小導管注漿固結塌碴工藝在錦屏專用公路隧道施工塌方處理中的應用

黃國政

（中國電建集團中南勘測設計研究院，湖南長沙 410014）

小導管注漿固結塌碴工藝在錦屏專用公路隧道施工塌方處理中的應用

黃國政

（中國電建集團中南勘測設計研究院，湖南長沙 410014）

超前小導管預注漿加固軟弱破碎圍巖是公路隧道輔助開挖中廣泛采用的一種施工工藝。錦屏水電站對外交通專用公路應用該工藝處理隧道塌方，通過小導管注漿固結塌碴，使其與型鋼拱架或鋼格柵組合成棚架支護體系（稱小管棚），使工程工期、費用得到控制，安全、質量得到保證，取得了很好的效果。文中結合該工程，對小導管注漿固結塌碴工藝進行介紹。

隧道；小導管注漿；塌方

1 工程概況

錦屏水電站對外交通專用公路位于四川省涼山州冕寧縣境內，是錦屏一、二級水電站與外部聯(lián)系的主要通道，在電站施工期間，其物資設備、重大件及人員進出均通過該公路。其起于牦牛山東側漫水灣鎮(zhèn)，向西越過牦牛山至雅礱江邊里莊鄉(xiāng)，終于錦屏二級水電站廠區(qū)雅礱江錦屏東橋左岸，路線全長57.15 km，其中隧道9座總長14 835 m。為山嶺重丘區(qū)二級公路，路基寬度8.5～10.5 m，路面寬度7.5～9.0 m，采用水泥砼路面。設計荷載為汽車-40級，驗算荷載為掛車-300。所處地區(qū)為金沙江雅礱江深切谷地貌，地質構造復雜、斷裂發(fā)育，斷層眾多，雅礱江河谷左岸的羊坪子斷層以西見古生代地層呈單斜構造向西傾斜，巖層傾角大于45°。

根據(jù)新奧法設計施工理念，隧道施工過程中的塌方可通過監(jiān)測預防大大減少，但難以杜絕；一旦出現(xiàn)塌方，將增大工程工期、質量、費用及安全控制難度。受交通條件和現(xiàn)場施工設備和材料等限制，小導管注漿固結塌碴工藝首先應用于錦屏專用公路牦牛山隧道K34+448.5-456段塌方，工程安全、質量得到保證，費用、進度得到控制，進而處理該隧道K34+320-347、K34+317-300段富水斷層塌方和里莊隧道K50+160-170拱腳塌方、K50+373-390段洞內巖層偏壓傾斜巨大塌方，收到了很好的效果。小導管注漿固結塌碴工藝最終成為錦屏專用公路隧道施工塌方的主要處理工藝。

2 塌方情況與工藝介紹

2.1 塌方情況

錦屏專用公路利用小導管注漿處理的塌方情況見表1。

表1 錦屏專用公路主要塌方情況

續(xù)表1

2.2 施工工藝

2.2.1 材料和設備

塌方處理材料主要有水泥、水玻璃（用于雙液漿）、細砂、φ42×4小鋼管、鋼筋、型鋼拱架及隧道施工用風、水、電。處理設備主要有鉆孔風鉆、單液（無水塌方）或雙液（有水塌方）注漿機、注漿三參數(shù)自動記錄儀。

2.2.2 小導管設計與施工

（1）小導管加工。將小導管（φ42×4）管頭切割成25°～30°錐體，花管長3～6 m，鉆6～10 mm孔眼，每排4個孔，交叉排列，間距100～200 mm（見圖1）。

圖1 小導管制作示意圖（單位：m）

（2）注漿加固范圍及小導管布設。采用φ42注漿小導管固結塌碴。注漿小導管分小仰角和大仰角兩種，小仰角小導管單根長6.0 m，環(huán)向間距30 cm，從型鋼拱架腹部吹孔穿插或上部穿過或格柵中穿過，仰角即外插角為5°～10°，布設在拱部120°角范圍內，尾端與鋼拱架或格柵拱架焊接成棚架即小管棚；大仰角小導管單根長3.0～4.5 m，仰角為20°～30°，大仰角小導管主要起固結塌碴作用，布設在拱部120°角范圍內，前后兩排小導管縱向搭接長度（水平投影）不小于1.0 m。

（3）小導管安裝。先測量放樣，在設計孔位上作標記；再用手持風鉆鉆孔，將小導管沿孔推入。拱上塌碴厚度要求在2 m以上，達不到2 m時，可用機械堆高或用機械吹砂或泵低標號水泥砂漿使拱上有2 m以上可固結粗細骨料。

2.2.3 固結注漿

（1）小導管注漿。小導管注漿工藝流程見圖2。

圖2 小導管注漿施工工藝流程

（2）注漿（見圖3）。無水塌方注單液漿，富水塌方注雙液漿。注漿前先噴砼封閉掌子面，注漿由下而上進行，漿液用灰漿機攪拌?？紤]到注漿后需盡快開挖，注漿宜采用普通水泥或早強水泥，拌漿時可摻入減水劑。塌方處理施工前按單環(huán)小導管有效固

