小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)在隧道淺埋暗挖法施工中的應(yīng)用分析

江慧元

（江西省地質(zhì)調(diào)查勘查院，南昌 330025）

1 工程概況

維西至蘭坪通甸公路項(xiàng)目位于云南省迪慶州維西縣與怒江州蘭坪縣境內(nèi)，維通公路某合同段共有短隧道2 個(gè)，其中，1#隧道為明挖隧道，長(zhǎng)159 m；2#隧道長(zhǎng)94 m，拱頂最大埋深13 m，屬于典型的淺埋隧道。鑒于2#隧道（K5+611～K5+705）圍巖巖性表層為灰黃、褐黃及淺灰黃色填筑土，主要成分為粉質(zhì)黏土、碎石土，圍巖為Ⅴ類，開挖施工采用上下臺(tái)階法，施工原則是：管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、弱振動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉。

2 小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)相關(guān)概述

超前小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)是隧道開挖中的關(guān)鍵工藝，該技術(shù)的基本原理是在鉆孔后插入特制的小導(dǎo)管，然后用注漿泵將砂漿注入隧道掌子面的地層結(jié)構(gòu)中，借此增強(qiáng)隧道土體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，使小導(dǎo)管對(duì)隧道開挖作業(yè)起到良好的支護(hù)作用。小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)在具體應(yīng)用時(shí)還可與鋼拱架聯(lián)合應(yīng)用，從而作為支護(hù)管棚增強(qiáng)隧道開挖的安全性。在此過(guò)程中，超前小導(dǎo)管注漿后，小導(dǎo)管能夠改善隧道開挖工作面的環(huán)境，并在隧道頂端形成約1 m 的加固圈。同時(shí)還可以與隧道地層結(jié)構(gòu)相融合，形成完整的支護(hù)體系，確保施工范圍內(nèi)工作面的穩(wěn)定性，預(yù)防坍塌、地表沉降等風(fēng)險(xiǎn)[1]。

3 淺埋暗挖法施工與小導(dǎo)管超前支護(hù)的聯(lián)系性

淺埋暗挖法是隧道工程建設(shè)中的常用工法之一，具有大型設(shè)備依賴性低、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。采用淺埋暗挖法施工時(shí)，開挖作業(yè)不會(huì)對(duì)周圍建筑物、地面車輛的通行產(chǎn)生影響。在城市隧道工程施工建設(shè)中，由于地下管線布設(shè)較為復(fù)雜，為避免出現(xiàn)地表沉降、地面塌陷等安全風(fēng)險(xiǎn)，還應(yīng)在隧道淺埋暗挖過(guò)程中利用各類輔助工法加固底層結(jié)構(gòu)，確保隧道開挖施工的安全性。根據(jù)隧道開挖時(shí)輔助工法的基本目標(biāo)，可將常用的工法劃分為加固及防水兩種類型，小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)屬于加固類的輔助工法。維通公路項(xiàng)目2#隧道，在制訂隧道淺埋暗挖施工方案時(shí)，同步應(yīng)用小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)，借此增強(qiáng)地層穩(wěn)固性，有效地防范了隧道開挖安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。

4 隧道淺埋暗挖法施工中小導(dǎo)管超前支護(hù)的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 施工條件分析

維通公路項(xiàng)目中，2#隧道進(jìn)出口段表層均為全風(fēng)化巖，洞頂板及圍巖為強(qiáng)風(fēng)化巖，巖體破碎，結(jié)構(gòu)松散，浸水易化、崩解，圍巖自穩(wěn)能力差，拱部和側(cè)壁存在大塌方的可能性，為進(jìn)洞施工帶來(lái)了較大的安全隱患。2#隧道洞身V 級(jí)圍巖段因受淺埋及不均勻風(fēng)化影響，拱部和側(cè)壁易產(chǎn)生崩塌，存在塌方和冒頂?shù)目赡苄?，給施工造成不可預(yù)見(jiàn)的困難。

2#隧道監(jiān)控量測(cè)是新奧法復(fù)合式襯砌設(shè)計(jì)、施工的核心技術(shù)之一，起到反饋和指導(dǎo)施工的作用。因此，在該項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)了解掌子面前方工程地質(zhì)及水文地質(zhì)，并以此為基礎(chǔ)，聯(lián)合應(yīng)用淺埋暗挖法及小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)施工方法，以此避免在施工作業(yè)中出現(xiàn)安全事故，保障施工安全。

4.2 小導(dǎo)管超前支護(hù)流程

1）制作支護(hù)小導(dǎo)管。本項(xiàng)目?jī)?nèi)小導(dǎo)管采用φ50 mm 鋼管，在鋼構(gòu)件加工場(chǎng)制作。超前小導(dǎo)管的前端做成尖錐形，尾部焊接φ8 mm 鋼筋加勁箍，管壁上每隔15 cm 交錯(cuò)布置注漿孔，孔眼直徑為6～8 mm。

