适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺的制作方法

1.本发明涉及水平定位注浆加固技术领域。具体地说是一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺。

背景技术：

2.地铁隧道工程经常穿越的主要土层为厚度较大的软粘性土层。该地层属浅海相沉积，为灰色、灰黑色淤泥质粘土，呈半流塑性状态，其结构松散、空隙率高、富水性强，盾构施工超挖控制困难，地层损失率时常超限。目前在淤泥质软土层中修建地铁隧道存在以下两方面的隐患：(1)盾构下穿或侧穿建筑群易引发房屋结构开裂与倾斜；(2)运营期间淤泥质软土(下卧层)在列车运行中长期动荷载、排水等影响下产生不均匀沉降，引起道床与管片脱开、隧道渗漏水等问题。

技术实现要素：

3.为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，以解决在淤泥质软土层中修建地铁隧道时，因淤泥软土层不稳定导致盾构时地层损失率较大而引发安全隐患问题，同时也可以解决地铁运营期间，因淤泥质软土层不均匀沉降引起的道床与管片脱开、隧道渗漏水等问题。

4.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

5.一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，包括如下步骤：

6.步骤a：在地面或施工井内布置钻机设备，并根据开孔点距靶点距离选择开孔角度；

7.步骤b：采用定向钻孔技术在淤泥质软土地层中部施工钻孔，且钻孔由造斜段钻孔和水平段钻孔组成；

8.步骤c：钻孔施工完成后，在钻孔内安装注浆套管及注浆阀管；

9.步骤d：通过钻孔向淤泥质软土地层注入注浆材料进行加固。

10.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤b中，施工钻孔时，所用钻具组合为φ152.4mm牙轮钻头、φ105mm螺杆钻具、φ89mm无磁钻铤和φ73mm钻杆，且φ89mm无磁钻铤内带测斜仪器；

11.或者钻具组合为：φ152.4mm导向钻头、φ89mm无磁钻铤和φ73mm高强度钻杆，且φ89mm无磁钻铤内带测斜仪器。

12.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤b中，钻孔为“l”型，且钻孔长度大于或等于150m；钻孔在靶点转角度为0

°

，即钻孔在靶点处于水平状态。

13.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤b中，

水平段钻孔的末端为注浆段，水平段钻孔的垂直深度为2～11m，注浆段的长度为18～22m。

14.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤b中：

15.钻孔的测深为1m时：井斜角为77～85

°

，方位角为90

°

，垂深为0.67～0.73m，闭合距为0.58～0.62m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

16.钻孔的测深为5m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为1.02m，闭合距为4.6m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

17.钻孔的测深为10m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为2.75m，闭合距为9.35m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

18.钻孔的测深为27.5m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为27.07m，闭合方位为90

°

，全角为6.67

°

/30m；

19.钻孔的测深为83m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为81.72m，闭合方位为90

°

，全角为5.34

°

/30m；

20.钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2～11m，闭合距为148.72～149.57m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m。

21.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤b中，施工钻孔l1、l2、l3和l4；

22.l1钻孔的测深为1m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为0.67m，闭合距为0.62m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

23.l1钻孔的测深为5m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为1.02m，闭合距为4.6m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

24.l1钻孔的测深为27.5m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为27.07m，闭合方位为90

°

，全角为6.67

°

/30m；

25.l1钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为149.57m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

26.l2钻孔在测深为1m、5m、27.5m和150m时的井斜角、方位角、垂深、闭合距、闭合方位和全角均与l1钻孔相同；

27.l3钻孔的测深为1m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为0.73m，闭合距为0.58m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

28.l3钻孔的测深为10m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为2.75m，闭合距为9.35m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

29.l3钻孔的测深为83m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为81.72m，闭合方位为90

°

，全角为5.34

°

/30m；

30.l3钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为148.72m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；

31.l4钻孔在测深为1m、5m、27.5m和150m时的井斜角、方位角、垂深、闭合距、闭合方位和全角均与l3钻孔相同。

32.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤d中，注浆材料为塑性早强水泥浆或黏土水泥浆。

33.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，塑性早强水

泥浆由单液水泥浆液、水玻璃、氯化钠和三乙醇胺组成；其中，水玻璃的添加量占单液水泥浆重量的4wt％，氯化钠的添加量占单液水泥浆重量的1wt％，三乙醇胺的添加量占单液水泥浆重量的0.05wt％；水玻璃的浓度为46～48.5

