地铁隧道施工超前小导管的应用

地铁隧道施工超前小导管的应用

唐杰刘刚

青岛城建集团有限公司山东青岛266000

摘要：超前小导管注浆技术是隧道浅埋暗挖的一种支护措施，在隧道的软弱破碎地层、穿越浅埋段、沙层段、洞口偏压段、断层破碎带及砂卵石段等不良地段施工中发挥着重要的作用。文章以水工隧洞开挖中软弱地层施工为例，阐述了超前小导管注浆中小导管的制作、安装和注浆施工方法，以及超前小导管注浆的质量保证措施。采用超前小导管预注浆的辅助施工方法，有效防止了隧洞坍塌事故的发生，保证了工程质量和施工安全，提高了施工效率。

关键词：地铁；隧道施工；超前小导管；应用

1导言

砂质土层是我国黄土高原地区隧道开挖遇到较为普遍的地质土层，是难以修建或修建好后病害较多的一类隧道，该土层开挖后，因其抗剪强度低、初期变形大、变形速度快，围岩自稳时间较短，甚至不能自稳，开挖后极易发生塌方，如果塌方处理不当将造成大面积塌方及冒顶。在开挖埋深浅、严重风化和岩体破碎带的围岩上需要先采取超前支护的办法，超前注浆小导管技术具有独特的施工技术，已经被广泛应用在隧道工程破碎带施工的超前支护方案。

2工程概况

本工程为某隧道施工建设项目，全长约为3440m，地势起伏变化大，较为陡峭，沟谷冲沟发育。地面具有490～740m的高程，洞身段山坡具有较为陡倾的自然坡度，变化较大，纵向自然坡度为20～30°左右，进出口横纵向坡度分别为15～20°和15°，隧址区多数是林木，植被覆盖率达到了90%。隧道穿越地层主要使用花岗岩和花岗闪长岩组成，在进出口路段，该花岗岩和花岗闪长岩有出露，由于不同的倾入时间，会导致不同的性质，地质构造的作用影响到地层，具有节理裂隙发育，富集的地下水、较差的工程性质。洞口不良地质问题主要是由泥岩风化削落和砂岩危岩落石造成。

隧道的浅埋和断层构造带是GDK111+400～GDK111+500，该路段具有发育节理裂隙、破碎岩体、较差的岩土力学性质和整体稳定性、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。物探低阻异常带是GDK112+400～GDK112+700，该路段也是具有发育节理裂隙、破碎岩体、较差的岩土力学性质和整体稳定性、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。隧道的浅埋和断层构造带还有GDK113+600～GDK113+800，该路段具有破碎岩体、发育地下水、可能会发生坍塌、突水和突泥的问题。

3超前小导管注浆固结原理

3.1超前小导管注浆原理

隧道超前小导管注浆是在隧道开挖掌子面顶拱部位一定范围内按照10°～15°外插角将小导管打入岩层中，并通过注浆泵给浆液施加一定压力，使浆液沿着小导管渗透扩散至岩层缝隙中，起到止水的作用，并在掌子面周围形成一个自成拱，同时通过管体的超前锚杆作用于岩层，改变围岩力学性能及岩层的自稳能力，增强岩层的稳定性。注浆后通过观察围岩的抗渗性和强度，根据现场注浆压力及注浆时间以及试验室试验比对来确定。

3.2渗入性注浆

对于存在一定孔隙或者裂隙受到扰动与破坏的围岩，通过注浆泵施加的压力使浆液克服阻力渗入围岩空隙或裂隙中，从而起到固结地层的作用。

3.3劈裂、压密注浆

对于土质致密的地层，通过对浆液施加较高的压力以挤开裂缝，使浆液渗入围岩，进而压密岩体。

4地铁隧道施工超前小导管的应用

4.1材料和技术参数选择

制作超前小导管使用的是具有42mm、3.5mm厚度、4.5m长度的热轧无缝钢管，沿着140度的拱顶范围内进行布置，环向间距和纵向间距分别控制40cm和3m左右，纵向相邻两排的水平投影搭接长度需要超过1m，外插角为5～15°进行交错布置，每环小导管的数量控制在44根左右。本工程的浆液使用的是具有较高凝结率、较大抗压强度的水泥水玻璃双浆液，按照1:1～1:1.06的水泥水玻璃比，压浆的压力控制在0.5～1MPa之间，并以设计的注浆量和设计注浆压力双重控制作为完成注浆施工的标准，在单孔正常进行注浆没有出现渗漏的问题的时候，注浆终压和注浆量都达到设计标准的时候，就可以将该孔的注浆施工结束。

