超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖施工中的應用

李連超

中國水利水電第七工程局有限公司海外事業部 四川成都 610081

摘要：近年來，隨著國家對山區道路建設能力的不斷提升，隧道工程在道路建設中所占的比例提升，隧道施工技術的提升得到了越來越廣泛的關注。但是，隧道建設中存在著圍巖破碎等弱質夾層巖石發育豐富的問題。因此，在破碎圍巖隧道中采用超前注漿小導管技術，解決道路施工中的塌方問題很有必要。本文在探討超前注漿小導管在破碎圍巖地質隧道中施工工藝的前提下，提出了一種新型的隧道工程超前支護鑿孔工具。經試驗，施工進度得到明顯提高，值得使用和推廣。

關鍵詞：超前注漿小導管；破碎圍巖；注漿參數

0.引言

隨著超前注漿小導管技術和超前大管棚技術在隧道道路工程中的廣泛使用，提升了隧道工程的施工質量。超前注漿小導管在使用的過程中，不僅加固了“管棚”，還起到了加固巖體和改善破碎圍巖性質，提升圍巖穩定能力的目的。通過注漿管和圍巖的緊密結合，提升了圍巖的承載能力。本文結合2009年-2013年大渡河金川水電站省道S211改線公路工程實例，對超前注漿小導管技術和新型隧道工程支護超前支護鑿孔工具的工作原理、施工工藝以及施工效果進行分析，以提升其在道路隧道工程中的應用能力。

1.工程概況

大渡河金川水電站省道S211改線公路工程全程長3400m，其中包含新扎溝隧道680m。該路段隧道圍巖破碎，主要圍巖類型為V級和IV級，圍巖完整性差，裂隙發育十分豐富。隧道開挖過程中，曾于2009年9月20日因塌方停工，為工程建設帶來了較大的影響。為了提升隧道的開挖能力，在采用超前注漿小導管的前提下，運用工字鋼+錨桿的型式進行初期加固，待初期支護穩定后再進行C25砼二次襯砌，最終完成隧道成型。在2010年9月20日復工后，通過一種新型的隧道工程超前支護鑿孔工具的使用，提升了隧道開挖的安全性。通過兩者的結合使用，道路建設過程中再未出現過塌方事故[1]。

2.超前注漿小導管的力學模型

超前注漿小導管通過在初支體系和開挖巖體兩端的固定，采用中間部分懸空的方式，構成一個簡易的支梁結構。如圖1所示。它的工作原理是通過小導管向圍巖注漿，在提升圍巖強度和圍巖完整性的同時，通過圍巖的加固工作，增強圍巖和周圍環境的適應能力。

超前注漿小導管的目的是在圍巖的周圍形成一個有力的“加固拱”，通過提升其長度和注漿的質量，提升整個巖體的安全性。同時，在小導管的相互搭建中，能有效提升管棚的加固作用。通過注漿小導管的加固作用，使圖中B方向的支座承載能力得到加強，并且能夠有效提升中間土體的承載能力，使整個不平衡的受力結構成為一個受力均勻的荷載。

圖1 超前注漿小導管力學模型

3.超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中的施工中的應用

3.1超前注漿小導管作用機理

超前小導管通過對掌面和拱腰受力環向的改變，能有效減少拱線的受力影響，通過位移和豎向荷載的變化，在縱向上能夠增加掌子面的位移，增強位移的穩定性。小導管在超前支護中，通過荷載作用力的傳遞，能夠改變掌子面和襯砌的應力分布。在隧道開挖的過程中，通過減少掌子面的荷載力，將力量傳遞給初支，減少隧道建設過程中前方圍巖的承載力。通過超前注漿小導管的使用，能夠改變隧道內部的應力分布，減少塌方事故的發生，有利于隧道的安全建設。

3.2超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中的影響要素分析

影響超前注漿小導管加固能力的因素很多，包括地質條件、注漿厚度、注漿范圍等各種因素。在施工過程中，由于施工建設的復雜性和不可重復性，要求在施工前運用模擬數值的方法對各項影響因素進行綜合考量。比如軟件數值模型的使用，通過對有限單因素的控制，在模型中分析各因素對加固效果的影響[2]。

