青泥嶺隧道超前小導管施工技術

曾燕

摘要：隨著西部山區高速公路的快速發展，隧道已成為施工的重點和難點，以超前小導管注漿加鋼支撐為主要形式的超前支護，在確保掌子面軟弱圍巖快速固結的同時，又極大地降低了施工成本，本文結合超前小導管在青泥嶺隧道軟弱破碎地帶的成功應用，為其它隧道超前小導管施工提供一定的技術參考。

Abstract： With the rapid development of expressways in western mountainous areas， tunnels have become the focus and difficulty of construction. The main form of advance support is advance catheter grouting and steel support， which not only ensures the rapid consolidation of weak surrounding rocks on the face， but also greatly reduces the construction cost. This paper combines the successful application of advance catheter in the weak and fractured zone of Qingniling Tunnel， to provide some technical references for the construction of in other tunnels ?of small pipes ahead of time.

關鍵詞：隧道;超前小導管;支護

Key words： tunnel;advance catheter;support

中圖分類號：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）08-0138-03

1 ?工程簡介

十天高速公路青泥嶺特長隧道位于甘肅省隴南市徽縣，隧道全長為5893米，其中Ⅳ級圍巖1854.3米，Ⅴ級圍巖2328米，隧道圍巖整體性較差。

青泥嶺隧道穿越兩處斷裂破碎帶和六段軟巖大變形，地質情況極為復雜，為確保不良地質地段的施工安全，設計圖紙對該段圍巖采取了超前支護的加固形式，支護形式為？準42的超前小導管并注漿，全隧共計超前小導管178416米。

2 ?主要施工工藝

超前小導管注漿加鋼支撐又簡稱小管棚施工工藝，它是隧道超前支護的一種，通過預先在掌子面前方的開挖輪廓外施作小導管并注漿，以達到加固圍巖的目的，可以有效地減少開挖過程中的坍塌風險。超前小導管施工工藝具有易操作、費用低的特點。所以當隧道施工遇到不良地質需要加固時，一般優先選用超前小導管注漿和鋼支撐輔助開挖的施工工藝。

2.1 小導管主要參數

①超前小導管適用于Ⅳ、Ⅴ級圍巖軟弱、斷裂破碎地段，加固拱周軟弱巖體。

②超前小導管長度為3米，采用外徑為42mm、壁厚為4mm的熱軋無縫鋼管。

③超前小導管與襯砌中線平行以10°-15°仰角打入拱部圍巖，鋼管環向間距為35-40cm。

④每打完一排鋼管注漿后，開挖拱部及第一次噴射砼、架設鋼架，初期支護完成后，隔1.5米或2米再打另一排鋼管。

⑤超前小導管縱向保持1米或1.5米以上的搭接長度。

2.2 小導管加工

小導管的加工要求在鋼筋加工場內統一進行，導管四周的注漿孔采用鉆床成孔，考慮現場安裝需要，小導管前端20-25cm需要加工成尖錐狀，尾部焊上￠6加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，間距15cm，梅花形布置，其中尾部預留50cm止漿段不鉆孔，導管加工完畢須經現場技術人員驗收合格，方可允許進洞使用，小導管加工如圖1。

2.3 鉆孔、安裝

超前小導管安裝之前，首先要施作導管孔，測量人員采用全站儀按照設計的開挖輪廓，考慮預留變形量后，放出拱架和拱頂位置，按照圖紙設計從拱頂開始間距40cm對稱布設小導管，每環共計35根小導管;然后按照布孔位置采用？準28mm的風動鑿巖機進行鉆孔，孔深不少于設計導管長度，為確保小導管對周圍巖體的加固作用，所以小導管的外插角一定要滿足設計要求，為此采用自制的簡易方向架控制鉆孔方向，鉆孔完成后，利用高壓風對孔內的砂塵及積水進行吹洗，以利于導管安裝，對于塌孔失效的鉆孔要重新施作。

