溫泉隧道注漿超前小導(dǎo)管在長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)段的應(yīng)用

張高軍　王小龍

【摘要】文章結(jié)合寶天高速公路溫泉隧道超前小導(dǎo)管在長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)段的施工對(duì)預(yù)注漿超前長(zhǎng)管棚后段欠加固原因進(jìn)行了分析，闡述了超前小導(dǎo)管加固機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】溫泉隧道；注漿小導(dǎo)管；支護(hù)機(jī)理

隨著我國(guó)交通業(yè)的發(fā)展，隧道里程飛速發(fā)展，與此同時(shí)，施工中面臨的技術(shù)問(wèn)題也日益突出。尤其是在結(jié)構(gòu)松散、整體性的差圍巖中超前支護(hù)，是施工中的一個(gè)重大難題，現(xiàn)就結(jié)合甘肅寶天高速公路溫泉隧道施工情況，淺談注漿超前小導(dǎo)管作為一種超前支護(hù)手段，在隧道長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)段施工中的具體應(yīng)用。

一、工程概況

寶天高速公路溫泉隧道上行線起始樁號(hào)SK80+080，終點(diǎn)樁號(hào)SK82+198，全長(zhǎng)2118m。隧道凈寬10.25m，凈高5.0m，設(shè)計(jì)時(shí)速80KM/H。上行線進(jìn)口段30m范圍內(nèi)為Ⅴ級(jí)圍巖覆蓋層12～26 m之間，大部分處在全風(fēng)化砂礫巖和全風(fēng)化片麻巖段，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)松散，整體性差，圍巖不能形成自承體系，若施工方法或支護(hù)形式不當(dāng)易導(dǎo)致坍塌。為此，暗洞口原設(shè)計(jì)為28m長(zhǎng)預(yù)注漿超前長(zhǎng)管棚，采用上下微臺(tái)階留核心土環(huán)向開(kāi)挖法，開(kāi)挖后以50cm間距施做I18工字鋼拱架，然后實(shí)施錨噴支護(hù)。

二、施工時(shí)遇到的問(wèn)題及原因分析

洞口淺埋段施工時(shí)嚴(yán)格遵循了“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、勤量測(cè)”的原則施工。依照設(shè)計(jì)施做完長(zhǎng)管棚成后，在上臺(tái)階開(kāi)挖至16m后時(shí)發(fā)現(xiàn)拱頂部分破碎巖體并未固結(jié)，超前注漿長(zhǎng)管棚未達(dá)到預(yù)期的加固的效果，在長(zhǎng)管棚20m后尤為嚴(yán)重，開(kāi)挖過(guò)程中產(chǎn)生小的坍塌，拱頂破碎巖體對(duì)開(kāi)挖安全工作造成極大威脅，同時(shí)開(kāi)挖量增大，噴射砼量也持續(xù)超量。

經(jīng)分析，造成長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)加固盲區(qū)的可能原因主要有以下三點(diǎn)：

1．考慮到管頭因重力作用下沉，長(zhǎng)管棚斜插角一般控制在1°2°，管頭下沉量過(guò)大不僅起不到加固效果，同時(shí)影響開(kāi)挖；下沉量過(guò)小會(huì)造成隧道開(kāi)挖輪廓周圍的欠加固。管頭下沉還與鉆孔巖層的阻力有很大關(guān)系，通常情況管頭因重力作用會(huì)下沉，但遇到與管棚基本平行的軟硬結(jié)合部時(shí)，軟巖處于管上硬巖處于管下時(shí)管頭局部容易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，反之軟巖處于管下硬巖處于管上時(shí)可能加劇管頭下沉趨勢(shì)。這樣在管棚后段支護(hù)效果難以保障。

2．由于設(shè)計(jì)單位對(duì)洞體圍巖勘測(cè)不詳，對(duì)圍巖各項(xiàng)物理性能指標(biāo)掌握不準(zhǔn)，預(yù)注漿擴(kuò)散半徑未能覆蓋到需加固區(qū)或注漿半徑未達(dá)不到設(shè)計(jì)擴(kuò)散半徑。

3．施工時(shí)控制不嚴(yán)，未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)意圖控制工藝參數(shù)，如鉆孔斜插角偏大、漿液參數(shù)不準(zhǔn)、壓力控制不嚴(yán)等。都易造成長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)加固的盲區(qū)，給后續(xù)開(kāi)挖工作帶來(lái)極大安全隱患。

為此，施工單位研究決定決定在長(zhǎng)管棚20m以后段施設(shè)超前注漿小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

三、超前注漿小導(dǎo)管支護(hù)機(jī)理

目前，對(duì)于小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)作用及機(jī)理的試驗(yàn)和理論分析尚處于進(jìn)一步研究階段。但我們可以明確小導(dǎo)管注漿具有以下作用：

