雙層注漿小導管在鐵路隧道穿越軟弱圍巖地段施工中的應用

楊立輝

中鐵十六局集團第一工程有限公司

1 工程概況

新建福廈鐵路3標段碧峰寺隧道全長為8434.27m，為3標段的最長隧道，起訖里程為DK51+761.00~DK60+195.27。該隧道地質條件較差，不良地質占比大，圍巖主要類型為J3n晶屑凝灰巖，巖體分散破碎，含水量大，為構造裂隙地下水；隧道發育有8條斷層、8處節理密集帶，圍巖膠結較差，自穩性較弱；本隧道工程最大埋深約為232m，隧道洞身最淺埋深約為28m。

2 施工方案

本隧道工程原進洞設計方案為：實施30m長管棚注漿超前支護。施工單位立足施工現場進行全面勘探報告，綜合考慮的隧道工程的地質條件、地貌及氣象水文因素，并根據鐵路工程的項目要求和工期安排，以“快速安全開挖進洞、零進洞”為優化原則，經過反復研究與討論，最后確定采用在雙層注漿小導管超前支護下進行預留核心土環形開挖施工，具體的施工設計圖如圖1所示

圖1 雙層注漿小導管超前支護施工設計圖

此方案能夠有效減少洞口開挖，安全性高，花費成本少，且施工開挖對圍巖的干擾較小，不會過度影響對仰坡和邊仰坡穩定性，對環境的破壞較輕。此外，在本隧道工程中實施這一施工方案，施工單位能夠充分利用原有設備的基礎，提高刷坡效率，保證快速安全進洞，還能夠通過施作護拱來提高施工的安全性，防止出現山坡落石等安全事故，保證施工人員的安全，推動隧道施工順利進行。

3 施工技術

3.1 雙層注漿小導管超前支護施工流程

根據施工方案，確定在本隧道工程中應用雙層注漿小導管超前支護進行施工，其施工流程具體如下：施工人員刷坡至設計標高，噴射混凝土封閉開挖面，再噴射強度等級C20混凝土，噴射厚度為10cm，標出并按照輪廓線進行開挖，開挖出小導管參數鉆孔，并將鋼花管頂入向小導管參數鉆孔內部，頂入設計位置后再進行注漿作業，由注漿機連接鋼花管，完成加固巖土體的注漿，澆筑護拱掌子面上面的加固拱圈，支護完成后，就繼續正式開始隧道施工，開挖隧道洞口上部弧形導坑[1]。

3.2 施工方法

3.2.1 刷坡

施工人員根據隧道洞口截水溝布置圖來進行作業，開挖布置洞口坡頂截水溝，保證排水順通，避免地表水下滲或沖刷邊坡，保證洞口穩定性后再進行洞口刷坡及雙層注漿小導管超前支護作業。按照施工標準和設計要求來進行洞口刷坡和支護作業，確保洞口邊坡和仰坡測量放樣精準，并清理邊坡和仰坡上石頭與雜物，刷坡作業后要立即對邊坡和仰坡進行臨時支護，盡快封閉巖面，避免出現坍塌事故[2]。

3.2.2 測量放樣

在完成刷坡作業后，施工人員應盡快封閉開挖輪廓面，選擇性能適當地混凝土進行噴射，本隧道工程選擇的是強度等級為C20的混凝土，并要保證噴射厚度達到10cm，防止跑漿。技術人員應嚴格參考設計圖紙來確定雙層小導管的布設位置，在橫斷面上用紅漆標注小導管的具體位置。此外，為了保證隧道施工的質量，使得施工人員能夠正確應用雙層注漿小導管施工技術，在正式進行隧道施工前，技術人員應做好技術交底工作，并根據施工現場的實際情況來設置一個穩定的控制點，該控制點的主要作用是用于控制鉆孔作業，保證鉆桿外插角與方向準確[3]。

3.2.3 小導管制作

綜合考慮隧道洞口覆蓋層厚度和地表坡度、巖土的物理力學參數以及隧道支護部位等影響因素，基于經濟性和安全性的施工原則，確定應用Φ42mm~Φ50mm的無縫鋼管或者是鋼花管來制作小導管，鋼管的長度要依據待加固區的范圍和圍巖外注漿作業的實際需求來確定，通常長度控制在300cm~600cm。為了提高導管頂入效率，在制作小導管的過程中采取將小導管前端20cm制作成尖錐形的措施。

管壁布眼間隔應控制在10cm~20cm，并以梅花形的形狀錯落布置，保證溢漿孔的直徑在6mm~8mm。在外層注漿小導管后端預留20cm的空間，內層小導管后端預留出100cm的空間，這些預留空間作為預留止漿段，便于后續開挖施工順利進行。與小導管末端位置進行加焊，加焊選擇的是6mm鋼筋。本隧道進口所選擇的雙層小導管長度為450cm，出口所選擇的雙層小導管的長度為600cm，所選擇的無縫鋼花管直徑均為φ50mm，壁厚均為5mm。小導管加工示意圖如圖2所示。

