淺析超前小導管注漿技術在玉蟾山隧道施工中的應用

高興濤，陳華國

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

淺析超前小導管注漿技術在玉蟾山隧道施工中的應用

高興濤，陳華國

(中國水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

超前小導管注漿技術是隧道淺埋暗挖的一種支護措施，在隧道的軟弱破碎地層、穿越淺埋段、沙層段、洞口偏壓段、斷層破碎帶及砂卵石段等不良地段施工中發(fā)揮著重要的作用。本文分析了隧道超前小導管注漿的基本原理與設計參數、小導管注漿具體施工工藝、質量要求及注意事項。

玉蟾山隧道 超前小導管 注漿

1 工程概況

玉蟾山隧道位于四川省瀘州市瀘縣玉蟾山風景區(qū)，為高瓦斯隧道，隧道進口采用削竹式洞門，出口采用端墻式洞門。隧道進出口地形坡度較緩，洞口工程地質條件較簡單，隧道穿越的地層主要巖性為砂巖、泥質砂巖、泥巖、頁巖及灰?guī)r，隧道軸線與巖層走向近正交，隧道最大深埋約215m，屬于低地應力區(qū)。

隧址區(qū)內無影響場地穩(wěn)定的活動斷裂構造，也無滑坡、泥石流、崩塌等不良地質現象，主要的不良地質現象為煤礦中的瓦斯及老煤窯采空區(qū)。隧道圍巖級別為Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級圍巖。

2 超前小導管注漿固結原理

2.1 超前小導管注漿原理

隧道超前小導管注漿是在隧道開挖掌子面頂拱部位一定范圍內按照10°～15°外插角將小導管打入巖層中，并通過注漿泵給漿液施加一定壓力，使?jié){液沿著小導管滲透擴散至巖層縫隙中，起到止水的作用，并在掌子面周圍形成一個自成拱，同時通過管體的超前錨桿作用于巖層，改變圍巖力學性能及巖層的自穩(wěn)能力，增強巖層的穩(wěn)定性。注漿后通過觀察圍巖的抗?jié)B性和強度，根據現場注漿壓力及注漿時間以及試驗室試驗比對來確定。

2.2 滲入性注漿

對于存在一定孔隙或者裂隙受到擾動與破壞的圍巖，通過注漿泵施加的壓力使?jié){液克服阻力滲入圍巖空隙或裂隙中，從而起到固結地層的作用。

2.3 劈裂、壓密注漿

對于土質致密的地層，通過對漿液施加較高的壓力以擠開裂縫，使?jié){液滲入圍巖，進而壓密巖體。

3 小導管注漿設計參數

3.1 小導管設計參數

(1)小導管采用外徑42mm、厚4.5mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長度為450cm。為便于超前小導管插入圍巖內，鋼管前端做成尖錐狀，管壁四周鉆6mm壓漿孔；尾部1m不設壓漿孔；

(2)鋼管環(huán)向間距為40cm；

(3)搭接長度≥1m；

(4)外插角：10°～15°。

3.2 預注漿采用水泥—水玻璃雙液參數

(1)水泥漿液水灰比1∶1(重量比)，水泥標號為425水泥；

(2)水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.5；

(4)注漿壓力為0.5MPa～1.0MPa；

(5)注漿效果：開挖后拱部基本無滲漏水、無坍塌。如果圍巖地下水較大，采用水泥—水玻璃漿液注漿，如地下水較小，采用純水泥漿液。施工時，每孔注漿量達到設計注漿量或注漿壓力達到設計注漿壓力時，可以結束注漿。水泥—水玻璃雙液的參數可根據現場實際情況進行調整；

(6)小導管漿液擴散半徑不小于0.3m，單孔注漿量按Q=πR2Lna計算。其中R(m)為漿液擴散半徑，取0.3m；L(m)為小導管長度，取4.5m；n(%)為圍巖空隙率，取15%；a為漿液填充率，取0.8。

