支护注浆隧道施工运用

本文作者：李福恩 牛紫龙 单位：郑州航空工业管理学院 土木建筑工程学院 中铁隧道集团有限公司

1工程概况

长沙市湘江大道浏阳河隧道下穿浏阳河，水下暗挖隧道K1+020—K1+110段(最低水位时)，覆土厚度最薄处仅14m。针对浏阳河隧道为小净距、强风化、浅埋、水下暗挖的特点，隧道拱圈采用长短管棚和小导管相结合的超前支护解决拱顶易掉块、坍塌等问题;掌子面采取25玻璃纤维锚杆对掌子面进行超前加固，避免因掌子面自稳性较差，临空面过大而突发性向前滑移。除洞口YK0+820—YK0+850段第一循环采用地面垂直注浆加固地层外，其余地段均采用全断面帷幕注浆施工工艺。

2长管棚和小导管施工Ⅰ标段暗挖隧道穿越地层主要为强风化砾岩，洞顶覆土厚度为14.0～25.4m，施工时采取超前长管棚注浆加固支护，施工参数见表1。

2.1洞口段108长管棚施工1)混凝土导向墙模型采用钢拱架支撑、拼装式钢模，先施作C20混凝土导向墙，截面尺寸1m×1m。墙内设2榀Ⅰ18工字钢架，并设140mm×5mm的导向钢管，导向管设1°～3°仰角，单根长1m，与钢架焊接牢固。长管棚布置见图1和图2。2)管棚采用外径108mm热轧无缝钢管，壁厚6mm。钢花管严格按设计孔径、孔间距、布置形式和位置进行加工。入土端制作成楔形。同一横断面内接头数量不超过50%，编号为单号的第一节管采用3m钢管，编号为双号的第一节钢管采用6m钢管。第二节以后均采用6m钢管。管与管采用丝扣连接，并采用外径114mm，壁厚5mm的接头管节进行连接。3)钻孔采用C6钻机，跳孔间隔进行。首先施作钢花管并注浆，然后打设无孔钢管，检查钢花管的注浆质量。为提高管棚的抗弯能力，在钢管及钢花管内设置钢筋笼，主筋为18Ⅱ级钢筋，固定环采用短管节，节长5cm，将其与主筋焊接。4)每施作完一个孔的管棚，孔口作密封处理。管棚与孔口管之间的空隙采用麻丝或棉纱填塞，管口用水泥水玻璃胶泥封闭。封孔后进行注浆施工。注浆浆液采用纯水泥浆或水泥—水玻璃双液浆，水灰比1∶1，注浆压力0.5～3.0MPa，注浆采用KBY-50/70注浆机。方式采用全孔一次性注浆，注浆结束后用M5水泥砂浆填充钢管，以增强管棚强度。

2.2洞身89超前长管棚施工管棚制作与洞口长管棚施工方法相同。不同之处是洞身长管棚施作时不设导向墙、导向管，管棚施工时钢管从型钢拱架腹板中间穿过，管棚尾端与钢架焊接牢固。钻孔、下管、注浆施工方法与洞口管棚施工方法相同。注浆过程中孔口止浆及工作面漏浆处理采用喷混凝土封堵方式进行，较小缝隙、孔隙漏浆时采用麻丝或棉纱并浸泡快凝浆液进行填塞。封堵后继续注浆，注浆参数与洞口管棚参数相同，压力控制在0.5～2.0MPa。所用钢管材质做到符合相关标准要求，并经检验合格后进场加工。

2.3超前小导管施工Ⅰ标段42超前小导管安设于除洞口长管棚段以外洞身开挖地段，与洞身长管棚配套使用，二者距离过近时局部取消小导管。超前小导管采用42×3.5mm热轧无缝钢管，长度4.0m，环向间距40cm，纵向间距2.4m设一环，纵向搭接长度不小于1m，钻孔外插角10°～20°，拱部140°范围内连续布置。采取全孔一次性注浆方式进行超前围岩加固。超前小导管施工从钢架腹板部位预留孔穿过，并和钢架焊接牢固。超前小导管主要施工工艺:小导管制作钻孔、下管顶管注浆。主要技术措施和控制要点:小导管打入后，及时用高压风将孔内砂石吹出;注浆前进行压水试验，检查设备是否正常，管路连接是否正确;随时观察注浆压力及注浆泵排量变化情况，防止堵管、漏浆，做好注浆记录，为分析注浆效果提供基础数据。

3超前玻璃纤维锚杆施工

Ⅰ标段暗挖隧道超前支护采用25超前玻璃纤维锚杆配合超前长管棚及中隔墙22玻璃纤维锚杆进行预支护。工作面超前锚杆采用25玻璃纤维锚杆，锚杆长为18m，上台阶和阶全断面设置，梅花形布置，间距为1.5m×1.5m，外插角为10°～30°，每12m施作一次，保证每循环锚杆搭接长度≥6m。22超前玻璃纤维锚杆用于CD法中隔墙上，设计长度2.5m，环向间距1.2m，纵向间距0.6m。中隔墙玻璃纤维锚杆布置如图3所示。25超前玻璃纤维锚杆施工方法及工艺与径向锚杆施工工艺相同，为保证锚杆能准确就位，采用人工配合钻机下杆的方式确保锚杆插入长度、位置和浆材饱满密实。掌子面临时超前锚杆布置示意如图4。

