超前小导管注浆技术在隧道工程中的应用

杨　波



超前小导管注浆技术在隧道工程中的应用

杨波

（中国水利水电第八工程局有限公司 土木公司，湖南 长沙 410004）

超前小导管注浆方法是一种辅助施工方法，可靠性高，在软弱破碎地质、岩溶地质、砂砾地层等特殊、困难地带特别是针对小洞室有较好的适用性。文章介绍了超前小导管注浆法的工作原理、注浆参数以及注浆材料的选择以及超前小导管的施工工艺流程和注浆效果的验证，说明超前小导管注浆工艺在实际工程中的具有较高的应用价值。

注浆技术；施工工艺；注浆效果

1　引　言

注浆是将具有一定胶结能力的浆液借助高压通过管路注入到裂隙土层或岩层中，将土体中的空隙填充，使松散土体或岩体胶接成一个整体，以达到改善岩体的力学参数[1]。法国工程师Charles Berigny(查理·贝里克尼)发明了压力注浆施工方法，距今已有200年的历史，经过国内外专家的理论完善和实践创新，逐步形成了一套完整的注浆施工工艺。[2]在隧道工程中，注浆技术通常用于超前支护，其中小导管注浆技术的施工设备简单,工艺简单,适应性强，经济效益明显，被广泛用于隧道中改变围岩的力学性能，提高围岩的力学参数，减少安全事故的发生。

2　小导管注浆原理

围岩在未开挖时处于初始应力状态，隧道开挖后，由于围岩扰动，开挖面周边的围岩应力得到释放，应力重分布，小导管注浆使隧道周边破碎围岩形成一个整体，弹性模量、内摩擦力、泊松比等物理力学性能改变，围岩的自稳能力提高。

隧道超前小导管注浆机理主要分为三种[3]：一是小导管的锚杆作用机理，其作用类似于锚杆，将隧道周边破碎区的围岩锚固在稳定的围岩上，并将松散岩体粘结成一个整体。二是小导管注浆支护的拱群效应，对于拱结构，是适合承压的，不过在拱脚处会产生水平拉力。三是浆液通道作用，注浆孔等间距梅花型布置，浆液材料通过高压注入围岩，达到加固围岩的作用。

3　超前小导管注浆参数

小导管注浆的参数直接影响支护效果，加固范围由注浆半径确定，可根据实际地质条件使用双排管或单排管。注浆参数包括小导管的长度和直径、小导管外插角度、间距、注浆压力、使用设备等。

小导管直径不能太大，太大则会钻孔困难，直径亦不能过小，过小则起不到支撑作用且注浆难度增大。实际施工中，小导管直径多数采用42mm的无缝钢管。

小导管长度可通过计算由式2.1确定，从公式中可以看出，围岩的自稳能力越强，岩体的内摩擦角越大，则所需的小导管长度越短；其次小导管的长度还与围岩的塌落度相关，围岩塌落度越大，发生坍塌事故的概率就越大，所需的小导管长度亦越长。小导管长度一般根据经验取3~6m。

外插角度的大小与注浆半径以及小导管的长度相关，根据经验，外插角度可取5°~10°，也可按照式（2.2）计算。

小导管的间距应合理选择，以小导管密排为原则，需保证每组导管之间的围岩稳定；间距太大则起不到小导管的棚架作用，间距太小则施作难度加大，经济性不高。

4　注浆材料选择

目前常用的注浆材料有多种，注浆材料品种和性能的好坏直接关系隧道的安全与造价，应合理分散度高，可灌性好，性能稳定，无毒无臭无锈蚀性的材料。修建隧道用于小导管注浆材料主要为水泥类浆材，为改善水泥浆的稳定性，在水泥类浆材中可根据围岩级别以及围岩所处环境添加合适的外加剂用于改善浆体的性能。

5　注浆工艺

超前小导管注浆施工方法又称小管棚施工工艺，其工艺简单。为防止漏浆，注浆之前需用一定厚度的喷射混凝土封闭裸露围岩，并清洗管内杂物。具体注浆工艺流程见图1。

图1. 超前小导管注浆工艺流程图

6　注浆效果

小导管注浆的效果的好坏与多种因素有关，其中包括：注入工法、注入压力、注入速度、浆液材料、凝结时间等。隧道施工中采用超前小导管注浆的目的是保证施工安全，防止出现塌方。注浆效果通常用监控量测数据衡量。监控量测是采用仪器设备对支护结构及围岩进行所进行的一系列量测工作。通过观察围岩的应力、应变、变形、沉降变化来验证注浆效果。注浆效果良好，则数据变化值较小，如数据变化较大，应分析原因，提出合理的解决方式。

7　结　语

超前小导管注浆方法是一种辅助施工方法，可靠性高，在软弱破碎地质、岩溶地质、砂砾地层等特殊、困难地带有较好的适用性，有广阔的应用前景。

（1）相比超前管棚、超前锚杆、地表注浆，超前小导管注浆的预加固效果更加明显，施工工艺更简单，经济性更好。

（2）超前小导管注浆不仅能加固围岩，提高围岩的自稳能力，还可以提高围岩的抗渗水性能，与初期支护结合在一起有效预防塌方、冒顶等事故，且在在小断面施工条件小可以进行复杂的塌方处理。

（3）注浆小导管的注浆效果在保证施工工艺的前提下，应通过监控量测数据衡量，实时监控数据变化，保证隧道施工安全。

（4）地下工程的逐步增多，超前小导管注浆方法以其安全、快捷、有效的特点正越来越受到重视，有着广阔的应用前景。

[1]袁伟.隧道超前小导管注浆作业的施工技术[J].陕西建筑,2014,09:23-25.

[2]李河玉.小导管注浆技术及在隧道和地下工程中的应用[D].西南交通大学,2002.

[3]张宏洲.隧道小导管注浆加固区围岩力学参数反分析研究[D].中国地质大学,2007.

[4]焦守林.浅埋大跨度隧道施工超前支护效应研究[D].山东科技大学,2009.

[5]余永强,陈天恩,张文新.超前小导管注浆对软岩隧道稳定性的影响[J].金属矿山,2013,03:32-35.

[6]祝建宏.小导管注浆在处理公路隧道坍方中的应用[J].工业技术,2010,3:14.

[7]李河玉.小导管注浆技术在隧道和地下工程中的应用[D].西南交通大学硕士学位论文,2002.

（责任编校：何俊华）

2015－05－08

杨波（1975－），湖南湘潭人，工程师，研究方向为施工现场基础处理。

TU9

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1673-2219（2015）10-0058-02