双层小导管注浆技术在高速公路隧道上的应用

双层小导管注浆技术在高速公路隧道上的应用

申国防

申国防

中国有色金属工业第六冶金建设有限公司云南临沧677000

摘要：双层小导管注浆技术是各类隧道施工中应用比较成熟的施工工艺，尤其适用于隧道软弱围岩段，实施后对加强围岩自身稳定和延长自稳时间有较好的效果，在隧道洞门开挖施工中广泛应用。双层小导管注浆效果明显提高，施工进度加快，取得良好的经济效益，为优化设计和隧道施工提供了有益的参考。

关键词：双层超前注浆小导管公路注浆隧道超前支护

高速公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的灵活性和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。目前改扩建的和在建的高速公路主要以提高车速和缩短距离为目的，从而修建隧道成为首选。由于隧道施工中，地形地质复杂、不可探明因素多及施工不规范现象。在极其破碎的岩体、砂土质地层、强膨胀地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、风化严重容易发生坍塌，节理发育，在隧道的进出口尤为严重。隧道在开挖过程中拱顶经常出现掉块、小坍塌，侧壁经常小坍塌，造成施工困难，给人民的生命财产带来巨大的损失。施工时，对隧道的施工风险进行预测，加强地质超前探测、采用双层小导管注浆预支护、双侧壁导坑开挖方法、安装钻孔防突装置、钻孔快速注浆堵水和裂隙快速堵漏、浇注混凝土墙注浆防水，为该类隧道安全施工提供一定技术支持。

1.某高速公路隧道开挖分析

滇西地区某高速公路1#隧道隧道设计为左、右分离式长隧道，右幅2530.49m，左幅2545m。衬砌类型主要有SFma、SFmb、SF5a、SF5b、SF5c、SF4a、SF4b、SF4c、SF3；隧道所在路段纵坡为-2.900%/2530.49m；隧道最大埋深约为360m。

洞门进口采用明洞式，洞口边仰坡采用网喷防护。左线进口明洞长度为10m，右线进口明洞长度为15m。隧道内轮廓设计净空（宽×高）为：11m×7.10m。线路按照高速公路标准建设，单洞采用单向双车道，设计速度为80km/h，隧道路面横坡为2%，二次衬砌采用防渗混凝土，抗渗等级不小于P8。进口洞口VI类围岩施工中，隧道拱顶下沉大，地表出现不同程度的下沉及开裂现象，拱脚局部开裂。隧道围岩主要以全风化泥岩为主，掌子面破碎，岩层倾向向下，遇水后软化，会成片脱落，局部含泥质软弱夹层，围岩不稳定，有塌方、掉块现象，成洞条件差。洞口段隧道地质泥岩为主，节理极发育，隧道埋深浅，不易形成自拱度，必须采取支撑措施，而基础承载力是主动支撑有效的前提和保证，超前探明地质情况，并进行基础处理就非常必要。

2.进洞方案设计

采用双层小导管注浆技术加固土体的超前支护方案进洞，初期支护格栅钢架间距为0.5m～0.75m，注浆小导管间距维持原设计，喷射混凝土厚度由0.2m改为0.25m。二次衬砌按原设计。将淤泥层的水疏干，使淤泥由液塑状态变为干硬状态。为加强支护强度，在小导管内安装φ22锚杆后注浆，解决小导管刚度不足的问题。

3.双层小导管注浆支护

3.1支护方法

利用双层小导管注浆支护，沿隧道拱部周边环向打双层小导管，小导管里的注浆液，通过梅花孔扩散到松散岩体上，利用浆液使岩体固结，和小导管形成稳定的固结拱体。钢管起到超前管棚和注浆加固的双重作用。一般分为超前中空注浆锚杆和超前砂浆锚杆，锚杆方向为隧道前进方向，超前锚杆一般从拱架中穿过，并与前后环焊接，与拱架形成整体受力，防止隧道断面拱部发生坍塌。

3.2支护作用的原理

双层小导管嵌入围岩内，后端和砂浆锚杆出露端相焊接形成纵向支撑梁，能够抑制围岩松动。利用分布在掌子面的孔减少爆破产生的冲击波造成对岩石的破坏和扰动。外层较大角度的小导管主要发挥较大范围的注浆作用和斜锚杆作用，提高围岩的承载力。内层较小角度的小导管发挥“梁效应”，承载上覆围岩压力，以保证隧道进洞开挖的安全和围岩的稳定。

4.双层小导管注浆施工工艺

双层小导管注浆是用带孔的钢花管，在工作面周边按一定的角度打入地层进行注浆，在隧道工作面周围形成承载薄壳，达到加固地层的目的。双层小导管注浆宜采用水泥浆或水泥砂浆，浆液充满钢管和周围空隙，注浆量和注浆压力由试验确定。注浆材料应具备良好的可注性，固结后有强度、抗渗、稳定、耐久和收缩小、无毒。双层小导管注浆作业包括制管、钻孔、布管、封孔、注浆四道工序。

