雙層注漿小導(dǎo)管在鐵路隧道穿越軟弱圍巖地段施工中的應(yīng)用

楊立輝

中鐵十六局集團第一工程有限公司

1 工程概況

新建福廈鐵路3標段碧峰寺隧道全長為8434.27m，為3標段的最長隧道，起訖里程為DK51+761.00~DK60+195.27。該隧道地質(zhì)條件較差，不良地質(zhì)占比大，圍巖主要類型為J3n晶屑凝灰?guī)r，巖體分散破碎，含水量大，為構(gòu)造裂隙地下水；隧道發(fā)育有8條斷層、8處節(jié)理密集帶，圍巖膠結(jié)較差，自穩(wěn)性較弱；本隧道工程最大埋深約為232m，隧道洞身最淺埋深約為28m。

2 施工方案

本隧道工程原進洞設(shè)計方案為：實施30m長管棚注漿超前支護。施工單位立足施工現(xiàn)場進行全面勘探報告，綜合考慮的隧道工程的地質(zhì)條件、地貌及氣象水文因素，并根據(jù)鐵路工程的項目要求和工期安排，以“快速安全開挖進洞、零進洞”為優(yōu)化原則，經(jīng)過反復(fù)研究與討論，最后確定采用在雙層注漿小導(dǎo)管超前支護下進行預(yù)留核心土環(huán)形開挖施工，具體的施工設(shè)計圖如圖1所示

圖1 雙層注漿小導(dǎo)管超前支護施工設(shè)計圖

此方案能夠有效減少洞口開挖，安全性高，花費成本少，且施工開挖對圍巖的干擾較小，不會過度影響對仰坡和邊仰坡穩(wěn)定性，對環(huán)境的破壞較輕。此外，在本隧道工程中實施這一施工方案，施工單位能夠充分利用原有設(shè)備的基礎(chǔ)，提高刷坡效率，保證快速安全進洞，還能夠通過施作護拱來提高施工的安全性，防止出現(xiàn)山坡落石等安全事故，保證施工人員的安全，推動隧道施工順利進行。

3 施工技術(shù)

3.1 雙層注漿小導(dǎo)管超前支護施工流程

根據(jù)施工方案，確定在本隧道工程中應(yīng)用雙層注漿小導(dǎo)管超前支護進行施工，其施工流程具體如下：施工人員刷坡至設(shè)計標高，噴射混凝土封閉開挖面，再噴射強度等級C20混凝土，噴射厚度為10cm，標出并按照輪廓線進行開挖，開挖出小導(dǎo)管參數(shù)鉆孔，并將鋼花管頂入向小導(dǎo)管參數(shù)鉆孔內(nèi)部，頂入設(shè)計位置后再進行注漿作業(yè)，由注漿機連接鋼花管，完成加固巖土體的注漿，澆筑護拱掌子面上面的加固拱圈，支護完成后，就繼續(xù)正式開始隧道施工，開挖隧道洞口上部弧形導(dǎo)坑[1]。

3.2 施工方法

3.2.1 刷坡

施工人員根據(jù)隧道洞口截水溝布置圖來進行作業(yè)，開挖布置洞口坡頂截水溝，保證排水順通，避免地表水下滲或沖刷邊坡，保證洞口穩(wěn)定性后再進行洞口刷坡及雙層注漿小導(dǎo)管超前支護作業(yè)。按照施工標準和設(shè)計要求來進行洞口刷坡和支護作業(yè)，確保洞口邊坡和仰坡測量放樣精準，并清理邊坡和仰坡上石頭與雜物，刷坡作業(yè)后要立即對邊坡和仰坡進行臨時支護，盡快封閉巖面，避免出現(xiàn)坍塌事故[2]。

