小導管跟管鉆進法在隧道松散地質(zhì)進口段施工

鄧海濤

1 工程概況

喀拉薩依隧道位于新疆北天山北麓中山區(qū)，海拔高程1350 m～1830 m，隧道最大埋深450 m。喀拉薩依隧道進口DK83+621～DK83+671位于碎石土中，地質(zhì)非常松散，設計按Ⅴ級設防進行支護及襯砌，進口必須按地表加固。進口段原設計采用φ89管棚超前注單液漿加固地層，拱墻設φ42超前小導管預注單液漿加固地層。丹斯由于洞口段位于碎石土上，地質(zhì)極為松散，20 m長的管棚采用一般管棚機根本無法成孔，必須采用跟管鉆機施作，而調(diào)轉(zhuǎn)設備花費的時間較長，且費用成本較高。根據(jù)洞口地表觀察，洞頂埋深不大，一般在3 m～23 m，且屬于松散體，有利于地表注漿加固地層，最后經(jīng)過方案比選，采用地表注漿加固結(jié)合超前小導管預注單液漿加固地層代替大管棚超前注單液漿加固地層。

2 水文地質(zhì)條件

喀拉薩依隧道地層為泥盆系砂巖夾礫巖及中石炭統(tǒng)砂巖夾礫巖，洞口附近斜坡地表分布有第四系全新統(tǒng)坡積碎石土、角礫土，厚5 m～30 m，溝谷中為第四系全新統(tǒng)洪積碎石土。處于北天山山前丘陵地帶裂隙水區(qū)，地下水類型主要為第三系泥巖、礫巖裂隙水，風成黃土中的孔隙潛水及賦存于透水性差或透水不含水的冰水堆積物中的孔隙水，地下水水量貧乏，水質(zhì)較差。本隧道的不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖堆，分布在隧道進出口端上方，巖體受風化、節(jié)理影響較破碎，經(jīng)崩解堆積至線路DK85+607～DK85+740段形成巖堆，巖堆橫向?qū)挾燃s160 m，長約100 m，為碎石巖堆，厚度10 m～35 m，碎石成分為砂巖，粒徑20 mm～60 mm的約占50%，60 mm～200 mm的約占30%，大于200 mm的約占15%，松散，大孔隙，人在其上不能站立，隧道出口位于其中，有一定影響。

3 地表處理

松散地質(zhì)隧道施工防止隧道坍塌的關鍵三要素就是首先進行地層的加固處理。

隧道能否進洞的關鍵就是洞口邊仰坡的處理。針對喀拉薩依隧道進口地形條件，我們采用了挖掘機按1∶1坡率刷坡，同時，坡面采用錨網(wǎng)噴混凝土，加固坡面采用φ42小導管注漿，間距1.5 m×1.5 m，長度3 m，梅花形布置;鋼筋網(wǎng)采用 Φ8鋼筋，間距20 cm×20 cm;混凝土噴射厚度8 cm。這樣處理有兩個好處，一個是防止隧道施工過程中邊坡坍塌，其另外就是在地表注漿加固過程中形成止?jié){面，防止?jié){液流失。

地表處理完后，需要對隧道頂部進行注漿加固處理，如圖1所示，隧道洞頂?shù)乇? m×30 m的范圍內(nèi)布置φ42注漿鋼花管，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，采用潛孔鉆機垂直跟管鉆入，長度為地表至隧道拱頂開挖線以上1 m，隧道兩側(cè)的鋼花管延伸至邊墻底部，并對注漿管進行單液注漿。注漿加固順序為先兩側(cè)后中間，先深管后淺管，注漿終孔條件為注漿壓力達到0.8 MPa～1.0 MPa。采用小導管注漿有效的控制住了漿液的流失比大管棚注漿少了112 m3，加固了隧道坑壁以外碎石土松散體，隧道開挖輪廓線外形成了漿液固結(jié)體護拱，從而有效的控制住松散體的坍塌。這種方法加固地表也有一個缺點，就是在開挖過程中，大管棚在拱部還可以起到挑臺梁的作用，而地表注漿加固失去了此項作用，必須采用拱部雙層超前小導管注單液漿以彌補地表注漿加固的不足。