4.2钻孔

小导管按照设计位置使用风钻进行钻孔施工。在钻孔的过程中，由于初期支护型钢具有0.6m/榀的纵向间距，超前小导管具有3m的纵向间距，为了确保钻孔位置的准确性和钻孔质量问题，可以在初支工20a工字钢预打孔，并将小导管的尾部需要连接在钢架上形成一个统一的整体，这样可以起到超前锚杆的作用，从而有效地将支护的刚度提高了。

4.3小导管制作安装

小导管采用直径42mm热轧无缝钢管制作，长5.0m。为便于小导管插入设计深度，防止插入过程中管内填充渣土堵塞浆路，钢管头部加工成尖锥形。施工前对钢管尾中焊箍圈。为防止注浆出现死角，保证浆液均匀注入围岩，小导管中间到前边部位钻直径8～10mm溢浆孔，呈梅花形布置，间距20cm。利用手持风钻钻孔，达到深度后用高压气吹出孔内残渣，如遇松软地层可借助手持风钻将小导管推入。为增强小导管的支护能力，其尾部架于钢架腹部，必要时，焊接在格栅主筋上。小导管间距：超前注浆管沿掌子面顶部轮廓线1200～1500范围布置，间距30cm，纵向间距4.5m，外插倾角30°～50°。

4.4注浆

4.4.1注浆浆液配制、搅拌

(1)水泥浆搅拌在拌合机内进行，根据拌合机容量大小，严格按要求投料，水泥浆浓度根据地层情况和凝胶时间要求而定，一般应控制在1.5∶1～1∶1;(2)搅拌水泥浆的投料顺序为:在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌，待水量加够后继续搅拌1min，最后将水泥投入并搅拌3min;(3)缓凝剂掺量根据所需凝胶时间而定，一般控制在水泥用量的2%～3%。

4.4.2注浆

注浆前对掌子面进行喷射混凝土封闭，以防漏浆，并对小导管内沉积物用高压风进行清洗。注浆压力：为防止注浆压力过大导致掌子面喷射混凝土失稳，注浆压力宜为0.2～0.3MPa，同时应加强对掌子面及一期支护结构的观察。浆液：一般采用纯水泥浆，浆液水灰比为1∶1，0.8∶1两等级，浆液由稀变浓逐级变换，当1∶1浆液注入量大于100L后，压力没有明显升高，可转为0.8∶1浆液进行灌注，继续灌注100L后压力仍达不到0.3MPa时，可外掺水玻璃进行灌注，直到满足要求。注浆时，如发生串浆现象，可对串浆管进行并联灌浆，如条件不允许，则应对串浆管进行封堵，待该管注浆时用高压水进行冲洗，然后继续注浆。小导管的注浆顺序由下及上，以免减少串浆管对灌注质量的影响。

4.4注浆异常现象的处理

(1)串浆是指注浆过程中出现的浆液从其他孔中流出的现象。当出现串浆现象时，应通过多台注浆机进行同时注浆，或者及时堵塞串浆孔，待轮到进行该管的注浆时再拔出堵塞物，同时用铁丝清除管内杂物，再用水或高压风进行冲洗，然后进行注浆;(2)水泥浆单液注浆或水泥、水玻璃双液注浆时，由于进浆量很大，压力出现长时间不升高的现象，这时应重新调整浆液浓度与配合比，降低凝胶时间，以小泵量低压或间歇注浆，保证浆液在裂缝中有一定的停留时间以便凝胶，应注意停留时间不可超过混合浆凝胶时间;

结束语

综上所述，针对当前山区隧道线路中存在开挖埋深浅、严重风化和岩体破碎带的围岩上，采取超前支护方案是可行方案之一。文章通过结合某隧道工程实例，项目所处地区地势起伏变化大，较为陡峭，沟谷冲沟发育。小导管注浆因其适用性强及经济效益显著，在隧道施工中得到广泛应用。

参考文献

[1]樊朋朋.超前注浆小导管在隧道工程中的应用[J].交通世界,2017,09:84-85.

[2]秦放.超前小导管注浆支护在水工隧洞中的应用[J].山西水利,2017,03:48+50.

[3]高兴涛,陈华国.浅析超前小导管注浆技术在玉蟾山隧道施工中的应用[J].四川水利,2017,02:35-37.