隧道進(jìn)洞施工中的超前雙層小導(dǎo)管支護(hù)技術(shù)

劉敬銀

（中國鐵建投資集團(tuán)有限公司，廣東珠海 519030）

1 工程概況

某新建隧道長2407m，為左、右幅分離式雙車道隧道。隧道右洞進(jìn)口端洞口表層為粉質(zhì)黏土、含角礫粉質(zhì)黏土和含碎石粉質(zhì)黏土，巖層結(jié)構(gòu)松散，厚度在11.9～20m。隧道主體穿越近南北向F2 斷裂破碎帶，斷裂帶內(nèi)有斷層泥、構(gòu)造角礫巖，兩側(cè)圍巖節(jié)理裂隙十分發(fā)育，成散狀體結(jié)構(gòu)，埋置淺，地下水較多。

2 施工方案

經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理研究，決定使用超前雙層小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)進(jìn)洞方式，具體要求如圖1 所示。拱部按照120°布設(shè)小導(dǎo)管，其中使用到的小導(dǎo)管長6m，單排環(huán)向間距400mm，雙層排距200mm，搭接長度2m。內(nèi)、外層小導(dǎo)管的外插角分別為10°、30°，數(shù)量分別為35 根、37 根。用熱軋無縫鋼管加工成直徑42mm、壁厚4mm的小導(dǎo)管。洞口段30m 范圍內(nèi)拱架間距調(diào)整為600mm，以保證洞口段結(jié)構(gòu)安全。

3 雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)概述

超前小導(dǎo)管施工是一種超前的預(yù)支護(hù)方法，是隧道超前預(yù)支護(hù)手段之一，其主要得益于新奧法的發(fā)展。沿隧道開挖輪廓線外一定距離，以一定外插角向開挖工作面前方打設(shè)38～50mm 帶注漿孔的鋼管，長度一般為3.5～5m，再用水泥漿填充固結(jié)巖體與土石的空隙，形成具有一定厚度的固結(jié)體。

具體是在隧道開挖前，內(nèi)側(cè)一層小角度斜外插角9°的注漿小導(dǎo)管，主要穩(wěn)定固結(jié)即將開挖隧道外輪廓線附近的圍巖，形成第一層注漿固結(jié)圈，外側(cè)一層斜外插角40°的注漿小導(dǎo)管與第一層注漿圈形成搭接的范圍，形成第二層注漿加固圈，促進(jìn)圍巖固結(jié)地區(qū)范圍的進(jìn)一步擴(kuò)大，為小導(dǎo)管的梁效應(yīng)提供良好的支撐，從而保證開挖安全，控制開挖后的洞口下沉問題。

雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)的作用：①對工作面前方圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，并在開挖面以外形成厚度為0.5～1m 的加固圈；②超前支護(hù)結(jié)構(gòu)由超前小導(dǎo)管與鋼架、固結(jié)的地層共同構(gòu)成，這樣才能最大限度確保開挖工作面的穩(wěn)定，從而防止開挖工作面松弛、坍塌。

圖1 雙層注漿小導(dǎo)管進(jìn)洞結(jié)構(gòu)布置

4 施工工藝

4.1 準(zhǔn)備工作

由于進(jìn)洞口圍巖較破碎，含水量大，在后期施工仰坡時(shí)，除護(hù)拱內(nèi)部預(yù)留土體外，仰坡面、掌子面需用“錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射150mm 厚C20 混凝土”方式封閉支護(hù)，水量較大點(diǎn)處需埋設(shè)50mm 水管引排水，以保證小導(dǎo)管施工作業(yè)面的安全。

超前小導(dǎo)管采用長6m、外徑42mm、壁厚4mm 的熱軋無縫鋼管。注漿孔按照梅花形布置，孔徑10mm，垂直間隔150mm，尾部預(yù)留1m 長的止?jié){段，不設(shè)注漿孔。為更好地將超前小導(dǎo)管釬入圍巖內(nèi)，可將鋼管前端100mm 的長度做成尖錐狀，同時(shí)，為防止頂入時(shí)小導(dǎo)管口破損，可在尾部焊上6mm 鋼筋箍，見圖2。

圖2 小導(dǎo)管大樣（單位：mm）

4.2 施工放樣

用全站儀按照標(biāo)高及拱頂布設(shè)超前小導(dǎo)管范圍（120°）輪廓進(jìn)行測量放樣，小導(dǎo)管環(huán)向間距均為400mm，內(nèi)外層間距為200mm，并用紅油漆對點(diǎn)位標(biāo)記。

4.3 鉆孔

按照放樣點(diǎn)位用YT-28 鑿巖機(jī)完成鉆孔，采用6m 長鉆桿，50mm 十字鉆頭，將內(nèi)、外層孔外插角分別控制在10°和30°。因鉆桿較長，在施工時(shí)每臺鑿巖機(jī)配備三人，方便控制方向和外插角。作業(yè)過程中要保證鉆孔方向與線路中線方向平行，鉆孔偏差不應(yīng)超過50mm。為防止踏孔，應(yīng)先鉆外部孔再鉆設(shè)內(nèi)部孔。

4.4 清孔

鉆孔完畢后采用25mm 鍍鋅鋼管配以高壓風(fēng)清孔，邊吹孔邊來回抽動(dòng)、回轉(zhuǎn)鍍鋅鋼管，以吹不出渣子為準(zhǔn)，并檢查孔深，如塌孔或深度不夠必須重新鉆設(shè)，直至符合規(guī)定鉆孔深度±50mm 的要求。

