水工隧洞超前小导管注浆支护技术应用

水工隧洞超前小导管注浆支护技术应用

宋忠辉

中铁六局集团路桥建设有限公司 湖南长沙 410007

摘  要

超前小导管注浆技术它具有很好的可靠和稳定性能，在岩溶地质或者较为特殊的地带有极强的，隧洞开挖过程中是一种辅助性的施工方法。本文以某隧洞工程为例，根据小导管的注浆原理，工艺方法，分析水工隧洞超前小导管注浆支护技术的应用，能有效确保隧洞开挖工程的施工质量和施工安全，从而在一定程度上提高施工效率。

关键词：水工隧洞；超前；小导管；注浆支护

一、工程概况

某水库位于某某镇某某村某某流域上游，正常库容920万m³，死水位315.7m，死库容340万m³；最大坝高32.3m，总库容1040万m³，距某县城约60km左右，是一座综合利用的水利工程，以灌溉为主，兼有防洪等，水库正常水位328m,。设计从邻近流域全年调流量990万m³，通过新建引水隧洞和渠道调入水库，满足水库灌区2.8万亩的农田灌溉。隧洞开挖过程中发现围岩破碎、裂隙发育，局部存在溶洞，出现塌方现象。

二、工程特点

（1）引水隧洞长1843m，洞身做全段面砼衬砌，石方洞挖、混凝土浇筑工程量大，中间不能开施工支洞，出渣及施工材料运输距离长，施工难度大，引水隧洞施工为本工程进度关键线路，直接关系到本工程能否按期完工。

（2）本地区降雨量较多，多年平均降水量为1300mm，降雨主要集中在每年的5～9月，尤以6、7两月最多（占全年的32.07%），梅雨季节长。引水隧洞进口在汛期有被淹没的危险，人员和设备要做防汛撤离预备，对施工安全及工期影响较大。

（3）引水隧洞围岩地质条件复杂，可能存在溶洞或溶槽等不良工程地质问题，施工难度大。本工程隧洞岩石破碎、地质软弱，开挖难度大，甚至容易发生塌方等危险事故。

三、隧洞做法及工序

1.开挖及支护方法

本工程隧洞洞径小，故采用全断面掘进的开挖方法。根据施工规范和本工程隧洞的地质条件，开挖原则按照“钻爆法”施工理论，在施工中应根据具体情况，遇到情况及时采取措施，调整施工方法，保证开挖施工安全。

在隧洞洞脸开挖施工时，应采小药量、弱爆破，避免爆破震动过大造成洞脸岩石发生松动、塌方现象。

表3-1 隧洞开挖、支护方案

2.超前小导管注浆支护

在Ⅳ类、V类围岩和存在裂隙洞段，为防止出现坍塌，开挖前沿拱顶环向打设超前小导管，直径采用φ32mm，长度为2.5m，环向间距0.3m,仰角12°～15°，必须从首榀钢架腹部穿过，每榀钢架打设一次超前小导管，两次打设超前导管重叠不小于1.0m。超前导管注浆采用灌浆泵向围岩压注水泥浆或改性水玻璃，对围岩进行加固，要求加固后的岩体，取芯单轴抗压强度达到0.3～0.5MPa以上。

3.初衬、二衬结构背后回填注浆

为保证衬砌质量和支护效果，要及时进行衬砌背后回填注浆，注浆孔宜在拱顶，两侧交错布置，且回填注浆管错开掌子面5m以上步距。本工程注浆管直径为32mm，材料为钢管，孔位竖向间距为1.5~2m。注浆压力控制在0.4Mpa以内，衬砌背后回填注浆配合比参照以下施工：

水泥、砂比1：1.5-1：1.3（重量比）

水灰比 1：1-1：1.1 

混凝土衬砌形成后，在拱部采用高强无收缩水泥浆进行回填注浆。在每仓混凝土范围设置注浆孔及排气孔各设置一个。注浆压力在0.1-0.3Mpa，注浆孔设置在下游方向。

4.塌方段临时支护

4.1钢拱架与前探梁超前临时支护法

在清理塌方体之前，对临近塌方体后方的三副钢拱架要做重点安全检查，特别是拱架的稳定性，拱架之间的联接筋必须焊接牢固，三架联接成一体。

前探梁采用Y60mm、厚度不小少6mm的无缝钢管制做，长度不小于6m，采用专用吊环，固定在钢拱架梁上。吊链为一条10×32×450mm的链子,与拱架顶梁捆绑在一起;卸扣为镀锌卸扣。

四、小导管施工方法及控制要点

1.施工方法

本工程为确保引水隧洞开挖过程的施工安全，不出现大的影响事件，保证质量，本工程绝大部分隧洞采用超前管预注浆方法施工,根据图纸要求使用超前小导管预注浆对隧洞拱顶土体进行加固，保证隧洞施工安全，及防止地面出现沉降。

