隧道工程中超前注漿小導管的應(yīng)用
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摘要：結(jié)合某隧道工程施工建設(shè)項目，提出了相比較其他施工方案而言，超前注漿小管道技術(shù)方案是最為經(jīng)濟的方案，詳細論述了超前注漿小管道技術(shù)的加固機理和施工工藝流程，同時對其作出了總結(jié)，希望能對類似的工程起到一定借鑒作用。
關(guān)鍵詞：隧道工程；巖體破碎帶；超前注漿小管道
0引言
這幾年來，隨著快速發(fā)展的生活節(jié)奏，也提高了對行車時間的要求。行車速度主要是由自行車輛速度和線路距離長短決定的[1]。在一定程度上，新建線路行車時間主要是由線路距離的長度決定的，而線路距離則是由線路選擇決定的，在中低山區(qū)地帶，選取線路上需要多加考慮淺埋暗挖復雜地質(zhì)條件下隧道的比重。在開挖埋深淺、嚴重風化和巖體破碎帶的圍巖上需要先采取超前支護的辦法，超前注漿小導管技術(shù)具有獨特的施工技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在隧道工程破碎帶施工的超前支護方案。
1工程概況
本工程為某隧道施工建設(shè)項目，全長約為3440m，地勢起伏變化大，較為陡峭，溝谷沖溝發(fā)育。地面具有490～740m的高程，洞身段山坡具有較為陡傾的自然坡度，變化較大，縱向自然坡度為20～30°左右，進出口橫縱向坡度分別為15～20°和15°，隧址區(qū)多數(shù)是林木，植被覆蓋率達到了90%。隧道穿越地層主要使用花崗巖和花崗閃長巖組成，在進出口路段，該花崗巖和花崗閃長巖有出露，由于不同的傾入時間，會導致不同的性質(zhì)，地質(zhì)構(gòu)造的作用影響到地層，具有節(jié)理裂隙發(fā)育，富集的地下水、較差的工程性質(zhì)。洞口不良地質(zhì)問題主要是由泥巖風化削落和砂巖危巖落石造成。隧道的淺埋和斷層構(gòu)造帶是GDK111+400～GDK111+500，該路段具有發(fā)育節(jié)理裂隙、破碎巖體、較差的巖土力學性質(zhì)和整體穩(wěn)定性、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。物探低阻異常帶是GDK112+400～GDK112+700，該路段也是具有發(fā)育節(jié)理裂隙、破碎巖體、較差的巖土力學性質(zhì)和整體穩(wěn)定性、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。隧道的淺埋和斷層構(gòu)造帶還有GDK113+600～GDK113+800，該路段具有破碎巖體、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。
2超前注漿小導管技術(shù)方案的確定
由于本工程具有較淺的埋深、豐富的地下水，較為破碎的巖體，較差的圍巖自穩(wěn)能力，需要對其進行保護，否則容易造成掌子面失穩(wěn)坍塌，因此為了確保隧道施工的安全和施工質(zhì)量，需要采取一定的加固措施來確保巖石開挖的穩(wěn)定。在軟弱巖層施工的時候必須遵循快速的理念和“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”原則，對本工程的破碎帶使用超期注漿小導管技術(shù)方案進行施工[2]。
3超前注漿小導管的加固機理
3.1梁支撐效應(yīng)
由于制造小導管是使用無縫鋼管材料，因此在施工小導管的時候，按照一定的角度將小導管的前端插入到開挖斷面外深部圍巖，后端則是在鋼拱架上面進行支撐，并焊接在鋼拱架上，在開挖隧道之后可以對卸荷產(chǎn)生的部位松動壓力進行有效承受。
3.2水化凝結(jié)作用
漿液進行流動和擴散的事后中會有化學和物理反應(yīng)，從而可以凝結(jié)成具有一定強度和低透水性的結(jié)石體，并且伴隨著大量的水化熱產(chǎn)生，降低了破碎帶巖層含水量和提高了其強度。
3.3承載拱作用
在開挖隧道之后，會失去拱頂部位巖石的穩(wěn)定，可能會有坍塌問題產(chǎn)生并形成自然拱。之后應(yīng)力集中在隧道的兩邊而逐漸破壞，從而導致進一步擴大頂部坍塌而形成坍落拱。使用注漿小導管技術(shù)進行超前預(yù)加固的時候，可以很好形成注漿管為中心的拱形加固體。
3.4雨傘作用
將漿液填充在破碎帶巖層中，可以對破碎帶軟弱圍巖進行固結(jié)，在初支外形處形成一把可以拒地層滲水在初支之外的雨傘，將圍巖的抗?jié)B性提高，從而起到較好的堵水效果[3]。
