双线隧道超前小导管的施工方法

吴刚

摘要：超前小導管注浆施工方法是在沿着开挖轮廓线外按照一定的外插角度将小导管打入地层中，小导管常与格栅钢架共同组成支护系统，一方面小导管起超前管棚作用，先行支护围岩，另一方面通过管壁预留的注浆孔注入水泥浆，管周注浆固结体形成一定厚度的隧道加固圈，以增加土体的自稳时间、抑制围岩松弛变形、提高岩体自身整体强度，从而实现超前支护的目的，增强施工的安全性。

关键词：小导管；超前注浆；超前支护

隧道在软岩地段必须始终坚持“管超前，严注浆，弱爆破，短进尺，强支护，早封闭，勤量测，紧衬砌”的施工原则。本方法的基本原理是在工作面周边按一定角度将小导管打入地层中，及借助注浆泵的压力，使浆液通过小导管渗透，扩散到地层空隙中，这样既可止水，又可在工作面周围形成一个承载壳——地层自承拱。

一、超前小导管的使用范围

双线隧道施工中超前小导管的使用范围：超前小导管一般在双线隧道的Ⅳ、Ⅴ级围岩及加强地段，配合钢架使用，从钢架断面腹部穿过。在易坍塌、掉块或浅埋的Ⅴ级加强地段使用超前密排小导管。

二、施工工艺及施工方法

2.1钻孔

1）测量放样

按设计要求，在掌子面上准确画出本循环需施设的小导管孔位。

2）钻孔。

小导管在打孔前，按设计要求划出小导管的位置，并标明清楚。采用凿岩风钻打孔，成孔直径Φ45mm～Φ47mm，孔口钻眼偏差小于50mm，孔眼长度大于小导管长度。成孔后将小导管打入，小导管打入后用高压风将小导管内砂石等吹出。小导管尾部置于钢架腹部，增强初支受力性能。小导管安装后用塑胶泥封堵导管外边的孔口及围岩裂隙。

3）钢管插入及孔口密封处理

钢管由用钻机顶进，顶进钻孔长度不小于90%管长。钢管末端除焊上挡圈外，再用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔后其外壁与孔岩壁间隙堵塞严密。钢管搭接长度不小于100cm，并与钢支撑焊接在一起。钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。

2.2钻孔时注意事项

1）钻孔从拱部向两侧依次施钻。

2）钻孔过程应防止压弯钻具，甩打孔壁，造成塌孔或断杆事故，如遇不良情况，要立即停机处理。

3）做好现场记录：包括钻具尺寸、钻进速度、围岩类型、裂隙发育程度及分布位置、出水量、出水位置、处理事故和时间、终孔深度等。

4）钻孔过程中，应经常进行回钻扫孔。

5）每孔完成后，进行掏孔检查，确认有无塌孔和探头石。

6）用自制高压风管进行扫孔检查，清除孔内岩屑。

2.3注浆

注浆从拱部顺序向下进行注浆，其施工顺序为：确定注浆参数→设立注浆站→试泵→正式注浆→检查→记录。

1）注浆参数。

注浆采用水灰比为1：1（重量比）的水泥浆，注浆材料满足下列要求：浆液的流动性好，易注入地层；固结后收缩小，具有良好的粘结力和较高的早期强度；结石体透水性低，抗渗性能好等。

2）设立注浆站、试泵。

注浆使用2台注浆泵进行，开泵前选择三通转芯阀调到回泵位置，待泵吸水正常时，将三通回泵阀慢慢调小，泵压缓缓上升，当泵压达到设计注浆压力后持续2min—3min，如果一切正常即可结束，否则应检修后重新试泵，直至正常为止。

3）注浆控制。

a.导管施工完成后开始注浆，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口侧进行密封处理。

b.水泥浆液采用拌和机制浆，注浆前先检查拌和机和注浆机设备状况，确认设备正常后作压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。

c.注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实。注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力以0.5MPa—1.0MPa为宜，一般按单管达到设计注浆量0.32m3作为结束标准，如果注浆量超限，但未达到压力要求，首先及时调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准。以确保所钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆，或者当注浆压力达至设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，便可结束注浆。

