超前小導管在隧道超前支護施工中的運用研究

楊祖建

(貴州凱里路橋工程公司)

1 工程概況

貴州省梵凈山環線公路楊柳溝至團龍工程第三合同段中核桃灣隧道全長350 m，公路等級為四級，洞內行車速度為30km/h，隧洞建筑限界凈寬為9 m，凈高5 m，公路荷載等級為II 級。隧道位于高中山深切谷地斜坡地貌區，隧洞穿過高中山山脊中部。區內最高標高在K20 + 140，高程1 467.730，最低處在出洞口處1 732.475，相對高差105 m，隧道設計標高:1 363.040～1 356.249 m，隧道最大埋深128 m，隧道走向與山脊走向約成90°正交，植被發育，水土保持較好。隧道進口位于地形坡度較陡的順坡或切層沖溝西則，上履殘坡積粘土零星分布厚度較小，下伏基巖風化砂巖及弱風化板巖，巖石風化裂隙較發育，巖體較破碎，完整性較差，圍巖分級為V 級，成洞條件差，圍巖易坍塌，處理不當有可能出現大體積坍塌及昌頂，成洞困難，邊坡為順向坡或切層坡，坡度較緩，邊坡穩定，洞口工程條件較差，出口圍巖易坍塌，圍巖分級為V 級，存在偏壓現象。

隧道按新奧法進行施工，采用復合襯砌，即以系統錨桿、鋼筋網、噴射混凝土、工字鋼型鋼鋼架或格柵拱架等作為初期支護，根據不同圍巖的級別輔以管棚、超前小導管、超前錨桿等超前支護措施，二次支護采用模筑混凝土或鋼筋混凝土，在兩次襯砌之間敷設PVC 防水板及無紡土工布防水層。

2 超前小導管施工原理

2.1 超前小導管原理

超前小導管注漿的主要原理就是在工作面周邊按照一定的角度將小導管打入到地層中，對注漿泵的壓力進行借助，使得漿液能夠通過小導管內進行滲透，從而擴散到地層的孔隙或者是裂隙中，從而對土體物理力學的性能進行改變，這樣不但可以起到止水的作用，還能夠在工作面四周形成一個承載殼－地層自承拱，同時管體又可起到超前錨桿的作用，從而達到增加土體的自穩時間、提高開挖面地層自穩能力、限制地層松弛變形的目的。

2.2 小導管超前注漿固結原理

通過總結研究可以得出，超前小導管注漿固結的原理主要有以下兩種:(1)將漿液滲入到存在空隙或者是受到破壞的圍巖中，在注漿壓力的作用下，漿液滲透到圍巖的孔隙中，從而對底層進行加固;(2)對于比較堅硬以及嚴密性比較好的土質圍巖，漿液在高壓的條件下將縫隙擠開，使漿液得以滲入，形成脈狀水泥漿脈，漿液在圍巖分布形成以鋼管為主干的樹枝，凝固后的漿液挾持、網罩被壓密的土體，起到固結作用。

2.3 工藝特點

超前小導管工藝主要有以下四個方面的特點:(1)具有非?？煽亢头€定的加固效果，很容易對注漿質量進行控制;(2)運用小型機械進行施工，不需要對專用設備進行配備，施工簡便易行;(3)導管與固結聯合成為超前支護體系，可以對圍巖自身的穩定性進行有效的提高，從而對圍巖的變形進行避免，提供了施工過程的安全;(4)運用超前支護手段，可以對暗挖的時間進行大幅度的縮短，混進節省了施工時間，還保證了施工安全性。

3 超前小導管施工技術要點

3.1 測量放線

在進行正式施工之前，需要對鉆孔位置進行非常準確的放線，并且需要做出非常明顯的標記，這樣可以方便進行鉆孔和復核。放線的主要內容是對超前小導管中心和超前小導管間距確定。

3.2 鉆孔

在鉆孔施工之前，需要進行鉆機定位施工，鉆機定位必須精確核定鉆孔、鉆機鉆頭位置。現場可以利用全站儀、掛線、鉆桿導向相結合的方法。為了便于安裝超前小導管，鉆機采用直徑為φ50 mm 的鉆頭。圍巖均勻、穩定的地段可以一次性成孔;圍巖較差的地段，鉆進過程中如產生塌孔、卡鉆現象時，現場可以先補注漿以臨時加固圍巖后再進行鉆孔。鉆機開鉆時應保持低鉆速低風壓進行，待鉆孔位置正確、鉆機穩定時可根據地質情況逐漸調整鉆速及風壓。鉆進過程中經常用測斜儀測定其鉆孔方向，并根據鉆機鉆進過程中發生的現象及時判斷成孔的質量，并及時處理鉆進過程中出現的事故。鉆孔作業結束之后需要技術的進行清孔和驗孔作業。清孔之后，利用全站儀、測斜儀等檢測孔深、外插角，并做好詳細的原始紀錄，以備后續施工檢查備用。超前小導管鉆孔質量要求見下表1。

