超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)在黃金坪隧道的應(yīng)用

宋衛(wèi)民，李傲松

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

1 工程概況

黃金坪隧道是S211改線公路穿越黃金坪水電站樞紐區(qū)的一部分，隧道全長1 740 m，隧道設(shè)為雙向雙車道，設(shè)計(jì)建筑限界設(shè)為10.5×5.3 m。最大埋深約524 m。隧道水平埋深約50～360 m，進(jìn)口段圍巖為閃長巖，上覆較厚冰水堆積的塊石土，隧道中段及末段圍巖為花崗巖，卸荷深度20～50 m，圍巖主要為Ⅲ、Ⅳ級并伴有小規(guī)模斷層和節(jié)理裂隙發(fā)育的Ⅴ級圍巖，出口的基巖為強(qiáng)卸荷松動(dòng)巖體和出口段的覆蓋層塊碎石土。

2 工程實(shí)例

2.1 坍方原因分析及處理措施

黃金坪隧道出口K2+260～K2+257發(fā)生坍塌，隧道坍方形成的垮塌物主要為塊碎石土，坍方過程為持續(xù)掉塊形成邊坡上部坍陷，造成坍方的主要原因有：

1）該段正對掌子面左側(cè)圍巖為塊碎石土，地質(zhì)情況較差。

2）隧道出口淺埋段施工時(shí)小導(dǎo)管成孔困難、局部小導(dǎo)管孔深及搭接長度不夠，造成注漿固結(jié)圍巖效果較差。

處理方案：洞內(nèi)主要采用小導(dǎo)管注漿方式對坍塌體進(jìn)行處理，其中隧道正對工作面拱部右側(cè)60°范圍設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向排距 2.4 m，外插角 5°～10°，同時(shí)與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側(cè)75°范圍，設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管和大角度注漿小導(dǎo)管（長4.5 m），小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向排距1.2 m，一環(huán)外插角20°，下一環(huán)外插角7°，大小角度梅花形交錯(cuò)布置。隧道右拱墻及左側(cè)墻75°以下的圍巖梅花形布置系統(tǒng)錨桿，環(huán)向間距100 cm，縱向間距100 cm。拱墻范圍設(shè)置φ8鋼筋網(wǎng)（鋼筋采用HPB235光圓鋼筋），間排距20 cm。C20噴混凝土厚度25 cm，在開挖面初噴約4 cm混凝土后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、架設(shè)型鋼鋼架，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度將鋼架覆蓋，其外側(cè)保護(hù)層厚度不小于3 cm；型鋼鋼架采用18號的工字鋼，鋼架間排距0.6 m/榀。當(dāng)掌子面通過坍塌體約5 m后及時(shí)將坍塌拉裂破壞的隧道仰坡地表進(jìn)行回填，用土石回填地表塌坑（根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，如采用回填土石方案則需要人工將塊石土及粘土等背運(yùn)至塌坑地表，施工進(jìn)度較慢。后采用回填C10噴射混凝土進(jìn)行塌穴處理），當(dāng)回填至原地面標(biāo)高1.0～2.0 m時(shí)，改用粘土回填，夯實(shí)并應(yīng)高出地表0.2～0.5 m，最后用漿砌片石封閉表面（厚度 0.2～0.3 m）。

2.2 超前注漿小導(dǎo)管施工

2.2.1 超前注漿小導(dǎo)管施工程序

超前注漿小導(dǎo)管施工參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場情況作適當(dāng)調(diào)整，設(shè)計(jì)參考工作壓力：注漿終壓0.2～0.4 MPa，采用水泥-水玻璃雙漿液，水泥-水玻璃體積比：1∶（1.0～0.6）；水泥漿水灰比：（0.5～0.6）∶1；漿液初凝時(shí)間 60～120 s；緩凝劑（Na2HP04）摻量：2.0%～2.5%；水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥。

施工前在現(xiàn)場選擇一組小導(dǎo)管（孔號為：Z1，Z2，Z5，Z7，Z8）進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，通過試驗(yàn)確定適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)參數(shù)。以此參數(shù)作為后續(xù)施工的指導(dǎo)參數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)，在灌漿壓力為0.3 MPa時(shí)，小導(dǎo)管吃漿量持續(xù)增加，擬定水泥-水玻璃漿液參數(shù)如下：

