小導管超前支護技術在隧道淺埋暗挖法施工中的應用分析

江慧元

（江西省地質調查勘查院，南昌 330025）

1 工程概況

維西至蘭坪通甸公路項目位于云南省迪慶州維西縣與怒江州蘭坪縣境內，維通公路某合同段共有短隧道2 個，其中，1#隧道為明挖隧道，長159 m；2#隧道長94 m，拱頂最大埋深13 m，屬于典型的淺埋隧道。鑒于2#隧道（K5+611～K5+705）圍巖巖性表層為灰黃、褐黃及淺灰黃色填筑土，主要成分為粉質黏土、碎石土，圍巖為Ⅴ類，開挖施工采用上下臺階法，施工原則是：管超前、嚴注漿、短進尺、少擾動、弱振動、強支護、勤量測、早封閉。

2 小導管超前支護技術相關概述

超前小導管超前支護技術是隧道開挖中的關鍵工藝，該技術的基本原理是在鉆孔后插入特制的小導管，然后用注漿泵將砂漿注入隧道掌子面的地層結構中，借此增強隧道土體結構的力學性能，使小導管對隧道開挖作業起到良好的支護作用。小導管超前支護技術在具體應用時還可與鋼拱架聯合應用，從而作為支護管棚增強隧道開挖的安全性。在此過程中，超前小導管注漿后，小導管能夠改善隧道開挖工作面的環境，并在隧道頂端形成約1 m 的加固圈。同時還可以與隧道地層結構相融合，形成完整的支護體系，確保施工范圍內工作面的穩定性，預防坍塌、地表沉降等風險[1]。

3 淺埋暗挖法施工與小導管超前支護的聯系性

淺埋暗挖法是隧道工程建設中的常用工法之一，具有大型設備依賴性低、靈活性強等特點。采用淺埋暗挖法施工時，開挖作業不會對周圍建筑物、地面車輛的通行產生影響。在城市隧道工程施工建設中，由于地下管線布設較為復雜，為避免出現地表沉降、地面塌陷等安全風險，還應在隧道淺埋暗挖過程中利用各類輔助工法加固底層結構，確保隧道開挖施工的安全性。根據隧道開挖時輔助工法的基本目標，可將常用的工法劃分為加固及防水兩種類型，小導管超前支護技術屬于加固類的輔助工法。維通公路項目2#隧道，在制訂隧道淺埋暗挖施工方案時，同步應用小導管超前支護技術，借此增強地層穩固性，有效地防范了隧道開挖安全風險[2]。

4 隧道淺埋暗挖法施工中小導管超前支護的應用要點

4.1 施工條件分析

維通公路項目中，2#隧道進出口段表層均為全風化巖，洞頂板及圍巖為強風化巖，巖體破碎，結構松散，浸水易化、崩解，圍巖自穩能力差，拱部和側壁存在大塌方的可能性，為進洞施工帶來了較大的安全隱患。2#隧道洞身V 級圍巖段因受淺埋及不均勻風化影響，拱部和側壁易產生崩塌，存在塌方和冒頂的可能性，給施工造成不可預見的困難。

2#隧道監控量測是新奧法復合式襯砌設計、施工的核心技術之一，起到反饋和指導施工的作用。因此，在該項目施工設計中，相關人員結合超前地質預報了解掌子面前方工程地質及水文地質，并以此為基礎，聯合應用淺埋暗挖法及小導管超前支護技術施工方法，以此避免在施工作業中出現安全事故，保障施工安全。

4.2 小導管超前支護流程

1）制作支護小導管。本項目內小導管采用φ50 mm 鋼管，在鋼構件加工場制作。超前小導管的前端做成尖錐形，尾部焊接φ8 mm 鋼筋加勁箍，管壁上每隔15 cm 交錯布置注漿孔，孔眼直徑為6～8 mm。

2）小導管超前支護施工原則。隧道工程淺埋暗挖施工時，為保證施工作業的安全性以及隧道開挖整體質量，需使用提前特制的小導管在隧道內進行超前支護。但在施工過程中應堅持以下原則：（1）堅持分部開挖、短進尺的基本原則。（2）堅持弱爆破的原則，最后堅持錨、網、噴、型鋼鋼架聯合支護的原則。小導管超前支護施工的具體流程，如圖1 所示。

圖1 隧道淺埋開挖施工中超前小導管施工流程圖

3）小導管超前支護施工。本項目中超前小導管支護技術方案是用風槍進行鉆孔后，將小導管按設計要求插入孔中，外露端支撐于開挖面后方的鋼架上，與鋼架共同組成預支護體系。具體施工內容主要包括以下方面：（1）通過噴射混凝土的方式將已開挖的掌子面封閉，混凝土層的厚度約為10 cm。（2）隨后測量分析鉆孔注漿、插入小導管的實際位置，布設孔眼。（3）安裝小導管時，導管應與隧道巖層結構相垂直。

4）使用風槍鉆孔，鉆孔時應堅持多回轉、少沖擊的基本原則，緩慢鉆進，鉆進期間反復掃孔，直到鉆孔深度到達設計深度。鉆孔深度到達設計值后，將小導管導入鉆孔內，在此期間，施工人員應嚴格控制孔位方向、各鉆孔的間距，以及鉆孔時的各項參數，鉆孔深度允許偏差約為5 cm、孔位允許偏差為4 cm、鉆孔方向允許偏差為2°、鉆孔間距的允許偏差為1.5 cm。

