超前小導(dǎo)管施工原理分析及在隧道工程中的應(yīng)用

[關(guān)鍵詞]超前小導(dǎo)管施工；隧道工程；鋼花管；小導(dǎo)管安裝

隧道為特長隧道，左線全長3795米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1945m，洞口均采用端墻式洞門，路塹式明洞27m，Ⅴ級(jí)圍巖948m，Ⅳ級(jí)圍巖1130m，Ⅲ級(jí)圍巖1690m。右線全長3785米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1991m，洞口均采用端墻式洞門，路塹式明洞13m，Ⅴ級(jí)圍巖932m，Ⅳ級(jí)圍巖1150m，Ⅲ級(jí)圍巖1690m。其中，設(shè)置9處人行橫道，4處車行橫道及4處緊急停車帶。行車主洞建筑限界（單洞）：11.0m（寬）×5.0m（高）。其中行車道凈寬3.75m×2＝7.5m，側(cè)向?qū)挾龋篖左＝0.75m，L右＝1.0m；兩側(cè)均設(shè)置檢修道（含余寬C）,J左＝0.75m,J右＝1.0m。

隧道工程在施工之前，土質(zhì)結(jié)構(gòu)為原狀土，圍巖也是應(yīng)力狀態(tài)，隨著隧道工程開挖工作的逐步開展，會(huì)對(duì)隧道周圍的圍巖造成擾動(dòng)，原有的圍巖應(yīng)力被釋放出來，促使應(yīng)力重新分布。通過超前小導(dǎo)管施工技術(shù)，可促使隧道工程四周破碎的圍巖形成一個(gè)整體，改善彈性模量、內(nèi)摩擦力等，從而保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。按照原理的不同，超前小導(dǎo)管施工技術(shù)主要有三種：第一種為小導(dǎo)管錨桿作用，通過錨桿將隧道周圍已經(jīng)發(fā)生破碎圍巖固定在圍巖之上，并連接成一個(gè)整體。第二種是通過拱群效應(yīng)，加強(qiáng)隧道拱部強(qiáng)度，提升承壓力。第三種是通過漿液固有特性，提升圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（一）適用范圍分析

超前單層小導(dǎo)管主要用于自穩(wěn)能力較差的Ⅴ級(jí)圍巖淺埋、偏壓，以及Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的斷層破碎帶及其影響帶。

（二）技術(shù)要求

超前單層小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，適用于拱部地層松散，破碎的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段。在本工程施工中超前小導(dǎo)管施工參數(shù)為：選擇壁厚3.5mm、直徑為42mm的熱軋無縫鋼花管，長度控制在4.5m左右，環(huán)向間距控制在20cm左右。外插角：鋼管外插角分別為10°～15°；注漿材料：水泥漿液水灰比：1.0∶1.0（重量比）；設(shè)置范圍：拱部120°范圍。鋼管環(huán)向打孔注漿，孔徑10mm，孔間距150mm，尾部留不鉆孔的止?jié){段不小于30cm。

（三）施工準(zhǔn)備

按照工程特性及施工現(xiàn)場(chǎng)的客觀條件，選擇與之相適的施工方法，降低施工中各道工序的相互干擾，并確定注漿所用的材料、規(guī)格、型號(hào)等，按照施工實(shí)際需求，選擇合理輔助用料。如果隧道工程施工中遇到了淤泥流砂，則可以采用水玻璃+水泥雙液注漿。一些化學(xué)漿液雖然也可以滿足施工要求，但成本比較高，并帶有一定的毒性，不利于環(huán)保，要謹(jǐn)慎采用。在選擇注漿設(shè)備時(shí)，要根據(jù)工程特性，選擇合理的鉆孔器械、注漿材料、檢測(cè)設(shè)備及儀器。本工程超前小導(dǎo)管施工的注漿參數(shù)為：水泥漿水灰比1∶1；注漿壓力初壓0.5MPA～1.0MPa；注漿結(jié)束后，用M20水泥砂漿填塞管棚鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度，注漿水泥的強(qiáng)度等級(jí)為P.O42.5普通硅酸鹽水泥；水玻璃液美度為30，模數(shù)為2.4；添加5%的水玻璃，如水量較大應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