3.3超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中的施工設備分析

在施工中，主要采用設備進行注漿，通過對公移流量、公移壓力、設備功率以及水灰比進行參數考量，在設備中的主回路、換向控制回路以及電機控制回路中，實現注漿目標。另外，在注漿參數的考量上，水灰比按照同等的比例進行單液水泥注漿，注漿前進行注漿記錄和現場測試，以提升注漿的安全性和穩定性。再考量掌子面施工安全的前提下，確保導管施工和支護施工的安全性。最后，還要為隧道內進行施工的注漿超前小導管進行施工參數測試。一般來講，超前小導管的施工直徑為42mm，管壁厚度為3.5mm，在承壓端上加上鋼箍，通過注漿管在隧道開挖輪廓線上的布置，搭建外插角為30度和60度，搭線長度不小于120cm的超前注漿小導管。

3.4超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中的施工工藝

在小導管的安裝上，導管的制作要合乎規范，在現場確定空位后，即可進行鉆孔的施工，在鉆孔施工完成后，檢查小導管的安裝。在小導管的安裝完成后，便可進行注漿施工，在堵孔后進行壓水試驗，通過水的實驗，來擴充漿液的通路。在確保漿液能提升加固的松散體之后，按照從下至上的順序進行注漿施工。在施工過程中，很容易出現跑漿的現象，通過鉆頭和小導管的連接，便可以解決這一問題。該施工工藝的創新在下一個部分會進行具體講解，在此不作贅述。在注漿完成后，還要進行注漿的檢查，保證注漿的成功，當漿液達到一定的凝固時間后，進行下一個鉆孔的開挖施工。同時還應當注意破碎圍巖和漿液滲透的情況，及時發現情況，進行工藝的維護。

4.超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中的施工技術創新

2009年9月20日因塌方停工后，我部在進行技術反思的同時，針對隧道軟弱巖層破碎和結構巖體松散的問題，進行了技術創新。提出在超前注漿小導管中才有有效成孔的技術進行鉆孔工藝的創新。它由鉆頭、鉆桿以及前后端接鉆頭組成，通過在鉆桿上鏈接超前小導管的技術創新，有效解決了破碎巖層超前小導管的成孔問題。通過該項技術的工藝創新，在運用過程中，由于避免了超前支護不足而產生的塌方現象，有效地提升了施工進度。其結構如圖2所示：

圖2 一種新型的隧道工程超前支護鑿孔工具

5.超前注漿小導管在破碎圍巖隧道開挖中施工效果檢測

為了研究小導管加固和超前注漿小導管對加固效果的不同效果。隧道的深埋為C/D=2，小導管的管徑為42mm，長度為6m，縱向搭接長度為2m，超強注漿小導管的加固厚度為0.5m。通過數據對比分析可知，采用超前注漿小導管加固的隧道，加固后拱頂和地表的沉降值分別為28mm和14mm，而僅采用小導管加固技術的拱頂最大值為38mm，地表沉降值為17mm.由此可知，超前注漿小導管在提升地表沉降力和加固拱頂的影響上，作用顯著。在該工程的施工前期，未采用超前注漿小管工藝，事故頻發。在復工后，經過技術的改進，有效提升了施工效果。該技術已經在某些工程得到運用，在隧道開挖襯砌施工中，提高了巖體的穩定性，施工效果較好[3]。

6.結語

超前注漿小導管在加固過程中具有較強的支護能力，在運用的過程中，具有簡單方便，靈活經濟的優點。不僅能夠提高隧道內部破碎圍巖的力學性能，也能增加隧道的穩定性，在隧道開挖的過程中，防止因隧道開挖而導致地表變形的現象產生。在本工程中，通過采用超前注漿小導管技術和新型的隧道工程超前支護鑿孔工具的結合，有效地保證了施工的順利進行，值得推廣。

參考文獻：

[1]李傳書.長大管棚在隧道淺埋穿越高速公路中的應用[J].西部探礦工程，2010，5（23）：12-16.

[2]石磊.注漿在塌方處理中的應用[J].中華建設，2011，7（15）：34-38.

[3]顧海峰.地表深孔預注漿的初步設計與施工[J].建筑工程，2009，32（04）：78-80.