4 超前小導管施工工藝

4.1 工藝流程

隧道超前小導管注漿的施工工藝流程是：施工準備→制作小導管→鉆孔→配置漿液→注漿→隧道開挖。

4.2 施工準備

(1)根據設計施工圖紙及施工具體條件，制定防止與隧道施工發(fā)生相互干擾的有效措施；

(2)選擇試驗、鉆孔、注漿、檢測等所需設備及儀表器材，檢查儀器狀況良好，保證工作壓力符合注漿壓力的要求；

(3)擬定適當的實驗方案，通過實驗確定注漿參數，包括注漿壓力、注漿半徑、注漿速度、擴散半徑、有效范圍、漿液配合比及初凝時間、止水盤尺寸等；

(4)制作小導管，其前端為尖錐形，尾端焊接直徑為8mm的鋼筋加勁箍，于管壁每隔20cm處做直徑為6mm的梅花形鉆眼，尾端留1m不鉆孔作為至(止)漿段；

(5)施工前對施工人員進行技術交底，并定期對作業(yè)人員進行培訓；

(6)組織、安排施工隊伍，并對某些自制設備與器材的加工生產進行部署。

4.3 安裝小導管

小導管在打管前，按照設計要求放出小導管的位置。小導管采用鉆孔打入法，鉆孔直徑比鋼管直徑大3mm～5mm，然后用鉆機將小導管頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內砂石吹出。小導管尾部置于鋼架腹部，增加共同支護能力。

采用人工手持風鉆成孔后安裝，直徑42mm導管尾部外露足夠長度，并與鋼拱架焊接在一起，小導管施工縱向搭接長度應符合設計并不小于1m。鉆孔前，進行孔位測量放樣，孔位測量做到位置準確。按放樣位置鉆孔，并設方向架控制鉆孔方向，使孔位外插角度符合設計要求。所有鉆孔完成后均須進行檢驗，防止出現串孔，影響注漿效果。鉆孔完成后，用高壓風清孔?？卓谘b好墊板及排氣管(φ8塑料管)后，用快凝砂漿封閉孔口，封口長度20cm～30cm。用注漿機將漿液通過錨桿體管道注入巖體，當排氣管溢漿液時，折起排氣管并綁扎，繼續(xù)注漿直至達到設計要求。

4.4 注漿

4.4.1 注漿漿液配制、攪拌

(1)水泥漿攪拌在拌合機內進行，根據拌合機容量大小，嚴格按要求投料，水泥漿濃度根據地層情況和凝膠時間要求而定，一般應控制在1.5∶1～1∶1；

(2)攪拌水泥漿的投料順序為:在加水的同時將緩凝劑一并加入并攪拌,待水量加夠后繼續(xù)攪拌1min,最后將水泥投入并攪拌3min；

(3)緩凝劑摻量根據所需凝膠時間而定,一般控制在水泥用量的2%～3%。

4.4.2 注漿施工

進行單液注漿時應先噴混凝土5mm～10mm封閉掌子面，形成止?jié){盤以防漏漿，注漿前要先沖洗管內積物，然后將輸漿管連接于小導管的尾部，打開閥門排氣孔按照由下向上的順序用注漿泵進行水泥漿壓注，按照由拱角到拱頂的順序進行，選用普通水泥或者早強水泥。滲入注漿應按實驗確定的壓力與注漿量進行施工，無實驗條件時可按注漿半徑20cm進行由大至小的調整，以選定壓力與注漿量。

進行劈裂、壓密注漿時，應按有效固結厚度大于40cm于施工中對注漿壓力與注漿量進行由大到小的逐步選取。注漿應選用4.0MPa以上的高壓注漿泵，待注漿完成后要立即堵塞鋼管管口以防漿液外流。雙液注漿時要將兩種不同漿液分別置于不同容器中，并使用兩臺注漿泵或雙液注漿泵按一定配比吸入兩種漿液，在兩種漿液充分混合后進行注漿。在注漿施工過程中，要認真做好注漿記錄，并隨時分析與改進作業(yè)，同時要留意支護工作面狀態(tài)。

