雙層小導(dǎo)管注漿技術(shù)在公路隧道上的應(yīng)用

馬浪 胡航勃

[摘要] 雙層小導(dǎo)管注漿技術(shù)是各類隧道施工中應(yīng)用比較成熟的施工工藝，適用于隧道軟弱圍巖段,實(shí)施后對(duì)加強(qiáng)圍巖自身穩(wěn)定和延長(zhǎng)自穩(wěn)時(shí)間有較好的效果，在隧道洞門開挖施工中廣泛應(yīng)用。雙層小導(dǎo)管注漿效果明顯提高,施工進(jìn)度加快,取得良好的經(jīng)濟(jì)效益,為優(yōu)化設(shè)計(jì)和隧道施工提供了有益的參考。

[關(guān)鍵詞] 雙層超前注漿小導(dǎo)管公路注漿隧道超前支護(hù)

公路是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要命脈,由于其特有的靈活性和優(yōu)越性,發(fā)揮著其他運(yùn)輸方式不可替代的作用。 目前改擴(kuò)建的和在建的高速公路主要以提高車速和縮短距離為目的，從而修建隧道成為首選。由于隧道施工中，地形地質(zhì)復(fù)雜、不可探明因素多及施工不規(guī)范現(xiàn)象。在極其破碎的巖體、砂土質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育巖體、斷層破碎帶、風(fēng)化嚴(yán)重容易發(fā)生坍塌，節(jié)理發(fā)育，在隧道的進(jìn)出口尤為嚴(yán)重。隧道在開挖過程中拱頂經(jīng)常出現(xiàn)掉塊、小坍塌，側(cè)壁經(jīng)常小坍塌，造成施工困難，給人民的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失。施工時(shí)，對(duì)隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè),加強(qiáng)地質(zhì)超前探測(cè)、采用雙層小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)、雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖方法、安裝鉆孔防突裝置、鉆孔快速注漿堵水和裂隙快速堵漏、澆注混凝土墻注漿防水,為該類隧道安全施工提供一定技術(shù)支持。下面就談?wù)勛约旱哪w淺看法。

1.公路隧道開挖分析

隧道左線出口洞口VI類圍巖施工中，隧道拱頂下沉大，地表出現(xiàn)不同程度的下沉及開裂現(xiàn)象，拱腳局部開裂。隧道圍巖主要以煤矸石為主，掌子面煤矸石破碎，煤層向傾向向下，遇水后軟化，會(huì)成片脫落，局部含泥質(zhì)軟弱夾層，圍巖不穩(wěn)定，有塌方、掉塊現(xiàn)象，成洞條件差。洞口段隧道地質(zhì)為泥巖夾頁巖，節(jié)理極發(fā)育，隧道埋深淺，不易形成自拱度，必須采取支撐措施，而基礎(chǔ)承載力是主動(dòng)支撐有效的前提和保證，超前探明地質(zhì)情況，并進(jìn)行基礎(chǔ)處理就非常必要。

2.進(jìn)洞方案設(shè)計(jì)

采用雙層小導(dǎo)管注漿技術(shù)加固土體的超前支護(hù)方案進(jìn)洞，初期支護(hù)格柵鋼架間距為0.5m~0.75m，注漿小導(dǎo)管間距維持原設(shè)計(jì)，噴射混凝土厚度由0.2m改為0.25m。二次襯砌按原設(shè)計(jì)。將淤泥層的水疏干，使淤泥由液塑狀態(tài)變?yōu)楦捎矤顟B(tài)。為加強(qiáng)支護(hù)強(qiáng)度，在小導(dǎo)管內(nèi)安裝φ22錨桿后注漿，解決小導(dǎo)管剛度不足的問題。[1]

3.雙層小導(dǎo)管注漿支護(hù)

3.1支護(hù)方法

利用雙層小導(dǎo)管注漿支護(hù)，沿隧道拱部周邊環(huán)向打雙層小導(dǎo)管，小導(dǎo)管里的注漿液，通過小導(dǎo)管上的梅花孔擴(kuò)散到松散巖體上，利用漿液使巖體固結(jié)，和小導(dǎo)管形成穩(wěn)定的固結(jié)拱體。鋼管起到超前管棚和注漿加固的雙重作用。一般分為超前中空注漿錨桿和超前砂漿錨桿，錨桿方向?yàn)樗淼狼斑M(jìn)方向，超前錨桿一般從拱架中穿過，并與前后環(huán)超前焊接，與拱架形成整體受力，防止隧道斷面拱部發(fā)生坍塌。

