地下建筑特殊施工技术复习1

一：地下工程中遇到的常见问题：

工程地质和水文地质对施工的成败起着重要甚至决定性的影响。这就要求在勘测设计阶段赢多好详细的地址和水文地质调查与勘探工作。这些内容包括：岩层的物理力学性质，裂隙产状与发育程度，应力分布特征，岩体稳定性，地下水状态，有害气体，地温状况。

①地下水患（这是主要问题）

②地热，应该做好降温工作。

③有毒气体如瓦斯等，应该做好通风工作。

④软岩，应该做好支护工作。

⑤矿山建设的自动化管理。

二：关于地下水患的危害

影响工程进度，延长工期。对水患的处理，必然增加投资。混凝土进水之后，强度降低，影响工程质量。④作业环境差。⑤发生突水、涌沙等现象危急人身安全。

三：地下水的分类

①上层滞水，地表水下渗，积聚在局部透水性小的黏性土隔水层上的水。

②潜水，埋藏在地表以下，第一个连续分布的稳定隔水层以上，具有自由水面的重力水。

③承压水，埋藏在两个连续分布的稳定隔水层之间，完全充满的有一定压力的地下水。

④地下水的涌水特征

A、主要来源：  地表水，地下水，包括松散层孔隙水、基岩裂隙水，和可容岩溶洞水，大气降水和老窖水。

B、主要通道：①天然通道：土层的孔隙，岩层的裂隙，岩层的溶隙②人为通道：未封闭或封孔质量不好的钻孔，矿石压力对顶底板的破坏，排水引起新的补给。

四：地层的分类

①不稳定的含水表土层。其中有见水膨胀，易于流变的黏土，和能够见水流动的沙性土（又称沙的液化）。

②稳定的含水裂隙岩层或破碎带。特点是含水的隐蔽性与不确定性。在地质勘探中不能够准确反映地下水的分布情况。

五：常见处理方法以及各自特征

人工降低水位法或人工排水法（临时，排），排水，加固地层能力强。

冻结法（临时的），防水和加固地层能力强，不污染水质。注浆法（永久性。堵），设备投入少，操作简单，成本低，见效快，工程质量可靠。④帷幕法，刚度大，整体性好，耐久性好，抗渗透性好。⑤沉井。占地面积小，挖土量少，对邻近建筑物影响小。⑥钻井法：地层适应性强，机械化强度高，劳动强度低。 

六：人工降低水位法简介

(1)明排法

工艺过程   基坑开挖至地下水位时，在基坑周围内基础范围以外开挖排水沟或在基坑开挖排水沟。相隔一定距离设集水井，地下水沿排水沟流入集水井，然后用水泵将水抽走。

局限性  当地下水压较大而又为细粉砂时，采用明排法往往会发生涌砂冒泥即流砂现象，难以施工。

（2）人工降低地下水位法

原理  在井筒或地下工程基坑开挖前，预先在其四周埋设一定数量的滤水管或井，用抽水设备抽水，形成联合降水漏斗，使地下水位降落到坑底以下，同时在开挖过程中仍不断抽水。

作用   A:从根本上防止流砂现象的发生，改善了工作条件，同时由于土中水被排除后，动水压力减少或消除，边坡可以放陡，减少挖土量。B:由于渗流向下，在动水压力的作用下，增加了土颗粒间的压力，使坑底土层更为密实。

具体方法

A轻型井点   沿基坑四周将许多根直径较细的井点管埋入地下含水层内，井点管的上端通过弯管与总管相连接，用抽水设备将地下水从井点管内不断抽出，这样便可将原有地下水降至坑底以下。轻型井点包括由井点管、总管组成的管路系统和抽吸设备两大部分。

B：喷射井点   

适用条件：   当基坑开挖深度或降水深度超过6m时，上述轻型井点必须采用多层井点，但增加了挖土量与设备数量，有时因场地狭小，不可能布置。此时可考虑采用喷射井点。

工作原理：   喷射井点系统除抽水原理与轻型井点系统不同外，两者的布置基本相同。高压水泵将具有一定压力的工作水通过供水总管分配到各个井点管，从各个井点管的内管与外管之间的环形空腔入进水窗，由喷嘴喷出。因喷射水流流速急剧增加，压力水头相应降低，吸走周围空气而形成高度真空(700mm以上)。管内外的压力差将地下压力水吸入井管。地下水及一部分空气通过滤网，从滤管中的芯管上升至扬水器，经过喷嘴两侧与喷射出来的高速水流一起进入混合室，并在混合室中混合，进行能量交换，流速逐渐减小，由流速水头逐渐变为压力水头，地下水被排至地面，并经排水总管进入集水池重新参与工作循环，多余的水被排走。

C：管井井点和深井泵井点适用条件   在遇有流砂，特别是地下水充沛的土层，宜用管井井点或深井泵井点，两者与轻型井点的不同之处是每个井点均单独采用一台泵，而后者是将泵放置在井管中。

D:电渗井点适用条件     在饱和的粘性土中，由于土的透水性差，用一般的抽水方法很难抽出地下水，因此，必须用电渗井点排水。电渗与电泳   在饱和粘土中插入两根电极，通过直流电，则阳极周围的土中水会向阴极流动，土中细颗粒向阳极移动或压密，前者称电渗现象，后者称电泳现象。