注漿壓力：0.1～0.3 MPa；水灰比：0.5∶1；水玻璃摻量：水泥摻量的1%～2%（體積比）；漿液比重：2.4～2.6；施工時(shí)根據(jù)地質(zhì)條件及時(shí)調(diào)整灌漿參數(shù)，工程量以實(shí)際發(fā)生的計(jì)。

2.2.2 超前注漿小導(dǎo)管施工方法

1）測量放樣、布孔。根據(jù)設(shè)計(jì)開挖輪廓線及設(shè)計(jì)環(huán)向孔距定出孔位，并在設(shè)計(jì)孔位上做好標(biāo)記，即布孔。其中隧道正對工作面拱部右側(cè)60°范圍設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向排距2.4 m，外插角 5°～10°，同時(shí)與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側(cè)75°范圍設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管和大角度注漿小導(dǎo)管（長4.5 m），小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m，環(huán)向間距0.3 m，縱向排距1.2 m，一環(huán)外插角20°，下一環(huán)外插角7°，大小角度梅花形交錯(cuò)布置。

2）造孔。根據(jù)現(xiàn)場塌方情況，用于隧道鉆爆施工的臺(tái)車無法作為超前注漿小導(dǎo)管鉆孔操作平臺(tái)，現(xiàn)場用鋼管搭設(shè)鉆孔操作平臺(tái)作為鉆孔人員操作平臺(tái)。鉆孔角度按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，隧道正對工作面拱部右側(cè)60°范圍，設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管外插角5°～10°，同時(shí)與錨固巖石層面夾角不小于5°；隧道正對工作面拱部左側(cè)75°范圍設(shè)置超前注漿小導(dǎo)管和大角度注漿小導(dǎo)管，一環(huán)外插角20°，下一環(huán)外插角7°，大小角度梅花形交錯(cuò)布置。

3）小導(dǎo)管制作。小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼花管（壁厚4 mm），長度4.5 m。花管部分長度為3.5 m，鉆φ10 mm孔眼，每排4個(gè)，交叉排列，間距15 cm，管頭制作成 25～30°的椎體。

4）小導(dǎo)管安設(shè)。待吹管將孔內(nèi)砂石吹出后，用帶沖擊的YT-28手風(fēng)鉆將小導(dǎo)管頂入孔中，或直接用錘擊插入鋼管。鋼管插入長度不小于管長的90%，尾部與鋼拱架焊接成一體。各段縱向搭接長度滿足設(shè)計(jì)要求。

5）漿液配置。漿液按照現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行配置，水泥采用P.042.5普通硅酸鹽水泥。

6）注漿。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定的注漿參數(shù)進(jìn)行注漿施工，施工時(shí)做好施工記錄。采用KBY-50/70注漿泵壓注水泥漿，注漿前對開挖面及距掌子面5 m范圍內(nèi)邊、頂拱噴混凝土封閉，噴混凝土厚度滿足設(shè)計(jì)要求。孔口設(shè)置止?jié){塞，注漿時(shí)至下而上逐孔注漿，如遇冒漿或串漿，則間隔1孔或幾孔分序注漿。

注漿結(jié)束4 h后，方可進(jìn)行掌子面的開挖。

3 結(jié)論

1）利用超前小導(dǎo)管作為淺埋進(jìn)口段的超前支護(hù)，其成功取決于往管內(nèi)注漿以固結(jié)軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁間的空隙，使導(dǎo)管與圍巖固結(jié)緊密，以提高鋼管強(qiáng)度。開挖后架設(shè)拱形鋼架支撐，形成牢固的殼狀支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效地阻止松散圍巖的坍塌，為安全進(jìn)洞及坍塌處理創(chuàng)造了良好的施工條件。

2）使用超前小導(dǎo)管作為淺埋進(jìn)口段的超前支護(hù)，施工進(jìn)度快，支護(hù)成本低，一般技術(shù)工人均可操作，無需配備專用設(shè)備，操作工藝簡單，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3）采用超前小導(dǎo)管所用的設(shè)備簡單，操作簡單。

4）采用超前小導(dǎo)管施工提高圍巖自身穩(wěn)定性，抑制圍巖松弛變形，提高了施工安全性。

5）利用超前小導(dǎo)管作為淺埋進(jìn)口段的超前支護(hù)，加固圍巖效果良好，進(jìn)洞安全性高。