浅谈引水隧洞施工中超前小导管注浆施工工艺

浅谈引水隧洞施工中超前小导管注浆施工工艺

张跃君

中铁二十三局集团第四工程有限公司四川成都610091

摘要：文章以某市中部城市引水隧洞工程总干线施工中超前小导管注浆为例，阐述超前小导管注浆施工工艺过程及相关施工技术要点。

关键词：超前；小导管；注浆；施工

1工程简介

某省中部城市引水工程（以下简称“中部引水工程”）位于某市某区。线路桩号92+605m～109+525.8m，长16920.8m。主要施工内容包括长3座引水隧洞、2座涵洞、1座调压井兼通风竖井、2座支洞等工程及其他临时工程。

2引水隧洞工程地质概况

线路总体走向由东向西，地貌为丘陵及波状台地。沿线山势起伏，高程范围233.3-390.8m，隧洞一般埋深40.0-100.0m。沟谷段累计长度2395m。

本段所触及到的地层岩性主要有如下几类：坡洪积堆积、凝灰质砂岩、华力西期花岗岩、更新统冲洪积堆积层等。

3机械设备及人员配置

在超前小导管的数量编制上，设定为每环14根，其中，每一个班组共有8名钻孔机注浆操作员，同时，具体的情况可以按照现场施工需求而灵活变动。

每工班施工机械配置如下：

双液注浆机1台，搅拌机1台，全自动交流稳压器1台，灌浆记录仪1台，气腿凿岩机6台，气焊机1台，电焊机2台。

4施工工艺及技术要求

4.1作业准备

4.1.1内业技术准备

在施工作业前，要求各个技术人员对施工设计图稿认真分析，遇到有不明确的技术要点时，要及时请教清楚，做到掌握所有的技术规范。并且，编制安全操作规程，做好事故预案和风险防范方案。要求所有参与的员工持证上岗。

4.1.2外业技术准备

（1）收集在整个施工作业过程中需要的技术参数。

（2）注浆配合比由试验室试验确定，进场原材料检验合格。

4.2.技术要求

4.2.1在运用超前小导管配合型钢钢架时，要求隧洞围岩拱部超前注浆预支护，并且将其纵向搭接长度设定为1.5mm。

4.2.2超前小导管设计参数：

(1)超前导管规格：热轧钢管，外径42mm，壁厚3.5mm；小导管长5m；

(2)小导管环向间距50cm，纵向间距为3.5m；

(3)外插角设定为15°，并同时按照实际需求而做出相应的调度；

(4)注浆材料：水泥浆；

(5)设置范围：沿拱顶120°布置。

4.3施工程序及工艺

4.3.1超前小导管施工程序

重点包含了导管制作、钻孔等工序。

4.3.2施工工艺

施工工艺流程见图1。

4.4施工要求

4.4.1施工准备

（1）按照客观需求，编制科学合理的施工方案，最大限度的降低在隧洞施工环节中相互影响的情况；

（2）明确注浆用料的各种参数指标，如材质、规格、技术参数等，并突出必须采用的辅助用料，如水泥净浆。

（3）确定好注浆设施设备，如钻孔、注浆等设备仪器。

（4）初步设定试验措施，并确定试验过程中所采取的方法，明确在实验过程中的数据收集类型，从而明确注浆参数。其中，在确定注浆参数时，要明确注浆速度、有效范围等参数指标。

图1超前小导管施工步骤图

4.4.2小导管制作

在这次挑选小导管时，采用直径为42mm,长度为5m的热轧钢管为本次施工的小导管，并且把该导管的前端区域加工成圆锥形，同时采用焊锡封实。按照设计图稿的要求在管壁上规定的位置钻眼，其每个眼之间的间距为20cm、孔径为8mm，用以后期溢浆孔。尾部采用φ6mm钢筋加固环，尾部长度0.3m作为不钻孔的止浆段。小导管构造见图2