4.5 安裝超前小導(dǎo)管

清孔完畢后將小導(dǎo)管用鉆機(jī)或錘擊頂入，為保證管口不受損變形，管口加焊6mm 鋼筋箍，并用專用頂頭頂進(jìn)。要保證鋼管插入孔內(nèi)的長度至少為設(shè)計(jì)長度的95%。頂入完畢后將鋼管內(nèi)的砂石用高壓風(fēng)吹出，以免影響注漿效果。

4.6 封閉孔口與周圍裂隙

安裝完畢使用塑膠泥對孔口及周圍裂隙進(jìn)行封堵，若有需要可在工作面及小導(dǎo)管附近噴射混凝土，增強(qiáng)封閉效果并防止工作面坍塌。采用噴射混凝土方式封堵孔口或裂隙時(shí)，應(yīng)先將管口用土工布等材料封堵，防止噴射混凝土進(jìn)入管內(nèi)，堵塞管路。該隧道采用噴射150mm 厚混凝土封堵孔口及周圍裂隙。

4.7 漿液配制

按規(guī)定比例配制漿液，本隧道的注漿水泥按照水灰質(zhì)量1:1比例配置。施工采用HJB 攪拌機(jī)配制，水使用自來水，水泥使用P.O 42.5 的普通硅酸鹽水泥。配制水泥漿時(shí)要嚴(yán)格準(zhǔn)確加料，嚴(yán)禁目測加料，加料順序要按照先水再水泥的步驟進(jìn)行，水泥一次性不能加太多，避免卡住攪拌機(jī)。

4.8 注漿

注漿前應(yīng)先進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，檢查管路連接情況、機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。在小導(dǎo)管前安裝分漿器，以每次同步注入3～5 根小導(dǎo)管的方式加速注漿。本隧道注漿壓力要控制在0.5～1.0MPa，為保證注漿壓力，采用ZSY70/80 雙漿液注漿機(jī)，并在管口上加設(shè)止?jié){閥。注漿時(shí)要不斷觀察注漿壓力及注漿泵的排漿量，分析注漿情況，防止出現(xiàn)堵管、跑漿、漏漿的問題。同時(shí)為防止壓裂工作面，保證施工工人人身安全，要控制注漿量，當(dāng)注漿量或注漿壓力任何一個(gè)首先達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，應(yīng)結(jié)束該孔注漿。注漿結(jié)束后用止?jié){閥對管口止?jié){，以防漿液倒流管外。注漿按照先外后內(nèi)、先下后上、采取內(nèi)束型的順序注漿。

4.9 進(jìn)洞開挖

注漿完畢后將小導(dǎo)管尾部與護(hù)拱內(nèi)H 型鋼焊接，要保證焊接牢固。然后澆筑或采用噴射混凝土噴筑護(hù)拱，為節(jié)約時(shí)間，隧道采用噴射混凝土噴筑護(hù)拱，護(hù)拱長1m，厚600mm，噴筑時(shí)先在H 型鋼外側(cè)鋪設(shè)一層厚15mm 的木模板，在內(nèi)鋪設(shè)兩層φ6 鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格尺寸150mm×150mm），兩層鋼筋網(wǎng)間距300mm。噴射護(hù)拱分三次進(jìn)行。為確保水泥漿有膠凝時(shí)間并與地層充分膠結(jié)硬化，從而達(dá)到加固、堵水的目的，注漿結(jié)束8h 后才可進(jìn)行隧道進(jìn)洞開挖作業(yè)。

隧道開挖采用環(huán)形開挖留核心土法施工，施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤量測、早封閉”的淺埋暗挖法施工原則，嚴(yán)格控制進(jìn)尺，穩(wěn)扎穩(wěn)打，一個(gè)循環(huán)一榀鋼拱架（拱架間距500mm）進(jìn)行開挖施工[1]。進(jìn)洞后每兩榀鋼拱架施作一個(gè)循環(huán)超前小導(dǎo)管，始終能夠保持至少兩層超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，洞內(nèi)超前小導(dǎo)管長度為3.0m，其余材料性能、技術(shù)要求、施工方法等均與進(jìn)洞時(shí)超前小導(dǎo)管要求相同。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）一般采用鉆孔打入法對超前小導(dǎo)管進(jìn)行施工，如遇軟弱、破碎等圍巖無法鉆設(shè)成孔時(shí)也可用鉆機(jī)直接頂入。

（2）遵循“先注有滲水孔，后注無滲水孔”的注漿原則。

（3）水泥漿隨配隨用，配好的漿液需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完，超過時(shí)間應(yīng)報(bào)廢。

（4）若注漿過程中出現(xiàn)泵壓增高，應(yīng)考慮堵管問題，立即停機(jī)檢查。

（5）單孔注漿量應(yīng)不少于設(shè)計(jì)注漿量的80%，超過偏差必須補(bǔ)管、注漿。

（6）注漿結(jié)束后，抽取鉆孔進(jìn)行檢查，注漿效果未達(dá)要求時(shí)應(yīng)補(bǔ)孔注漿。

6 結(jié)語

使用雙層注漿小導(dǎo)管的技術(shù)能為隧道進(jìn)洞口施工提供最大限度的安全支持，本文對雙層注漿小導(dǎo)管在鐵路隧道穿越軟弱圍巖地段施工中的應(yīng)用進(jìn)行分析，希望對同類施工提供參考。