3.1施工方法按设计位置用红油漆标出锚杆孔口位置，采用YT-28风钻进行钻孔并用高压风清孔，检查锚孔是否平直畅通，不合格者重新钻孔。锚杆孔位偏差不大于150mm，孔洞顺直，孔深不小于设计长度。锚杆孔内填塞砂浆或锚杆药，插入锚杆，锚杆插入深度不少于锚杆长度的95%，然后安装垫板和螺母。锚杆杆体露出面的长度，不大于喷射混凝土的厚度。

3.2锚杆施工技术措施和控制要点1)锚杆原材料规格、长度、直径符合设计要求;锚杆孔位、孔深、孔径及布置形式符合设计要求;锚杆孔内砂浆做到饱满密实，砂浆或锚杆的强度符合设计或验标要求。2)锚杆孔顺直，并与岩面基本垂直，锚杆杆体露出岩面长度不大于喷层厚度;钻孔深度及直径与杆体相匹配，杆体插入锚杆孔时，保持位置居中。3)有水地段先引出孔内的水或在附近另行钻孔再安装锚杆。

4全断面超前帷幕预注浆施工综合勘察地质资料、超前地质预报成果，按照设计要求，制定了隧道全断面超前帷幕预注浆施工方案，隧道全断面注浆加固见图5。

4.1注浆参数根据隧道全断面注浆施工方案，本次注浆参数见表2。

4.2施工方法1)施工准备钻孔前按照设计及钻机所在位置，计算出各钻孔在工作面上的坐标，标识注浆孔准确位置，孔位误差≤±1mm;开孔前保持钻机前端中点与工作面钻孔位于同一轴线上，钻机定位误差≤±5cm，角度误差≤±0.5°，钻孔过程中随时检查校正钻杆方向，注浆孔的孔底偏差不大于孔深的1/40，注浆检查孔的孔底偏差不大于孔深的1/80。2)开孔钻机选用意大利卡萨格兰得CASAGRANDEC6履带式钻机，采用120mm钻头开孔，钻深2～3m，退出钻杆。3)安装孔口管钻孔3m后安装孔口管(一端焊有法兰盘的钢管)，全部注浆孔孔口均设置孔口管，长度3m。为防止孔口管由于注浆压力过大而爆突伤人，设置防突装置。4)配合比试验与制浆综合比较超细水泥单液浆、硫铝酸盐水泥单液浆与水泥—水玻璃双液浆的现场试验性能发现:超细水泥在此长度下的注浆量在1.2～2.7m3，比表面积8900cm2/g，水灰比为1∶1时，其综合性能指标最好，选取超细水泥单液浆进行注浆。5)钻孔注浆导向管段采用120mm钻头成孔，后续注浆段采用91mm钻头成孔。注浆时原则上采取后进式注浆，当岩层破碎易塌孔时采用前进式注浆。通过孔口管钻进5～10m后，停止钻孔进行注浆施工，之后每钻进5～7m，注浆一次，如此循环下去，直至该孔钻注到设计深度。当采用后退式注浆工艺时，将注浆管(芯管)一直插到孔底，由孔底开始进行注浆，边注浆边后退，注完一段，后退一次注浆管，每次后退5～7m。每段注浆在孔内设止浆系统，如此循环，直至全孔注浆完毕。超细水泥单液浆的搅拌时间为0.5～3.0min，浆液通过二级搅拌桶时过筛。拌制超细水泥浆液时，应加入缓凝剂并采用高速搅拌机，高速搅拌机转速应＞1200r/min，搅拌时间应通过试验现场确定。超细水泥浆液的搅拌，从制备至用完的时间宜＜2h。6)注浆顺序从外圈向内圈注浆。每环注浆孔先施工奇数编号注浆孔，然后施工偶数编号注浆孔，同时作为检查孔，如果不能达到标准，则需增加注浆孔。7)注浆结束标准注浆结束以定压和定量为主，注浆压力达到设计终压，并且注浆速度＜5L/min超过20min时，即可结束本孔注浆。当注浆过程中长时间压力不上升，并且达到设计注浆量时，应缩短浆液的凝胶时间，并采取间歇注浆措施，控制注浆量。当设计孔全部达到结束标准且注浆效果检查合格时，方可结束本循环注浆。8)注浆效果检查注浆效果检查采用钻孔检查法，检查孔数量按注浆孔总数的10%考虑。根据注浆状况，确定检查孔位置，检查孔钻深为开挖段长度以内并预留3m。根据检查孔涌水量来决定是否须补设注浆孔。从检查孔来看，12个检查孔单孔出水量均不大于0.14L/min，可见注浆效果良好。

5结语

浏阳河隧道工程实践证明，超前注浆预支护施工技术在该隧道洞口开挖中的应用是成功的。大管棚的梁效应和注入浆液固结后钢管和围岩之间组成的固结圈，致使隧道的纵、横向分别形成梁、拱结构。该结构所起的作用，既能阻止松散围岩的坍塌，又能有效控制沉降，为隧道洞身的安全及顺利施工创造了条件。隧道整个施工期间无一重大安全、质量事故发生，整个施工期间的节点进度也按照既定计划逐一实现，取得了良好的经济和社会效益。