超前小导管在隧道超前支护施工中的运用研究

超前小导管在隧道超前支护施工中的运
用研究
摘要:在地下工程施工进行地层修复时的一项十分关键的技术手段便是超前小导管保护科技。

超前小导管保护施工技术具备了超前保护功能,是隧洞施工中的一项十分行之有效的工程开挖安全辅助保护措施。

关键词:超前性;小管道;钻孔;注浆材料;隧道
一、超前小导管施工原理
1.1超前小导管原理
超前小导管注浆工艺主要机理,是在工作面周围按特定的倾角把小导管进入到泥土岩层中,对注浆料泵的压力差加以利用,从而使泥浆可以直接通过小导管内加以渗入,进而扩散到周围泥土岩层的缝隙内甚至是裂缝中,进而对砼体物理力学上的特性加以了改善,这不仅能够发挥止水的功能,还可以在作业面四周产生一种承载壳-地层的自承拱,同时小管身也可以发挥超前锚索的功能,进而实现了加快砼体的自稳工作时间、增大施工面地层自稳能量、以及控制周围泥土岩层松散变化的目的。

1.2小导管超前注浆固结原理
经过总结研究可以知道,超前小导管内注浆固结的机理,大致有这样两种:
(1)使泥浆渗透到带有空隙甚至是受到破坏的围岩中,在灌浆水压的影响下,泥浆渗透到巷道围岩的缝隙中,以便于对底层进行夯实;
(2)对较为坚固以及严密性比较好的土质围岩,水泥在高压的条件把土壤裂隙挤开,使泥土能够渗入,从而产生了脉状的水浆液脉,浆液在围岩集中分布成为以型钢为干的木枝,将凝结后的泥土挟持、网罩被压密后的土体,从而产生了固结效果。

1.3超前小导管工艺特点
超前小导管工艺在具体使用流程中的优点主要表现在如下几方面:
(1)稳定性强,安全性高,在实际使用过程中产生了优异的加固效果,在具体建筑施工过程中,通过对此项工艺加以合理运用,就可以达到对各项施工中注浆料质的合理调控,进而提高了建筑施工作业的顺利完成,并且改善了建筑施工的最终品质。

(2)在施工过程中可以对小型机械加以使用,而不要求对整个工地安装设备,因为工程施工过程非常简单,而且操作起来相对地较为方便,这样也就减少了整个工程的施工时间长度,从而使得整个工程都可以在工期内顺利地完成。

(3)导管和工字钢可以相互交叉结合,从而构成了超前的保护系统,这样就可以使支护围岩的稳定性有所增强,进而防止了在施工过程中,保护围岩出现了变形问题,这也使得项目施工的稳定性得以逐步增强,从而减少了重大安全事故的发生概率。

(4)对超前性支护手法进行合理运用,可以大幅减少项目建设中的暗挖时间长度,保证了项目建筑的稳定性。

二、施工工艺流程
1、施工方法:
(1)小导管制作
小导管型采用φ40mm的热轧无缝钢管,在管道上钻孔注浆孔,口径为10mm,钻孔间距为150mm,成梅花式排列,在管道前端做成尖锥形。

(2)钢拱架制作在钢拱架拱部的一千二百范围内,根据较小导管的要求钻φ50mm孔,小孔间隔约为40cm。

(3)钻孔
超前小管道施工,使用YT-28风动凿石机钻进,钻机孔径通常为50mm,然后将小管道直接穿过钢筋,再重复使用钻孔头顶进,顶入孔径不能小于管道孔径的90%,再使用高压风机将小管道内的沙石全部刮出。

(4)注浆
①在铺设小管道后即对孔内浇灌,浆液将由ZJ-400高速制浆机拌制。

②注浆方式施工材料:注浆成型物料将选用水灰比为1:1的水泥材质,水玻璃浓度:35波美度。

③采用灌注机将混凝土浇注在管棚或钢管内,注浆方法材料压力约为0.5~1.0MPa,持压15min后停机进行浇注。

注浆方法材料过程中,及时观测注浆方法材料的压力和注浆泵排浆量得变化趋势,并分析注浆材料状况,以防止堵塞管、跑浆、渗漏等,并作好注浆材料记录。

三、隧道内超前支护施工对超前小导管技术运用的影响要求
3.1做好测量放线作业
施工作业在正式进行之前,要先对钻孔部位做好精准放线,同时,也在该流程中要作出适当的标注,以便于保障日后钻孔和复核等项目工作的顺利开展。

施工放线作业的核心是确认超前小导管中心与超前小导管之间的距离,保证所据数据的正确性,以便为后期施工作业的正常实施提供保障。

3.2钻机作业
钻孔施工作业在开始之前,需要先对施工中使用的钻头做一个定位,在该流程中,要求工作人员特别注意的是,钻头方位一定要精确,并经过了钻孔施工核对后,对钻机的钻头方位做出了判断。

