湿陷性黄土地区暗挖隧道小导管注浆技术

摘 要：本文简要介绍了湿陷性黄土的多种特征，并针对黄土地区的路基工程易产生多种问题及危害，结合作者在自身多年的实践经验就湿陷性黄土地区的暗挖隧道小导管注浆技术进行了阐述。应用实践表明,小导管注浆加固地层的方法可以提高围岩的自稳能力、降低地层渗水、控制地表下沉,保障了地下通道和地下管线在隧道施工过程中的安全,是浅埋暗挖法施工中一种有效的辅助施工工法。

关键词：湿陷性黄土；暗挖隧道；小导管；注浆技术

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

1.湿陷性黄土的特征

湿陷性黄土是一种十分特殊的土质，俗称大孔土，主要分布于我国陕、甘、宁等缺水少雨的干旱地区。属砂壤土的范畴，砂壤土的粘土含量为12.50%～25%,壤土的粘土含量为25%～37.50%，而湿陷性黄土的颗粒组成中粘粒的含量为8%～26%，属于砂壤土，但其性质与砂壤土又有所不同：①在天然状态下具有肉眼能看见的大孔隙，孔隙比一般大于1，并常有由于生物作用所形成的管状孔隙，天然剖面呈竖直节理、颗粒粗，土质干燥；②颜色在干燥时呈淡黄色，稍湿时呈黄色，湿润时呈褐黄色；③土中含有石英、高岭土成分、含盐量大于0.3０%，有时含有石灰质结核；④吸水及透水性较强，塑性粘聚力差，水易冲刷成沟，不易粘结，土样浸入水中后，很快崩解，同时有气泡冒出水面；⑤在干燥状态下，有较高的强度和较小的压缩性，由于土质竖直方向分布的小管道几乎能保持竖立，边坡遇水后，土的结构迅速破坏发生显著的附加下沉，产生严重湿陷。这种土质的基础处理与其它土质相比，施工难度大，进度慢，程度复杂，耗用时间长，特别是大面积的土质夯填及水利坝体处理。

2.湿陷性黄土施工中应注意的问题

在自重压力或自重压力与附加压力共同作用下，受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著下沉。具有湿陷性和易溶蚀、易冲刷、各向异性等工程特征，导致黄土地区的路基易产生多种问题及危害。

由于湿陷性黄土地质的复杂性，在做出包括结构设计、施工方案、试验及量测计划的设计后，往往需要选取地质条件及结构情况有代表性的一段工程作为试验段，先期开工。施工过程中，对引起的地中及地面沉陷变形、支护结构及围岩应力状态、地面环境受影响程度等情况进行观察、量测、分析和研究。根据试验段施工中所取得数据，还可以用反分析法获得更多更符合实际的围岩力学参数，并在此基础上进行力学分析计算。

通过对试验段施工的研究分析，对整体施工方案进行优化设计，对量测数据管理标准进行验证。

3.一般设计原则

为防止隧道开挖时掌子面前方围岩不能自稳而出现坍塌是采用小导管预支护的根本目的，就是为了保证隧道开挖的安全，利用风钻机在隧道开挖工作面的拱部外范围钻孔，插入无缝钢管，并进行注浆固结地层，使隧道拱顶形成一伞状保护环。

小导管通长常采用直径为φ42mm钢管，壁厚一般为3.5mm。长度有3~6m，每1.5~2m一环，搭接长度不小于1m，环向间距40cm~25cm。注浆孔径为6~8mm（用台钻钻孔），孔距20~15cm，梅花形布置。前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段。

2.2暗挖法施工法介绍

暗挖法根据不同地段的工程地质、水文地质及地表环境场地条件等，可分为浅埋暗挖法及盾构法，这里主要介绍暗挖法。

浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，创建了信息化量测反馈设计和施工的新理念，采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系。在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，保证施工安全。浅埋暗挖法施工，工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全与经济的目的。

(1) 浅埋暗挖法隧道的监控量测

在采用浅埋暗挖法施工的区间应该进行严密的监控量测，对重要项目的量测应满足专门的要求，并加密量测的频率。在施工中严格以量测数据指导施工。

(2) 浅埋暗挖法隧道的防水

浅埋暗挖法施工虽然有许多优点，但防水效果不佳确是有目共睹的。究其原因不外乎以下几点，第一，种种原因引起防水混凝土的质量不过关，达不到防水的要求；第二隧道施工后的受力变形与设计不一致，引起衬砌变形、开裂导致渗漏；第三防水板在施工过程中被损坏，失去防水作用。为了减少浅埋暗挖法施工工艺引起的渗漏水病害，应针对以上问题进行攻关，从混凝土的配比工艺，施工工艺等方面进行认真研究，积极采用新材料、新工艺彻底解决施工工艺引起的渗漏水。在设计方法上应针对本地实际的地质条件，探索地层物理参数与地下洞室受力变形的关系，灵活应用新奥法精髓，使结构在设计上能够承受以后的各种应力状况。

