隧道小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工技術(shù)及材料選擇分析

張艷娜

摘 要：小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工是隧道施工過(guò)程中常見(jiàn)的施工工藝。文章結(jié)合工程實(shí)踐，首先論述小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)作用機(jī)理，并詳細(xì)介紹在不同情況下小導(dǎo)管施工的處置措施和施工控制要點(diǎn)，給出不同情況下的小導(dǎo)管施工材料選擇，以期為類(lèi)似隧道小導(dǎo)管施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：隧道;小導(dǎo)管;預(yù)支護(hù);材料選擇

1 小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)作用

小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)主要作用是在隧道開(kāi)挖前，通過(guò)小導(dǎo)管和注漿的共同作用改變巖石性能及邊界條件，從而直接影響圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)。其中，小導(dǎo)管注漿可以直接改變圍巖的力學(xué)性能，漿液主要通過(guò)滲透作用、填充作用、劈裂作用和擠密作用改變圍巖受力狀態(tài)。小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)起到支撐梁和錨桿的作用，主要體現(xiàn)在以下4 個(gè)方面。

（1）對(duì)巖石塊和圍巖的連接作用。小導(dǎo)管穿過(guò)隧道圍巖巖體內(nèi)不穩(wěn)定的巖石塊段，將巖石塊同周?chē)鷰r體連接起來(lái)，提高巖體的整體穩(wěn)定性。

（2）自身形成的組合梁作用。小導(dǎo)管打入巖層后，同周?chē)鷩鷰r結(jié)合，整體形成組合梁或者組合拱，對(duì)組合梁或者組合拱上方的巖體起到有效的支撐作用。

（3）對(duì)巖體的擠壓加固作用。小導(dǎo)管打入巖層后，對(duì)作用范圍內(nèi)的巖體產(chǎn)生擠壓作用，周?chē)鶆虿贾玫男?dǎo)管形成一條均勻的圍巖壓縮區(qū)，該區(qū)域圍巖受到壓縮后的反作用力又形成了對(duì)壓縮區(qū)周?chē)鷰r體的徑向支撐力，從而使圍巖巖體強(qiáng)度進(jìn)一步得到提高。

（4）增加巖層摩擦力的作用。小導(dǎo)管打入巖層后，對(duì)巖層有一定的錨固力，該錨固力增加了巖層間的摩擦力，很大程度上降低了巖層發(fā)生滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)[4]。

2 小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工流程及控制要點(diǎn)

如圖1所示，小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工是沿隧道掘進(jìn)斷面外輪廓線外縱向且向上傾斜安設(shè)注漿管，將漿液注入，從而實(shí)現(xiàn)加固隧道圍巖、密實(shí)圍巖裂縫，達(dá)到止水的目的。小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工流程如圖2所示，施工過(guò)程中，各控制要點(diǎn)如下[2]。

（1）施工中一般采用鉆孔打入法安設(shè)（簡(jiǎn)稱(chēng)“打設(shè)”）小導(dǎo)管，鉆孔直徑應(yīng)比鋼管直徑大3～5 mm，鋼管頂入長(zhǎng)度不小于自身長(zhǎng)度的90%，打設(shè)完成后將小導(dǎo)管內(nèi)砂石清理干凈。

（2）隧道掘進(jìn)施工開(kāi)挖長(zhǎng)度小于小導(dǎo)管的注漿長(zhǎng)度，預(yù)留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻，如圖3所示。小導(dǎo)管安裝后，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)導(dǎo)管附近噴射混凝土，防止工作面發(fā)生坍塌。

（3）注漿量通過(guò)2個(gè)指標(biāo)控制：設(shè)計(jì)注漿量或設(shè)計(jì)終止注漿壓力。當(dāng)任何一項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，即可停止注漿。

（4）注漿前對(duì)設(shè)備進(jìn)行壓力機(jī)管路檢查，注漿過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)觀察注漿泵排漿變化，防止堵管或者漏漿。

（5）注漿壓力應(yīng)作為注漿施工的關(guān)鍵控制因素。施工過(guò)程中，常見(jiàn)注漿壓力變化及對(duì)應(yīng)對(duì)處置措施如下：①若注漿開(kāi)始后壓力遞增，但是難達(dá)到設(shè)計(jì)要求，此時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大漿液濃度，縮短壓漿時(shí)間間隔;②若壓力上升很快但注漿速度慢，主要可能是由于漿液濃度同巖層密實(shí)度不匹配或者漿液濃稠凝結(jié)時(shí)間短所致，應(yīng)停止注漿，檢查管路是否堵塞;③若壓力上升后突然下降，則可能是壓力過(guò)大導(dǎo)致周?chē)鷩鷰r空隙被沖破，此時(shí)應(yīng)降低注漿速度;④若壓力上升后下降，而后壓力又上升，并且可以達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，則此種情況有效，無(wú)需處理。