3.2支護(hù)作用的原理

雙層小導(dǎo)管嵌入圍巖內(nèi)，后端和砂漿錨桿出露端相焊接形成縱向支撐梁，能夠抑制圍巖松動(dòng)。利用分布在掌子面的孔減少爆破產(chǎn)生的沖擊波造成對(duì)巖石的破壞和擾動(dòng)。外層較大角度的小導(dǎo)管主要發(fā)揮較大范圍的注漿作用和斜錨桿作用，提高圍巖的承載力。內(nèi)層較小角度的小導(dǎo)管發(fā)揮“梁效應(yīng)”，承載上覆圍巖壓力，以保證隧道進(jìn)洞開挖的安全和圍巖的穩(wěn)定。

4.雙層小導(dǎo)管注漿施工工藝

雙層小導(dǎo)管注漿是用帶孔的鋼花管，在工作面周邊按一定的角度打入地層進(jìn)行注漿，在隧道工作面周圍形成承載薄殼，達(dá)到加固地層的目的。雙層小導(dǎo)管注漿宜采用水泥漿或水泥砂漿，漿液充滿鋼管和周圍空隙，注漿量和注漿壓力由試驗(yàn)確定。注漿材料應(yīng)具備良好的可注性，固結(jié)后有強(qiáng)度、抗?jié)B、穩(wěn)定、耐久和收縮小、無毒。雙層小導(dǎo)管注漿作業(yè)包括制管、鉆孔、布管、封孔、注漿四道工序。

4.1鋼管的制作

小導(dǎo)管采用φ42mm鋼管制成，長(zhǎng)6m，沿管體每20cm鉆φ6-φ10mm梅花形小孔，四周梅花狀布設(shè)出漿孔，前端封閉并制成30°左右的圓錐形，以便順利插入已鉆好的導(dǎo)管孔內(nèi)，當(dāng)圍巖松軟時(shí)，用錘擊直接打入。

4.2鋼管的布置

先開挖結(jié)構(gòu)豎井，安放首榀鋼格柵，在鋼格柵上打設(shè)雙排注漿小導(dǎo)管，它與鋼格柵輪廓線所構(gòu)成弧面傾角分別為７～１０°和３０～６０°，環(huán)向間距均為30cm。把制作好的鋼管布置在起拱線以上隧道周邊上，拱架上部約5°～10°5左右的傾角沿隧道軸向打入巖碴，周邊環(huán)向布置Φ42mm超前小導(dǎo)管，管長(zhǎng)4.1m，利用核心土、自制臺(tái)架按設(shè)計(jì)角度用高壓風(fēng)吹孔，開孔直徑為42～50mm，并用吹管將砂石吹出。施打雙層小導(dǎo)管孔，鋼管逐節(jié)頂入，采用絲扣連接，保證鋼管間的連接強(qiáng)度。成孔后將預(yù)制好的Φ42鋼花管插入連上注漿接頭，進(jìn)行雙液注漿。[2]

4.3 封孔

為了確保順利裝管，把管端插入事先做好的簡(jiǎn)單推進(jìn)工具中，用帶沖擊的YT-28風(fēng)鉆將小導(dǎo)管頂入孔中。然后，用塑膠泥將小導(dǎo)管周圍的空隙封堵嚴(yán)實(shí)。為防止漏漿，距離小導(dǎo)管尾部1~1.5米的范圍內(nèi)不鉆設(shè)花眼，并在管的尾端安好止?jié){閥。

4.4 雙層小導(dǎo)管注漿

（1）確定注漿參數(shù)

