青泥嶺隧道超前小導(dǎo)管施工技術(shù)

曾燕

摘要：隨著西部山區(qū)高速公路的快速發(fā)展，隧道已成為施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，以超前小導(dǎo)管注漿加鋼支撐為主要形式的超前支護(hù)，在確保掌子面軟弱圍巖快速固結(jié)的同時(shí)，又極大地降低了施工成本，本文結(jié)合超前小導(dǎo)管在青泥嶺隧道軟弱破碎地帶的成功應(yīng)用，為其它隧道超前小導(dǎo)管施工提供一定的技術(shù)參考。

Abstract： With the rapid development of expressways in western mountainous areas， tunnels have become the focus and difficulty of construction. The main form of advance support is advance catheter grouting and steel support， which not only ensures the rapid consolidation of weak surrounding rocks on the face， but also greatly reduces the construction cost. This paper combines the successful application of advance catheter in the weak and fractured zone of Qingniling Tunnel， to provide some technical references for the construction of in other tunnels ?of small pipes ahead of time.

關(guān)鍵詞：隧道;超前小導(dǎo)管;支護(hù)

Key words： tunnel;advance catheter;support

中圖分類號(hào)：U455 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）08-0138-03

1 ?工程簡(jiǎn)介

十天高速公路青泥嶺特長(zhǎng)隧道位于甘肅省隴南市徽縣，隧道全長(zhǎng)為5893米，其中Ⅳ級(jí)圍巖1854.3米，Ⅴ級(jí)圍巖2328米，隧道圍巖整體性較差。

青泥嶺隧道穿越兩處斷裂破碎帶和六段軟巖大變形，地質(zhì)情況極為復(fù)雜，為確保不良地質(zhì)地段的施工安全，設(shè)計(jì)圖紙對(duì)該段圍巖采取了超前支護(hù)的加固形式，支護(hù)形式為？準(zhǔn)42的超前小導(dǎo)管并注漿，全隧共計(jì)超前小導(dǎo)管178416米。

2 ?主要施工工藝

超前小導(dǎo)管注漿加鋼支撐又簡(jiǎn)稱小管棚施工工藝，它是隧道超前支護(hù)的一種，通過(guò)預(yù)先在掌子面前方的開(kāi)挖輪廓外施作小導(dǎo)管并注漿，以達(dá)到加固圍巖的目的，可以有效地減少開(kāi)挖過(guò)程中的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。超前小導(dǎo)管施工工藝具有易操作、費(fèi)用低的特點(diǎn)。所以當(dāng)隧道施工遇到不良地質(zhì)需要加固時(shí)，一般優(yōu)先選用超前小導(dǎo)管注漿和鋼支撐輔助開(kāi)挖的施工工藝。

2.1 小導(dǎo)管主要參數(shù)

①超前小導(dǎo)管適用于Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖軟弱、斷裂破碎地段，加固拱周軟弱巖體。

②超前小導(dǎo)管長(zhǎng)度為3米，采用外徑為42mm、壁厚為4mm的熱軋無(wú)縫鋼管。

③超前小導(dǎo)管與襯砌中線平行以10°-15°仰角打入拱部圍巖，鋼管環(huán)向間距為35-40cm。

④每打完一排鋼管注漿后，開(kāi)挖拱部及第一次噴射砼、架設(shè)鋼架，初期支護(hù)完成后，隔1.5米或2米再打另一排鋼管。

⑤超前小導(dǎo)管縱向保持1米或1.5米以上的搭接長(zhǎng)度。

2.2 小導(dǎo)管加工

小導(dǎo)管的加工要求在鋼筋加工場(chǎng)內(nèi)統(tǒng)一進(jìn)行，導(dǎo)管四周的注漿孔采用鉆床成孔，考慮現(xiàn)場(chǎng)安裝需要，小導(dǎo)管前端20-25cm需要加工成尖錐狀，尾部焊上￠6加勁箍，管壁四周鉆8mm壓漿孔，間距15cm，梅花形布置，其中尾部預(yù)留50cm止?jié){段不鉆孔，導(dǎo)管加工完畢須經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員驗(yàn)收合格，方可允許進(jìn)洞使用，小導(dǎo)管加工如圖1。

