小導(dǎo)管注漿在隧道工程中的應(yīng)用分析

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摘要：近年來(lái)，小導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道工程中的應(yīng)用問(wèn)題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)相關(guān)內(nèi)容做了概述，結(jié)合工程實(shí)例分析了工藝原理及注漿目的，并分別從多個(gè)角度與方面就超小導(dǎo)管施工技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題展開了研究，闡述了筆者對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：小導(dǎo)管；注漿技術(shù)；隧道工程；應(yīng)用

1前言

作為隧道工程實(shí)踐中的一項(xiàng)重要方面，對(duì)小導(dǎo)管注漿技術(shù)的應(yīng)用占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)小導(dǎo)管注漿技術(shù)的分析與掌控力度，從而通過(guò)合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化隧道工程實(shí)踐的最終整體效果。

2概述

隨著國(guó)家環(huán)保節(jié)能的要求，城市集中供熱事業(yè)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，城市供熱主干網(wǎng)也得到了快速發(fā)展，在提高人民生活水平和改善環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用；在通過(guò)交通流量大的路口時(shí)往往采用隧道設(shè)計(jì)方案。在自穩(wěn)性很差的軟弱松散地層修建隧道時(shí)，常采用淺埋暗挖的施工方法，而預(yù)加固及預(yù)支護(hù)措施則在隧道施工過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。超前小導(dǎo)管注漿是隧道工程進(jìn)行掘進(jìn)施工中采用的一種超前的預(yù)支護(hù)技術(shù)，在隧道的軟弱破碎地層、穿越淺埋段、沙層段、洞口偏壓段、斷層破碎帶及沙卵石段等不良地段施工中發(fā)揮著重要的作用。采用超前小導(dǎo)管注漿法，可將隧道開挖過(guò)程中所釋放的荷載傳遞至前方的圍巖及后方初支部位，從而保證隧道掘進(jìn)中圍巖的穩(wěn)定性。小導(dǎo)管注漿是指沿著隧道縱方向于拱上部的開挖輪廓線外部一定范圍內(nèi)密排向前上方傾斜的注漿鋼花管，這種注漿施工工藝較為簡(jiǎn)單，利用一些簡(jiǎn)單工具即可在小空間范圍內(nèi)進(jìn)行鉆眼與布管，同時(shí)可在地層出現(xiàn)變化的狀況下對(duì)施工方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，有著顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

3工程概況

本標(biāo)段共有4座隧道，本文所選取的案例為邢州大道與鋼鐵路交叉口隧道，共長(zhǎng)約175.27m，斷面（寬×高）：2.6m×2.20m，兩端豎井2座，井深約16m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，隧道標(biāo)高范圍內(nèi)為砂層、粉質(zhì)粘土，無(wú)地下水。隧道標(biāo)高處于62~67m斷層上，根據(jù)地質(zhì)勘察標(biāo)高60~70m，斷面為中砂，屬于Ⅴ類圍巖。施工期間道路不中斷，施工時(shí)保證安全尤為重要。本標(biāo)段隧道按“淺埋暗挖工藝”設(shè)計(jì)施工。隧道開挖采用短臺(tái)階人工開挖，一般情況下，臺(tái)階長(zhǎng)度控制在1m左右以內(nèi)，施工中嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、早封閉”的原則。穩(wěn)定土體是開挖洞體的先決條件。采用超前小導(dǎo)管支護(hù)的方法進(jìn)行施工。砂、土中施工小導(dǎo)管采用頂進(jìn)法，或吹孔成洞的辦法施工。如遇見(jiàn)無(wú)法頂進(jìn)的石灰?guī)r采用風(fēng)槍轉(zhuǎn)孔，孔徑45mm。成孔后下小導(dǎo)管注漿，保證圍巖穩(wěn)定性。

