隧道辅助工程措施超前小导管预加固

隧道辅助工程措施超前小导管预加I内容摘要：超前小导管预加固是指预先打入拱部周边超前斜向设置较 密的注浆小导管，小导管外露端支于钢拱架上。开挖后与锚喷相匹配， 形成较强的围岩、注浆小导管、钢架、锚喷相组合的受力体系，成为上台阶开挖拱部初期支护受力结构。关键词：小导管预加固牛角泵外插角引言：隆百高速公路位于广西西北部山区，地处云贵高原东南边缘， 喜马拉雅山运动以差异性抬升为主，未见第四纪断裂发育，线路区属 新构造运动慢抬升区，属新构造运动的相对稳定区。线路历史上曾发生过多次地壳运动，构造形迹错综复杂、褶皱、 断层均较发育，但未曾发生过7级以上地震，断层近期未见活动，故 为稳定断层。该路段设计时速80Km/h，为双向四车道，分离式隧道 共有六座隧道折合双向单洞12Km，占线路总长的14%，其中开冲隧 道、委见隧道、米花岭隧道成为全线控制工期的重点工程，为加快施 工进度对隧道可能出现的断层破碎带、沙土层、砂质软弱围岩等提出 超前小导管预加固措施。从设计勘察资料上可以看出线路地层以砂岩、泥质粉砂岩夹页岩 为主，围岩整体性较差，均匀性好，砂岩的破碎孔隙率大，特别适用 于常规小导管超前预加固。建议洞口加强段原打大管棚过长段，改为 1520m打大管棚，余下变更为超前小导管预加固措施段。1、小导管预加固的基本原理：小导管预加固注浆是根据新奥法原理，应用岩体力学理论，以维护和利用围岩自承力为基点，采用超前预支护注浆小导管和钢架、锚 喷混凝土为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩变形和松弛，使 围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的监控量测来指 导隧道工程设计施工方法和原则。1.1超前小导管的注浆半径与受力结构图（一）说明：1、本驮寸圳.鲜计;L酬环蛔距凯3、溉戕粹K；L注窠咬萨飙小导管注浆半径与受力麴图（-）1.2小导管的构造小导管一般采用直径为？ 42mm，壁厚=4mm热轧无缝钢管加工 制成，长度2.54.0m，外插角820，小导管的环向间距3540cm, 两组小导管间搭接长度不小于1m。小导管端部用q 6mm钢筋箍加固， 留长1.2m不钻注浆孔，为的是不漏浆液作用，中间钻佃6mm的注 浆孔，呈梅花形布置，前端成锥形，尾部长度不小于30cm，不需要 钻孔，作为不钻孔注浆孔的预留止浆段，小导管花管制造见图二（本 图除注明外其余均以厘米计）。钢花管构道图二）1.3关于小导管外插角：从图（一）分析可以看出当外插角过小时， 开挖后就会把预加固的围岩部分开挖掉，如不开挖掉，就放不了钢架， 造成不必要的浪费；反之，外插角过大，达不到小导管超前预支护的 日的，开挖后小管棚扩散半径下无法加固到位，易出现脱落掉块，甚 至塌方，超挖量不可控制。有些行业规范限度外插角可到30是没 有道理的。如按小导管5m，外插角25计算，那么它加固的高度应 是h=5Xtan25=2.33m,起不到预加固的作用，开挖到第二排将造成大 量垮塌，外插角定为1020。较为合理，最佳角度为15。1.4. 关于小导管长度的讨论：小导管来源于产生实践，经工程技术 人员总结成为“隧道辅助措施超前小导管预加固”，有些单位把它写 入行业规范中，说明它的生产使用性很强。小导管长度应由它穿过支护钢架数的水平距离加1.2m除以它的 水平夹角(应该是斜长)，也就是小导管的长度，能满足同一排截面 上的搭接长度不小于1m的公认规定。一般小导管最大长度用穿过三棉拱架来计算，也即使每隔两棉拱 架打入一排导管。正常情况都是隔一排拱架打入一排导管；围岩自稳 能力很差时，每棉拱架都要打入一排导管，同时它的外插角随管长度 增加，外插角度相应减小。小导管最大长度 L1=(3X0.8+1.2)/COS15=3.6/0.9659=3.8m，取 4m 小导管正常长度 L2=(2X0.8+1.2)COS18=2.8/COS18=2.9m，取 3m 小导管特殊长度 L3= (0.8+1.2)/COS20=2/COS20=2.1m，取 2.5m 工程预算定额小导管长度为4m，外插角为15列入预算。