超前小导管在隧道超前支护施工中的运用研究

杨祖建

(贵州凯里路桥工程公司)

1 工程概况

贵州省梵净山环线公路杨柳沟至团龙工程第三合同段中核桃湾隧道全长350 m，公路等级为四级，洞内行车速度为30km/h，隧洞建筑限界净宽为9 m，净高5 m，公路荷载等级为II 级。隧道位于高中山深切谷地斜坡地貌区，隧洞穿过高中山山脊中部。区内最高标高在K20 + 140，高程1 467.730，最低处在出洞口处1 732.475，相对高差105 m，隧道设计标高:1 363.040～1 356.249 m，隧道最大埋深128 m，隧道走向与山脊走向约成90°正交，植被发育，水土保持较好。隧道进口位于地形坡度较陡的顺坡或切层冲沟西则，上履残坡积粘土零星分布厚度较小，下伏基岩风化砂岩及弱风化板岩，岩石风化裂隙较发育，岩体较破碎，完整性较差，围岩分级为V 级，成洞条件差，围岩易坍塌，处理不当有可能出现大体积坍塌及昌顶，成洞困难，边坡为顺向坡或切层坡，坡度较缓，边坡稳定，洞口工程条件较差，出口围岩易坍塌，围岩分级为V 级，存在偏压现象。

隧道按新奥法进行施工，采用复合衬砌，即以系统锚杆、钢筋网、喷射混凝土、工字钢型钢钢架或格栅拱架等作为初期支护，根据不同围岩的级别辅以管棚、超前小导管、超前锚杆等超前支护措施，二次支护采用模筑混凝土或钢筋混凝土，在两次衬砌之间敷设PVC 防水板及无纺土工布防水层。

2 超前小导管施工原理

2.1 超前小导管原理

超前小导管注浆的主要原理就是在工作面周边按照一定的角度将小导管打入到地层中，对注浆泵的压力进行借助，使得浆液能够通过小导管内进行渗透，从而扩散到地层的孔隙或者是裂隙中，从而对土体物理力学的性能进行改变，这样不但可以起到止水的作用，还能够在工作面四周形成一个承载壳－地层自承拱，同时管体又可起到超前锚杆的作用，从而达到增加土体的自稳时间、提高开挖面地层自稳能力、限制地层松弛变形的目的。

2.2 小导管超前注浆固结原理

通过总结研究可以得出，超前小导管注浆固结的原理主要有以下两种:(1)将浆液渗入到存在空隙或者是受到破坏的围岩中，在注浆压力的作用下，浆液渗透到围岩的孔隙中，从而对底层进行加固;(2)对于比较坚硬以及严密性比较好的土质围岩，浆液在高压的条件下将缝隙挤开，使浆液得以渗入，形成脉状水泥浆脉，浆液在围岩分布形成以钢管为主干的树枝，凝固后的浆液挟持、网罩被压密的土体，起到固结作用。

2.3 工艺特点

超前小导管工艺主要有以下四个方面的特点:(1)具有非常可靠和稳定的加固效果，很容易对注浆质量进行控制;(2)运用小型机械进行施工，不需要对专用设备进行配备，施工简便易行;(3)导管与固结联合成为超前支护体系，可以对围岩自身的稳定性进行有效的提高，从而对围岩的变形进行避免，提供了施工过程的安全;(4)运用超前支护手段，可以对暗挖的时间进行大幅度的缩短，混进节省了施工时间，还保证了施工安全性。

3 超前小导管施工技术要点

3.1 测量放线

在进行正式施工之前，需要对钻孔位置进行非常准确的放线，并且需要做出非常明显的标记，这样可以方便进行钻孔和复核。放线的主要内容是对超前小导管中心和超前小导管间距确定。

3.2 钻孔

在钻孔施工之前，需要进行钻机定位施工，钻机定位必须精确核定钻孔、钻机钻头位置。现场可以利用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法。为了便于安装超前小导管，钻机采用直径为φ50 mm 的钻头。围岩均匀、稳定的地段可以一次性成孔;围岩较差的地段，钻进过程中如产生塌孔、卡钻现象时，现场可以先补注浆以临时加固围岩后再进行钻孔。钻机开钻时应保持低钻速低风压进行，待钻孔位置正确、钻机稳定时可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。钻进过程中经常用测斜仪测定其钻孔方向，并根据钻机钻进过程中发生的现象及时判断成孔的质量，并及时处理钻进过程中出现的事故。钻孔作业结束之后需要技术的进行清孔和验孔作业。清孔之后，利用全站仪、测斜仪等检测孔深、外插角，并做好详细的原始纪录，以备后续施工检查备用。超前小导管钻孔质量要求见下表1。

