超前导管_隧道塌方治理中小导管超前注浆法的研究
时间：2020-07-13 07:18:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
在隧道施工中发生塌方，有时采用小导管超前注浆法来治理更为有效。文章详细的介绍了小导管自身加固原理，并结合具体工程分析了塌方原因、塌方方案的比选、超前小导管的施工。 在山岭隧道及地下工程施工中遇到塌方时，往往要借助超前支护。超前支护一般有以下几种形式：超前预注浆（全面预注浆）、超前大管棚、超前锚杆和超前小导管。超前大管棚适用于岩体很破碎，开挖尺寸较大的洞室；超前预注浆主要用于大面积特别松散岩体及地下水丰富的岩体中；超前锚杆适用于岩体破碎程度较小的围岩；超前小导管特别适用于中小洞室（一般跨度在8米以下的洞室）的处理塌方施工中应用。
采用大管棚支护技术必须有专用钻机，施工空间要求高，一次花费较大；采用全面预注浆方法，涉及的施工范围大，施工程序繁杂，并且可靠性难以确定；而采用小导管比超前大管棚和注浆施工工艺相对简单得多，支护技术在很小的空间内利用简单的手持风钻即可进行钻眼及布管工作，遇到地层变化时可随时调整施工方案，经济效益显著。
从20世纪80年代起，随着我国经济的快速发展。隧道及地下工程在我国大量兴建，在施工中遇到了各种各样的困难地层，人们在不断地摸索和开发新的地层加固技术，小导管注浆技术以其适应性强而得到广泛的应用，正是由于小导管注浆技术的这些优点才激励人们在施工中进行大胆的尝试，奠定了小导管注浆技术在地下工程中的地位，从而增强了人们使用小导管注浆技术的热情。
1.小导管自身加固原理
1.1小导管的锚杆作用
小导管的锚杆作用原理主要是自身加固原理，主要有联接原理、组合原理和整体加固原理三种。在隧道中以哪种为主。要根据地质条件和锚杆的形式综合分析，但不管以哪种为主。小导管自身的其他作用都同时存在，进一步说，往往是两种或三种的综合作用。
（1）联接原理。隧道围岩有不稳定的岩块和岩层时，可用锚杆将它们联接起来，并尽可能的深入到稳定的岩层中。同理，在打入小导管时，小导管可以将不稳定的岩块和岩层联接起来。
（2）组合原理。锚杆组合作用是依靠锚杆将一定深度的岩层，尤其是成层的岩层组合在一起，组成组合拱或组合梁，阻止岩层的滑动和坍塌。同理，在打人小导管时，小导管也将打入深度的岩层，尤其是成层的岩层组合在一起，组成组合拱或组合梁，阻止岩层的滑动和坍塌。
（3）整体加固原理。通过有规律布置的小导管，将隧道四周一定深度的围岩进行挤压、粘结加固，组成一个承载环。
1.2小导管的注浆通道作用
在小导管注浆技术使用过程中，注入围岩的浆液是通过小导管上的注浆孔均匀地渗入到围岩中的，故在小导管注浆技术中小导管充当了浆液通道的作用。在地下工程小导管注浆中，一般将小导管加工成花管，导管采用普通钢管。浆液在压力作用下通过小导管，注入围岩以达到加固围岩的作用。
2.工程概况
某铁路工程隧道.全长4906m，所经过地区围岩变化较多，围岩自稳情况较差。等级基本为Ⅳ、Ⅴ类，按照设计图纸DKl51＋995－DKl52＋105段为锚喷支护段，但由于围岩风化严重，且隧道右上方有一小型水库，地下水丰富。在隧道DKl52＋057段开挖后，施工单位根据围岩情况及时对隧洞进行了喷混凝土封闭，之后再出碴。但在出碴过程中.隧洞洞顶和岩壁不断掉落岩石。鉴于这种情况，施工单位立即停止出碴.并组织人员再次对塌落而进行喷混凝土封闭。但由于整个隧洞围岩自稳能力非常弱，反复喷射的混凝土根本无法阻止岩石坍塌，因此塌方空洞也越来越大，并影响到已施工完成的超前支护和初期支护施工段。通过对塌方体的观察。塌方段长约8m。宽度约7m。
3.塌方原因分析
隧道发生塌方的主要原因是支护方式不当，没有按照设计和规范要求施工，纯粹是野蛮施工。主要原因分析如下：
1）开挖工艺不符合要求，该塌方段位于Ⅳ级围岩处，但围岩更偏向于Ⅴ级围岩，岩体破碎。作业队伍仍然在下台阶施工过程中采用开挖中槽的方法进行施工，尤其是左右马口宽度不足50cm，有些甚至拱架悬空。
2）每循环进尺3－5m，严重违反了施工工艺中要求1－2榻钢架的要求。
3）擅自降低支护参数。该段Ⅳ级围岩设计为118a型钢拱架，但塌方段处理时发现该段拱架全部采用的是116的型钢拱架，且间距过大，纵向连接筋不足，锁脚锚杆打设不规范，严重偷工减料。
