和住宅建设等领域的土体加固和止水工程。主要应用于：
（1）用松散的粘土和建筑废料加强松散的土体，以粉质粘土和建筑废料为主，少量砂石和碎石，如杂填层或砂层和卵石层;
（2）盾构机启动到达时对隧道门的加固;
（3）弥补由旋转喷桩和搅拌桩无堵塞或成桩效果差所产生的空隙;
（4）矿区的填方造成地层中的裂缝或空隙分别开挖，降低岩石和土层的压缩性，减少周围建筑物的沉降变形;
（5）加固路基引起的裂缝或沉降加固;
（6）在深基坑周围进行防渗处理。
4 工艺原理
套筒阀管注浆法是通过较大的压力将泥浆注入（压）在岩土层中。灌浆中心管上下的堵塞器可实现分层分层注浆，泥浆可限制在两个封堵器内。在灌浆区的任何一层进行灌浆，实现分层灌浆效果;通过套筒在套筒阀内上下移动，可根据设计要求和施工条件，在灌浆区内的一层内部反复灌浆，您可以选择在施工期间接触或跳过注浆。在这种施工方法中，在整个工程需要注浆的施工过程中，通过分段注浆，疏松地层和致密地层均被充分粘结。为避免疏松地层和致密地层同时存在以往的注浆过程，松散地层出现大量注浆现象，并将泥浆注入致密地层。
5 施工工艺流程及操作要点
5.1套筒阀管灌浆工艺流程图
施工工艺流程图
5.2具体施工方法
首先，在施工现场进行灌浆试验，调整灌浆材料，浆体扩散半径以及满足设计要求的承载力下的许用灌浆压力。
5.2.1测量定位放点：
根据设计图纸施工前，应在施工范围内精确浇注灌浆孔并涂上油漆。
5.2.2钻孔
（1）选择轨道式钻机钻进项目所需的钻孔直径。
（2）钻机安装：底座水平，机身稳固可靠。垂直轴与正孔位置对齐。
（3） 钻孔护壁：使用优质泥浆（膨润土：水=1：3）的浆液可以与少量的水泥适当混合，使其在泥浆池中固化，便于运输。
5.2.3预先制套壳料
套壳料采用水泥：膨润土：水=1：1.5：在搅拌槽中充分搅拌后，应将1.88浆液注入井中。
5.2.4采购套筒阀管
现如今市面上大量投入使用的套筒阀管的产地为河南，该厂家的套筒阀管在全国范围内应用广泛，具有单根长度长，拼接后不易弯曲，且强度较高，在运输以及现场的使用中不易发生损坏。套筒阀体由PE塑料制成，直径为50mm。每组孔的纵向长度为6厘米至10厘米，套管阀管每米钻2-3组穿孔。一组橡胶套环绕每组喷孔的外部。套筒阀管套入钻孔时，橡胶套筒的作用是防止钻井泥浆或套筒材料进入管道;在灌浆过程中，橡胶套筒在压力作用下被浆体冲洗，使浆体进入地层，并且可以根据需要确保水平地形成一个裂缝，当注浆停止时，橡胶套筒弹回并收紧套筒阀管，以防止管道外的流体进入作为止回阀的管道。
阀管上的每组喷孔都是一个灌浆段，灌浆头由一个双重堵塞系统和一个注浆中心组成，当每个灌浆头在套筒阀管中上下移动时，它只包含一个灌浆部分。
5.2.5安装套筒阀管、浇注套壳料
（1）钻孔到设计深度并用清水冲洗孔后，套管材料立即通过钻杆泵入孔底。将壳材料自下而上倾注到孔口溢出符合浓度要求的原浆液。
（2）依次进入配有灌浆段的套筒阀芯管。
（3）灌入封闭泥浆（即套壳料）
套壳材料通常是基于膨润土的，并且水泥是辅助组分。为了防止浆液在灌浆过程中流动，在橡胶套和塞塞的作用下，需要迫使外壳材料（即开环）进入灌浆部分内的地层。
套壳料浇注的质量是确保灌浆是确保灌浆成功的关键，它要求能够承受一定的压力，打开的填充物被水平压入以注入，并且在高压注浆期间可以防止浆体沿着孔壁或管壁流出表面。外壳材料组需要高脆性，小收缩率和适当的机械强度，即，必须防止系列浆料和开环。
套壳料由膨润土和水泥制成。粘土：水=1:1.5:1.88，浆液比重约为1.5，漏斗粘度24-26s；根据本项目的要求，注浆时壳体材料的凝固时间和强度增长率应控制在2-5天内。
套壳料浇注方法：孔形成后，钻杆下降到孔的底部，并使用泥浆泵将夹套材料通过钻杆注入孔灌浆部分。
