围岩注浆堵水技术优化方案

1.注浆法原理

岩体中注射浆液的加固原理:在隧道周围的岩体中注浆时是在不改变地层各项组成的情况下,把地层中存在的水从土层的颗粒间强行挤出,从而使注射的浆液和围岩土体中的颗粒相结合形成具有坚实强度的结合体,达到改善围岩中土层强度的目的,这种方法称为注浆法。注浆法使隧道周围土层颗粒之间的黏聚力增大,土体颗粒之间的内摩擦力增大,围岩地层密实度和黏结强度大幅度增加,起到了加固地层的良好作用;当隧道周围的土体颗粒中充满了人工灌入的不易流动且固结的浆液后,土层的透水性大大降低,形成具有隔水或阻水性能的土体。

2.注浆法的分类

根据水文地质条件的不同,注浆法可以分为:水泥注浆法、黏土注浆法、硅化法和树脂注浆法。下面重点介绍两种常用的注浆法。

(1)水泥注浆法。当岩石的裂隙开度大于0.1 mm,围岩裂隙在任何静水压力下地下水的渗透速度都不大于600 m/d时,最适合应用水泥注浆法。

(2)树脂注浆法。脲醛树脂的黏度接近于水的黏度,具有很高的渗透能力,使用它可以固结渗透速度小于2 m/d的含水砂层。用脲醛树脂加固的岩石在pH=3～6的酸性介质中具有很高的稳定性。

但是,当前应用最成熟的方式是水泥注浆法。水泥注浆法拥有施工工艺简洁、使用方便、价格合理、可靠性高等优点。所以,只有在特殊的水文地质条件下才会使用树脂法。

3.浆液

注浆法使用的浆液应具有以下特点:第一,为加强围岩强度而使用的浆液流动性相对较好,从而确保围岩中的浆液在其周围的压力作用下能顺着围岩裂隙和土体孔隙流散到设计的加固范围;第二,注浆法使用的浆液具备良好的均质性和相对的稳定性,在给岩体注浆的时候保证填充含水围岩裂隙和土体孔隙的浆液不发生分层的现象;第三,浆液的初次凝结时间和最终凝结时间可以根据实际情况作一些微调,这样做的目的是能够确保注射的浆液能够沿着隧道周围岩石的裂隙和孔隙得到充分扩散;第四,注射的浆液应能够在隧道围岩的裂隙中与围岩原有的土体形成坚固致密的结合体;第五,浆液还应具有把水从裂隙中挤出去的能力;第六,注射使用的浆液必须具有一定的强度,以对抗岩体中地下静水压力;第七,注浆后形成的结石体应该尽量做到不发生收缩现象,同时保证结石率很高,只有这样才能够与隧道围岩的裂隙面很好地结合,并具有较好的抗侵蚀性和抗水性,避免加固围岩被地下水冲刷腐蚀。

浆液是多种建筑材料的混合体,但是为了改变浆液的速凝时间、提升浆液的抗渗性能,可以在其中添加合适的外加剂。(www.xing528.com)

1)水泥

低标号的水泥适用于大裂隙围岩,中等标号的水泥适用于中等发育的裂隙。当向微小裂隙的岩体注浆时,应当使用高标号水泥。此外,向裂隙含水量很大的岩层注浆时,因为裂隙中拥有大量的地下水,一般的浆液不能有效地填充裂隙,这时需要使用速凝水泥进行堵水。

2)水

配制浆液时,所使用的水资源中不能包含影响其正常凝结硬化的有害杂质,应当采用洁净的淡水,其pH<4。

3)外加剂

①速凝剂。通过在配制浆液的过程中添加速凝剂,如NaCl、碳酸钠等,在一定的温度条件下,速凝剂的添加会使得浆液的凝结硬化速度加快很多,速凝剂的添加量一般情况下占水泥总质量的3%。

②活性剂。活性剂的添加可以增强浆液的流动性。表面活性剂的添加量应当通过实验确定,表面活性剂会产生泡沫,为了使浆液不会起泡,应当在浆液中加入消泡剂,添加量占水总体积的3%。

③塑化剂。塑化剂可以使浆液的渗透能力得到很大的提高,通过研究表明,塑化剂的添加量应当占水泥总质量的0.1%～0.2%,通过塑化剂的添加,可以在很大程度上提升浆液在围岩裂隙中的扩散性,并且浆液渗透能力也得到了很大的提高。