4.5 注漿異?，F象的處理

(1)串漿是指注漿過程中出現的漿液從其他孔中流出的現象。當出現串漿現象時，應通過多臺注漿機進行同時注漿，或者及時堵塞串漿孔，待輪到進行該管的注漿時再拔出堵塞物，同時用鐵絲清除管內雜物，再用水或高壓風進行沖洗，然后進行注漿；

(2)水泥漿單液注漿或水泥、水玻璃雙液注漿時，由于進漿量很大，壓力出現長時間不升高的現象，這時應重新調整漿液濃度與配合比，降低凝膠時間，以小泵量低壓或間歇注漿，保證漿液在裂縫中有一定的停留時間以便凝膠，應注意停留時間不可超過混合漿凝膠時間；

(3)當出現泵壓突然升高現象時，應停機檢查是否發(fā)生堵管。

4.6 施工注意事項

(1)注漿前應嚴格檢查機具、管路及接頭處的牢靠程度，以防壓力爆破傷人；

(2)導管采用鋼管應順直，其不鉆入圍巖的尾部可不鉆孔；

(3)導管前端加工成錐形；

(4)導管安裝前應將工作面封閉嚴密、牢固、清理干凈，并測放出鉆設位置后方可施工；

(5)導管采用鉆孔施工，其孔眼深度應大于導管長度，其頂入長度不小于導管長度的90%；

(6)導管沿拱的環(huán)向外插角不小于5°，不大于10°；

(7)導管打入后要用吹管或掏勺將管內砂石吹(掏)出，以免堵塞；

(8)超前小導管從格柵腹部空間穿過，插入已鉆好的孔中，尾部與鋼架焊接為一體；

(9)注漿順序由拱腳向拱頂逐管注漿；

(10)注漿壓力達到0.4MPa～0.6MPa；

(11)注漿結束后，應對注漿泵及管路進行清洗，以保證下次注漿順利進行。

5 結語

超前小導管注漿是隧道淺埋暗挖的一種支護措施，與鋼拱架配合使用。隧道施工在破碎軟弱地層鑿空后極易出現塌孔、結構斷面較大或施作超前錨桿較為困難時，應采用超前小導管技術進行支護。在條件允許的情況下可進行地面的超前小導管加固，當已有導洞時，也可于導洞內進行隧道周邊的徑向注漿。小導管注漿技術具有施工工藝簡單、工具簡單、所需施工空間小等優(yōu)點，且在遇到地層變化等情況時可對施工方案進行隨時調整。小導管注漿因其適用性強及經濟效益顯著，在隧道施工中得到廣泛應用。

〔1〕霍金崗，霍文財.超前小導管隧道施工[J].中國新技術新產品，2011(20)∶26.

〔2〕蘆繼業(yè)，曹玉文.暗挖工程超前小導管注漿工藝工作原理[J].中國新技術新產品，2011(9)∶65.

〔3〕廖書志.超前小導管在隧道穿越軟弱圍巖中的應用[J].石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報，2007，6(2)∶54-67.

〔4〕王鐵男，郝 哲，楊青潮.超前小導管注漿布置范圍對地鐵隧道開挖的影響分析[J].現代隧道技術，2010(5)∶54-58.

■

U455.71

B

2095-1809(2017)02-0035-03

高興濤(1988-)，男，甘肅慶陽人，瀘州國道321一級公路改建工程項目部工區(qū)質檢工程師，從事公路工程施工技術工作；

陳華國(1974-)，男，四川廣元市人，瀘州國道321線納溪至瀘縣一級公路改建工程項目部生產工區(qū)主任兼項目經理助理，從事公路工程施工技術與管理工作。