软弱围岩小净距隧道超前小导管施工技术

软弱围岩小净距隧道超前小导管施工技术

刘志义,翟奕淇

云南楚姚高速公路有限公司 云南云岭高速公路工程咨询有限公司

摘要：文章以高速公路工程隧道项目为例，首先分析了软弱围岩小净距隧道超前小导管参数设计，然后从施工准备、小导管加工、小导管安装、注浆施工以及注意事项等方面研究了超前小导管施工技术。实践表明，通过合理使用超前小导管施工技术，有效保证了软弱围岩隧道施工质量及安全，也为类似项目施工提供了参考与借鉴。

关键词：软弱围岩；小净距隧道；超前小导管；施工技术；

1. 项目背景

此高速公路工程的全线长度是62.38km，起讫桩号是K133+295--K95+675，采用的是双向八车道，设计的行车速度是120km/h，整体式路基的宽度是40.5m，分离式路基的宽度是2×20.5m。此项目包含了一座隧道，采用的是双向四车道，限定的行车速度是80km/h，考虑到隧道属于软弱围岩地质条件，所以通过分析、讨论以及研究后确定采用超前小导管施工技术。

2. 超前小导管设计

2.1小导管参数设计

此项目中小导管选择的是热轧无缝钢管（其直径φ=42mm，壁厚度是4.5mm，长度是4500mm）。而在具体施工阶段，为了使超前小导管能够有效插入到围岩之中，钢管头部的设计应采用锥形，同时从管壁周围钻压浆孔（其直径φ=8mm）[1]。此外，超前小导管的环向间距确定是40cm，搭接长度≥1m，而外插角则要控制为10°至15°。

2.2注浆浆液参数设计

浆液中水玻璃与水泥浆的体积比控制是0.5:1，水泥浆液的水灰比控制是1:1，选择的是普通硅酸盐水泥，施工阶段的注浆压力需要保证处于0.5MPa至1.0MPa之间。若是隧道围岩处地下水比较少，则应选择纯水泥浆液；若是隧道围岩处地下水较为发育，则应选择“水泥+水玻璃”浆液[2]。施工时所有注浆孔内的注浆量符合设计要求的压力数值之后就要及时停止注浆。注浆施工结束之后，必须保证拱部开挖无坍塌与渗漏水等现象。此外，小导管浆液的扩散半径应保证≥0.3m，小导管布设情况详见图1。

图1 超前小导管布设

3. 施工技术

此项目中超前小导管施工流程详见图2所示。

图2 超前小导管施工流程

3.1施工准备

根据隧道项目设计图纸与施工条件等建立合理、可行的防干扰措施。针对施工阶段需要应用的钻孔设备、试验设备、检测设备以及仪表器材等实施严格检查，确保各项设备性能处于最佳状态，同时工作压力能够符合注浆施工压力要求[3]。以试验方式合理确定注浆半径、扩散半径、浆液配合比、注浆压力以及注浆施工速度等各项参数。

3.2小导管加工

在小导管加工阶段，需要把钢管的前段加工制作成为尖锥形，从小导管管壁上预留注浆孔（其直径φ=8mm），同时在注浆管的尾部合理预留止浆段（长度是35cm）。为了能够保证浆液有序压入到隧道围岩中，具体施工时必须安排专业技术人员通过手持风钻的方式实施钻孔，紧接着将导管插入至钻孔内。而在顶进施工阶段，选择专用顶头实施顶进，其中顶进长度应≥管长90%[4]。为了能够确保钢管顶进至孔内后，孔内壁间隙密实堵塞，应从钢管尾部位置焊接钢筋挡圈（其直径φ=6mm），紧接着采用胶泥麻筋缠裹成为楔形。同时钢管的尾部必须预留足够长度，然后与钢拱架进行焊接。

3.3钻孔及小导管安装

实施小导管打管前，应结合设计要求精准标划小导管位置。在小导管安装阶段，首先采用YT-28型风钻实施钻孔，采取有效措施严格控制钻孔深度，而钻孔直径应＞设计钢管直径3mm至5mm。此项目中小导管顶入至孔内的长度需要达到钢管总长度的90%，同时纵向搭接长度必须符合设计规定要求。在钻孔施工阶段，以方向架方式进行钻孔方向控制，从而确保孔位的精准性。待钻孔施工结束之后，需要安排专业技术人员负责钻孔效果检测，以免发生串孔现象，同时实施清孔作业，从孔口部位设置排气管与垫板，清孔完成后及时采用快凝砂浆实施孔口封闭处理，其中封口长度需要保证为20cm至30cm。通过小导管把浆液注入至岩体内，当排气管溢浆后，则应及时拆除排气管，然后绑扎固定，紧接着持续进行注浆。