小導管的安裝采用人工配合機械進行，導管尾部通過鋼架并與預先埋設的型鋼鋼架組合焊接在一起，最后壓注水泥漿。

2.4 超前支護小導管注漿

2.4.1 超前小導管施工工藝流程如圖2。

2.4.2 施工要點及注漿

超前小導管全面注漿之前要進行注漿試驗，以確定最佳的注漿參數和指標，首先要收集相關的圍巖地質資料如：圍巖巖性、孔隙率、滲水系數等。并據此進行初步的注漿設計：

①選定注漿漿液的初凝時間，并通過試驗確定注漿配合比。

②確定注漿的其它參數（管徑、管長、管距、注漿壓力、輻射半徑、注漿量）。

1）超前小導管選用直徑？準42mm，壁厚4mm的無縫鋼管。

2）導管沿開挖輪廓線環向布置并向外傾斜，其外插角為10～15°，在坍方體可加大到15～20°左右。

3）注漿壓力根據掌子面圍巖的致密程度決定，一般為0.5MPa至1.0MPa，本隧道從洞口開始長度為1400米范圍極高應力為1.0MPa，其它部位最高地應力為0.5MPa，實際操作中注漿壓力控制在0.5MPa以內，以防壓裂工作面，同時注意控制進漿速度，觀察壓漿泵及壓漿管的狀態是否正常，每個導管的注漿量由理論計算確定，在施工過程中，要根據注漿量和注漿壓力綜合確定注漿效果，即使注漿量未達到設計值，但壓力上升很快達到0.5MPa，也可確定結束注漿。

4）縱向前后相鄰相排導管搭接水平投影長度為1.0米和1.5米。如圖示：

橫向小導管沿開挖輪廓布置如圖5示。

IV、V級圍巖注漿時采用單排管，處理坍方時可采用雙排管，大斷面或注漿效果差時也可采用雙排管。

5）滲入性注漿導管環向間距為a=0.4米。

6）單根導管理論注漿量按Q=πr2ln

式中：r—注漿半徑取0.2米;

l—注漿管長度取3米;

n—圍巖的空隙率，根據現場實際而定。

7）為了避免串漿，雙排或雙排以上多排管布置時，可分層施工，即先打一排管，注漿完后再打另一排管并壓漿。

2.4.3 注漿試驗

注漿試驗是注漿施工正式開始前的一項必備試驗步驟，要求試驗施工地點要與施工地質情況相類似，這樣才能檢驗注漿設備是否配備合理，注漿參數是否正確可行。對實驗數據要認真仔細的做好記錄，并對注漿實體進行開挖或取芯驗證，獲取在額定注漿壓力、選定注漿材料、注漿配合比、設計導管注漿孔布設情況下，漿液滲透及擴散半徑、土體固結時間及強度等實際資料，作為確定注漿參數的依據。

2.4.4 注漿工藝

注漿前先噴C20混凝土加固封閉掌子面以防漏漿，砼厚度不小于50mm，然后將加工好的鋼管插入孔中，為確保整體受力效果，小導管尾部要置于工字鋼腹部，并焊接牢固以增強共同支護能力。

導管安裝后及時焊接閥門接頭，以便與注漿管連接，注漿壓力控制在0.5MPa以內，注漿按照由下而上、兩邊對稱順序進行。

單液注漿：

水泥漿水灰比按照設計為1：1進行拌制，考慮到注漿后需盡快開挖，注漿采用早強的硫鋁酸鹽水泥。

水泥漿、水玻璃注漿：

在地下水豐富或有淤泥、流砂等復雜地質條件下，采用水泥漿與水玻璃雙液法注漿，雙液漿采用水泥漿：水玻璃配合比為1：0.8。

2.4.5 注漿量計算

小導管注漿單管漿液擴散半徑一般為0.4m～1.0m，按照《隧道施工規范》中的注漿量計算公式（如下），小導管注漿量的估算公式為：

Q1=πr2×L×n×A×B

式中：Q1-注漿量，m3;

r-擴散半徑，m;

L-注漿管有效長度，m;

n-巖體空隙率，%;

A-注漿系數，0.7～0.9;

B-漿液損耗系數，1.1～1.4。

實際施工過程中，各方面的原因會引發注漿液竄漿或跑漿現象，每個注漿管內的注漿量很不均勻，理論的單眼注漿量沒有指導意義，以整排小導管的理論推算總量作為控制指標更為合理，按整排小導管上下各0.4m～1m范圍的巖體全部注漿考慮，以下計算公式相對符合實際單循環注漿量：