2.3 鉆孔、安裝

超前小導(dǎo)管安裝之前，首先要施作導(dǎo)管孔，測(cè)量人員采用全站儀按照設(shè)計(jì)的開(kāi)挖輪廓，考慮預(yù)留變形量后，放出拱架和拱頂位置，按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)從拱頂開(kāi)始間距40cm對(duì)稱布設(shè)小導(dǎo)管，每環(huán)共計(jì)35根小導(dǎo)管;然后按照布孔位置采用？準(zhǔn)28mm的風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔，孔深不少于設(shè)計(jì)導(dǎo)管長(zhǎng)度，為確保小導(dǎo)管對(duì)周圍巖體的加固作用，所以小導(dǎo)管的外插角一定要滿足設(shè)計(jì)要求，為此采用自制的簡(jiǎn)易方向架控制鉆孔方向，鉆孔完成后，利用高壓風(fēng)對(duì)孔內(nèi)的砂塵及積水進(jìn)行吹洗，以利于導(dǎo)管安裝，對(duì)于塌孔失效的鉆孔要重新施作。

小導(dǎo)管的安裝采用人工配合機(jī)械進(jìn)行，導(dǎo)管尾部通過(guò)鋼架并與預(yù)先埋設(shè)的型鋼鋼架組合焊接在一起，最后壓注水泥漿。

2.4 超前支護(hù)小導(dǎo)管注漿

2.4.1 超前小導(dǎo)管施工工藝流程如圖2。

2.4.2 施工要點(diǎn)及注漿

超前小導(dǎo)管全面注漿之前要進(jìn)行注漿試驗(yàn)，以確定最佳的注漿參數(shù)和指標(biāo)，首先要收集相關(guān)的圍巖地質(zhì)資料如：圍巖巖性、孔隙率、滲水系數(shù)等。并據(jù)此進(jìn)行初步的注漿設(shè)計(jì)：

①選定注漿漿液的初凝時(shí)間，并通過(guò)試驗(yàn)確定注漿配合比。

②確定注漿的其它參數(shù)（管徑、管長(zhǎng)、管距、注漿壓力、輻射半徑、注漿量）。

1）超前小導(dǎo)管選用直徑？準(zhǔn)42mm，壁厚4mm的無(wú)縫鋼管。

2）導(dǎo)管沿開(kāi)挖輪廓線環(huán)向布置并向外傾斜，其外插角為10～15°，在坍方體可加大到15～20°左右。

3）注漿壓力根據(jù)掌子面圍巖的致密程度決定，一般為0.5MPa至1.0MPa，本隧道從洞口開(kāi)始長(zhǎng)度為1400米范圍極高應(yīng)力為1.0MPa，其它部位最高地應(yīng)力為0.5MPa，實(shí)際操作中注漿壓力控制在0.5MPa以內(nèi)，以防壓裂工作面，同時(shí)注意控制進(jìn)漿速度，觀察壓漿泵及壓漿管的狀態(tài)是否正常，每個(gè)導(dǎo)管的注漿量由理論計(jì)算確定，在施工過(guò)程中，要根據(jù)注漿量和注漿壓力綜合確定注漿效果，即使注漿量未達(dá)到設(shè)計(jì)值，但壓力上升很快達(dá)到0.5MPa，也可確定結(jié)束注漿。

4）縱向前后相鄰相排導(dǎo)管搭接水平投影長(zhǎng)度為1.0米和1.5米。如圖示：

橫向小導(dǎo)管沿開(kāi)挖輪廓布置如圖5示。

IV、V級(jí)圍巖注漿時(shí)采用單排管，處理坍方時(shí)可采用雙排管，大斷面或注漿效果差時(shí)也可采用雙排管。

5）滲入性注漿導(dǎo)管環(huán)向間距為a=0.4米。

6）單根導(dǎo)管理論注漿量按Q=πr2ln

式中：r—注漿半徑取0.2米;

l—注漿管長(zhǎng)度取3米;

n—圍巖的空隙率，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際而定。

7）為了避免串漿，雙排或雙排以上多排管布置時(shí)，可分層施工，即先打一排管，注漿完后再打另一排管并壓漿。

2.4.3 注漿試驗(yàn)

