超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)在放水洞開挖中應(yīng)用

賈來喜

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

0 引言

通過采用超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)，在放水洞開挖前就改變了圍巖的初始應(yīng)力，在進(jìn)行二次應(yīng)力分布中，超前小導(dǎo)管能夠起到支撐梁和錨桿的效果，此外，超前小導(dǎo)管注漿施工完成之后，還能改變巖體的變形參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)，促使放水洞在開挖中，圍巖塑性區(qū)出現(xiàn)的時(shí)間會(huì)得到延遲，并減少圍巖塑性區(qū)，從而達(dá)到加固放水洞圍巖穩(wěn)定性和承載力的目的。

1 工程概述

韓城市侯家峪水庫是一座具有村鎮(zhèn)居民生活供水和農(nóng)業(yè)灌溉功能的Ⅳ等小（1）型水利樞紐工程。放水洞位于大壩右側(cè)，洞身長(zhǎng)307m，進(jìn)口底板高程537m，出口底板高程522m，洞身坡降為5%，總長(zhǎng)為399.8m。

2 工程地質(zhì)情況

設(shè)計(jì)0+003～0+180.8 段位于河流二級(jí)階地，上部地層為④黃土、⑤古壤土、⑥粉質(zhì)壤土及⑥1粉質(zhì)壤土混碎石層，下部為強(qiáng)～弱風(fēng)化的砂泥巖。本段洞室圍巖主要為⑥粉質(zhì)壤土層和強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖，巖石破碎，圍巖類別Ⅴ級(jí)，該段洞室位于地下水位以下，洞頂以上土層厚度約5～30m，開挖易坍塌，建議超前支護(hù)。

3 施工參數(shù)選取

3.1 直徑確定

在案例工程施工中，為方便現(xiàn)場(chǎng)施工，超前小導(dǎo)管直徑要控制在32～60mm 之間，如果超前小導(dǎo)管的太大，會(huì)增大鉆眼和打入的難度，增加施工成本。如果太小，就無法起支撐錨固和注漿通道的作用。結(jié)合本工程的地質(zhì)條件，采取了直徑為42mm 的超前小導(dǎo)管，效果比較好。

3.2 長(zhǎng)度確定

在超前小導(dǎo)管注漿施工中，小導(dǎo)管長(zhǎng)度由防水到一次開挖的長(zhǎng)度以及放水洞圍巖的穩(wěn)定性來確定。而圍巖的自穩(wěn)能力，則主要由巖體的內(nèi)摩擦角φ 來決定，具體的長(zhǎng)度可通過式（1）計(jì)算得到。

式中：L——超前小導(dǎo)管的長(zhǎng)度，m；φ——放水洞圍巖的塌落角度，°；H——圍巖的坍落度，m。

（1）通過φ 可得到防水到開挖中掌子面上巖體的穩(wěn)定性，φ 角越大，表明放水洞圍巖的自身穩(wěn)定性越強(qiáng)。在φ 保持不變的情況下，H 越大，放水洞開挖掌子面位置巖體坍塌的可能性也就越大。在具體施工中，為保證施工質(zhì)量，通長(zhǎng)將φ 控制在60°以下。

（2）為滿足施工質(zhì)量的要求，考慮圍巖情況，小導(dǎo)管要控制在3～6m 之間效果最佳。如果遇到圍堰結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差洞段，小導(dǎo)管的長(zhǎng)度要取最大值。如果圍堰穩(wěn)定性比較好，沒有勘察出不良地質(zhì)，小導(dǎo)管的長(zhǎng)度要取最小值。而在進(jìn)行放水洞塌方處理中，要以小導(dǎo)管的最大打入長(zhǎng)度作為設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，通常情況下，小導(dǎo)管的長(zhǎng)度越大，則越利于施工。

