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摘 要：本文主要结合实例，对隧道施工过程中超前注浆导管技术应用进行了详细的分析，也为类似工程提供了参考。
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关键词：隧道施工；注浆；技术措施
1、前言
开挖和衬砌是隧道施工中的两大重要内容，支护工作的好坏决定了开挖工作能否顺利进展。在浅埋、严重偏压、岩溶流泥地段，砂土段、砂卵（砾）石层，自稳性差的软弱破碎地层、断层破碎带以及大面积淋水和涌水地段进行施工时，都必须采取相应措施对地层进行预加固，超前注浆支护。
2、工程概况
隧道位于某污水处理排放管线K0+692～K2+478段，全长1786延米，K1+025位置设置垂直于主洞94延米的横洞。隧道穿过分水岭斜坡地段和人口密度聚居区、生活居民建筑物密集区等重要地段，围岩类别为Ⅱ类和Ⅲ类（按照水工围岩分类）属围岩偏弱类，地下水极为丰富。本工程的重点是在既有居民生活聚居区及建筑物密集型的浅埋层段组织施工，对软弱地段采用注浆导管超前支护，保证其隧道内岩层的稳定性及施工的安全性，能更好地、有效地减少沉降、组织施工。
3、工程地质及水文地质
根据现场勘查该段地质主要由黄粘土、砂化白云岩等组成，其节理裂隙极其发育，呈倾斜岩层，岩石呈强风化细块碎状。基岩在开挖时，在这些不利因素的共同作用下自稳能力较差。局部地方渗、漏水极为严重，渗透性较强，极易造成掌子面坍塌。
4、注浆导管材料设计参数及注浆参数
注浆材料：具有良好的可注性，固结后具有一定的强度、抗渗、稳定、耐久和收缩小，无毒、注浆工艺简单、方便、安全等性能。
4.1导管设计参数
施工时，应严格参照设计要求备料施工，以保证注浆的质量。设计参数为：
4 . 1 . 1 钢管规格： 热轧无缝钢管Ф42mm，壁厚5mm，节长3.5m；
4.1.2管距：环向间距为30cm；
4.1.3倾角：与路线纵坡平行；
4.1.4 钢管施工误差： 不大于20cm；
4.2注浆参数
4.2.1水泥浆与水玻璃：1:0.5；
4.2.2水泥浆水灰比：1:1；
4.2.3水玻璃浓度：25～40波美度；
4.2.4水玻璃模数：2.4～3.4；
4.2.5注浆压力：初压0.5～1.0M pa，终压2.0Mpa。
注浆前应先进行现场工艺性注浆试验，通过试验得出参数后可适当调整。
4.3注浆材料的性能：
通过对施工现场的应用，对注浆材料的性能有如下要求：
4.3.1流动性好；
4.3.2注入时不离析；
4.3.3具有均匀的高于地层土压的早期强度；
4.3.4、良好的充填性；
4.3.5、注入后体积收缩小；
4.3.6、阻水性高；
4.3.7、注浆液要具有适当的黏性；
4.3.8、对周围环境要求较高，不污染环境。
5、超前注浆小导管施工工艺
鉴于隧道拱部处于软弱地层中，设计采用小导管超前注浆加固地层，以防止土体松驰，达到控制围岩变形的目的,为下道开挖工序提供安全保障。超前小导管预支护主要包括封面、布孔、钻孔安管、注浆四道工序。
5.2小导管的制作
小导管的构造为前端加工成尖形或扁尖形，采用φ42的热轧钢管，长度为3.5米，前后排小导管搭接长度为100～150cm。小导管的孔口端100c m不设溢浆孔；中间至前口端每隔15c m梅花形布设φ10m m的溢浆孔。管尾端用φ6钢筋焊一圈加强箍，以防插入导管时尾端变形，影响注浆。
图1 小导管构造图
5.3小导管的布设及安装
小导管的布置由工程地质岩性决定，一般按单孔浆液扩散渗透半径（现场试验获得）的1.4～1.6倍。为保证注浆效果，采用3～4根/米。小导管安设时，根据地质情况选用DY-28钻机按设计要求打孔，然后插入导管，再用冲击锤将导管打入设计深度，与拱架焊接牢固，并用高压风将导管内漏入砂石吹出。导管安设后，用速凝塑胶泥封堵孔口间隙，并在工作面喷射5cm做止浆墙，待喷砼强度达到要求时，再进行注浆。
5.4小导管的安设方式
小导管的上倾角和外倾角视地层加固厚度、导管长度确定，一般取5°～10°之间。
5.5注浆顺序：
