浅析超前小导管注浆技术在玉蟾山隧道施工中的应用

高兴涛，陈华国

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

浅析超前小导管注浆技术在玉蟾山隧道施工中的应用

高兴涛，陈华国

(中国水利水电第五工程局有限公司第五分局，四川 双流，610225)

超前小导管注浆技术是隧道浅埋暗挖的一种支护措施，在隧道的软弱破碎地层、穿越浅埋段、沙层段、洞口偏压段、断层破碎带及砂卵石段等不良地段施工中发挥着重要的作用。本文分析了隧道超前小导管注浆的基本原理与设计参数、小导管注浆具体施工工艺、质量要求及注意事项。

玉蟾山隧道 超前小导管 注浆

1 工程概况

玉蟾山隧道位于四川省泸州市泸县玉蟾山风景区，为高瓦斯隧道，隧道进口采用削竹式洞门，出口采用端墙式洞门。隧道进出口地形坡度较缓，洞口工程地质条件较简单，隧道穿越的地层主要岩性为砂岩、泥质砂岩、泥岩、页岩及灰岩，隧道轴线与岩层走向近正交，隧道最大深埋约215m，属于低地应力区。

隧址区内无影响场地稳定的活动断裂构造，也无滑坡、泥石流、崩塌等不良地质现象，主要的不良地质现象为煤矿中的瓦斯及老煤窑采空区。隧道围岩级别为Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩。

2 超前小导管注浆固结原理

2.1 超前小导管注浆原理

隧道超前小导管注浆是在隧道开挖掌子面顶拱部位一定范围内按照10°～15°外插角将小导管打入岩层中，并通过注浆泵给浆液施加一定压力，使浆液沿着小导管渗透扩散至岩层缝隙中，起到止水的作用，并在掌子面周围形成一个自成拱，同时通过管体的超前锚杆作用于岩层，改变围岩力学性能及岩层的自稳能力，增强岩层的稳定性。注浆后通过观察围岩的抗渗性和强度，根据现场注浆压力及注浆时间以及试验室试验比对来确定。

2.2 渗入性注浆

对于存在一定孔隙或者裂隙受到扰动与破坏的围岩，通过注浆泵施加的压力使浆液克服阻力渗入围岩空隙或裂隙中，从而起到固结地层的作用。

2.3 劈裂、压密注浆

对于土质致密的地层，通过对浆液施加较高的压力以挤开裂缝，使浆液渗入围岩，进而压密岩体。

3 小导管注浆设计参数

3.1 小导管设计参数

(1)小导管采用外径42mm、厚4.5mm的热轧无缝钢管，钢管长度为450cm。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状，管壁四周钻6mm压浆孔；尾部1m不设压浆孔；

(2)钢管环向间距为40cm；

(3)搭接长度≥1m；

(4)外插角：10°～15°。

3.2 预注浆采用水泥—水玻璃双液参数

(1)水泥浆液水灰比1∶1(重量比)，水泥标号为425水泥；

(2)水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.5；

(4)注浆压力为0.5MPa～1.0MPa；

(5)注浆效果：开挖后拱部基本无渗漏水、无坍塌。如果围岩地下水较大，采用水泥—水玻璃浆液注浆，如地下水较小，采用纯水泥浆液。施工时，每孔注浆量达到设计注浆量或注浆压力达到设计注浆压力时，可以结束注浆。水泥—水玻璃双液的参数可根据现场实际情况进行调整；

(6)小导管浆液扩散半径不小于0.3m，单孔注浆量按Q=πR2Lna计算。其中R(m)为浆液扩散半径，取0.3m；L(m)为小导管长度，取4.5m；n(%)为围岩空隙率，取15%；a为浆液填充率，取0.8。

4 超前小导管施工工艺

4.1 工艺流程

隧道超前小导管注浆的施工工艺流程是：施工准备→制作小导管→钻孔→配置浆液→注浆→隧道开挖。

4.2 施工准备

(1)根据设计施工图纸及施工具体条件，制定防止与隧道施工发生相互干扰的有效措施；

(2)选择试验、钻孔、注浆、检测等所需设备及仪表器材，检查仪器状况良好，保证工作压力符合注浆压力的要求；

(3)拟定适当的实验方案，通过实验确定注浆参数，包括注浆压力、注浆半径、注浆速度、扩散半径、有效范围、浆液配合比及初凝时间、止水盘尺寸等；

(4)制作小导管，其前端为尖锥形，尾端焊接直径为8mm的钢筋加劲箍，于管壁每隔20cm处做直径为6mm的梅花形钻眼，尾端留1m不钻孔作为至(止)浆段；

(5)施工前对施工人员进行技术交底，并定期对作业人员进行培训；

(6)组织、安排施工队伍，并对某些自制设备与器材的加工生产进行部署。

4.3 安装小导管

小导管在打管前，按照设计要求放出小导管的位置。小导管采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3mm～5mm，然后用钻机将小导管顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%，并用高压风将钢管内砂石吹出。小导管尾部置于钢架腹部，增加共同支护能力。