4.1钢管的制作

小导管采用φ42mm钢管制成，长4.5m，沿管体每20cm钻φ6-φ10mm梅花形小孔，四周梅花状布设出浆孔，前端封闭并制成30°左右的圆锥形，以便顺利插入已钻好的导管孔内，当围岩松软时，用锤击直接打入。

4.2钢管的布置

先开挖安放首榀钢拱架，在钢拱架上固定双排注浆小导管，它与钢拱架轮廓线所构成弧面倾角分别为７～１０°和３０～６０°，环向间距均为30cm。把制作好的钢管布置在起拱线以上隧道周边上，拱架上部约5°～10°5左右的倾角沿隧道轴向打入岩层，周边环向布置Φ42mm超前小导管，管长4.5m，利用核心土、自制台架按设计角度用高压风吹孔，开孔直径为42～50mm，并用吹管将砂石吹出。施打双层小导管孔，钢管逐节顶入，采用丝扣连接，保证钢管间的连接强度。成孔后将预制好的Φ42钢花管插入连上注浆接头，进行双液注浆。

4.3封孔

为了确保顺利装管，把管端插入事先做好的简单推进工具中，用带冲击的YT-28风钻将小导管顶入孔中。然后，用塑胶泥将小导管周围的空隙封堵严实。为防止漏浆，距离小导管尾部1～1.5米的范围内不钻设花眼，并在管的尾端安好止浆阀。

4.4双层小导管注浆

（1）确定注浆参数

注浆前先把注浆管与小导管端头及砂浆泵出浆管用铁丝绑扎牢固，检查管路和机械情况，做压浆试验，确定注浆参数。

（2）水泥-水玻璃双液注浆

水泥-水玻璃（CS）双液注浆是以水泥和水玻璃作为灌浆材料的主剂，按要求的比例同时注入双液混合器内使其充分混合形成双液浆。这种双液浆具有价格便宜、无毒、凝结时间短、速度快、结石强度高等特点，不仅具有水泥浆液的优点，而且还有化学浆液的一些特性，凝结时间可以从几秒钟到几十分钟任意调节，灌后结石率可达100％，可灌性比纯水泥浆明显提高，在岩土工程中得到广泛应用。采用双液浆为1：1的水泥浆（重量比）和35Be的水玻璃，前者与后者的体积比为1：0.5，双液浆初凝时间为4分钟，终凝时间为70分钟。水泥浆液采用高速耐磨搅拌机拌制，然后输送到立式双桶储浆搅拌机内。水玻璃直接倒入储浆桶中，采用3SNS型灌浆泵或BW200／40灌浆泵直接泵入。

（3）注浆压力

注浆压力是促使浆液在岩土层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩土内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。采用0.5～1Mpa，并持续持压5分钟，压浆机采用BW-250型（4Mpa）。必要时可在孔口处设置能承受规定的最大注浆压力和水压的止浆塞。如果0.5～1.0Mpa的注浆压力不能达到注浆效果，就要通过现场试验确定能达到注浆效果的注浆压力，注浆压力过高亦会劈裂岩土体。

（4）注浆量计算

小导管注浆单管浆液扩散半径一般为0.5～1.0m，应根据地层孔隙率确定注浆量，按整排小导管上下各0.5～1m范围的岩土体内均已注浆填充考虑，一般可按照下列公式计算：

V3=（π×θ/360+2T/R）×[（R+T）2-（R-T）2]×η×L×β+Q

V3是注浆量（m3）；θ是拱部小导管布设范围相对于圆心的角度；R是小导管位置相对于圆心的半径；T是浆液扩散半径0.5～1m；L为小导管的长度（m）；η是岩体孔隙率%；β是浆液损耗系数1.1～1.4；Q是小导管的容积（m3）。[3]

（5）注浆效果

注浆终孔压力达到1.0Mpa以上，则满足要求；注浆完成后，对桩间土进行轻型触探试验，用铁锤敲击钢管，锤击数大于35击，承载力不小于250kPa，达不到时，进行加密等处理。如响声清脆，则未满足。采用水泥、水玻璃双浆液进行注浆，通过调节水泥浆与水玻璃的配比来控制浆液的凝结速度，从而达到良好的质量效果。

结束语：双层小导管注浆技术在隧道开挖过程中，发挥了很大的支护作用。为隧道成功进洞创造了有利条件，确保了隧道施工安全进洞，缩短隧道了施工工期，又节约了成本，从而创造了较好的社会效益和经济效益。