隧道工程中超前注浆小导管的应用

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摘要：结合某隧道工程施工建设项目，提出了相比较其他施工方案而言，超前注浆小管道技术方案是最为经济的方案，详细论述了超前注浆小管道技术的加固机理和施工工艺流程，同时对其作出了总结，希望能对类似的工程起到一定借鉴作用。

关键词：隧道工程；岩体破碎带；超前注浆小管道

0引言

这几年来，随着快速发展的生活节奏，也提高了对行车时间的要求。行车速度主要是由自行车辆速度和线路距离长短决定的[1]。在一定程度上，新建线路行车时间主要是由线路距离的长度决定的，而线路距离则是由线路选择决定的，在中低山区地带，选取线路上需要多加考虑浅埋暗挖复杂地质条件下隧道的比重。在开挖埋深浅、严重风化和岩体破碎带的围岩上需要先采取超前支护的办法，超前注浆小导管技术具有独特的施工技术，已经被广泛应用在隧道工程破碎带施工的超前支护方案。

1工程概况

本工程为某隧道施工建设项目，全长约为3440m，地势起伏变化大，较为陡峭，沟谷冲沟发育。地面具有490～740m的高程，洞身段山坡具有较为陡倾的自然坡度，变化较大，纵向自然坡度为20～30°左右，进出口横纵向坡度分别为15～20°和15°，隧址区多数是林木，植被覆盖率达到了90%。隧道穿越地层主要使用花岗岩和花岗闪长岩组成，在进出口路段，该花岗岩和花岗闪长岩有出露，由于不同的倾入时间，会导致不同的性质，地质构造的作用影响到地层，具有节理裂隙发育，富集的地下水、较差的工程性质。洞口不良地质问题主要是由泥岩风化削落和砂岩危岩落石造成。隧道的浅埋和断层构造带是GDK111+400～GDK111+500，该路段具有发育节理裂隙、破碎岩体、较差的岩土力学性质和整体稳定性、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。物探低阻异常带是GDK112+400～GDK112+700，该路段也是具有发育节理裂隙、破碎岩体、较差的岩土力学性质和整体稳定性、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。隧道的浅埋和断层构造带还有GDK113+600～GDK113+800，该路段具有破碎岩体、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。

2超前注浆小导管技术方案的确定

由于本工程具有较浅的埋深、丰富的地下水，较为破碎的岩体，较差的围岩自稳能力，需要对其进行保护，否则容易造成掌子面失稳坍塌，因此为了确保隧道施工的安全和施工质量，需要采取一定的加固措施来确保岩石开挖的稳定。在软弱岩层施工的时候必须遵循快速的理念和“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”原则，对本工程的破碎带使用超期注浆小导管技术方案进行施工[2]。

3超前注浆小导管的加固机理

3.1梁支撑效应

由于制造小导管是使用无缝钢管材料，因此在施工小导管的时候，按照一定的角度将小导管的前端插入到开挖断面外深部围岩，后端则是在钢拱架上面进行支撑，并焊接在钢拱架上，在开挖隧道之后可以对卸荷产生的部位松动压力进行有效承受。

3.2水化凝结作用

浆液进行流动和扩散的事后中会有化学和物理反应，从而可以凝结成具有一定强度和低透水性的结石体，并且伴随着大量的水化热产生，降低了破碎带岩层含水量和提高了其强度。

3.3承载拱作用

在开挖隧道之后，会失去拱顶部位岩石的稳定，可能会有坍塌问题产生并形成自然拱。之后应力集中在隧道的两边而逐渐破坏，从而导致进一步扩大顶部坍塌而形成坍落拱。使用注浆小导管技术进行超前预加固的时候，可以很好形成注浆管为中心的拱形加固体。

