超前注漿小導管在破碎圍巖地質隧道中的應用

馮海鵬 馬可理 金沛先

(中廣核工程有限公司，廣東深圳 518124)

0 引言

近些年來，隨著國家對山區道路不斷建設以及道路等級的不斷提高，使得隧道工程在道路工程中所占的比例逐步增大，隧道工程中的技術問題也越來越受到大家的關注。在隧道工程中，某些隧道或隧道中的某些地段的地質情況較差，圍巖較為破碎、裂隙十分發育且富含各種軟弱夾層，再加上地下水豐富，這一系列的問題給隧道施工帶來了較大的困難，處理不慎就極易形成塌方。

近年來隨著超前大管棚、

超前小導管施工技術不斷發展與應用，使得破碎圍巖地質情況下隧道工程得以安全施工。掌子面處打設的超前小導管，不僅起到了“管棚”作用;同時通過小導管向破碎圍巖高壓注入水泥—水玻璃雙液漿，還起到了“固結巖體、改善圍巖性質、提高圍巖自穩能力”的作用;注漿管與圍巖緊密粘結在一起，又起到了“錨固”作用，可以顯著提高圍巖的承載能力。本文結合某核電項目進場公路隧道施工的工程實例，對超前小導管的受力原理、施工工藝和現場實施的效果等方面進行了分析。

1 工程概況

某核電廠高嶺山隧道屬風化剝蝕山地的低丘陵區，隧址區在區域上位于深圳大斷裂、湯湖支斷裂南東側的海岸山斷塊部位，排牙山背斜發育于隧道以西3 km，受該背斜的影響，隧址區巖體破碎。已開挖隧道斷面圍巖大部分屬于Ⅴ級圍巖，圍巖完整性很差，裂隙十分發育。隧道前期施工，出現了一些塌方，令工程建設受到較大的影響。為此業主召開了專家會，對高嶺山隧道塌方事件進行了分析，會上專家建議對隧道采用超前注漿小導管的施工工藝，采用超前注漿小導管施工后，隧道內沒有發生過一次塌方。

2 超前注漿小導管力學模型

超前小導管的一端作用在初支體系上，另一端固定在未開挖的巖體中，中間部分懸空，因此力學模型可簡化為如圖1所示的簡支梁結構，上部土體荷載靠簡支梁體系來承擔。注漿的效果有兩個:1)使B支座端承載能力得到加強;2)使中間土體荷載q由分散的不均勻荷載變為一個整體的均布荷載。

圖1 超前注漿小導管力學模型

其受力原理為:1)通過小導管向圍巖注漿，可以加固圍巖，提高圍巖的完整性系數和圍巖的強度，當隧道開挖后，圍巖抵御圍巖周邊應力的能力增強;2)超前注漿小導管可以在一定圍巖范圍內形成一個強有力的“加固拱”，該“加固拱”與上部圍巖的“天然拱”共同來抵抗圍巖壓力，在施工過程中可以通過增加小導管的間距、長度和提高注漿量來提高“加固拱”的承載能力，從而可以減少“天然拱”所承受的荷載，來保證整個巖體的安全和穩定;3)每一榀小導管相互搭接，形成一個整體支護，同時超前小導管排列在一起也可以起到“管棚”的作用，可有效控制塌方和掉塊。

3 超前注漿小導管施工工藝

3．1 超前注漿小導管施工設備及參數

1)注漿設備。采用ZYB-D(A)液壓注漿泵，電控系統主要由主回路、電機控制回路、換向控制回路等組成。其主要技術參數見表1。

表1 產品型號及主要技術參數

2)注漿參數。a．水灰比采用1∶1單液水泥漿;b．注漿壓力現場多穩定在1 MPa左右，現場注漿過程記錄也基本反映了圍巖較破碎的地質情況;c．注漿前先進行了現場試驗，確定了上述注漿參數;d．考慮到掌子面施工安全，在上一循環開挖后馬上對掌子面實行了砂漿噴護，確保后續小導管施工、支護施工等的安全性。

3)高嶺山隧道超前注漿小導管設計參數。a．超前小導管采用φ42 mm，壁厚3．5 mm熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上φ6加勁箍，管壁四周鉆8 mm壓漿孔，但尾部有1 m不設注漿孔作為止漿段。承壓端焊上鋼箍，注漿孔沿孔壁呈梅花形布置;b．鋼管長度3．5 m，鋼管中心間距為20 cm ～30 cm;c．鋼管沿隧道開挖輪廓線上部布置，具體詳見圖2，縱向近水平方向外插設置，外插角30°和60°;d．縱向小導管沿水平方向進行搭接，搭接長度不小于120 cm。

圖2 超前注漿小導管布置圖

3．2 超前注漿小導管的施工工藝

1)小導管安裝:按照設計要求制作小導管，現場確定孔位并進行鉆孔施工，鉆孔完成并進行檢查后即可開始小導管的安裝;2)注漿施工:小導管安裝完成后，進行堵孔，堵孔后先進行壓水試驗，通過壓水試驗來尋找并擴充漿液的通路，進而確保漿液能夠注入需加固的松散體。壓水試驗后，把配置好的漿液加入注漿機，由下至上的順序進行注漿施工，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。注漿快結束時一般采用終壓和注漿量雙控制，單根管壓力達到終壓標準(注漿量不少于80%)或注漿量達到設計注漿量無漏漿現象。注漿時，對每根小導管應有序地一次注漿到位，否則每根管的注漿液互相干擾，易形成堵管，影響注漿效果;3)注漿后檢查:注漿完成后，必須待漿液達到固結時間后，方可進行下一循環的開挖施工，在開挖過程中注意檢查漿液滲透和上部破碎圍巖的固結情況。

4 現場實施效果

高嶺山隧道在開挖初期是采用超前錨桿的支護方式，但由于隧道的地質條件較差，圍巖非常破碎，巖體遇水后強度降低，超前錨桿的支護效果不太理想，施工期間前后共發生過大小11次塌方事故，嚴重影響了隧道工程的施工安全，經過召開專家評審會，針對巖體的特點，提出采用超前注漿小導管的支護方式，通過注漿先對圍巖進行加固，提高圍巖的整體性，同時由于小導管管徑大，布置同樣數量的小導管比錨桿更容易防止施工期間小的“掉塊”問題，可以有效的控制施工期間的安全。通過采用上述工藝，現場實施效果非常顯著，實施超前注漿小導管施工工藝后，現場沒有發生1次塌方事故，有效確保了現場的施工安全(見圖3，圖4)。

圖3 實施超前注漿小導管前

圖4 實施超前注漿小導管后

5 結語

超前注漿小導管和新奧法超前錨桿施工是一脈相承的，是對超前錨桿施工工藝的豐富和進一步發展。通過對某核電廠Ⅴ級圍巖高嶺山隧道的施工，采用超前注漿小導管施工工藝前后形成了鮮明的對比，采用超前注漿小導管前共發生大小塌方11次，采用超前注漿小導管后無1次塌方事故，因此證明對于破碎的巖體、塌方體、裂隙發育巖體、斷裂破碎帶等地質條件下的隧道、地下洞室開挖，超前注漿小導管有很好的適用性。

1)相對于超前錨桿、超前小導管，超前注漿小導管無疑費用要高，因此為節約成本，現場應根據地質情況對支護方式進行動態調整，圍巖相對較好的可以采用超前小導管不注漿、超前錨桿等;2)通過在破碎圍巖地質情況下實施超前注漿小導管，可以有效預防塌方和掉塊，從而保證施工安全。

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