°bé

，水玻璃的模数为2.60～2.90；在单液水泥浆中，水泥与水的重量之比为0.75～1:1；

34.黏土水泥浆由水泥、黏土和水玻璃组成；在黏土水泥浆中，水泥的加入量为100～300kg/m3,水玻璃的加入量为10～40l/m3，且黏土水泥浆的比重为1.12～1.24；水玻璃的浓度为46～48.5

°bé

，水玻璃的模数为2.60～2.90。

35.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤c中，注浆阀管为φ108

×

8mm的钢阀管或者φ108

×

5mm的pvc阀管；注浆套管的直径为φ50mm。

36.上述适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，在步骤d中，注浆过程中的注浆压力小于或等于2mpa。

37.本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

38.(1)本发明提供了一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，该技术的应用可以有效降低市政盾构施工过程中地层损失率，且地层损失率可降至1％以下，从而有效避免因盾构下穿或侧穿建筑群引发临近房屋结构开裂与倾斜等安全隐患的发生；同时，该技术还可以用于防治地铁运营期间，因淤泥质软土层不均匀沉降引起的道床与管片脱开、隧道渗漏水等问题。

39.(2)本发明中，对淤泥质软土地层水平定位注浆加固时，钻孔开设成“l”型，并通过选择特定组合的钻具，使钻孔的设计轨迹与实际轨迹在水平方向上的偏差小于或等于0.63m，在垂直方向上的偏差小于或等于0.38m；另外，本发明在钻孔的造斜段下放普通套管，在水平段下放注浆阀管，能够实现对淤泥质软土地层定位注浆，并选择塑性早强水泥浆或黏土水泥浆进行注浆加固，使淤泥质软土地层注浆后凝结时间短、结实率高，具有较好的加固效果。

40.(3)本发明通过控制“l”型钻孔在不同测深下的井斜角、方位角、垂深、闭合距、闭合方位以及全角等来调节和控制各钻孔的轨迹，这种轨迹的钻孔在注浆后可以将淤泥质软土地层有效加固，实现了长距离水平钻孔的定位注浆，不仅可以有效降低盾构施工过程中的地层损失率，而且对稳固隧道，避免地层沉降具有积极预防作用。

附图说明

41.图1本发明实施例中钻孔轨迹投影示意图；

42.图2本发明实施例中钻孔轨迹立体示意图；

43.图3本发明实施例中无线随钻测斜仪测斜流程图；

44.图4本发明实施例中钻孔轨迹剖面对比图；

45.图5本发明实施例中钻孔轨迹投影对比图；

46.图6本发明实施例中注浆套管下放流程图；

47.图7本发明实施例中单段单次注浆流程图。

具体实施方式

48.1.淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺

49.本实施例的淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺具体包括如下步骤：

50.步骤a：在地面或施工井内布置钻机设备，并根据开孔点距靶点距离选择开孔角度；

51.步骤b：采用定向钻孔技术在淤泥质软土地层中部施工钻孔，且钻孔造斜段钻孔和水平段钻孔组成；

52.步骤c：钻孔施工完成后，在钻孔内安装注浆套管及注浆阀管；

53.步骤d：通过钻孔向淤泥质软土地层注入注浆材料进行加固。

54.下面结合具体施工测试对本实施例的技术方案进行详细说明。

55.本实施例的水平定向钻孔注浆加固施工工艺是利用定向钻进技术钻探成孔，下入预制钢阀管或者塑料管，用低强度快凝材料封堵环形空间后，使用止浆塞，实现定点、定量注浆。可根据工程实际情况，进行控制预注浆，进行预加固；亦可根据地面沉降监测数据，进行跟踪注浆。可以远距离对目的层位进行注浆治理，解决淤泥质软土层中修建地铁隧道存在的问题。

56.本实施例现场试验目的：

57.(1)检验淤泥质软土层长距离水平孔定向钻进的控制精度；

58.(2)检验黏土水泥浆和塑性早强水泥浆对淤泥质软土层的加固效果。

59.2.地质条件

60.试验场地为xxx仓库和xxx有限公司拆迁后的区域，部分地面使用混凝土进行了硬化，部分区域有phc管桩，桩长约为23.5m；部分建筑物或构筑物的条形基础埋深1.5m。拟建场地土层分布情况如下：