圖1 地表加固注漿布置圖

圖2 超前小導管注單液注漿示意圖

4 超前小導管注單液注漿

為了克服地表注漿法失去的“挑臺梁”的作用，拱部采用雙層超前小導管注單液漿加固地層(如圖2所示)，外層小導管采用φ42鋼花管，長度3 m，環(huán)向間距60 cm，外插角30°，搭接長度1 m，其主要用途是進一步補強隧道拱部開挖輪廓線以外1.5 m范圍內(nèi)松散體注漿固結(jié)質(zhì)量;內(nèi)層小導管采用φ42鋼花管，長度6 m，環(huán)向間距60 cm，外插角5°～6°，搭接長度2 m，其主要用途是起挑抬作用并加強拱部松散體的固結(jié)。為了防止在小導管注漿時，因碎石土松散體孔隙率較大，所注漿液從掌子面或圍巖的縫隙中流出，影響注漿效果，小導管施工完成后，不能立即對它進行注漿，而是用噴射混凝土對整個掌子面噴射10 cm的混凝土進行封閉，形成止?jié){面，待噴射混凝土達到一定強度后再進行注漿加固。

松散體圍巖在施作導管時，因為松散體圍巖非常松散，用鉆桿引孔時極易卡鉆，且塌孔現(xiàn)象極其嚴重，根本無法形成有效孔眼。為了解決這一問題采用跟管鉆進辦法直接將小導管打入到圍巖中。跟管鉆進輔助工具加工方法如圖3所示:加工一根50 cm長的普通鉆桿，并在鉆桿中部焊接一個直徑大于60 mm的錨具，錨具下端焊接一塊10 cm×10 cm厚度大于10 mm的鋼板。在施工中，首先將需要安裝的小導管按設計要求加工好，并在每一根小導管的一端頭焊接鋼筋箍，將加工好的鉆桿插入小導管帶鋼筋箍的一端，矩形鋼板與小導管尾部相接，把輔助工具安裝在風鉆上，開動風鉆通過震動強行將導管打入圍巖中，實現(xiàn)跟管鉆進功能。

圖3 小導管跟管鉆進鋪助工具

5 結(jié)語

喀拉薩依隧道松散地質(zhì)地段的成功施工，主要采用了地表注漿加固代替原設計超前大管棚預注漿加固，節(jié)約成本8.9%，提前工期9 d，并且在施工中解決了一些小的施工技術難題，為松散地質(zhì)地段隧道施工積累了一定的施工經(jīng)驗。

1)洞口仰坡的處理非常重要，既可以防止隧道施工過程中邊坡坍塌又可以防止?jié){液流失。2)地表小導管注漿加固技術對于松散地質(zhì)條件進洞有著重要作用。3)采用噴射混凝土對整個掌子面進行封閉，形成止?jié){面，對提高小導管注漿的注漿效果、節(jié)約材料有重要意義。4)為避免預先施作錨桿對圍巖擾動，應采用先噴后錨的施工工藝。5)采用了用小導管徑向注漿取代中空錨桿徑向注漿，可以有效的避免成孔難的問題，值得推廣。

[1]侯朝炯，郭勵生，勾攀峰.煤巷錨桿支護[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社，1999:134-140.

[2]何滿潮，孫曉明.中國煤礦軟巖巷道工程支護設計與施工指南[M].北京:科學出版杜，2004:314-322.

[3]彭振斌.注漿工程設計計算與施工[M].武漢:中國地質(zhì)大學出版社，1997:101-112.

[4]王衛(wèi)軍，侯朝炯.軟巖巷道支護參數(shù)優(yōu)化與工程實踐[J].巖石力學與工程學報，2000，19(5):647-650.

[5]謝文兵，陸士良，殷少舉.軟巖硐室圍巖注漿加固作用與漿液擴散規(guī)律[J].中國礦業(yè)大學學報，1998，27(4):406-409.

[6]李樹清，王衛(wèi)軍，潘長良，等.斜嶺煤礦破碎軟巖巷道注漿加固技術研究[J].煤炭科學技術，2005，33(2):13-15.

[7]宋空軍，孫賀軍.大斷面煤巷錨桿錨索聯(lián)合支護的應用[J].中國礦業(yè)，2005，14(3):61-63.