论文岩溶富水区全断面注浆设计，本文是关于岩溶方面论文范文与岩溶和断面和注浆有关毕业论文模板范文.
摘 要：针对贵阳地铁2#线延安路站断层发育岩溶富水区基坑开挖后呈现涌水点多、水量大、压力高、分布不规则等特点,全站按照“以堵为主,适量排放”的原则对构造发育的岩溶富水区域进行全断面注浆止水设计.文章针对岩溶富水区全断面注浆设计进行了探讨.
关键词：岩溶富水区；全断面注浆；注浆设计；地铁工程；基坑开挖 文献标识码：A
中图分类号：U453 文章编号：1009-2374（2017）05-0155-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.05.075
1 工程概况
贵阳地铁2#线延安路车站处于贵阳向斜北部扬起端近轴黔灵山溶蚀残丘东面和贵阳溶蚀盆地核心地段,属于贵阳构造盆地中心区,处于喷水池岩溶浅洼地内及其边缘,现状地面呈北高南低之势,地面高程为1060.85～1064.15m.延安路车站长189.5m,宽23.9m,为地下三层15m岛式站台车站,车站两端接矿山法区间.施工采用明挖顺作工法,基坑最大开挖深度27.4m.拟建场地内有一条自师大照壁山沿延安路张扭性断层（F15,照壁山断层）通过,该断层走向为北东-南西向,在拟建场地内变为近东西向,在线路里程YDK23＋051处与线路成正交.根据区域地质资料,该断层为正断层,工程揭露断层南北两盘岩性分别为南盘三叠系中统松子坎组一段（T2sz1）泥质白云岩、泥质石灰岩和北盘三叠系安顺组下统二段（T1a2）、三段（T1a3）泥质白云岩、白云岩.
根据勘查资料,工作区及其周边受岩溶作用发育大量溶槽、溶洞、溶隙,,在照壁山断层的作用下,工作区内岩体裂隙发育并伴随厚度不等的断层破碎带,断层裂隙及溶洞内充填大量岩屑及粉质黏土,粉质黏土为黄褐色,根据位置不同分别呈现软塑和流塑状,揭露后易被水压力推移扰动或击穿,产生新的导水通道.
工作区内地下水丰富,埋深1.8～4.6m,以岩溶裂隙水和基岩裂隙水为主,补给方式主要以大气降水和泉水自流为主,补给范围广,来源丰富,地下水径流方向总体上由北向南径流,向地势较低处及南明河排泄.岩溶通道与断层特征结合,导致工作区内涌水呈现无规律性和突发性.自2015年12月初以来,随着基坑开挖深度和范围的加大,出水点不断增多,涌水量不断加大.基坑最大涌水量达到12000m3/d,单点最大涌水量达到8000m3/d,最大涌水压力达到130kPa,止水难度大.
2 止水方案的确定
由于工作区内照壁山断层为张断层,断层及相邻破碎区域为黏土充填,呈软塑及流塑态黏土对地下承压水几无封堵能力,造成地下水无规律突涌；根据现场测定,基坑内涌水含泥砂量常为0.2%～3%,最大瞬间含泥砂量大于15%,工作区周边建筑林立且多为高层建筑,因此,长时间涌水将对周边建筑物地基造成不利影响；经过贵阳市城市轨道交通有限公司、设计、勘查、施工多方多轮会商后决定本着“以堵为主,限制排放”的原则,采用全断面注浆方案对地下水进行封堵.
3 全断面帷幕注浆工艺原理
全断面帷幕注浆工艺原理如图1所示：
帷幕注浆是通过工作面钻孔将不同特定材料按不同比例配置而成的浆液,采用液压、气压或电化学原理等方法,通过压送设备将浆液灌入地层或裂缝内,浆液以填充、渗透、压密及劈裂等方式,驱赶岩石裂隙中的水、空气后占据其空间位置,待浆液胶凝、固化之后,改变原有工程特性提高其强度和稳定性,形成止水帷幕以达到堵水的目的.
全断面帷幕注浆工法由日本于20世纪70年代结合青函隧道创建.该工法是对基坑、隧道开挖引起的松动圈进行注浆加固,在基坑各断面进行止水帷幕注浆形成全断面止水帷幕,以此来抵外抗水压力实现全面止水.
结合贵阳地铁2#线延安路车站基坑开挖的工程地质特点与该地区的地质构造等情况,要制定切实可行、科学合理的全断面帷幕注浆设计方案,保证堵水效果,必须对注浆材料、注浆压力、浆液扩散半径等参数进行严格的控制和确定.