3.3 外插角確定

超前小導(dǎo)管外插角的計(jì)算公式如式（2）所示。

在本工程中，為保證注漿施工效果，小導(dǎo)管的注漿半徑為選擇為0.5m，長(zhǎng)度選擇為3～6m，因此，小導(dǎo)管的外插角在5°～10°之間。

3.4 間距的確定

在塌方體處理過程中，小導(dǎo)管的間距需要采取密排的方法，按照塌體顆粒選擇合適的間距。而在進(jìn)行圍巖加固中人，如果遇到巖體非常破碎層，如碎石土、砂卵石層等，也采取密排的方法，間距取2 倍小導(dǎo)管直徑。在斷裂破碎地段，注漿間距控制在30cm 左右。

4 超前小導(dǎo)管注漿施工方案

4.1 小導(dǎo)管制作

本工程超前小導(dǎo)管注漿施中，選擇的小導(dǎo)管直徑為42mm，壁厚為3mm，為提升注漿效果，小導(dǎo)管采取了熱軋無縫鋼管，在管壁加工中，按照確定好的間距控制注漿花孔的位置和間距，控制孔徑為8mm，間距為15cm，呈現(xiàn)出梅花樁布設(shè)。小導(dǎo)管前端制作成錐尖狀，尾端30cm 的范圍內(nèi)不鉆孔，作為小導(dǎo)管注漿的止?jié){端。為保證小導(dǎo)管加工的精度，所有的小導(dǎo)管全部在鋼筋棚中加工制作，選擇用臺(tái)鉆鉆管壁注漿孔，端頭用電焊機(jī)焊接嚴(yán)密，具體的小導(dǎo)管制作如圖1 所示。

4.2 測(cè)定定位

嚴(yán)格按照設(shè)設(shè)計(jì)好的超前小導(dǎo)管位置，選擇高精度全站儀精確測(cè)放出小導(dǎo)管的位置，并用紅色油漆清楚標(biāo)記出掌子面掌各方小導(dǎo)管的精確位置，控制鉆孔直徑能夠大于設(shè)計(jì)導(dǎo)管直徑3～5mm，一般鉆孔孔徑為50cm，孔深要大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度10cm。放水洞開挖的長(zhǎng)度還要低于超前小導(dǎo)管支護(hù)的長(zhǎng)度。本工程隧道開挖中設(shè)計(jì)爆破進(jìn)尺為1m，注漿采取止?jié){塞進(jìn)行注漿，并在合適的位置設(shè)計(jì)注漿管和排氣管。保證排氣管能夠進(jìn)入孔底5～10cm，排氣管最好采取直徑為20mm 的塑料軟管。注漿結(jié)束的標(biāo)準(zhǔn)為達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量，或者是達(dá)到設(shè)計(jì)終壓標(biāo)準(zhǔn)也可以停止注漿。

課堂引入、語言表達(dá)和課件設(shè)計(jì)，構(gòu)成了學(xué)習(xí)者對(duì)授課教師課堂呈現(xiàn)效果的第一印象，屬教學(xué)基本功范疇，是決定課堂精彩與否的基本標(biāo)尺。對(duì)于授課教師尤其是青年教師而言，課堂引入的巧妙、語言表達(dá)的幽默和課件設(shè)計(jì)的精美會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)吸引學(xué)生注意力、激發(fā)求知欲，順利地開展教學(xué)。但過分地追求于此，則會(huì)使授課在深度上略顯不足和欠缺，教師還應(yīng)挖掘授課內(nèi)容在字里行間的深意，洞悉各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和成才標(biāo)準(zhǔn)，站在撫今追昔和繼往開來的歷史高度，帶給學(xué)生發(fā)自心靈深處的思索與感悟。

4.3 鉆孔、清孔、驗(yàn)孔

（1）在鉆孔時(shí)可采取手持風(fēng)鉆的方法進(jìn)行鉆孔，以設(shè)計(jì)的外插角向外進(jìn)行鉆孔，外插角的角度為6°，為最大限度上保證超前小導(dǎo)管的有效搭接長(zhǎng)度，在具體施工中需要嚴(yán)格控制好開挖進(jìn)尺深度，以保證以下循環(huán)施工能夠順利進(jìn)行。對(duì)砂類土而言，可采取直徑為20mm 的鋼管來自制作吹風(fēng)管，并將吹風(fēng)管緩慢扦入土中用高壓風(fēng)射，成孔之后再扦入小導(dǎo)管[1]。

