李連超

中國(guó)水利水電第七工程局有限公司海外事業(yè)部 四川成都 610081

摘要：近年來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)山區(qū)道路建設(shè)能力的不斷提升，隧道工程在道路建設(shè)中所占的比例提升，隧道施工技術(shù)的提升得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。但是，隧道建設(shè)中存在著圍巖破碎等弱質(zhì)夾層巖石發(fā)育豐富的問(wèn)題。因此，在破碎圍巖隧道中采用超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)，解決道路施工中的塌方問(wèn)題很有必要。本文在探討超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖地質(zhì)隧道中施工工藝的前提下，提出了一種新型的隧道工程超前支護(hù)鑿孔工具。經(jīng)試驗(yàn)，施工進(jìn)度得到明顯提高，值得使用和推廣。

關(guān)鍵詞：超前注漿小導(dǎo)管；破碎圍巖；注漿參數(shù)

0.引言

隨著超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)和超前大管棚技術(shù)在隧道道路工程中的廣泛使用，提升了隧道工程的施工質(zhì)量。超前注漿小導(dǎo)管在使用的過(guò)程中，不僅加固了“管棚”，還起到了加固巖體和改善破碎圍巖性質(zhì)，提升圍巖穩(wěn)定能力的目的。通過(guò)注漿管和圍巖的緊密結(jié)合，提升了圍巖的承載能力。本文結(jié)合2009年-2013年大渡河金川水電站省道S211改線(xiàn)公路工程實(shí)例，對(duì)超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)和新型隧道工程支護(hù)超前支護(hù)鑿孔工具的工作原理、施工工藝以及施工效果進(jìn)行分析，以提升其在道路隧道工程中的應(yīng)用能力。

1.工程概況

大渡河金川水電站省道S211改線(xiàn)公路工程全程長(zhǎng)3400m，其中包含新扎溝隧道680m。該路段隧道圍巖破碎，主要圍巖類(lèi)型為V級(jí)和IV級(jí)，圍巖完整性差，裂隙發(fā)育十分豐富。隧道開(kāi)挖過(guò)程中，曾于2009年9月20日因塌方停工，為工程建設(shè)帶來(lái)了較大的影響。為了提升隧道的開(kāi)挖能力，在采用超前注漿小導(dǎo)管的前提下，運(yùn)用工字鋼+錨桿的型式進(jìn)行初期加固，待初期支護(hù)穩(wěn)定后再進(jìn)行C25砼二次襯砌，最終完成隧道成型。在2010年9月20日復(fù)工后，通過(guò)一種新型的隧道工程超前支護(hù)鑿孔工具的使用，提升了隧道開(kāi)挖的安全性。通過(guò)兩者的結(jié)合使用，道路建設(shè)過(guò)程中再未出現(xiàn)過(guò)塌方事故[1]。

2.超前注漿小導(dǎo)管的力學(xué)模型

超前注漿小導(dǎo)管通過(guò)在初支體系和開(kāi)挖巖體兩端的固定，采用中間部分懸空的方式，構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的支梁結(jié)構(gòu)。如圖1所示。它的工作原理是通過(guò)小導(dǎo)管向圍巖注漿，在提升圍巖強(qiáng)度和圍巖完整性的同時(shí)，通過(guò)圍巖的加固工作，增強(qiáng)圍巖和周?chē)h(huán)境的適應(yīng)能力。

超前注漿小導(dǎo)管的目的是在圍巖的周?chē)纬梢粋€(gè)有力的“加固拱”，通過(guò)提升其長(zhǎng)度和注漿的質(zhì)量，提升整個(gè)巖體的安全性。同時(shí)，在小導(dǎo)管的相互搭建中，能有效提升管棚的加固作用。通過(guò)注漿小導(dǎo)管的加固作用，使圖中B方向的支座承載能力得到加強(qiáng)，并且能夠有效提升中間土體的承載能力，使整個(gè)不平衡的受力結(jié)構(gòu)成為一個(gè)受力均勻的荷載。

圖1 超前注漿小導(dǎo)管力學(xué)模型

3.超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中的施工中的應(yīng)用

3.1超前注漿小導(dǎo)管作用機(jī)理

超前小導(dǎo)管通過(guò)對(duì)掌面和拱腰受力環(huán)向的改變，能有效減少拱線(xiàn)的受力影響，通過(guò)位移和豎向荷載的變化，在縱向上能夠增加掌子面的位移，增強(qiáng)位移的穩(wěn)定性。小導(dǎo)管在超前支護(hù)中，通過(guò)荷載作用力的傳遞，能夠改變掌子面和襯砌的應(yīng)力分布。在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，通過(guò)減少掌子面的荷載力，將力量傳遞給初支，減少隧道建設(shè)過(guò)程中前方圍巖的承載力。通過(guò)超前注漿小導(dǎo)管的使用，能夠改變隧道內(nèi)部的應(yīng)力分布，減少塌方事故的發(fā)生，有利于隧道的安全建設(shè)。

3.2超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中的影響要素分析

影響超前注漿小導(dǎo)管加固能力的因素很多，包括地質(zhì)條件、注漿厚度、注漿范圍等各種因素。在施工過(guò)程中，由于施工建設(shè)的復(fù)雜性和不可重復(fù)性，要求在施工前運(yùn)用模擬數(shù)值的方法對(duì)各項(xiàng)影響因素進(jìn)行綜合考量。比如軟件數(shù)值模型的使用，通過(guò)對(duì)有限單因素的控制，在模型中分析各因素對(duì)加固效果的影響[2]。