三、安全控制要点

1）钻机作业人员要戴防尘口罩，配备安全帽、手套。2）掌握好钻杆进尺的压力和速度，防止断杆事故；在钻孔过程中如发生卡钻、斜孔、坍孔等故障，应及时采取处理措施；进行钻杆装卸时注意与钻机操作手的配合，避免钻杆未装好前启动导致人员受伤。3）泥浆排渣钻机，要作好排水和泥浆池，避免污染环境；导管注浆时，施工人员要避免正对注浆管。

四、质量控制要点

1）钻机就位前，首先要精确测定孔的平面位置、外插角、倾角，并对每个孔进行编号；控制钻孔平面位置，超前小导管不得侵入隧道开挖线内，相邻的小导管不得相互交叉；终孔后，要检查小导管的平面位置、孔深、外插角和方向，并用高压风将钻孔内粉尘吹洗干净。

2）浆液配置必须严格按施工配合比进行配置，浆液制作必须使用机械拌和，并且要严格控制拌和的时间。

3）相邻孔眼注浆时需间隔开，不能顺序注浆，确保固结效果，同时达到控制注浆量的目的。

4）开始注浆时，要根据注浆终压和注浆量双控注浆质量，经常校验注浆压力表的准确度，根据计算注浆量并结合围岩的松散程度，考虑注浆量。如果注浆过程中，个别孔的浆液不畅通，被迫提前终止时，可在相邻孔注浆时适当加压补偿。

五、工程实例

（1）工程概况。百店隧道位于山西中南部铁路通道工程隰县至洪洞段蒲县百店村附近，进口里程为改DK280+546，出口里程为改DK285+500，全长2954m，设计为单洞双线隧道。隧道地层岩性主要为第四系上更新统风积层（Q3eol）新黄土及第四系中更新统洪积层（Q2pl）老黄土，坚硬～硬塑状，松软结构；第三系上新统粉质黏土、细砂及透镜体，粉质黏土呈硬塑～坚硬状，部分胶结，局部姜石含量较大，松软结构，细砂呈松散结构，密实；三叠系下统刘家沟组（T1l）砂岩、泥岩，砂岩呈碎石状压碎结构，层状构造，弱风化，泥岩呈块碎石状镶嵌结构，层状构造，弱风化，岩层产状310°∠4°。

（2）超前小导管注浆施工工艺及设计。该工程采用掌子面分段超前小导管注浆工艺，超前小导管每两榀布设一环。其工艺流程如下：超前小导管注浆每延米需14根，单根长3.5m，其设计施工参数为：小导管采用φ42mm的无缝钢管，钢管长度3.5m，成孔直径38—43mm，钢管沿隧洞开挖轮廓线布置向外倾斜，外插角a为10°～15°，处理坍体可适当加大，注浆压力为0.5～1MPa。纵向前后相邻两排小导管搭接的水平投影长度.5不小于1.5m，渗入性注浆导管环向间距30cm。此外，注浆前用喷砼封闭掌子面，以防漏浆，对于强行打入的钢管，先冲清管内积物，然后注浆，注浆顺序由下而上，浆液用机械拌和，小导管注浆的孔口最高压力严格控制在允许范围内。超前小导管注浆方法在百店隧道中的实际效果证明，该方法可有效的提高岩围岩自身的稳定性，避免了塌方冒顶现象的发生，加快了施工速度，使得施工安全得到了有力的保障。

结语

用小导管注浆法处理塌方。工序简单，安全可靠，施工速度快。用小导管注浆法为辅助措施的暗挖施工方法，具有速度快、成本低的优点。采用小导管注浆配合“管棚施工”开挖。在山西中南部铁路通道百店隧道施工中取得成功，充分显示了这一优点。

参考文献：

[1]冯海鹏，马可理，金沛先.超前注浆小导管在破碎围岩地质隧道中的应用[J].山西建筑，2012，38

[2]李新皇.大窝山隧道超前注浆小导管施工技术[J].山西建筑。2008（27）