注漿試驗(yàn)是注漿施工正式開(kāi)始前的一項(xiàng)必備試驗(yàn)步驟，要求試驗(yàn)施工地點(diǎn)要與施工地質(zhì)情況相類似，這樣才能檢驗(yàn)注漿設(shè)備是否配備合理，注漿參數(shù)是否正確可行。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)要認(rèn)真仔細(xì)的做好記錄，并對(duì)注漿實(shí)體進(jìn)行開(kāi)挖或取芯驗(yàn)證，獲取在額定注漿壓力、選定注漿材料、注漿配合比、設(shè)計(jì)導(dǎo)管注漿孔布設(shè)情況下，漿液滲透及擴(kuò)散半徑、土體固結(jié)時(shí)間及強(qiáng)度等實(shí)際資料，作為確定注漿參數(shù)的依據(jù)。

2.4.4 注漿工藝

注漿前先噴C20混凝土加固封閉掌子面以防漏漿，砼厚度不小于50mm，然后將加工好的鋼管插入孔中，為確保整體受力效果，小導(dǎo)管尾部要置于工字鋼腹部，并焊接牢固以增強(qiáng)共同支護(hù)能力。

導(dǎo)管安裝后及時(shí)焊接閥門接頭，以便與注漿管連接，注漿壓力控制在0.5MPa以內(nèi)，注漿按照由下而上、兩邊對(duì)稱順序進(jìn)行。

單液注漿：

水泥漿水灰比按照設(shè)計(jì)為1：1進(jìn)行拌制，考慮到注漿后需盡快開(kāi)挖，注漿采用早強(qiáng)的硫鋁酸鹽水泥。

水泥漿、水玻璃注漿：

在地下水豐富或有淤泥、流砂等復(fù)雜地質(zhì)條件下，采用水泥漿與水玻璃雙液法注漿，雙液漿采用水泥漿：水玻璃配合比為1：0.8。

2.4.5 注漿量計(jì)算

小導(dǎo)管注漿單管漿液擴(kuò)散半徑一般為0.4m～1.0m，按照《隧道施工規(guī)范》中的注漿量計(jì)算公式（如下），小導(dǎo)管注漿量的估算公式為：

Q1=πr2×L×n×A×B

式中：Q1-注漿量，m3;

r-擴(kuò)散半徑，m;

L-注漿管有效長(zhǎng)度，m;

n-巖體空隙率，%;

A-注漿系數(shù)，0.7～0.9;

B-漿液損耗系數(shù)，1.1～1.4。

實(shí)際施工過(guò)程中，各方面的原因會(huì)引發(fā)注漿液竄漿或跑漿現(xiàn)象，每個(gè)注漿管內(nèi)的注漿量很不均勻，理論的單眼注漿量沒(méi)有指導(dǎo)意義，以整排小導(dǎo)管的理論推算總量作為控制指標(biāo)更為合理，按整排小導(dǎo)管上下各0.4m～1m范圍的巖體全部注漿考慮，以下計(jì)算公式相對(duì)符合實(shí)際單循環(huán)注漿量：

Q2=（π×H/360）×[（R+r）2-（R-r）2]×n×L

式中：Q2-注漿量，m3;

H-拱部小導(dǎo)管布設(shè)范圍相對(duì)于圓心的角度，本隧道該角度為144°;

R-小導(dǎo)管位置相對(duì)于拱部圓心的半徑;

r-漿液擴(kuò)散半徑，0.4m～1m;

L-小導(dǎo)管有效長(zhǎng)度，m;

n-巖體孔隙率，%;軟巖破碎帶3%～5%、硬巖為2%～3%。

以此可推算同一斷面上單排或多排小導(dǎo)管的注漿總量。

2.4.6 注漿異常處理

①在注漿過(guò)程中，如發(fā)生漿液從其它孔流出的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象為串漿，發(fā)生串漿時(shí)，應(yīng)暫停注漿并將串漿孔及時(shí)用閥門封堵，待該管注漿時(shí)再打開(kāi)閥門，并以高壓水清洗管內(nèi)雜物，然后再注漿，直至全部注漿結(jié)束。