3.3超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中的施工設(shè)備分析

在施工中，主要采用設(shè)備進(jìn)行注漿，通過(guò)對(duì)公移流量、公移壓力、設(shè)備功率以及水灰比進(jìn)行參數(shù)考量，在設(shè)備中的主回路、換向控制回路以及電機(jī)控制回路中，實(shí)現(xiàn)注漿目標(biāo)。另外，在注漿參數(shù)的考量上，水灰比按照同等的比例進(jìn)行單液水泥注漿，注漿前進(jìn)行注漿記錄和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，以提升注漿的安全性和穩(wěn)定性。再考量掌子面施工安全的前提下，確保導(dǎo)管施工和支護(hù)施工的安全性。最后，還要為隧道內(nèi)進(jìn)行施工的注漿超前小導(dǎo)管進(jìn)行施工參數(shù)測(cè)試。一般來(lái)講，超前小導(dǎo)管的施工直徑為42mm，管壁厚度為3.5mm，在承壓端上加上鋼箍，通過(guò)注漿管在隧道開(kāi)挖輪廓線(xiàn)上的布置，搭建外插角為30度和60度，搭線(xiàn)長(zhǎng)度不小于120cm的超前注漿小導(dǎo)管。

3.4超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中的施工工藝

在小導(dǎo)管的安裝上，導(dǎo)管的制作要合乎規(guī)范，在現(xiàn)場(chǎng)確定空位后，即可進(jìn)行鉆孔的施工，在鉆孔施工完成后，檢查小導(dǎo)管的安裝。在小導(dǎo)管的安裝完成后，便可進(jìn)行注漿施工，在堵孔后進(jìn)行壓水試驗(yàn)，通過(guò)水的實(shí)驗(yàn)，來(lái)擴(kuò)充漿液的通路。在確保漿液能提升加固的松散體之后，按照從下至上的順序進(jìn)行注漿施工。在施工過(guò)程中，很容易出現(xiàn)跑漿的現(xiàn)象，通過(guò)鉆頭和小導(dǎo)管的連接，便可以解決這一問(wèn)題。該施工工藝的創(chuàng)新在下一個(gè)部分會(huì)進(jìn)行具體講解，在此不作贅述。在注漿完成后，還要進(jìn)行注漿的檢查，保證注漿的成功，當(dāng)漿液達(dá)到一定的凝固時(shí)間后，進(jìn)行下一個(gè)鉆孔的開(kāi)挖施工。同時(shí)還應(yīng)當(dāng)注意破碎圍巖和漿液滲透的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)情況，進(jìn)行工藝的維護(hù)。

4.超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中的施工技術(shù)創(chuàng)新

2009年9月20日因塌方停工后，我部在進(jìn)行技術(shù)反思的同時(shí)，針對(duì)隧道軟弱巖層破碎和結(jié)構(gòu)巖體松散的問(wèn)題，進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新。提出在超前注漿小導(dǎo)管中才有有效成孔的技術(shù)進(jìn)行鉆孔工藝的創(chuàng)新。它由鉆頭、鉆桿以及前后端接鉆頭組成，通過(guò)在鉆桿上鏈接超前小導(dǎo)管的技術(shù)創(chuàng)新，有效解決了破碎巖層超前小導(dǎo)管的成孔問(wèn)題。通過(guò)該項(xiàng)技術(shù)的工藝創(chuàng)新，在運(yùn)用過(guò)程中，由于避免了超前支護(hù)不足而產(chǎn)生的塌方現(xiàn)象，有效地提升了施工進(jìn)度。其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 一種新型的隧道工程超前支護(hù)鑿孔工具

5.超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖隧道開(kāi)挖中施工效果檢測(cè)

為了研究小導(dǎo)管加固和超前注漿小導(dǎo)管對(duì)加固效果的不同效果。隧道的深埋為C/D=2，小導(dǎo)管的管徑為42mm，長(zhǎng)度為6m，縱向搭接長(zhǎng)度為2m，超強(qiáng)注漿小導(dǎo)管的加固厚度為0.5m。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，采用超前注漿小導(dǎo)管加固的隧道，加固后拱頂和地表的沉降值分別為28mm和14mm，而僅采用小導(dǎo)管加固技術(shù)的拱頂最大值為38mm，地表沉降值為17mm.由此可知，超前注漿小導(dǎo)管在提升地表沉降力和加固拱頂?shù)挠绊懮希饔蔑@著。在該工程的施工前期，未采用超前注漿小管工藝，事故頻發(fā)。在復(fù)工后，經(jīng)過(guò)技術(shù)的改進(jìn)，有效提升了施工效果。該技術(shù)已經(jīng)在某些工程得到運(yùn)用，在隧道開(kāi)挖襯砌施工中，提高了巖體的穩(wěn)定性，施工效果較好[3]。

6.結(jié)語(yǔ)

超前注漿小導(dǎo)管在加固過(guò)程中具有較強(qiáng)的支護(hù)能力，在運(yùn)用的過(guò)程中，具有簡(jiǎn)單方便，靈活經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。不僅能夠提高隧道內(nèi)部破碎圍巖的力學(xué)性能，也能增加隧道的穩(wěn)定性，在隧道開(kāi)挖的過(guò)程中，防止因隧道開(kāi)挖而導(dǎo)致地表變形的現(xiàn)象產(chǎn)生。在本工程中，通過(guò)采用超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)和新型的隧道工程超前支護(hù)鑿孔工具的結(jié)合，有效地保證了施工的順利進(jìn)行，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]李傳書(shū).長(zhǎng)大管棚在隧道淺埋穿越高速公路中的應(yīng)用[J].西部探礦工程，2010，5（23）：12-16.

[2]石磊.注漿在塌方處理中的應(yīng)用[J].中華建設(shè)，2011，7（15）：34-38.

[3]顧海峰.地表深孔預(yù)注漿的初步設(shè)計(jì)與施工[J].建筑工程，2009，32（04）：78-80.