全断面5m超前预注浆和洞口长管棚穿越隧道洞口软弱围岩施工技术

全断面5m超前预注浆和洞口长管棚穿越隧道洞口软弱围岩施工技术

刘圣

中铁二十五局集团第一工程有限公司广东广州510000

摘要：本文介绍了某隧道洞口地段存在软弱围岩时，采用全断面5m超前预注浆、φ108洞口长管棚两者相结合的施工工艺成功穿越了该软弱围岩地段的施工方法。该施工方法通过全断面5m超前预注浆来控制地下水流量，以及利用管棚跟管钻进施工工艺一次成孔的特点，在保证施工安全的前提下，保障了施工进度，获得了极大的的技术效益、经济效益和社会效益。

关键词：隧道；超前预注浆；长管棚；钻孔；注浆

1.工程简介

新建铁路珠三角城际轨道交通广佛环线广州南站至白云机场段，GFHD-2标东环隧道，单洞双线，矿山法施工，全长为891.42m。隧道进口里程DSK44+360，位于广州市白云区钟落潭镇沙亭村；出口里程DSK45+251.42，位于广州市白云区钟落潭镇白沙村；按出口掘进来组织施工，隧址位于飞来岭。地貌属于丘陵区域，地形起伏较大，植被覆盖茂密，最大埋深约95m。

2.施工方案

东环隧道出口段的地层岩性：第四系全新统坡积层(Q4e1-dl)粉质黏土，砂砾岩全风化W4，砂砾岩强风化W3，因为砂砾岩在天然状态下物理力学性质比较好，但是它的水理性质较差，遇水容易崩解软化，被水浸泡时易发生崩解和流砂，甚至塌方。而广州地区夏季受副热带高压及南海低压槽的影响，常吹偏南风，暖湿气流盛行，气候高温多雨；隧道的开挖极可能导致地表水流失，引起突水涌泥，为此采取“以堵为主，限量排放”的原则，通过超前预注浆来控制地下水流量、提高围岩的强度、自稳和止水能力；最终隧道洞口段采用全断面5m超前预注浆和洞口长管棚相结合的施工工艺，确保施工安全。

2.1全断面5m超前预注浆方案

全断面5m超前预注浆方案，注浆长度为45m，分为2个循环施工，第一循环的注浆长度为30m，开挖25m，保留5m的止浆盘，第一循环采用2m厚C20砼止浆墙，第二循环的注浆长度为20m。设计的注浆范围为开挖轮廓线外5m，注浆孔的扩散半径按照2m来布置，孔底间距按照3m来布置，全断面7环共设置125个注浆孔；根据现场开挖后的地质情况分析，在保证掌子面的围岩稳定的前提下，将围岩加固加强，结合四部交叉中隔壁（CRD）法开挖，保证可以能穿越洞口软弱围岩段。所以采用全断面5m超前预注浆，将隧道开挖轮廓线周边围岩进行预加固，进而形成全封闭截水圈，再施作长管棚正常进洞，综合考虑超前预注浆施工难度大，周期长的特点；故钻机、注浆设备、作业班组等资源要素按照两套来配置。

2.2管棚施工工艺

在钻进过程中遇到涌水和岩层破碎时，长管棚施工容易遇到卡钻的问题；虽然已经采用超前预注浆对开挖轮廓线外5m的岩体进行了加固，但是管棚钻机钻头强大的冲击作用，会导致部分岩层松动，如果采用引孔顶入法的施工工艺，先行钻孔，然后再顶管，那么容易出现卡管。为了规避这个问题，我们采用跟管钻进施工工艺，跟管钻进采用双钻头施工，内钻头冲击围岩钻进，外钻头连接管棚同步跟进，利用高压风和部分高压水从管棚内部排钻渣，再注水清洗内杆，成孔后将内钻头和内杆从管棚中间退出，无需再进行二次清孔和送管，提高了管棚的施工效率。

3.全断面5m超前预注浆施工方案

3.1孔位布置

注浆范围为开挖轮廓线外5m，全断面设置7环共125个注浆孔，开孔直径为110mm，终孔直径为91mm；孔口管我们采用φ108mm，壁厚5mm的热轧无缝钢管，管长3m，孔口管按照钻孔参数表内的仰角及平面角，预埋在止浆墙内，具体见下图1、图2、图3、图4所示。