4 注浆材料的选择
针对贵阳地铁2#线延安路站基坑内水量大、压力高、岩层破碎、岩溶发育等特点,采用了3种不同的浆液,通过综合调查对不同特点的区域采用不同浆液进行注浆,以达到最优注浆效果.
4.1 普通水泥单液浆
普通水泥单液浆是指不包括附加剂,仅用普通水泥和水调制而成的浆液,简称C浆.综合现场注浆验证情况,普通水泥单液浆具有以下特点：（1）资源丰富,低廉；（2）工艺设备简单,操作方便,对工人要求低；（3）浆液结石体强度高,抗压强度大,抗渗性能好；（4）浆液初凝时间长,抗分散性差,在富水区易被地下水稀释和冲走,不易控制；（5）终凝时间长,强度上升缓慢,注浆完成后不能立即开挖；（6）水泥颗粒粒径相对较大,难以注入0.2mm以下的裂隙中.
通过在现场进行不同浆液配比分组试验,取得了不同配比下的单液浆凝胶时间（表1）.
4.2 水泥—水玻璃双液浆
水泥—水玻璃双液浆亦称为CS浆液,是以水泥和水玻璃为主剂,两者按一定比例采用双液方式注入,必要时加入附加剂所形成的注浆材料.其避免了单液浆凝固时间长不易控制等缺点,保证了注浆效果,是一种用途广泛效果良好的注浆材料（表2）.其具有以下特点：（1）通过不同配比调整凝胶时间,实现控制性注浆；（2）浆液渗透性强,适用地层广；（3）凝结时间短,抗压强度较低,耐久性较差；（4）材料来源丰富,便宜且对环境无污染；（5）施工工艺要求高,凝结时间短,操作不当容易造成设备堵塞,对工人要求高.
通过调整水玻璃与水泥的配比,使两者充分进行化学反应,最终达到较高的结石强度.根据现场试验（采用42.5R普通水泥,水玻璃波美度在30～45之间）可以得出,在水灰比一定的条件下,当水泥—水玻璃体积比为0.4～0.7时,结石体强度较高；在水泥—水玻璃配比不变的情况下,水灰比越小,结石体强度越高（图2）.
4.3 普通水泥—宏宇①号水玻璃双液浆
宏宇①号水玻璃是中南大学历时多年研发的一种新型水玻璃,其主要在普通水玻璃中加入多种辅助剂混合而成；其初凝时间极短,形成具有网状包裹的块状不易受流水冲散,在封堵涌水的过程中具有独特的优势和效果.和普通水泥及普通水玻璃双液浆相比,普通水泥—宏宇①号水玻璃双液浆具有以下特点：（1）初凝时间更短,瞬间至十几秒可完成初凝,结石效果好,抗压强度大；（2）浆液渗透性较差,浆液扩散半径小；（3）浆液可瞬间以块状初凝,且高分子材料在其形成一层网状包裹,使其不受水流分散；（4）原料供应较少,较普通水玻璃高；（5）施工工艺要求高,凝结时间短,操作不当容易造成设备堵塞,对工人要求高.
在注浆施工过程中,浆液类型的选择基本根据地下水赋存情况、岩溶发育状况和涌水量等因素综合确定,当遇到断层破碎带或者岩溶发育区域时多使用单液浆或水泥—水玻璃双液浆,当遇到裂隙发育含大量稀泥或者少量水涌出时使用普通水泥—普通水玻璃单液浆,当出现涌水且水量较大、水压高时使用普通水泥—宏宇①号水玻璃双液浆进行快速堵水.在注浆过程使用的3种注浆材料各有特点,在堵水过程中应考虑各材料的特性,通过不同材料配合使用以达到经济、快速、高效的堵水目的.
5 注浆参数的确定
5.1 注浆加固范围
通过现场试验结果分析,经过对现场综合地质条件、理论模拟计算并结合以往工程经验,通过断层破碎带基坑开挖施工注浆加固区域为基坑开挖轮廓线外4m.
5.2 浆液扩散半径
通过后期开挖揭露,浆液主要以劈裂的方式进行扩散,浆液在注浆压力作用下克服地层的切应力和抗拉强度,使其在垂直于最小主应力的平面上劈裂,劈裂渗透扩散采用下式计算：
式中：R为浆液渗透半径（cm）；ρw为水的密度（g/cm3）；g为重力加速度（m/s2）；h为注浆压力（水头压力高度,cm）；re为空隙的等效半径（cm）；S为注浆材料的凝胶强度（dyn/cm2）；r为注浆孔半径（cm）.
根据现场情况计算与工程经验类比,在施工过程中通过开展注浆试验和注浆效果验证、评判后修正,最终确定注浆扩散半径为1.5m.