（2）清孔時(shí)可采用手持風(fēng)鉆來回掃孔的方法完成清孔操作，去除孔底浮渣，保證鉆孔的孔徑、孔深都符合設(shè)計(jì)要求，以免發(fā)生堵孔問題。并用高壓風(fēng)機(jī)，將孔底和孔口的鉆渣清理干凈，然后用鋼尺對(duì)孔深、傾斜角、外插角等參數(shù)進(jìn)行檢查。

4.4 超前小導(dǎo)管安裝和注漿

鉆孔完成之后，需要及時(shí)安裝小導(dǎo)管，以免出現(xiàn)塌孔問題，在進(jìn)行小導(dǎo)管頂進(jìn)施工中，可采取大孔引導(dǎo)和風(fēng)鉆相互結(jié)合的方法，具體安裝方法為，先鉆大于小導(dǎo)管直徑的引導(dǎo)孔，再利用鉆機(jī)的沖壓力和推力低速頂進(jìn)鋼管。

（1）本工程在超前小導(dǎo)管注漿施工中，漿液選擇了水泥漿液，水灰比為0.5～1.0，注漿壓力控制在0.5MPa～1.0MPa，選擇的水泥標(biāo)號(hào)為P.042.5 型號(hào)水泥。單根小導(dǎo)管理論注漿量可通過式（3）計(jì)算。

式中：Q——注漿量，m3；R——漿液擴(kuò)散半徑，m，通常管體間距的0.6 倍，本工程管體間距為0.35cm，則R 為0.21m；L——注漿段的長(zhǎng)度，m；η——地層孔隙率，風(fēng)化巖層2%～3%，巖石破碎帶取5%～8%、砂土取40%～60%，黏土取20%～40%計(jì)算，本段取7%；α——漿液有效充填率，取85%；β——漿液損耗系數(shù)，取1.05。通過計(jì)算可知，本工程單管注漿量為0.026m3，也就是26L[2]。

（2）在注漿施工中，孔口采取注漿管注漿的方法，為保證注漿效果，孔口的排氣管和注漿管，可由閥門進(jìn)行有效控制，排氣管采取直徑為20mm 是塑料軟管，插入孔底5～10cm 的位置，連接上注漿管道和其他管路。通過錨固劑（特速硬水泥）封閉掌子面和導(dǎo)管之間的孔隙，以免發(fā)生漿液滲漏問題。關(guān)閉孔口閥門之后，開啟注漿泵進(jìn)行管路壓水試驗(yàn)，如果存在泄露問題及時(shí)檢查，保證試驗(yàn)壓力能夠等于注漿終壓。本工程超前小導(dǎo)管導(dǎo)管注漿終，密封管的結(jié)構(gòu)形式如圖2 所示。

（3）導(dǎo)管布設(shè)完成之后要及時(shí)開始注漿，但在正式注漿前，需要對(duì)所有孔眼安裝上止?jié){塞，同時(shí)對(duì)管口和孔口側(cè)進(jìn)行有效的密封處理。注漿用到的水泥漿液，要用拌合機(jī)集中配制，隨用隨拌，再通過液壓注漿機(jī)將漿液注入鋼管中，而且在進(jìn)行正式注漿之前，需要對(duì)管路、機(jī)械狀況等進(jìn)行詳細(xì)檢查，確認(rèn)無誤后按照確定好的參數(shù)進(jìn)行注漿操作。為提升注漿效果，保證第一次注漿的漿液被充分收縮之后，再進(jìn)行第二次注漿，以提升注漿的密實(shí)度。注漿采取注漿終壓和注漿量雙控措施，注漿壓力以0.5MPa～1.0MPa 為宜，持壓3～5min 后停止注漿，注漿量一般為鉆孔圓柱體的1.5 倍[3]。