表1 超前小導管鉆孔質量要求

3.3 小導管加工

在進行小導管家工作制作之前，需要將表面的雜物全部清理干凈，超前小導管插入巖體的端頭須加工成長度為20 cm 的圓錐形;超前小導管管體須用鉆機加工成φ10 mm的注漿孔，注漿孔間距為30 cm，呈梅花形布置。鉆完注漿孔后，要清楚鐵屑并磨平注漿孔。

3.4 小導管搬運和安裝

必須保證在對小導管的搬運過程中對其輕拿輕放，嚴禁隨意的對小導管進行敲擊。在小導管的搬運過程中，防止其出現變形，如若發生變形須重新進行加工。小導管端頭尖銳，搬運過程中注意人身安全。小導管安裝之前要對鉆孔質量進行檢查，并對孔內的碎石、土進行處理。鉆孔完畢，立即安裝小導管。

3.5 注漿

在小導管安裝完成之后，必須進行嚴格的壓水試驗，規定壓水試驗的壓力通常不大于1.0 MPa，并根據設計和試驗結果確定注漿參數。水泥漿液應采用拌合桶配制，配制水泥漿或稀釋水玻璃漿液時，應防止雜物混入，拌制好的漿液必須過濾后使用。小導管注漿采用水泥漿液，其施工配合比為1∶1(重量比)，根據隧道內圍巖情況，注漿時取壓力為0.5～1.0 MPa。注漿過程中及時觀察掌子面圍巖情況，并根據吸漿量及壓力上升情況，當兩者之一達到設計規定時可結束注漿作業。水泥漿液采用專用的漿液拌制機在現場拌制，拌制時用磅稱對水泥及用水量進行稱量控制。當一盤漿液拌制好后即可將其引流至事先準備好的盛漿容器內，而漿液拌制機可繼續拌制漿液，以滿足注漿連續性的需要。注漿采用ZYB70/80D 型雙漿液注漿機，注漿時必須連續進行。當出現有串孔和漏漿現象發生時，可采用間隔一段時間后再行補注的方式進行。為加快注漿速度和發揮設備效率，可采用群管注漿(每次3～5 根)。注漿時遵循從下到上，從無水至有水的原則進行。

在注漿之前需要進行止漿環的安裝，必須需要對止漿環連接的密封性和可靠性進行保證。超前小導管孔口必須設置排氣孔，超前小導管安設完成后及時注漿;漿液采用凈水泥漿，水泥漿水灰比0.5～1(重量比);水泥漿即拌即用，不得使用已經達到初凝的水泥漿;為保證水泥漿質量，拌和料必須嚴格按配合比執行;在注漿完成之后需要使用鐵錘對鋼管進行敲擊，如果發生的響聲是比較響亮并且清脆的，那么說明沒有注漿填滿，需要進行補充注漿或者是重新注漿;如果發出的響聲是比較低沉和沙啞的，那么說明已經注漿完成?，F場施工技術人員必須做好注漿量、終孔注漿壓力、注漿效果、水泥用量等原始記錄。

注漿過程中出現以下異常現象的處理方法:

(1)在注漿施工中，串漿是常見的現象，主要指的是在進行注漿的過程中孔中的漿液從其他孔中流出。如果在施工中發生串漿現象，那么必須及時的對串漿孔進行封堵，等到需要進行該孔的注漿時，再將封堵物拿出來。

(2)在注漿的過程中突然注漿壓力變高，那么很有可能導致堵管現象的產生，因而必須停止工作進行檢查。如果在注漿過程中出現堵管的現象，那么需要對鋼管進行敲打或者是滾動鋼管，促進注漿管的流通性，如果上述措施無法對注漿管進行疏通，那么必須要進行補管。

(3)在注漿作業中，有時會出現孔內進漿量比較大并且壓力長時間不升高的現象，針對這種現場，應該對漿液的濃度以及配合比進行合理科學的調整，對凝膠的時間進行縮短，并且進行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使漿液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠。

4 結 語

綜上所述，超前小導管注漿技術因其具有突出的優勢被廣泛的運用在隧道超前支護中。通過對上述工程中超前小導管支護施工技術的研究，為了保證施工質量，必須做好鉆孔以及注漿作業。在今后的施工中，必須加強經驗的總結，對施工順序進行合理的安排從而提高小導管的施工效率和工程質量。

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