高興濤，陳華國(guó)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

淺析超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)在玉蟾山隧道施工中的應(yīng)用

高興濤，陳華國(guó)

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司第五分局，四川 雙流，610225)

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，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。本文分析了隧道超前小導(dǎo)管注漿的基本原理與設(shè)計(jì)參數(shù)、小導(dǎo)管注漿具體施工工藝、質(zhì)量要求及注意事項(xiàng)。

玉蟾山隧道 超前小導(dǎo)管 注漿

1 工程概況

玉蟾山隧道位于四川省瀘州市瀘縣玉蟾山風(fēng)景區(qū)，為高瓦斯隧道，隧道進(jìn)口采用削竹式洞門，出口采用端墻式洞門。隧道進(jìn)出口地形坡度較緩，洞口工程地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，隧道穿越的地層主要巖性為砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖、頁(yè)巖及灰?guī)r，隧道軸線與巖層走向近正交，隧道最大深埋約215m，屬于低地應(yīng)力區(qū)。

隧址區(qū)內(nèi)無(wú)影響場(chǎng)地穩(wěn)定的活動(dòng)斷裂構(gòu)造，也無(wú)滑坡、泥石流、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象，主要的不良地質(zhì)現(xiàn)象為煤礦中的瓦斯及老煤窯采空區(qū)。隧道圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)圍巖。

2 超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)原理

2.1 超前小導(dǎo)管注漿原理

隧道超前小導(dǎo)管注漿是在隧道開(kāi)挖掌子面頂拱部位一定范圍內(nèi)按照10°～15°外插角將小導(dǎo)管打入巖層中，并通過(guò)注漿泵給漿液施加一定壓力，使?jié){液沿著小導(dǎo)管滲透擴(kuò)散至巖層縫隙中，起到止水的作用，并在掌子面周圍形成一個(gè)自成拱，同時(shí)通過(guò)管體的超前錨桿作用于巖層，改變圍巖力學(xué)性能及巖層的自穩(wěn)能力，增強(qiáng)巖層的穩(wěn)定性。注漿后通過(guò)觀察圍巖的抗?jié)B性和強(qiáng)度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)注漿壓力及注漿時(shí)間以及試驗(yàn)室試驗(yàn)比對(duì)來(lái)確定。

2.2 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(guò)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。

2.3 劈裂、壓密注漿

對(duì)于土質(zhì)致密的地層，通過(guò)對(duì)漿液施加較高的壓力以擠開(kāi)裂縫，使?jié){液滲入圍巖，進(jìn)而壓密巖體。

3 小導(dǎo)管注漿設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1 小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)小導(dǎo)管采用外徑42mm、厚4.5mm的熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)度為450cm。為便于超前小導(dǎo)管插入圍巖內(nèi)，鋼管前端做成尖錐狀，管壁四周鉆6mm壓漿孔；尾部1m不設(shè)壓漿孔；

(2)鋼管環(huán)向間距為40cm；

(3)搭接長(zhǎng)度≥1m；

(4)外插角：10°～15°。

3.2 預(yù)注漿采用水泥—水玻璃雙液參數(shù)

(1)水泥漿液水灰比1∶1(重量比)，水泥標(biāo)號(hào)為425水泥；

(2)水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.5；

(4)注漿壓力為0.5MPa～1.0MPa；

(5)注漿效果：開(kāi)挖后拱部基本無(wú)滲漏水、無(wú)坍塌。如果圍巖地下水較大，采用水泥—水玻璃漿液注漿，如地下水較小，采用純水泥漿液。施工時(shí)，每孔注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量或注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力時(shí)，可以結(jié)束注漿。水泥—水玻璃雙液的參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整；

(6)小導(dǎo)管漿液擴(kuò)散半徑不小于0.3m，單孔注漿量按Q=πR2Lna計(jì)算。其中R(m)為漿液擴(kuò)散半徑，取0.3m；L(m)為小導(dǎo)管長(zhǎng)度，取4.5m；n(%)為圍巖空隙率，取15%；a為漿液填充率，取0.8。

4 超前小導(dǎo)管施工工藝

4.1 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(kāi)挖。

4.2 施工準(zhǔn)備

(1)根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙及施工具體條件，制定防止與隧道施工發(fā)生相互干擾的有效措施；

(2)選擇試驗(yàn)、鉆孔、注漿、檢測(cè)等所需設(shè)備及儀表器材，檢查儀器狀況良好，保證工作壓力符合注漿壓力的要求；

(3)擬定適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，通過(guò)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；

(4)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6mm的梅花形鉆眼，尾端留1m不鉆孔作為至(止)漿段；

(5)施工前對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，并定期對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)；

(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。

4.3 安裝小導(dǎo)管

小導(dǎo)管在打管前，按照設(shè)計(jì)要求放出小導(dǎo)管的位置。小導(dǎo)管采用鉆孔打入法，鉆孔直徑比鋼管直徑大3mm～5mm，然后用鉆機(jī)將小導(dǎo)管頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)砂石吹出。小導(dǎo)管尾部置于鋼架腹部，增加共同支護(hù)能力。

