超前小导管在全风化砂岩中的应用

超前小导管在全风化砂岩中的应用

梁振华

通号工程局集团建设工程有限公司湖南长沙

摘要：在隧道施工中，地形地质情况复杂，不可预见因素较多。在现今普遍的新奥法施工方式中，初期支护措施是确保隧道稳定、质量、安全的重要工序环节。初期支护中，超前小导管支护是处理隧道软弱破碎带常用的支护方式。本文主要对龙华山隧道全风化砂岩段施作超前小导管的施工工艺、操作要点、异常现象处理办法进行阐述。

关键词：初期支护；全风化砂岩；软弱破碎带；超前小导管

一、工程概况

龙华山隧道位于江西省赣州市境内，是赣龙铁路扩能改造工程的全线控制性工程。进口里程DK37+728，位于赣县吉埠镇建节村，出口里程位于DK45+284，位于于都县罗坳镇桥头村，隧道全长7550m。隧道洞身线路大体呈W-E向展布。龙华山隧道隧址区主要发育中小型断裂构造，区内有2条断层、5条岩性分界线、2条节理密集带穿越隧道。其中：隧道出口端DK44+690-DK44+940段，为岩性分界带，下伏基岩为D2n-D3zl砂岩，全风化，褐黄色，岩石结构构造已完全破坏，岩芯呈砂土状，手捏易碎。该段围岩分级为Ⅳ、Ⅴ围岩。主要支护方式为型钢钢架、超前小导管。

二、小导管施工工艺

（一）确定小导管参数

1、超前小导管采用Φ42mm、壁厚3.5mm的热轧无缝钢管

2、小导管环向间距40cm；

3、外插角5°～10°，可根据实际情况调整；

4、注浆管的外露端支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。

5、注浆设备采用KBY-50/70注浆泵，压注水泥浆时注浆压力依据地层致密程度决定，一般为0.5～1.0MPa。

6、注浆材料采用水泥浆液，水灰比1：1（重量比）。

（二）明确施工顺序

程序顺序为：导管制作、钻孔、安放导管、注浆、效果检验等。

三、施工要求与施工程序

（一）施工准备

1、选定合格注浆用料，其名称、规格、材质、技术标准必须符合相关规范要求，辅助用料量准备充分。一般浆液应按照粘土系、水泥系、水泥化学浆液系、化学药液系来选择。针对龙华山隧道地下水丰富，采用水泥—水玻璃双液注浆。

2、选定注浆设备，包括钻孔、注浆、实验、检测的设备和仪表器材工具。

3、拟订实验方案，决定实验和检查办法，确定要收集的数据，以便选定注浆参数。注浆参数包括注浆有效范围、单孔注浆浆液扩散半径、注浆压力、注浆速度、浆液初凝时间、浆液配合比、止水盘最小尺寸等。

超前小导管施工工艺流程图

（三）小导管安装

1、测量放样，在设计孔位上做好标记，采用风动凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大20mm以上。外露端支撑于开挖面的钢架上，与钢架共同组成预支护体系，并用高压风将钢管内的砂石吹出。

2、拱部小导管施工前1.5m（即三榀拱架）必须逐渐提升拱架高度，第1、2、3榀拱架的提升高度分别为5-8cm、12-15cm、20-26cm；小导管紧贴第3榀拱架下打入，第3榀拱架作小导管作用。

3、打管采用气腿式风枪进行施工，在风枪前端加工一块2cm厚的垫板，直接靠风枪的振动力将小导管顶进。

4、小导管顶进时控制打管偏差，横向和竖向的偏差均不得大于1°。

5、小导管打入后，将管头与管上部的支护工字钢焊接，使小导管在下一组开挖时起到棚架的作用。

（四）注浆

1、注浆施工中要填写注浆记录，留意观察施工支护工作面的。注浆参数应根据注浆试验结果及现场实际情况调整。

2、小导管打入后用高压风将管内的积砂吹净，采用高压风吹管的同时也能将导管周围的砂体吹出一部分，起到扩孔的作用。

3、吹管后，用木塞将管口堵住，以便进行喷射混凝土施工。同时封闭管壁周围，做为止浆墙，止浆墙厚25cm，同时将掌子面也进行喷射混凝土处理，喷射混凝土为5cm，以防止浆液顺止浆墙与砂体的接触面从掌子面流出。

