超前小導(dǎo)管在隧道超前支護(hù)施工中的運用研究

楊祖建

(貴州凱里路橋工程公司)

1 工程概況

貴州省梵凈山環(huán)線公路楊柳溝至團龍工程第三合同段中核桃灣隧道全長350 m，公路等級為四級，洞內(nèi)行車速度為30km/h，隧洞建筑限界凈寬為9 m，凈高5 m，公路荷載等級為II 級。隧道位于高中山深切谷地斜坡地貌區(qū)，隧洞穿過高中山山脊中部。區(qū)內(nèi)最高標(biāo)高在K20 + 140，高程1 467.730，最低處在出洞口處1 732.475，相對高差105 m，隧道設(shè)計標(biāo)高:1 363.040～1 356.249 m，隧道最大埋深128 m，隧道走向與山脊走向約成90°正交，植被發(fā)育，水土保持較好。隧道進(jìn)口位于地形坡度較陡的順坡或切層沖溝西則，上履殘坡積粘土零星分布厚度較小，下伏基巖風(fēng)化砂巖及弱風(fēng)化板巖，巖石風(fēng)化裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，完整性較差，圍巖分級為V 級，成洞條件差，圍巖易坍塌，處理不當(dāng)有可能出現(xiàn)大體積坍塌及昌頂，成洞困難，邊坡為順向坡或切層坡，坡度較緩，邊坡穩(wěn)定，洞口工程條件較差，出口圍巖易坍塌，圍巖分級為V 級，存在偏壓現(xiàn)象。

隧道按新奧法進(jìn)行施工，采用復(fù)合襯砌，即以系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、工字鋼型鋼鋼架或格柵拱架等作為初期支護(hù)，根據(jù)不同圍巖的級別輔以管棚、超前小導(dǎo)管、超前錨桿等超前支護(hù)措施，二次支護(hù)采用模筑混凝土或鋼筋混凝土，在兩次襯砌之間敷設(shè)PVC 防水板及無紡?fù)凉げ挤浪畬印?/p>

2 超前小導(dǎo)管施工原理

2.1 超前小導(dǎo)管原理

超前小導(dǎo)管注漿的主要原理就是在工作面周邊按照一定的角度將小導(dǎo)管打入到地層中，對注漿泵的壓力進(jìn)行借助，使得漿液能夠通過小導(dǎo)管內(nèi)進(jìn)行滲透，從而擴散到地層的孔隙或者是裂隙中，從而對土體物理力學(xué)的性能進(jìn)行改變，這樣不但可以起到止水的作用，還能夠在工作面四周形成一個承載殼－地層自承拱，同時管體又可起到超前錨桿的作用，從而達(dá)到增加土體的自穩(wěn)時間、提高開挖面地層自穩(wěn)能力、限制地層松弛變形的目的。

2.2 小導(dǎo)管超前注漿固結(jié)原理

通過總結(jié)研究可以得出，超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)的原理主要有以下兩種:(1)將漿液滲入到存在空隙或者是受到破壞的圍巖中，在注漿壓力的作用下，漿液滲透到圍巖的孔隙中，從而對底層進(jìn)行加固;(2)對于比較堅硬以及嚴(yán)密性比較好的土質(zhì)圍巖，漿液在高壓的條件下將縫隙擠開，使?jié){液得以滲入，形成脈狀水泥漿脈，漿液在圍巖分布形成以鋼管為主干的樹枝，凝固后的漿液挾持、網(wǎng)罩被壓密的土體，起到固結(jié)作用。

2.3 工藝特點

超前小導(dǎo)管工藝主要有以下四個方面的特點:(1)具有非?？煽亢头€(wěn)定的加固效果，很容易對注漿質(zhì)量進(jìn)行控制;(2)運用小型機械進(jìn)行施工，不需要對專用設(shè)備進(jìn)行配備，施工簡便易行;(3)導(dǎo)管與固結(jié)聯(lián)合成為超前支護(hù)體系，可以對圍巖自身的穩(wěn)定性進(jìn)行有效的提高，從而對圍巖的變形進(jìn)行避免，提供了施工過程的安全;(4)運用超前支護(hù)手段，可以對暗挖的時間進(jìn)行大幅度的縮短，混進(jìn)節(jié)省了施工時間，還保證了施工安全性。

