超前小导管在隧道穿越软弱围岩中的应用

收稿日期：２００７－０３－２７　
作者简介：廖书志（１９７１－），男，汉，河南信阳人，学士，研究方向土木工程。

超前小导管在隧道穿越软弱围岩中的应用
廖书志　
（中铁十五局集团五公司 河南洛阳 ４７１００１）　
摘要：滲温福铁路秦屿隧道出口段穿越受断层破碎带影响的软弱围岩地段时水量大、掉块严重，施工中采用超前小导管辅以水泥——水玻璃双液注浆止水加固，三台阶临时仰拱法开挖的处理方案，取得了良好的工程效果。

文章结合工程实践介绍这种方案的成功运用。

　
关键词：软弱围岩 超前小导管 水泥－水玻璃双液注浆　
中图分类号：Ｕ４５２．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－１８１６（２００７）０２－００６４－０４　
隧道穿越岩体破碎、滲水量大、浅埋的软弱围岩，选择合适的施工方法至关重要。

在秦屿隧道出口段施工中，采用超前小导管配合水泥－水玻璃双液注浆超前支护，结合架设I20 a 工字钢架、挂网、喷锚等措施，顺利通过浅埋、河床地段，取得良好效果。

１ 工程概况　
温福铁路秦屿隧道位于福建省福鼎市秦屿镇内，是温福铁路地质最复杂、施工难度最大的隧道之一，为温福铁路关键性工程之一。

隧道位于构造剥蚀低山区，最大海拔为360 m ，相对高差为350 m 。

山体连绵起伏，时而形成悬崖峭壁、深沟大壑，时而缓坡绵延、植被丛生。

出口段穿越6条断层，断层破碎带宽度10～20 m ，倾角70°～80°，走向近东西向，与线路大角度相交，地表为坡积、冲洪积及晶屑凝灰岩全风化层覆盖，地震弹性波速为3000 m/s ～3600 m/s ，呈碎石状压碎结构，埋深不足30 m 。

出口段DK127+250～DK127+428受F5断层破碎带影响，设计预测涌水量500～1 000 m 3/d ，地表为狭长形山谷的汇水地貌，现辟为水田。

隧道埋身24～18 m 。

当隧道掘进至DK127+415时，围岩变更为Ⅴ级围岩，掌子面呈褐黄色的强风化凝灰岩，呈块状压碎结构，控制性节理5～7 条/m ，走向近垂向，可见水平和其他方向节理，中间夹有近水平向的褐黄～灰白色的沉积泥岩软层，厚5～10 cm 。

拱顶为褐黄色的全～强风化凝灰岩，围岩稳定性差，掉块严重。

地下水发育，掌子面有多处滲水，流量约30 m 3/h 。

由于掉块严重、滲水量大，给施工进度和安全带来较大影响，如何有效的防止掉块和止水是能否穿越该段软弱围岩的关键。

２ 施工方案　
经过广泛收集资料，聘请专家论证，结合工程实际情况，本着“管超前、预注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，决定采用超前小导管辅以水泥－水玻璃双液注浆止水加固、三台
第２期 廖书志 超前小导管在隧道穿越软弱围岩中的应用　
阶临时仰拱法开挖，I20 a钢架配合中空锚杆支护的处理方案。

施工方案包括形成加固圈、三台阶临时仰拱法开挖、初期支护等。

２．１　形成加固圈　
形成加固圈就是通过超前小导管配合水泥－水玻璃双液注浆在拱部120°范围的开挖轮廓线四周形成一定强度和厚度的水泥浆加固拱，以提高围岩自承能力和稳定性。

超前小导管φ42、长4.5 m，沿隧道拱部120°范围的开挖轮廓线布置，环向间距40 cm，向外倾斜10～15°。

考虑钢架间距和搭接长度，按照3.2 m每环布置，预留搭接长度1.3 m。

注浆使用YZB-120/7型液压双液注浆泵，注水泥－水玻璃双液浆。

２．２　三台阶临时仰拱法开挖　
开挖本着“短进尺、强支护”的原则，采用三台阶临时仰拱法开挖的处理方案。

上台阶开挖高度4.63 m，开挖进尺结合钢架间距控制在0.8～1.6 m；中台阶开挖高度3.83 m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.8～1.6 m；下台阶开挖高度3.87 m，左右交错开挖，进尺结合钢架间距控制在0.8～1.6 m。

三个台阶纵向距离基本保持在3～5 m，以利于及早落底。

开挖后，尽量减少围岩暴露时间，迅速完成初期支护。

２．３　进行初期支护施工　
初期支护参数如下：
（1）初喷封闭掌子面（4 cm的C25聚酯纤维砼），施作钢拱架（I20 a工字钢钢拱架，纵向间距80 cm，φ22 纵向连接钢筋，环向间距1 m），施工锁脚钢管（φ50、长3 m向下倾斜45°的无缝钢管，端部与钢拱架两侧拱脚焊接）；
（2）导坑底施工临时仰拱（喷8 cm厚C25砼，必要时增加横向支撑）；
（3）施工径向系统锚杆（φ25 带排气中空注浆锚杆，长4 m，环向间距1.0 m，纵向间距0.8 m），喷射砼厚度至设计厚度（C25聚酯纤维砼，厚度28 cm）。