4、注浆前进行压水试验，检查机械设备是否正常，管路连接是否正常。

5、小导管注浆时将此管的木塞取出，进行注浆，注浆的压力保证在0.8～1.6MPa之间，持续时间在3～8min，防止过压造成浆液外泄，形成浪费。注浆时每隔2～5根管注1根管，因为管间距较小，因高压风吹孔，已使部分管间连通，注中间的管不但浪费时间，即使注浆也注不进去。

6、注浆顺序由下向上，浆液可用拌合机搅拌。

7、水泥浆水灰比为（重量比）1：1，浆液由稀到浓逐级变换。即先注稀浆，然后逐步变浓直到1：1为止。

8、注浆顺序一般是先内圈后外圈（在双排孔时），从拱顶顺序往下注：先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔。

9、注浆量达到设计注浆量和注浆压力达到设计终压时可结束注浆。

小导管注浆工艺图

（五）钻注原则

1、先外后内：先从断面外侧，逐步向中间或内侧钻注。

2、先疏后密：每排孔先间隔式钻注，再补注中间的加密孔，逐步形成帷幕。

3、外密内疏：毛洞四周布孔较密，隧道断面内布孔少而疏。

4、反复钻、注：注浆段各注浆孔均应根据进浆情况反复钻、注，保证固结范围达到设计要求。

5、开孔诱导：注浆时在需要重点加固处设置通气诱导孔，诱导浆液至设计范围，之后适时关闭诱导孔。

（六）注浆效果检查及质量判定

1、注浆效果检查分过程中检查、结束时检查和开挖过程中检查。

2、注浆过程中检查主要是检查浆液胶凝时间。

3、注浆结束时，检查注浆记录，看每孔注浆量是否达到结束标准，孔数是否与设计一致。

4、开挖时，看开挖边缘是否整齐、浆液固砂情况、浆液渗透半径等，以便为下一步修改注浆参数提供依据。

5、根据各阶段检查情况，评定合格与不合格。注浆过程中及结束时，如质量不合格时，应返工。开挖时发现质量不好，除在下一循环改进外，应加强支护措施。

（七）注浆异常现象及原因和处理方法

1、泵压下降，注浆量突然增大。作业面跑浆，止浆岩盘压浆充填不密实，或孔浆封堵不严等。

处理方法：用麻棉丝或锯末加凝胶泥进行外部封堵，并作间歇压浆，间歇时间不能超过浆液的凝胶时间，若跑浆很严重，还可用改变双液体积比（C：S）配比，缩短凝胶时间来加以控制。如采用上述办法都不见效时，应重新补孔、喷砼，再进行补压。

2、泵压突增，而压浆孔压力升压很慢或不升压，吸浆能力降低或停止。长时间不上压。

处理方法：产生这重现象的原因一般是浆液超扩散，这时，必须首先查明有无浆液流失，泵的吸浆是否正常。根据地质资料和钻孔记录，前方是否有断层、溶洞、大裂隙等，从而采取相应措施：浆液流失，采取封堵、缩短凝胶时间、间歇注浆等方法加以控制。或者泵吸浆不正常，应加以排除。如有断层等，应调浓浆液、缩短胶凝时间、加大排量压注。

3、上压很快，不吸浆

处理方法：一般是管路阀门没开启，或地层泥砂堵死了注浆管，应打开阀门，或把注浆管掏空。

4、输浆管路堵塞

处理方法：注浆时，当有一台泵不吸浆，应立即拆泵清洗，但另一台泵应继续压注。

5、泵压及注浆孔口压力突然上升，吸浆能力降低或停止。混合器或注浆管路堵塞

处理方法：单液压浆或压注清水，待泵正常后再正规继续压浆。

6、泵压骤降，吸浆量迅速减小或不吸浆。泵的吸水笼头或吸浆口球阀（即低压阀）被堵

处理方法：停浆清洗

四、结语

龙华山隧道出口工区，通过高效的施作小导管超前预支护，提高了自稳效果，安全快速地通过了隧道岩层破碎带和岩性分界带。采用规范的小导管超前预支护施工方法能够使导管连成一体，能提高施工进度，更能确保隧道的施工安全。

参考文献：

[1]中国中铁四院.《龙华山隧道设计图赣龙扩施（隧）-06》，2011年3月

[2]关宝树.《隧道工程施工要点集》，人民交通出版社，2002年9月

[3]陈秋南.《隧道工程》，机械工业出版社，2007年4月

[4]铁道部第二工程局《铁路工程施工技术手册（隧道）》，中国铁道出版社2010年