隧道超前注浆小导管施工技术探讨

摘要：近年来，超前注浆小导管技术在隧道工程施工中得到广泛应用。本文结合工程实例，对超前小导管注浆施工技术作一些探讨。

关键词：隧道 超前支护 小导管注浆 施工技术

近年来，在隧道工程施工中，由于小导管注浆加钢支撑具有稳定隧道围岩、简单便捷，经济实效等特点，已得到广泛应用。本文结合工程实例，对超前小导管注浆施工技术作一些探讨。

一、工程概况

某高速公路隧道为分离式隧道，隧道最大埋深约123m，测设线间距约为30-36m。右线全长690m，进出口分别采用端墙式、削竹式洞门；左线全长773m，进出口分别采用端墙式、削竹式洞门。本隧道地段围岩主要为元古代武当群（Pt2w）片岩和山顶部漂覆的白垩―第三系（K-E）砾岩；斜坡坡面零星覆盖第四系残坡积4el+dl）（Q碎石质粉质粘土层组成，出口段围岩级别为Ⅴ级，工程性质差，浸水易软化，稳定性差。施工开挖洞顶极易塌方，侧壁易变形，需超前支护。

本隧道净空断面采用三心圆曲墙式衬砌，隧道洞身所穿越围岩为Ⅴ～Ⅲ级及断层带，其中SⅤa、SⅤb、SⅤc、SⅣa、SⅣb、SⅣc衬砌类型均在拱部120°范围，设计采用Φ42小导管超前支护辅助施工，超前小导管在隧道开挖轮廓线以外施作。注浆超前小导管Φ42（壁厚4mm）施工时，钢管与隧道中心线平行，其仰角为10～14°（不包含路线纵坡），拱部120°范围布置；Φ42注浆超前小导管环向距离40cm。超前支护单根长3.5m，搭接长度不小于1.0m，端部焊接在钢架上。

二、超前注浆小导管支护机理

目前，对于小导管注浆超前支护作用及机理的试验和理论分析尚处于进一步研究阶段。但我们可以明确小导管注浆具有以下作用：

1、支护作用

小导管可以限制约束围岩变形，它将松动围岩与拱架连接起来，协同受力，从而提高围岩的自承力。

2、加固围岩作用

使松动、节理、破裂的围岩得以联结，固而增大了围岩强度（主要是围岩内摩擦系数C、内摩擦角ф值得以提高）；

3、架设作用

导管为个别围岩提供支撑点，防止其掉落或滑落，其作用如同砖木结构的椽檩，从而有效仰制围岩进一步松动。

4、稳定作用

通过小导管向围岩压注浆液，浆液渗入，充填围岩缝裂，使松散围岩胶结。围岩整体性、稳定性大大加强，在坑道围岩形成一定厚度的加固圈，同时，也可以阻隔地下水向坑道渗流，起到赌水、防水作用。

总的来说，小导管能导入围岩内部一定深度，与拱架及内部稳定围岩一起发挥协同作用，通过注浆，使围岩整体性得以提高和加强，应力分布状态得以改善。为隧道的安全开挖提供有力的保障。

三、超前注浆小导管施工技术要点

超前小导管在施工时的关键问题在于小导管的倾角和注浆压力。角度太大易造成材料的浪费；角度太小达不到利用杆体的抗拉、抗剪能力，不能增加岩层间的摩擦，只是利用小导管的抗弯性能承受过大的松弛荷载，极易造成围岩的失稳而滑塌。合适的角度是将小导管锚固到爆破松弛圈以外30D（D为小导管直径），这样就能够保证小导管的锚固长度。注浆压力小，地层未得到加固，小导管只相当于超前锚杆。如果不注浆则危险更大。所以，在应用小导管的部位，必须加强施工质量控制，防止出现意外事故。

1、安装小导管制作

超前预支护的小导管杆体由Φ42mm热轧无缝钢管制作，壁厚4mm，管壁四周每隔15cm交错钻φ6的注浆孔，为防止漏浆，管口段1.0m钢管不开孔。管前端用Φ34mm热轧无缝钢管做10cm锻成锥头，并与Φ42mm钢管进行焊接。

2、钻孔

首先沿开挖轮廓线环向每间隔40标出钻孔位置，用YT-28风钻开孔，风钻钻头采用60mm的合金钻头，在设计的位置上钻孔（外插角100～140），然后用高压风吹净孔内岩屑。孔位误差不得大于5，角度误差不得大于2