1．支護(hù)作用：小導(dǎo)管可以限制約束圍巖變形，它將松動(dòng)圍巖與拱架連接起來(lái)，協(xié)同受力，從而提高圍巖的自承力。

2．加固圍巖作用：使松動(dòng)、節(jié)理、破裂的圍巖得以聯(lián)結(jié)，固而增大了圍巖強(qiáng)度（主要是圍巖內(nèi)摩擦系數(shù)C、內(nèi)摩擦角ф值得以提高）。

3．架設(shè)作用：導(dǎo)管為個(gè)別圍巖提供支撐點(diǎn)，防止其掉落或滑落，其作用如同磚木結(jié)構(gòu)的椽檁，從而有效仰制圍巖進(jìn)一步松動(dòng)。

4．穩(wěn)定作用：通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖壓注漿液，漿液滲入，充填圍巖縫裂，使松散圍巖膠結(jié)。圍巖整體性、穩(wěn)定性大大加強(qiáng)，在坑道圍巖形成一定厚度的加固圈，同時(shí)，也可以阻隔地下水向坑道滲流，起到賭水、防水作用。

總的來(lái)說(shuō)，小導(dǎo)管能導(dǎo)入圍巖內(nèi)部一定深度，與拱架及內(nèi)部穩(wěn)定圍巖一起發(fā)揮協(xié)同作用，通過(guò)注漿，使圍巖整體性得以提高和加強(qiáng)，應(yīng)力分布狀態(tài)得以改善。為隧道的安全開(kāi)挖提供有力的保障。

四、小導(dǎo)管施工設(shè)計(jì)

（一）小導(dǎo)管設(shè)計(jì)

溫泉隧道長(zhǎng)管棚20以后段補(bǔ)強(qiáng)加固小導(dǎo)管施工采用Φ42mm壁厚4.0mm熱扎無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為2.7m，前端管壁25cm交錯(cuò)鉆眼，后段0.5m范圍內(nèi)不鉆眼，眼孔直徑為8mm，環(huán)向間距40cm，斜插角控制在10度-15度左右，小導(dǎo)管縱向搭接長(zhǎng)度1m，先在鋼拱架腹部先打孔，小導(dǎo)管從拱架腹部穿進(jìn)，末端焊接在拱架上。

（二）注漿參數(shù)設(shè)計(jì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)注漿測(cè)試確定：

注漿材料及配合比：注漿液采用水泥漿液（添加水泥重量5%的水玻璃），水泥漿水灰比1：1；

注漿壓力：0.5-1.0Mpa，終壓：2.0 Mpa；

水玻璃濃度：35波美度，模數(shù)：2.4；

漿液擴(kuò)散半徑R取0.4m；

單根鋼管注漿量由下式計(jì)算所得；

Q=πΥ2L +πR2Lnαβ

式中:Υ：小導(dǎo)管半徑0.042/2=0.021cm;

L：導(dǎo)管長(zhǎng)度，考慮后段0.5不鉆孔；取注漿有效長(zhǎng)度2.2m；

R：漿液擴(kuò)散半徑，取0.4m;

n：地層孔隙率：該地層經(jīng)工地實(shí)驗(yàn)室測(cè)試n=12%；

α：有效充填率：取0.9；

β：漿液損耗系數(shù)，取1.2 。

經(jīng)計(jì)算：?jiǎn)喂茏{量Q=0.15m3

五、小導(dǎo)管施工作業(yè)

（一）小導(dǎo)管施工工藝流程

（二）施工放樣

先在拱架上按小導(dǎo)管環(huán)向間距畫孔位，在拱架上鉆50mm的孔洞，如遇到軟弱帶或其他特殊帶時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整孔位，但變動(dòng)范圍不能超過(guò)30cm，鉆孔前面必須先噴一層砼作為止?jié){墻。

（三）鉆孔

1．鉆孔前先檢查鉆機(jī)各部位是否正常，鉆孔時(shí)必須按設(shè)計(jì)位置開(kāi)鉆，如設(shè)計(jì)位置開(kāi)鉆有難度，采取其他輔助措施。