2）小導(dǎo)管超前支護(hù)施工原則。隧道工程淺埋暗挖施工時(shí)，為保證施工作業(yè)的安全性以及隧道開挖整體質(zhì)量，需使用提前特制的小導(dǎo)管在隧道內(nèi)進(jìn)行超前支護(hù)。但在施工過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)持以下原則：（1）堅(jiān)持分部開挖、短進(jìn)尺的基本原則。（2）堅(jiān)持弱爆破的原則，最后堅(jiān)持錨、網(wǎng)、噴、型鋼鋼架聯(lián)合支護(hù)的原則。小導(dǎo)管超前支護(hù)施工的具體流程，如圖1 所示。

圖1 隧道淺埋開挖施工中超前小導(dǎo)管施工流程圖

3）小導(dǎo)管超前支護(hù)施工。本項(xiàng)目中超前小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)方案是用風(fēng)槍進(jìn)行鉆孔后，將小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求插入孔中，外露端支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預(yù)支護(hù)體系。具體施工內(nèi)容主要包括以下方面：（1）通過(guò)噴射混凝土的方式將已開挖的掌子面封閉，混凝土層的厚度約為10 cm。（2）隨后測(cè)量分析鉆孔注漿、插入小導(dǎo)管的實(shí)際位置，布設(shè)孔眼。（3）安裝小導(dǎo)管時(shí)，導(dǎo)管應(yīng)與隧道巖層結(jié)構(gòu)相垂直。

4）使用風(fēng)槍鉆孔，鉆孔時(shí)應(yīng)堅(jiān)持多回轉(zhuǎn)、少?zèng)_擊的基本原則，緩慢鉆進(jìn)，鉆進(jìn)期間反復(fù)掃孔，直到鉆孔深度到達(dá)設(shè)計(jì)深度。鉆孔深度到達(dá)設(shè)計(jì)值后，將小導(dǎo)管導(dǎo)入鉆孔內(nèi)，在此期間，施工人員應(yīng)嚴(yán)格控制孔位方向、各鉆孔的間距，以及鉆孔時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)，鉆孔深度允許偏差約為5 cm、孔位允許偏差為4 cm、鉆孔方向允許偏差為2°、鉆孔間距的允許偏差為1.5 cm。

4.3 小導(dǎo)管注漿方案

維通公路2#隧道施工中，注漿設(shè)備采用注漿泵，注水泥砂漿，砂漿的配合比由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，在管口處設(shè)止?jié){塞。采用小型砂漿攪拌機(jī)拌制水泥砂漿，注漿壓力為0.5～0.8 MPa。注漿前先噴射混凝土3～5 cm 封閉掌子面作止?jié){盤，若注漿未達(dá)到壓力要求，應(yīng)調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，直至符合注漿質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。注漿先從拱頂開始向下注，先灌注單號(hào)孔，再灌注雙號(hào)孔。注漿參數(shù)應(yīng)根據(jù)注漿試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整。注漿作業(yè)中認(rèn)真填寫注漿記錄，隨時(shí)分析和改進(jìn)，并注意觀察施工支護(hù)工作面的狀態(tài)，試挖掌子面，無(wú)明顯滲水時(shí)，即可進(jìn)行開挖作業(yè)。

1）按照小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)安裝、布置小導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)按照隧道淺埋開挖的輪廓線將小導(dǎo)管從鋼格柵腹部穿過(guò)，并將導(dǎo)管底部與格柵拱架固定起來(lái)。安裝受阻時(shí)用鉆機(jī)將導(dǎo)管頂入，頂入深度應(yīng)不小于導(dǎo)管長(zhǎng)度的90%，各支護(hù)小導(dǎo)管之間的環(huán)向距離約為30 cm，之后，施工人員可將注漿閥門、小導(dǎo)管相連接，為避免出現(xiàn)漏漿問(wèn)題，可用錨固劑處理鉆孔、注漿管的間隙，使其充分銜接后進(jìn)行注漿。

2）注漿前期，將配制好的混凝土噴射在隧道坑道處，噴射厚度為10 cm，噴射區(qū)域的漿層強(qiáng)度較高時(shí)，可有效避免圍巖裂縫中滲漏漿液。注漿過(guò)程中小導(dǎo)管注漿的速度與圍巖、地層孔隙率、注漿設(shè)備動(dòng)力系數(shù)有關(guān)，通常情況下，注漿速度應(yīng)保持在5～110 L/min。而在控制超前小導(dǎo)管注漿量時(shí)，可參考的信息包括支護(hù)工藝、漿液特性及其凝固后對(duì)巖體的支護(hù)作用。施工人員可結(jié)合淺埋開挖施工時(shí)的基本需求，注入適量的漿液，確保巖體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、防滲漏能力符合預(yù)期要求。