图2小导管构造图

4.4.3小导管安装

(1)测量放样，在规定的孔位区域作好标识，为钻孔定位，并且采用气腿凿岩机作为钻孔作业的工具，在设定孔径时，要求大于导管管径20mm。

(2)钻出成孔后，按照设计图稿在小孔中装置小导管，并且露出10cm在孔外，用以和钢架连接成为支护面。

(3)钻孔、安装应符合下列要求：

A小导管的装置应挑选孔顶入法；

B钻孔方向应顺直，孔位偏差5cm；

C钻孔直径应于注浆管径配套，一般为50mm，孔深视小导管的长度确定；

D采用吹管法进行清孔；

4.4.4注浆

（1）注浆时所选用的设备主要为注浆泵，同时，把混凝土预先喷射在对开挖面的洞壁中，并要求其厚度为5cm，从而对掌子面进行封闭，形成止浆盘。同时检查注浆机具是否完好，并备足注浆料，注浆前先冲洗管内沉积物，由下至上、隔孔跳注的顺序进行，采用止浆塞对压浆管和小导管间空隙进行密封保证压力。单孔注浆压力达到设计值且进浆量达到设计进浆量后，持续稳定注浆15min以上，注浆量不小于0.5L/min时，注浆方可结束。在关闭机械时，要按照顺序进行，先停泵、再关球阀，然后对管路进行冲洗。当完成注浆作业后，应当选用全孔灌浆法，并要求M20水泥砂浆封实孔口。浆液达到初凝状态时（6-8h）才能进行后期开挖。

（2）浆液配置：注浆材料及配合比：通常情况下，注浆主要以水泥浆液为主，其前期配合比为0.5：1，后期配合比为1：1。

单根小导管理论注浆量：

Q=πR2Lηαβ

式中L—注浆段长度；

R—浆液扩散半径，取0.6L0,L0为管体间距50cm；

η—地层孔隙率，风化岩层2～3%，岩石破碎带取5～8％、砂土取40～60%，粘土取20～40%计算；

α—浆液有效充填率，取85%；

β—浆液损耗系数1.05。

（3）在注浆作业过程中，在登记注浆记录时，要详细规范，并且对作业结果实时分析，从而不断提高施工效率。同时，在选用注浆参数时主要以现场为主。

在选用注浆参数时，主要以如下参数指标为主：

注浆压力：在开始注浆时，其压力设定为0.5MPa，在完成注浆时，去压力设定为1MPa，同时，对终压的设定主要以现实情况而为准；

浆液初凝时间：1～2min；

水泥：主要选用P.042.5普通袋装硅酸盐水泥

（4）注浆顺序：先内圈后外圈，以及从拱下部往上、隔孔跳注。

（5）注浆效果检查及质量判定：

注浆效果的检查主要以注浆时期来划分，因而可以分为三个阶段，即施工活动时检查、完结时检查和开挖时检查。其中，在对注浆活动中的检查里面，其检测的主要目标为浆液胶凝时间。在完结时的检查，则主要检查的对象为注浆记录，从而确保每一个孔的注浆量与设计图稿是否高度符合。开挖时的检测，其检查的目标则主要为开挖边缘齐整情况，以及浆液固砂等情况。

按照各个不同时期的检查状况，来评测此次注浆的合格情况。并完成注浆后，若注浆不符合标准指标，则应当立即返工，直至符合标准指标为止。

4.5注浆异常现象的处理

4.5.1发生串浆事件时，要实时堵住浆孔。

4.5.2发生泵压骤升时，应当立即停机检测，从而规避发生堵管事件；

4.5.3进浆量过大，而压力却没有同步升高时，则应当立即对砂浓度和配合比进行调整。

5.材料要求

5.1导管

在挑选小导管时，应优先采用长度为5m的φ42mm钢管，长度为5m；不强制规定导管壁厚。进场检验合格后投入使用。

5.2水泥

在挑选水泥时，应当以强度等级＜42.5MPa的普通硅酸盐水泥为主。使用前应做强度复查试验。

5.3水

水质应当满足工程用水各项参数指标，水质不得干扰水泥的正常凝固。

6质量检验

6.1质量验收规范

《水利水电工程施工质量检验与评定规程》SL176-2007

6.2单元工程验收标准

6.2.1主控项目

（1）在挑选超前小导管时，必须对所选用的钢管进行抽样检测，测试其力学性能参数，如伸长率等，把其品质以及各项参数都严格控制在国家参数标准内。

检验数量：如果钢管的牌号、炉罐号等参数都相同时，则每次的检验数量为60t。同时要求施工单位对每一个批次的钢管性能进行抽查；监理部门则根据施工企业抽查次数的10%，进行不得少于一次的平行检验。