（4）固管止浆：将注浆管插入外套筒与套筒阀壁之间的环形间隙中，并将浆液固定在套筒的上部2m孔部分。直至孔口返止浓浆为止。无泥浆管材采用速凝水泥浆，水：水泥=1：1.5。水玻璃或氯化钙可以用作促进剂。
5.2.6开环灌浆
（1）开环：在灌浆的早期阶段，开环用泥浆（或水）加压。在加压过程中，一旦压力突然下降，进浆量迅速增加，表明它已经“打开了环”。开环后，根据设计比例开始正式注浆。
（2）灌浆：双栓塞芯管用于灌浆。根据各组灌浆参数的要求，从孔底部到顶部进行灌浆。开环压力一般为0.5Mpa，具体数值根据现场实验进行调整。正常注浆压力依据现场情况控制。并从下往上逐渐减少，视具体情况而定或采用适当调整。
（3）灌浆次序：依次跳孔注浆，以防止窜浆。
（4）间歇注浆：在完成全部孔段的注浆工作之后，间歇一段时间进行第二次注浆，间歇时间控制在10至30分钟内。
5.2.7终灌标准：
（1）注浆压力大于设计扩散压力，吸入量显着减小时，稳定时间为25分钟。
（2）如果发现增强建筑物有抬升倾向，应立即停止注浆。
（3）一旦发生浆液或泥浆损失严重时，立即停止注浆。
5.2.8压力注浆时的监测措施
在灌浆过程中，要密切关注地面和建筑物的沉降情况，发现在特殊情况下应立即停止灌浆。
6 材料及机具设备
钻孔机械：SGZL-3A或SGZL-3B工程地质钻机用于在套管钻孔（用于垂直钻孔）。
注浆机械：采用SYB50 * 45型双液注浆泵，并配有高压注浆管道系统和制浆设备。
套筒阀管：套筒阀管采用4米长的等距刚性PE管，每50厘米有一组孔。每米套筒阀通常钻2-3套孔眼。一组橡胶套环绕每组喷孔的外部。
注浆芯管：注浆芯管由芯管和注浆头组成，注浆头由双重堵漏系统和注浆芯体组成。每次灌浆头在套筒阀管内上下移动时，只包含一个灌浆段，灌浆头移动距离与每组射浆孔间距相同。
7 质量控制
7.1易出现的质量问题
（1）钻孔过程遇到砂层，容易造成塌孔，导致袖阀管下不去。
（2）壳体材料的比例存在问题，导致打开环的强度太高。
（3）套壳料注入不密实，导致注浆过程中浆液直接由钻孔冒出地面。
（4）注入的浆液长时间不凝固。
7.2保证措施
（1） 开孔前做好钻机定位，严格控制成孔垂直度，在遇到易液化砂层的位置，采用套管跟进方式钻孔，确保不塌孔。对于含泥量较高，不易液化砂层，则可采取提高护壁泥浆浓度来防止塌孔。
（2） 按照设定的配合比配制好套壳料，并在施工过程中加注饱满。待套壳料强度达到设定值后，及时开环注浆，否则时间过长就会造成无法开环。
（3）加强地面监测，如发现地面局部隆起迅速，即刻停止注浆，清洗管路，在浆料的初始设定之后，进行第二次灌浆以防止浆液爆裂至地面。
（4）严格按配合比施工，控制好水灰比，分层多次注浆，不能一次注浆时间过长，否则容易造成浆液长时间不凝固。
8 安全措施
8.1主要安全风险分析
（1）注意施工区域内所有管线情况，将有条件探挖出来的管线全部暴露，如果因客观原因无法暴露出来，应及时与厂家进行联系，获得该管线的详细位置，并根据施工需要进行合理的外放处理，如果遇到高压电力管涵的情况，应该依据国家电力法相关标准外放5 m区域后进行施工。
（2）在灌浆过程中，可能会发生地面裂缝和管道破裂。针对这种现象，注浆时应控制好注浆压力，缓慢加压，随时观察周围情况，一旦发生开裂后应立刻停止加压，并及时处理。
（3）钻孔操作过程中要防止机械齿轮伤手，履带式钻机行进时要确保周围两米范围内无人，防止碾压。
（4）施工到下方有管线的区域后应按一定角度避开管线，难以避让的管线可以选择跳孔。
（5）泥浆池周围应设置临边防护，围挡周围应设置安全警示牌，施工区域前方50m处应设置减速避让标志。
8.2保证措施
（1）注浆前要对现场周边建筑环境进行安全分析。整个注浆过程肯定会造成加固范围的地面隆起，对于临近非重要建筑物、管线可采取临迁措施，对于重要建筑物，则可采取隔离桩保护措施，能有效控制注浆造成的房屋倾斜，对于重要管线可以采取开挖裸露结合监测调整的方法处理。
