超前小导管注浆效果控制工法

超前小导管注浆效果控制工法

刘哲罗花

中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610000

摘要：在当前隧道施工中，在水利、公路、高铁等多种行业领域里，超前小导管得到了空前的推广和应用，超前小导管利用自身与钢架结合形成的棚架作用，以及通过超前小导管管体及花孔注浆达到对软弱岩层或碎裂、松散结构岩体松动圈的预固结作用，能够较好地改善洞身围岩受力状况。而这种对于岩体松动圈的预固结作用是通过注浆来实现，因此超前小导管的注浆效果控制是超前小导管施工中的关键环节。

关键词：小导管；安装；注浆；控制

笔者多年现场实际施工过程中发现：由于超前小导管上倾角度限制，孔口及管口如不采取有效封堵或止浆，浆液会因重力作用沿管口、孔口流失，注浆效果会大打折扣。同时在注浆压力控制、终止注浆时机把握、分序注浆等多重环节影响下，超前小导管的实际注浆效果往往均会较差，难以达到设计初衷，同时这类问题存在较大的普遍性。

为解决上述不足，中国水利水电第七工程局有限公司以金川电站新扎沟隧道工程为依托，经过工程实践及技术攻关，总结形成了“超前小导管注浆效果控制工法”并成功应用于工程实践中，取得了较好的注浆效果，有一定的社会和经济效益，值得深度推广和应用。

1.工艺原理

1.1从止浆环节入手，分别针对超前小导管孔口、管口以及起拱线以上部分掌子面（浆液渗透半径以内范围）通过喷砼封闭或有效堵塞管口达到止浆效果。

1.2采用对超前小导管进行分序灌浆来确保注浆的整体性和连续性，达到通过注浆改善洞身围岩受力结构的目的；

1.3在注浆过程中，通过注浆压力控制、终止注浆时机把握等多重环节把控，确保超前小导管注浆质量受控。

2施工工艺流程及操作要点

2.1施工工艺流程

超前小导管孔口喷砼作为止浆层→制备橡胶软管套在小导管上→对超前小导管进行编号、分序（间隔分为1序孔和2序孔）→将注浆管与橡胶软管有效连接→注浆过程控制→达到终止注浆条件后，将橡胶软管迂弯并捆上铅丝及时做到管口止浆→拆下注浆管进行下一孔注浆→浆液初凝后，将橡胶软管拆下，可重复利用。

2.2操作要点

2.2.1超前小导管孔口喷砼作为止浆层

超前小导管安装完成后，进行钢架喷砼的同时须对小导管孔口及起拱线以上部分掌子面（浆液渗透半径范围内，初定为0.5m）进行素喷混凝土封闭止浆。

1喷浆机的供风压力控制在0.4MPa，水压应比风压高0.1MPa左右，加水量凭喷浆手的经验加以控制，最合适的水灰比是0.4～0.5之间（重量比，在施工过程中依据实际情况可进行调整）。喷射过程中应根据出料量的变化及时调整给水量，保证水灰比准确，使喷射的混凝土无干斑，无流淌，粘着力强，回弹料少。

2按照水泥重量的3%～4%掺入速凝剂，提高素喷混凝土的早期强度。

3喷混凝土封闭厚度控制在10cm～15cm，在确保能够有效止浆。

2.2.2对超前小导管进行编号、分序

1编号：从一侧开始向另一侧依顺序编号，用喷漆标注清楚。

2分序：分为两序孔，1序孔为奇数孔，2序孔为偶数孔，先对1序孔进行注浆，完成后再对2序孔进行注浆。超前小导管注浆采用分序注浆的目的是确保注浆的整体性和连续性，使浆液渗透半径范围内形成一道连续拱墙，改善隧道围岩受力条件。连续拱墙效果如下图所示：

2.2.3注浆过程控制

1）注浆机的选择

采用ZMB-3型活塞式注浆机，电动机容量：3kw；电动机转速：1440r/min；柱塞缸数：1；排浆口胶管内径：32（1.5"）mm；进浆口管内径：64（2.5"）mm；重量：250Kg；外形尺寸（长×宽×高）1592mm×480mm×890mm；灰浆输送量：3m3/h；工作压力：2.0MPa；电动机容量：3kw；电动机转速：1440r/min。