61.第

①

1-2

层为素填土，厚度为0.40～3.40m，由粘性土组成，含有机质、植物根茎及细小杂物，含少量碎石、砖块，土质松散。

62.第

②1层为褐黄～灰黄色粉质粘土，厚度为0.40～3.10m，含氧化铁斑点，偶夹薄层粉性土，土层至上而下变软；可塑状态，压缩性中等；填土较厚区域变薄或缺失。

63.第

③

层为灰色淤泥质粉质粘土，厚度为2.70～5.40m，含云母、有机质，局部夹粉性土，土质不均匀；流塑状态，压缩性高等；场地遍布。

64.第

④1层为灰色淤泥质粘土，厚度为4.40～7.10m，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，土质均匀；流塑状态，压缩性高等；场地遍布。

65.第

⑤

1-1

层为灰色粘土，厚度为1.00～7.30m，含泥钙质结核、腐质物，夹少量粉性土，土质较均匀；软塑状态，压缩性高等。

66.3.现场试验方案

67.3.1试验方案设计原则

68.试验方案的设计原则如下：

69.(1)地面钻场位置设置本着不影响主体工程施工的原则，结合场地情况，灵活布置；

70.(2)水平定向钻孔进入淤泥质软土层，钻孔长度不小于150m；

71.(3)水平钻孔内安装阀管，既可以达到跟踪注浆的目的，又可以起到管棚支护的效果；

72.(4)设置建筑物和地表变形监测点，根据监测数据，进行多次、定点、定量注浆。

73.3.2现场试验总体方案

74.试验方案共设计4个水平钻孔，平行布置。设计4个钻孔长度均不小于150m，水平钻孔l1、l2设计为“l”型孔，水平段埋深2.0m，水平段末端20m设计为注浆段。根据入钻点坐标计算设计靶点坐标，注浆结束后进行开挖检验，预计最大偏斜不超过1m。

75.l3、l4设计为“l”型孔，进入淤泥质软土

④

1层，水平段钻孔的垂直深度设计为11.0m，注浆段为钻孔末端20m范围。设计钻孔孔径为φ152.4mm，注浆阀管为φ108

×

8mm，注浆管为φ50mm；钻孔实际位置将根据钻探揭露的障碍物情况进行适当调整。

76.3.3远距离水平定向钻孔轨迹设计

77.4个钻孔的轨迹投影示意图如图1所示，钻孔的轨迹立体示意图如图2所示。4个钻孔的轨迹剖面设计分见表3-1～表3-4。

78.表3-1 l1钻孔轨迹剖面设计

[0079][0080][0081]

表3-2 l2钻孔轨迹剖面设计

[0082][0083]

表3-3 l3钻孔轨迹剖面设计

[0084][0085]

表3-4 l4钻孔轨迹剖面设计

[0086][0087]

4.试验设备

[0088]

4.1钻探设备

[0089]

(1)钻机

[0090]

钻机采用天地科技股份有限公司研发的tdx-150斜孔定向钻机，该钻机设计合理，配套齐全，性能优越(全套设备为：tdx-150型斜孔定向钻机主机、动力站、控制室、分动器、导向钻头等)。

[0091]

该钻机采用全液压驱动，履带行走；尺寸：17600

×

3100

×

3350mm，最大推进回拉力1500kn，最大推进回拉行程13m，具体见表4-1。动力头采用低速大扭矩马达驱动，两档无级调速，结构先进简捷；齿轮齿条推拉给进系统，运动平稳可靠；桅杆可在0

°

～25

°

范围内调整钻具入土角度，前后移动装置新颖独特；整机重心低，稳定性好。配有起重能力为3t

·

m，可作360

°

旋转的随机辅助吊车。该机扭矩大、动力配置高、结构设计合理、采用先进的电液操纵方式。

[0092]

表4-1tdx-150型斜孔导向钻机主要性能参数

[0093]

项目单位参数回拖力kn1220额定回转扭矩n.m46000回转速度r/min0～180给进力kn1220电机额定功率kw250给进行程mm12500

[0094]

(2)钻具组合

[0095]

钻进钻具组合：a组：即φ152.4mm牙轮钻头+φ105mm螺杆钻具+φ89mm无磁钻铤(内带测斜仪器)+φ73mm钻杆。

[0096]

