双层小导管超前注浆预支护的应用

刘 超 （安徽省路桥工程集团有限责任公司，安徽 合肥 230009）

0 引 言

双层小导管超前注浆预支护通过浆液渗透、扩散到地层裂隙中以改善土体物理力学性能，达到增加土体的自稳时间、限制地层松弛变形的目的。双层小导管内侧一层小角度斜外插角5°~10°的注浆小导管，主要稳定固结即将开挖隧道外轮廓线附近的围岩，形成第一层注浆固结圈；外侧一层外插角10°~30°的注浆小导管与第一层注浆圈形成搭接的同时，形成第二层注浆加固圈，进一步加大围岩固结区的范围，使双层小导管发挥挑梁作用。

1 双层小导管

1.1 双层超前小导管设计参数

超前小导管规格：热轧无缝钢管，外径42mm（50mm），长度L=4.0m（4.5m）;小导管环向间距30cm(40cm)，两层交错布置，前端加工成锥形，尾部焊接于钢拱腹部，以增加共同支护作用；二层小道管外插角度分别为5°~10°和10°~30°；小导管施工与钢拱架配套，每循环小导管纵向应有不小于1.35m~1.46m的搭接长度。

1.2 小导管的制作

小导管一般采用直径φ42～50mm的钢管制作；小导管前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔10～20cm梅花型钻眼，眼孔直径为φ6～8mm，尾部长度100cm不钻孔；小导管长度一般为3.5m～5.0m。

1.3 小导管的布置和安装

①测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大10mm以上，孔深、外插角必须符合设计要求。外插角：取值应考虑小导管的长度和钢架的间距、钢架的截面高度，一般外插角5°～30°，可根据实际情况调整。

②双层小导管按拱顶外轮廓中心高程和支距进行布孔放样，并以插杆作为标记控制小导管的间距和排距。

③小导管钻孔安装前，应对开挖面喷射5cm~10cm厚混凝土封闭。

图1 小导管设计构造图

图2 双层小导管设计图

图3 双层小导管布置图

④钻孔标准：要达到准、平、直、齐,不窜孔。

准：钻孔按设计布眼钻孔，当受节理、裂隙影响时可稍稍移动孔位，但第一层导管眼只能上下移动，第二层导管眼只能左右移动，放线误差控制在±1cm。眼口开眼误差：Ⅴ级围岩深眼可从轮廓线偏移5cm，Ⅳ级围岩可从轮廓线偏内3cm。

直：上下二层小导管钻孔眼先钻上方标准孔，插上炮杆，使导管眼孔在同一条垂线上。

平：导管眼要相互平行。

齐：各钻孔眼底落在垂直隧洞轴线的同一平面上，钻孔深度要根据型钢位置确定。

⑤在拱顶1m处，定一临时中线，以保证钻孔眼沿隧道中线钻进；然后在标准孔内插上炮棍，作为其他小导管钻眼的方向标志。根据要求的钻孔深度在钻杆上做好标记，使孔底落在同一平面上，导管眼孔深大于小导管的设计长度。

⑥成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，小导管外露20cm，在注浆结束后和钢架焊接连接，支撑于开挖面后方的钢架上或与钢架共同组成预支护体系。小导管安装采用引孔顶入法，钻孔方向应顺直，钻孔直径和注浆管径配套，且不大于50mm。

表1

⑦单向掘进贯通小导管施工时，因隧道洞口段围岩比较破碎，为了有效的超前加固前方围岩，采用双层超前小导管的加固方式，内层小导管按照一般的小导管参数布设，外层小导管和内层小导管间隔交替布孔，一般外插角应大于内层小导管的外插角度，可以加大围岩加固圈的范围，确保围岩稳定，严格按照设计外插角度施工。

2 注 浆

2.1 注浆材料

在洞口破碎带围岩或者砂卵石地层等强渗透性地层中，采用材料广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的松散地层，优先使用单液水泥浆，对于有水的强渗透地层，选用水玻璃浆液，以控制注浆范围。注浆材料性能见表1。

2.2 注浆量计算

钻孔施工中因钻孔偏差或钻眼内的地质原因，注浆液窜浆或跑浆经常出现，双层小导管每个管内的注浆量很不均匀，因此理论单眼注浆量不能作为单孔注浆的一个控制指标。现场双排小导管上下各0.2m~0.5m范围的岩土体内均已注浆填充考虑，以下列公式估算注浆总量。

Q=(3.14×θ/360)×[（R+T）2-(R-T)2]×α×L

式中：Q——注浆量（m3）

θ——拱部双层小导管布设范围相对于圆心的角度

R——小导管位置相对于圆心的半径

T——浆液扩散半径，0.2m~0.5m

α——岩体孔隙率2%~5%

L——小导管长度（m）

2.3 注浆

注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，封闭范围为开挖工作面及临近开挖工作面3m范围的环向开挖面，形成止浆盘。对于强行打入的钢管应先冲清管内积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上，浆液可用拌合机搅拌，亦可用人工搅拌。浆采用注浆泵压注水泥浆或水泥水玻璃双液浆。

①小导管安装完成后，应进行压水试验，压力一般不大于1.0MPa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。注浆压力：一般为0.5～1.0MPa。浆液浓度按照设计配制。浆液必须充满钢管及其周围的空隙。

②水泥浆液采用拌和桶配制，配制水泥浆液或稀释水玻璃浆液时，应防止杂物混入，配制好的浆液必须过滤后使用，浆液应在规定时间内注完，随配随用。

③注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，注浆压力由小到大。当发生串孔时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。当注浆压力突然升高时应停机查明原因；当水泥浆进浆压力很大、压力不变时，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。

④注浆结束标准：当压力达到设计注浆终压并稳定10min~15min，注浆量达到设计注浆量80%以上时，可结束该孔注浆。

⑤当采用单液水泥浆注浆时，开挖时间为注浆后8h，采用水泥-水玻璃双液浆时为4h。

⑥注浆时严格记录注浆机吸管头容器原有浆液体积，中间加入的浆液体积，最终剩余浆液体积，认真记录，计算总体积注浆量。

3 注浆异常现场处理

①在注浆过程中，经常发生浆液从其它孔流出的现象，这种现象称为串浆。发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或水冲洗（拔塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序），然后再注浆。

②单液注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵管，应停机检查。当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管，无法疏通时要补管。

③水泥与水玻璃双液注浆压力突然升高时，则应关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。

④水泥浆单液或水泥与水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不得超过混合浆的凝胶时间。

⑤一个导管注浆时，相邻导管应打开止回阀让原来管内储存的裂缝水从相邻导管流出，当相邻的导管内流出浓浆时停止注浆，关闭相邻管的止回阀，再待达到控制压力时关闭该管的止回阀。然后在相邻管接上注浆软管，打开止回阀进行衬压注浆，待达到控制压力时停止压浆，关闭该止回阀。

4 结束语

在隧道洞口工程的建设中，由于双层小导管超前注浆预支护施工操作的简捷性和稳定性，既节约了工程造价，又减轻了隧道洞口开挖对环境的影响，同时切实有效的控制小导管施工工艺，确保双层小导管施工质量符合设计规范要求，能够产生较好的经济效益。本文在充分了解隧道超前支护原理的基础上，采用加强预支护围岩结构，优化小导管的设计参数，合理安排施工工艺，使双层小导管充分发挥挑梁作用，从而达到隧道围岩预支护的目的。

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