3 超前小導(dǎo)管施工技術(shù)要點

3.1 測量放線

在進(jìn)行正式施工之前，需要對鉆孔位置進(jìn)行非常準(zhǔn)確的放線，并且需要做出非常明顯的標(biāo)記，這樣可以方便進(jìn)行鉆孔和復(fù)核。放線的主要內(nèi)容是對超前小導(dǎo)管中心和超前小導(dǎo)管間距確定。

3.2 鉆孔

在鉆孔施工之前，需要進(jìn)行鉆機定位施工，鉆機定位必須精確核定鉆孔、鉆機鉆頭位置?，F(xiàn)場可以利用全站儀、掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法。為了便于安裝超前小導(dǎo)管，鉆機采用直徑為φ50 mm 的鉆頭。圍巖均勻、穩(wěn)定的地段可以一次性成孔;圍巖較差的地段，鉆進(jìn)過程中如產(chǎn)生塌孔、卡鉆現(xiàn)象時，現(xiàn)場可以先補注漿以臨時加固圍巖后再進(jìn)行鉆孔。鉆機開鉆時應(yīng)保持低鉆速低風(fēng)壓進(jìn)行，待鉆孔位置正確、鉆機穩(wěn)定時可根據(jù)地質(zhì)情況逐漸調(diào)整鉆速及風(fēng)壓。鉆進(jìn)過程中經(jīng)常用測斜儀測定其鉆孔方向，并根據(jù)鉆機鉆進(jìn)過程中發(fā)生的現(xiàn)象及時判斷成孔的質(zhì)量，并及時處理鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)的事故。鉆孔作業(yè)結(jié)束之后需要技術(shù)的進(jìn)行清孔和驗孔作業(yè)。清孔之后，利用全站儀、測斜儀等檢測孔深、外插角，并做好詳細(xì)的原始紀(jì)錄，以備后續(xù)施工檢查備用。超前小導(dǎo)管鉆孔質(zhì)量要求見下表1。

表1 超前小導(dǎo)管鉆孔質(zhì)量要求

3.3 小導(dǎo)管加工

在進(jìn)行小導(dǎo)管家工作制作之前，需要將表面的雜物全部清理干凈，超前小導(dǎo)管插入巖體的端頭須加工成長度為20 cm 的圓錐形;超前小導(dǎo)管管體須用鉆機加工成φ10 mm的注漿孔，注漿孔間距為30 cm，呈梅花形布置。鉆完注漿孔后，要清楚鐵屑并磨平注漿孔。

3.4 小導(dǎo)管搬運和安裝

必須保證在對小導(dǎo)管的搬運過程中對其輕拿輕放，嚴(yán)禁隨意的對小導(dǎo)管進(jìn)行敲擊。在小導(dǎo)管的搬運過程中，防止其出現(xiàn)變形，如若發(fā)生變形須重新進(jìn)行加工。小導(dǎo)管端頭尖銳，搬運過程中注意人身安全。小導(dǎo)管安裝之前要對鉆孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，并對孔內(nèi)的碎石、土進(jìn)行處理。鉆孔完畢，立即安裝小導(dǎo)管。

3.5 注漿

在小導(dǎo)管安裝完成之后，必須進(jìn)行嚴(yán)格的壓水試驗，規(guī)定壓水試驗的壓力通常不大于1.0 MPa，并根據(jù)設(shè)計和試驗結(jié)果確定注漿參數(shù)。水泥漿液應(yīng)采用拌合桶配制，配制水泥漿或稀釋水玻璃漿液時，應(yīng)防止雜物混入，拌制好的漿液必須過濾后使用。小導(dǎo)管注漿采用水泥漿液，其施工配合比為1∶1(重量比)，根據(jù)隧道內(nèi)圍巖情況，注漿時取壓力為0.5～1.0 MPa。注漿過程中及時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)計規(guī)定時可結(jié)束注漿作業(yè)。水泥漿液采用專用的漿液拌制機在現(xiàn)場拌制，拌制時用磅稱對水泥及用水量進(jìn)行稱量控制。當(dāng)一盤漿液拌制好后即可將其引流至事先準(zhǔn)備好的盛漿容器內(nèi)，而漿液拌制機可繼續(xù)拌制漿液，以滿足注漿連續(xù)性的需要。注漿采用ZYB70/80D 型雙漿液注漿機，注漿時必須連續(xù)進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)有串孔和漏漿現(xiàn)象發(fā)生時，可采用間隔一段時間后再行補注的方式進(jìn)行。為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，可采用群管注漿(每次3～5 根)。注漿時遵循從下到上，從無水至有水的原則進(jìn)行。