或为：b组：φ152.4mm导向钻头+φ89mm无磁钻铤(带测斜仪器)+φ73mm高强度钻杆。本实施例所用钻具组合为a组。

[0097]

(3)导向仪器

[0098]

定向纠斜设备采用导向钻头和螺杆钻具。开孔软土层采用定向纠斜导向钻头。导向板以一定斜度安装在钻头前端，其工具面方向角一般等分为12等份，在方向力的作用下，钻杆推进时造斜。钻杆回转时保直，钻头受旋转力矩的作用。

[0099]

进入砂层，导向钻头磨损严重，换用螺杆钻具定向施工。螺杆钻具内部结构主要包括旁通阀、防掉装置、马达、万向轴、传动轴5个部分。本实施例采用的螺杆钻具相关技术参数列于表4-2。

[0100]

表4-2螺杆钻具技术参数表

[0101]

参数名称取值参数名称取值外径102mm适应介质水基泥浆弯曲角度2.5

°

转速范围145～290rpm扶正器外径118mm额定扭矩1240n

·

m马达压降2.4mpa额定功率42kw整体长度4.5m整机重量185kg

[0102]

4.2注浆设备

[0103]

注浆设备包括制浆系统、注浆管路、定位止浆塞、注浆泵等。注浆管路包括高压胶

管和φ50mm钻杆；止浆机具为水力膨胀式定位止浆塞；采用nbb-390注浆泵，该泵为卧式三缸单作用活塞泵；采用气胎离合器，使用和维修方便，操作简单。

[0104]

4.3测斜定向仪器

[0105]

本实施例拟采用smwd-76s型泥浆脉冲式无线随钻测斜仪。无线随钻测斜仪器可在钻井过程中及时进行测量，即在不停钻情况下，泥浆脉冲发生器将井下探管测得的数据发送到地面，经计算机系统采集处理后，得到实时的井身参数。随钻测斜仪可在钻井过程中测量井身的倾角、方位角、工具面角，为大斜度井及水平井的钻井及时提供井身参数。使用该测斜仪不但提高了测斜定向精度，而且能随钻进作业实时监测定向参数及时调整定向设计方案，同时可以进行复合钻进，大幅提高了钻进施工效率，能有效保证注浆孔的轨迹与设计钻孔轨迹相吻合。

[0106]

smwd-76无线随钻测斜仪由地面设备和井下测量仪器两部分组成。地面设备包括：压力传感器、主机、司钻显示器、计算机及有关连接电缆等。井下测量仪器主要由测斜探管、主控、泥浆脉冲发生器、电池、扶正器等组成。

[0107]

无线随钻测斜仪测井斜流程图如图3所示，分为准备和测斜两个阶段。准备阶段主要进行两项工作：

①

泥浆脉冲探头安装，并连线至采集解码仪和计算机；

②

测斜探管连接及调试。泥浆脉冲探头接线过程中，保证接头牢固并做好接头防水，防止线路问题造成采集仪接收信号微弱；探管连接完毕后，采用模拟器进行调试，调试结束后便可放入无磁钻铤，钻探过程中即可实现随钻测斜。

[0108]

5淤泥质软土地层水平钻孔钻进过程分析

[0109]

5.1水平孔钻进及套管安装过程分析

[0110]

水平钻孔开始钻进的时间为20xx年xx月29日9：10，四个钻孔的钻进情况如表5-1所示。平均每个钻孔的钻进时间为8小时28分钟。钻到设计深度后，循环钻孔泥浆，然后提起钻具。

[0111]

表5-1水平钻孔钻进情况统计表

[0112]

孔号钻进开始时间钻进结束时间总耗时孔深(m)l12018/12/29 9:102018/12/29 17:308时20分155.2l22019/1/2 23:302019/1/3 8:108时40分153.6l32019/1/10 10:002019/1/10 19:109时10分153.9l42019/1/11 21:002019/1/12 4:457时45分154.4平均值

??