表1 超前小导管钻孔质量要求

3.3 小导管加工

在进行小导管家工作制作之前，需要将表面的杂物全部清理干净，超前小导管插入岩体的端头须加工成长度为20 cm 的圆锥形;超前小导管管体须用钻机加工成φ10 mm的注浆孔，注浆孔间距为30 cm，呈梅花形布置。钻完注浆孔后，要清楚铁屑并磨平注浆孔。

3.4 小导管搬运和安装

必须保证在对小导管的搬运过程中对其轻拿轻放，严禁随意的对小导管进行敲击。在小导管的搬运过程中，防止其出现变形，如若发生变形须重新进行加工。小导管端头尖锐，搬运过程中注意人身安全。小导管安装之前要对钻孔质量进行检查，并对孔内的碎石、土进行处理。钻孔完毕，立即安装小导管。

3.5 注浆

在小导管安装完成之后，必须进行严格的压水试验，规定压水试验的压力通常不大于1.0 MPa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。水泥浆液应采用拌合桶配制，配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用。小导管注浆采用水泥浆液，其施工配合比为1∶1(重量比)，根据隧道内围岩情况，注浆时取压力为0.5～1.0 MPa。注浆过程中及时观察掌子面围岩情况，并根据吸浆量及压力上升情况，当两者之一达到设计规定时可结束注浆作业。水泥浆液采用专用的浆液拌制机在现场拌制，拌制时用磅称对水泥及用水量进行称量控制。当一盘浆液拌制好后即可将其引流至事先准备好的盛浆容器内，而浆液拌制机可继续拌制浆液，以满足注浆连续性的需要。注浆采用ZYB70/80D 型双浆液注浆机，注浆时必须连续进行。当出现有串孔和漏浆现象发生时，可采用间隔一段时间后再行补注的方式进行。为加快注浆速度和发挥设备效率，可采用群管注浆(每次3～5 根)。注浆时遵循从下到上，从无水至有水的原则进行。

在注浆之前需要进行止浆环的安装，必须需要对止浆环连接的密封性和可靠性进行保证。超前小导管孔口必须设置排气孔，超前小导管安设完成后及时注浆;浆液采用净水泥浆，水泥浆水灰比0.5～1(重量比);水泥浆即拌即用，不得使用已经达到初凝的水泥浆;为保证水泥浆质量，拌和料必须严格按配合比执行;在注浆完成之后需要使用铁锤对钢管进行敲击，如果发生的响声是比较响亮并且清脆的，那么说明没有注浆填满，需要进行补充注浆或者是重新注浆;如果发出的响声是比较低沉和沙哑的，那么说明已经注浆完成。现场施工技术人员必须做好注浆量、终孔注浆压力、注浆效果、水泥用量等原始记录。

注浆过程中出现以下异常现象的处理方法:

(1)在注浆施工中，串浆是常见的现象，主要指的是在进行注浆的过程中孔中的浆液从其他孔中流出。如果在施工中发生串浆现象，那么必须及时的对串浆孔进行封堵，等到需要进行该孔的注浆时，再将封堵物拿出来。

(2)在注浆的过程中突然注浆压力变高，那么很有可能导致堵管现象的产生，因而必须停止工作进行检查。如果在注浆过程中出现堵管的现象，那么需要对钢管进行敲打或者是滚动钢管，促进注浆管的流通性，如果上述措施无法对注浆管进行疏通，那么必须要进行补管。

(3)在注浆作业中，有时会出现孔内进浆量比较大并且压力长时间不升高的现象，针对这种现场，应该对浆液的浓度以及配合比进行合理科学的调整，对凝胶的时间进行缩短，并且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。

4 结 语

综上所述，超前小导管注浆技术因其具有突出的优势被广泛的运用在隧道超前支护中。通过对上述工程中超前小导管支护施工技术的研究，为了保证施工质量，必须做好钻孔以及注浆作业。在今后的施工中，必须加强经验的总结，对施工顺序进行合理的安排从而提高小导管的施工效率和工程质量。

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