电渗现象在粘土颗粒含量多且含水量大的饱和土层较显著，若含水量接近塑性限界，则电渗现象很弱。电泳现象是带负电荷的土颗粒由阴极向阳极移动，对土层起固结作用，从而对软土地基有加强作用。电渗井点布置，（金属棒——钢筋和井点管的阴阳极）。

（3）板桩法适用条件：   当通过厚度不大（含水层厚度大，板桩未插入隔水层会发生何情况）的松软岩层或不稳定含水层的地下工程施工中，不含漂石、探头石等。可采用板桩法施工。

实质（工艺过程）：  在地下工程尚未开挖前，在其开挖范围以外，将板桩依次打入，穿过不稳定含水层，插入到隔水层一定深度（即预先在地下构筑防水帷幕）。此后，在板桩的临时支护下进行开挖与砌筑作业。技术要求：    A：松散，均质的含水层。B：横向支撑可靠。C：开挖面与预期最底面有一定的高度。

七：冻结法简介

（一）冻结法概念：   在开凿的井筒周围布置冻结器，采用机械压缩方法制冷，通过低温盐水或液氮或干冰在冻结器内循环，吸收松散含水地层的热量，使得地层冻结，逐渐形成一个封闭的能够抵挡水压的,有一定强度和厚度的冻结体（临时防护结构），在其保护下进行岩土开挖的特殊施工方法。

（二）冻结法特点：    防水和加固地层能力强，又不污染水质，特别适用于在松散含水表土层的土木工程施工。但是造价高，冻结前循环时间较长。

（三）冻结法分类：   

(1)自然冻结法来自西伯利亚河床下金矿开采。（包括直接冻结和木垛加碎石冻结） (2)人工冻结法（压缩机制冷）

制冷、冻结原理    

A：关键要点：   物质的状态变化伴随热量的传递，二是热的传递规律（第二定律）。

B：制冷剂的概念：   制冷的过程也就是利用某种特定的物质的状态变化来实现的，这种物质叫制冷剂。

C：制冷剂的要求：    必须是汽化温度低于0度（必要条件），这类物质很多，常用的有：氨（一个大气压下，汽化温度—35℃）、液氮（—195℃）、CO2（—78℃）,氟里昂(—30℃)等。

D：通过外界作功实现制冷    热量从高温热源到低温热源传递是热力学第二定律，我们的目的是将热量从低温热源向高温热源传递。如何人为造成制冷剂状态变换机制，即能实现制冷？途径就是外界作功。

工艺过程（也就是一级压缩制冷）

A：人工冻结热量传递的途径是：       岩土（冻土）→盐水→氨→冷却水→大自然。

B：下面介绍冻结法中的三大循环

a:氨（制冷剂）循环：   

作用：   氨不断通过管路，外界做功   

具体：   饱和蒸汽氨（-35℃）由1进入压缩机，压缩机对其作功，饱和蒸汽氨变成过热蒸汽氨（+120℃），沿等熵线到达2；过热蒸汽氨等压进入冷凝器，与冷却水进行热交换，转化为饱和蒸汽氨（+30℃），到达3｀（+30℃）为饱和液态，继续冷却变为过冷液态3（+25℃），经过调节阀，等焓降压到4，进行汽化，同时吸收周围介质（冷媒剂）的热量，到达1（-35℃），至此完成一次制冷循环，周而复始，达到制冷的目的。