检验方法：施工企业在进行检验时，主要以每批钢管的质量参数为向导，核实其相关性能；监理部门在检查时，则主要以所有的质保文件为基准，并展开平行试验。

（2）在选用超前小导管时，其确定的钢管必须各种参数性能都满足设计图稿的参数标准。

检验数量：施工企业、监理部门全部检查。

检查方法：观察、尺量。

（3）在检测超前小导管和支撑结构之间的连接状况时，必须要求其满足设计图稿的参数指标。

检验数量：施工企业、监理部门全部检查。

检查方法：观察。

（4）超前小导管的纵向搭接长度必须满足设计图稿的参数指标。

检验数量：施工部门、监理部门全部检查。

检查方法：观察。

（5）注浆浆液的配合应当满足设计规定。

检验数量：施工部门、监理部门全部检查。

检验方法：施工部门针对配合比实施选定测验；监理部门的检查对象则主要以配合比选定单为主，同时展开见证试验。

（6）超前小导管注浆压力必须满足设计指标。

检验数量：施工企业全部检查；监理部门在检查时，则根据施工企业20%的检查数量进行见证检查。

检验方法：施工单位对施工登记表中登记的注浆压力以及注浆量进行检查；监理部门则见证检查。

6.2.2一般项目

在确定超前小导管施工的偏差时，应当满足表1的参数。

7安全、质量控制措施

7.1要求每一个隧洞里面的工作人员，严格按照要求穿戴安全用品，听从上级的指挥，按照规定作业；

7.2当抵达作业点后，作业人员的首要工作即是检测工作面的安全情况，以及确定支护的支撑状态，如在检查过程中，发生一切潜在隐患，如裂纹等，则应当立即进行处理；

7.3当在渣堆区域施工时，则要确保渣堆的稳固性，规避出现滑塌事故；

7.4使用气腿凿岩机钻进行钻眼作业时，要确机身、螺栓

等固件的实时状态；检查管子的坚固情况，是否存在漏风现象；湿式钻岩机在供水方面的表现是否良好；

7.5在进行电钻钻眼作业时，则首先要确保手套的绝缘盒是否狼嚎。同时，在进行电钻工作业时，严格要求操作人员穿戴防护用品，如绝缘手套等；

7.6支架的钻机，则严格确保支架的稳固性；

7.7在进行钻眼时，要求先瞄准孔位，确保钻头与岩面完全触碰后，再进行钻眼作业；

7.8在进行钻眼作业时，如果中途发生机架错位、偏斜等事故时，应当实时停止作业，进行处理和修复后，才可再次施工；

7.9在注浆时，要求操作人员实时关注支护状态，如果发现支护出现异形、破损等情况是，则应当停工作业，对支护进行处理后，再次进行注浆。

7.10注浆结束4h后，才可进行掌子面开挖。

7.11检测处于相邻状态下的两排小导管时，规定其搭接长度不得小于1m。

7.12要确保钢管和拱架焊接的紧固性，并且在完成注浆昼夜后，要严密堵塞注浆孔。

7.13现场的高压、低压电力线路及通讯线路必须按规定统一布置。

8结语

隧道施工中关键是做好洞内支护，超前小导管注浆能够对破碎或不稳定围岩进行加固，且各项成本相对较低、施工简便，易于操作。本文总结部分超前小导管注浆施工在具体施工过程中的应用，希望能对类似隧洞引水工程提供一些指导。

参考文献：

[1]《水利水电工程施工质量检验与评定规程》SL176-2007