8时28分 [0113]

5.2钻孔轨迹控制分析

[0114]

钻进过程中，测斜仪器通过泥浆脉冲将孔斜数据传输至地面，解析后即得到n组钻孔深度、顶角和方位角数据，四个钻孔的偏斜数据如表5-2～表5-5所示。

[0115]

表5-2 l1号孔钻孔偏斜数据表

[0116]

测点深度(m)顶角(

°

)方位角(

°

)13.8579.9862.32213.1578.5763.61322.4577.9663.68431.8179.7262.60

541.1181.0464.01651.8983.6764.89760.6786.0465.24869.9587.6364.07979.2488.0363.361088.5488.2463.081196.8289.1263.1112106.1089.8263.0713115.3990.3564.2314124.6890.5364.0115133.9690.0964.8416143.2590.2364.69

[0117]

表5-3 l2号孔钻孔偏斜数据表

[0118]

测点深度(m)顶角(

°

)方位角(

°

)14.5981.0464.69213.9082.4464.31323.2084.0263.01432.4884.2963.31541.7883.9463.33651.0882.6263.45760.3683.4163.84869.6483.2563.83978.9384.4563.431088.2385.1563.181197.5386.5463.9812106.8189.5463.6813116.1190.0964.0114125.4190.0364.4715134.7089.8864.5316144.0089.7564.36

[0119]

表5-4 l3号孔钻孔偏斜数据表

[0120]

测点深度(m)顶角(

°

)方位角(

°

)15.5480.2463.67214.8282.2764.01324.1084.6463.81433.3986.2263.56542.6988.0764.31651.9990.0964.12761.2791.3263.28

870.5791.4964.03979.8691.0563.891089.1690.7963.451198.4490.1863.4512107.7389.6564.1713117.0388.8664.1314126.3189.9163.7815135.6189.9164.1816144.9190.0963.45

[0121]

表5-5 l4号孔钻孔偏斜数据表

[0122][0123][0124]

钻孔形成后采用物探手段对钻孔位置进行复测，并与测斜仪的测量轨迹、设计轨迹进行对比，轨迹对比如图4～图5，表5-6～表5-7所示。通过轨迹投影图计算实际轨迹与设计轨迹(钻孔末端20m)的水平方向最大偏差为0.63m；通过剖面图计算实际轨迹与设计轨迹(钻孔末端20m)的垂直方向最大偏差为0.38m。

[0125]

表5-6钻孔轨迹平面分析表

[0126]

[0127]

表5-7钻孔轨迹剖面分析表

[0128][0129]

6注浆阀管下放及环形空间充填

[0130]

6.1注浆阀管结构

[0131]

注浆套管结构分为造斜段和水平段两个组成部分。造斜段不注浆，采用普通套管；水平段需进行定位注浆，采用注浆阀管。钢阀管采用加厚钢管，每隔一定距离，加工一条环槽，设计花眼，然后套上橡胶密封套。

[0132]

6.2注浆套管下放

[0133]

钻孔成孔至预定深度后，应立即提钻并准备下放注浆套管。注浆套管下放工艺流程图如图6所示：套管下放前需平行进行两项准备工作，第1项工作是钻孔的清理，来回起、下钻具，适当加大泵量，进行冲孔、携出井底砂粒及大颗粒钻屑，待井口返浆中无明显岩粉时，进行套管下放泥浆调整，加大泥浆比重和粘度，防止岩粉沉淀及塌孔堵塞钻孔，造成套管下放困难。泥浆调整完成后即可提钻，提钻过程中严格控制上提速度，避免提钻引起的“负压”抽吸效应诱发塌孔。同时进行的第2项准备工作是注浆套管的预处理。主要进行的工作包括：

①

清理套管中的铁屑，检查两端丝扣的质量，除去毛刺；

②

检查阀管环槽质量，将环槽打磨光滑，涂加润滑油，并套上密封橡胶套。提钻及套管预处理完成后，即可进行第3项工作，套管逐段下放。采用锥形导向木塞，引导套管沿既有钻孔前进。

[0134]

注浆套管下放之前，落实对全体施工人员的行安全技术交底，细化下管施工程序，阀管下放应注意以下事项：

[0135]

(1)下管前，准确丈量钻具，校正孔深，配备阀管并编号，按顺序下入。

[0136]

(2)下管前，有专人对提引系统进行严格检查，发现隐患，及时更换处理；检查泥浆质量，不合格时，及时调整泥浆配比。

[0137]

(3)下管时，有专人统一指挥，做到忙而不乱。

[0138]

(4)提拉阀管时，阀管下方严禁站人。

[0139]

(5)阀管下入时，要慢且均匀，不得强墩。

[0140]

(6)阀管下入长度与孔深误差不得超过0.3m。

[0141]

