暗挖工程超前小導管注漿工藝工作原理

蘆繼業 曹玉文

（大連建安工程建設監理有限公司，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體，從而提高圍巖的整體性、抗滲性、和穩定性。超前小導管是隧道或地下工程的一種穩定開挖圍巖圍護結構體系施工一種方式。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。暗挖結構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。環向間距0.3m，外插角7～10°。注漿漿液種類與配合比，必須由現場對各土層進行注漿試驗確定，并根據土層變化相應調整，且根據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，根據地層情況及現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

注漿壓力是促使漿液在巖（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動，使漿液從小導管側壁孔中以射流狀態向巖（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，注漿量根據現場試驗控制單管為：①一般土層達35ml～50ml，②當地質條件處于粘土、礫石層、自穩性差達50ml～70ml，③砂層、孔隙較大、存在一定空間的地層，要根據注漿壓力值，達到預設值保持一段時間，注漿壓力值逐漸增加為依據。

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，出現突泥現象，突泥量約42m3。現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機械設備在該事故段上方活動。掌子面固結后，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。現場使用碎石包、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現有空鼓現象，呈高4.5米、長6米、寬5米的空間，并在下沉空間的側壁上發現有水泥漿凝結的斷層。此次突泥事故造成上、下兩層導洞之間6米土層貫通，洞內形成松散體，坍塌土方約80m3。

根據現場情況分析，判斷之前的超前小導管注漿沒有充分發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，發現前端封閉處已經開口，管壁漿液也不飽滿，加上之前在上層導洞底板下層發現的漿液斷層。可以判斷注入的漿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形成整體性，土層仍處于不穩定狀態，從而導致再次開挖出現突泥現象。

④在開挖過程中，設備沒有在側面進行開挖，直接開挖中槽擾動封閉的掌子面的土方，出現突泥。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管內形成足夠的壓力，通過側壁上的小孔以射流狀態向四周擴散。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壓力過大將封閉處撐開，使漿液從前端大量流出，側壁壓力變小，影響漿液向四周擴散的效果。小導管之間漿液無法絮凝，不能固結松散、坍塌體。2）小導管側壁與孔內圍巖要有一定的空間，使漿液在一定空間內形成壓力腔，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）壓力數值是注漿飽滿度重要的依據，同時也要嚴格控制壓力數值，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，擴大不穩定區域。

結束語。超前小導管注漿對處理不穩定、自穩能力差的圍巖（粘土層、礫石層、砂礫層）起到穩定結構的一種方式。只有充分根據其工作原理，才能將超前小導管注漿發揮出它真證的作用。

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