3.2钻孔

超前预注浆钻孔施工中，使用φ127钻头一次成孔，钻孔的顺序由外而内，每一环钻孔之间间隔施工；超前预注浆孔钻孔时必须填写好钻孔记录，含孔号、进尺、起止时间、岩石裂隙发育情况、涌水位置、涌水量和涌水压力等。

3.3注浆

3.3.1注浆材料

超前预注浆的目的是对开挖轮廓线周边围岩岩体进行加固并形成全封闭截水圈，控制地下水流量，顺利施作洞口长管棚，减少管棚浆液的流失和有序进行CRD法施工；因此注浆采用水泥-水玻璃浆液，而水泥水玻璃浆凝结时间可控，也对地下水和环境无污染。

3.3.2浆液配合比：水泥浆水灰比（重量比）为1∶1；水泥浆：水玻璃（重量比）为1∶0.36；水玻璃浓度控制在35°Be′，模度细数为2.4。

图3、A-A断面图

图5、双层管钻杆后退注浆法示意图图6、钻杆端头喷枪大样图

3.3.4钻孔设备及注浆设备

开孔设备选用YQ100风动钻机，钻进设备选用YGL-100A全液压钻机；

注浆设备选用KBY50/70全液压注浆泵；

3.3.5注浆参数

注浆压力：1～2MPa；双液浆胶凝时间：经过现场试验，胶凝时间控制在75～95s，浆液扩散半径2m，施工顺序由外向内，同一孔圈间隔施工。

4．管棚跟管钻进施工方案

4.1管棚施工参数：

①钢管规格：外径114mm，壁厚6mm；②环向间距：中到中40cm；③倾角：外插角3～5°，可根据实际情况调整；④设置范围：拱部140°；⑤长度与根数：45m，根数47根，管棚布置图如图7和图8所示。

4.2导向墙施工

①导向墙按拱部140°考虑，采用C20钢筋砼现浇施工，尺寸1m×1m，导向墙环向长度根据现场开挖所揭示的实际地质情况进行调整，保证基础的稳定性；纵向长度根据仰坡的坡率适当调整，密贴开挖面，导向墙内设2榀I18工字钢，钢架外缘设φ140，壁厚5mm导向钢管，用φ12箍筋与钢架焊接。

②钢花管及钢管两端均预加工成外丝扣，丝扣长15cm。钢花管上钻注浆孔，孔径为10～16mm，注浆孔间距15cm，呈梅花形布置，止浆段110cm。为使同一断面内接头数量不超过总钢管数的50％，钢管根据出厂长度按照不等长加工。

图8、管棚Ⅰ－Ⅰ剖面图

4.3跟管管棚施工工艺

长管棚钻设分两步施工，先钻设奇数号钢花管，注浆后再钻设偶数号钢管。为了保证钻孔方向的准确性，钻进过程中采用测斜仪量测钻孔的偏斜度，钢管施工误差控制在径向不大于20cm，相邻钢管环向不大于5cm；连接钢管采用φ114mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长30cm，车内丝扣，施工工艺如图9所示

图9、管棚跟管施工工艺流程图

4.4管棚注浆

管棚注浆利用专用高压注浆泵来施工，注浆前先进行现场注浆试验，根据现场实际情况来调整注浆参数。管棚的注浆材料采用纯水泥浆，水灰比为1：1(重量比)，注浆压力：初压0.5～1.0MPa，终压1～1.5MPa。注浆顺序按钢管钻设顺序由下而上逐孔进行，每孔注浆压力由小逐渐加大。管棚第一轮注浆结束后，再对每个孔进行补注浆一次，来保证管棚的注浆效果；为了促使浆液在区域内有效扩散，奇数孔以定量为原则，偶数孔以压力控制为原则。

5.施工效果的检验

超前预注浆，采用钻孔取芯5个（拱顶，拱腰两侧，拱脚两侧）和压水试验的方法，长管棚采用P-Q-t曲线法和钻孔取芯的方法，结果都符合标准要求。

图10、图11注浆效果

6.结束语

在隧道洞口软弱围岩段地层中，使用超前预注浆封堵开挖轮廓线岩层裂隙，及采用大管棚注浆来加固拱顶140°范围岩体，此方法利用了超前预注浆的特性和大管棚的优点，相互结合，效果非常明显，而且在施工中又使用了双层钻杆后退式注浆法，使本次施工更加顺利，即保证了安全，又产生了良好的社会效益，为今后类似的工程提供了非常宝贵的施工经验。

参考文献:

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