b:盐水（冷媒剂）循环  

作用：   盐水不断吸收岩土的热量使其冻结，直到达到设计的冻土厚度。 

具体：    盐水在蒸发器内，吸收氨气的冷量，低温盐水由盐水泵，有供液管进入冻结管，与岩土进行热交换后进入回液管，再回到蒸发器，完成一次盐水循环。 

c:冷却水循环：

作用：  将冷量排放到大气中

具体：   过热蒸汽氨等压进入冷凝器，与冷却水进行热交换，转化为饱和蒸汽氨（+30℃）

二级压缩制冷

中间冷却器的作用：    把过热蒸汽氨变成饱和蒸汽氨；增加制冷量；能够制得温度更低的盐水。

(四)冻土的力学性质：

（1）水的分类：

分为自由水与结合水，其中结合水又分为强结合水（又称为吸附水，特点是通常温度时冻不上）与弱结合水（又称为薄膜水，特点是能够水分迁移—未冻水向冻结区流动补充）。

吸附水，薄膜水危害：使冻胀水增加，水分迁移，削弱冻土强度。

（2）土层的冻结过程

①冷却段：向土体供冷初期，土体逐渐降温到冰点。

②过冷段：土体降到零度以下时，自由水尚不结冰，呈现过冷现象 

③突变段：水过冷后，一旦结晶就立刻释放结冰潜热出现升温过程 

④冻结段：温度上升到接近零度时稳定下来，土体中的水便产生结冰过程，矿物颗粒胶结在一起形成冻土

⑤冻土继续冷却，冻土的强度逐渐增大。

（五）冻结方案

（１）目的：  　　　要要少挖冻土；节省能源。

（２）冻结方案：　　　一次全深冻结，双排管冻结，异径冻结管冻结，差异冻结，分期冻结，局部冻结。

（３）冻结站位置的选择：   供水，供电，排水方便；与几个要冻结的井筒总距离最短；

（４）水源井的选取：   水源井要选在冻结管上游（否则形成死循环）；冻结管要离开水源井抽水形成的降水漏斗。

（５）三孔作用及其位置：

中间是冻结孔，外侧是测温孔（在预计冻结壁的外缘测试零点温度），水文观测孔（离井口中心一两米处，将内外水隔绝，把内部水挤出来）

①冻结孔：用于计算冻土强度。深度必须大于冻结深度5—15cm

②测量孔：找零度面。应当穿过主要的含水层。

③水观察孔：确定冻结壁是否胶圈，标定方位。应当穿过主要含水层并小于冻结深度。

（６）开挖时间的选择（冻结工作完成的标志）   水文观测孔流水，测温孔所测的边界达到了要求；预开挖；正式开挖，消极冻结（维持冻结壁厚度强度）。

（六）技术难题

（1）冻胀与融沉  原因是气、固、液三态变化，引起体积的变化。

（2）低温下工作：  地面热风到达工作面时变成雾。

（3）冻结管开裂：  侧向位移或者震动爆破引起。

（4）支护时产生了裂隙：  低温下，放出潜热，冻土化了，冻结管带走热量，再结冰时会有水分迁移，产生冻胀力，使混凝土井壁产生裂隙。减低强度，造成漏水、涌水。可以用注浆法堵漏。

（5）克服冻胀力，防止温差的措施： 采用双层井壁的方法。外层短掘短砌，中间要有隔水隔温层（可以用泡沫板，油毡纸），内层一次再做一层井壁。

八：注浆法简介

（一）注浆法的提出，施工中的问题 

1.涌水（冒水）：    如深基坑开挖（也可通过地面井点排水解决）、地铁、隧道工程、人防工程、矿山井巷工程、露天开采工程、地下商业街等，施工中常常遇到涌水问题，无法正常施工。这些地下水可分为静水（自然水头）、动水（地下暗河）、承压水（隔水层）。岩土开挖后，地下水由于失去平衡而沿着岩层的裂隙或土层的空隙涌入地下空间，危机人身安全。 2．漏（渗）水：   地下结构施工或竣工使用后，在地下水头的作用下，地下水会沿着结构缝、施工缝或质量薄弱部（在水环境下难以保证施工质量）位漏（渗）入地下空间。如地铁、隧道、地下室、坝体漏（渗）水等，也可以通过敷设隔水层加以解决。3.沉降与失稳：   在软岩、地下降水或人为扰动的影响会造成建筑物的沉降甚至失稳，如比萨斜塔、西安大雁塔等；建筑物倒塌事故（平均每天一栋，80%以上是基础的处理不当或未处理所造成的）；地下空间开挖后的塌落（冒顶或片邦）；路基路面的突起或塌陷等。

（二）注浆法（1）含义：  将可凝固的浆液在注浆压力的作用下，注入到岩层的裂隙或土层的孔隙中，用以堵水或加固的作用（通俗地讲就像医生给病人注射液体类似---血管既裂隙，不同的是注入的材料同）。

（2）注浆法实质：   人为地改变客观的地质环境。如地下工程的堵水加固工程、坝体防渗工程、山体护坡（边坡稳定）工程、建筑基础（房屋、桥梁等）加固工程及路基加固工程等。

（3）工艺过程   浆液配制同时钻孔和注浆设备安装→压水实验→注浆→压水→质检→施工。

（三）注浆法堵水加固原理

（1）：渗流注浆原理（即岩层裂隙中的扩散规律---充塞作用）A：含义：   在岩层裂隙注浆中常用单液水泥浆或水泥---水玻璃浆。水泥浆属于悬浊液的非稳定材料（静放后有沉降），水泥浆在岩层裂隙中的流态是由紊流变为层流，在层流状态下固体颗粒沉降而产生充塞作用（紊流状态中固体颗粒呈脉动流动，使其保持悬浮状态，层流状态中固体颗间无交换现象，颗粒靠自重下落，沉积凝固）。B：流速与注浆压力关系密切：   在一定过水断面，注压大、流速高，但是随着液流长度的增加压力减弱（克服裂隙的摩阻力）、流速降低、浆液由紊流变为层流，水泥颗粒开始沉降。

Ｃ：此过程中出现的阶段： a阶段：浆液在注浆压力作用下通过注浆孔进入岩层裂隙，此时注浆压力必须大于水压力。

b阶段：上部水泥颗粒降入中区被带走，下部沉积，故过浆断面缩小，压力、流速增加，但不足以将全部沉积物带走；c阶段：在这些沉积物的后面，压力、流速突然减低，并在其后发生新的沉积；d阶段：随着沉积床的增大，流量减少、压力增大，沉积床上端发生沉积，直到整个钻孔，至此完成裂隙全过程充塞过程。

D：注意的几个问题：浆液的凝胶时间（时间的长与短均是不允许的）；不能立即卸压（待结石体有一定强度）。(2)管道（割裂或脉状）注浆

粘土层或细砂土层的挤压加固注浆（利用化学浆或磨细水泥高压注浆）。

注浆过程：   首先是孔隙水被排除，浆液挤入孔隙并沿薄弱部位压出一树状通道，随着浆液的不断扩散，土层的密实性、抗渗性稳定性增加（枝体间的土体被压密、枝体为“筋体”）,形成有一定强度的复合体。（3）渗透注浆（均匀扩散）在流砂层、粗砂层，采用单液水泥浆、化学浆或磨细水泥浆，高压注入。

