超前小导管施工在竹园隧道工程的应用

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[摘要]超前小导管施工是隧道工程施工中常用的辅助性施工技术，具有很高的安全性和可靠性，在软弱地质、岩溶地质、砂砾层地质等中都有良好的应用。本文结合竹园隧道工程实际情况，先介绍了超前小导管施工原理，接着从适用范围、技术要求、施工准备、制作钢花管、小导管安装、注浆等方面探讨了此项技术的具体应用。结果表明：超前小导管施工技术设备简单、工艺简单、实用性比较强，可有效改变隧道工程围岩的力学性能，具有较高的应用价值，值得大力推广应用。

[关键词]超前小导管施工；隧道工程；钢花管；小导管安装

一、工程概述

竹园隧道为特长隧道，位于云南省宣威市倘塘镇，进口位于倘塘镇吊水岩村西侧山坳处，出口位于倘塘镇王家村境内。左线起止桩号Z2K35+725～Z2K39+520，全长3795米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1945m，洞口均采用端墙式洞门，路堑式明洞27m，Ⅴ级围岩948m，Ⅳ级围岩1130m，Ⅲ级围岩1690m。右线起止桩号K2K35+720～K2K39+505，全长3785米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1991m，洞口均采用端墙式洞门，路堑式明洞13m，Ⅴ级围岩932m，Ⅳ级围岩1150m，Ⅲ级围岩1690m。其中，设置9处人行横道，4处车行横道及4处紧急停车带。行车主洞建筑限界（单洞）：11.0m（宽）×5.0m（高）。其中行车道净宽3.75m×2＝7.5m，侧向宽度：L左＝0.75m，L右＝1.0m；两侧均设置检修道（含余宽C）,J左＝0.75m,J右＝1.0m。

二、超前小导管施工原理分析

隧道工程在施工之前，土质结构为原状土，围岩也是应力状态，随着隧道工程开挖工作的逐步开展，会对隧道周围的围岩造成扰动，原有的围岩应力被释放出来，促使应力重新分布。通过超前小导管施工技术，可促使隧道工程四周破碎的围岩形成一个整体，改善弹性模量、内摩擦力等，从而保证围岩结构的稳定性。按照原理的不同，超前小导管施工技术主要有三种：第一种为小导管锚杆作用，通过锚杆将隧道周围已经发生破碎围岩固定在围岩之上，并连接成一个整体。第二种是通过拱群效应，加强隧道拱部强度，提升承压力。第三种是通过浆液固有特性，提升围岩结构的稳定性。

三、超前小导管施工在竹园隧道工程中的应用

（一）适用范围分析

超前单层小导管主要用于自稳能力较差的Ⅴ级围岩浅埋、偏压，以及Ⅳ、Ⅴ级围岩的断层破碎带及其影响带。

（二）技术要求

超前单层小导管预支护，适用于拱部地层松散，破碎的Ⅳ、Ⅴ级围岩地段。在本工程施工中超前小导管施工参数为：选择壁厚3.5mm、直径为42mm的热轧无缝钢花管，长度控制在4.5m左右，环向间距控制在20cm左右。外插角：钢管外插角分别为10°～15°；注浆材料：水泥浆液水灰比：1.0∶1.0（重量比）；设置范围：拱部120°范围。钢管环向打孔注浆，孔径10mm，孔间距150mm，尾部留不钻孔的止浆段不小于30cm。

（三）施工准备

按照工程特性及施工现场的客观条件，选择与之相适的施工方法，降低施工中各道工序的相互干扰，并确定注浆所用的材料、规格、型号等，按照施工实际需求，选择合理辅助用料。如果隧道工程施工中遇到了淤泥流砂，则可以采用水玻璃+水泥双液注浆。一些化学浆液虽然也可以满足施工要求，但成本比较高，并带有一定的毒性，不利于环保，要谨慎采用。在选择注浆设备时，要根据工程特性，选择合理的钻孔器械、注浆材料、检测设备及仪器。本工程超前小导管施工的注浆参数为：水泥浆水灰比1∶1；注浆压力初压0.5MPA～1.0MPa；注浆结束后，用M20水泥砂浆填塞管棚钢管，以增强管棚强度，注浆水泥的强度等级为P.O42.5普通硅酸盐水泥；水玻璃液美度为30，模数为2.4；添加5%的水玻璃，如水量较大应通过现场试验确定。