注漿前先把注漿管與小導(dǎo)管端頭及砂漿泵出漿管用鐵絲綁扎牢固，檢查管路和機(jī)械情況，做壓漿試驗(yàn)，確定注漿參數(shù)。

（2）水泥-水玻璃雙液注漿

水泥-水玻璃（CS）雙液注漿是以水泥和水玻璃作為灌漿材料的主劑，按要求的比例同時(shí)注入雙液混合器內(nèi)使其充分混合形成雙液漿。這種雙液漿具有價(jià)格便宜、無毒、凝結(jié)時(shí)間短、速度快、結(jié)石強(qiáng)度高等特點(diǎn)，不僅具有水泥漿液的優(yōu)點(diǎn)，而且還有化學(xué)漿液的一些特性，凝結(jié)時(shí)間可以從幾秒鐘到幾十分鐘任意調(diào)節(jié)，灌后結(jié)石率可達(dá)100％，可灌性比純水泥漿明顯提高，在巖土工程中得到廣泛應(yīng)用。采用雙液漿為1：1的水泥漿（重量比）和35Be的水玻璃，前者與后者的體積比為1：0.5，雙液漿初凝時(shí)間為4分鐘，終凝時(shí)間為70分鐘。水泥漿液采用高速耐磨攪拌機(jī)拌制，然后輸送到立式雙桶儲(chǔ)漿攪拌機(jī)內(nèi)。水玻璃直接倒入儲(chǔ)漿桶中，采用3SNS型灌漿泵或BW200／40灌漿泵直接泵入。

（3）注漿壓力

注漿壓力是促使?jié){液在巖土層裂隙中流動(dòng)擴(kuò)散的一種動(dòng)力，必須有足夠的注漿壓力來克服巖土內(nèi)天然水頭壓力和地層裂隙阻力才能使?jié){液充分?jǐn)U散填充，達(dá)到加固堵水的作用。采用0.5~1Mpa，并持續(xù)持壓5分鐘，壓漿機(jī)采用BW-250型（4Mpa）。必要時(shí)可在孔口處設(shè)置能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓的止?jié){塞。如果0.5~1.0Mpa的注漿壓力不能達(dá)到注漿效果，就要通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定能達(dá)到注漿效果的注漿壓力，注漿壓力過高亦會(huì)劈裂巖土體。

（4）注漿量計(jì)算

小導(dǎo)管注漿單管漿液擴(kuò)散半徑一般為0.5~1.0m，應(yīng)根據(jù)地層孔隙率確定注漿量，按整排小導(dǎo)管上下各0.5~1 m范圍的巖土體內(nèi)均已注漿填充考慮，一般可按照下列公式計(jì)算：

V3=(π×θ/360+2T/ R)×[(R+T) 2 -(R-T) 2]×η×L×β+ Q

V3是注漿量(m3) ;θ是拱部小導(dǎo)管布設(shè)范圍相對(duì)于圓心的角度；R是小導(dǎo)管位置相對(duì)于圓心的半徑；T是漿液擴(kuò)散半徑0.5~1 m；L為小導(dǎo)管的長(zhǎng)度(m)；η是巖體孔隙率%；β是漿液損耗系數(shù)1.1~1.4；Q是小導(dǎo)管的容積 (m3)。[3]

（5）注漿效果

注漿終孔壓力達(dá)到1.0Mpa以上，則滿足要求；注漿完成后，對(duì)樁間土進(jìn)行輕型觸探試驗(yàn)，用鐵錘敲擊鋼管，錘擊數(shù)大于35擊，承載力不小于250kPa，達(dá)不到時(shí)，進(jìn)行加密等處理。如響聲清脆，則未滿足。采用水泥、水玻璃雙漿液進(jìn)行注漿，可以通過調(diào)節(jié)水泥漿與水玻璃的配比來控制漿液的凝結(jié)速度，從而達(dá)到良好的質(zhì)量效果。

5.雙層小導(dǎo)管注漿工藝比其他工藝的優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)大斷面暗挖隧道,特別是穿越建筑物底部、隧道拱部處于無粘結(jié)、自穩(wěn)能力差的砂層及砂礫(卵)石層等地層時(shí),在地層采用雙排注漿小導(dǎo)管,能夠?qū)Φ貙尤婕庸?形成第二層緩沖殼體,減緩地層破壞后對(duì)建筑物的損壞。

總之，雙層小導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道開挖過程中，發(fā)揮了很大的支護(hù)作用。為隧道成功進(jìn)洞創(chuàng)造了有利條件，確保了隧道施工安全進(jìn)洞，縮短隧道了施工工期，又節(jié)約了成本，從而創(chuàng)造了較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。