注浆过程：    均匀排水、浆液扩散、挤压、密实，形成固砂体。

(四)注浆的主要影响因素

（1）地质及水文地质影响

地质及水文地质条件千差万别，注浆工程施工前，科学准确地探测、分析研究地质及水文地质状况（如含水量、赋存深度、水压、水质、裂隙产状、孔隙率等）是保证注浆效果、甚至是工程成败的关键。目前的探测手段（抽、压水、超声波等）可靠度低（30%左右），对工程造成极大的被动 。（2）注浆材料的影响A：注浆材料的作用

注浆材料是注浆技术的主体，注浆材料的性能直接影响注浆效果及注浆成本。同时对注浆技术的发展起主导作用。（注浆注浆技术的发展是随着注浆材料的发展而逐步兴盛起来的。最开始是使用黏土与石灰浆，后来发明水泥之后使用水泥，接下来是使用化学浆液，主要是水玻璃，其中丙烯酰胺类使用也挺广泛）

B：选择注浆材料的指标（对注浆材料的要求）

可注性（指浆液的流动性好—即粘度小、渗透能力强）；

可控性（指浆液凝胶时间人为控制，即不能扩散的过远又能够达到要求的距离）；

抗渗性（指浆液结石后有较强的抗渗水能力），结实后的收缩量小，结石率高、抗渗性强；

良好的稳定性。

成本低，无污染。

C：常用注浆材料

单液水泥浆、水泥---水玻璃浆（CS）、化学浆（水玻璃类、脲醛树脂类、烙木素类、聚氨脂类、丙烯酰胺类等）。1.单液水泥浆常用的水泥品种有325#、425#普通硅酸盐水泥。这种浆液配制简单，结石后的强度高，但是其稳定性差、结石率低、凝胶时间长（长达十几个小时），一般仅用于裂隙岩层静水条件下。为了改善单液水泥浆的性能常加入某些添加剂，如NaCl、水玻璃、红星1#2#等，或采用水泥新品种，如磨细水泥、膨胀水泥、速凝水泥等。 2. CS浆液

在单液水泥浆中加入少量的水玻璃是为了加速浆液的凝胶，当水玻璃加到一定程度，单液水泥浆的特性发生了质的变化（凝胶时间可调、稳定性增强、抗渗性好），经过工程实践，形成了较为完善的双液浆体系。CS浆是我国注浆工程中最常用的注浆材料，常用于裂隙大水、动水、壁后注浆、直接堵漏注浆的情况，水玻璃又称刨花碱（Na2O.nSiO2）——含氧硅酸钠，是石英砂与碳酸钠在高温条件下反应而得到的副产品，

衡量水玻璃的两个重要的性能指标是模数和波美度，

M=SiO2/Na2O       取2.4~2.8Be’=145-145/γ       取30~35衡量CS浆液的两个重要指标是抗压强度和凝胶时间。抗压强度：有最佳级配的问题，即一定量的与一定量的水玻璃反应，当比例相当时强度最高 。在未达到以前c/s越高反应越充分，强度越高，当等于s/c时强度达到最高值，当超过s / c 时，再增加水玻璃则强度下降（多余的水玻璃不参与反应，而水玻璃本身是没有机械强度的）。凝胶时间：影响浆液凝胶时间的因素很多，如水灰比、水泥品种、水玻璃浓度、c/s、环境温度等，①.水泥品种的影响：含硅酸三钙越多凝胶时间越短；水泥越新时间越短；w/c越小时间越短。②.水泥浆及水玻璃浓度的影响：在w/c一定的条件下波美度越高则凝胶时间越长；在波美度一定的条件下w/c越高 则凝胶时间越长。③.温度的影响：温度越高则凝胶时间越短。④. c/s（水泥与水玻璃的体积比）的影响：上述三种影响凝胶时间的因素理论上是成立的，但在施工中不易人为准确控制。而通过调整水泥与水玻璃的体积比就能较准确地控制凝胶时间，双液注浆通过控制两种浆液的不同流量而达到上述目的。3.水玻璃类浆液（溶液型）水玻璃本身不能称做注浆材料（即不能从液态转化为固态），只有在固化物的作用下才能产生凝胶物。一般地需加入酸性盐或有机物，产生硅酸——稳定结构。

4.CSC浆液

粘土水泥浆（黏土60%到80%，水泥15%到20%，再加些水玻璃，加添加剂）

特点：省钱，粘土来源丰富，性能优良，结实体饱满，弹塑性好（可以抗震）。

（3）注浆参数的影响为了最大限度地克服注浆的盲目性，实现注浆工程的科学化，就应有科学的控制参数，对注浆工程实现全过程控制。

A：注浆设备的影响

注浆设备是注浆工程的必备硬件。注浆设备系统简单、操作方便，主要包括：注浆泵（动力源，有单液泵、双液泵、液压泵、电动泵及风动泵等）、搅拌机（风动、电动）、混合器（类似“三通”实现不同浆液的均匀混合）、止浆塞（防止跑浆、实现分段注浆的技术手段）。

B：注浆压力P注浆压力是给予浆液扩散、充塞、压实的能力。压力过大则浆液扩散过远，造成浪费，压力过小则浆液难以进入，或达不到所需的厚度而造成注浆失效。影响注浆压力的因素很多，可用以下函数关系表示：Po=f(H, Ro , μ, 1/K , 1/t)式中     H——水头压力；         Ro——扩散距离；         μ——浆液粘度；         1/K——裂隙开度；         1/t——凝胶时间。