3.5鋼混作用
破碎巖石利用漿液的凝結(jié)作用，不僅將圍巖的強度增大，同時也和超前小導管連接成整體。
4施工方案
4.1施工工藝流程
超前注漿小導管的施工過包括以下幾個方面：施工準備→鉆孔→清孔→小導管制作和安裝→制備漿液→注漿。
4.2材料和技術(shù)參數(shù)選擇
制作超前小導管使用的是具有42mm、3.5mm厚度、4.5m長度的熱軋無縫鋼管，沿著140度的拱頂范圍內(nèi)進行布置，環(huán)向間距和縱向間距分別控制40cm和3m左右，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長度需要超過1m，外插角為5～15°進行交錯布置，每環(huán)小導管的數(shù)量控制在44根左右[4]。本工程的漿液使用的是具有較高凝結(jié)率、較大抗壓強度的水泥水玻璃雙漿液，按照1:1～1:1.06的水泥水玻璃比，壓漿的壓力控制在0.5～1MPa之間，并以設(shè)計的注漿量和設(shè)計注漿壓力雙重控制作為完成注漿施工的標準，在單孔正常進行注漿沒有出現(xiàn)滲漏的問題的時候，注漿終壓和注漿量都達到設(shè)計標準的時候，就可以將該孔的注漿施工結(jié)束，公式（1）是計算設(shè)計注漿量：V=πR2LNαβ（1）式中：漿液注漿量為V，漿液擴散半徑為R，注漿段長度為L，巖層空隙率為N，一般斷層破碎帶至為0.5，有效注漿系數(shù)為a，一般取0.3～0.9，漿液損耗系數(shù)為B，一般取為1.2～1.5。
4.3施工重點
4.3.1鉆孔小導管按照設(shè)計位置使用風鉆進行鉆孔施工。在鉆孔的過程中，由于初期支護型鋼具有0.6m/榀的縱向間距，超前小導管具有3m的縱向間距，為了確保鉆孔位置的準確性和鉆孔質(zhì)量問題，可以在初支工20a工字鋼預(yù)打孔，并將小導管的尾部需要連接在鋼架上形成一個統(tǒng)一的整體，這樣可以起到超前錨桿的作用，從而有效地將支護的剛度提高了。4.3.2安裝超前小導管從專用的頂頭處頂進鋼管，頂進鉆孔的長度需要控制在90%管長深度內(nèi)。將擋圈焊在鋼管的末端，為了方便小導管在頂進孔內(nèi)支護，能夠確保嚴密堵塞住外壁和巖壁間隙，可以使用膠泥麻筋將其纏箍成楔形狀。為了方便小導管能夠和鋼支撐焊接在一起，小導管的尾端需要有足夠長度露出。在頂進鋼管的時候，為了確保管口能夠連接好注漿管，需要確保管口不會出現(xiàn)受損變形的問題。4.3.3注漿以設(shè)計的注漿量和設(shè)計注漿壓力雙重控制作為完成注漿施工的標準，在單孔能夠正常進行注漿沒有出現(xiàn)滲漏的問題時，注漿終壓和注漿量達到了設(shè)計的標注之后，就可以將該孔的注漿施工結(jié)束，在完成一個注漿管的施工之后，就可以迅速將注漿軟管卸下，將其清洗干凈之后，移到下一根注漿管進行使用。如果出現(xiàn)較長時間的停泵，那么需要對下一根注漿管進行注漿之前，需要將注漿管內(nèi)所殘留的漿液清理掉。在完成注漿施工，需要將超前小導管牢固地焊接在鋼架上，將鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在鋼架內(nèi)，進行噴射混凝土。
5結(jié)語
針對當前山區(qū)隧道線路中存在開挖埋深淺、嚴重風化和巖體破碎帶的圍巖上，采取超前支護方案是可行方案之一。文章通過結(jié)合某隧道工程實例，項目所處地區(qū)地勢起伏變化大，較為陡峭，溝谷沖溝發(fā)育。鑒于巖體破碎、圍巖自穩(wěn)差，最終采取超前注漿小導管支護方案。文章針對工程實施時的各個施工環(huán)節(jié)總結(jié)出施工重點。從本工程實施效果來看，經(jīng)支護后的隧道在運營過程中未發(fā)生事故，表明支護方案的可行性，為同類工程提供參考借鑒。
參考文獻：
[1]馮海鵬，馬可理，金沛先.超前注漿小導管在破碎圍巖地質(zhì)隧道中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012（8）：138-139.
[2]宋公仆.洞灣隧道超前支護施工技術(shù)分析[J].交通科技與經(jīng)濟，2013（7）：80-82.
[3]張志強.超前注漿小導管施工技術(shù)探究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（4）：116.
[4]王財普.淺析隧道施工過程中超前注漿導管的應(yīng)用[J].科技促進發(fā)展，2010（2）：15-18.
作者：樊朋朋 單位：中建路橋集團有限公司
