超前小導管注漿施工技術探究

畢新華 夏文龍

摘 要：近年來，在隧道工程施工中，由于小導管注漿加鋼支撐具有穩定隧道圍巖、簡單便捷，經濟實效等特點，已得到廣泛應用。為此本文作者結合深圳地鐵七號線西茶礦山區間隧道工程實例，主要就超前注漿小導管施工工藝及施工方法進行了闡述。

關鍵字：地鐵，礦山法隧道，超前小導管，支護

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

1、支護機理分析

超前注漿小導管的施做，使得掌子面圍巖開挖后，產生不同于未施做時的二次應力狀態，

另一方面，通過高壓注漿改變了巖體的結構參數。通過這兩方面的作用，在未經開挖的巖土體中形成剛度較大的加固圈，提高了巖土體的穩定性，使得隧道開挖時，圍巖塑性區出現的時間得到延緩并使圍巖的塑性區減小。

通過小導管向巖土體內注入漿液，不但提高了巖土體的力學性能指標，還起到了防水的作用?？傊?，超前注漿小導管技術的支護機理分析可以從兩方面來考慮：小導管的注漿加固機理和結構作用，通過小導管向巖土體內注入漿液，不但提高了巖土體的力學性能指標，還起到了防水的作用?？傊?，超前注漿小導管技術的支護機理分析可以從兩方面來考慮：小導管的注漿加固機理和結構作用。

1.1小導管的注漿加固機理

超前注漿小導管支護技術在使用過程中，通過小導管上的出漿孔，將漿液均勻地壓注到圍巖中，以達到加固圍巖的作用。

在超前注漿小導管支護技術中，采用填充注漿、滲透注漿、劈裂注漿或擠密注漿等機理，在化學膠結作用、惰性填充作用和離子交換作用下，可以改良巖土的現有的性質或從根本上改變巖土的物理化學性質，從而在被注范圍內產生一種新的物質。被注漿加固介質強度的增長是一種受多種因素制約的復雜的物理化學過程，漿液與界面的結合形式、漿液飽和度、時間效應以及灌漿材料對注漿效果起著重要的作用。

1.2小導管的結構作用

小導管隨著注漿后圍巖強度的增長起到了錨桿、棚架和錨桿樁等多重作用，使得被加固區圍巖密實，整體穩定性增大，可達到理想的開挖條件。

小導管的錨桿作用機理如同錨桿的錨固機理，主要有聯接原理、組合梁原理和均勻壓縮拱原理三種。在隧道的超前支護中，三種作用原理同時存在，但究竟以哪種原理為主，要根據地質條件、工藝、和小導管的布置方式綜合分析，往往是兩種或三種的綜合作用。

2、工程概況

深圳市城市軌道交通7號線工程西麗站～茶光站區間起于西麗站南端，止于茶光站北端，區間總長度為872.533m。區間從上往下地質情況為：素填土、礫質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖、微風化花崗巖。區間隧道超前支護采用小導管注漿，初期支護包括格柵鋼架、鋼筋網和噴射混凝土三項工程。超前支護注漿小導管，采用無縫鋼管，壁厚3.5mm，L=3.0m，環向間距0.3m，縱向間距1.5m。鋼管前端呈尖錐形，尾部焊上鋼筋勁筋，鋼管尾端置于格柵鋼架腹部，并與格柵鋼筋焊接牢固。超前注漿小導管預加固地層，注漿漿液采用水灰比為1:1的水泥漿。超前注漿小導管加固地層技術，是通過沿隧道開挖輪廓線外縱向向前傾斜鉆孔安設注漿管，并注入漿液，達到超前加固圍巖和止水的目的，同時小導管還可起到超前管棚預支護作用。

3、超前注漿小導管施工工藝及施工方法

3.1 超前注漿小導管施工工藝

超前小導管注漿加鋼支撐是隧道施工輔助穩定開挖的一種方法，簡稱小管棚施工工藝。在隧道開挖前或開挖中采用該輔助施工方法與穩定措施，以加強隧道圍巖穩定。

3.2超前注漿小導管施工方法

西茶區間隧道Ф42x3.5mm熱軋鋼管制作的小導管超前支護，配合型鋼鋼架使用。

3.2.1 小導管設計參數

小導管采用φ42mm、壁厚3.5mm的熱軋鋼管，長度為3.0m。注漿管一端做成尖形，另一端焊上鐵箍。在距離鐵箍0.5～1.0m處開始鉆孔，鉆孔沿管壁間隔150mm，呈梅花型布設，孔位互成90°，孔徑6～8mm。