考虑静水压，岩层重量。

C．注入量Q注入量是了解浆液的充塞状态、选择注浆泵、材料估算及配制浆液的依据，

按理想状态下柱状体（如渗透注浆）估算：Qo= πR2hnβA式中  A——浆液损耗系数（大于1）      R——扩散半径；      n——孔隙率，%；     β——浆液充填系数（小于1）。D：有效扩散半径R有效扩散半径或叫有效扩散距离是指浆液扩散后形成有效堵水或加固厚度所需要的扩散距离。

下面以裂隙注浆为例探讨如何估算有效扩散距离。

为了使问题明了化，便于问题的研究,做如下的简化，即将结石体简化为直径为裂隙开度δ（即裂隙直径）的圆柱体，柱体的表面积所受的抗剪切应力为τc，则合抗力为Tc，挡水断面所受应力为Pb.，合力为Fb。为保证有效堵水则应满足：         Tc≥Fb         Tc=[τc]πδR         Fb=Pbπ（δ/2）2 代入上式简化后得出有效扩散距离为：R≥NδPb/ [τc]  (N：综合系数）

E:注浆段高

(4)注浆方式（方案）的影响根据地质及水文地质条件的要求，一般把注浆方式（方案）分为：地面预注浆（一次注全深，前进式、后退式），工作面注浆，后注浆。如果选择不当既浪费材料、增加工程难度，也难以保证注浆效果。 

A：地面预注浆

土体开挖前预先打孔注浆。如果注浆段较长则进行分段注浆，都是通过止浆塞实现分段注浆的，但止浆效果不理想是个技术问题，分段注浆时上分段或下分段都能得到复注，提高注浆效果。

优点：安全，方便运输材料，工作空间大。

分段下行式：   从地面开始，自上而下钻一段注一段，钻孔与注浆交替进行，直到注浆设计终深，然后再由下而上进行复注。注下段时能有效阻止浆液上冒。但是钻孔工作量大，交替作业工期长。

分段上行式：       注浆孔一次钻到注浆终深，利用止浆塞进行自下而上的分段注浆。无重复钻孔，能加快施工速度。要求：止浆塞工作可靠，无大的纵向裂隙且较稳定的裂隙岩层。

一次注全深：     注浆孔一次钻到注浆终深，然后对全深进行一次注浆。施工简单，工期较短。由于段高大，浆液扩散不均匀，并且要求供浆的能力较大，适用于埋藏较浅，裂隙比较均匀的含水层。B:工作面注浆

与地面预注浆基本相同，只是工作场地不同。如隧道掘进施工中，打探孔，探知前方有水，此时应在距含水段一定距离前停止掘进，必要时构筑一个位置、结果合适的止浆垫（或止浆墙），打孔注浆，工作面的渗漏水情况检查（通过压水试验）然后继续掘进。

优点：能够有效保证注浆效果，见效快。C:后注浆（直接堵漏注浆）

地下构筑物形成后渗漏水的注浆处理方法。即将注浆孔打入构筑物内或构筑物后，从里向外止水，是一种主动的标本兼制的水处理方法，设备布置简单，见效快,直接堵漏技术是行之有效的新技术。

主要工艺过程：   压颜色水，以确定水道，寻找最佳布孔位置、钻孔深度及钻孔角度。测定过水时间，以确定浆液的凝胶时间；向堵漏器加速凝堵漏材料，根据返浆情况及时停泵，结束注浆。浆液遇水后，将沿压力降方向，向漏水点反向流动，当流至出水点时，按设定的时间，此时堵漏材料刚好凝胶，停泵结束注浆，完成堵漏过程。

（五）复杂地层的注浆方法所说的复杂地层是指裂隙或孔隙不发育，浆液难以注入或裂隙、孔隙十分发育，已经形成大的孔洞或溶洞，甚至形成地下暗河（如本溪水洞）。此类地层给注浆带来很大困难，常规注浆难以奏效,下面介绍几种成功的注浆方法。

（1）：裂隙不发育、注入困难（高压不进浆）方案一：压裂法。       利用清水或稀浆高压注入，待正常进浆后，再根据压力、流量的大小调整浓度。原理：难以注入无非是裂隙开度小、连通性差，高压稀浆进入裂隙增加了裂隙的开度，且使不连续的裂隙连通，从而提高了吸浆量。技术关键：注意观察进浆量的变化，逐渐调高浓度，保证注浆过程的连续性（不停泵、不卸压），否则打开的裂隙又恢复了原状。在后注浆中，注浆压力以不超过结构的承载能力为原则。此法在软岩、破碎带较理想。

方案二：预处理法。     

适用范围：稳定的裂隙岩层。

工作流程：压水实验→注入处理液（例如稀释的水玻璃）→压水（把过多的水玻璃冲走，只留下很薄的一层以润滑裂隙）→注浆。

方案三：爆破注浆法。

适用范围：具备足够强度（＞20MPa）的脆性岩层。

方法关键：炸药类型与数量的确定，达到预期的振动爆破效果（2）：大空洞、溶洞、大裂隙（跑浆不升压）

后果：造成浆液损失，影响注浆效果，而且污染周边环境方案一：材料方面  增加浆液浓度、或采用双液浆、或加惰性材料（砂、碎石、炉渣、锯末、压缩木串等）。方案二：注浆设备方面  采用大流量泵，或数台泵并联以增大流量。方案三：注浆工艺方面   间歇（间隔）注浆，间歇时间不超过浆液的初凝时间。    