（四）制作鋼花管

為提升施工效率和便捷性，小導(dǎo)管前端可制作成尖錐形，并在尾部焊接直徑不低于8mm的加強(qiáng)筋緊固處理，在管壁之上，每隔15cm，布置一個(gè)梅花形鉆眼，直徑為10mm，在尾部設(shè)置止?jié){段。管棚采用Φ108有孔鋼花管和Φ108無孔鋼管，鋼管節(jié)長為4m～6m。管棚接長要先將前一根鋼管緩慢頂入已經(jīng)鉆好的孔洞中，然后再進(jìn)行相互聯(lián)接。當(dāng)前一根鋼管進(jìn)入鉆孔中之后，在孔外預(yù)留出30cm～40cm，然后啟動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理，促使聯(lián)接套和鋼管相互脫離，此后鑿巖機(jī)再退回原來的位置，降下大臂，人工安裝上一節(jié)鋼管之后，再重新校正大臂。鑿巖機(jī)要進(jìn)行緩慢前進(jìn)，對(duì)準(zhǔn)前一根鋼管的尾部后人工聯(lián)接，促使前后兩根鋼管聯(lián)接為一個(gè)整體。最后，再借助鑿巖機(jī)低速頂進(jìn)鋼管。

（五）小導(dǎo)管安裝

小導(dǎo)管安裝是超前小導(dǎo)管施工安裝的重中之重，安裝效果和質(zhì)量直接決定了整個(gè)工程施工質(zhì)量和安全性，通過放線測(cè)量確定孔位，并做好標(biāo)記，利用鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔操作，孔徑要略大于導(dǎo)管管徑20mm以上。鉆孔完成之后，再把小導(dǎo)管按照設(shè)計(jì)要求插入鉆孔中，外露部分控制在20cm左右，支撐在已經(jīng)開挖好的鋼架之上，共同形成預(yù)支護(hù)體系。

（六）注漿

在注漿操作施工過程中，必須嚴(yán)格認(rèn)真填寫注漿記錄，并隨時(shí)分析和改進(jìn)操作作業(yè)，并嚴(yán)格注意觀察支護(hù)工作，注漿參數(shù)的選擇也是本工程施工的重點(diǎn)。在具體施工中，要結(jié)合注漿試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，選擇與之相適的注漿參數(shù)，并在注漿過程中，要先噴射混凝土封閉撐子面，避免發(fā)生漏漿問題。針對(duì)強(qiáng)行打入的鋼管要進(jìn)行積物沖洗，然后再進(jìn)行注漿操作，注漿操作要選擇從下到上的施工方法，漿液水灰比控制可選擇1.5∶1、1∶1、0.8∶1三個(gè)等級(jí)。逐步提升漿液濃度，考慮到注漿之后要立即開挖，在本工程施工中采用了普通水泥，在配制時(shí)加入了減水劑。在鉆注過程中，要嚴(yán)格按照先外后內(nèi)方法進(jìn)行施工，并且為最大限度上保證鉆桿接頭的強(qiáng)度和剛度，鉆桿連接套和鉆桿要采用相同的材料，并在兩側(cè)加設(shè)內(nèi)螺紋扣，聯(lián)結(jié)套的壁厚≥10mm。

（七）注漿效果檢查及質(zhì)量判定

注漿效果檢查分過程中檢查、結(jié)束時(shí)檢查和開挖過程中檢查：注漿過程中檢查主要是檢查漿液膠凝時(shí)間；注漿結(jié)束時(shí)，檢查注漿記錄，看每孔注漿量是否達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，孔數(shù)是否與設(shè)計(jì)一致；開挖時(shí)檢查，看開挖邊緣是否整齊、漿液固結(jié)情況、漿液滲透半徑等，以便為下一步修改注漿參數(shù)提供依據(jù)。開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不好，除在下一循環(huán)改進(jìn)外，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施。

綜上所述，本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了超前小導(dǎo)管施工在竹園隧道工程中的應(yīng)用，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）和超前管棚、超前錨桿等施工技術(shù)相比，超前小導(dǎo)管施工技術(shù)的加固效果更加明顯，且施工工藝也更加簡單。（2）超前小導(dǎo)管施工技術(shù)，既能有效加固圍巖，提升圍巖的自穩(wěn)定性，也可以提升隧道工程圍巖結(jié)構(gòu)的抗?jié)B漏能力。和初期支護(hù)相互結(jié)合，還能有效預(yù)防塌方、冒頂?shù)劝踩�事故的發(fā)生概率。（3）近年來，我國隧道工程不斷增多，超前小導(dǎo)管施工以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和超前的適應(yīng)能力，深受施工單位的高度重視，具有非常廣闊的發(fā)展前景。