暗挖工程超前小導管注漿工藝工作原理

蘆繼業(yè) 曹玉文

（大連建安工程建設監(jiān)理有限公司，遼寧 大連 116023）

超前小導管注漿是在隧道或地下工程的開挖過程中，對開挖斷面上方圍巖的物理力學性能進行改善，使之開挖周圍形成一個具有一定強度的硬殼結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性、和穩(wěn)定性。超前小導管是隧道或地下工程的一種穩(wěn)定開挖圍巖圍護結(jié)構(gòu)體系施工一種方式。本法適用土體松散的土層，圍巖破碎的斷層破碎帶，自穩(wěn)性差的砂層，地層加固和塌方處理，對圍巖破碎的地段加固效果顯著。

1.超前小導管注漿設計。暗挖結(jié)構(gòu)超前支護采用超前小導管注漿對地層預注漿加固，小導管選用Φ42x3.25的焊接鋼管，管壁每隔100～200mm交錯鉆眼，眼孔直徑6～8mm。環(huán)向間距0.3m，外插角7～10°。注漿漿液種類與配合比，必須由現(xiàn)場對各土層進行注漿試驗確定，并根據(jù)土層變化相應調(diào)整，且根據(jù)開挖前方周圍的圍巖條件控制好注漿壓力，注漿壓力0.5～1.5MPa，要求加固體半徑不得小于0.5m。以上注漿工藝必須先進行現(xiàn)場注漿試驗，以確定注漿效果。

2.鉆孔打設。使用鑿巖機對需要布置的超前小導管的位置、長度打孔，作為引孔保證小導管側(cè)壁與圍巖有一定的間隙，引孔徑可采用Φ45、Φ50鉆頭施工，為后期注漿施工做好準備。

3.漿液注漿。漿液有單液注漿和雙液注漿兩種。單液注漿法是將注漿材料混合攪拌均勻后，用一臺注漿泵注漿。這種方法適用于凝膠時間大于30分鐘的注漿。雙液注漿法是用兩臺注漿泵或一臺雙缸注漿泵，按一定比例分別壓送甲、乙兩種漿液，在孔口混合器混合后，再注入到巖（土）層中。采用這種方法，漿液凝膠時間一般為幾十秒到幾分鐘。

超前小導管注漿一般采用標號32.5R以上普通硅酸鹽水泥，水玻璃濃度為40Be，用量為水泥重量的3%～5%，漿液水灰比宜為0.7：1～1：1。如遇到隧道涌水量比較大時，可加入3%～4%的速凝劑。在對土層預加固注漿漿液，根據(jù)地層情況及現(xiàn)場試驗選用改性水玻璃、水泥水玻璃或固砂劑漿液，漿液配合比應根據(jù)土層情況由試驗確定。一般原則為：

①粉土采用水玻璃，②中粗砂、卵石、礫石層采用1：1水泥水玻璃漿液，③大顆粒含量較多、孔隙較大地層可采用1：1的水泥漿液，④充填注漿漿液用1：1水泥漿外慘促凝劑，⑤初襯與二襯間注漿漿液為高強無收縮水泥漿液。

4.注漿壓力工作的控制

注漿壓力是促使?jié){液在巖（土）層裂隙中流動擴散所需的動力。必須要有足夠的注漿壓力來驅(qū)動，使?jié){液從小導管側(cè)壁孔中以射流狀態(tài)向巖（土）層裂隙中充分擴散填充，達到加固地層的目的。注漿壓力一般為0.5～1.5MPa，注漿量根據(jù)現(xiàn)場試驗控制單管為：①一般土層達35ml～50ml，②當?shù)刭|(zhì)條件處于粘土、礫石層、自穩(wěn)性差達50ml～70ml，③砂層、孔隙較大、存在一定空間的地層，要根據(jù)注漿壓力值，達到預設值保持一段時間，注漿壓力值逐漸增加為依據(jù)。