3.2.2 測量放樣

在完成刷坡作業(yè)后，施工人員應(yīng)盡快封閉開挖輪廓面，選擇性能適當(dāng)?shù)鼗炷吝M行噴射，本隧道工程選擇的是強度等級為C20的混凝土，并要保證噴射厚度達到10cm，防止跑漿。技術(shù)人員應(yīng)嚴格參考設(shè)計圖紙來確定雙層小導(dǎo)管的布設(shè)位置，在橫斷面上用紅漆標注小導(dǎo)管的具體位置。此外，為了保證隧道施工的質(zhì)量，使得施工人員能夠正確應(yīng)用雙層注漿小導(dǎo)管施工技術(shù)，在正式進行隧道施工前，技術(shù)人員應(yīng)做好技術(shù)交底工作，并根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來設(shè)置一個穩(wěn)定的控制點，該控制點的主要作用是用于控制鉆孔作業(yè)，保證鉆桿外插角與方向準確[3]。

3.2.3 小導(dǎo)管制作

綜合考慮隧道洞口覆蓋層厚度和地表坡度、巖土的物理力學(xué)參數(shù)以及隧道支護部位等影響因素，基于經(jīng)濟性和安全性的施工原則，確定應(yīng)用Φ42mm~Φ50mm的無縫鋼管或者是鋼花管來制作小導(dǎo)管，鋼管的長度要依據(jù)待加固區(qū)的范圍和圍巖外注漿作業(yè)的實際需求來確定，通常長度控制在300cm~600cm。為了提高導(dǎo)管頂入效率，在制作小導(dǎo)管的過程中采取將小導(dǎo)管前端20cm制作成尖錐形的措施。

管壁布眼間隔應(yīng)控制在10cm~20cm，并以梅花形的形狀錯落布置，保證溢漿孔的直徑在6mm~8mm。在外層注漿小導(dǎo)管后端預(yù)留20cm的空間，內(nèi)層小導(dǎo)管后端預(yù)留出100cm的空間，這些預(yù)留空間作為預(yù)留止?jié){段，便于后續(xù)開挖施工順利進行。與小導(dǎo)管末端位置進行加焊，加焊選擇的是6mm鋼筋。本隧道進口所選擇的雙層小導(dǎo)管長度為450cm，出口所選擇的雙層小導(dǎo)管的長度為600cm，所選擇的無縫鋼花管直徑均為φ50mm，壁厚均為5mm。小導(dǎo)管加工示意圖如圖2所示。

圖2 小導(dǎo)管加工示意圖

3.2.4 鉆孔并安設(shè)小導(dǎo)管

不同的圍巖等級和支護對象，鋼管的環(huán)向間距及排距有所不同，針對斷層破碎帶富水地段，鋼管環(huán)向間距應(yīng)較小，排距較密；而針對水平樁層狀圍巖，間距可適當(dāng)調(diào)大，也能夠保證圍巖穩(wěn)定性。若小導(dǎo)管間距過大，則雙層注漿小導(dǎo)管超前支護的效果會急劇下降，且小導(dǎo)管的錨桿作用和梁作用就難以對待支護體起到加固效應(yīng)，圍巖加固效果差，掌子面穩(wěn)定性受到影響，上方的地表易發(fā)生沉降和土體坍塌；若小導(dǎo)管間距過小，小導(dǎo)管的加固效應(yīng)易疊加，從而導(dǎo)致小導(dǎo)管的注漿加固作用難以充分發(fā)揮，且對圍巖干擾大，影響施工進度，增加施工成本。

因此，為了保證雙層注漿小導(dǎo)管超前支護充分發(fā)揮作用，應(yīng)將小導(dǎo)管的環(huán)向間距控制在25cm~40cm，排距的大小應(yīng)控制20cm~40cm，還要保證小導(dǎo)管的外插角恰當(dāng)，即，保證外層小導(dǎo)管的外插角在30°~60°，內(nèi)層小導(dǎo)管的外插角在10°~15°，保證小導(dǎo)管水平投影搭接長度≥100cm。

本隧道工程根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，結(jié)合項目需要，擬定的參數(shù)如下：隧道進口位置內(nèi)層和外層小導(dǎo)管的外插角分別為10°和20°，小導(dǎo)管之間的環(huán)向間距為35cm，每個環(huán)向共計35根小導(dǎo)管，雙層排距為35cm，于拱頂120°的范圍內(nèi)布設(shè)，內(nèi)外層的小導(dǎo)管的布置方式為錯落布置；隧道出口位置的內(nèi)外層小導(dǎo)管的外插角都是29°，小導(dǎo)管之間的環(huán)向間距為30cm，每個環(huán)向共計45根小導(dǎo)管，雙層排距為30cm，小導(dǎo)管布置范圍及方式與進口位置的小導(dǎo)管布置相一致。