（六）新技术—高压旋喷注浆

（1）含义以及固结体形状与喷射流的移动方向之间的关系

高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通过安装在钻杆（喷杆）杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一般使用水泥浆液)，同时钻杆（喷杆）以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有一定性能和形状的固结体。

喷嘴边旋转喷射，边提升，在地基中形成较大的负压区，携带同时压入的浆液充填空隙，就会在地基中形成直径较大、强度较高的固结体，起到加固地基的作用。

固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳定等工程。（2）加固机理  高压旋喷法：如三管高喷法用压缩空气包裹高压喷射水流冲击破坏搅动土体，同时用低压灌浆泵灌入浆液，浆液被高压水、气射流卷吸带入，同时与被搅动土体混合形成固结体。加固地基，形成桩、板、墙的机理可用五种作用来说明： A：高压喷射流切割破坏土体作用

喷流动压以脉冲形式冲击土体，使土体结构破坏出现空洞。B:混合搅拌作用     钻杆在旋转和提升的过程中，在射流后面形成空隙，在喷射压力作用下，迫使土粒向与喷嘴移动相反的方向(即阻力小的方向)移动，与浆液搅拌混合后形成固结体。C:置换作用     三重管高喷法又称置换法，高速水射流切割土体的同时，由于通入压缩空气而把一部分切割下的土粒排出灌浆孔，土粒排出后所空下的体积由灌入的浆液补入。D:充填、渗透固结作用      高压浆液充填冲开的和原有的土体空隙，析水固结，还可渗入一定厚度的砂层而形成固结体。    E:压密作用       高压喷射流在切割破碎土体的过程中，在破碎带边缘还有剩余压力，这种压力对土层可产生一定的压密作用，使高喷桩体边缘部分的抗压强度高于中心部分。（3）按喷射管路分类     

1单管旋喷法      通过单根管路，利用高压浆液（20～30MPa）喷射冲切破坏土体，成桩直径为40～50cm。其加固质量好，施工速度快和成本低，但固结体直径较小。2.二管旋喷法    在单管法的基础上又加以压缩空气，并使用双通道的二重灌浆管。在管的底部侧面有一个同轴双重喷嘴，高压浆液以20MPa左右的压力从内喷嘴中高速喷出，在射流的外围加以0.7MPa左右的压缩空气喷出。在土体中形成直径明显增加的柱状固结体，达80～150cm。3.三管旋喷法 使用分别输送水、气、浆三种介质的三重灌浆管。高压水射流和外围环绕的气流同轴喷射冲切破坏土体，在高压水射流的喷嘴周围加上圆筒状的空气射流，进行水、气同轴喷射，可以减少水射流与周围介质的摩擦，避免水射流过早雾化，增强水射流的切割能力。（4）适用性与局限性

A:高压喷射灌浆加固地基技术主要适用于第四纪冲积层、残积层及人工填土等。对于砂类土、粘性土、黄土和淤泥等都能加固。

Ｂ：对砾石直径过大、含量过多及有大量纤维质的腐植土喷射质量稍差，有时甚至不如静压灌浆的效果。对地下水流速过大，喷射的浆液无法在灌浆管周围凝结，无填充物的岩溶地段，永冻土和对水泥有严重腐蚀的地基，均不宜采用高压喷射灌浆法。

（５）高压喷射灌浆的特点高喷法具有成本较低，施工速度较快，固结体强度大，可靠性高等优点，与普通灌浆法相比又具有以下特点：高喷法是利用高速水流强制性地破坏土体形成固结体，在覆盖层中一般不存在可灌性问题；同时由于高速射流被限制在土体破碎范围内，因此浆液不易流失，能保证预期的加固范围和控制固结体的形状；能在钻孔中任何一段内施工，也可以在孔底或中部喷射，此外，也可以水平方向喷射和倾斜方向喷射施工；高喷法通常采用水泥浆液，不会造成环境和地下水的污染，且耐久性较好；施工噪音较小，单管和二管法施工较简便. 

