隧道進洞施工中的超前雙層小導管支護技術

劉敬銀

（中國鐵建投資集團有限公司，廣東珠海 519030）

1 工程概況

某新建隧道長2407m，為左、右幅分離式雙車道隧道。隧道右洞進口端洞口表層為粉質黏土、含角礫粉質黏土和含碎石粉質黏土，巖層結構松散，厚度在11.9～20m。隧道主體穿越近南北向F2 斷裂破碎帶，斷裂帶內有斷層泥、構造角礫巖，兩側圍巖節理裂隙十分發育，成散狀體結構，埋置淺，地下水較多。

2 施工方案

經業主、設計、監理研究，決定使用超前雙層小導管預支護進洞方式，具體要求如圖1 所示。拱部按照120°布設小導管，其中使用到的小導管長6m，單排環向間距400mm，雙層排距200mm，搭接長度2m。內、外層小導管的外插角分別為10°、30°，數量分別為35 根、37 根。用熱軋無縫鋼管加工成直徑42mm、壁厚4mm的小導管。洞口段30m 范圍內拱架間距調整為600mm，以保證洞口段結構安全。

3 雙層小導管超前支護概述

超前小導管施工是一種超前的預支護方法，是隧道超前預支護手段之一，其主要得益于新奧法的發展。沿隧道開挖輪廓線外一定距離，以一定外插角向開挖工作面前方打設38～50mm 帶注漿孔的鋼管，長度一般為3.5～5m，再用水泥漿填充固結巖體與土石的空隙，形成具有一定厚度的固結體。

具體是在隧道開挖前，內側一層小角度斜外插角9°的注漿小導管，主要穩定固結即將開挖隧道外輪廓線附近的圍巖，形成第一層注漿固結圈，外側一層斜外插角40°的注漿小導管與第一層注漿圈形成搭接的范圍，形成第二層注漿加固圈，促進圍巖固結地區范圍的進一步擴大，為小導管的梁效應提供良好的支撐，從而保證開挖安全，控制開挖后的洞口下沉問題。

雙層小導管超前支護的作用：①對工作面前方圍巖結構進行改良，并在開挖面以外形成厚度為0.5～1m 的加固圈；②超前支護結構由超前小導管與鋼架、固結的地層共同構成，這樣才能最大限度確保開挖工作面的穩定，從而防止開挖工作面松弛、坍塌。

圖1 雙層注漿小導管進洞結構布置

4 施工工藝

4.1 準備工作

由于進洞口圍巖較破碎，含水量大，在后期施工仰坡時，除護拱內部預留土體外，仰坡面、掌子面需用“錨桿+鋼筋網+噴射150mm 厚C20 混凝土”方式封閉支護，水量較大點處需埋設50mm 水管引排水，以保證小導管施工作業面的安全。

超前小導管采用長6m、外徑42mm、壁厚4mm 的熱軋無縫鋼管。注漿孔按照梅花形布置，孔徑10mm，垂直間隔150mm，尾部預留1m 長的止漿段，不設注漿孔。為更好地將超前小導管釬入圍巖內，可將鋼管前端100mm 的長度做成尖錐狀，同時，為防止頂入時小導管口破損，可在尾部焊上6mm 鋼筋箍，見圖2。

圖2 小導管大樣（單位：mm）

4.2 施工放樣

用全站儀按照標高及拱頂布設超前小導管范圍（120°）輪廓進行測量放樣，小導管環向間距均為400mm，內外層間距為200mm，并用紅油漆對點位標記。

4.3 鉆孔

按照放樣點位用YT-28 鑿巖機完成鉆孔，采用6m 長鉆桿，50mm 十字鉆頭，將內、外層孔外插角分別控制在10°和30°。因鉆桿較長，在施工時每臺鑿巖機配備三人，方便控制方向和外插角。作業過程中要保證鉆孔方向與線路中線方向平行，鉆孔偏差不應超過50mm。為防止踏孔，應先鉆外部孔再鉆設內部孔。

4.4 清孔

鉆孔完畢后采用25mm 鍍鋅鋼管配以高壓風清孔，邊吹孔邊來回抽動、回轉鍍鋅鋼管，以吹不出渣子為準，并檢查孔深，如塌孔或深度不夠必須重新鉆設，直至符合規定鉆孔深度±50mm 的要求。