（4）對(duì)注漿加固區(qū)進(jìn)行鉆孔取芯，觀察注漿充填情況。導(dǎo)管注漿后再打無孔管作為檢查管，檢查注漿質(zhì)量。有水地層可觀察無孔管孔內(nèi)涌水顏色及涌水量，水顏色如較澄清或夾帶水泥渣塊，則注漿效果較好，如涌水為泥漿顏色或涌水量較大時(shí)，應(yīng)補(bǔ)注或重注。

5 超前小導(dǎo)管注漿質(zhì)量保證措施

雖然超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)在施工效率，速到加固質(zhì)量等方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，但在具體施工中，依然存在很多問題亟待解決，需要嚴(yán)格控制好鉆孔質(zhì)量、注漿質(zhì)量，并加強(qiáng)異常處理，才能最大限度上發(fā)揮出超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更好的保證放水洞開挖的質(zhì)量。

5.1 鉆孔質(zhì)量控制措施

在超前小導(dǎo)管注漿施工中，為最大限度上保證使用質(zhì)量，在開始鉆孔前，需要精確測(cè)量好定位孔位、傾斜角、外插角等，同時(shí)每個(gè)孔進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)記和標(biāo)號(hào)。同時(shí)還要樣嚴(yán)格控制好鉆孔的平面位置，保證超前小導(dǎo)管和超前錨桿不會(huì)侵入放水洞開挖線之內(nèi)，相鄰的鋼管也不能相互交叉碰撞。而且成孔之后，需要對(duì)鉆孔的位置、深度、孔徑、外插角等進(jìn)行詳細(xì)檢查保證都達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，再用高壓風(fēng)機(jī)吹掃干凈，為注漿提供良好的條件。

5.2 注漿質(zhì)量控制措施

（1）在注漿中需要嚴(yán)格控制好漿液配合比，并用專用的拌合機(jī)進(jìn)行拌和，控制好漿液拌和時(shí)間，注重對(duì)漿液質(zhì)量的檢查。在整個(gè)注漿過程中，需要隨時(shí)檢查孔口、鄰孔、覆蓋層等位置是否存在串漿問題，如果發(fā)現(xiàn)串漿及時(shí)用麻紗、木楔、錨固劑等進(jìn)行封堵，保證不再串漿后再繼續(xù)注漿。

（2）相鄰孔眼在注漿時(shí)需要控制好注漿間隔時(shí)間，嚴(yán)禁連續(xù)注漿，為漿液固結(jié)提供充裕的時(shí)間，以提升注漿質(zhì)量。在注漿全過程，采取注漿終壓和注漿量聯(lián)合注漿質(zhì)量控制的方法。如果某一個(gè)注漿孔發(fā)生漿液注漿不通暢問題，被迫終止，可在鄰孔適當(dāng)加壓補(bǔ)償。注漿全部完成之后，及時(shí)檢查注漿效果，如果沒有達(dá)到要求及時(shí)補(bǔ)孔注漿。

5.3 注漿異常處理

串漿處理：在超前小導(dǎo)管注漿施工中，一旦發(fā)生串漿問題，需要及時(shí)堵塞串漿孔，輪到該孔注漿時(shí)，再取下堵塞物。并用細(xì)鋼筋，將管內(nèi)雜物清理干凈后再進(jìn)行注漿。

機(jī)械故障：如果在超前小導(dǎo)管注漿施工中發(fā)生泵壓突然升高問題，可能是出現(xiàn)了堵管問題，需要及時(shí)停機(jī)檢查。堵管問題處理后，再繼續(xù)注漿。

漏漿和耗漿量過大：加大漿液水膠比，降低壓力。將流量限制在10L 范圍內(nèi)，過一段時(shí)間后，再緩慢提升壓力，直到達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為止。

6 結(jié)語

超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)是目前淺埋暗挖隧道支護(hù)施工中常用的措施，可有效提升隧道圍巖的穩(wěn)定性，為放水洞開挖營(yíng)造一個(gè)良好的條件。和其他支護(hù)技術(shù)相比，施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，在很小的空間內(nèi)利用簡(jiǎn)單的工具就能進(jìn)行鉆眼和布管施工，如果遇到地層變化嚴(yán)重問題情況，可及時(shí)調(diào)整施工方案，具有良好的支護(hù)效果。