嚴格按照擬定參數(shù)來進行小導(dǎo)管的布設(shè)，保證間距、排距及外插角都達到設(shè)計要求，技術(shù)人員在進行布設(shè)放樣時可參考拱頂外輪廓中心高程與支距，標注小導(dǎo)管的位置。保證鉆孔直徑大于鋼管直徑，應(yīng)至少＞2cm，從而提升小導(dǎo)管頂入效率，在鉆孔作業(yè)時要避免鉆孔孔壁出現(xiàn)坍塌和縮孔問題。為了保證注漿順利，不應(yīng)將小導(dǎo)管全部頂入鉆孔，應(yīng)預(yù)留一定長度來連接注漿管，便于注漿加固巖土體。

3.2.5 焊接

為了充分發(fā)揮小導(dǎo)管的錨桿樁、梁等作用，施工人員可通過焊接來將其固定在型鋼拱架上。

3.2.6 注漿施工

注漿施工應(yīng)該從上到下進行，要保證施工對稱，內(nèi)外圈施工時要先進行內(nèi)圈注漿，并且要先注漿無水鉆孔，然后再完成有水鉆孔的注漿作業(yè)。如果選擇的是雙液漿，注漿施工就需要配置兩臺注漿泵及其配套管路，保證注漿作業(yè)的質(zhì)量。本隧道注漿施工的具體參數(shù)如下：水泥漿和水玻璃組成的雙液漿，其中，水泥漿中水灰比為1∶1，水玻璃的質(zhì)量為水泥漿的5%，其濃度和模數(shù)分別為35波美度和2.4，注漿施工的壓力大小為0.5MPa~10MPa。

注漿施工期間，施工人員要加強對注漿壓力的實時監(jiān)測與控制，可通過調(diào)節(jié)注漿泵的方式改變壓力值，從而使?jié){液在合適壓力條件下注入。注漿施工時，先啟動注漿泵，待其可維持正常運行狀態(tài)后關(guān)閉泵口閥門。注漿壓力應(yīng)逐步提高，對應(yīng)泵壓也需同步增加，期間應(yīng)由專員觀察壓力，明確其在歷史注漿階段的變化特點，預(yù)測后續(xù)發(fā)展趨勢，若實測注漿壓力提升至設(shè)計值，應(yīng)及時關(guān)閉注漿泵，但依然需穩(wěn)壓20min，使?jié){液完全注滿。經(jīng)上述流程后，結(jié)束注漿作業(yè)，按規(guī)范卸下注漿系統(tǒng)和注漿混合器，做全面的檢查，若存在問題應(yīng)該及時修復(fù)，并清理裝置內(nèi)殘留的漿液等雜物，妥善保管。

注漿施工期間若遇串漿現(xiàn)象時，需有效封堵串漿孔，采取隔孔注漿的方法。若注漿壓力在短時間內(nèi)異常提高，需停機檢查，分析管口是否存在堵塞等異?，F(xiàn)象。若進漿量偏多但壓力僅呈小幅度提升或是無變化的狀態(tài)，應(yīng)當(dāng)及時調(diào)整漿液的配合比，改善其濃度，此外，適當(dāng)延長漿液在縫隙內(nèi)的停留時間，以便充分發(fā)揮出漿液的作用，達到有效膠結(jié)加固的效果。

4 結(jié)束語

綜上所述，雙層注漿小導(dǎo)管施工技術(shù)應(yīng)用價值高，不僅能夠極大地提高圍巖的自穩(wěn)性，延長圍巖的自穩(wěn)時間，還能夠保障施工進度和施工安全，控制施工成本。因此，施工單位需加強對雙層注漿小導(dǎo)管超前支護技術(shù)的研究與開發(fā)，從而提高自身的各項效益。