4.3 小導管注漿方案

維通公路2#隧道施工中，注漿設備采用注漿泵，注水泥砂漿，砂漿的配合比由現場試驗確定，在管口處設止漿塞。采用小型砂漿攪拌機拌制水泥砂漿，注漿壓力為0.5～0.8 MPa。注漿前先噴射混凝土3～5 cm 封閉掌子面作止漿盤，若注漿未達到壓力要求，應調整漿液濃度繼續注漿，直至符合注漿質量標準，確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填，方可終止注漿。注漿先從拱頂開始向下注，先灌注單號孔，再灌注雙號孔。注漿參數應根據注漿試驗結果及現場情況適當調整。注漿作業中認真填寫注漿記錄，隨時分析和改進，并注意觀察施工支護工作面的狀態，試挖掌子面，無明顯滲水時，即可進行開挖作業。

1）按照小導管超前支護技術安裝、布置小導管時，應按照隧道淺埋開挖的輪廓線將小導管從鋼格柵腹部穿過，并將導管底部與格柵拱架固定起來。安裝受阻時用鉆機將導管頂入，頂入深度應不小于導管長度的90%，各支護小導管之間的環向距離約為30 cm，之后，施工人員可將注漿閥門、小導管相連接，為避免出現漏漿問題，可用錨固劑處理鉆孔、注漿管的間隙，使其充分銜接后進行注漿。

2）注漿前期，將配制好的混凝土噴射在隧道坑道處，噴射厚度為10 cm，噴射區域的漿層強度較高時，可有效避免圍巖裂縫中滲漏漿液。注漿過程中小導管注漿的速度與圍巖、地層孔隙率、注漿設備動力系數有關，通常情況下，注漿速度應保持在5～110 L/min。而在控制超前小導管注漿量時，可參考的信息包括支護工藝、漿液特性及其凝固后對巖體的支護作用。施工人員可結合淺埋開挖施工時的基本需求，注入適量的漿液，確保巖體結構的強度、防滲漏能力符合預期要求。

3）完成小導管注漿作業后還應及時檢查注漿效果。（1）小導管注漿結束后，會使圍巖在預支后與周圍粉土形成整體，產生“支護殼體”，借此提升隧道淺埋開挖時的土體剛度及強度，以避免隧道開挖時因應力釋放而出現坍塌現象。現場開挖檢驗后可知，本項目的注漿效果良好，小導管超前支護作用明顯。（2）地面沉降檢測同樣是檢驗小導管注漿效果的關鍵，所以，還應加強隧道開挖區域地表沉降值的監測，當沉降檢測點的沉降值控制在7～13 mm 以內且小于基本預警值20 mm 時，表示地面沉降數據趨于穩定。（3）施工人員還應查看鉆孔內注漿壓力及注漿量，分析其是否符合小導管超前支護的技術要求，確定其符合設計值后，根據注漿量估算漿液擴散半徑，評估注漿效果。

4.4 隧道淺埋開挖

4.4.1 小導管超前支護的隧道淺埋開挖流程

隧道工程建設中，基于小導管超前支護技術與淺埋暗挖法的施工流程包括施工前準備、開挖隧道覆蓋層、邊坡支護、上部小導管超前支護、上部開挖、下部小導管超前支護、下部開挖、施作仰拱、填充混凝土、二次襯砌等內容。維通公路項目施工中淺埋暗挖的具體方式采用臺階開挖法，在完成超前小導管支護、導管內注漿等作業后，可正式進行隧道開挖工作。

4.4.2 小導管超前支護時的隧道開挖工藝

隧道施工中臺階開挖法是將隧道斷面劃分為多個斷面，然后分段實施開挖作業。隧道淺埋開挖施工中臺階法的應用較為廣泛，具體包括中隔墻臺階法、正臺階法等類型。其中，正臺階法在實際應用中可通過及早閉合支護的方式，控制地面沉降。維通公路2#隧道進出口段表層均為全風化巖，圍巖較為軟弱，所以，可采用靈活性較強的正臺階法。但在實際應用正臺階法時，還應合理控制隔斷門的臺階長度、斷面分塊。通常情況下，普通地質條件的隧道工程其臺階長度應保持在5～8 m，若因地下水而出現開挖困難問題時，應適當延長臺階長度，實際長度約為15 m。

具體施工流程可分兩部分進行：（1）正式開挖時用小導管進行超前支護注漿，然后開挖隧道上部弧形區域，安裝上部支護鋼架，并在隧道上部拱墻處噴射混凝土，同時開挖上方的核心土層、安裝臨時支護的橫撐。（2）開挖下層土方，安裝下層支護鋼架，將混凝土噴射在下層邊墻處，開挖隧道底板、安裝底板處的支護鋼架。

采用正臺階法進行隧道淺埋開挖施工時，還應重視以下工作：（1）隧道開挖時，開挖循環進尺應與一榀格柵間距相同，開挖過程中注意控制開挖時的水平線、中線、輪廓，同時注意預防超挖風險，人工修鑿欠挖區域時，還應注意預留變形。（2）開挖時盡量保留核心土體，初次支護完畢后開挖該區域。若圍巖本身的穩固性不強，采用臺階法時應適當縮短臺階長度，并閉合支護體系，聯合應用鋼架結構時，鋼格柵可用螺栓連接。

5 結語

綜上所述，超前小導管支護技術作為隧道工程建設中的輔助工法之一，能夠在隧道淺埋暗挖時增強地層穩定性。但是對于不同地質條件的隧道工程，其對小導管規格的要求會有明顯差異，對此，可根據實際情況特制超前支護小導管。小導管注漿、安裝過程中應明確注漿配制比例與安裝方法，持續規范隧道淺埋暗挖施工流程，借此有效地增強隧道掌子面的穩固性，保障隧道開挖的安全性。