根據施工圖設計：采用雙層小導管沿拱部180°范圍的輪廓線環向布置，小導管環向間距按設計為0.3m，縱向間距2.0m。外插角18°，小導管縱向搭接長度≥1.5m。

3.2.2 鉆孔

（1）測量放樣

小導管孔鉆孔前，進行孔位測量放樣，孔位測量做到位置準確，鉆孔要按放樣進行，并設方向架控制鉆孔方位，使得孔位外插角符合設計要求，鉆孔直徑應比鋼管直徑大 5mm，以便于導管安設。

（2）鉆孔：采用 20m3 電動空壓機供風，YT28 氣腿鉆鉆孔。

（3）清孔：鉆孔完成后采用高壓風、水清洗，吹沖干凈孔內砂塵及積水。所有鉆孔完成后均由質檢部門人員進行檢驗。

3.2.3 小導管安裝

小導管安裝采用先鉆孔后下管法進行施工，小導管安設時將小導管穿過型鋼鋼架（型鋼鋼架腹部割孔），用氣腿鉆鉆機推入，推入長度不小于鋼管長度的 90%，并用高壓風槍將鋼管內的砂石吹出。

3.2.4 孔口密封后巖面封閉

小導管安設完成后，應用塑膠泥封堵管口，每一循環小導管注漿前，上半斷面掌子面及頂拱工作面采用噴 C25 混凝土封閉，厚度為 30cm，以防漏漿。

3.2.5注漿

小導管注漿材料及配合比根據不同地質情況和設計要求采用單液水泥漿：水泥采用Po32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿水灰比為1∶1。注漿壓力應根據地層致密程度決定，一般為0.1～0.3MPa。用KBY-50/70注漿機進行注漿，采用注漿量和注漿壓力雙控原則進行注漿時間的控制。注漿漿液采用拌和機拌和，并在注漿過程中不斷攪拌。注漿按由下至上的順序施工，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。注漿參數在正式施工前進行試驗，結束標準采用定壓、定量雙控制。

注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸減少，當壓力達到注漿終壓，注漿量達到設計注漿量的 80%以上，可結束該孔注漿；注漿壓力未達到設計終壓，注漿量已達到設計注漿量，并無漏漿現象，亦可結束該孔注漿。

4、質量保證措施

4.1 施工之前，對施工人員進行詳細的技術交底，使得施工管理人員、施工人員熟悉小導管施工工藝要求，嚴格按照設計和規范要求進行施工。

4.2 所有材料除必須有出廠合格證外，還要進行進場抽檢；重要材料（如鋼管、水泥、水玻璃等）需按有關規范做驗收試驗，試驗合格后方可投入使用。

4.3小導管鉆孔深度、方向、外插角、孔徑應符合設計要求。注漿前，孔內的石屑、巖粉須清理干凈，并將孔內積水排凈，鉆孔驗收合格后及時組織進行小導管注漿施工。

4.4 注漿：

⑴小導管安設完成后，應用塑膠泥封堵管口，每一循環小導管注漿前，上半斷面掌子面及頂拱工作面采用噴 C25 混凝土封閉，厚度為30cm，以防漏漿。

⑵注漿時由兩側對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿，先無水孔，后有水孔，應利用止漿塞保持孔內漿液完全凝固，若有串漿或跑漿時采用間隔注漿，最后完成全部注漿。

⑶小導管注漿的孔口最高壓力應嚴格控制在允許的范圍內，

⑷注漿結束條件應根據注漿壓力和單孔注漿量兩個指標來判斷確定。

⑸注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管，跑漿，漏漿，做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

5、結論

利用超前小導管作為淺埋進口段的超前支護，其成功取決于往管內注漿以固結軟弱圍巖、充填鋼管與孔壁間的空隙，使導管與圍巖固結緊密，以提高鋼管強度。開挖后架設拱形鋼架支撐，形成牢固的殼狀支護結構，有效地阻止松散圍巖的坍塌，為安全進洞及坍塌處理創造了良好的施工條件。

參考文獻：

[1] 韓志懷.象山隧道巖溶地段全斷面超前注漿堵水與加固技術[J].隧道建設, 2009, 29(5): 31-32.

[2] 張民慶,彭 峰.地下工程注漿技術[M].北京:地質出版社, 2008: 69.

[3] 張永鈞,葉書麟.既有建筑地基基礎加固工程實例應用手冊[M].北京:中國建筑工業出版社, 2002.

[4] 中鐵隧道集團有限公司科學技術研究所.地鐵暗挖隧道注漿施工技術規程[M].北京:北京市建設委員會, 2004: 4-10.