Q2=（π×H/360）×[（R+r）2-（R-r）2]×n×L

式中：Q2-注漿量，m3;

H-拱部小導管布設范圍相對于圓心的角度，本隧道該角度為144°;

R-小導管位置相對于拱部圓心的半徑;

r-漿液擴散半徑，0.4m～1m;

L-小導管有效長度，m;

n-巖體孔隙率，%;軟巖破碎帶3%～5%、硬巖為2%～3%。

以此可推算同一斷面上單排或多排小導管的注漿總量。

2.4.6 注漿異常處理

①在注漿過程中，如發生漿液從其它孔流出的現象，這種現象為串漿，發生串漿時，應暫停注漿并將串漿孔及時用閥門封堵，待該管注漿時再打開閥門，并以高壓水清洗管內雜物，然后再注漿，直至全部注漿結束。

②注漿量很少，但注漿壓力顯示突然升高，很有可能是在注漿管路出現了堵管現象，要立即停止注漿施工并時敲打或滾動以疏通注漿管，如果這樣還是不能解決問題，就必須盡快拆管。

③水泥與水玻璃雙注漿時注漿壓力突然升高，應關停水玻璃泵，然后進行單液注漿或注清水，等注漿壓力正常時，再進行雙液注漿。

④清洗：為了不影響注漿設備的再次使用，在注漿完成后，應對本次注漿過程中使用的所有設備進行仔細的清洗，尤其是設備內的漿液要清洗干凈。

3 ?注漿設備配置及勞力組織

現場施工所需的設備主要有：2臺注漿泵、1臺拌漿機、2臺儲漿桶、2個試驗用的量杯、2把木尺、1臺開挖臺架、6把風動鑿巖機、1個自制的導向架。

施工人員共需16人：風槍工6人、鉗工2人、技術員1人、注漿工2人、普工3人、電工1人、安全員1人。

4 ?質量及安全注意事項

①注漿前應對掌子面及附近5m范圍內的初支采用厚度為5cm～8cm的噴射砼臨時封閉，同時要待噴射砼達到一定強度后才能注漿，避免漿液外泄，引起注漿失效。

②現場要嚴格按照配合比進行施工，技術人員要隨時抽檢漿液濃度，防止配合比不當而使注漿失效。

③注漿順序要嚴格按照先注無滲水孔，后注有滲水孔，技術人員做好現場記錄：注明注漿壓力、每孔注漿量、注漿水灰比、注漿溫度等，以此作為注漿效果的依據。

④為了確保注漿管路的安全，在施工中使用的注漿管路，都必須用經合格檢驗后的高壓注漿管，在所有管路的接頭、閘閥使用上，必須采用有生產許可證的，經過實踐檢驗的正規合格產品。在注漿的過程中，要時刻注意注漿機壓力的變化，不能在段時間內過快升壓。注漿壓力達到規定時應予以穩壓一定時間，以利漿液進一步滲縫。

⑤注漿后開挖要在注漿強度達到2.0MPa后方可進行，以防止坍塌，軟弱及斷裂破碎帶圍巖的開挖必須遵循短進尺、弱爆破、緊封閉的原則，每循環進尺一般0.6～1.0米，在處理坍方體時一般為每循環不超過一榀拱架，但必須設置鋼支撐。

5 ?結束語

青泥嶺隧道雙線采用超前小導管預注漿的輔助施工方法，有效地加固了前方軟弱圍巖，為此設計單位同意優化調整開挖方式，開挖方式由CD法調整為臺階法，在保證工程質量和施工安全的前提下，快速安全地穿越了地質復雜的軟巖大變形和斷裂破碎帶，有效防止了隧道塌方冒頂事故發生，成為十天高速第一個貫通的特長高風險隧道，得到了業主和監理單位的認可。超前小導管施工技術在隧道軟弱圍巖的實施取得了良好的經濟和社會效益，并為其它同類隧道的施工提供一定的借鑒意義。

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