小導管注漿在隧道工程中的應用分析

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摘要：近年來，小導管注漿技術在隧道工程中的應用問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先對相關內(nèi)容做了概述，結合工程實例分析了工藝原理及注漿目的，并分別從多個角度與方面就超小導管施工技術的應用問題展開了研究，闡述了筆者對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

關鍵詞：小導管；注漿技術；隧道工程；應用

1前言

作為隧道工程實踐中的一項重要方面，對小導管注漿技術的應用占據(jù)著極為關鍵的地位。該項課題的研究，將會更好地提升對小導管注漿技術的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優(yōu)化隧道工程實踐的最終整體效果。

2概述

隨著國家環(huán)保節(jié)能的要求，城市集中供熱事業(yè)也得到了長足的發(fā)展，城市供熱主干網(wǎng)也得到了快速發(fā)展，在提高人民生活水平和改善環(huán)境方面發(fā)揮了重要作用；在通過交通流量大的路口時往往采用隧道設計方案。在自穩(wěn)性很差的軟弱松散地層修建隧道時，常采用淺埋暗挖的施工方法，而預加固及預支護措施則在隧道施工過程中起著關鍵作用。超前小導管注漿是隧道工程進行掘進施工中采用的一種超前的預支護技術，在隧道的軟弱破碎地層、穿越淺埋段、沙層段、洞口偏壓段、斷層破碎帶及沙卵石段等不良地段施工中發(fā)揮著重要的作用。采用超前小導管注漿法，可將隧道開挖過程中所釋放的荷載傳遞至前方的圍巖及后方初支部位，從而保證隧道掘進中圍巖的穩(wěn)定性。小導管注漿是指沿著隧道縱方向于拱上部的開挖輪廓線外部一定范圍內(nèi)密排向前上方傾斜的注漿鋼花管，這種注漿施工工藝較為簡單，利用一些簡單工具即可在小空間范圍內(nèi)進行鉆眼與布管，同時可在地層出現(xiàn)變化的狀況下對施工方案進行及時調(diào)整，有著顯著的經(jīng)濟效益。

3工程概況

本標段共有4座隧道，本文所選取的案例為邢州大道與鋼鐵路交叉口隧道，共長約175.27m，斷面（寬×高）：2.6m×2.20m，兩端豎井2座，井深約16m。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，隧道標高范圍內(nèi)為砂層、粉質(zhì)粘土，無地下水。隧道標高處于62~67m斷層上，根據(jù)地質(zhì)勘察標高60~70m，斷面為中砂，屬于Ⅴ類圍巖。施工期間道路不中斷，施工時保證安全尤為重要。本標段隧道按“淺埋暗挖工藝”設計施工。隧道開挖采用短臺階人工開挖，一般情況下，臺階長度控制在1m左右以內(nèi)，施工中嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則。穩(wěn)定土體是開挖洞體的先決條件。采用超前小導管支護的方法進行施工。砂、土中施工小導管采用頂進法，或吹孔成洞的辦法施工。如遇見無法頂進的石灰?guī)r采用風槍轉孔，孔徑45mm。成孔后下小導管注漿，保證圍巖穩(wěn)定性。

4工藝原理及注漿目的

在軟弱土層中沿著開挖輪廓線和加固輪廓線，按照一定的入射角度，打設一定數(shù)量的小導管，用注漿設備把配置好的注漿材料，通過小導管注入到軟弱地層里，使注漿材料在軟弱地層里向四周迅速擴散和固結，并使小導管和土體固結在一起，起到棚護和加固地層的作用。根據(jù)地質(zhì)條件及圍巖特性，注漿的目的等不同，注漿材料一般分為兩類：第一類為注水泥漿，其主要作用為增強鋼管剛度。第二類為注水泥漿和水泥-水玻璃雙液漿，其作用為：①漿液通過超前壓注到巖體裂隙中經(jīng)過物理化學作用，即能將破碎圍巖或松散顆粒在短時間內(nèi)膠結成整體，起到預支護作用，為隧道開挖施工安全提供保障和增強圍巖的整體穩(wěn)定性；②漿液填充巖（土）體的空隙，凝結固化后，阻隔了地下水向坑道的滲入，起到了堵水防水作用。