4工藝原理及注漿目的

在軟弱土層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線，按照一定的入射角度，打設(shè)一定數(shù)量的小導(dǎo)管，用注漿設(shè)備把配置好的注漿材料，通過(guò)小導(dǎo)管注入到軟弱地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴(kuò)散和固結(jié)，并使小導(dǎo)管和土體固結(jié)在一起，起到棚護(hù)和加固地層的作用。根據(jù)地質(zhì)條件及圍巖特性，注漿的目的等不同，注漿材料一般分為兩類：第一類為注水泥漿，其主要作用為增強(qiáng)鋼管剛度。第二類為注水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿，其作用為：①漿液通過(guò)超前壓注到巖體裂隙中經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用，即能將破碎圍巖或松散顆粒在短時(shí)間內(nèi)膠結(jié)成整體，起到預(yù)支護(hù)作用，為隧道開挖施工安全提供保障和增強(qiáng)圍巖的整體穩(wěn)定性；②漿液填充巖（土）體的空隙，凝結(jié)固化后，阻隔了地下水向坑道的滲入，起到了堵水防水作用。

5超前小導(dǎo)管施工技術(shù)應(yīng)用

本隧道為Ⅴ類圍巖，拱部周邊全部采用準(zhǔn)42超前小導(dǎo)管注入改性水玻璃漿液加固地層，水泥漿與水玻璃的體積比為1：1。小導(dǎo)管長(zhǎng)2.5m，環(huán)向間距30cm，外插角5~7°。5.1測(cè)量放線豎井施工完成后，用垂線法將地面上的中心線點(diǎn)引入井內(nèi)，在井底部設(shè)2個(gè)點(diǎn)，井壁上設(shè)3個(gè)點(diǎn)。高程點(diǎn)用鋼尺從地面引到施工井底部作標(biāo)志固定，測(cè)量過(guò)程均需要進(jìn)行三角測(cè)量法校核，避免出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤，以保證隧道中心線準(zhǔn)確。測(cè)量人員將雙排小導(dǎo)管的打設(shè)位置準(zhǔn)確的放樣在待施工斷面上，并做好醒目的標(biāo)記，同時(shí)設(shè)置必要的穩(wěn)定的控制點(diǎn)，用來(lái)控制鉆孔時(shí)鉆桿的外插角和方向。5.2小導(dǎo)管加工小導(dǎo)管采用準(zhǔn)42鋼管加工制作，管身前端切削成尖錐狀，導(dǎo)管中部布置梅花形泄?jié){孔，泄?jié){孔孔徑6～8mm，孔間距20～30cm；在導(dǎo)管尾部焊接鋼筋加強(qiáng)箍。5.3小導(dǎo)管的安裝小導(dǎo)管沿拱頂環(huán)向間距20cm，仰角10～15°；布設(shè)范圍為整個(gè)拱頂。為便于插入土層，鋼管前端制成錐形，用引孔器引孔，打設(shè)時(shí)必須從首榀鋼架腹部穿過(guò)，每?jī)砷摷艽蛟O(shè)一次小導(dǎo)管，兩次打設(shè)小導(dǎo)管重疊1.0m。鋼管就位后，將管內(nèi)積物吹凈，孔口用木塞臨時(shí)堵塞。5.4小導(dǎo)管注漿（1）注漿前對(duì)于設(shè)備器材應(yīng)安排專人進(jìn)行檢查，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試運(yùn)行，使其注漿壓力能夠達(dá)到設(shè)計(jì)壓力，保證后續(xù)注漿工作的連續(xù)性。同時(shí)將鋼管尾部和孔口周邊空隙封堵；鋼管尾部可采用止?jié){塞和快速接頭封堵，孔口周邊空隙可以用快干水泥或者噴射混凝土封堵。（2）漿液應(yīng)在攪拌機(jī)中拌合，水泥漿的投料順序?yàn)椋涸诜潘耐瑫r(shí)，將外加劑一并放入攪拌機(jī)，根據(jù)攪拌機(jī)容量的大小，待水量加足后，攪拌lmin，然后放入對(duì)應(yīng)量的水泥，再繼續(xù)攪拌不少于3min；將拌合好的水泥漿和水玻璃雙液采用兩臺(tái)注漿泵及其管路，按1：1比例一定流量壓入孔口混合器，然后通過(guò)帶孔小導(dǎo)管注入巖土體。根據(jù)砂層的實(shí)際情況，調(diào)整漿液的凝結(jié)速度和早期強(qiáng)度，以滿足開挖和支護(hù)的需要。