隧道小導管預支護施工技術及材料選擇分析

張艷娜

摘 要：小導管預支護施工是隧道施工過程中常見的施工工藝。文章結合工程實踐，首先論述小導管預支護作用機理，并詳細介紹在不同情況下小導管施工的處置措施和施工控制要點，給出不同情況下的小導管施工材料選擇，以期為類似隧道小導管施工提供借鑒。

關鍵詞：隧道;小導管;預支護;材料選擇

1 小導管預支護作用

小導管預支護主要作用是在隧道開挖前，通過小導管和注漿的共同作用改變巖石性能及邊界條件，從而直接影響圍巖的二次應力狀態。其中，小導管注漿可以直接改變圍巖的力學性能，漿液主要通過滲透作用、填充作用、劈裂作用和擠密作用改變圍巖受力狀態。小導管預支護起到支撐梁和錨桿的作用，主要體現在以下4 個方面。

（1）對巖石塊和圍巖的連接作用。小導管穿過隧道圍巖巖體內不穩定的巖石塊段，將巖石塊同周圍巖體連接起來，提高巖體的整體穩定性。

（2）自身形成的組合梁作用。小導管打入巖層后，同周圍圍巖結合，整體形成組合梁或者組合拱，對組合梁或者組合拱上方的巖體起到有效的支撐作用。

（3）對巖體的擠壓加固作用。小導管打入巖層后，對作用范圍內的巖體產生擠壓作用，周圍均勻布置的小導管形成一條均勻的圍巖壓縮區，該區域圍巖受到壓縮后的反作用力又形成了對壓縮區周圍巖體的徑向支撐力，從而使圍巖巖體強度進一步得到提高。

（4）增加巖層摩擦力的作用。小導管打入巖層后，對巖層有一定的錨固力，該錨固力增加了巖層間的摩擦力，很大程度上降低了巖層發生滑動的風險[4]。

2 小導管預支護施工流程及控制要點

如圖1所示，小導管預支護施工是沿隧道掘進斷面外輪廓線外縱向且向上傾斜安設注漿管，將漿液注入，從而實現加固隧道圍巖、密實圍巖裂縫，達到止水的目的。小導管預支護施工流程如圖2所示，施工過程中，各控制要點如下[2]。

（1）施工中一般采用鉆孔打入法安設（簡稱“打設”）小導管，鉆孔直徑應比鋼管直徑大3～5 mm，鋼管頂入長度不小于自身長度的90%，打設完成后將小導管內砂石清理干凈。

（2）隧道掘進施工開挖長度小于小導管的注漿長度，預留部分作為下一次循環的止漿墻，如圖3所示。小導管安裝后，應根據實際情況對導管附近噴射混凝土，防止工作面發生坍塌。

（3）注漿量通過2個指標控制：設計注漿量或設計終止注漿壓力。當任何一項指標達到設計值時，即可停止注漿。

（4）注漿前對設備進行壓力機管路檢查，注漿過程中應隨時觀察注漿泵排漿變化，防止堵管或者漏漿。

（5）注漿壓力應作為注漿施工的關鍵控制因素。施工過程中，常見注漿壓力變化及對應對處置措施如下：①若注漿開始后壓力遞增，但是難達到設計要求，此時應適當增大漿液濃度，縮短壓漿時間間隔;②若壓力上升很快但注漿速度慢，主要可能是由于漿液濃度同巖層密實度不匹配或者漿液濃稠凝結時間短所致，應停止注漿，檢查管路是否堵塞;③若壓力上升后突然下降，則可能是壓力過大導致周圍圍巖空隙被沖破，此時應降低注漿速度;④若壓力上升后下降，而后壓力又上升，并且可以達到設計壓力，則此種情況有效，無需處理。

3 小導管預支護材料選擇

3.1 小導管材料選擇

小導管一般采用普通焊管制作而成，頂端加固成錐形便于打插，中部打直徑為5 mm左右的溢漿孔，溢漿孔呈梅花形排列，末端焊接環形箍筋，用以防止小導管尾部在打設過程中開裂。

3.2 注漿漿液選擇

注漿漿液通常采用改性水玻璃+水泥漿制作，但是漿液的水灰比、水泥漿和水玻璃的比例、水玻璃的濃度等各項指標不同，均會導致漿液性能發生改變，現場實際施工過程中，應根據圍巖地質不同，確定不同的漿液參數。

3.2.1 砂層漿液參數選擇

砂層圍巖致密但是自穩能力差，當隧道圍巖主要是砂層時，容易發生坍塌，無法形成自然應力拱，且在隧道施工過程中，易發生流砂，給施工造成極大困擾。因此，通常采用增加水玻璃濃度和注漿壓力的方法增強土體強度。根據施工經驗，可采用預注酸性水玻璃再注漿的方法對周圍土體進行加固。建議以水玻璃為主，加入15%左右的稀硫酸，控制水玻璃濃度為30 Be°左右，同時加入少量碳酸氫鈉（NaHCO3）使漿液pH值控制在3左右，各成分具體的比例應同土體細紗的級配協調。通過不同方法加固的土體實驗數據如表 1所示。

3.2.2 黏土層漿液選擇

通過大量的施工對比發現，對于黏土層采用劈裂法注漿效果最佳，使用水泥和水玻璃的混合液注漿，可以有效地避免灌漿過程中跑漿的發生，提高土體的早期固結強度。此外，漿液灌注過程中對周圍土體產生擠壓作用，也可以在一定程度上提高地層的整體強度。

為確定水泥和水玻璃混合液的材料及配比，通過開展大量配比試驗，總結了如下規律：①水泥水灰比提高，混合液凝結時間和流動性增加;②水玻璃用量提高，混合液初凝時間縮短，流動性降低。現場施工過程中可根據此規律，根據需要對混合液配比進行調整，以求最佳效果。

3.2.3 卵石層漿液選擇

卵石層是隧道施工過程中最為常見的地質，通常卵石層小導管注漿采用滲透法，漿液采用水泥漿。注漿壓力只需確保使漿液迅速擴散并填充即可，通常控制在0.3～0.5 MPa，按照相關要求把漿液注入到土壤層中，且保持不破壞土壤層結構。實際施工中，一般采用2種方式提高卵石層中注漿效果：調節注漿壓力和調整漿液水灰比。根據相關資料，注漿效果同壓力和水灰比的關系如表2所示。

由表2可知，卵石層漿液水灰比最好控制在0.7 ： 1左右，注漿壓力控制在0.5 MPa。但由于卵石夾砂地層空隙小，漿液難以順暢填充縫隙，因此，建議根據實際情況，適當增加注漿壓力或者降低水灰比。

4 結語

小導管預支護施工工藝的安全性、可靠性和適用性經過大量工程實踐檢驗，已得到對比和證實。但是，在實際施工過程中，還需要充分理解其作用機理，根據實際情況選擇合適的施工工藝和參數，掌握施工控制要素，才能真正發揮小導管預支護施工工藝的優勢，保證隧道施工過程中開挖和襯砌的順利進行。

參考文獻

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收稿日期 2019-12-27

責任編輯 宗仁莉