超前小導管注漿支護在黃金坪隧道的應用

宋衛民，李傲松

（四川大唐國際甘孜水電開發有限公司，四川 康定 626001）

1 工程概況

黃金坪隧道是S211改線公路穿越黃金坪水電站樞紐區的一部分，隧道全長1 740 m，隧道設為雙向雙車道，設計建筑限界設為10.5×5.3 m。最大埋深約524 m。隧道水平埋深約50～360 m，進口段圍巖為閃長巖，上覆較厚冰水堆積的塊石土，隧道中段及末段圍巖為花崗巖，卸荷深度20～50 m，圍巖主要為Ⅲ、Ⅳ級并伴有小規模斷層和節理裂隙發育的Ⅴ級圍巖，出口的基巖為強卸荷松動巖體和出口段的覆蓋層塊碎石土。

2 工程實例

2.1 坍方原因分析及處理措施

黃金坪隧道出口K2+260～K2+257發生坍塌，隧道坍方形成的垮塌物主要為塊碎石土，坍方過程為持續掉塊形成邊坡上部坍陷，造成坍方的主要原因有：

1）該段正對掌子面左側圍巖為塊碎石土，地質情況較差。

2）隧道出口淺埋段施工時小導管成孔困難、局部小導管孔深及搭接長度不夠，造成注漿固結圍巖效果較差。

處理方案：洞內主要采用小導管注漿方式對坍塌體進行處理，其中隧道正對工作面拱部右側60°范圍設置超前注漿小導管，小導管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環向間距0.3 m，縱向排距 2.4 m，外插角 5°～10°，同時與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側75°范圍，設置超前注漿小導管和大角度注漿小導管（長4.5 m），小導管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環向間距0.3 m，縱向排距1.2 m，一環外插角20°，下一環外插角7°，大小角度梅花形交錯布置。隧道右拱墻及左側墻75°以下的圍巖梅花形布置系統錨桿，環向間距100 cm，縱向間距100 cm。拱墻范圍設置φ8鋼筋網（鋼筋采用HPB235光圓鋼筋），間排距20 cm。C20噴混凝土厚度25 cm，在開挖面初噴約4 cm混凝土后鋪設鋼筋網、架設型鋼鋼架，復噴至設計厚度將鋼架覆蓋，其外側保護層厚度不小于3 cm；型鋼鋼架采用18號的工字鋼，鋼架間排距0.6 m/榀。當掌子面通過坍塌體約5 m后及時將坍塌拉裂破壞的隧道仰坡地表進行回填，用土石回填地表塌坑（根據現場實際情況，如采用回填土石方案則需要人工將塊石土及粘土等背運至塌坑地表，施工進度較慢。后采用回填C10噴射混凝土進行塌穴處理），當回填至原地面標高1.0～2.0 m時，改用粘土回填，夯實并應高出地表0.2～0.5 m，最后用漿砌片石封閉表面（厚度 0.2～0.3 m）。

2.2 超前注漿小導管施工

2.2.1 超前注漿小導管施工程序

超前注漿小導管施工參數根據現場情況作適當調整，設計參考工作壓力：注漿終壓0.2～0.4 MPa，采用水泥-水玻璃雙漿液，水泥-水玻璃體積比：1∶（1.0～0.6）；水泥漿水灰比：（0.5～0.6）∶1；漿液初凝時間 60～120 s；緩凝劑（Na2HP04）摻量：2.0%～2.5%；水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥。

施工前在現場選擇一組小導管（孔號為：Z1，Z2，Z5，Z7，Z8）進行現場注漿試驗，通過試驗確定適當的試驗參數。以此參數作為后續施工的指導參數。

根據現場生產性試驗，在灌漿壓力為0.3 MPa時，小導管吃漿量持續增加，擬定水泥-水玻璃漿液參數如下：

注漿壓力：0.1～0.3 MPa；水灰比：0.5∶1；水玻璃摻量：水泥摻量的1%～2%（體積比）；漿液比重：2.4～2.6；施工時根據地質條件及時調整灌漿參數，工程量以實際發生的計。

2.2.2 超前注漿小導管施工方法

1）測量放樣、布孔。根據設計開挖輪廓線及設計環向孔距定出孔位，并在設計孔位上做好標記，即布孔。其中隧道正對工作面拱部右側60°范圍設置超前注漿小導管，小導管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環向間距0.3 m，縱向排距2.4 m，外插角 5°～10°，同時與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側75°范圍設置超前注漿小導管和大角度注漿小導管（長4.5 m），小導管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環向間距0.3 m，縱向排距1.2 m，一環外插角20°，下一環外插角7°，大小角度梅花形交錯布置。

2）造孔。根據現場塌方情況，用于隧道鉆爆施工的臺車無法作為超前注漿小導管鉆孔操作平臺，現場用鋼管搭設鉆孔操作平臺作為鉆孔人員操作平臺。鉆孔角度按照設計要求進行，隧道正對工作面拱部右側60°范圍，設置超前注漿小導管外插角5°～10°，同時與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側75°范圍設置超前注漿小導管和大角度注漿小導管，一環外插角20°，下一環外插角7°，大小角度梅花形交錯布置。

3）小導管制作。小導管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m。花管部分長度為3.5 m，鉆φ10 mm孔眼，每排4個，交叉排列，間距15 cm，管頭制作成 25～30°的椎體。

4）小導管安設。待吹管將孔內砂石吹出后，用帶沖擊的YT-28手風鉆將小導管頂入孔中，或直接用錘擊插入鋼管。鋼管插入長度不小于管長的90%，尾部與鋼拱架焊接成一體。各段縱向搭接長度滿足設計要求。

5）漿液配置。漿液按照現場生產性試驗的結果進行配置，水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥。

6）注漿。根據現場試驗確定的注漿參數進行注漿施工，施工時做好施工記錄。采用KBY-50/70注漿泵壓注水泥漿，注漿前對開挖面及距掌子面5 m范圍內邊、頂拱噴混凝土封閉，噴混凝土厚度滿足設計要求。孔口設置止漿塞，注漿時至下而上逐孔注漿，如遇冒漿或串漿，則間隔1孔或幾孔分序注漿。

注漿結束4 h后，方可進行掌子面的開挖。

3 結論

1）利用超前小導管作為淺埋進口段的超前支護，其成功取決于往管內注漿以固結軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁間的空隙，使導管與圍巖固結緊密，以提高鋼管強度。開挖后架設拱形鋼架支撐，形成牢固的殼狀支護結構，有效地阻止松散圍巖的坍塌，為安全進洞及坍塌處理創造了良好的施工條件。

2）使用超前小導管作為淺埋進口段的超前支護，施工進度快，支護成本低，一般技術工人均可操作，無需配備專用設備，操作工藝簡單，經濟效益顯著。

3）采用超前小導管所用的設備簡單，操作簡單。

4）采用超前小導管施工提高圍巖自身穩定性，抑制圍巖松弛變形，提高了施工安全性。

5）利用超前小導管作為淺埋進口段的超前支護，加固圍巖效果良好，進洞安全性高。