(7)丝扣连接必须满扣。

[0142]

套管安装情况统计如表6-1所示。

[0143]

表6-1套管安装情况统计表

[0144]

孔号钻孔深度(m)套管全长(m)套管类型套管规格l1155.2155.4pvcф110mm

×

5mm

l2153.6153.7pvcф110mm

×

5mml3153.9154.3钢管ф108mm

×

8mml4154.4159.4钢管ф108mm

×

8mm

[0145]

6.3环形空间充填

[0146]

注浆套管下放至设计位置，应立即采用充填材料进行注浆套管环形空间充填。充填材料配制的难点在于既要满足固管止浆的强度要求，又能够在一定程度上被浆液压力击穿，渗入地层实现加固的目的。经过多次试验，本实施例采用饱水砂层环形空间充填材料对环形空间进行充填，该材料的析水率5％以下、初凝时间在30min～1h、初凝时间6～10h、早期强度2.0mpa，满足泵送要求。

[0147]

用1个2m3的搅拌池进行连续造浆，实现单孔的一次连续充填。充填步骤主要包括：

[0148]

(1)将ф50钻杆连接止浆塞下至离管底1～2m，拉塞止浆。

[0149]

(2)压注凝结材料，待孔内泥浆全部上返。

[0150]

(3)待孔口返出纯充填材料后，压少量清水替换钻杆内充填材料，闷压1～2h，提出孔内钻杆，下钻扫孔，环形空间充填结束。

[0151]

7注浆试验

[0152]

注浆设备包括制浆系统、注浆管路、定位止浆塞、注浆泵等。注浆管路包括高压胶管和φ50钻杆；止浆机具为水力式定位止浆塞；注浆泵采用nbb-390泵，该泵为卧式三缸单作用活塞泵；采用气胎离合器，使用和维修方便，操作简单。

[0153]

7.1注浆材料

[0154]

(1)塑性早强水泥浆

[0155]

塑性水泥浆是在单液水泥浆的基础上，通过添加复合外加剂的物理化学作用，提高了水泥浆的悬浮稳定性和结石体的早期抗压强度；改善了浆液的流变特征，提高了浆液的动切力，实现了浆液扩散距离可控。它是在单液水泥浆的基础上，添加复合外加剂配制而成。复合外加剂以水玻璃、氯化钠、三乙醇胺为主成分。

[0156]

选择了浆液常用配方，4％水玻璃+1％nacl+0.05％三乙醇胺(水灰比0.75:1)，其中，水玻璃的添加量占单液水泥浆重量的4wt％，氯化钠的添加量占单液水泥浆重量的1wt％，三乙醇胺的添加量占单液水泥浆重量的0.05wt％；水玻璃的浓度为48

°bé

，水玻璃的模数为2.80；在单液水泥浆中，水泥与水的重量之比为0.75:1。浆液基本性能见表7-1。

[0157]

表7-1塑性浆液基本性能表

[0158][0159]

(2)黏土水泥浆

[0160]

黏土水泥浆以水泥、黏土、水玻璃为主要原材料。一般水泥加入量为100～300kg/m3，黏土浆比重为1.2，水玻璃加入量为10～40l/m3。试验配制的黏土浆的比重为1.20；水玻璃的浓度为48

°bé

，水玻璃的模数为2.80。具体将根据现场的水泥、黏土和水玻璃进行黏土水泥浆的配方试验进行工业性试验，见表7-6；本实施例配制黏土浆采用优质红黏土，含砂率小，黏土矿物含量高。

[0161]

7.2止浆试验

[0162]

根据水平孔注浆的特点，经过设计、试验以及改造等过程，采用水力止浆塞用于水平孔注浆施工中。其工作原理为：在水压力作用下，胶筒产生横向膨胀与钻孔孔壁挤紧，起止浆作用，增加了止浆的成功几率。其具有如下优点：适应水平等各种钻孔；膨胀胶筒取代膨胀胶囊，可靠性高，能适用于套管内和裸孔注浆。水力止浆塞主要包括胶筒、充水高压管、注浆花管等部件。止浆塞与注浆花管通过丝扣连接，充水高压管连接地面打压泵，经地面打压泵控制，实现止浆塞的胀塞和解塞，为精细化注浆控制提供保障。注浆开始前为防止浆液从其他钻孔内串浆至地面，对不注浆钻孔进行闷塞止浆处理。