在注漿之前需要進(jìn)行止?jié){環(huán)的安裝，必須需要對止?jié){環(huán)連接的密封性和可靠性進(jìn)行保證。超前小導(dǎo)管孔口必須設(shè)置排氣孔，超前小導(dǎo)管安設(shè)完成后及時注漿;漿液采用凈水泥漿，水泥漿水灰比0.5～1(重量比);水泥漿即拌即用，不得使用已經(jīng)達(dá)到初凝的水泥漿;為保證水泥漿質(zhì)量，拌和料必須嚴(yán)格按配合比執(zhí)行;在注漿完成之后需要使用鐵錘對鋼管進(jìn)行敲擊，如果發(fā)生的響聲是比較響亮并且清脆的，那么說明沒有注漿填滿，需要進(jìn)行補充注漿或者是重新注漿;如果發(fā)出的響聲是比較低沉和沙啞的，那么說明已經(jīng)注漿完成?，F(xiàn)場施工技術(shù)人員必須做好注漿量、終孔注漿壓力、注漿效果、水泥用量等原始記錄。

注漿過程中出現(xiàn)以下異?，F(xiàn)象的處理方法:

(1)在注漿施工中，串漿是常見的現(xiàn)象，主要指的是在進(jìn)行注漿的過程中孔中的漿液從其他孔中流出。如果在施工中發(fā)生串漿現(xiàn)象，那么必須及時的對串漿孔進(jìn)行封堵，等到需要進(jìn)行該孔的注漿時，再將封堵物拿出來。

(2)在注漿的過程中突然注漿壓力變高，那么很有可能導(dǎo)致堵管現(xiàn)象的產(chǎn)生，因而必須停止工作進(jìn)行檢查。如果在注漿過程中出現(xiàn)堵管的現(xiàn)象，那么需要對鋼管進(jìn)行敲打或者是滾動鋼管，促進(jìn)注漿管的流通性，如果上述措施無法對注漿管進(jìn)行疏通，那么必須要進(jìn)行補管。

(3)在注漿作業(yè)中，有時會出現(xiàn)孔內(nèi)進(jìn)漿量比較大并且壓力長時間不升高的現(xiàn)象，針對這種現(xiàn)場，應(yīng)該對漿液的濃度以及配合比進(jìn)行合理科學(xué)的調(diào)整，對凝膠的時間進(jìn)行縮短，并且進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠。

4 結(jié) 語

綜上所述，超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)因其具有突出的優(yōu)勢被廣泛的運用在隧道超前支護(hù)中。通過對上述工程中超前小導(dǎo)管支護(hù)施工技術(shù)的研究，為了保證施工質(zhì)量，必須做好鉆孔以及注漿作業(yè)。在今后的施工中，必須加強經(jīng)驗的總結(jié)，對施工順序進(jìn)行合理的安排從而提高小導(dǎo)管的施工效率和工程質(zhì)量。

［1］王敦誠，胡方田.超前小導(dǎo)管技術(shù)在輕軌淺埋暗挖工程中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2003，(9):56－57.

［2］李河玉.小導(dǎo)管注漿技術(shù)及在隧道和地下工程中的應(yīng)用［D］.西南交通大學(xué)，2002，(8):34－35.

［3］平樹江，傅偉，李漢江，胡崇經(jīng).隧道超前小導(dǎo)管注漿工藝的質(zhì)量控制［J］.山東交通科技，2004，(2):55－56.

［4］劉會勇.陸風(fēng)國..淺談隧道超前注漿堵水施工技術(shù)［J］.華章，2011，(23):77－78