在施工现场,我们可以迅速、合理的进行对超前小导管的装配,同时要选用孔径尺寸合适的钻机。

钻机在开钻阶段应保证低钻低速风压,当钻井定位正确、钻头固定后,根据地质的变化情况,以及根据施工中使用的钻机的钻进速率,对风压加以适当调节,保证了钻孔作业的顺利完成。

3.3加工小导管
制造小导管之前,首先要清除干净表面的所有杂质,对于超前性小导管管体要用钻头加工成合适的注浆材料孔,项目施工中的所有注浆材料孔的高度间据规定必须限制范围内,同时,所有注浆材料孔都应当程梅花形,完成注浆材料加工后,要把在施工作业中,所产生的铁碎片全部都清理掉,同时还要把所有注浆材料钻孔磨平,以便于为今后施工作业的顺利完成,和改善质量问题提供更强大的保障。

3.4搬运和安装
搬运小导管是工程施工中的一个主要内容,在搬运小导管时,为防止产生安全事故,应该轻拿轻放,同时,不断敲打小导管。

在搬运小导管时,也应该采用合理的保护措施对小导管加以维护,防止其产生变形,如果发现小导管出现了变形,就不能再在施工中对其加以使用,而要对已经变形的小导管进行再次加工,将其重新垂直,然后将其应用于项目的施工。

安放小导管之前,首先要检验钻孔质量,同时,施工人员也要清理孔内的泥土、碎石。

在进行钻孔后,要及时完成小导管安放。

3.5注浆材料
作业完成小管道装配后,要进行压水测试。

注浆作业在进行时必须坚持以从下至上方式完成,同时,也必须贯彻无水原理。

止浆环装配工作要在注浆材料以前结束,要确保与止浆环相连的安全可靠和密闭性。

在超前小管道孔处要设施排水孔,在做好超前小管道装配工作后,要开始注浆材料;对混凝土浆液在使用过程中要即搅拌即用,对已经达到初凝的水泥浆液则不能使用;为保证浇筑中使用的混凝土的质量能够满足要标准,对在浇筑中所使用的混凝土浆液,要严格地按照实际状况加以配比,以保证在后续浇筑作业中使用的混凝土浆液质量可以满足规定标准;在做好注浆材料后,要使用小锤头爱情敲打管道,假如在该过程中,出现的敲打响声特别清脆、洪亮,则表明管道泥浆中尚未充满,此时,为确保质量,就需要补浆并做好注浆材料;假如敲打出现的声音是沙哑、低沉,则表明早已做好了注浆。

注浆作业进行期间常见异常情况的管理措施包括:
（1）串浆现象,是在灌浆建材实施过程中经常出现的一种现象,主要指的是,在正在进行灌浆建材施工作业正常推进之际,钻机内的泥浆也会同时从其它钻机中流出,并由此对各项建材施工现场作业的正常实施形成了不好负面影响。

在建筑施工阶段,如果发现了串浆,要更有效地对在施工中已经发现中的串浆裂缝实行了封堵,并在必须对该孔洞加以注浆之时,及时取出堵塞物。

(2)注浆方法工作期间,如果注浆方法压力骤然变大,这很可能是由于管道间出现了阻塞所引起的,因此首先要及时中止注浆方法作业,并进行适当的检测工作。

在注浆方法间如果发现了堵管现象,要及时敲击管道,并来回滚动管道,从而保持浆液在浆管中流淌通畅。

若在实际施工中,采用了以上的处理方法,如果注浆方法管还是无法疏通,此时就要补管。

(3)在注浆期间,会发生孔内浆量过大,或者水压长期无法提高的情况,当遇到这一问题,就需要对泥浆的具体含量状况,以及配制比状况等做出适当的调节,通过合理压缩胶凝时间,来选择最小的泵量,并采用较低压方法进行注浆材料,为凝胶材料生产创造了有利条件。

四、施工项目验收标准及安全技术措施
4.1分项验收标准
（1）超前小导管所用材料进场应当按批抽样测试作力学特性(屈服硬度、抗拉强度和伸长率)和工艺技术特性(冷弯)的测试,其产品质量应当达到有关规范规定和设计要求。

检验数量：以同牌号、同炉罐号、相同型号、同一交货状态下的钢料,每60t为一组,以不足60t的按一组数计算.
检验方法：检验各批产品质量证明文件,和开展相关特性测试;
（2）超前小导管所使用的管材的种类和尺寸,必须满足原设计规定。