工藝流程圖

實例：

某地鐵車站地下施工建設時，第五層導洞與第二層導洞在同一軸線上，垂直距離為6米，在開挖撐子面過程中，因圍巖含水量大，出現(xiàn)突泥現(xiàn)象，突泥量約42m3?，F(xiàn)場立即對掌子面進行強支護并噴砼封閉，同時禁止上層導洞內(nèi)機械設備在該事故段上方活動。掌子面固結(jié)后，沿開挖邊緣打設一排6米長的注漿小導管，間距30cm，外插角10°～30°交錯布置，注入水泥漿液12噸。半個月后開挖封閉掌子面過程中，再次出現(xiàn)突泥事故。突泥量達30m3，之前打設的超前小導管全部被突泥擠出壓彎?，F(xiàn)場使用碎石包、工字鋼對掌子面進行封閉并噴砼。在對二層導洞該段底板檢查發(fā)現(xiàn)有空鼓現(xiàn)象，呈高4.5米、長6米、寬5米的空間，并在下沉空間的側(cè)壁上發(fā)現(xiàn)有水泥漿凝結(jié)的斷層。此次突泥事故造成上、下兩層導洞之間6米土層貫通，洞內(nèi)形成松散體，坍塌土方約80m3。

根據(jù)現(xiàn)場情況分析，判斷之前的超前小導管注漿沒有充分發(fā)揮出加固土層的作用。歸納以下幾點原因：

①小導管過長、打設過深。直接擾動了沒有失穩(wěn)的洞壁，增加了空洞面積。

②超前小導管前端封閉不嚴。檢查被擠出的小導管，發(fā)現(xiàn)前端封閉處已經(jīng)開口，管壁漿液也不飽滿，加上之前在上層導洞底板下層發(fā)現(xiàn)的漿液斷層?？梢耘袛嘧⑷氲臐{液大部分從超前小導管前端流走，沒有很好得向四周擴散凝結(jié)加固土層。

③超前小導管注漿漿液沒有很好的配比，使用外摻劑。漿液大量從小導管前端流走，沒有使小導管周圍的圍巖固結(jié)形成整體性，土層仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而導致再次開挖出現(xiàn)突泥現(xiàn)象。

④在開挖過程中，設備沒有在側(cè)面進行開挖，直接開挖中槽擾動封閉的掌子面的土方，出現(xiàn)突泥。處理方案：在封閉的掌子面和上方周邊，交錯打設3米、6米兩種小導管，梅花形布置，間距20cm。注漿漿液采用1：1水泥漿外慘促凝劑，使用雙缸注漿泵進行注漿，壓力預控值0.7MPa。二層導洞底板下空洞采用自伴混凝土回填填實。20天后開挖封閉掌子面無異常，開挖5米后成功通過此事故段。

5.小導管注漿的工作原理：

1）小導管的前端必須封閉密實，控制中壓的流失。注漿管在管四周形成梅花樁孔眼3－4mm，當漿液達到0.5MPa管內(nèi)形成足夠的壓力，通過側(cè)壁上的小孔以射流狀態(tài)向四周擴散。如果小導管前端封閉不嚴，在施壓過程中可能會因為壓力管內(nèi)壓力過大將封閉處撐開，使?jié){液從前端大量流出，側(cè)壁壓力變小，影響漿液向四周擴散的效果。小導管之間漿液無法絮凝，不能固結(jié)松散、坍塌體。2）小導管側(cè)壁與孔內(nèi)圍巖要有一定的空間，使?jié){液在一定空間內(nèi)形成壓力腔，讓漿液擴散的更充分，小導管之間的漿液絮凝形成整體。如果小導管直接采取沖擊進入圍巖（粘土層）與圍巖（粘土層）無間隙，形成真空狀。會造成堵管或壓力迅速增大超過預定值，形成漿液已注滿的假像。此時注漿并沒有達到預期的效果，只是小導管內(nèi)注滿漿液。3）安裝小導管時，要對導管口周圍與圍巖面之間進行封閉。不得在未完全封閉的情況下進行注漿。4）壓力數(shù)值是注漿飽滿度重要的依據(jù)，同時也要嚴格控制壓力數(shù)值，防止因壓力過大附近圍巖開裂（爆裂）。5）在對處理地層加固或塌方區(qū)域，小導管的打設和一般開挖斷面打設情況有所不同。要控制小導管打設的深度，對加固或塌方區(qū)域小導管打設深度呈階梯狀，使注入的漿液擴散的更充分，圍巖更加穩(wěn)定。但小導管的打設深度、角度是對注漿成功的操作原因之一，以免對其它圍巖造成擾動，擴大不穩(wěn)定區(qū)域。

結(jié)束語。超前小導管注漿對處理不穩(wěn)定、自穩(wěn)能力差的圍巖（粘土層、礫石層、砂礫層）起到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的一種方式。只有充分根據(jù)其工作原理，才能將超前小導管注漿發(fā)揮出它真證的作用。

[1]曾君剛.超前小導管注漿施工參數(shù)試驗研究.《科技傳播》,2010年7期.