淺談隧道超前小導(dǎo)管注漿作業(yè)的施工技術(shù)

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(jì)的飛速發(fā)展，運(yùn)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(kuò)大成為公路建設(shè)的重要工作。公路隧道在進(jìn)行山嶺地區(qū)高等級(jí)公路的修建中有著縮短里程、改善線形及保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。在自穩(wěn)性很差的軟弱松散地層修建隧道時(shí)，常采用淺埋暗挖的施工方法，而預(yù)加固及預(yù)支護(hù)措施則在隧道施工過程中起著關(guān)鍵作用。超前小導(dǎo)管注漿是隧道工程進(jìn)行掘進(jìn)施工中采用的一種超前的預(yù)支護(hù)技術(shù)，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(dǎo)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(jìn)中圍巖的穩(wěn)定性。小導(dǎo)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(jiǎn)單，利用一些簡(jiǎn)單工具即可在小空間范圍內(nèi)進(jìn)行鉆眼與布管，同時(shí)可在地層出現(xiàn)變化的狀況下對(duì)施工方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國大量隧道工程的興建，小導(dǎo)管注漿技術(shù)在各種困難地層施工中得到廣泛的應(yīng)用。

2、超前小導(dǎo)管注漿基本原理與施工設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 超前小導(dǎo)管注漿基本原理

超前小導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管滲透擴(kuò)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(gè)地層自承拱，同時(shí)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(shí)間，改變圍巖的力學(xué)性能，提高其力學(xué)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(qiáng)度來體現(xiàn)，以現(xiàn)場(chǎng)原位實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)來確定。超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)機(jī)理可歸結(jié)為如下兩方面：

（1）滲入性注漿

對(duì)于存在一定孔隙或者裂隙受到擾動(dòng)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(jié)地層的作用。

（2）劈裂、壓密注漿對(duì)于土質(zhì)致密的地層，通過對(duì)漿液施加較高的壓力以擠開裂縫，使?jié){液滲入圍巖，進(jìn)而壓密巖體。

2.2 施工設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）小導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)管的縱向搭接長度不應(yīng)小于1.0m；導(dǎo)管環(huán)向間距通過試驗(yàn)進(jìn)行確定，不可超過0.4m；設(shè)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(dǎo)管施工工藝

3.1 工藝流程

隧道超前小導(dǎo)管注漿的施工工藝流程是：施工準(zhǔn)備→制作小導(dǎo)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(zhǔn)備

（1）根據(jù)施工具體條件設(shè)計(jì)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(duì)土質(zhì)情況的調(diào)查分析，根據(jù)滲透系數(shù)進(jìn)行注漿類型的確定，包括注漿液的名稱、材質(zhì)、規(guī)格、用量及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。化學(xué)漿液的成本較高，且有一定毒性，不利于環(huán)保，應(yīng)慎用之。

（3）選擇試驗(yàn)、鉆孔、注漿、檢測(cè)等所需設(shè)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(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)確定注漿參數(shù)，包括注漿壓力、注漿半徑、注漿速度、擴(kuò)散半徑、有效范圍、漿液配合比及初凝時(shí)間、止水盤尺寸等。

（5）制作小導(dǎo)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(duì)伍，并對(duì)某些自制設(shè)備與器材的加工生產(chǎn)進(jìn)行部署。

3.3 安裝小導(dǎo)管

首先在設(shè)計(jì)好的孔位處做上標(biāo)記，用鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，要求孔徑超過設(shè)計(jì)導(dǎo)管管徑20mm以上；待成孔后按設(shè)計(jì)要求將小導(dǎo)管插入孔中，或者用鑿巖機(jī)將小導(dǎo)管直接從型鋼鋼架的上部、中部處打入，小導(dǎo)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(yù)支護(hù)體系。

3.4 注漿

進(jìn)行單液注漿時(shí)應(yīng)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(dǎo)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(jìn)行水泥漿壓注，按照由拱角到拱頂?shù)捻樞蜻M(jìn)行，選用普通水泥或者早強(qiáng)水泥。滲入注漿應(yīng)按實(shí)驗(yàn)確定的壓力與注漿量進(jìn)行施工，無實(shí)驗(yàn)條件時(shí)可按注漿半徑20cm進(jìn)行由大至小的調(diào)整，以選定壓力與注漿量。進(jìn)行劈裂、壓密注漿時(shí)應(yīng)按有效固結(jié)厚度大于40cm于施工中對(duì)注漿壓力與注漿量進(jìn)行由大到小的逐步選取。注漿應(yīng)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(shí)要將兩種不同漿液分別置于不同容器中，并使用兩臺(tái)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(jìn)行注漿。在注漿施工過程中，要認(rèn)真做好注漿記錄，并隨時(shí)分析與改進(jìn)作業(yè)，同時(shí)要留意支護(hù)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(dāng)出現(xiàn)串漿現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)通過多臺(tái)注漿機(jī)進(jìn)行同時(shí)注漿，或者及時(shí)堵塞串漿孔，待輪到進(jìn)行該管的注漿時(shí)再拔出堵塞物，同時(shí)用鐵絲清除管內(nèi)雜物，再用水或高壓風(fēng)進(jìn)行沖洗，然后進(jìn)行注漿。

（2）水泥漿單液注漿或水泥、水玻璃雙液注漿時(shí)由于進(jìn)漿量很大，壓力出現(xiàn)長時(shí)間不升高的現(xiàn)象，這時(shí)應(yīng)重新調(diào)整漿液濃度與配合比，降低凝膠時(shí)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(shí)間以便凝膠，應(yīng)注意停留時(shí)間不可超過混合漿凝膠時(shí)間。

（3）當(dāng)出現(xiàn)泵壓突然升高現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢查是否發(fā)生堵管。

4、施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及注意事項(xiàng)

4.1 施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

（1）進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)按批抽取制作超前小導(dǎo)管所用的鋼管進(jìn)行力學(xué)性能與工藝性能的實(shí)驗(yàn)，確保鋼管質(zhì)量符合國家相關(guān)規(guī)定和設(shè)計(jì)要求。

（2）導(dǎo)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(yīng)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(jìn)行補(bǔ)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(jìn)行補(bǔ)管、注漿。

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

4.2 質(zhì)量與安全注意事項(xiàng)

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

（2）注漿前要先做注水實(shí)驗(yàn)，不可直接注漿。

（3）必須為作業(yè)工人配置必須的防護(hù)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(shí)。

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

（6）掌子面的開發(fā)工作要在注漿施工結(jié)束后4小時(shí)方可進(jìn)行。

（7）相鄰兩排的小導(dǎo)管搭接長度要符合設(shè)計(jì)要求，而且不可小于1

5、結(jié)束語

超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)是隧道淺埋暗挖的一種支護(hù)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(jié)構(gòu)斷面較大或施作超前錨桿較為困難時(shí)，應(yīng)采用超前小導(dǎo)管技術(shù)進(jìn)行支護(hù)。在條件允許的情況下可進(jìn)行地面的超前小導(dǎo)管加固，當(dāng)已有導(dǎo)洞時(shí)，也可于導(dǎo)洞內(nèi)進(jìn)行隧道周邊的徑向注漿。小導(dǎo)管注漿技術(shù)有著施工工藝簡(jiǎn)單、工具簡(jiǎn)單、所需施工空間很小等優(yōu)點(diǎn)，且在遇到地層變化等情況時(shí)可對(duì)施工方案進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。小導(dǎo)管注漿因其適用性強(qiáng)及經(jīng)濟(jì)效益顯著，在隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。

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