采用人工手持風(fēng)鉆成孔后安裝，直徑42mm導(dǎo)管尾部外露足夠長(zhǎng)度，并與鋼拱架焊接在一起，小導(dǎo)管施工縱向搭接長(zhǎng)度應(yīng)符合設(shè)計(jì)并不小于1m。鉆孔前，進(jìn)行孔位測(cè)量放樣，孔位測(cè)量做到位置準(zhǔn)確。按放樣位置鉆孔，并設(shè)方向架控制鉆孔方向，使孔位外插角度符合設(shè)計(jì)要求。所有鉆孔完成后均須進(jìn)行檢驗(yàn)，防止出現(xiàn)串孔，影響注漿效果。鉆孔完成后，用高壓風(fēng)清孔?？卓谘b好墊板及排氣管(φ8塑料管)后，用快凝砂漿封閉孔口，封口長(zhǎng)度20cm～30cm。用注漿機(jī)將漿液通過(guò)錨桿體管道注入巖體，當(dāng)排氣管溢漿液時(shí)，折起排氣管并綁扎，繼續(xù)注漿直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.4 注漿

4.4.1 注漿漿液配制、攪拌

(1)水泥漿攪拌在拌合機(jī)內(nèi)進(jìn)行，根據(jù)拌合機(jī)容量大小，嚴(yán)格按要求投料，水泥漿濃度根據(jù)地層情況和凝膠時(shí)間要求而定，一般應(yīng)控制在1.5∶1～1∶1；

(2)攪拌水泥漿的投料順序?yàn)?在加水的同時(shí)將緩凝劑一并加入并攪拌,待水量加夠后繼續(xù)攪拌1min,最后將水泥投入并攪拌3min；

(3)緩凝劑摻量根據(jù)所需凝膠時(shí)間而定,一般控制在水泥用量的2%～3%。

4.4.2 注漿施工

進(jìn)行單液注漿時(shí)應(yīng)先噴混凝土5mm～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(kāi)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(wú)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(guò)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)。

4.5 注漿異?，F(xiàn)象的處理

(1)串漿是指注漿過(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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。

4.6 施工注意事項(xiàng)

(1)注漿前應(yīng)嚴(yán)格檢查機(jī)具、管路及接頭處的牢靠程度，以防壓力爆破傷人；

(2)導(dǎo)管采用鋼管應(yīng)順直，其不鉆入圍巖的尾部可不鉆孔；

(3)導(dǎo)管前端加工成錐形；

(4)導(dǎo)管安裝前應(yīng)將工作面封閉嚴(yán)密、牢固、清理干凈，并測(cè)放出鉆設(shè)位置后方可施工；

(5)導(dǎo)管采用鉆孔施工，其孔眼深度應(yīng)大于導(dǎo)管長(zhǎng)度，其頂入長(zhǎng)度不小于導(dǎo)管長(zhǎng)度的90%；

(6)導(dǎo)管沿拱的環(huán)向外插角不小于5°，不大于10°；

(7)導(dǎo)管打入后要用吹管或掏勺將管內(nèi)砂石吹(掏)出，以免堵塞；

(8)超前小導(dǎo)管從格柵腹部空間穿過(guò)，插入已鉆好的孔中，尾部與鋼架焊接為一體；

(9)注漿順序由拱腳向拱頂逐管注漿；

(10)注漿壓力達(dá)到0.4MPa～0.6MPa；

(11)注漿結(jié)束后，應(yīng)對(duì)注漿泵及管路進(jìn)行清洗，以保證下次注漿順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

超前小導(dǎo)管注漿是隧道淺埋暗挖的一種支護(hù)措施，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)具有施工工藝簡(jiǎn)單、工具簡(jiǎn)單、所需施工空間小等優(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。

〔1〕霍金崗，霍文財(cái).超前小導(dǎo)管隧道施工[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(20)∶26.

〔2〕蘆繼業(yè)，曹玉文.暗挖工程超前小導(dǎo)管注漿工藝工作原理[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2011(9)∶65.

〔3〕廖書志.超前小導(dǎo)管在隧道穿越軟弱圍巖中的應(yīng)用[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，6(2)∶54-67.

〔4〕王鐵男，郝 哲，楊青潮.超前小導(dǎo)管注漿布置范圍對(duì)地鐵隧道開(kāi)挖的影響分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2010(5)∶54-58.

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U455.71

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2095-1809(2017)02-0035-03

高興濤(1988-)，男，甘肅慶陽(yáng)人，瀘州國(guó)道321一級(jí)公路改建工程項(xiàng)目部工區(qū)質(zhì)檢工程師，從事公路工程施工技術(shù)工作；

陳華國(guó)(1974-)，男，四川廣元市人，瀘州國(guó)道321線納溪至瀘縣一級(jí)公路改建工程項(xiàng)目部生產(chǎn)工區(qū)主任兼項(xiàng)目經(jīng)理助理，從事公路工程施工技術(shù)與管理工作。