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固
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15～20m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）
1.2小导管的构造
小导管一般采用直径为φ42mm ，壁厚 =4mm 热轧无缝钢管加工制成，长度2.5～4.0m ，外插角8～20°，小导管的环向间距35～40cm,两组小导管间搭接长度不小于1m 。

小导管端部用φ6mm 钢筋箍加固，留长1.2m 不钻注浆孔，为的是不漏浆液作用，中间钻有φ6mm 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）。

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目的，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=5×tan25=
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10～20°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榀拱架来计算，也即使每隔两榀拱架打入一排导管。

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，每榀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=(3×0.8+1.2)/COS15=3.6/0.9659=3.8m，取4m
小导管正常长度L2=(2×0.8+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榀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5～7cm，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（0.6～1.0）：1的水泥浆，加适量浓度的水玻璃波美度为35～40，水泥浆与水玻璃的体积比1：06～1：0.8，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=ΠR2Lμ(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）；
μ——围岩孔隙率（%）；
（3）小导管注浆方法：注浆压力0.5～0.7Mpa.
①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。

②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0.5～0.7Mpa,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
整理：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。