超前小導管施工在竹園隧道工程中的應用

李 偉

(中鐵十八局集團建筑安裝工程有限公司，天津300300)

在隧道工程施工中，經常會遇到軟弱地質、裂隙土層，脆性比較高的地質情況，影響施工的安全性。通過應用超前小導管施工技術，可有效改善隧道圍巖的力學性能。把具有一定膠結能力的漿液借助高壓管路注入到裂隙土層中進行充填，促使比較松散的土地和巖石膠體形成一個有機整體，可以提升巖體的力學參數。壓漿逐漸施工方法，由法國著名工程師查理·貝里可尼發明，經過200余年的發展和應用，形成一套完整的注漿施工工藝。目前，超前小導管施工技術已經被廣泛應用在隧道工程施工中。大量工程應用實例表明，超前小導管施工技術具有設備簡單、工藝簡單、適應性強、經濟效益明顯等優勢，可大幅度提升隧道工程圍巖的力學參數，降低安全事故的發生概率。基于此，開展超前小導管施工在竹園隧道工程中的應用研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

竹園隧道為特長隧道，位于云南省宣威市倘塘鎮，進口位于倘塘鎮吊水巖村西側山坳處，出口位于倘塘鎮王家村境內。左線起止樁號Z2K35+725～Z2K39+520，全長3795米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1945m，洞口均采用端墻式洞門，路塹式明洞27m，Ⅴ級圍巖948m，Ⅳ級圍巖1130m，Ⅲ級圍巖1690m。右線起止樁號K2K35+720～K2K39+505，全長3785米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1991m，洞口均采用端墻式洞門，路塹式明洞13m，Ⅴ級圍巖932m，Ⅳ級圍巖1150m，Ⅲ級圍巖1690m。其中，設置9處人行橫道，4處車行橫道及4處緊急停車帶。行車主洞建筑限界（單洞）：11.0m（寬）×5.0m（高）。其中行車道凈寬 3.75m×2＝7.5m，側向寬度：L左＝0.75m，L右＝1.0m；兩側均設置檢修道（含余寬 C），J左＝0.75m，J右＝1.0m。

二、超前小導管施工原理分析

隧道工程在施工之前，土質結構為原狀土，圍巖也是應力狀態，隨著隧道工程開挖工作的逐步開展，會對隧道周圍的圍巖造成擾動，原有的圍巖應力被釋放出來，促使應力重新分布。通過超前小導管施工技術，可促使隧道工程四周破碎的圍巖形成一個整體，改善彈性模量、內摩擦力等，從而保證圍巖結構的穩定性。

按照原理的不同，超前小導管施工技術主要有三種：第一種為小導管錨桿作用，通過錨桿將隧道周圍已經發生破碎圍巖固定在圍巖之上，并連接成一個整體。第二種是通過拱群效應，加強隧道拱部強度，提升承壓力。第三種是通過漿液固有特性，提升圍巖結構的穩定性。

三、超前小導管施工在竹園隧道工程中的應用

（一）適用范圍分析

超前單層小導管主要用于自穩能力較差的Ⅴ級圍巖淺埋、偏壓，以及Ⅳ、Ⅴ級圍巖的斷層破碎帶及其影響帶。

（二）技術要求

超前單層小導管預支護，適用于拱部地層松散，破碎的Ⅳ、Ⅴ級圍巖地段。在本工程施工中超前小導管施工參數為：選擇壁厚3.5mm、直徑為42mm的熱軋無縫鋼花管，長度控制在4.5m左右，環向間距控制在20cm左右。外插角：鋼管外插角分別為10°～15°；注漿材料：水泥漿液水灰比：1.0∶1.0（重量比）；設置范圍：拱部120°范圍。鋼管環向打孔注漿，孔徑10mm，孔間距150mm，尾部留不鉆孔的止漿段不小于30cm。

（三）施工準備

按照工程特性及施工現場的客觀條件，選擇與之相適的施工方法，降低施工中各道工序的相互干擾，并確定注漿所用的材料、規格、型號等，按照施工實際需求，選擇合理輔助用料。如果隧道工程施工中遇到了淤泥流砂，則可以采用水玻璃+水泥雙液注漿。一些化學漿液雖然也可以滿足施工要求，但成本比較高，并帶有一定的毒性，不利于環保，要謹慎采用。在選擇注漿設備時，要根據工程特性，選擇合理的鉆孔器械、注漿材料、檢測設備及儀器。本工程超前小導管施工的注漿參數為：水泥漿水灰比1∶1；注漿壓力初壓0.5MPA～1.0MPa；注漿結束后，用M20水泥砂漿填塞管棚鋼管，以增強管棚強度，注漿水泥的強度等級為P.O42.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃液美度為30，模數為2.4；添加5%的水玻璃，如水量較大應通過現場試驗確定。