[0163]

7.3注浆试验工艺

[0164]

本实施例采用预注浆加固软土层，提高其稳定性和抗变形能力。待环形空间充填材料形成强度以后，即可开始预注浆施工。采用分段注浆方式，单段单次注浆流程如图7所示。注浆分段长度4.0m，从孔底逐段后退注浆。首先下入水力式止浆塞至预定注浆段；然后充塞止浆并检验止浆效果；止浆效果符合要求即可开始注浆施工，注浆过程中严密观测注浆压力及流量，注浆压力超限立即停泵检查，单次注浆量达到要求即停止本次注浆。单次注浆量根据砂层段吸浆情况，初步设定为3～5m3；严禁超压、超量注浆；每次注浆完成后，起出注浆管及止浆塞，采用清水将注浆阀管冲洗干净，防止残浆堵孔，以实现各注浆段的重复注浆。

[0165]

7.4注浆压力控制与结束标准

[0166]

本实施例采用地面预注浆加固软土层，提高其稳定性和抗变形能力。待环形空间充填材料形成强度以后，即可开始预注浆施工。施工过程的难点之一是注浆压力的控制。注浆压力过大、将导致地面变形超限、产生地裂缝造成地面冒浆等问题；注浆压力不足将难以保证注浆效果。

[0167]

本实施例距离地面较近，注浆压力的取值和控制应确保地面不发生较大抬升。原则上注浆压力不宜过高，设计注浆压力警戒值2.0mpa。施工过程中，现场负责人及注浆班长在注浆压力变化较大时进行严密监视，当注浆压力接近警戒值时，及时停泵憋压，防止出现意外情况。

[0168]

7.5注浆试验分析

[0169]

水平钻孔套管安装完成后进行注浆试验，各钻孔注浆情况如表7-2～表7-5所示。

[0170]

表7-2各孔注浆情况汇总表

[0171]

孔号注入量(m3)固管(m3)l1211l2201l3141l4151

[0172]

表7-3 l1孔注浆情况汇总表

[0173][0174][0175]

表7-4 l2孔注浆情况汇总表

[0176][0177]

表7-5 l3孔注浆情况汇总表

[0178]

[0179][0180]

表7-6 l4孔注浆情况汇总表

[0181][0182]

8结论

[0183]

本实施例的试验结论：

[0184]

(1)采用斜井钻机、无线随钻测斜仪及螺杆钻具完成了在淤泥质软土层中长距离水平钻孔的定向钻进，并实现了精确导向控制；

[0185]

(2)通过钻孔泥浆性能的调节，保证了淤泥质软土层水平孔孔壁的稳定性，顺利的完成了套管下放和环形孔间充填；

[0186]

(3)本实施例地面水平定位注浆工艺，采用了黏土水泥浆、单液水泥浆和塑性早强

水泥浆进行了试验，均可以实现定时、定位、定量和多次注浆；

[0187]

(4)针对淤泥质软土层的加固，凝结时间短、结实率高的塑性早强水泥浆的表现出较好的加固效果，且本实施例施工过程中的地层损失率仅为0.06％，小于1％；

[0188]

(5)注浆过程宜采用低泵量，防止地面冒浆或浆液的超扩散。技术特征：

1.一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：步骤a：在地面或施工井内布置钻机设备，并根据开孔点距靶点距离选择开孔角度；步骤b：采用定向钻孔技术在淤泥质软土地层中部施工钻孔，且钻孔由造斜段钻孔和水平段钻孔组成；步骤c：钻孔施工完成后，在钻孔内安装注浆套管及注浆阀管；步骤d：通过钻孔向淤泥质软土地层注入注浆材料进行加固。2.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤b中，施工钻孔时，所用钻具组合为φ152.4mm牙轮钻头、φ105mm螺杆钻具、φ89mm无磁钻铤和φ73mm钻杆，且φ89mm无磁钻铤内带测斜仪器；或者钻具组合为：φ152.4mm导向钻头、φ89mm无磁钻铤和φ73mm高强度钻杆，且φ89mm无磁钻铤内带测斜仪器。3.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤b中，钻孔为“l”型，且钻孔长度大于或等于150m；钻孔在靶点转角度为0

°

，即钻孔在靶点处于水平状态。4.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤b中，水平段钻孔的末端为注浆段，水平段钻孔的垂直深度为2～11m，注浆段的长度为18～22m。5.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤b中：钻孔的测深为1m时：井斜角为77～85