3.小导管施工布设和注浆机理

3.1小导管的布设

采用暗挖法施工时，当围岩自稳时间在12～24h之间时，通常采用超前锚杆或小导管支护。在湿陷性黄土地区中的软弱、破碎地层中凿孔后易塌方，且施用超前锚杆比较困难或结构断面较大时，应采取小导管支护。且小导管支护必须配合钢拱架使用。

小导管一般用φ30mm～φ50mm的焊接钢管或无缝钢管制作而成，为便于打入地层，前端常做成尖靴状，后端焊一圈φ8mm钢筋加固，详见下图1所示。

图1 小导管加工图

小导管间距一般为40cm，外插角为10°～15°。外插角不宜过大，以减少超挖。管子打入3.3m，外露20cm。其布设见下图2和图3所示。

图2 小导管注浆横剖面图图3小导管注浆纵剖面图

3.2参数选择

支护参数包括杆径（管径）、纵向间距、环向间距、外插角等。施工前必须根据围岩状况的量测监控结果和施工的水平来选择合理的参数。实际施工时应根据具体情况适当增减。

3.3小导管的施工的一般步骤

小导管的施工一般采用钻孔打入法，其安设方法及步骤如下：

1．用YT-28风钻或专用液压台车打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。

2．插入锚杆或小导管。插入有困难时，可用带冲击锤的YT-28风钻顶入或直接用重锤打入。有钢拱架时，小导管及锚杆插入须从其腹部穿过。

3．用吹风管将导管内沙石吹出或用掏钩掏出。

4．导管周围和工作面裂隙用塑胶泥封堵，或在导管周围和工作面喷8～10cm厚混凝土封闭。

5．超前锚杆灌浆可使用牛角泵、注浆泵或早强药包。

3.4小导管的梁支撑效应

用作小导管的无缝钢管，前端以一定的角度插入开挖断面外深部围岩，后端支撑在钢拱架上面，并与钢拱架焊接在一起。根据导管的长度，一般开挖作业几个循环后进行下一次的导管施作，导管总有部分出露悬空的长度，因此，导管钢管可以看作是一端为绞支，一端为滚轴支座的简支梁，隧道开挖后可有效承受卸荷产生的部分松动压力，使二次应力场的重分布向着利于围岩稳定的方向发展。

3.5小导管的注浆加固效应

无缝钢管上钻取注浆孔，通过导管向周边围岩注浆，在压力作用下化学浆液渗透到黄土间的空隙中，挤出其中的空气和水份并胶结凝固，使隧道开挖轮廓线以外一定范围的松散土层形成整体，提高施工周围地层的整体稳定性，减小了隧道周边塑性区的范围。

3.6小导管注浆的承载拱效应

隧道开挖后拱顶部分岩体首先失去稳定，产生坍塌，并形成 自然拱。随之，遂道两侧由于应力集中而逐渐破坏，导致顶部坍塌进一步扩大形成塌落拱。对上覆围岩破碎的软弱岩土层，如果不进行超前支护，隧道拱部极易坍塌，造成施工安全和质量事故。采用小导管注浆法进行超前预加固时，理论上以注浆管为中心形成—个稳定的圆形加固体，单排或多排注浆管的联合注浆就形成了以小导管钢管为骨架的承载拱。

3.6注浆工艺

注浆工艺流程详见图4。

图4注浆工艺流程

4．结语

湿陷性黄土地基处理的方法很多，在不同的地区，应根据不同的地基土质和不同的结构物，对地基处理选用不同的处理方法。在勘察阶段，经过现场取样，以试验数据进行分析，判定属于自重湿陷性黄土还是非自重湿陷性黄土，以及湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、类别等重要地质参数，通过经济分析比较，综合考虑工艺环境、工期等诸多方面的因素。最后选择一个最合适的地基处理方法，经过优化设计后，确保满足处理后的地基具有足够的承载力和变形条件的要求。而不能一味的追求经济利益，对工程质量视而不见，终将导致无可挽回的后果。

参考文献：

[1] 乔国峰;;浅谈湿陷性黄土地基加固施工技术[J];山西建筑;2007年12期

[2] 陈正汉,许镇鸿,刘祖典;关于黄土湿陷的若干问题[J];土木工程学报;1986年03期