每次配置的漿液量應(yīng)與注漿速度相適應(yīng)，本案例中漿液要在30min內(nèi)使用完，不得任意延長(zhǎng)停放時(shí)間，注漿壓力應(yīng)控制在0.3~0.4MPa。通常，開挖兩個(gè)循環(huán)施做一次注漿；當(dāng)遇到的土體特別差或有地下滯水時(shí)應(yīng)做到每個(gè)循環(huán)注漿一次。5.5注漿效果檢查注漿結(jié)束后應(yīng)對(duì)注漿效果進(jìn)行檢查，確保其符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)不滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)要進(jìn)行補(bǔ)孔重新注漿操作。對(duì)于注漿結(jié)束后的注漿效果檢查工作通常分三種方式：（1）為了測(cè)量注漿效果，應(yīng)先用聲波探測(cè)儀測(cè)量注漿巖體聲速。（2）在兩個(gè)注漿孔之間注漿質(zhì)量較差的部位鉆探取出漿液固結(jié)體巖芯，并觀察檢查孔的穩(wěn)定情況與漏水情況等，做室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)定芯樣的物理力學(xué)指標(biāo)，據(jù)此判斷注漿效果的優(yōu)劣。（3）詳細(xì)分析注漿記錄，查看每個(gè)孔的注漿持續(xù)時(shí)間、壓力、注漿量及在注漿過(guò)程中是否存在跑漿、漏漿現(xiàn)象及漏注區(qū)域，用注漿量估算漿液的擴(kuò)散半徑，分析是否形成預(yù)設(shè)的固結(jié)圈。5.6其他注意事項(xiàng)（1）注漿量和注漿壓力應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定；（2）注漿施工應(yīng)防止超出注漿范圍，施工期應(yīng)監(jiān)測(cè)地下水是否受到污染；（3）注漿材料的選用應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際，遵從設(shè)計(jì)通過(guò)試驗(yàn)確定；一般來(lái)說(shuō)，如果采用水泥漿液時(shí)，水灰比可以按0.5：1~1：1考慮，如果需要縮短凝結(jié)時(shí)間，可以加入速凝劑，通?？蛇x擇氯鹽、三乙醇胺等外加劑；若采用水泥-水玻璃漿液時(shí)，水泥漿水灰比和單用水泥漿液時(shí)一致，水玻璃濃度25~40波美度，水泥漿和水玻璃體積比1：1~1：0.3；（4）配置好的漿液應(yīng)具備良好的可注性，固結(jié)后應(yīng)有一定的強(qiáng)度，收縮小，穩(wěn)定、耐久，具有抗?jié)B性；注漿液安全、無(wú)毒性，注漿工藝簡(jiǎn)單、便于操作；（5）注漿施工按土質(zhì)類別選擇施做方法。在淤泥類軟土層中宜采用高壓噴射注漿法；在黏土層中一般采用劈裂、電動(dòng)硅化注漿法；在砂層中一般采用擠壓、滲透注漿法；一般在卵石、砂石地層選用滲入注漿法；（6）注漿完成后，根據(jù)漿液種類，通常水泥漿8h、水泥-水玻璃雙漿液4h后方可開挖，開挖長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行，以保留一定長(zhǎng)度的止?jié){墻。

6結(jié)束語(yǔ)

小導(dǎo)管注漿技術(shù)在巖石破碎、裂隙發(fā)育、地下水豐富的軟弱圍巖和砂層中應(yīng)用，可以提高圍巖類別，加固效果顯著。同時(shí)，由于改作業(yè)方法不需要大型幾句設(shè)備、工藝簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益好，在設(shè)計(jì)和施工中總是優(yōu)先選用。加強(qiáng)對(duì)小導(dǎo)管注漿技術(shù)在隧道工程中應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的小導(dǎo)管注漿技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

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作者:張達(dá) 單位:山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司