暗挖工程超前小导管注浆工艺工作原理

芦继业 曹玉文

（大连建安工程建设监理有限公司，辽宁 大连 116023）

超前小导管注浆是在隧道或地下工程的开挖过程中，对开挖断面上方围岩的物理力学性能进行改善，使之开挖周围形成一个具有一定强度的硬壳结体，从而提高围岩的整体性、抗渗性、和稳定性。超前小导管是隧道或地下工程的一种稳定开挖围岩围护结构体系施工一种方式。本法适用土体松散的土层，围岩破碎的断层破碎带，自稳性差的砂层，地层加固和塌方处理，对围岩破碎的地段加固效果显著。

1.超前小导管注浆设计。暗挖结构超前支护采用超前小导管注浆对地层预注浆加固，小导管选用Φ42x3.25的焊接钢管，管壁每隔100～200mm交错钻眼，眼孔直径6～8mm。环向间距0.3m，外插角7～10°。注浆浆液种类与配合比，必须由现场对各土层进行注浆试验确定，并根据土层变化相应调整，且根据开挖前方周围的围岩条件控制好注浆压力，注浆压力0.5～1.5MPa，要求加固体半径不得小于0.5m。以上注浆工艺必须先进行现场注浆试验，以确定注浆效果。

2.钻孔打设。使用凿岩机对需要布置的超前小导管的位置、长度打孔，作为引孔保证小导管侧壁与围岩有一定的间隙，引孔径可采用Φ45、Φ50钻头施工，为后期注浆施工做好准备。

3.浆液注浆。浆液有单液注浆和双液注浆两种。单液注浆法是将注浆材料混合搅拌均匀后，用一台注浆泵注浆。这种方法适用于凝胶时间大于30分钟的注浆。双液注浆法是用两台注浆泵或一台双缸注浆泵，按一定比例分别压送甲、乙两种浆液，在孔口混合器混合后，再注入到岩（土）层中。采用这种方法，浆液凝胶时间一般为几十秒到几分钟。

超前小导管注浆一般采用标号32.5R以上普通硅酸盐水泥，水玻璃浓度为40Be，用量为水泥重量的3%～5%，浆液水灰比宜为0.7：1～1：1。如遇到隧道涌水量比较大时，可加入3%～4%的速凝剂。在对土层预加固注浆浆液，根据地层情况及现场试验选用改性水玻璃、水泥水玻璃或固砂剂浆液，浆液配合比应根据土层情况由试验确定。一般原则为：

①粉土采用水玻璃，②中粗砂、卵石、砾石层采用1：1水泥水玻璃浆液，③大颗粒含量较多、孔隙较大地层可采用1：1的水泥浆液，④充填注浆浆液用1：1水泥浆外惨促凝剂，⑤初衬与二衬间注浆浆液为高强无收缩水泥浆液。

4.注浆压力工作的控制

注浆压力是促使浆液在岩（土）层裂隙中流动扩散所需的动力。必须要有足够的注浆压力来驱动，使浆液从小导管侧壁孔中以射流状态向岩（土）层裂隙中充分扩散填充，达到加固地层的目的。注浆压力一般为0.5～1.5MPa，注浆量根据现场试验控制单管为：①一般土层达35ml～50ml，②当地质条件处于粘土、砾石层、自稳性差达50ml～70ml，③砂层、孔隙较大、存在一定空间的地层，要根据注浆压力值，达到预设值保持一段时间，注浆压力值逐渐增加为依据。

工艺流程图

实例：

某地铁车站地下施工建设时，第五层导洞与第二层导洞在同一轴线上，垂直距离为6米，在开挖撑子面过程中，因围岩含水量大，出现突泥现象，突泥量约42m3。现场立即对掌子面进行强支护并喷砼封闭，同时禁止上层导洞内机械设备在该事故段上方活动。掌子面固结后，沿开挖边缘打设一排6米长的注浆小导管，间距30cm，外插角10°～30°交错布置，注入水泥浆液12吨。半个月后开挖封闭掌子面过程中，再次出现突泥事故。突泥量达30m3，之前打设的超前小导管全部被突泥挤出压弯。现场使用碎石包、工字钢对掌子面进行封闭并喷砼。在对二层导洞该段底板检查发现有空鼓现象，呈高4.5米、长6米、宽5米的空间，并在下沉空间的侧壁上发现有水泥浆凝结的断层。此次突泥事故造成上、下两层导洞之间6米土层贯通，洞内形成松散体，坍塌土方约80m3。

根据现场情况分析，判断之前的超前小导管注浆没有充分发挥出加固土层的作用。归纳以下几点原因：

①小导管过长、打设过深。直接扰动了没有失稳的洞壁，增加了空洞面积。

②超前小导管前端封闭不严。检查被挤出的小导管，发现前端封闭处已经开口，管壁浆液也不饱满，加上之前在上层导洞底板下层发现的浆液断层。可以判断注入的浆液大部分从超前小导管前端流走，没有很好得向四周扩散凝结加固土层。

③超前小导管注浆浆液没有很好的配比，使用外掺剂。浆液大量从小导管前端流走，没有使小导管周围的围岩固结形成整体性，土层仍处于不稳定状态，从而导致再次开挖出现突泥现象。

④在开挖过程中，设备没有在侧面进行开挖，直接开挖中槽扰动封闭的掌子面的土方，出现突泥。处理方案：在封闭的掌子面和上方周边，交错打设3米、6米两种小导管，梅花形布置，间距20cm。注浆浆液采用1：1水泥浆外惨促凝剂，使用双缸注浆泵进行注浆，压力预控值0.7MPa。二层导洞底板下空洞采用自伴混凝土回填填实。20天后开挖封闭掌子面无异常，开挖5米后成功通过此事故段。

5.小导管注浆的工作原理：

1）小导管的前端必须封闭密实，控制中压的流失。注浆管在管四周形成梅花桩孔眼3－4mm，当浆液达到0.5MPa管内形成足够的压力，通过侧壁上的小孔以射流状态向四周扩散。如果小导管前端封闭不严，在施压过程中可能会因为压力管内压力过大将封闭处撑开，使浆液从前端大量流出，侧壁压力变小，影响浆液向四周扩散的效果。小导管之间浆液无法絮凝，不能固结松散、坍塌体。2）小导管侧壁与孔内围岩要有一定的空间，使浆液在一定空间内形成压力腔，让浆液扩散的更充分，小导管之间的浆液絮凝形成整体。如果小导管直接采取冲击进入围岩（粘土层）与围岩（粘土层）无间隙，形成真空状。会造成堵管或压力迅速增大超过预定值，形成浆液已注满的假像。此时注浆并没有达到预期的效果，只是小导管内注满浆液。3）安装小导管时，要对导管口周围与围岩面之间进行封闭。不得在未完全封闭的情况下进行注浆。4）压力数值是注浆饱满度重要的依据，同时也要严格控制压力数值，防止因压力过大附近围岩开裂（爆裂）。5）在对处理地层加固或塌方区域，小导管的打设和一般开挖断面打设情况有所不同。要控制小导管打设的深度，对加固或塌方区域小导管打设深度呈阶梯状，使注入的浆液扩散的更充分，围岩更加稳定。但小导管的打设深度、角度是对注浆成功的操作原因之一，以免对其它围岩造成扰动，扩大不稳定区域。

结束语。超前小导管注浆对处理不稳定、自稳能力差的围岩（粘土层、砾石层、砂砾层）起到稳定结构的一种方式。只有充分根据其工作原理，才能将超前小导管注浆发挥出它真证的作用。

[1]曾君刚.超前小导管注浆施工参数试验研究.《科技传播》,2010年7期.