３ 施工要点　
形成加固圈是本方案的施工重点，而超前小导管施工及水泥－水玻璃双液注浆是形成加固圈的重点。

施工中确保超前小导管和注浆的质量是施工方案成败的关键。

３．１　超前小导管施工　
由于岩体为全～强风化凝灰岩、基岩破碎、含水量大，成孔困难，容易卡钻、坍孔，钻孔操作比较困难。

如何确保小导管的位置和角度满足设计要求，是方案成败的关键所在。

小导管施工采用钻孔打入法。

按照封闭岩面→钻孔→清孔→钢花管制、安→注浆的施工顺序施工。

施工主要工序：
（1）封闭岩面：为确保注浆效果，对开挖岩面采用厚度3～5 cm的C25喷射砼封闭，作为止浆墙。

在钢花管安装完毕后，用锚固剂对钢管周围进行封堵，确保在注浆过程中不漏浆；
（2）钻孔：钻孔前先检查气腿式风枪状况是否正常。

钻孔速度应保持匀速，特别是钻头遇到孤石时，应控制钻进速度，避免发生夹钻现象。

钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的现象及时判断成孔质量，并及时处理钻进过程中出现的事故；
（3）清孔、验孔：用高压空气从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪等检测孔深，倾角，
石家庄铁路职业技术学院学报 ２００７年第２期
外插角；
（4）钢花管制安：在钢管上按照15 cm的间距梅花布置钻注浆孔，并在尾部留置不小于1 m的止浆段。

钢花管安装采用直接插入法，必要时通过在尾部加垫板用风枪送入（如图1所示）。

图１ 超前小导管施工工艺流程框图　
３．２　水泥－水玻璃双液注浆施工　
该段围岩岩体破碎、裂隙发育、孔隙大、渗透性较好，为超前预注浆施工增加了难度。

预防浆液流失和有效控制注浆量是注浆工作首要控制点，是能否形成稳固、安全可靠的加固圈的关键。

注浆操作主要包括以下几个工序：
（1）注浆参数：水泥浆液水灰比为0.8～1.0左右，水玻璃浓度30～35波美度，水泥浆与水玻璃体积比1：0.3～1：0.8，注浆压力0.5～2.0 MPa；
（2）注浆顺序：采取由低孔位向高孔位进行，即由拱脚至拱顶顺序进行；
（3）注浆准备工作：注浆前先检查注浆管路，确保管路畅通、不阻塞、不跑浆，机械性能良好。

确认各项准备工作完成后，做现场注浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工；
（4）注浆施工：注浆采用YZB-120/7型液压双液注浆泵将浆液注入小导管内，注浆采用两次间歇进行。

首次注浆可适当减少水灰比，增加水玻璃掺量，注浆压力控制在0.5～1.2 MPa，当相邻孔眼有浆液流出时即结束首次注浆。

间歇3～5 h后，进行第二次高压注浆，注浆压力1.2～2.0 MPa，当进浆量小于20 L/10 min 时可结束注浆工作。

若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均被浆液充填，方可终止注浆；
（5）注浆过程派专人值班，填写《注浆记录表》，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，
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观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。

３．３　监控量测　
因该段地处浅埋地段，施工中重点对地表下沉、拱顶下沉及周边收敛进行监控。

地表下沉在施工前埋设，拱顶下沉、两组周边收敛点按照三台阶临时仰拱法施工顺序在施工中布置。

在开挖完成后，迅速进行埋设，并进行初始读数。

通过对量测数据的分析处理，掌握地层稳定性变化规律，预见事故和险情，作为调整和修正支护设计参数及施工方法的依据，提供围岩和支护衬砌最终稳定的依据。

４ 施工注意事项　
（1）钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。

钻进过程中应运用测斜仪，进行钻孔偏斜度测量，严格控制小导管打设方向，并作好每个钻孔记录。

发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应注浆封孔，待强度达到要求后，原位重钻；
（2）注浆过程中，要随时注意泵压及流量变化，若吸浆量很大或压力突然下降，注浆压力长时间上不去，应查明原因。

如工作面漏浆，可采取封堵措施；如跑浆可通过调换浆液种类、调整浆液配合比、采用间歇注浆等措施，已达到注浆目的；
（3）对注浆过程中发现有大的空洞等，可首次先注水泥砂浆或砼，后进行注浆。

５ 结语　
本段隧道埋深浅、围岩为全～强风化凝灰岩、地下水受地表水补给丰富，围岩遇水软化、泥化，自稳能力丧失较快，是造成该段围岩等级低、稳定性差、易超挖掉块的主要原因。

因此在施工处理中，抓住掉块主因，采取超前小导管配合水泥－水玻璃双液注浆进行止水加固，取得了止水防渗和加固隧道围岩的显著效果，整个过程安全、顺利。

尤其根据开挖过程中揭示的情况，更加验证了小导管配合双液注浆固结联合作用形成的加固圈是保证顺利开挖、防止掉块、减少超挖的重要手段。

（责任编辑 张宇平）
Application of Advance Canal to Soft Rock Tunnel
Liao Shuzhi
(The 5th Engineering Company of China Railway 15th Construction Bureau Co., Ltd. Luoyang He’nan 471001 China) Abstract：Qinling tunnel exit appeared large water leakage and severe fall-block crossing the soft rock section influenced by fault fracture zone. Advance canal supplementally with cement-silicate double solution grouting was adopted to stop water and reinforce and three-bench temporary invert method was used to excavate. This scheme achieved good effect. The successful application of this scheme was introduced with the engineering practice.
Key words：soft surrounding rock advance canal cement-silicate double solution grouting。