4.5 安裝超前小導管

清孔完畢后將小導管用鉆機或錘擊頂入，為保證管口不受損變形，管口加焊6mm 鋼筋箍，并用專用頂頭頂進。要保證鋼管插入孔內的長度至少為設計長度的95%。頂入完畢后將鋼管內的砂石用高壓風吹出，以免影響注漿效果。

4.6 封閉孔口與周圍裂隙

安裝完畢使用塑膠泥對孔口及周圍裂隙進行封堵，若有需要可在工作面及小導管附近噴射混凝土，增強封閉效果并防止工作面坍塌。采用噴射混凝土方式封堵孔口或裂隙時，應先將管口用土工布等材料封堵，防止噴射混凝土進入管內，堵塞管路。該隧道采用噴射150mm 厚混凝土封堵孔口及周圍裂隙。

4.7 漿液配制

按規定比例配制漿液，本隧道的注漿水泥按照水灰質量1:1比例配置。施工采用HJB 攪拌機配制，水使用自來水，水泥使用P.O 42.5 的普通硅酸鹽水泥。配制水泥漿時要嚴格準確加料，嚴禁目測加料，加料順序要按照先水再水泥的步驟進行，水泥一次性不能加太多，避免卡住攪拌機。

4.8 注漿

注漿前應先進行壓水實驗，檢查管路連接情況、機械設備的運轉狀況。在小導管前安裝分漿器，以每次同步注入3～5 根小導管的方式加速注漿。本隧道注漿壓力要控制在0.5～1.0MPa，為保證注漿壓力，采用ZSY70/80 雙漿液注漿機，并在管口上加設止漿閥。注漿時要不斷觀察注漿壓力及注漿泵的排漿量，分析注漿情況，防止出現堵管、跑漿、漏漿的問題。同時為防止壓裂工作面，保證施工工人人身安全，要控制注漿量，當注漿量或注漿壓力任何一個首先達到設計值時，應結束該孔注漿。注漿結束后用止漿閥對管口止漿，以防漿液倒流管外。注漿按照先外后內、先下后上、采取內束型的順序注漿。

4.9 進洞開挖

注漿完畢后將小導管尾部與護拱內H 型鋼焊接，要保證焊接牢固。然后澆筑或采用噴射混凝土噴筑護拱，為節約時間，隧道采用噴射混凝土噴筑護拱，護拱長1m，厚600mm，噴筑時先在H 型鋼外側鋪設一層厚15mm 的木模板，在內鋪設兩層φ6 鋼筋網（網格尺寸150mm×150mm），兩層鋼筋網間距300mm。噴射護拱分三次進行。為確保水泥漿有膠凝時間并與地層充分膠結硬化，從而達到加固、堵水的目的，注漿結束8h 后才可進行隧道進洞開挖作業。

隧道開挖采用環形開挖留核心土法施工，施工遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的淺埋暗挖法施工原則，嚴格控制進尺，穩扎穩打，一個循環一榀鋼拱架（拱架間距500mm）進行開挖施工[1]。進洞后每兩榀鋼拱架施作一個循環超前小導管，始終能夠保持至少兩層超前小導管預支護，洞內超前小導管長度為3.0m，其余材料性能、技術要求、施工方法等均與進洞時超前小導管要求相同。

5 施工注意事項

（1）一般采用鉆孔打入法對超前小導管進行施工，如遇軟弱、破碎等圍巖無法鉆設成孔時也可用鉆機直接頂入。

（2）遵循“先注有滲水孔，后注無滲水孔”的注漿原則。

（3）水泥漿隨配隨用，配好的漿液需在規定時間內用完，超過時間應報廢。

（4）若注漿過程中出現泵壓增高，應考慮堵管問題，立即停機檢查。

（5）單孔注漿量應不少于設計注漿量的80%，超過偏差必須補管、注漿。

（6）注漿結束后，抽取鉆孔進行檢查，注漿效果未達要求時應補孔注漿。

6 結語

使用雙層注漿小導管的技術能為隧道進洞口施工提供最大限度的安全支持，本文對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進行分析，希望對同類施工提供參考。