先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔。
5.6注浆压力：
注浆压力是根据现有的设备和围岩地质情况确定，通过试验确定，一般采用0.3～0.5M p a，但压力小于隧道覆土自重，即压力P＜r h，式中r表示围岩容重，h表示隧道覆盖层厚度，本工程采用的注浆压力为0.4Mpa。
5.7注浆量：
根据地层孔隙率确定，按下列公式计算:
Q=απRHnβ
式中：Q―浆液注入量（m3）
R―浆液有效扩散半径（m）
H―注浆段高（m）
n ― 岩体的裂隙率或孔隙率（ % ）（土、砂层N=30～60%）
β―浆液的充填总数：β=0.3～0.9（土、砂层β=0.3～0.5）
α―超耗系数（含超注量、跑浆、消耗）α取1.2～1.5
6.5注浆
导管注浆按固结周围有限范围内土体设计，采用分段注浆。注浆采用BW-250泵注双液浆。
6.5.1单液注浆
单液注浆以水泥为主，填加5%的水玻璃（重量比），如单液注浆效果好，能达到固结围岩的目的，则优先采用此方案，如可灌性差，则进行水泥、水玻璃双液注浆。
单液浆配合比参数：
水泥：水：水玻璃 1：1：0.5
C30砂浆：
水泥：水：砂 1：0.4：0.4
6.5.2注浆顺序：
采用打好一孔注浆一孔的方法，单号孔先注单液浆，再注砂浆，双号孔注砂浆。注浆顺序为先注内圈孔，后注外圈孔，先注无水孔，后注有水孔，从拱顶顺序向下进行。如遇窜浆或距浆，则可间隔一孔或数孔灌注。
6.5.3注浆作业应符合下列要求：
①浆液的浓度、胶凝时间应符合设计要求，不得任意更改。
②应经常检查泵口及孔口注浆压力的变化，发现问题，应及时处理。
③采用双液注浆时，应经常检查测试混合浆液的胶凝时间，发现与设计不符，应立即调整。
6.5.4注浆结束的条件如下：
①单孔结束条件，注浆压力达到设计终压，浆液注入量已达到计算值的80%以上。
②全段结束条件，所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏浆情况。
③注浆后必须对注浆效果进行检查，效果检查可用打无孔钢管的方法检查，如未达到要求，应进行补孔注浆。
6.5注浆结束
注浆在达到结束的条件后，应利用止浆阀或木塞将注浆孔口堵塞，以保持孔内压力，直至浆液完全凝固。
6.6注浆检查
除在注浆前进行钻孔质量，材料质量检查、注浆后对注浆效果检查外，注浆过程中应密切注浆压力的变化。采用双液注浆时，应经常测试混合浆液有胶凝时间，发现问题应立即处理。
7、注浆过程中的控制
7 . 1 注浆压力不宜过大， 应保持在0.3M P a～0.5M P a为宜，每孔注入量为100L～120L，其加固半径为30c m～35c m，而且各孔之间已经固结成拱壳。
7.2压注浆时，必须密切注意压力表，发现压力过高，需立即停风，排除堵塞；注浆管不准对人放置，注浆管在未打开风阀前，不准搬动，关节闭密封盖，以防高压喷出物射击伤人。
7.3注浆时，当发生串浆时，应采用堵塞串浆孔隔孔注浆。当注浆压力突然升高时应停机查明原因；当水泥浆进浆量很大、压力不变时，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。
7.4注浆完成后，及时清洗机具。
7.5注浆后要堵塞密实注浆孔，浆液强度达70%以上，或4 h后方可进行开挖工作面的开挖。
8、结束语
在隧道工程施工中，由于隧道围岩较软弱，采用了超前注浆小导管预注浆的辅助施工方法，成功地穿越了地质复杂的浅埋层，防止了隧道的坍塌、冒顶等事故发生，有效地控制了地面沉降等相关问题，既保证了工程质量和施工安全，又提高了施工效率，取得了良好的社会效益和经济效益，从而缩短了施工工期。
参考文献：
[1]易萍丽编著.现代隧道设计与施工.北京.中国铁道出版社.1997.
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。 |
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发表于 2018-7-16 17:34:28