淺談隧道超前小導(dǎo)管注漿

李偉權(quán)

(廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心,廣東普寧 515300)

淺談隧道超前小導(dǎo)管注漿

李偉權(quán)

(廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心,廣東普寧 515300)

隧道施工中,自支護(hù)能力相對(duì)較弱,若遇到破損的圍巖,很容易發(fā)生危險(xiǎn)。而超前小導(dǎo)管注漿法能夠改善土體的物理性能、增強(qiáng)軟弱圍巖的自承載能力、防止地層松弛變形,可極大地增強(qiáng)隧道的支護(hù)能力,是隧道工程在不良地質(zhì)條件中最為有效的輔助施工方法之一。本文介紹了超前小導(dǎo)管注漿加鋼支撐的施工工藝,闡述超前小導(dǎo)管的設(shè)計(jì)參數(shù)、注漿壓力、工藝流程,提出施工中的注意事項(xiàng)。

隧道 超前小導(dǎo) 注漿工藝

山嶺隧道施工中,往往會(huì)遇到穩(wěn)定性極差的軟弱破碎巖層,此時(shí)就要借助超前支護(hù)予以支撐。而超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)則以其簡(jiǎn)單便捷的施工工藝技術(shù),被廣泛應(yīng)用于隧道施工之中,并且成為隧道施工過(guò)程中輔助穩(wěn)定開(kāi)挖最為行之有效的工藝技術(shù)。該工藝特別適用于自穩(wěn)時(shí)間較短的巖溶泥流地段,砂土層、小斷層破碎帶、砂卵(礫)石層,淺埋軟巖地段,自穩(wěn)性差的軟弱破碎圍巖,嚴(yán)重偏壓,斷層破碎以及大面積淋水或涌水地段施工?？稍谒淼篱_(kāi)挖前或開(kāi)挖中采用輔助施工方法與穩(wěn)定措施,以加強(qiáng)隧道圍巖穩(wěn)定。較大管棚施工而言,小導(dǎo)管注漿技術(shù)更加簡(jiǎn)單便捷,經(jīng)濟(jì)實(shí)效性更強(qiáng)。目前隧道進(jìn)、出口端普遍采用超前小導(dǎo)管注漿加鋼支撐輔助開(kāi)挖的進(jìn)洞施工工藝。本文將結(jié)合隧道小導(dǎo)管注漿工藝的原理及特性,探究其工藝流程及其對(duì)實(shí)際隧道施工工程的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)示意圖

圖2 超前小導(dǎo)管施工作業(yè)流程圖

1 隧道超前小導(dǎo)管注漿的加固原理及其特點(diǎn)

隧道超前小導(dǎo)管注漿加固機(jī)理為滲入性注漿,對(duì)于有裂隙且被破壞受擾動(dòng)的圍巖,可利用注漿壓力,將水泥漿液滲透入這些裂隙之中,將水泥漿液作為粘合劑。膠接體,使有破損或已破碎圍巖可以緊密膠合,從而形成一個(gè)完好的整體,組成承重環(huán),使已破損的巖層又可轉(zhuǎn)變?yōu)檎w穩(wěn)定帶,防止在隧道施工過(guò)程中,因圍巖開(kāi)挖而引發(fā)巖塊松動(dòng)或脫落,實(shí)現(xiàn)加固巖石的目的。隧道超前小導(dǎo)管注漿施工工藝,擁有多重優(yōu)點(diǎn),在軟弱破碎的圍巖中,這些優(yōu)點(diǎn)便尤為凸顯。例如,打入后的小導(dǎo)管在隧道中形成管棚效果,聯(lián)合網(wǎng)結(jié),超前支護(hù)體系由此形成,進(jìn)而增強(qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性與牢固性,防止圍巖松弛變形,極大的提升了隧道施工的安全性;穩(wěn)妥的注漿效果,使得注漿質(zhì)量更加易于操控,注漿效果更好;借助超前支護(hù)方法,再通過(guò)對(duì)水泥漿液凝結(jié)時(shí)間的調(diào)節(jié),可極大的減少隧道開(kāi)挖時(shí)間;另外,超前小導(dǎo)管注漿利用小型機(jī)具進(jìn)行施工,不用專門設(shè)備,操作方法更加簡(jiǎn)單易行,而且這種方法的還具有安全性能更高,耗費(fèi)成本更低的優(yōu)點(diǎn)。