4）Ⅳ级破碎围岩、Ⅴ级围岩应尽量减少爆破作业，若必须采用爆破的地方，必须采用多打眼、少装药、弱爆破的工艺施工，但是作业队伍没有照此施工。
综上所述，隧道施工过程中，该作业队伍盲目施工是造成塌方的主要原因，另外，现场管理还需要不断加强，加大控制手段，尽量杜绝该类事故的发生。
4.塌方处理方法比选
4.1不清碴处理方案
不清除洞碴，让上方坍塌岩碴淹没拱顶上部处理措施：1）喷射C25混凝土封闭洞碴岩面，沿隧道横向设立30cm厚止浆墙；2）采用直径φ42mm超前小导管注浆支护，并注水泥一水玻璃双液浆，使拱部2－3m范围内岩碴固结成一整体；3）短进尺、弱爆破、强支护、强排水开挖施工。考虑到经过小导管超前注浆支护后，围岩自稳能力有所提高，业主、设计、监理和施工四方共同会商，均赞成采用方案二，并取得了良好的效果。
4.2清碴处理方案
在下个塌方周期到来之前，迅速抵进工作面。迅速排水，防止积水软化未塌方地段围岩而导致更大范围的塌方事故。由于坍体洞碴不多，经过业主、设计、监理及施工方四方共同会商，决定处理方案如下：1）先稳定后方边墙，在边墙施作C25混凝土保护墙，再施作30cm厚C25混凝土拱部护拱，形成后方封闭环，预防塌方范围的进一步扩大；2）在后方10m安全地带搭设工作平台，开挖大拱脚，立设工字钢拱架支护，短进尺用悬挑钢轨加喷射混凝土形成拱部封闭环；3）清除洞内岩碴，加钢筋网及锚杆支护，渡过坍方段；4）在坍方段及时施作二次衬砌。
5.超前小导管施工
5.1小导管打设
（1）小导管施工前准确放样，定好钻孔位置，作好标记。并设置必要的控制点以便钻孔时用来控制小导管的外插角度和方向。
（2）小导管制作及安装，超前小导管前端采用呈尖端状，管壁四周有8mm注浆孔，成梅花形布置，间距为15era。尾部有Im不设注浆孔。结构采用φ42壁厚3.5mm热轧无缝钢管，安装时孔位误差小于5cm，角度误差小于 2°
5.2小导管注浆
（1）注浆管路系统的试运转。按注浆站布置图和工艺流程图，安排设备就位，接好管路系统，做注浆前的试运转。用1.5－2倍注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好风、水、电，检查管路系统是否耐压，有无漏水，检查管路连接是否正确，检查设备机况是否正常，使设备充分“热身”。试运转时间一般20分钟。
（2）注浆压力控制。注浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升到规定值。注浆开始时，使用最低一级的压力压注，当注浆量增加到一定程度，再将压力升高一级，当注浆量又增加到一定程度，再将压力升高一级，如此直到在规定压力下，单位注浆量达到设计标准，结束注浆。压力分级不宜过多，本次塌方治理中，注浆压力分为三个阶段时，三阶段压力分别为0.5MPa，0.8MPa，1MPa。采用三阶段分压注浆，减少浆液的过度流失，节省了压浆材料。
（3）注浆结束标准。注浆压力达到设计终压后稳定20分钟后，结束注浆。
（4）注浆施工注意事项。1）在注浆过程中，经常出现串浆现象。发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆。在单泵条件下应将注浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，将管内杂物清除并用高压风或高压水冲洗，然后再注浆；2）水泥浆单液或水泥水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高。则应调整浆液浓度和配比，缩短凝胶时间。进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间；3）注浆效果检查在小导管搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少或有怀疑的注浆孔，认真填写检查记录。渗入性注浆通过钻孔检查注浆厚度，小于30cm时，应补管注浆。
6.结语
超前小导管注浆超前加固技术施工设备简单，工艺简单，可以根据实际情况，随时确定小导管注浆的使用与否，且小导管注浆适应性强，可根据实际情况，随时变更施工方法，因此被广泛应用于隧道塌方的治理中。
（作者单位：广西嘉惠建设工程有限公司广西南宁530021）
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