3）完成小導(dǎo)管注漿作業(yè)后還應(yīng)及時(shí)檢查注漿效果。（1）小導(dǎo)管注漿結(jié)束后，會(huì)使圍巖在預(yù)支后與周圍粉土形成整體，產(chǎn)生“支護(hù)殼體”，借此提升隧道淺埋開挖時(shí)的土體剛度及強(qiáng)度，以避免隧道開挖時(shí)因應(yīng)力釋放而出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)開挖檢驗(yàn)后可知，本項(xiàng)目的注漿效果良好，小導(dǎo)管超前支護(hù)作用明顯。（2）地面沉降檢測(cè)同樣是檢驗(yàn)小導(dǎo)管注漿效果的關(guān)鍵，所以，還應(yīng)加強(qiáng)隧道開挖區(qū)域地表沉降值的監(jiān)測(cè)，當(dāng)沉降檢測(cè)點(diǎn)的沉降值控制在7～13 mm 以內(nèi)且小于基本預(yù)警值20 mm 時(shí)，表示地面沉降數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定。（3）施工人員還應(yīng)查看鉆孔內(nèi)注漿壓力及注漿量，分析其是否符合小導(dǎo)管超前支護(hù)的技術(shù)要求，確定其符合設(shè)計(jì)值后，根據(jù)注漿量估算漿液擴(kuò)散半徑，評(píng)估注漿效果。

4.4 隧道淺埋開挖

4.4.1 小導(dǎo)管超前支護(hù)的隧道淺埋開挖流程

隧道工程建設(shè)中，基于小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)與淺埋暗挖法的施工流程包括施工前準(zhǔn)備、開挖隧道覆蓋層、邊坡支護(hù)、上部小導(dǎo)管超前支護(hù)、上部開挖、下部小導(dǎo)管超前支護(hù)、下部開挖、施作仰拱、填充混凝土、二次襯砌等內(nèi)容。維通公路項(xiàng)目施工中淺埋暗挖的具體方式采用臺(tái)階開挖法，在完成超前小導(dǎo)管支護(hù)、導(dǎo)管內(nèi)注漿等作業(yè)后，可正式進(jìn)行隧道開挖工作。

4.4.2 小導(dǎo)管超前支護(hù)時(shí)的隧道開挖工藝

隧道施工中臺(tái)階開挖法是將隧道斷面劃分為多個(gè)斷面，然后分段實(shí)施開挖作業(yè)。隧道淺埋開挖施工中臺(tái)階法的應(yīng)用較為廣泛，具體包括中隔墻臺(tái)階法、正臺(tái)階法等類型。其中，正臺(tái)階法在實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)及早閉合支護(hù)的方式，控制地面沉降。維通公路2#隧道進(jìn)出口段表層均為全風(fēng)化巖，圍巖較為軟弱，所以，可采用靈活性較強(qiáng)的正臺(tái)階法。但在實(shí)際應(yīng)用正臺(tái)階法時(shí)，還應(yīng)合理控制隔斷門的臺(tái)階長(zhǎng)度、斷面分塊。通常情況下，普通地質(zhì)條件的隧道工程其臺(tái)階長(zhǎng)度應(yīng)保持在5～8 m，若因地下水而出現(xiàn)開挖困難問(wèn)題時(shí)，應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)臺(tái)階長(zhǎng)度，實(shí)際長(zhǎng)度約為15 m。

具體施工流程可分兩部分進(jìn)行：（1）正式開挖時(shí)用小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)注漿，然后開挖隧道上部弧形區(qū)域，安裝上部支護(hù)鋼架，并在隧道上部拱墻處噴射混凝土，同時(shí)開挖上方的核心土層、安裝臨時(shí)支護(hù)的橫撐。（2）開挖下層土方，安裝下層支護(hù)鋼架，將混凝土噴射在下層邊墻處，開挖隧道底板、安裝底板處的支護(hù)鋼架。

采用正臺(tái)階法進(jìn)行隧道淺埋開挖施工時(shí)，還應(yīng)重視以下工作：（1）隧道開挖時(shí)，開挖循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)與一榀格柵間距相同，開挖過(guò)程中注意控制開挖時(shí)的水平線、中線、輪廓，同時(shí)注意預(yù)防超挖風(fēng)險(xiǎn)，人工修鑿欠挖區(qū)域時(shí)，還應(yīng)注意預(yù)留變形。（2）開挖時(shí)盡量保留核心土體，初次支護(hù)完畢后開挖該區(qū)域。若圍巖本身的穩(wěn)固性不強(qiáng)，采用臺(tái)階法時(shí)應(yīng)適當(dāng)縮短臺(tái)階長(zhǎng)度，并閉合支護(hù)體系，聯(lián)合應(yīng)用鋼架結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼格柵可用螺栓連接。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，超前小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)作為隧道工程建設(shè)中的輔助工法之一，能夠在隧道淺埋暗挖時(shí)增強(qiáng)地層穩(wěn)定性。但是對(duì)于不同地質(zhì)條件的隧道工程，其對(duì)小導(dǎo)管規(guī)格的要求會(huì)有明顯差異，對(duì)此，可根據(jù)實(shí)際情況特制超前支護(hù)小導(dǎo)管。小導(dǎo)管注漿、安裝過(guò)程中應(yīng)明確注漿配制比例與安裝方法，持續(xù)規(guī)范隧道淺埋暗挖施工流程，借此有效地增強(qiáng)隧道掌子面的穩(wěn)固性，保障隧道開挖的安全性。