1.5. 关于小导管端部留1.2m不钻注浆孔的讨论：从图一可以看出架立靠掌子面的那棉钢架不可能是紧贴的，有一 定喷护施工空间，为使浆液不泄露就得有一定厚度的止浆墙，小导管 1.2m处注浆高度应h=1.2tan15=0.32m，它就会在此处以导管为中心扩 散半径为R的止浆圆柱，浆顺着管径向开挖面渗透成圆锥体，许多 小导管打入并注浆，就会形成止浆柱相切的外壳，并和前次注浆相切， 通过开挖喷锚支护，必然形成初期支护体系。2、小导管施工方法：2.1. 在靠掌子面应该打管棚的钢架完成后，用凿岩机按设计外插角 钻孔，钻孔深度超过钢花管57cm，然后将钢花管顶入孔内，尾部 与钢架焊接，钢花管与开挖面钻孔之间的缝隙用水泥砂浆填塞防止漏 浆。2.2. 小导管注双液浆，主要是双液浆凝固快，利于缩短开挖循环时 间(1) 浆液配比：水灰比(0.61.0)： 1的水泥浆，加适量浓度的 水玻璃波美度为3540，水泥浆与水玻璃的体积比1： 061： 0.8, 注意需要多少配制多少，配制的水泥浆存放不超过80分钟，双液浆 必须在初凝之前用完。(2) 单根导管所需要注浆量的确定：注浆公式Q=n R2卬(m3)式中Q单根导管注浆量(m3)；R浆液扩散半径(导管中心间距的0.7倍便于咬合)(m)； L导管长度(m)；M围岩孔隙率(%);(3) 小导管注浆方法：注浆压力0.50.7Mpa. 使用双液浆机，将拌和好的水泥浆和水玻璃液，通过孔口管混 合注入小导管中达到设计注浆量，保持终压时间1分钟后，关闭闸阀， 完成单管注浆。 使用自制牛角泵注浆优点：灵活、经济、实用、容易操作。按水泥和水玻璃体积比，试验出的浆液初凝时间配合比，先将拌 和好的水泥浆倒入牛角泵钢桶内，再按所需水玻璃量注入牛角泵钢桶 稍加混合，盖好密封盖，接通高压风管，启动高压风闸阀就可往导管 内注浆，达到设计注浆量，终止注浆，孔口加止浆塞就完成单管注浆。由于高压风管距开挖掌子面近，其压力为0.50.7Mpa,适应小导 管注浆所需压力，使用自制牛角泵注浆具备了它的许多优势。3、注浆安全注意事项：各种注浆泵都是高速运转的压缩机械作用于液体压力高达0.5 5Mpa （牛角泵除外）注入的岩体种类繁多，针对小导管注浆提出如下 安全注意事项：3.1. 建立健全各种岗位责任制，严格执行现场交接制度；3.2. 注浆现场操作人员必须经过培训，持证上岗，必须佩戴安全 帽、防护眼镜、口罩、手套等劳保用品，方可进行施工，浆液粘染皮 肤，立即用清水冲洗干净。3.3. 注浆泵及高压管路、各种阀门管路、压力表运行正常，接头 良好方能进行施工。3.4. 每次注浆前，开机压水认真检查安全阀、压力表并调整到规 定的压力注浆限位，确保注浆质量。3.5. 注浆完毕，必须把遗留正在压浆泵、高压管内浆液冲洗干净， 防止浆液凝结在容器内及高压管内。4、小结：注浆小导管来源于工程实践，通过注浆扩散半径图解计算找出小 导管最佳长度和外插角的关系；随着导管长度增加，外差角度相应减 小。小导管长度定为4m，最佳外插角为15，基本上和行业预算定 额相符。注浆导管可以和格栅拱架组成预支护系统。注浆管一端插入未开 挖岩体中，另一端担在格栅拱架上和注浆钢管组成简支梁组，预支护 力增大；与大管棚相比灵活经济，格栅拱周围腹部空间被喷射混凝土 填充覆盖，围岩和钢筋紧密粘结，形成一个刚度接近的共同变形体， 受力条件合理。小导管注浆不受施工空间限制，特别是在隧道开挖任何一部分不 需要提供工作室，体现技术先进、安全、可靠、经济实惠，可操作性 好，质量有保证。注：经工地多次调查，现阶段绝大多数工地都是使用风动冲击钻凿孔，超过4m深孔，排渣困难，冲 击围岩易造成围岩塌孔。从图解计算分析导管长4m，已满足质量要求。参考书：中隧集团“施工操作细则” 1983版作者：曹增福（1935-），男，高级工程师，主要从事地下工程施工，曾获“国家科学进步特等”奖。