2 小導(dǎo)管注漿分類

結(jié)合各種注漿目的及注漿材料,小導(dǎo)管注漿一般可分為兩類:一類為注水泥砂漿,關(guān)鍵作用是導(dǎo)管的剛度增強(qiáng);二類為水泥或注水泥漿—水玻璃雙液漿等化學(xué)漿液,關(guān)鍵作用為:(1)將坑道周圍噴漿區(qū)的松散巖體通過(guò)漿液的化學(xué)作用在短時(shí)間加固并符合一定自穩(wěn)力,為掘進(jìn)時(shí)的施工安全給予保障;(2)漿液融入巖體的空隙凝結(jié)固化后可起到很好的防水作用。水泥一水玻璃雙液漿的固結(jié)時(shí)間大約在4小時(shí)左右,單液水泥漿的固結(jié)時(shí)間大約在8小時(shí)左右。在施工操作工藝基木和地質(zhì)條件相同的情況下,雙液注漿的止水效果比單液注漿強(qiáng)。

3 漿液特性

3.1 單液槳

單液漿的特性重點(diǎn)反應(yīng)漿液的稠度、漿液和凝結(jié)時(shí)間的配合比等。水灰比能選用0.8:1～2:1,如果要縮短凝結(jié)時(shí)間,需加入三乙醇胺速凝劑和食鹽等。在孔口處有必要設(shè)置止?jié){塞,能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓比漿塞要強(qiáng),間隔注漿后至開(kāi)挖前的時(shí)間,視漿液種類為4h～8h合適。開(kāi)挖時(shí),應(yīng)保留1.5m～2.0m的止?jié){墻,防止下一次注漿時(shí)孔口跑漿,具體操作應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、巖性、施工條件確定。

3.2 雙液漿

雙液漿的特性關(guān)鍵發(fā)生在漿液粘度、凝膠時(shí)間和顆粒度長(zhǎng)短上,現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定漿液配合比;漿液選用水灰比為:0.8:1～1.5:4。水玻璃與水泥漿的體積比一般在1:0.3～1:1,在相對(duì)范圍內(nèi)水玻璃用量的逐漸減少,凝固時(shí)間逐漸縮短,也能把食鹽和三乙醇胺速凝劑添加進(jìn)去等。當(dāng)水玻璃與水泥漿的體積比在1:0.4～1:0.6范圍時(shí),漿液使石體抗壓強(qiáng)度升高。水玻璃濃度一般在30Be～50Be(波美度)之間,漿液濃度越高使石體抗壓強(qiáng)度升高。采用的雙液漿在實(shí)際工程中為1: 1重量比的水泥漿和35Be的水玻璃,前者與后者的體積比為1:0.5。理論推算水玻璃的比重為145(145－35Be)＝1.318t/m3。1:1泥漿的實(shí)際試驗(yàn)比重為1.512t/m3,該雙液漿初凝時(shí)間為4min,終凝時(shí)間為70min。

4 超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)

超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)規(guī)格一般采用ф42 mm熱軋無(wú)縫鋼管,長(zhǎng)4m～7m,壁厚3.5mm,管壁每隔15-20cm交錯(cuò)鉆眼,眼孔直徑60mm～80mm,鉆孔直徑在風(fēng)鉆鑿巖時(shí)的單位比管徑大2cm。小導(dǎo)管頂端要定為尖錐型方便導(dǎo)管釘入巖壁鉆孔內(nèi),小導(dǎo)管打入巖體后尾端余下5cm～10 cm,已接有止回閥的短鋼管要加焊,見(jiàn)圖1所示。

5 注漿壓力

小導(dǎo)管注漿注漿壓力應(yīng)由試驗(yàn)確定。促使?jié){液在巖層裂隙中流動(dòng)擴(kuò)散的一種動(dòng)力就是注漿壓力,擁有足夠的注漿壓力來(lái)抵制地層裂隙阻力和巖內(nèi)天然水頭壓力才能使?jié){液大量擴(kuò)散填滿,使加固堵水的作用起到效果。

因此,漿液的粘稠度在固定的情況下,注漿壓力直接與巖層的裂隙寬度和粗糙度、裂隙水頭壓力、裂隙發(fā)育程度相關(guān)。壓力升高導(dǎo)致劈裂土體,因此,注漿壓力普遍約束在0.5MPa～1.0MPa。

6 工藝流程(見(jiàn)圖2所示)

7 施工過(guò)程中注意事項(xiàng)