3.4雨伞作用

将浆液填充在破碎带岩层中，可以对破碎带软弱围岩进行固结，在初支外形处形成一把可以拒地层渗水在初支之外的雨伞，将围岩的抗渗性提高，从而起到较好的堵水效果[3]。

3.5钢混作用

破碎岩石利用浆液的凝结作用，不仅将围岩的强度增大，同时也和超前小导管连接成整体。

4施工方案

4.1施工工艺流程

超前注浆小导管的施工过包括以下几个方面：施工准备→钻孔→清孔→小导管制作和安装→制备浆液→注浆。

4.2材料和技术参数选择

制作超前小导管使用的是具有42mm、3.5mm厚度、4.5m长度的热轧无缝钢管，沿着140度的拱顶范围内进行布置，环向间距和纵向间距分别控制40cm和3m左右，纵向相邻两排的水平投影搭接长度需要超过1m，外插角为5～15°进行交错布置，每环小导管的数量控制在44根左右[4]。本工程的浆液使用的是具有较高凝结率、较大抗压强度的水泥水玻璃双浆液，按照1:1～1:1.06的水泥水玻璃比，压浆的压力控制在0.5～1MPa之间，并以设计的注浆量和设计注浆压力双重控制作为完成注浆施工的标准，在单孔正常进行注浆没有出现渗漏的问题的时候，注浆终压和注浆量都达到设计标准的时候，就可以将该孔的注浆施工结束，公式（1）是计算设计注浆量：V=πR2LNαβ（1）式中：浆液注浆量为V，浆液扩散半径为R，注浆段长度为L，岩层空隙率为N，一般断层破碎带至为0.5，有效注浆系数为a，一般取0.3～0.9，浆液损耗系数为B，一般取为1.2～1.5。

4.3施工重点

4.3.1钻孔小导管按照设计位置使用风钻进行钻孔施工。在钻孔的过程中，由于初期支护型钢具有0.6m/榀的纵向间距，超前小导管具有3m的纵向间距，为了确保钻孔位置的准确性和钻孔质量问题，可以在初支工20a工字钢预打孔，并将小导管的尾部需要连接在钢架上形成一个统一的整体，这样可以起到超前锚杆的作用，从而有效地将支护的刚度提高了。4.3.2安装超前小导管从专用的顶头处顶进钢管，顶进钻孔的长度需要控制在90%管长深度内。将挡圈焊在钢管的末端，为了方便小导管在顶进孔内支护，能够确保严密堵塞住外壁和岩壁间隙，可以使用胶泥麻筋将其缠箍成楔形状。为了方便小导管能够和钢支撑焊接在一起，小导管的尾端需要有足够长度露出。在顶进钢管的时候，为了确保管口能够连接好注浆管，需要确保管口不会出现受损变形的问题。4.3.3注浆以设计的注浆量和设计注浆压力双重控制作为完成注浆施工的标准，在单孔能够正常进行注浆没有出现渗漏的问题时，注浆终压和注浆量达到了设计的标注之后，就可以将该孔的注浆施工结束，在完成一个注浆管的施工之后，就可以迅速将注浆软管卸下，将其清洗干净之后，移到下一根注浆管进行使用。如果出现较长时间的停泵，那么需要对下一根注浆管进行注浆之前，需要将注浆管内所残留的浆液清理掉。在完成注浆施工，需要将超前小导管牢固地焊接在钢架上，将钢筋网铺设在钢架内，进行喷射混凝土。

5结语

针对当前山区隧道线路中存在开挖埋深浅、严重风化和岩体破碎带的围岩上，采取超前支护方案是可行方案之一。文章通过结合某隧道工程实例，项目所处地区地势起伏变化大，较为陡峭，沟谷冲沟发育。鉴于岩体破碎、围岩自稳差，最终采取超前注浆小导管支护方案。文章针对工程实施时的各个施工环节总结出施工重点。从本工程实施效果来看，经支护后的隧道在运营过程中未发生事故，表明支护方案的可行性，为同类工程提供参考借鉴。

参考文献：

[1]冯海鹏，马可理，金沛先.超前注浆小导管在破碎围岩地质隧道中的应用[J].山西建筑，2012（8）：138-139.

[2]宋公仆.洞湾隧道超前支护施工技术分析[J].交通科技与经济，2013（7）：80-82.

[3]张志强.超前注浆小导管施工技术探究[J].中国新技术新产品，2012（4）：116.

[4]王财普.浅析隧道施工过程中超前注浆导管的应用[J].科技促进发展，2010（2）：15-18.

作者：樊朋朋 单位：中建路桥集团有限公司