九：帷幕法简介

（一）含义与实质

（１）帷幕法定义：是指为是掘进顺利通过不平稳含水地层，在设计井筒或井巷周围用钻孔加压注入混凝土灰浆或合成胶结浆液，形成胶结体帷幕后开始掘进的方法

（２）帷幕法实质：超前支护，堵水加固

（３）引进

水利水电部门：地下防渗墙

建筑行业：连续墙工艺：构造槽带-接头安装-下放钢筋笼-灌注混凝土

煤炭行业：筒形混凝土

（二）工艺过程，特点，技术关键

（１）工艺过程：挖槽带；泥浆护壁（含水土柱稳定性差，不塌孔）；下放钢筋笼，泥浆下浇筑混凝土。

（２）工艺特点：工艺简单；安全性好；质量可以保证；④适用性受限制（仅适用于松散含水砂土层），不应有大的卵石、漂石。

（３）施工技术关键：

保证槽孔施工质量；合理分段；保证泥浆下浇筑混凝土质量；保证接头质量。

（三）槽孔施工

（１）分段方法：在保证混凝土生产的条件下，分段越长越好。

（２）造孔方式

使用挖沟机；冲击式；回转式。

（３）形成槽段的方式

两钻一劈；分层直挖；分层平挖。

（四）泥浆护壁

（１）泥浆护壁的原理：　　　一般地，在槽孔施工中为了维护槽孔的形态（不塌孔），必须采取维护措施，一般采取水或泥浆护壁，即在造孔的过程中，始终保持孔内充满泥浆，泥浆的作用除了平衡土压（水压）力外，泥浆中的颗粒还充填了土的裂隙或孔隙，起到维护槽壁的作用。槽孔形成后，将泥浆排净后可见槽壁表面有一层“泥皮”，有的泥皮薄而韧，而有的则厚而松。就是这层薄而韧的泥皮起着隔离和保护槽壁的作用（相当于“喷层”）

泥浆的密度大于水的密度，有压力差，泥浆在自重作用下向井帮的孔洞和缝隙中渗入，一部分较大的颗粒附着在井帮上，而较细的小颗粒则进入地层，孔洞逐渐减小，泥浆在粘土颗粒间的间隙逐渐浓缩充塞，形成一个薄的泥面，它的渗透能力很小。泥浆渗透形成薄而硬的泥皮。起到保护钻头稳定钻头的作用，

（２）泥浆要求：　　　触变泥浆（动—流动性好，不动—稳定性好）掘进时阻力小，掘进后稳定性好。

（五）压气洗井

（１）方法：　　　在钻杆内放入压气排液器

（２）原理：　　　由于压缩空气进入钻杆，比重降低，在钻头底部形成负压，尽而产生液体流动，洗井液带动岩碴进入钻头、钻杆，最终排出地面，流入沉淀池净化。同时，地面泥浆系统不断向井内补充新的泥浆，确保泥浆面水平不变。随着气泡的上升，气泡逐渐变大，三相混合体比重变小（气泡体积增大，所受到的浮力增大），流速增大。  

（六）水下浇筑混凝土

（１）泥浆浇筑混凝土的实质：

Ａ：沿槽孔的长度方向布置若干垂直导管；Ｂ：把地面配置好的混凝土同时注入导管；Ｃ：随着混凝土顶面的上升，顶出泥浆（进入地面泥浆池参与循环），同时提拔导管，直至混凝土灌满整个槽段。

（２）泥浆浇筑混凝土技术关键（施工要点）：

Ａ：管底部高出基底300到500mm，顶部高出泥浆面一定高度；B:开始灌注时导管内必须放置隔水栓（使用木球之类的，以便能够从泥浆中飘上去），以防止混凝土与泥浆的混合；

C:计算好第一次浇筑混凝土的量，确保埋住底管；

D:混凝土必须连续一次浇注完毕，尤其是浇注开始，必须一次埋住导管 。随着混凝土面的上升，不断提、拆导管，但必须保证其埋在混凝土一定的深度以防提漏；

E:确定拔管时间，即不能过早也不能过晚；

（3）浆下混凝土的流动规律   

混凝土在不同的超压力的作用下，呈不同的流动状态（规律），而不同的流动状态，直接影响混凝土的成型质量。

（4）混凝土的技术要求泥浆下浇注混凝土是通过在导管内靠自重下流、在超压力作用下向两侧扩散、顶升等环节完成的，因此与一般的混凝土浇注有所不同，要求混凝土有好的流动性（不堵管、能流畅的扩散及顶升），好的和易性（流动时不离析、稳定性好），在配比方面要保证混凝土的强度和抗渗性。一般的，混凝土的流动性和和易性是对立的，解决的办法是填加外加剂（如减水剂、缓凝剂）。（5）参数计算导管间距的确定一般地，导管的间距越小，混凝土的上升越平稳、越均匀，否则混凝土上升表面坡度大，易将泥浆卷入混凝土。但同时灌注的导管多，灌注过程控制困难，目前还无理论计算方法，可按经验，一般取3~3.5m。（七）接头处理技术一个完整的地下连续墙是有若干个槽段组成的，问题是如何将槽段与槽段连接成一个整体，使其既能够防渗，又有一定的连接强度，这就是接头的处理问题。接头的形式有多种，一般的有以下几种：（1）直线型接头 该接头形式利用矩形钻头（抓斗）造孔，即不稳定，也不抗渗，易造成两槽段间不连续，达不到抗渗加固的目的，一般不宜采用。浇注混凝土之前，在形成的槽段两端，放置形状适宜的隔板（钢板、预制钢筋混凝土隔板等），固定后建筑混凝土。 该接头的技术关键是，要求有一定刚度的隔板，安装时不偏写斜、不扭转。 （2）弧型接头              Ⅰ        Ⅱ               弧型接头（Ⅰ——第一槽段；Ⅱ——第二槽段）利用弧型钻头造孔，该接头即承压又抗渗，是较理想的接头方式，问题是如何实现该接头？（加一钻） （4）间隔接头

分别或同时构造Ⅰ、Ⅱ槽段并浇注混凝土；在两槽段中间钻导向孔；利用双反弧冲击钻头造孔并浇注混凝土，实现Ⅰ、Ⅱ槽段的连接。（5）预留法接头该法要点为：在混凝土浇注之前，预先在槽段的两端下放接头管，边浇注混凝土边拔导管，最后形成凹型的连续墙两侧端头。 （八）易出现的问题

