超前小導管預注漿在軟弱圍巖隧道中的應用

張愛萍

1 概述

超前小導管預注漿技術是地下工程中地層改良的重要手段,它同時具有超前支護作用,是不良地質隧道與地下工程施工常用的一種開挖輔助措施。其方法是漿液通過配套的注漿機具設備由小導管注入到巖土的孔隙和裂縫中,漿液經擴散、凝固、硬化以減小巖土的滲透性,達到巖土加固和堵水的目的,并能固結軟弱和松散的巖體,使圍巖強度和自穩能力得到提高。利用該技術實現了安全、快速的施工,取得了良好的經濟效益和社會效益,本文將結合杭州秋石快速路二期半山隧道工程的工程實例介紹超前小導管預注漿技術的應用。

2 技術原理

超前小導管預注漿是沿開挖輪廓線以一定角度打入管壁帶孔的小導管,并以一定的壓力向管內壓注水泥或化學漿液,它既能將隧道周圍巖體預加固,又能起超前預支護作用。超前小導管預注漿通常與鋼支撐一起形成支護系統,有類似管棚的作用。超前小導管預注漿技術通過注漿壓力將裂隙中松軟的泥質充填物推送到注漿范圍以外,使漿液進入裂隙后增加充塞的密實性和膠結強度,這樣既能加固一定范圍內的圍巖,又能支托圍巖。適用于自穩時間很短的砂土層、砂卵石層、斷層破碎帶和軟弱圍巖淺埋段等松散地層的施工。漿液擴散半徑R要綜合考慮導管排列密度、節理發育情況、漿液濃度、凝固時間、注漿壓力和速度、壓注量等因素,并考慮注漿擴散范圍相互重疊的情況,可按下式計算擴散半徑和單根導管注漿量:R=(0.6～0.7)L0,Q=πR2Ln。其中,L0為導管中心間距;Q為設計單孔注漿量,m3;R為漿液擴散半徑,m;L為導管長度,m;n為圍巖孔隙率。

3 主要技術參數

1)小導管構造。小導管采用φ 42壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管加工制成,長度為4.5 m,小導管前部管壁四周鉆四排注漿孔,孔徑6 mm,孔間距離20 cm,前端加工成尖錐形,尾部30 cm作為注漿孔的預留注漿段,并焊接φ 6 mm鋼筋箍作為加勁措施。按30 cm×300 cm呈梅花形布置,外插角20°,兩組小導管間縱向水平搭接長度100 cm。2)注漿參數。采用壓水泥漿作為注漿材料,水灰比 W/C=1∶1,其中,水泥采用普通硅酸鹽水泥,強度不低于42.5 MPa,并根據圍巖的實際情況來控制注漿壓力,一般取0.6 MPa,注漿結束后及時在孔口設止漿塞。

4 工藝流程

小導管預注漿施工工藝流程見圖1。

4.1 注漿前的準備

注漿前先噴射C20混凝土厚5 cm左右,封閉工作面,形成止漿巖盤。然后按設計圖紙要求標出小導管位置,采用YT-27/28鑿巖機鉆孔,最后沖洗鉆孔,并把加工好的小導管頂進鉆孔內,并安裝好止漿塞。由于小導管預注漿施工多與鋼拱架支撐一起形成支護體系,應將小導管尾部焊接在鋼支撐上。

4.2 小導管預注漿

用提前準備好的注漿機具按照注漿專項方案的要求進行,當注漿壓力逐步升高到設計終壓,并繼續注漿10 min以上即可結束該孔注漿。需要注意的是:1)注漿應從最下面的小導管開始按順序向拱頂逐根注漿,嚴禁順序顛倒;2)注漿壓力達到設計壓力或注漿量與設計注漿量基本吻合即可停止注漿;3)若實際注漿量已嚴重超出設計注漿量或注漿壓力基本沒有上升,則應立即停止注漿,查找問題的原因,待問題解決后再行決定是否繼續注漿。

5 工程實例

杭州秋石快速路半山隧道Ⅴ級圍巖地質為巖屑石英砂巖中加有薄層粉砂質泥巖,而泥巖的軟化系數低,遇水易崩解,以強風化或全風化為主。原設計以噴混凝土、錨桿、鋼支撐作為預支護手段,但通過對圍巖穩定性和支護參數的可靠性進行分析,顯然按原設計支護參數施工難以保證工程的質量和安全。后來根據隧道圍巖實際情況,增加了超前小導管預注漿措施。初期支護完成后,通過對洞內拱頂下沉、周邊收斂和支護狀況等的觀察,圍巖穩定收斂的速度快,從而有效的預防了洞頂掉塊、坍方等質量事故的發生,確保了施工安全和工程質量。

6 結語

在軟弱圍巖條件下,采用超前小導管預注漿技術,無論支護剛度、強度還是預支護效果均大大超過預期設想,且施工進度快、簡單易行、方便靈活,值得大力推廣。

[1]JTJ 042-94,公路隧道施工技術規范[S].

[2]JTT G70-2004,公路隧道設計規范[S].

[3]馮衛星.隧道坍方案例分析[M].成都:西南交通大學出版社,2002.

[4]崔玖江.隧道與地下工程修建技術[M].北京:科學出版社,2005.

[5]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2006.