圖2 小導管加工示意圖

3.2.4 鉆孔并安設小導管

不同的圍巖等級和支護對象，鋼管的環向間距及排距有所不同，針對斷層破碎帶富水地段，鋼管環向間距應較小，排距較密；而針對水平樁層狀圍巖，間距可適當調大，也能夠保證圍巖穩定性。若小導管間距過大，則雙層注漿小導管超前支護的效果會急劇下降，且小導管的錨桿作用和梁作用就難以對待支護體起到加固效應，圍巖加固效果差，掌子面穩定性受到影響，上方的地表易發生沉降和土體坍塌；若小導管間距過小，小導管的加固效應易疊加，從而導致小導管的注漿加固作用難以充分發揮，且對圍巖干擾大，影響施工進度，增加施工成本。

因此，為了保證雙層注漿小導管超前支護充分發揮作用，應將小導管的環向間距控制在25cm~40cm，排距的大小應控制20cm~40cm，還要保證小導管的外插角恰當，即，保證外層小導管的外插角在30°~60°，內層小導管的外插角在10°~15°，保證小導管水平投影搭接長度≥100cm。

本隧道工程根據施工現場的實際情況，結合項目需要，擬定的參數如下：隧道進口位置內層和外層小導管的外插角分別為10°和20°，小導管之間的環向間距為35cm，每個環向共計35根小導管，雙層排距為35cm，于拱頂120°的范圍內布設，內外層的小導管的布置方式為錯落布置；隧道出口位置的內外層小導管的外插角都是29°，小導管之間的環向間距為30cm，每個環向共計45根小導管，雙層排距為30cm，小導管布置范圍及方式與進口位置的小導管布置相一致。

嚴格按照擬定參數來進行小導管的布設，保證間距、排距及外插角都達到設計要求，技術人員在進行布設放樣時可參考拱頂外輪廓中心高程與支距，標注小導管的位置。保證鉆孔直徑大于鋼管直徑，應至少＞2cm，從而提升小導管頂入效率，在鉆孔作業時要避免鉆孔孔壁出現坍塌和縮孔問題。為了保證注漿順利，不應將小導管全部頂入鉆孔，應預留一定長度來連接注漿管，便于注漿加固巖土體。

3.2.5 焊接

為了充分發揮小導管的錨桿樁、梁等作用，施工人員可通過焊接來將其固定在型鋼拱架上。

3.2.6 注漿施工

注漿施工應該從上到下進行，要保證施工對稱，內外圈施工時要先進行內圈注漿，并且要先注漿無水鉆孔，然后再完成有水鉆孔的注漿作業。如果選擇的是雙液漿，注漿施工就需要配置兩臺注漿泵及其配套管路，保證注漿作業的質量。本隧道注漿施工的具體參數如下：水泥漿和水玻璃組成的雙液漿，其中，水泥漿中水灰比為1∶1，水玻璃的質量為水泥漿的5%，其濃度和模數分別為35波美度和2.4，注漿施工的壓力大小為0.5MPa~10MPa。

注漿施工期間，施工人員要加強對注漿壓力的實時監測與控制，可通過調節注漿泵的方式改變壓力值，從而使漿液在合適壓力條件下注入。注漿施工時，先啟動注漿泵，待其可維持正常運行狀態后關閉泵口閥門。注漿壓力應逐步提高，對應泵壓也需同步增加，期間應由專員觀察壓力，明確其在歷史注漿階段的變化特點，預測后續發展趨勢，若實測注漿壓力提升至設計值，應及時關閉注漿泵，但依然需穩壓20min，使漿液完全注滿。經上述流程后，結束注漿作業，按規范卸下注漿系統和注漿混合器，做全面的檢查，若存在問題應該及時修復，并清理裝置內殘留的漿液等雜物，妥善保管。

注漿施工期間若遇串漿現象時，需有效封堵串漿孔，采取隔孔注漿的方法。若注漿壓力在短時間內異常提高，需停機檢查，分析管口是否存在堵塞等異常現象。若進漿量偏多但壓力僅呈小幅度提升或是無變化的狀態，應當及時調整漿液的配合比，改善其濃度，此外，適當延長漿液在縫隙內的停留時間，以便充分發揮出漿液的作用，達到有效膠結加固的效果。

4 結束語

綜上所述，雙層注漿小導管施工技術應用價值高，不僅能夠極大地提高圍巖的自穩性，延長圍巖的自穩時間，還能夠保障施工進度和施工安全，控制施工成本。因此，施工單位需加強對雙層注漿小導管超前支護技術的研究與開發，從而提高自身的各項效益。