3 小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)材料選擇

3.1 小導(dǎo)管材料選擇

小導(dǎo)管一般采用普通焊管制作而成，頂端加固成錐形便于打插，中部打直徑為5 mm左右的溢漿孔，溢漿孔呈梅花形排列，末端焊接環(huán)形箍筋，用以防止小導(dǎo)管尾部在打設(shè)過(guò)程中開(kāi)裂。

3.2 注漿漿液選擇

注漿漿液通常采用改性水玻璃+水泥漿制作，但是漿液的水灰比、水泥漿和水玻璃的比例、水玻璃的濃度等各項(xiàng)指標(biāo)不同，均會(huì)導(dǎo)致漿液性能發(fā)生改變，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)圍巖地質(zhì)不同，確定不同的漿液參數(shù)。

3.2.1 砂層漿液參數(shù)選擇

砂層圍巖致密但是自穩(wěn)能力差，當(dāng)隧道圍巖主要是砂層時(shí)，容易發(fā)生坍塌，無(wú)法形成自然應(yīng)力拱，且在隧道施工過(guò)程中，易發(fā)生流砂，給施工造成極大困擾。因此，通常采用增加水玻璃濃度和注漿壓力的方法增強(qiáng)土體強(qiáng)度。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，可采用預(yù)注酸性水玻璃再注漿的方法對(duì)周?chē)馏w進(jìn)行加固。建議以水玻璃為主，加入15%左右的稀硫酸，控制水玻璃濃度為30 Be°左右，同時(shí)加入少量碳酸氫鈉（NaHCO3）使?jié){液pH值控制在3左右，各成分具體的比例應(yīng)同土體細(xì)紗的級(jí)配協(xié)調(diào)。通過(guò)不同方法加固的土體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 1所示。

3.2.2 黏土層漿液選擇

通過(guò)大量的施工對(duì)比發(fā)現(xiàn)，對(duì)于黏土層采用劈裂法注漿效果最佳，使用水泥和水玻璃的混合液注漿，可以有效地避免灌漿過(guò)程中跑漿的發(fā)生，提高土體的早期固結(jié)強(qiáng)度。此外，漿液灌注過(guò)程中對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生擠壓作用，也可以在一定程度上提高地層的整體強(qiáng)度。

為確定水泥和水玻璃混合液的材料及配比，通過(guò)開(kāi)展大量配比試驗(yàn)，總結(jié)了如下規(guī)律：①水泥水灰比提高，混合液凝結(jié)時(shí)間和流動(dòng)性增加;②水玻璃用量提高，混合液初凝時(shí)間縮短，流動(dòng)性降低?，F(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中可根據(jù)此規(guī)律，根據(jù)需要對(duì)混合液配比進(jìn)行調(diào)整，以求最佳效果。

3.2.3 卵石層漿液選擇

卵石層是隧道施工過(guò)程中最為常見(jiàn)的地質(zhì)，通常卵石層小導(dǎo)管注漿采用滲透法，漿液采用水泥漿。注漿壓力只需確保使?jié){液迅速擴(kuò)散并填充即可，通?？刂圃?.3～0.5 MPa，按照相關(guān)要求把漿液注入到土壤層中，且保持不破壞土壤層結(jié)構(gòu)。實(shí)際施工中，一般采用2種方式提高卵石層中注漿效果：調(diào)節(jié)注漿壓力和調(diào)整漿液水灰比。根據(jù)相關(guān)資料，注漿效果同壓力和水灰比的關(guān)系如表2所示。

由表2可知，卵石層漿液水灰比最好控制在0.7 ： 1左右，注漿壓力控制在0.5 MPa。但由于卵石夾砂地層空隙小，漿液難以順暢填充縫隙，因此，建議根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)增加注漿壓力或者降低水灰比。

4 結(jié)語(yǔ)

小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工工藝的安全性、可靠性和適用性經(jīng)過(guò)大量工程實(shí)踐檢驗(yàn)，已得到對(duì)比和證實(shí)。但是，在實(shí)際施工過(guò)程中，還需要充分理解其作用機(jī)理，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的施工工藝和參數(shù)，掌握施工控制要素，才能真正發(fā)揮小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)施工工藝的優(yōu)勢(shì)，保證隧道施工過(guò)程中開(kāi)挖和襯砌的順利進(jìn)行。

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收稿日期 2019-12-27

責(zé)任編輯 宗仁莉