2）注浆时操作注意事项

①浆液应需经过过滤网过滤。

②严格控制注浆压力，注浆机压力应与规定压力配套，不宜升压过快。注浆压力达到规定时应稳压一定时间以利浆液进一步渗缝。通过现场多次试验，稳压时间以3分钟为宜，如注浆压力超出1.0MPa，停止该孔注浆。

③注浆压力：0.5MPa～1.0MPa，过高的注浆压力则会对岩体造成劈裂或损伤，影响受力状态。对于吸浆量较大的裂隙、节理发育部位，通过调整浆液浓度、间歇待凝、掺入一定比例的水玻璃或速凝剂进行控制。

3质量控制要点

3.1在进行超前小导管注浆施工前，相关技术人员应就注浆过程质量控制要点对现场施工作业人员进行详细技术交底。

3.2做好原材料进场前的检测和试验工作，做到不合格的材料坚决清除出场；提前做好各种配合比试验工作，经监理工程师批准后使用，并严格控制各种材料用量。

3.3超前小导管注浆过程中若出现串孔现象，待串孔处超前小导管管口返浆后，对串孔处的超前小导管管口做止浆处理（将套在超前小导管管口的橡胶软管迂弯，捆上铅丝），继续注浆，直至达到终止注浆条件。

3.4超前小导管注浆过程中遇到其他本工法所未涉及到的特殊情况，应严格按照各种规范相关要求进行处理。

4安全措施要点

4.1班组长在进入工作面前应向施工人员做好安全技术交底；进入施工区域的施工人员必须穿戴好个人防护用具；高处作业人员必须配备安全防护用品；隧道施工人员必须遵守隧洞施工安全生产规章制度；非施工人员严禁进入施工区域；未经批准不准任意拆除安全设施和安全装置。

4.2专职安全人员每天应对施工区域进行巡查，发现施工人员有违反安全操作规程的行为应及时纠正；发现施工区域有险情应立即通知施工人员撤离危险区域。

4.3加强对机械设备的检查和保养，确保设备的完好率，严禁施工设备在施工区域乱停乱放，严禁设备带病工作。

4.4施工现场及作业点应有足够的照明，同时保证撤离通道的照明；施工用电线路架设和用电设备的接线安装应遵照施工用电的相关规程执行。

5应用实例

大渡河金川水电站省道S211改线公路工程起于新扎沟沟口处，与现省道S211线约K36+500处衔接，最终与现有S211省道约K31+200处相接，路线全长5.912km。该公路工程新扎沟隧道（2008年3月28日开工，2011年6月30日竣工，隧道全长680m，隧道石方洞挖85872.02m3）穿越地层为杂谷脑组上段薄～厚层状变质细砂岩夹含炭质千枚岩，岩体多成薄层～中厚层状结构，岩体中结构面发育，岩体极破碎，呈散体结构，且因洞室走向与岩层走向夹角较小，洞室围岩稳定性较差。隧道穿越新扎沟口右侧的松坪滑坡体，总体呈现出两个特征：

1埋深浅，局部洞段距离滑坡体表面仅50m左右，多次通过安设的地表观测墩发现：地表发生整体沉降，累计峰值达8.1cm。该情况说明部分洞段顶拱直至滑坡体表面均为匀质散体结构，塌腔成拱原理对其并不适用，隧道围岩受力结构极差，施工工程中随时将会有冒顶的危险。

2适逢雨季，由于散体结构透水性极强，石渣含水率极高，如若采用注浆，吸浆量势必受到很大影响，浆液渗透半径受到了很大限制。

面对该段洞室所处围岩特殊情况，在采用分层（上中下三层）、分幅（左右两幅）、预留核心土、人工开挖的方法的情况下，中国水利水电七局职工通过多方研讨、实验，针对超前小导管造孔及注浆工艺环节进行了多次技术改良（针对超前小导管造孔工艺的改良已获国家实用新型专利，专利号为ZL201020694018.3），最终确保了隧道安全、顺利贯通。在此实践的基础上时隔数年后笔者针对超前小导管注浆工艺总结出了《超前小导管注浆效果控制工法》。本工法具有施工简捷、操作性强的特点，在类似隧道工程中具有极高的推广应用价值。

参考文献：

[1]余永强，陈天恩，张文新等.超前小导管注浆对软岩隧道稳定性的影响[J].金属矿山，2013，（3）：32-35.

[2]王铁男，郝哲，杨青潮等.超前小导管注浆布置范围对地铁隧道开挖的影响分析[J].现代隧道技术，2010，47（5）：54-58，78.