（四）制作鋼花管

為提升施工效率和便捷性，小導管前端可制作成尖錐形，并在尾部焊接直徑不低于8mm的加強筋緊固處理，在管壁之上，每隔15cm，布置一個梅花形鉆眼，直徑為10mm，在尾部設置止漿段。管棚采用Φ108有孔鋼花管和Φ108無孔鋼管，鋼管節長為4m～6m。管棚接長要先將前一根鋼管緩慢頂入已經鉆好的孔洞中，然后再進行相互聯接。具體情況如圖1所示：

圖1 管節聯結套示意圖

當前一根鋼管進入鉆孔中之后，在孔外預留出30cm～40cm，然后啟動鑿巖機進行反轉處理，促使聯接套和鋼管相互脫離，此后鑿巖機再退回原來的位置，降下大臂，人工安裝上一節鋼管之后，再重新校正大臂。鑿巖機要進行緩慢前進，對準前一根鋼管的尾部后人工聯接，促使前后兩根鋼管聯接為一個整體。最后，再借助鑿巖機低速頂進鋼管。

（五）小導管安裝

小導管安裝是超前小導管施工安裝的重中之重，安裝效果和質量直接決定了整個工程施工質量和安全性，通過放線測量確定孔位，并做好標記，利用鑿巖機進行鉆孔操作，孔徑要略大于導管管徑20mm以上。鉆孔完成之后，再把小導管按照設計要求插入鉆孔中，外露部分控制在20cm左右，支撐在已經開挖好的鋼架之上，共同形成預支護體系。

（六）注漿

在注漿操作施工過程中，必須嚴格認真填寫注漿記錄，并隨時分析和改進操作作業，并嚴格注意觀察支護工作，注漿參數的選擇也是本工程施工的重點。在具體施工中，要結合注漿試驗結果及現場調查情況，選擇與之相適的注漿參數，并在注漿過程中，要先噴射混凝土封閉撐子面，避免發生漏漿問題。針對強行打入的鋼管要進行積物沖洗，然后再進行注漿操作，注漿操作要選擇從下到上的施工方法，漿液水灰比控制可選擇1.5∶1、1∶1、0.8∶1三個等級。逐步提升漿液濃度，考慮到注漿之后要立即開挖，在本工程施工中采用了普通水泥，在配制時加入了減水劑。具體水泥漿液配制表如表1所示。

表1 水泥漿的現場配制表

在鉆注過程中，要嚴格按照先外后內方法進行施工，并且為最大限度上保證鉆桿接頭的強度和剛度，鉆桿連接套和鉆桿要采用相同的材料，并在兩側加設內螺紋扣，聯結套的壁厚≥10mm。鉆桿連接套如圖2所示：

圖2 鉆桿連接套示意圖

（七）注漿效果檢查及質量判定

注漿效果檢查分過程中檢查、結束時檢查和開挖過程中檢查：注漿過程中檢查主要是檢查漿液膠凝時間；注漿結束時，檢查注漿記錄，看每孔注漿量是否達到結束標準，孔數是否與設計一致；開挖時檢查，看開挖邊緣是否整齊、漿液固結情況、漿液滲透半徑等，以便為下一步修改注漿參數提供依據。開挖時發現質量不好，除在下一循環改進外，應加強支護措施。

四、結束語

綜上所述，本文結合工程實例，分析了超前小導管施工在竹園隧道工程中的應用，得出以下幾點結論：

（1）和超前管棚、超前錨桿等施工技術相比，超前小導管施工技術的加固效果更加明顯，且施工工藝也更加簡單。

（2）超前小導管施工技術，既能有效加固圍巖，提升圍巖的自穩定性，也可以提升隧道工程圍巖結構的抗滲漏能力。和初期支護相互結合，還能有效預防塌方、冒頂等安全事故的發生概率。

（3）近年來，我國隧道工程不斷增多，超前小導管施工以其獨特的優勢和超前的適應能力，深受施工單位的高度重視，具有非常廣闊的發展前景。