②注漿量很少，但注漿壓力顯示突然升高，很有可能是在注漿管路出現(xiàn)了堵管現(xiàn)象，要立即停止注漿施工并時(shí)敲打或滾動(dòng)以疏通注漿管，如果這樣還是不能解決問(wèn)題，就必須盡快拆管。

③水泥與水玻璃雙注漿時(shí)注漿壓力突然升高，應(yīng)關(guān)停水玻璃泵，然后進(jìn)行單液注漿或注清水，等注漿壓力正常時(shí)，再進(jìn)行雙液注漿。

④清洗：為了不影響注漿設(shè)備的再次使用，在注漿完成后，應(yīng)對(duì)本次注漿過(guò)程中使用的所有設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)的清洗，尤其是設(shè)備內(nèi)的漿液要清洗干凈。

3 ?注漿設(shè)備配置及勞力組織

現(xiàn)場(chǎng)施工所需的設(shè)備主要有：2臺(tái)注漿泵、1臺(tái)拌漿機(jī)、2臺(tái)儲(chǔ)漿桶、2個(gè)試驗(yàn)用的量杯、2把木尺、1臺(tái)開(kāi)挖臺(tái)架、6把風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)、1個(gè)自制的導(dǎo)向架。

施工人員共需16人：風(fēng)槍工6人、鉗工2人、技術(shù)員1人、注漿工2人、普工3人、電工1人、安全員1人。

4 ?質(zhì)量及安全注意事項(xiàng)

①注漿前應(yīng)對(duì)掌子面及附近5m范圍內(nèi)的初支采用厚度為5cm～8cm的噴射砼臨時(shí)封閉，同時(shí)要待噴射砼達(dá)到一定強(qiáng)度后才能注漿，避免漿液外泄，引起注漿失效。

②現(xiàn)場(chǎng)要嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行施工，技術(shù)人員要隨時(shí)抽檢漿液濃度，防止配合比不當(dāng)而使注漿失效。

③注漿順序要嚴(yán)格按照先注無(wú)滲水孔，后注有滲水孔，技術(shù)人員做好現(xiàn)場(chǎng)記錄：注明注漿壓力、每孔注漿量、注漿水灰比、注漿溫度等，以此作為注漿效果的依據(jù)。

④為了確保注漿管路的安全，在施工中使用的注漿管路，都必須用經(jīng)合格檢驗(yàn)后的高壓注漿管，在所有管路的接頭、閘閥使用上，必須采用有生產(chǎn)許可證的，經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的正規(guī)合格產(chǎn)品。在注漿的過(guò)程中，要時(shí)刻注意注漿機(jī)壓力的變化，不能在段時(shí)間內(nèi)過(guò)快升壓。注漿壓力達(dá)到規(guī)定時(shí)應(yīng)予以穩(wěn)壓一定時(shí)間，以利漿液進(jìn)一步滲縫。

⑤注漿后開(kāi)挖要在注漿強(qiáng)度達(dá)到2.0MPa后方可進(jìn)行，以防止坍塌，軟弱及斷裂破碎帶圍巖的開(kāi)挖必須遵循短進(jìn)尺、弱爆破、緊封閉的原則，每循環(huán)進(jìn)尺一般0.6～1.0米，在處理坍方體時(shí)一般為每循環(huán)不超過(guò)一榀拱架，但必須設(shè)置鋼支撐。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

青泥嶺隧道雙線采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的輔助施工方法，有效地加固了前方軟弱圍巖，為此設(shè)計(jì)單位同意優(yōu)化調(diào)整開(kāi)挖方式，開(kāi)挖方式由CD法調(diào)整為臺(tái)階法，在保證工程質(zhì)量和施工安全的前提下，快速安全地穿越了地質(zhì)復(fù)雜的軟巖大變形和斷裂破碎帶，有效防止了隧道塌方冒頂事故發(fā)生，成為十天高速第一個(gè)貫通的特長(zhǎng)高風(fēng)險(xiǎn)隧道，得到了業(yè)主和監(jiān)理單位的認(rèn)可。超前小導(dǎo)管施工技術(shù)在隧道軟弱圍巖的實(shí)施取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，并為其它同類隧道的施工提供一定的借鑒意義。

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