（四）制作钢花管

为提升施工效率和便捷性，小导管前端可制作成尖锥形，并在尾部焊接直径不低于8mm的加强筋紧固处理，在管壁之上，每隔15cm，布置一个梅花形钻眼，直径为10mm，在尾部设置止浆段。管棚采用Φ108有孔钢花管和Φ108无孔钢管，钢管节长为4m～6m。管棚接长要先将前一根钢管缓慢顶入已经钻好的孔洞中，然后再进行相互联接。当前一根钢管进入钻孔中之后，在孔外预留出30cm～40cm，然后启动凿岩机进行反转处理，促使联接套和钢管相互脱离，此后凿岩机再退回原来的位置，降下大臂，人工安装上一节钢管之后，再重新校正大臂。凿岩机要进行缓慢前进，对准前一根钢管的尾部后人工联接，促使前后两根钢管联接为一个整体。最后，再借助凿岩机低速顶进钢管。

（五）小导管安装

小导管安装是超前小导管施工安装的重中之重，安装效果和质量直接决定了整个工程施工质量和安全性，通过放线测量确定孔位，并做好标记，利用凿岩机进行钻孔操作，孔径要略大于导管管径20mm以上。钻孔完成之后，再把小导管按照设计要求插入钻孔中，外露部分控制在20cm左右，支撑在已经开挖好的钢架之上，共同形成预支护体系。

（六）注浆

在注浆操作施工过程中，必须严格认真填写注浆记录，并随时分析和改进操作作业，并严格注意观察支护工作，注浆参数的选择也是本工程施工的重点。在具体施工中，要结合注浆试验结果及现场调查情况，选择与之相适的注浆参数，并在注浆过程中，要先喷射混凝土封闭撑子面，避免发生漏浆问题。针对强行打入的钢管要进行积物冲洗，然后再进行注浆操作，注浆操作要选择从下到上的施工方法，浆液水灰比控制可选择1.5∶1、1∶1、0.8∶1三个等级。逐步提升浆液浓度，考虑到注浆之后要立即开挖，在本工程施工中采用了普通水泥，在配制时加入了减水剂。在钻注过程中，要严格按照先外后内方法进行施工，并且为最大限度上保证钻杆接头的强度和刚度，钻杆连接套和钻杆要采用相同的材料，并在两侧加设内螺纹扣，联结套的壁厚≥10mm。

（七）注浆效果检查及质量判定

注浆效果检查分过程中检查、结束时检查和开挖过程中检查：注浆过程中检查主要是检查浆液胶凝时间；注浆结束时，检查注浆记录，看每孔注浆量是否达到结束标准，孔数是否与设计一致；开挖时检查，看开挖边缘是否整齐、浆液固结情况、浆液渗透半径等，以便为下一步修改注浆参数提供依据。开挖时发现质量不好，除在下一循环改进外，应加强支护措施。

四、结束语

综上所述，本文结合工程实例，分析了超前小导管施工在竹园隧道工程中的应用，得出以下几点结论：（1）和超前管棚、超前锚杆等施工技术相比，超前小导管施工技术的加固效果更加明显，且施工工艺也更加简单。（2）超前小导管施工技术，既能有效加固围岩，提升围岩的自稳定性，也可以提升隧道工程围岩结构的抗渗漏能力。和初期支护相互结合，还能有效预防塌方、冒顶等安全事故的发生概率。（3）近年来，我国隧道工程不断增多，超前小导管施工以其独特的优势和超前的适应能力，深受施工单位的高度重视，具有非常广阔的发展前景。

参考文献：

[1]关耀.双层小导管超前支护在杨白线杨树庄隧道浅埋洞口段施工中的应用[J].山西交通科技,2015(5):48-50.

[2]杨波.超前小导管注浆技术在隧道工程中的应用[J].湖南科技学院学报,2015,36(10):58-59.

[3]姚伟振.超前小导管注浆技术在浅埋暗挖法隧道施工中的应用[J].国防交通工程与技术,2015,13(S1):131-132.

作者：李伟 单位：中铁十八局集团建筑安装工程有限公司