3、安装导管

用带冲击的YT-28风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管。导管打入后管内需用高压风或掏勺清理干净，导管周围用塑胶封堵或喷5～8砼防止漏浆。施工时钢管与钢架支撑配合使用时，应从钢架腹部穿过，尾端与钢架焊接，前后两循环导管的重叠长度不得小于1.0米，钢管插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。

4、注浆

（1）小导管安装完成后，应进行压水试验，压力一般不大于1.0MPa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。水泥浆液应采用拌合桶配制，配制水泥浆或稀释水玻璃浆液时，应防止杂物混入，拌制好的浆液必须过滤后使用。注浆应采用专用注浆泵注浆，为加速注浆，可安装分浆器同时多管注浆。配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用。注浆前先超前小导管厚度5～10cm封闭掌子面，形成止浆盘。

（2）注浆一般应先注拱顶部位，如遇窜孔或跑浆，则应间隔一孔或几孔注浆。注浆压力控制在0.5～1.0MPa；水灰比按设计进行搅拌，浆液水灰比为1：1，如果地下水较大时，注浆材料可采用水泥-水玻璃浆液，水泥浆与水玻璃体积比1：0.8，水玻璃浓度35～40波美度，水玻璃模数为2.6；根据实际注浆分析加以调整，以达到最佳注浆效果。注浆过程采用注浆压力和浆液注入量进行控制。为节约注浆材料，降低工程成本，保证工程质量，注浆压力长时间达不到设计的采用定量注浆，即每根导管注入量达到设计要求时即可停止注浆。

（3）在注浆过程中应随时观察注浆压力，分析注浆情况，防止堵塞、跑浆等现象的发生，对注浆孔按顺序编好号，并对每孔的浆液注入量，注浆压力、注入起讫时间做好记录。进行注浆效果的检查，固结效果的检查在前后排小导管的搭接范围内进主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管，要认真填写检查记录；采用小撬棍或小锤轻轻敲打钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试检查注浆范围，固结不良或厚度不够时要补管注浆。开挖过程中，随时观察注浆效果，分析测量数据，发现问题后及时处理。

四、施工效果

从施工效果可以看出，超前小导管具有初期支护效果明显、施工性好、安全性高的优点。超前锚杆应用的部位是以预料发生坍塌的围岩为对象。超前锚杆的作用主要是限制围岩的变形，并在围岩内形成一个承载圈，锚杆与围岩共同作用，承受山岩压力，从而达到维护围岩稳定的目的。这实际上是新奥法的主要指导思想。从施工的实际效果可以看出，超前锚杆确实具有阻止围岩发生较大变形的能力。根据量测结果分析，超前小导管的部位与未进行超前小导管施工的部位相比较，其山岩压力减少70%左右。在施工中，既要考虑围岩随时间的变化，也要考虑随着掌子面的推进与地层的倾斜产生后的荷载现象。

由于施工中采用了加强支护紧跟掌子面的措施，尽管围岩自稳能力差，且层理向洞内倾斜，有可能增加围岩的荷载，但在隧洞量测开始日期，掌子面开挖及初期支护已完成20m左右，相当于隧洞上部直径的8倍。由于应力释放已基本结束，故作用在临时支护上的荷载也已稳定。超前小导管是在应力重分布前打入的，小导管的约束作用向围岩提供了一个反力，从而保持和加强了围岩的自稳能力。在开挖过程中，通过超前小导管的锚固力和小导管体所具良好的抗拉、抗剪性能，增大了岩层结构面的摩擦，加强了围岩的稳定，从而有效地控制了层理间的滑动破坏，保证了施工安全。超前小导管是在应力重分布前打入的，小导管的约束作用向围岩提供了一个反力，从而保持和加强了围岩的自稳能力。在开挖过程中，通过超前小导管的锚固力和小导管体所具良好的抗拉、抗剪性能，增大了岩层结构面的摩擦，加强了围岩的稳定，从而有效地控制了层理间的滑动破坏，保证了施工安全。

五、结束语

综上所述，超前小导管实际上是在开挖前对围岩施加径向力，与径向锚杆一起作用，在围岩内部形成一个比较完整的承载体，从而保持围岩的稳定。它比在开挖之后再进行锚杆施工更为合理。因超前小导管直接承受由于隧洞开挖而引起的围岩应力重分布，是主动地约束。而开挖之后打入的锚杆主要是承受围岩的松弛应力，则是被动地承受。这一点两者是完全不同的。

参考文献：

[1]张志强，超前注浆小导管施工技术探究，《中国新技术新产品》2012年08期