（2）施工人员应持证上岗，钻机操作手不可使用棉织手套，防止齿轮伤害。加强管路检查，确保压力表完好，如遇管路堵塞，拆卸前要先泻压。我们还坚持安全公示制度和前级安全言语制度，提高全体施工人员的安全意识。
9 环保措施
（1）场地必须按照文明施工的标准和具体要求组织施工，采取分队，承包人的方式，对人民负责。文明施工现场管理工作形成了一个掌握日常，人人掌握，抓住端倪的文明机制。
（2）施工场地周边环境必须保持清洁，不得乱扔垃圾，不得排放污水，并在现场使用流体材料。
（3）现场施工人员必须坚持“五不准”的方式，即不要清理和清理设备，其余材料不得堆放和整齐移动。该工具不会回到家中，原始记录记录不好，场景也不干净。
（4） 施工现场要贯彻全过程文明施工，随时清理现场垃圾，各种剩余材料要及时运走，真正做到工完场清；搞好场容场貌。
10 效益分析
（1）套管阀门管道注浆方法占地面积小，施工方便;
（2）套筒阀管灌浆法具有分段，分段，固定深度，定量，间歇，反复灌注的特点;
（3）套管阀管注浆可以控制不同地层的注浆量，无论是注浆效果还是次经济效益都被视为理想的注浆方法;
（4）套管阀管灌浆可实现多向，多角度灌浆。
11、应用实例
青岛地铁13号线黄东区间工程大里程段 ZSK17+575.176~ ZSK14+907.689 YSK17+575.176~ YSK14+907.689地质条件复杂，拱顶围岩薄弱或直接进入砂层。区间隧道拱顶围岩主要为厚2.2m粗砂层，厚0.9m厚的粉质粘土层和1.5m厚粗砂砾层，上部至下部地下水丰富。隧道顶板围岩较差，经爆破开挖扰动后，隧道顶部的中风化粗粒花岗岩易塌方，稍有不慎，就很有可能发生涌水、涌砂，造成隧道不断倒塌或严重的取水口和管道损坏。使建筑工人和机器设备面临巨大威胁。它甚至会导致项目报废。与套筒阀管灌浆相比，全面帷幕灌浆具有相似的止水效果，套筒阀管灌浆对拱顶砂层有较好的补强作用。同时，由于本工程位于西海岸经济新区，此条地铁干线维系着新区人民的交通出行，故对地铁工期有着极为严格的要求。因此，这两点的结合，使用效果更好，套管阀门管道灌浆方法的持续时间更短，更适合本项目。
设计表面的垂直注浆范围从拱顶以上3米到不透水层0.5米，侧向钢筋的范围从隧道挖掘外形3米开始。注浆孔梅式布置，孔距1米。套筒阀管采用直径50mm的PVC管材，钻孔直径80-100mm，钻孔垂直度误差小于1％。灌浆区出两米，灌浆材料采用水泥 - 水玻璃双浆。1-1：1.2，水泥浆与水玻璃的体积比1：0.8，水玻璃浓度30-35Be，中程注水比1：1-1:1.2的水泥浆。注浆从外部开始，注水的第一部分在两侧密封，然后加强中间层，以保证注浆的质量和范围。注浆压力根据水文地质条件和工程地质条件确定，设计终止压力一般比注浆场地静水压力大0.5-1.5MPa;
本工程于2016年3月19日进行场地平整，并于2016年5月28日完成现场恢复工作。总共历时70天，经实际开挖验证，大里程出水量较未加固前显著下降，土体加固情况良好，强度符合设计要求，取样样品为泥岩。
参考文献：
[1]张民庆 彭峰 《地下工程注浆技术》。北京：中铁隧道集团科研所，2008.
[2]《地铁设计规范》。GB 50157-2013。北京：中国建筑工业出版社，2013
[3]《建筑地基处理规范》。JGJ79-2012。北京：中国建筑工业出版社，2011
论文作者:王帅,郭东明,苏毅
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第18期
论文发表时间:2018/10/30
标签：注浆论文; 套筒论文; 钻孔论文; 浆液论文; 开环论文; 泥浆论文; 地层论文; 《建筑学研究前沿》2018年第18期论文;