°

，方位角为90

°

，垂深为0.67～0.73m，闭合距为0.58～0.62m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；钻孔的测深为5m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为1.02m，闭合距为4.6m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；钻孔的测深为10m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为2.75m，闭合距为9.35m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；钻孔的测深为27.5m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为27.07m，闭合方位为90

°

，全角为6.67

°

/30m；钻孔的测深为83m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为81.72m，闭合方位为90

°

，全角为5.34

°

/30m；钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2～11m，闭合距为148.72～149.57m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m。6.根据权利要求5所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤b中，施工钻孔l1、l2、l3和l4；l1钻孔的测深为1m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为0.67m，闭合距为0.62m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l1钻孔的测深为5m时：井斜角为85

°

，方位角为90

°

，垂深为1.02m，闭合距为4.6m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l1钻孔的测深为27.5m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为27.07m，闭

合方位为90

°

，全角为6.67

°

/30m；l1钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为2m，闭合距为149.57m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l2钻孔在测深为1m、5m、27.5m和150m时的井斜角、方位角、垂深、闭合距、闭合方位和全角均与l1钻孔相同；l3钻孔的测深为1m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为0.73m，闭合距为0.58m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l3钻孔的测深为10m时：井斜角为77

°

，方位角为90

°

，垂深为2.75m，闭合距为9.35m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l3钻孔的测深为83m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为81.72m，闭合方位为90

°

，全角为5.34

°

/30m；l3钻孔的测深为150m时：井斜角为90

°

，方位角为90

°

，垂深为11m，闭合距为148.72m，闭合方位为90

°

，全角为0

°

/30m；l4钻孔在测深为1m、5m、27.5m和150m时的井斜角、方位角、垂深、闭合距、闭合方位和全角均与l3钻孔相同。7.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤d中，注浆材料为塑性早强水泥浆或黏土水泥浆。8.根据权利要求8所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，塑性早强水泥浆由单液水泥浆液、水玻璃、氯化钠和三乙醇胺组成；其中，水玻璃的添加量占单液水泥浆重量的4wt％，氯化钠的添加量占单液水泥浆重量的1wt％，三乙醇胺的添加量占单液水泥浆重量的0.05wt％；水玻璃的浓度为46～48.5

°

b

é

，水玻璃的模数为2.60～2.90；在单液水泥浆中，水泥与水的重量之比为0.75～1:1；黏土水泥浆由水泥、黏土和水玻璃组成；在黏土水泥浆中，水泥的加入量为100～300kg/m3,水玻璃的加入量为10～40l/m3，且黏土水泥浆的比重为1.12～1.24；水玻璃的浓度为46～48.5

°

b

é

，水玻璃的模数为2.60～2.90。9.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤c中，注浆阀管为φ108

×

8mm的钢阀管或者φ108

×

5mm的pvc阀管；注浆套管的直径为φ50mm。10.根据权利要求1所述的适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺，其特征在于，在步骤d中，注浆过程中的注浆压力小于或等于2mpa。

技术总结

本发明公开一种适用于市政施工淤泥质软土地层的水平定位注浆加固施工工艺：步骤A：在地面或施工井内布置钻机设备，并根据开孔点距靶点距离选择开孔角度；步骤B：采用定向钻孔技术在淤泥质软土地层中部施工钻孔，且由钻孔造斜段钻孔和水平段钻孔组成；步骤C：钻孔施工完成后，在钻孔内安装注浆套管及注浆阀管；步骤D：通过钻孔向淤泥质软土地层注入注浆材料进行加固。本发明可以有效降低市政盾构施工过程中地层损失率，且地层损失率可降至1％以下，有效避免因盾构下穿或侧穿建筑群引发临近房屋结构开裂与倾斜等安全隐患的发生；本发明可用于防治地铁运营期间，因淤泥质软土层不均匀沉降引起的道床与管片脱开、隧道渗漏水等问题。隧道渗漏水等问题。隧道渗漏水等问题。

技术研发人员：马建民 梁敏 李伟 陈振国 安子文 刘书杰 王桦 左永江 安许良 袁东锋 田乐 高尚

受保护的技术使用者：北京中煤矿山工程有限公司

技术研发日：2021.10.05

技术公布日：2022/2/18