（1）偏斜   动中纠偏

（2）塌孔

（3）压力差小，扩散困难（易出现溢流）。

（4）导管提漏。

（5）接头问题。

十：沉井法

（一）是一种超前支护，依靠井筒自重（动力），适用于松散砂土层。

（二）普通沉井存在的问题

（1）下沉阻力变大下沉力不够引起的下沉不了。

（2）压力差造成的涌砂冒泥。

（三）壁后泥浆淹水沉井

（1）工艺过程：

①套井施工；②下放刃脚，井筒；③不断水下掘进，不断补充壁后泥浆，不断补充井内水；不断接长井壁；④完成封底固井工作。

（2）沉井结构

分为：套井，刃脚，井壁。

A刃脚的要求：   ①要有足够的强度（包括下沉井的压力，能够抵制土压力，抗剪切强度足够并且不透水）；②侧面与斜面光滑；③形状规范，平放在地面时能够垂直地面。

B井壁形式：①内外同径;②外同径内异径;好处：a:重心低，稳定性好，不易偏斜,b:允许井筒有摆动，保证有效使用面积。c:上部分压力小，下部分压力大，节省材料。③外异径内同径。

（3）沉井井壁的受力分析：

如图  （G+F）>T1+T2+Rt+Q

 [G：自重、F：外载、T1：井面侧面阻力、T2：刃脚侧面阻力、Rt：刃脚全反力垂直分力、Q：水浮力]

不断开挖，不断接长井壁。4、水下掘进方法：①抓斗②水枪（“一”字形，“人”字形）③机械

5、沉井施工技术要点（工艺过程）（结束标志）

①沉井下沉到基岩位置上或者是穿过所有含水层到达致密不透水的粘土层中3—5m。

②沉井下放到预定位置，完成封底固井。

③抛石封底，砂浆注浆，构成一个水下小止浆垫。

④采用壁后注浆或泥浆下浇注砼，将泥浆置换。

⑤实现沉井与套井连接，成坚固整体，形成一个大的锁口盘。

⑦破井开挖时要构筑壁座。（让刃脚坐落在一份坚固的位置上，均匀传压）（探水注浆加固，检验效果，破底）

7、沉井法存在问题：

①偏斜（动中纠正）；主观因素：刃脚与套井的质量不合格；施工中挖土不均匀；降水迫沉。客观因素：遇到软弱夹层，地下孔洞，地下水。

②地质条件不明；

③突沉（偏斜、拉断）；

（下面挖空了，不允许超挖）

十一：钻井法简介

1、实质：机械破岩作业方式，适用于各种地层。利用钻头破碎岩石，利用泥浆洗井护壁，当钻到设计位置时，进行封底固井。

2、工艺过程

钻进（破岩爆破）同时泥浆洗井（排渣，临时支护），下放预制好的井壁（漂浮下沉—问题:下沉困难；井壁制作不规范，应做好测量工作，分段下沉），封底固井，检验合格后，结束此项工作。

3.适用条件

理论上不受地层限制。实际中用于特殊地质，适用于深井。

4.存在的问题

刀具耐磨，转盘转矩，提吊能力。

5.钻井发分类

钻盘钻进（地面施工），又分为全断面，扩孔钻进（分为从上往下，与从下往上—类似于浅埋暗挖逆作法—破碎岩石靠自重下落），取芯钻进。

6.钻进四大系统及各自作用：

①钻具系统：（刀盘、刀具、钻杆）破岩。作用：破碎岩石。

②转动系统：（转盘、井盖、方转杆），方钻杆带动钻杆，钻杆带动钻头。作用：提供动力。

③提吊系统：保证钻杆垂直度，接长钻杆，下放井壁，减压钻进（使部分钻头的重量作为钻压）。

④洗井系统：排除工作面破碎的岩屑，降低温度，冷却钻头。

⑤其他辅助系统：辅助工作。

7.泥浆

反循环系统：  从井筒中注入泥浆到工作面，通过压气排液洗井管上升到达地面。（正循环：排渣效率低，如果停泵，岩屑又会下沉）

污染问题：综合开发（比如配置注浆液）。

8.破岩机理：

①刮刀：在Pg≥【Ps】作用下切入土层；在Tg≥【Ts】（tao）作用下，土层产生塑性变形；继续变形土层将成条状。

满足不了的后果：  刀具磨损。

②滚刀：在Pg＜P1作用下，弹性压缩变形；在P1＜Pg＜Pf时，塑性变形；在Pg＞Pf时，岩石破坏。

满足不了的后果：  钻杆上下振动，如果达到共振条件，刀具会掉下去。

控制钻压，提前做实验，找到相应的巨变临界值。

9.钻进三要素：钻压（减压钻进），转速（如果钻速太快，容易塌孔，对泥浆护壁产生不利影响），洗井净速（单位体积洗井液—泥浆—带出的岩屑）。

10.存在的问题

A:钻井的偏斜问题   要保证垂直度，应该动中测斜纠偏，随时测量纠正。

B:漏浆  后果：塌孔，钻头被埋住了。

预防措施：要探明由于溶洞，如果有，则先充填注浆。

C:泥包钻头  提高使用的泥浆的质量，进行工作面的冲洗。

D:跳钻，卡钻  钻压等参数未掌握好。

Ｅ：泥浆污染　　从分利用，减少污染。