3.4注浆施工

此项目注浆施工阶段，选择拌和机进行水泥浆均匀、充分搅拌，根据拌和机的具体容量及工作能力合理进行投料，同时参考凝胶时间与地层条件确定最佳的水泥浆液浓度，浆液配合比控制为1:1至1.5:1。在实施投料的过程中需要一边加水一边掺入缓凝剂，并对浆液进行均匀搅拌，在水的掺入量符合设计规定要求之后，继续实施水泥砂浆搅拌（其中拌和时间控制为1min），紧接着掺入水泥，持续搅拌时间控制为3min[5]。结合具体凝胶时间合理确定缓凝剂的掺入量，一般缓凝剂掺入量是水泥用量的2%至3%。

在注浆施工前应把管内的杂物等冲洗干净，同时从小导管尾部与输浆管进行紧密连接，按照由下至上的顺序实施注浆。操作注浆施工过程中，通过电动注浆设备将浆液灌入至孔内，为了能够有效控制漏浆问题，从掌子面处先喷射混凝土（厚度控制在5mm至10mm之间）。注浆施工时还应展开试验，以确定最佳的注浆量与注浆压力。若是不具备开展试验的条件，则需要根据注浆半径20cm由大至小的顺序合理调整。待注浆施工结束之后，为了有效控制浆液外流现象，应将钢管的管口紧密堵塞。此外，需要安排专业人员负责注浆施工观测，以确保注浆施工效果。

3.5异常情况处理

（1）串浆处理。施工阶段若是发生了串浆现象，则应通过多台注浆机实施注浆作业，同时将串浆孔紧密堵塞，而在该孔注浆施工中把堵塞物拔出，通过高压风或者是高压水将孔内杂物清理干净，然后再实施注浆。

（2）注浆液采用水玻璃、水泥双液或者是水泥单液，考虑到注浆量比较大，短时间内压力难以升高，所以应合理调整浆液配合比与浆液浓度，适当缩短胶凝时间。

（3）若是超前小导管施工时泵压突然间增大，则必须立即停机检查是否发生堵管现象。

3.6注意事项

为了能够严格控制压力爆破造成施工技术人员伤害问题，需要在实施超前小导管注浆的过程中认真检查接头、管路以及机具牢固性；采用的钢管必须确保顺直，且间隔距离符合设计规定要求；导管安装施工前，应全面清理与检查施工面牢固性，精准测放钻孔位置；钻孔施工阶段，保证钻孔深度＞导管实际长度，同时顶入长度保证＞导管长度90%；环向导管外插角处于5°至10°；注浆施工结束之后，必须立即清洗管路与注浆泵，从而为后续注浆施工创造有利条件。

总结：

本文结合高速公路工程隧道项目实际情况，首先对软弱围岩小净距隧道超前小导管设计进行了分析，然后重点研究了软弱围岩小净距隧道超前小导管施工技术，主要包含了施工准备、小导管加工、小导管安装、注浆施工以及注意事项等。实践研究表明，通过合理使用超前小导管施工技术，有效保证了软弱围岩隧道施工质量及安全，也为类似项目施工提供了借鉴。

参考文献：

[1]张正雨,罗伟庭,李敢,邱琼,王以杰,刘莉.超前小导管支护下三台阶法在原位扩建隧道工程中的应用[J].施工技术,2019,48(17):81-84.

[2]李冠鹏. 断层破碎带处隧道开挖方法和超前小导管注浆对变形控制效果研究[D].兰州交通大学,2019.

[3]李勇,黄凌君,兰升元,宁赋岩.断层破碎带公路隧道底鼓小导管注浆数值模拟[J].水利与建筑工程学报,2020,18(06):153-157+171.

[4]吴旦,皮圣,荆永波,杨玉贵.超前小导管支护快速进洞技术在软弱围岩隧道工程中的应用[J].中外公路,2021,41(01):186-189.

[5]李林刚.超前小导管注浆处理黄土隧道红砂岩夹细砂层段的施工技术[J].智能城市,2021,7(07):33-34.

作者信息：刘志义 1987年9月 男 硕士研究生 从事公路工程建设管理