检验数量：全部检查。

检查方法：观察、尺量。

（3）超前小导管与支承构件间的衔接,应满足设计要求。

检验数量：全部检查。

检查方法：观察。

（4）超前小导管注浆效果检查。

检验数量：随机抽查。

检查方法：应用分析法和钻心取样方式检测,如未满足设计条件时补孔注浆的方法。

（5）注浆浆液的配合比应满足要求。

检验数量：全部检查。

检验方法：试验室通过配比选择测试;
（6）超前小导管的注浆压力要满足设计,并且注浆浆液要填满小管道以及附近的间隙。

检验数量：全部检查；
检验方法：检查施工记录的注浆方法用量和注浆压力,观察。

4.2安全技术措施
4.2.1初期支护安全措施
⑴喷射混凝土安全措施
①喷射机必须使用干湿喷涂作业,必须严格按照施工配合比要求配制,风源须为符合要求的稳压时间源,供电、供水、注射成型设备等都需要严格配合。

②起动之前,须先接通风、水、热电源,在开进空气阀逐步到额定的重量压力后,再启动
发电机空载运行,在确保一切正常之后,便可投料作业。

③当发生阻塞情况时,应该首先暂停喂料,并对阻塞部位加以敲打,促使物料松动,而后再用压缩空气吹通。

此时,作业人员须迅速拧紧喷头,并严禁甩动管路伤人。

在管路中有压力差时,也严禁拆除管连接。

④转作业面时,供风、自来水等系统也将相应移动位置,给料制动的软管也不能任意拖拉和折弯。

⑤作业后,应将仓内和给料制动软管内的干混凝土料全部喷出,并应将喷嘴拆下冲洗一遍,以清理机身内部粘附的砼材料和杂质。

同时应该清洗输料管,并保持密封件处在松弛状态。

（2）钻孔施工安全措施
①当施工人员来到工作场所时,应当先行检测工程作业面能否达到安全工作状况,并检测支撑能否稳固,顶部与二帮能否稳固,若有较松散的石块、土块以及缝隙,则先及时清理并保护。

②以机械方式凿岩时,采用湿式凿岩机,以减少灰尘对作业人员的损害,并按安规采取安
全防护用品(保险帽、口罩等)。

③站在简易凿石平台上砌筑时,应先检验平台的牢固性能,支垫是否紧固,检查各个层次
平台上的钢筋直径网弹板有没有拖焊、破损,是否牢固可靠;底层站在碴堆上作业时,应当注
意渣堆的稳定性,以避免熘坍伤人。

④用湿式系统风动凿石机钻眼时,应先检验机体、螺钉联接、卡套、簧片和支架等是否
正常完好;管道连接是否紧密,有无渗漏;钻杆上有无不直、带伤或钻孔阻塞等现象,以及供水
条件是否正常,不合要求者应予以维修或调换。

4.2.2钢筋绑扎安全措施
在绑扎钢筋直径时高度超过二米左右时为作业,需要搭建作业平台,临边部位应当设置保
护围栏；钢大直径支座要搭设稳固,且需要通过国家安全标准与质量工程师的检验合格后方
可施职能发挥道工序,以避免支架发生倾倒、坍塌等现象或伤人；在高处连续作业时,不能把
钢筋集中放置于脚手板上,也不能将工具、钢箍、短钢直径等随便置于脚手板上；暂停施工
或撤离工人时,还应该检查一下支架上有没有易滑落物体,以防滑下或伤人。

4.2.3泵送混凝土安全措施
混凝土泵在与运输管路接通后,须根据所用混凝土泵运行技术说明书的要求经过全面检验,符合规定后可开启实现空中运输转；泵送水泥的装置须有出厂符合资格证和生产及应用
技术说明书,现场施工布置及连接,并必须严格按照标准施工方法进行。

4.2.4机械设备的安全措施
机械发电设备的布置要科学合理,并要装有安全防护装置,机械操作员也要遵守安全操作
规定,在操作前要对机械设备实施全面的检查,并且机器不得带故障操作。

装填手和挖掘机在
作业时,应当设置专人指挥和引导,以防止受伤人员等情况,并依法规定对隧道的施工机具和
电力设备进行定期检验和维修、检验、日常检验、检查凡是不满足要求者,不得通过。

4.2.5防触电及电器设备安全措施
开展安全用电常识教育,定时检测家用电器;电子装置外壳要进行防护性连接、保护性接
零以及绝缘检查;在潮湿的洞内环境中,施工临时照明用具和手提工具,严禁采用大于36V的
高压电流作业。

五、结论
综上所述，超前支护可使拱璧的变形及位移量较支护前均大大减小,围岩的应力趋于平衡,围岩稳定性大大提高。

此外,超前支护极大的降低了隧道的渗水量,提高了隧道的安全性。

超前小导管注浆技术因其具有突出的优势被广泛的运用在隧道超前支护中。

通过对上述工程中超前小导管支护施工技术的研究，为了保证施工质量，必须做好钻孔以及注浆作业。

在今后的施工中，必须加强经验的总结，对施工顺序进行合理的安排从而提高小导管的施工效率和工程质量。

参考文献
[1]刘勇.双层小导管超前支护在隧道软弱围岩中的运用研究[J].科技创新与应用,2020:180-181.
[2]伊明.超前支护在隧道施工中的应用研究[J].科技创业家,2014:109.。