淺談隧道超前小導管注漿作業(yè)的施工技術

陜西華山路橋工程有限公司：袁偉

1、引言

隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，運輸量也呈現(xiàn)大幅增長，高速公路的修建與干線公路通行能力的擴大成為公路建設的重要工作。公路隧道在進行山嶺地區(qū)高等級公路的修建中有著縮短里程、改善線形及保護環(huán)境等優(yōu)點。在自穩(wěn)性很差的軟弱松散地層修建隧道時，常采用淺埋暗挖的施工方法，而預加固及預支護措施則在隧道施工過程中起著關鍵作用。超前小導管注漿是隧道工程進行掘進施工中采用的一種超前的預支護技術，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。采用超前小導管注漿法，可將隧道開挖過程中所釋放的荷載傳遞至前方的圍巖及后方初支部位，從而保證隧道掘進中圍巖的穩(wěn)定性。小導管注漿是指沿著隧道縱方向于拱上部的開挖輪廓線外部一定范圍內(nèi)密排向前上方傾斜的注漿鋼花管，這種注漿施工工藝較為簡單，利用一些簡單工具即可在小空間范圍內(nèi)進行鉆眼與布管，同時可在地層出現(xiàn)變化的狀況下對施工方案進行及時調整，有著顯著的經(jīng)濟效益。隨著我國大量隧道工程的興建，小導管注漿技術在各種困難地層施工中得到廣泛的應用。

2、超前小導管注漿基本原理與施工設計參數(shù)

2.1 超前小導管注漿基本原理

超前小導管注漿工藝的原理是在隧道工作面的拱上部一定范圍內(nèi)將小導管以一定角度打入地層中，并通過注漿泵施加的壓力使?jié){液沿著小導管滲透擴散至地層的空隙中，起到止水的作用，并在工作面的周圍形成一個地層自承拱，同時通過管體的超前錨桿作用提高土體的自穩(wěn)能力與自穩(wěn)時間，改變圍巖的力學性能，提高其力學參數(shù)，從而控制地層松弛變形。注漿效果通過圍巖抗?jié)B性與強度來體現(xiàn)，以現(xiàn)場原位實驗及實驗室實驗來確定。超前小導管注漿固結機理可歸結為如下兩方面：

（1）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）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。

2.2 施工設計參數(shù)

（1）小導管可選用管徑為Φ25 ～ 42的有縫鋼管，管長一般為3.0 ～ 6.0m。

（2）小導管以縱向沿隧道輪廓線外一定范圍向前上方傾斜，外插角α為10°～ 15°。

（3）注漿壓力取決于地層的致密程度， 一般為0.5 ～ 1.0MPa；水泥漿水灰比為1：1；水玻璃波美度為e＝35；模度2.4。

（4）超前小導管的縱向搭接長度不應小于1.0m；導管環(huán)向間距通過試驗進行確定，不可超過0.4m；設置范圍在拱部120°。

（5）注漿液選用純水泥漿液或添加5%水玻璃的雙液漿。

3、超前小導管施工工藝

3.1 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。工藝流程圖如圖1所示：

圖1 工藝流程圖

3.2 施工準備

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

（2）通過對土質情況的調查分析，根據(jù)滲透系數(shù)進行注漿類型的確定，包括注漿液的名稱、材質、規(guī)格、用量及技術標準等。化學漿液的成本較高，且有一定毒性，不利于環(huán)保，應慎用之。

（3）選擇試驗、鉆孔、注漿、檢測等所需設備及儀表器材，檢查儀器是否完好，保證工作壓力符合注漿壓力的要求。

（4）擬定適當?shù)膶嶒灧桨福�通過實驗確定注漿參數(shù)，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。

（5）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8mm的梅花形鉆眼，尾端留至少30cm不鉆孔作為至漿段。

（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(chǎn)進行部署。

3.3 安裝小導管

首先在設計好的孔位處做上標記，用鑿巖機進行鉆孔，要求孔徑超過設計導管管徑20mm以上；待成孔后按設計要求將小導管插入孔中，或者用鑿巖機將小導管直接從型鋼鋼架的上部、中部處打入，小導管外露部分為20cm，并支撐在開挖面后方鋼架之上，與其形成預支護體系。

3.4 注漿

進行單液注漿時應先噴砼5 ～ 10mm封閉掌子面形成止?jié){盤以防漏漿，注漿前要先沖洗管內(nèi)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?shù)捻樞蜻M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)。

3.5 注漿異常現(xiàn)象的處理

（1）串漿是指注漿過程中出現(xiàn)的漿液從其他孔中流出的現(xiàn)象。當出現(xiàn)串漿現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)長時間不升高的現(xiàn)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(xiàn)泵壓突然升高現(xiàn)象時，應停機檢查是否發(fā)生堵管。

4、施工質量標準及注意事項

4.1 施工質量標準

（1）進場前應按批抽取制作超前小導管所用的鋼管進行力學性能與工藝性能的實驗，確保鋼管質量符合國家相關規(guī)定和設計要求。

（2）導管要在開挖輪廓線上方一定范圍內(nèi)按照一定角度打入，施工偏差應符合規(guī)定。其中深入性注漿的孔位誤差要控制在5cm以內(nèi)，角都誤差不可超過2°。劈裂、壓密注漿的孔位誤差要控制在10cm以內(nèi)，角度誤差不可超過3°。不符合規(guī)定的要進行補管、注漿。

（3）滲入性注漿的單孔注漿量不能小于每孔平均注漿量的80%，劈裂、壓密注漿的單孔注漿量不能小于每孔平均注漿量的60%。不符合規(guī)定的要進行補管、注漿。

（4）在開挖過程中隨時進行注漿效果的觀察，一旦發(fā)現(xiàn)問題要立即停工并進行相應處理。

4.2 質量與安全注意事項

（1）在注漿前要對機具完好性、連接管路和封口是否良好等進行檢查，一旦發(fā)現(xiàn)異常必須立即停止作業(yè)并進行處理，以防壓力爆破導致傷人事故。

（2）注漿前要先做注水實驗，不可直接注漿。

（3）必須為作業(yè)工人配置必須的防護用品，確保施工安全。

（4）鋼管與拱架要焊接牢固，待注漿完成后要立即將注漿孔堵塞密實。

（5）進行注漿施工的過程中，要實時密切監(jiān)控注漿工作狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)支護出現(xiàn)變形或損壞，要立即停止施工并采取相應措施。

（6）掌子面的開發(fā)工作要在注漿施工結束后4小時方可進行。

（7）相鄰兩排的小導管搭接長度要符合設計要求，而且不可小于1

5、結束語

超前小導管注漿技術是隧道淺埋暗挖的一種支護措施，要與鋼拱架配合使用。隧道施工在破碎軟弱地層鑿空后極易出現(xiàn)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(nèi)進行隧道周邊的徑向注漿。小導管注漿技術有著施工工藝簡單、工具簡單、所需施工空間很小等優(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(jīng)濟效益顯著，在隧道施工中得到廣泛應用。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會     文徑網(wǎng)絡：劉軍 呂琳琳 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)