5.3 注浆压力的确定
注浆压力是注浆工艺的重要参数,其对浆液扩散范围和注浆效果的好坏具有决定性作用.本次注浆设计压力一般比净水压力大0.5～1.0MPa；在封堵涌水时,注浆压力按下式计算：
P＝（2～4）MPa＋Po
式中：P为注浆终孔压力（MPa）；Po为涌水压力（MPa）；综合考虑基坑内的工程地质条件和涌水情况,注浆压力确定为1.5～2.5MPa.
5.4 注浆段长和注浆孔布置
在施工过程中,综合考虑场地综合工程水文地质情况、选择合适的钻机,根据钻机的能力、设计止水帷幕厚度等内容确定注浆段长度；延安路站底板设计深度为28m,抗拔桩深度位于底板以下7m,注浆加固范围为4m,由于注浆工作面位于基坑开挖15m深度平面,所以注浆段长为24m.
贵阳地铁2#线延安路车站采用全断面注浆堵水,注浆加固范围为基坑开挖轮廓线外4m,基坑横向止水帷幕共7个节段总长181.5m,纵向在3至6节段末尾设置1道长12m的纵向止水帷幕（共4道）,确保每一个节段注浆效果具有独立性和可控性（图3）.
5.5 注浆方式
在本次施工过程中采用前进式分段注浆或全孔一次压入式注浆,主要由钻孔揭露地层情况决定注浆方式.在钻孔过程中出现黄泥夹层或涌水等情况,则立即提钻开展注浆,后采用钻一段注一段的方式进行注浆,直到终孔；若在钻探过程中未出现黄泥或涌水等情况,则采取一钻到底,全孔一次压入式注浆.
5.6 注浆分段长度
在预注浆过程中,针对基坑内含有黄泥、岩溶发育区域多采用前进式分段注浆进行,分段长度根据现场地质情况确定,由于基坑内地层多为断层破碎带与泥岩灰岩互层,为保证注浆效果,确定分段长度为4～7m.
5.7 浆液注入量
单孔注浆量由注浆扩散单价和地层裂隙率决定,经统计和计算单孔浆液注入量Q＝3.2～24.5m3,按照如下公式计算：
Q＝πR2Lnαη
式中：Q为单孔注浆量（m 3）；R为浆液扩散半径（m）；L为注浆孔长（m）；n为地层裂隙率,取0 . 5 % ～ 3 % ； α为浆液在岩石裂隙中的充填系数,取0.3～0.9；η为浆液消耗率取1.
5.8 注浆速度
注浆速度主要由浆液在裂隙中的摩擦阻力与裂隙大小、延伸长度及填充物性质和浆液自身浓度和黏度共同决定；注浆速度主要根据现场情况确定,若注浆孔无涌水和黄泥夹层时,注浆速度为30～60L/min；若出现涌水（水量≤60L/min）或黄泥夹层时,注浆速度为60～120L/min；若出现大量涌水（水量＞60L/min）时,注浆速度为120～180L/min.
5.9 注浆结束标准
注浆结束标准根据注浆压力和注浆量来控制.当注浆压力逐步升高,达到设计终压并继续注浆5～10min或者单孔注浆量与设计注浆量大致相同,注浆结束时的进浆量在20L/min以下,结束本孔注浆.
注浆结束时,先打开泄浆管阀门,再关闭进浆管阀门并用清水将注浆管冲洗干净后停机.
6 结语
（1）从现今的注浆工艺水平来看,对构造复杂、岩溶发育的富水区域进行完全堵水,难度较大、过程复杂且成本较高；注浆后,均会残留个别位置的涌水,其水量小一般不超过每延米渗水量1m3/d,通过监测,注浆对周边地下水和建筑物基本无影响,实现了工程建设与生态环境协同发展的目标；（2）注浆效果的好坏主要取决于注浆参数的确定.贵阳地铁2#线延安路车站基坑在注浆堵水过程中,针对断层破碎区、岩溶富水区、地层完整区,分别采取不同注浆材料、注浆速度、注浆量等参数,对保证止水质量和施工进度具有重要的作用；（3）现贵阳市地铁轨道交通建设属于起步阶段,针对贵阳地区地下水位浅、水源丰富、岩溶发育、地质构造复杂等综合情况,延安路站采用全断面注浆止水并且达到了堵水效果良好,实现了工程建设与生态环境协同发展,对贵阳市其他后续地铁建设具有引导和参考的重要作用.
参考文献
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作者简介：涂文良（1984-）,男,江西进贤人,中铁二十四局集团南昌铁路工程有限公司工程师,研究方向：土木工程.
（责任编辑：小 燕）
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参考文献：
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