5超前小導管施工技術應用

本隧道為Ⅴ類圍巖，拱部周邊全部采用準42超前小導管注入改性水玻璃漿液加固地層，水泥漿與水玻璃的體積比為1：1。小導管長2.5m，環(huán)向間距30cm，外插角5~7°。5.1測量放線豎井施工完成后，用垂線法將地面上的中心線點引入井內(nèi)，在井底部設2個點，井壁上設3個點。高程點用鋼尺從地面引到施工井底部作標志固定，測量過程均需要進行三角測量法校核，避免出現(xiàn)測量錯誤，以保證隧道中心線準確。測量人員將雙排小導管的打設位置準確的放樣在待施工斷面上，并做好醒目的標記，同時設置必要的穩(wěn)定的控制點，用來控制鉆孔時鉆桿的外插角和方向。5.2小導管加工小導管采用準42鋼管加工制作，管身前端切削成尖錐狀，導管中部布置梅花形泄?jié){孔，泄?jié){孔孔徑6～8mm，孔間距20～30cm；在導管尾部焊接鋼筋加強箍。5.3小導管的安裝小導管沿拱頂環(huán)向間距20cm，仰角10～15°；布設范圍為整個拱頂。為便于插入土層，鋼管前端制成錐形，用引孔器引孔，打設時必須從首榀鋼架腹部穿過，每兩榀鋼架打設一次小導管，兩次打設小導管重疊1.0m。鋼管就位后，將管內(nèi)積物吹凈，孔口用木塞臨時堵塞。5.4小導管注漿（1）注漿前對于設備器材應安排專人進行檢查，并對設備進行現(xiàn)場試運行，使其注漿壓力能夠達到設計壓力，保證后續(xù)注漿工作的連續(xù)性。同時將鋼管尾部和孔口周邊空隙封堵；鋼管尾部可采用止?jié){塞和快速接頭封堵，孔口周邊空隙可以用快干水泥或者噴射混凝土封堵。（2）漿液應在攪拌機中拌合，水泥漿的投料順序為：在放水的同時，將外加劑一并放入攪拌機，根據(jù)攪拌機容量的大小，待水量加足后，攪拌lmin，然后放入對應量的水泥，再繼續(xù)攪拌不少于3min；將拌合好的水泥漿和水玻璃雙液采用兩臺注漿泵及其管路，按1：1比例一定流量壓入孔口混合器，然后通過帶孔小導管注入巖土體。根據(jù)砂層的實際情況，調(diào)整漿液的凝結速度和早期強度，以滿足開挖和支護的需要。每次配置的漿液量應與注漿速度相適應，本案例中漿液要在30min內(nèi)使用完，不得任意延長停放時間，注漿壓力應控制在0.3~0.4MPa。通常，開挖兩個循環(huán)施做一次注漿；當遇到的土體特別差或有地下滯水時應做到每個循環(huán)注漿一次。5.5注漿效果檢查注漿結束后應對注漿效果進行檢查，確保其符合設計要求，當不滿足設計要求時要進行補孔重新注漿操作。對于注漿結束后的注漿效果檢查工作通常分三種方式：（1）為了測量注漿效果，應先用聲波探測儀測量注漿巖體聲速。（2）在兩個注漿孔之間注漿質(zhì)量較差的部位鉆探取出漿液固結體巖芯，并觀察檢查孔的穩(wěn)定情況與漏水情況等，做室內(nèi)試驗，測定芯樣的物理力學指標，據(jù)此判斷注漿效果的優(yōu)劣。（3）詳細分析注漿記錄，查看每個孔的注漿持續(xù)時間、壓力、注漿量及在注漿過程中是否存在跑漿、漏漿現(xiàn)象及漏注區(qū)域，用注漿量估算漿液的擴散半徑，分析是否形成預設的固結圈。5.6其他注意事項（1）注漿量和注漿壓力應通過試驗確定；（2）注漿施工應防止超出注漿范圍，施工期應監(jiān)測地下水是否受到污染；（3）注漿材料的選用應根據(jù)工程實際，遵從設計通過試驗確定；一般來說，如果采用水泥漿液時，水灰比可以按0.5：1~1：1考慮，如果需要縮短凝結時間，可以加入速凝劑，通?？蛇x擇氯鹽、三乙醇胺等外加劑；若采用水泥-水玻璃漿液時，水泥漿水灰比和單用水泥漿液時一致，水玻璃濃度25~40波美度，水泥漿和水玻璃體積比1：1~1：0.3；（4）配置好的漿液應具備良好的可注性，固結后應有一定的強度，收縮小，穩(wěn)定、耐久，具有抗?jié)B性；注漿液安全、無毒性，注漿工藝簡單、便于操作；（5）注漿施工按土質(zhì)類別選擇施做方法。在淤泥類軟土層中宜采用高壓噴射注漿法；在黏土層中一般采用劈裂、電動硅化注漿法；在砂層中一般采用擠壓、滲透注漿法；一般在卵石、砂石地層選用滲入注漿法；（6）注漿完成后，根據(jù)漿液種類，通常水泥漿8h、水泥-水玻璃雙漿液4h后方可開挖，開挖長度按設計循環(huán)進尺進行，以保留一定長度的止?jié){墻。

6結束語

小導管注漿技術在巖石破碎、裂隙發(fā)育、地下水豐富的軟弱圍巖和砂層中應用，可以提高圍巖類別，加固效果顯著。同時，由于改作業(yè)方法不需要大型幾句設備、工藝簡單、見效快、經(jīng)濟和社會效益好，在設計和施工中總是優(yōu)先選用。加強對小導管注漿技術在隧道工程中應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的小導管注漿技術應用過程中，應該加強對其關鍵環(huán)節(jié)與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

參考文獻

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作者:張達 單位:山西省工業(yè)設備安裝集團有限公司