采用人工手持风钻成孔后安装，直径42mm导管尾部外露足够长度，并与钢拱架焊接在一起，小导管施工纵向搭接长度应符合设计并不小于1m。钻孔前，进行孔位测量放样，孔位测量做到位置准确。按放样位置钻孔，并设方向架控制钻孔方向，使孔位外插角度符合设计要求。所有钻孔完成后均须进行检验，防止出现串孔，影响注浆效果。钻孔完成后，用高压风清孔。孔口装好垫板及排气管(φ8塑料管)后，用快凝砂浆封闭孔口，封口长度20cm～30cm。用注浆机将浆液通过锚杆体管道注入岩体，当排气管溢浆液时，折起排气管并绑扎，继续注浆直至达到设计要求。

4.4 注浆

4.4.1 注浆浆液配制、搅拌

(1)水泥浆搅拌在拌合机内进行，根据拌合机容量大小，严格按要求投料，水泥浆浓度根据地层情况和凝胶时间要求而定，一般应控制在1.5∶1～1∶1；

(2)搅拌水泥浆的投料顺序为:在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌,待水量加够后继续搅拌1min,最后将水泥投入并搅拌3min；

(3)缓凝剂掺量根据所需凝胶时间而定,一般控制在水泥用量的2%～3%。

4.4.2 注浆施工

进行单液注浆时应先喷混凝土5mm～10mm封闭掌子面，形成止浆盘以防漏浆，注浆前要先冲洗管内积物，然后将输浆管连接于小导管的尾部，打开阀门排气孔按照由下向上的顺序用注浆泵进行水泥浆压注，按照由拱角到拱顶的顺序进行，选用普通水泥或者早强水泥。渗入注浆应按实验确定的压力与注浆量进行施工，无实验条件时可按注浆半径20cm进行由大至小的调整，以选定压力与注浆量。

进行劈裂、压密注浆时，应按有效固结厚度大于40cm于施工中对注浆压力与注浆量进行由大到小的逐步选取。注浆应选用4.0MPa以上的高压注浆泵，待注浆完成后要立即堵塞钢管管口以防浆液外流。双液注浆时要将两种不同浆液分别置于不同容器中，并使用两台注浆泵或双液注浆泵按一定配比吸入两种浆液，在两种浆液充分混合后进行注浆。在注浆施工过程中，要认真做好注浆记录，并随时分析与改进作业，同时要留意支护工作面状态。

4.5 注浆异常现象的处理

(1)串浆是指注浆过程中出现的浆液从其他孔中流出的现象。当出现串浆现象时，应通过多台注浆机进行同时注浆，或者及时堵塞串浆孔，待轮到进行该管的注浆时再拔出堵塞物，同时用铁丝清除管内杂物，再用水或高压风进行冲洗，然后进行注浆；

(2)水泥浆单液注浆或水泥、水玻璃双液注浆时，由于进浆量很大，压力出现长时间不升高的现象，这时应重新调整浆液浓度与配合比，降低凝胶时间，以小泵量低压或间歇注浆，保证浆液在裂缝中有一定的停留时间以便凝胶，应注意停留时间不可超过混合浆凝胶时间；

(3)当出现泵压突然升高现象时，应停机检查是否发生堵管。

4.6 施工注意事项

(1)注浆前应严格检查机具、管路及接头处的牢靠程度，以防压力爆破伤人；

(2)导管采用钢管应顺直，其不钻入围岩的尾部可不钻孔；

(3)导管前端加工成锥形；

(4)导管安装前应将工作面封闭严密、牢固、清理干净，并测放出钻设位置后方可施工；

(5)导管采用钻孔施工，其孔眼深度应大于导管长度，其顶入长度不小于导管长度的90%；

(6)导管沿拱的环向外插角不小于5°，不大于10°；

(7)导管打入后要用吹管或掏勺将管内砂石吹(掏)出，以免堵塞；

(8)超前小导管从格栅腹部空间穿过，插入已钻好的孔中，尾部与钢架焊接为一体；

(9)注浆顺序由拱脚向拱顶逐管注浆；

(10)注浆压力达到0.4MPa～0.6MPa；

(11)注浆结束后，应对注浆泵及管路进行清洗，以保证下次注浆顺利进行。

5 结语

超前小导管注浆是隧道浅埋暗挖的一种支护措施，与钢拱架配合使用。隧道施工在破碎软弱地层凿空后极易出现塌孔、结构断面较大或施作超前锚杆较为困难时，应采用超前小导管技术进行支护。在条件允许的情况下可进行地面的超前小导管加固，当已有导洞时，也可于导洞内进行隧道周边的径向注浆。小导管注浆技术具有施工工艺简单、工具简单、所需施工空间小等优点，且在遇到地层变化等情况时可对施工方案进行随时调整。小导管注浆因其适用性强及经济效益显著，在隧道施工中得到广泛应用。

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〔4〕王铁男，郝 哲，杨青潮.超前小导管注浆布置范围对地铁隧道开挖的影响分析[J].现代隧道技术，2010(5)∶54-58.

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U455.71

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2095-1809(2017)02-0035-03

高兴涛(1988-)，男，甘肃庆阳人，泸州国道321一级公路改建工程项目部工区质检工程师，从事公路工程施工技术工作；

陈华国(1974-)，男，四川广元市人，泸州国道321线纳溪至泸县一级公路改建工程项目部生产工区主任兼项目经理助理，从事公路工程施工技术与管理工作。