結厚度大于40 cm，在施工中由大到小，逐步選取最佳注漿壓力及注漿量。注漿完成后，立即堵塞鋼管孔口，防止?jié){液外流。

圖3 小導管注漿示意圖

（3）注漿參數(shù)設計。根據(jù)已有資料進行工程類比及現(xiàn)場塌碴體注漿試驗情況選定注漿壓力范圍，確定漿液擴散半徑r。單孔注漿量按下式計算：

式中：r為漿注擴散半徑（m）；h為壓漿段有效長度（m）；η為塌碴裂隙率；β為漿液在裂隙內的有效充填系數(shù)。

3 質量控制標準

小導管處理塌方（小管棚）中需控制材料質量、小導管安裝質量、注漿質量及型鋼拱架或格柵拱架安裝質量，其中材料質量、小導管安裝質量控制標準見表2，注漿質量要求和標準見SL 62-94《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》，型鋼拱架或格柵拱架安裝質量參見JTG F80／1-2004《公路工程質量檢驗評定標準》。

4 大小管棚方案比較

塌方發(fā)生時，一般優(yōu)先選用大管棚方案。錦屏專用公路受交通條件、施工設備和材料組織等限制，前期將小管棚作為實施方案、大管棚作為備用方案，中后期塌方處理主要采用小管棚方案。大小管棚方案對比見表3。

表2 小管棚質量控制標準

表3 大小管棚方案對比

5 施工控制要點

5.1 安全控制

塌方處理人員要求、安全培訓、班前安全技術交底及處理過程中的安全監(jiān)測與觀測按現(xiàn)行法律法規(guī)執(zhí)行。

5.2 前期質量控制

塌方處理前期所進行的灌漿試驗、施工措施審

查及質量保證體系審查等均按照現(xiàn)行質量管理相關程序執(zhí)行。

5.3 施工過程質量控制

（1）制漿和灌漿設備。制漿和灌漿設備質量控制按照SL 62-94《水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范》執(zhí)行。

（2）水灰比選擇和漿液變換。固結灌漿水灰比采用1∶0.5、1∶1、0.5∶1；水玻璃35 Be，分兩序孔注漿：一序孔采用回填灌漿控制方法，用水灰比1∶0.5漿液試灌，根據(jù)注入吃漿速率逐級變濃漿液，當單孔吃漿量速率超過60 L／min時，改換成1∶1或更高濃度漿液，逐級試灌到0.5∶1直到選定合適的漿液或0.5∶1∶1水泥砂漿；二序孔采用固結灌漿控制方法，逐級改用稀級別漿液復灌直到1∶0.5，若壓力降到0.1 MPa以下，再繼續(xù)注漿，反復幾次直到壓力不再下降為止。第一序孔待凝30 min后開始第二序孔灌漿。

（3）注漿結束標準。一般情況下，注漿壓力達到0.2 MPa穩(wěn)定10 min后或單孔灌注量達1 000 kg時停止單孔注漿施工。

（4）注漿異?，F(xiàn)象處理。注漿過程中經(jīng)常發(fā)生漿液從其他孔中流出的串漿現(xiàn)象，此時，在有多臺注漿機的條件下可同時注漿，否則及時堵塞串漿孔，輪到該管注漿時再拔下堵塞物，清理后再注漿。

5.4 進度控制

漿液終凝2 h后即可環(huán)形拉槽向前開挖安設型鋼拱架或鋼格柵拱架，開挖進尺按每循環(huán)0.5～0.6 m控制，24 h一個循環(huán)。進度按每日0.5 m考核。

5.5 費用控制

材料設備進場報驗登記；試驗和施工全過程監(jiān)理跟蹤記錄，并當天核對形成監(jiān)理記錄；對注漿工程量采用公式法計算理論消耗量，參考監(jiān)理記錄進行修正，確定最終注漿工程量。

6 實施結果

（1）工程質量。施工過程中監(jiān)理跟蹤驗收評定，塌方處理分部分項工程質量全部合格，其中K34 +320—347、K34+317—300、K50+373—390三處評定為優(yōu)良。

（2）進度。K34+320—347塌方處理耗時45 d，K50+160—170處耗時22 d，K50+373—390處耗時45 d；塌方處理進度基本保證每天一循環(huán)進尺0.5 m，合同工期按每天0.5 m核算和結算。

（3）施工和運行安全。K34+317—300洞頂60多m高山體2005年6月發(fā)生二次塌方冒頂，形成2 m深坑，對塌方處理初期支護形成直接沖擊，安全監(jiān)測結果顯示初期支護拱頂下沉23 mm，遠小于Ⅱ、Ⅲ類圍巖規(guī)范允許150 mm沉降量，拱腰收斂8 mm，初期支護棚架體系整體完好。施工期間檢測各處理塌方拱腳、拱腰收斂值和收斂穩(wěn)定時間，均滿足規(guī)范要求，且未發(fā)生人員傷亡和設備損毀事故。實際運行8年多來，隧道塌方處理部位二次襯砌砼未見異常，運行效果好于預期。

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