超前小导管跟管造孔处理塌方段的施工方法

王 强，刘 哲

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

金川水电站位于大渡河上游河段，系大渡河干流水电规划“三库22级”的第6级电站，上接双江口电站，下接巴底电站。金川水电站S211改线公路工程为电站施工期的主要交通干线，主要目的是解决施工期地方交通过坝，工程线路总长5.912 km。公路等级为三级，路面结构型式为水泥混凝土路面。省道S211改线公路沿线冲沟发育，微、弱风化岩体遍布。金川水电站省道S211改线公路工程新扎沟隧道穿越地层为杂谷脑组上段薄～厚层状变质细砂岩夹含炭质千枚岩，岩体中结构面发育，极破碎，呈散体结构，且因洞室走向与岩层走向夹角较小，洞室围岩稳定性较差。在开挖穿越新扎沟口右侧的松坪滑坡体过程中，隧道发生塌方，初步估计此次塌方段长约15 m，塌方石渣约1200 m3。此次隧道塌方呈现出两个特征:

(1)埋深浅，塌腔距离滑坡体表面仅50 m。在初期，按照监理要求对垮塌石渣进行清理过程中，通过安设在地表的观测墩发现:地表发生整体沉降，累计达8.1 cm。该情况说明塌腔直至滑坡体表面均为匀质散体结构，塌腔成拱原理对其并不适用，持续出运垮塌石渣将会有冒顶的危险;

(2)施工适逢雨季，由于散体结构透水性极强，石渣含水率极高，若采用注浆，吸浆量势必受到很大影响，浆液渗透半径将受到了很大限制。

针对该段洞室所处围岩的特殊情况，并根据该工程的特点，采用跟管造孔技术解决了软弱岩层或碎裂、松散结构岩体中超前小导管难以成孔的难题，其成本低、效率高。采用超前小导管跟管造孔技术，可直接进行隧道塌方段开挖。

2 工艺原理

超前小导管跟管造孔技术的关键是在钻杆上套装超前小导管，其工艺原理是利用楔形偏心钻头能够通过钻机(YT28气腿钻)运转使钻头正转扩大、反转缩小的原理，将超前小导管取掉尾椎，套在钻杆上作为跟管钻进至设计长度，反转钻头，在跟管的护壁作用下顺利撤出钻杆及钻头以达到小导管成孔的目的。

3 施工工艺流程

塌方体素喷封闭→超前注浆小导管施工→上层左半幅开挖支护→上层右半幅开挖支护→中层左右半幅开挖支护→下层左右半幅开挖支护。

4 操作要点

4.1 塌方体素喷封闭

主要对坍塌松散的石渣喷C25素混凝土进行封闭，避免因后期施工扰动造成其继续垮塌，同时也起到小导管注浆时止浆带的作用。将喷混凝土封闭厚度控制在10～15 cm，在确保能够有效止浆的基础上，尽可能控制(减少)注浆后塌方段开挖的工作量。

4.2 超前注浆小导管施工

(1)超前小导管造孔。塌方体素喷封闭完成后，用手风钻按照设计的环向间距进行小导管造孔，将小导管孔位控制在一条环线上。超前小导管浆液渗透半径初步定为0.5 m。为了确保注浆渗透浆液均处于隧道开挖轮廓外的固结成拱部位，同时减少其他部位不必要的注浆浪费，将超前小导管造孔的上倾角定为10°～20°。由于成岩条件太差，容易出现卡钻、塌孔等现象，为确保小导管成孔，采用楔形偏心钻头造孔，将超前小导管作为跟管跟进，钻进至设计长度后反转钻头，在跟管的护壁作用下顺利撤出钻杆及钻头的造孔方法进行超前小导管造孔(图1)。

图1 超前小导管跟管造孔施工示意图

(2)超前小导管安装完成后，对小导管造孔面进行素喷混凝土封闭，厚度为10～15 cm。此次喷混凝土的目的是对孔口和超前小导管管体间的空隙进行封闭，起到止浆的作用。

(3)超前小导管注浆。采用ZMB－3型活塞式注浆机，电动机容量:3 kW;电动机转速:1440 r/min;柱塞缸数:1;排浆口胶管内径:32(1.5")mm;进浆口管内径:64(2.5")mm;重量:250 kg;外形尺寸(长×宽×高)1592 mm×480 mm×890 mm;灰浆输送量:3 m3/h;工作压力:2 MPa;电动机容量:3 kW;电动机转速:1440 r/min。