(1)小導(dǎo)管鉆孔前應(yīng)先清除掌子面危巖,然后采用噴射混凝土進(jìn)行封閉,以保證施工人員的安全,確保注漿作業(yè)時(shí)封閉的掌子面能起到止?jié){墻的作用。鉆孔前應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行精確定位,以防止穿孔或交叉。(2)安裝注漿管時(shí),應(yīng)在注漿與孔口巖面相交處用膠泥(水玻璃與水泥)和麻絲纏繞,使之與鉆孔孔壁充分?jǐn)D壓塞緊,實(shí)現(xiàn)注漿管的固定和比漿。膠泥還沒(méi)有凝固到相當(dāng)強(qiáng)度不能注漿。(3)嚴(yán)格控制配合比與凝膠時(shí)間,初選配合比后,用凝膠時(shí)間控制調(diào)節(jié)配合比,并測(cè)定注漿結(jié)實(shí)體的強(qiáng)度,選定最佳配合比。漿液第一關(guān)經(jīng)過(guò)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾,阻止雜物融入注漿泵及小導(dǎo)管。(4)注漿時(shí)第一步注無(wú)滲水孔,接下來(lái)注有滲水孔。(5)注漿過(guò)程中,注漿壓力嚴(yán)格控制,注漿終壓必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求,并穩(wěn)壓,保證漿液的滲透范圍。注漿機(jī)壓力符合規(guī)定壓力,要慢慢升壓。達(dá)到注漿壓力規(guī)定值時(shí)給予穩(wěn)壓的時(shí)間,應(yīng)持壓3min～5min,以便于漿液滲入縫隙加強(qiáng)。(6)注漿過(guò)程中及時(shí)觀察掌子面圍巖情況,并根據(jù)吸漿量及壓力上升情況,當(dāng)兩者之一達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)可結(jié)束注漿作業(yè)。(7)導(dǎo)管在注漿時(shí),打開(kāi)相鄰導(dǎo)管止回閥讓原有管內(nèi)存放的裂縫水流出相鄰的導(dǎo)管,濃漿從相鄰的導(dǎo)管內(nèi)流出時(shí)注漿停止,相鄰管的止回閥關(guān)閉,等到控制壓力達(dá)到時(shí)該管的止回閥被關(guān)閉。然后注漿軟管在相鄰管接上,止回閥打開(kāi)加壓注漿開(kāi)始進(jìn)行,等到控制壓力符合時(shí)壓漿關(guān)閉停止該止回閥。(8)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)把配制的漿液用完。(9)注漿過(guò)程應(yīng)有專人記錄,完成后檢驗(yàn)注漿效果,不合格者進(jìn)行補(bǔ)注。注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)。(10)注漿量控制。1)經(jīng)過(guò)對(duì)超前小導(dǎo)管注漿的漿液特性的認(rèn)識(shí)還有施工工藝的嚴(yán)格把關(guān)控制,漿液有必要注入巖體實(shí)際中,使圍巖達(dá)到預(yù)期的固結(jié)強(qiáng)度和止水作用;注漿量如果異常超標(biāo)時(shí),例如,局部巖體發(fā)生空洞,我們可以提前了解并推測(cè)圍巖地質(zhì)條件的變異情況,從而之后的施工工藝事先調(diào)整。因此比較實(shí)際注漿量和理論注漿量,評(píng)估實(shí)際注漿質(zhì)量和止水效果非常有意義;2)根據(jù)注漿量理論計(jì)算的總量控制,管控實(shí)際工地注漿量的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量受到嚴(yán)格把關(guān),避免因施工技術(shù)人員盲目套用不適當(dāng)公式而導(dǎo)致計(jì)量注漿量過(guò)高,造成業(yè)主支付不必要的、不符合實(shí)際的工程款。

8 結(jié)語(yǔ)

隧道施工地質(zhì)具有不定性的條件,均采用多種多樣的小導(dǎo)管注漿工藝的設(shè)計(jì)參數(shù)。及時(shí)在具體施工中把握好、控制好施工中事項(xiàng)發(fā)生,能達(dá)到隧道圍巖固結(jié)和止水效果的可以采用小導(dǎo)管注漿工藝,同時(shí),通過(guò)注漿量的理論推算和實(shí)際量測(cè)的比較可有效地評(píng)估實(shí)際注漿質(zhì)量和控制工程費(fèi)用?，F(xiàn)將某高速公路施工中獲得的經(jīng)驗(yàn)與體會(huì)在此總結(jié),供業(yè)內(nèi)人士參考。

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