小导管跟管钻进法在隧道松散地质进口段施工

邓海涛

1 工程概况

喀拉萨依隧道位于新疆北天山北麓中山区，海拔高程1350 m～1830 m，隧道最大埋深450 m。喀拉萨依隧道进口DK83+621～DK83+671位于碎石土中，地质非常松散，设计按Ⅴ级设防进行支护及衬砌，进口必须按地表加固。进口段原设计采用φ89管棚超前注单液浆加固地层，拱墙设φ42超前小导管预注单液浆加固地层。丹斯由于洞口段位于碎石土上，地质极为松散，20 m长的管棚采用一般管棚机根本无法成孔，必须采用跟管钻机施作，而调转设备花费的时间较长，且费用成本较高。根据洞口地表观察，洞顶埋深不大，一般在3 m～23 m，且属于松散体，有利于地表注浆加固地层，最后经过方案比选，采用地表注浆加固结合超前小导管预注单液浆加固地层代替大管棚超前注单液浆加固地层。

2 水文地质条件

喀拉萨依隧道地层为泥盆系砂岩夹砾岩及中石炭统砂岩夹砾岩，洞口附近斜坡地表分布有第四系全新统坡积碎石土、角砾土，厚5 m～30 m，沟谷中为第四系全新统洪积碎石土。处于北天山山前丘陵地带裂隙水区，地下水类型主要为第三系泥岩、砾岩裂隙水，风成黄土中的孔隙潜水及赋存于透水性差或透水不含水的冰水堆积物中的孔隙水，地下水水量贫乏，水质较差。本隧道的不良地质现象为岩堆，分布在隧道进出口端上方，岩体受风化、节理影响较破碎，经崩解堆积至线路DK85+607～DK85+740段形成岩堆，岩堆横向宽度约160 m，长约100 m，为碎石岩堆，厚度10 m～35 m，碎石成分为砂岩，粒径20 mm～60 mm的约占50%，60 mm～200 mm的约占30%，大于200 mm的约占15%，松散，大孔隙，人在其上不能站立，隧道出口位于其中，有一定影响。

3 地表处理

松散地质隧道施工防止隧道坍塌的关键三要素就是首先进行地层的加固处理。

隧道能否进洞的关键就是洞口边仰坡的处理。针对喀拉萨依隧道进口地形条件，我们采用了挖掘机按1∶1坡率刷坡，同时，坡面采用锚网喷混凝土，加固坡面采用φ42小导管注浆，间距1.5 m×1.5 m，长度3 m，梅花形布置;钢筋网采用 Φ8钢筋，间距20 cm×20 cm;混凝土喷射厚度8 cm。这样处理有两个好处，一个是防止隧道施工过程中边坡坍塌，其另外就是在地表注浆加固过程中形成止浆面，防止浆液流失。

地表处理完后，需要对隧道顶部进行注浆加固处理，如图1所示，隧道洞顶地表8 m×30 m的范围内布置φ42注浆钢花管，间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，采用潜孔钻机垂直跟管钻入，长度为地表至隧道拱顶开挖线以上1 m，隧道两侧的钢花管延伸至边墙底部，并对注浆管进行单液注浆。注浆加固顺序为先两侧后中间，先深管后浅管，注浆终孔条件为注浆压力达到0.8 MPa～1.0 MPa。采用小导管注浆有效的控制住了浆液的流失比大管棚注浆少了112 m3，加固了隧道坑壁以外碎石土松散体，隧道开挖轮廓线外形成了浆液固结体护拱，从而有效的控制住松散体的坍塌。这种方法加固地表也有一个缺点，就是在开挖过程中，大管棚在拱部还可以起到挑台梁的作用，而地表注浆加固失去了此项作用，必须采用拱部双层超前小导管注单液浆以弥补地表注浆加固的不足。

图1 地表加固注浆布置图

图2 超前小导管注单液注浆示意图

4 超前小导管注单液注浆

为了克服地表注浆法失去的“挑台梁”的作用，拱部采用双层超前小导管注单液浆加固地层(如图2所示)，外层小导管采用φ42钢花管，长度3 m，环向间距60 cm，外插角30°，搭接长度1 m，其主要用途是进一步补强隧道拱部开挖轮廓线以外1.5 m范围内松散体注浆固结质量;内层小导管采用φ42钢花管，长度6 m，环向间距60 cm，外插角5°～6°，搭接长度2 m，其主要用途是起挑抬作用并加强拱部松散体的固结。为了防止在小导管注浆时，因碎石土松散体孔隙率较大，所注浆液从掌子面或围岩的缝隙中流出，影响注浆效果，小导管施工完成后，不能立即对它进行注浆，而是用喷射混凝土对整个掌子面喷射10 cm的混凝土进行封闭，形成止浆面，待喷射混凝土达到一定强度后再进行注浆加固。

松散体围岩在施作导管时，因为松散体围岩非常松散，用钻杆引孔时极易卡钻，且塌孔现象极其严重，根本无法形成有效孔眼。为了解决这一问题采用跟管钻进办法直接将小导管打入到围岩中。跟管钻进辅助工具加工方法如图3所示:加工一根50 cm长的普通钻杆，并在钻杆中部焊接一个直径大于60 mm的锚具，锚具下端焊接一块10 cm×10 cm厚度大于10 mm的钢板。在施工中，首先将需要安装的小导管按设计要求加工好，并在每一根小导管的一端头焊接钢筋箍，将加工好的钻杆插入小导管带钢筋箍的一端，矩形钢板与小导管尾部相接，把辅助工具安装在风钻上，开动风钻通过震动强行将导管打入围岩中，实现跟管钻进功能。

图3 小导管跟管钻进铺助工具

5 结语

喀拉萨依隧道松散地质地段的成功施工，主要采用了地表注浆加固代替原设计超前大管棚预注浆加固，节约成本8.9%，提前工期9 d，并且在施工中解决了一些小的施工技术难题，为松散地质地段隧道施工积累了一定的施工经验。

1)洞口仰坡的处理非常重要，既可以防止隧道施工过程中边坡坍塌又可以防止浆液流失。2)地表小导管注浆加固技术对于松散地质条件进洞有着重要作用。3)采用喷射混凝土对整个掌子面进行封闭，形成止浆面，对提高小导管注浆的注浆效果、节约材料有重要意义。4)为避免预先施作锚杆对围岩扰动，应采用先喷后锚的施工工艺。5)采用了用小导管径向注浆取代中空锚杆径向注浆，可以有效的避免成孔难的问题，值得推广。

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