注浆时操作注意事项:待止浆层有一定强度时方可注浆，以防止浆液从各岩面裂隙中反渗出来;要及早、准确地做好各种实验配合比，现场严格控制各种材料用量，精确地配制混合料;浆液应先经过过滤网过滤，防止杂物进入注浆泵或进入小导管;严格控制注浆压力，以防压裂开挖面。注浆机压力应与规定压力配套，不宜升压过快。注浆压力达到规定值时应稳压一定时间，以利浆液进一步渗缝;配制的浆液应在规定的时间内用完;注浆压力:0.3～0.6 MPa(在施工过程中依据实际情况可进行调整)。对于吸浆量较大的松散破碎带，通过调整浆液浓度、间歇待凝、掺入一定比例的水玻璃或速凝剂进行控制;采用橡胶软管有效的做好孔口止浆(图2)，与单向阀相比要经济、方便的多(当注浆压力达到终压后，及时将套在小导管上的橡胶软管折弯，用铅丝捆住即可)，是一种值得推广的超前小导管孔口止浆控制方法。

图2 橡胶软管止浆示意图

4.3 上层左半幅开挖支护

注浆完成并待强后，进行上层左半幅的人工开挖(采用风镐)施工，在处理出工字钢位置后及时素喷封闭掌子面，以防止掌子面出现滑塌;安设上层左半幅型钢钢架，采用测量仪器确定钢架架设位置，连接钢筋与上一榀钢架连接，及时固定锁脚锚杆，将型钢钢架间距控制在0.5～0.6 m;对安设好的型钢钢架喷射混凝土，喷混凝土厚度以盖住钢架为宜。

4.4 上层右半幅开挖支护

施工方法与4.3相同。注意与左半幅钢架相接部位的焊接，尽可能采用螺栓连接与焊接并用的方法以确保焊接质量。

4.5 中层左右半幅开挖支护

保持上层左右半幅施工超前中层5～10 m的情况下进行隧道中层左右半幅的开挖支护施工。采用反铲辅助人工进行开挖，每次开挖长度不宜超出2榀钢架的距离。开挖后及时下接型钢钢架，并采用连接钢筋与上一榀钢架连接，锁脚锚杆固定后及时喷混凝土。

4.6 下层左右半幅开挖支护

保持中层左右半幅施工超前下层30 m的情况下进行隧道下层左右半幅的开挖支护施工，施工方法与中层左右半幅开挖支护相同。

5 质量安全控制

5.1 质量控制

遵照《隧道工程质量检验评定标准》进行施工过程质量控制。施工前，对施工人员进行详细的技术交底。施工中所用的主要材料在使用之前必须进行检验或试验，合格并经监理工程师批示后方可使用。施工过程中必须严格按监理工程师批示的施工技术措施进行施工。下一道工序必须在上一道工序经过“三检”后、再经过监理工程师检查验收、合格后方可进行。施工过程中遇到特殊情况时应严格按设计方案中的有关要求编写出具体的处理方案，及时报监理工程师批示，并严格按监理工程师批示方案执行。专职质检员跟踪检查全过程的施工质量，发现问题，及时整改。

5.2 安全控制

实施塌方处理的施工人员必须遵守隧洞施工安全生产的规章制度;每天进入工作面时要做好班前安全教育，熟知工作过程中的安全事项，由专职安全人员对施工环境进行安全观察，确认安全后，方可批准施工人员进入施工区，进入施工区的施工人员必须穿戴好个人防护用具;高处作业必须配备安全防护设施;非施工有关作业人员不准进入施工区域;未经批准不准任意拆除安全设施和安全装置;施工前，加强对机械设备的检查和保养，确保设备的完好率，严禁将施工设备在施工区域乱停乱放，严禁设备带病工作;施工用电电源的线路架设及安装应遵照施工供电的有关规定执行;施工现场及作业点应有足够的照明，应配置3～4盏镝灯进行大面照明，以保证撤离通道的照明。

6 环保措施

加强对空压机房的保养与维护，并对空压机设备安装隔音板，以减少嘈声对周围环境的污染。加强自卸汽车的保养维护，减少汽车废气的排放。定期对井内的反铲和装载机进行检查保养和维护，减少反铲、装载机废气的排放。在洞口布置1台轴流式通风机(SFD－1－N010)进行通风散烟。对洞内的施工污水集中处理，达标后排放。施工期间，安排人员每天打扫路面，以保持路面清洁。晴天安排专门的洒水车对场内施工道路、施工场地和弃渣场洒水，以保证路面不扬尘。运渣车辆的装车高度不得超过车厢挡板高度;车辆行驶速度一般不大于20 km/h，以减少施工扬尘。生活垃圾集中堆放，并定期运至指定地点。

7 结语

该施工方法所用的造孔钻具已经获得了实用新型专利，该施工技术很好的解决了软弱岩层中超前小导管成孔的难题，完全保证了超前小导管的成孔率，护壁性能好，钻进效率高，使超前支护施工的质量得到了保证，在很大程度上避免了由于超前支护不足而出现下一循环顶拱部位的超挖、垮塌现象，施工进度明显得到提升。在类似地下工程中具有极高的推广应用价值。