超前小導管注漿技術在隧道工程中的應用

楊　波

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超前小導管注漿技術在隧道工程中的應用

楊波

（中國水利水電第八工程局有限公司 土木公司，湖南 長沙 410004）

超前小導管注漿方法是一種輔助施工方法，可靠性高，在軟弱破碎地質、巖溶地質、砂礫地層等特殊、困難地帶特別是針對小洞室有較好的適用性。文章介紹了超前小導管注漿法的工作原理、注漿參數以及注漿材料的選擇以及超前小導管的施工工藝流程和注漿效果的驗證，說明超前小導管注漿工藝在實際工程中的具有較高的應用價值。

注漿技術；施工工藝；注漿效果

1　引　言

注漿是將具有一定膠結能力的漿液借助高壓通過管路注入到裂隙土層或巖層中，將土體中的空隙填充，使松散土體或巖體膠接成一個整體，以達到改善巖體的力學參數[1]。法國工程師Charles Berigny(查理·貝里克尼)發明了壓力注漿施工方法，距今已有200年的歷史，經過國內外專家的理論完善和實踐創新，逐步形成了一套完整的注漿施工工藝。[2]在隧道工程中，注漿技術通常用于超前支護，其中小導管注漿技術的施工設備簡單,工藝簡單,適應性強，經濟效益明顯，被廣泛用于隧道中改變圍巖的力學性能，提高圍巖的力學參數，減少安全事故的發生。

2　小導管注漿原理

圍巖在未開挖時處于初始應力狀態，隧道開挖后，由于圍巖擾動，開挖面周邊的圍巖應力得到釋放，應力重分布，小導管注漿使隧道周邊破碎圍巖形成一個整體，彈性模量、內摩擦力、泊松比等物理力學性能改變，圍巖的自穩能力提高。

隧道超前小導管注漿機理主要分為三種[3]：一是小導管的錨桿作用機理，其作用類似于錨桿，將隧道周邊破碎區的圍巖錨固在穩定的圍巖上，并將松散巖體粘結成一個整體。二是小導管注漿支護的拱群效應，對于拱結構，是適合承壓的，不過在拱腳處會產生水平拉力。三是漿液通道作用，注漿孔等間距梅花型布置，漿液材料通過高壓注入圍巖，達到加固圍巖的作用。

3　超前小導管注漿參數

小導管注漿的參數直接影響支護效果，加固范圍由注漿半徑確定，可根據實際地質條件使用雙排管或單排管。注漿參數包括小導管的長度和直徑、小導管外插角度、間距、注漿壓力、使用設備等。

小導管直徑不能太大，太大則會鉆孔困難，直徑亦不能過小，過小則起不到支撐作用且注漿難度增大。實際施工中，小導管直徑多數采用42mm的無縫鋼管。

小導管長度可通過計算由式2.1確定，從公式中可以看出，圍巖的自穩能力越強，巖體的內摩擦角越大，則所需的小導管長度越短；其次小導管的長度還與圍巖的塌落度相關，圍巖塌落度越大，發生坍塌事故的概率就越大，所需的小導管長度亦越長。小導管長度一般根據經驗取3~6m。

外插角度的大小與注漿半徑以及小導管的長度相關，根據經驗，外插角度可取5°~10°，也可按照式（2.2）計算。

小導管的間距應合理選擇，以小導管密排為原則，需保證每組導管之間的圍巖穩定；間距太大則起不到小導管的棚架作用，間距太小則施作難度加大，經濟性不高。

4　注漿材料選擇

目前常用的注漿材料有多種，注漿材料品種和性能的好壞直接關系隧道的安全與造價，應合理分散度高，可灌性好，性能穩定，無毒無臭無銹蝕性的材料。修建隧道用于小導管注漿材料主要為水泥類漿材，為改善水泥漿的穩定性，在水泥類漿材中可根據圍巖級別以及圍巖所處環境添加合適的外加劑用于改善漿體的性能。

5　注漿工藝

超前小導管注漿施工方法又稱小管棚施工工藝，其工藝簡單。為防止漏漿，注漿之前需用一定厚度的噴射混凝土封閉裸露圍巖，并清洗管內雜物。具體注漿工藝流程見圖1。

圖1. 超前小導管注漿工藝流程圖

6　注漿效果

小導管注漿的效果的好壞與多種因素有關，其中包括：注入工法、注入壓力、注入速度、漿液材料、凝結時間等。隧道施工中采用超前小導管注漿的目的是保證施工安全，防止出現塌方。注漿效果通常用監控量測數據衡量。監控量測是采用儀器設備對支護結構及圍巖進行所進行的一系列量測工作。通過觀察圍巖的應力、應變、變形、沉降變化來驗證注漿效果。注漿效果良好，則數據變化值較小，如數據變化較大，應分析原因，提出合理的解決方式。

7　結　語

超前小導管注漿方法是一種輔助施工方法，可靠性高，在軟弱破碎地質、巖溶地質、砂礫地層等特殊、困難地帶有較好的適用性，有廣闊的應用前景。

（1）相比超前管棚、超前錨桿、地表注漿，超前小導管注漿的預加固效果更加明顯，施工工藝更簡單，經濟性更好。

（2）超前小導管注漿不僅能加固圍巖，提高圍巖的自穩能力，還可以提高圍巖的抗滲水性能，與初期支護結合在一起有效預防塌方、冒頂等事故，且在在小斷面施工條件小可以進行復雜的塌方處理。

（3）注漿小導管的注漿效果在保證施工工藝的前提下，應通過監控量測數據衡量，實時監控數據變化，保證隧道施工安全。

（4）地下工程的逐步增多，超前小導管注漿方法以其安全、快捷、有效的特點正越來越受到重視，有著廣闊的應用前景。

[1]袁偉.隧道超前小導管注漿作業的施工技術[J].陜西建筑,2014,09:23-25.

[2]李河玉.小導管注漿技術及在隧道和地下工程中的應用[D].西南交通大學,2002.

[3]張宏洲.隧道小導管注漿加固區圍巖力學參數反分析研究[D].中國地質大學,2007.

[4]焦守林.淺埋大跨度隧道施工超前支護效應研究[D].山東科技大學,2009.

[5]余永強,陳天恩,張文新.超前小導管注漿對軟巖隧道穩定性的影響[J].金屬礦山,2013,03:32-35.

[6]祝建宏.小導管注漿在處理公路隧道坍方中的應用[J].工業技術,2010,3:14.

[7]李河玉.小導管注漿技術在隧道和地下工程中的應用[D].西南交通大學碩士學位論文,2002.

（責任編校：何俊華）

2015－05－08

楊波（1975－），湖南湘潭人，工程師，研究方向為施工現場基礎處理。

TU9

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1673-2219（2015）10-0058-02