2．鉆孔速度應(yīng)保持均勻，特別是遇到夾泥層時(shí)，控制鉆進(jìn)速度，以避免發(fā)生卡鉆現(xiàn)象。

3．開(kāi)鉆時(shí)上挑10～15度，以避免因鉆頭自重下垂或遇到塊石方向不易控制等現(xiàn)象，隨時(shí)檢查鉆進(jìn)方向。

4．鉆孔結(jié)束后應(yīng)掏孔檢查，確定有無(wú)探頭石、塌孔。

（四）安設(shè)小導(dǎo)管

1．鉆孔結(jié)束后及時(shí)安裝小導(dǎo)管，以避免時(shí)長(zhǎng)后出現(xiàn)塌孔。

2．當(dāng)小導(dǎo)管安裝有困難時(shí)，可采用千斤頂或其他輔助方式將其頂至設(shè)計(jì)位置。

3．小導(dǎo)管安裝后，及時(shí)將小導(dǎo)管與孔壁間縫隙填塞密室，并檢查填塞密實(shí)度。

（五）注漿

1．注漿前，對(duì)開(kāi)挖面噴射厚度為5～10cm混凝土封閉，

2．保證機(jī)具設(shè)備性質(zhì)良好的，工作壓力滿足注漿要求。

3．注漿順序?yàn)椋合茸?nèi)圈孔后再注外圈孔，先注無(wú)水孔后注有水孔，從拱頂順序向下進(jìn)行。

4．如出現(xiàn)竄漿式跑漿，則可間隔一孔或數(shù)孔注漿。

5. 單管注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)值或注漿壓力達(dá)到終壓20分鐘以上但注漿量不夠均可停止注漿。

6．注漿結(jié)束后及時(shí)用止?jié){閥保持空內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固。

7．注漿期間經(jīng)常檢查泵口及孔口壓力變化，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

（六）檢測(cè)注漿效果方法

注漿施工結(jié)束后，一般通過(guò)以下三種方法檢測(cè)注漿效果,對(duì)于注漿質(zhì)量較差的地段要重新補(bǔ)注，直到檢測(cè)合格后方可進(jìn)行下道工序。

1．通過(guò)注漿體內(nèi)鉆孔，用壓水、注水或抽水等辦法測(cè)定地基的流量及滲透系數(shù)，不合格者需進(jìn)行補(bǔ)充注漿。檢查孔的數(shù)目約為總注漿孔數(shù)的5%～10%，布孔的重點(diǎn)是地質(zhì)條件不好的地段以及注漿質(zhì)量較差或有疑問(wèn)的部位。

在防滲注漿工程中，這類檢測(cè)是一種重要的和基本的手段。對(duì)加固注漿而言上述水力物理性雖不能直接反映加固效果，但至今仍舊被廣泛的當(dāng)作一種參考指標(biāo)，因?yàn)槲看笮∨c地基的密度和強(qiáng)度之間存在著一定的關(guān)系。

2．通過(guò)鉆孔，從注漿體內(nèi)取出原狀樣品，送試驗(yàn)室進(jìn)行必要的試驗(yàn)研究。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明，通過(guò)這類檢測(cè)可得出下述幾項(xiàng)重要的物理力學(xué)性能指標(biāo)，據(jù)此能對(duì)注漿效果作出比較確切的評(píng)價(jià):

（1）樣品的密度；

（2）結(jié)石的性質(zhì)；

（3）漿液充填率及剩余孔隙率；

（4）無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度及抗剪強(qiáng)度；

（5）滲透性及長(zhǎng)期滲流穩(wěn)定性；

3．采用挖探或其他方法檢驗(yàn)加固效果。

（七）開(kāi)挖

注漿8小時(shí)后方可開(kāi)挖，采用超短臺(tái)階預(yù)留核心土環(huán)向開(kāi)挖法施工，核心土預(yù)留長(zhǎng)度為3 m ～3.5m，臺(tái)階控制在5m左右開(kāi)挖。開(kāi)挖時(shí)保留1.5m左右的止?jié){墻，防止下次注漿時(shí)跑漿。

六、支護(hù)效果評(píng)價(jià)

溫泉隧道上行線進(jìn)口采用了注漿超前小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，拱頂破碎巖體得以膠結(jié)，圍巖整體性、穩(wěn)定性大大加強(qiáng)，開(kāi)挖過(guò)程中坍塌得到了有效遏制，開(kāi)挖安全得到保證，施工質(zhì)量得到提高。

該隧道進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)的項(xiàng)目有：工程地質(zhì)及現(xiàn)狀觀測(cè)，周邊收斂位移量測(cè)，拱頂下沉量測(cè)，地表下沉量測(cè)等。開(kāi)挖后及時(shí)施作初期支護(hù)，根據(jù)對(duì)比觀測(cè)SK80+095和SK80+105兩斷面觀測(cè)點(diǎn)凈空變形及拱定下沉，數(shù)據(jù)分析采用u=t/a+bt雙曲線函數(shù)類型，對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)離散點(diǎn)采用最小二乘法原理進(jìn)行回歸處理，建立時(shí)間～變形關(guān)系函數(shù)，預(yù)測(cè)兩斷面有可能達(dá)到的最大變形量分別為14cm和10 cm。顯然，采用了注漿超前小導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)后，可能達(dá)到的最大變形量比加強(qiáng)支護(hù)前小了很多，圍巖穩(wěn)定性有了很大程度的提高，效果還是相當(dāng)明顯的。

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