2.隧洞内注浆加固措施

隧洞采用浅埋暗挖法施工，隧洞周边围岩主要为卵石、细砂。为保证隧洞开挖作业面的稳定，必须对围岩进行超前导管注浆加固。

3.钢拱架与超前小导管注浆支护法

3.1采用14#工字钢拱架临时支护加强，每榀间距为500-1000mm，环向采用Φ22纵向连接筋，环向间距1m，临时钢拱架顶面空间用钢楔楔紧，施工顺序从外往里，采用Φ32小导管注浆，长度3.5m，间距不大于0.4m，注浆压力为0.5-1MPa，根据现场情况确定，注浆孔根据撑子面岩石情况，可布置多排注小导管注浆孔，因该隧道断面小，间排距可按400mm-600mm布置，视注浆效果及时调整。

3.2超前注浆导管制作

导管的加工安排在由车间进行，加工后运至现场，导管的注浆孔必须用机械成孔，在尾部加焊φ6管箍，所以导管经质检人员检验合格后才可交付使用。如图示:

3.3钻孔、打小导管

（1）导管孔钻孔前，采用全站仪进行孔位测量放样，采用角度测量仪器测量好钻孔方位保证孔位布置和角度符合设计要求。

（2）钻孔完成后应清孔干净并经检验合格，清孔方法主要采用高压风、水清洗。 

（3）钻孔清洗干净并检查合格后将小导管打入孔内。如塌方体较松散，可用φ20mm钢管制作吹风管将吹风管缓缓扦入塌方体中用高压风射孔。成孔后将小导管扦入。

3.4注浆

（1）单液注浆

注浆前先将管内积物冲清干净，然后再注浆，在岩面破碎面可先用喷锚进行封闭。

浆液采用双层拌合机搅拌，注浆由洞两侧向中间进行或间隔进行。水泥浆水灰比一般为1.5:1，1.0：1.0、0.5:1.0三个配比，灌浆按由稀到浓的原则逐级变换，也可直接采用浓浆液直接灌注（配合比为0.5:1.0）。如注浆后需尽快开挖，浆液采用普通水泥或早强水泥，加快浆液凝固速度，可掺少量减水剂。 

（2）水泥、水玻璃双液注浆

如岩石特别破碎洞段，存在裂隙、或断层，裂隙中含水丰富有淤泥、流砂混合物的情况，采用双液法注浆，即水泥与水玻璃，注浆时先用两个不同溶器分别存放浆液，使用双液注浆泵吸入两种浆液，再注入注浆管。双液配合比为水泥浆水灰比1.25:1~0.5:1，采用的水玻璃模数以2.4~2.8为宜。水玻璃浓度使用范围为35~45波美度。

3.5、关于注浆控制方法

塌方段安全穿越最关键是小导管注浆效果，决定注浆效果是准确控制注浆。一般是按每孔注浆数量或压力控制，由于注浆量现场不便计量。本方案按0.1～0.5MPa控制，由于塌方体为土石松散体，空隙较大，要准确的控制压力，确保注浆小导管间浆液有0.4m左右的扩散半径，将塌方体外运到卸土场，模拟堆出塌方体高度，向堆集体内按加固要求打入导管并按要求注浆，肉眼观察注浆效果试验出0.4～0.5m扩散半径后稳定压力读数作为塌方体的注浆扩制压力。

3.6、关于现场实际注浆效果的检验

此方案注浆最终目的要在钢拱架的外围特别是中心角1500拱顶范围形成4～5m厚水泥塌方混合壳体，由于取芯检验注浆效果费时费力，也不被操作人员接受，注浆后指定现场有经验的钻工向注浆体施钻，钻杆要求用6m长，按外插角600施钻，根据钻工的手感即可判定钻杆伸入壳体的斜向长度L(m),L×0.866即可计算出水泥壳体法向厚度。如未达到4～5m可在此处补打小导管并补注浆。

3.7、关于小导管钻眼及安装注浆顺序

现场施工按隧道常规施工工序安排：钻工班首先全环内施工钻孔并进行小导管安装，接着注浆班注浆。这种安排往往是根据以往灌浆经验，开始容易注浆，紧接着小导管注浆难度加大，以后的小导管未达到控制压力或根本无法注浆便终止。这样必将造成塌方体拱架外围壳体厚度不均匀，给塌方体穿越造成安全隐患。现场应按钻工班与注浆班混合安排方法组织。即钻一个眼安装一根小导管后开始注浆。然后在下一个循环内跳钻跳注，以确保拱架外围水泥壳体最小厚度满足设计要求。

五、小导管注浆支护效果分析

该引水隧洞地质条件较差，岩石强风化，节理裂隙较发育，完整性较差，隧洞穿越的地层部分岩性为砂岩、泥质砂岩、泥岩、页岩，影响该隧洞的主要不良地质现象为围岩破碎等问题。通过采用超前小导管注浆技术进行超前支护，并采用“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则，该引水隧洞顺利贯通，未发生冒顶和垮塌事件。超前小导管注浆是一种辅助性的施工方法，它具有很好的可靠和稳定性能，在岩溶地质或者较为特殊的地带有极强的适用性。管棚支护、钢支撑和超前小导管注浆是在隧洞岩石破碎情况下，最常见的支护手段。超前小导管、钢支撑这两种支护手段常与锚杆、喷射混凝土共同形成支护体系，提高围岩的自身稳定性，效果显著。

参考文献
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