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隧道工程中超前注漿小導(dǎo)管的應(yīng)用

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隧道工程中超前注漿小導(dǎo)管的應(yīng)用

摘要:結(jié)合某隧道工程施工建設(shè)項目,提出了相比較其他施工方案而言,超前注漿小管道技術(shù)方案是最為經(jīng)濟(jì)的方案,詳細(xì)論述了超前注漿小管道技術(shù)的加固機理和施工工藝流程,同時對其作出了總結(jié),希望能對類似的工程起到一定借鑒作用。

關(guān)鍵詞:隧道工程;巖體破碎帶;超前注漿小管道

0引言

這幾年來,隨著快速發(fā)展的生活節(jié)奏,也提高了對行車時間的要求。行車速度主要是由自行車輛速度和線路距離長短決定的[1]。在一定程度上,新建線路行車時間主要是由線路距離的長度決定的,而線路距離則是由線路選擇決定的,在中低山區(qū)地帶,選取線路上需要多加考慮淺埋暗挖復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道的比重。在開挖埋深淺、嚴(yán)重風(fēng)化和巖體破碎帶的圍巖上需要先采取超前支護(hù)的辦法,超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)具有獨特的施工技術(shù),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在隧道工程破碎帶施工的超前支護(hù)方案。

1工程概況

本工程為某隧道施工建設(shè)項目,全長約為3440m,地勢起伏變化大,較為陡峭,溝谷沖溝發(fā)育。地面具有490~740m的高程,洞身段山坡具有較為陡傾的自然坡度,變化較大,縱向自然坡度為20~30°左右,進(jìn)出口橫縱向坡度分別為15~20°和15°,隧址區(qū)多數(shù)是林木,植被覆蓋率達(dá)到了90%。隧道穿越地層主要使用花崗巖和花崗閃長巖組成,在進(jìn)出口路段,該花崗巖和花崗閃長巖有出露,由于不同的傾入時間,會導(dǎo)致不同的性質(zhì),地質(zhì)構(gòu)造的作用影響到地層,具有節(jié)理裂隙發(fā)育,富集的地下水、較差的工程性質(zhì)。洞口不良地質(zhì)問題主要是由泥巖風(fēng)化削落和砂巖危巖落石造成。隧道的淺埋和斷層構(gòu)造帶是GDK111+400~GDK111+500,該路段具有發(fā)育節(jié)理裂隙、破碎巖體、較差的巖土力學(xué)性質(zhì)和整體穩(wěn)定性、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。物探低阻異常帶是GDK112+400~GDK112+700,該路段也是具有發(fā)育節(jié)理裂隙、破碎巖體、較差的巖土力學(xué)性質(zhì)和整體穩(wěn)定性、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。隧道的淺埋和斷層構(gòu)造帶還有GDK113+600~GDK113+800,該路段具有破碎巖體、發(fā)育地下水、可能會發(fā)生坍塌、突水和突泥的問題。

2超前注漿小導(dǎo)管技術(shù)方案的確定

由于本工程具有較淺的埋深、豐富的地下水,較為破碎的巖體,較差的圍巖自穩(wěn)能力,需要對其進(jìn)行保護(hù),否則容易造成掌子面失穩(wěn)坍塌,因此為了確保隧道施工的安全和施工質(zhì)量,需要采取一定的加固措施來確保巖石開挖的穩(wěn)定。在軟弱巖層施工的時候必須遵循快速的理念和“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強支護(hù)、早封閉、勤量測”原則,對本工程的破碎帶使用超期注漿小導(dǎo)管技術(shù)方案進(jìn)行施工[2]。

3超前注漿小導(dǎo)管的加固機理

3.1梁支撐效應(yīng)

由于制造小導(dǎo)管是使用無縫鋼管材料,因此在施工小導(dǎo)管的時候,按照一定的角度將小導(dǎo)管的前端插入到開挖斷面外深部圍巖,后端則是在鋼拱架上面進(jìn)行支撐,并焊接在鋼拱架上,在開挖隧道之后可以對卸荷產(chǎn)生的部位松動壓力進(jìn)行有效承受。

3.2水化凝結(jié)作用

漿液進(jìn)行流動和擴(kuò)散的事后中會有化學(xué)和物理反應(yīng),從而可以凝結(jié)成具有一定強度和低透水性的結(jié)石體,并且伴隨著大量的水化熱產(chǎn)生,降低了破碎帶巖層含水量和提高了其強度。

3.3承載拱作用

在開挖隧道之后,會失去拱頂部位巖石的穩(wěn)定,可能會有坍塌問題產(chǎn)生并形成自然拱。之后應(yīng)力集中在隧道的兩邊而逐漸破壞,從而導(dǎo)致進(jìn)一步擴(kuò)大頂部坍塌而形成坍落拱。使用注漿小導(dǎo)管技術(shù)進(jìn)行超前預(yù)加固的時候,可以很好形成注漿管為中心的拱形加固體。

3.4雨傘作用

將漿液填充在破碎帶巖層中,可以對破碎帶軟弱圍巖進(jìn)行固結(jié),在初支外形處形成一把可以拒地層滲水在初支之外的雨傘,將圍巖的抗?jié)B性提高,從而起到較好的堵水效果[3]。

3.5鋼混作用

破碎巖石利用漿液的凝結(jié)作用,不僅將圍巖的強度增大,同時也和超前小導(dǎo)管連接成整體。

4施工方案

4.1施工工藝流程

超前注漿小導(dǎo)管的施工過包括以下幾個方面:施工準(zhǔn)備→鉆孔→清孔→小導(dǎo)管制作和安裝→制備漿液→注漿。

4.2材料和技術(shù)參數(shù)選擇

制作超前小導(dǎo)管使用的是具有42mm、3.5mm厚度、4.5m長度的熱軋無縫鋼管,沿著140度的拱頂范圍內(nèi)進(jìn)行布置,環(huán)向間距和縱向間距分別控制40cm和3m左右,縱向相鄰兩排的水平投影搭接長度需要超過1m,外插角為5~15°進(jìn)行交錯布置,每環(huán)小導(dǎo)管的數(shù)量控制在44根左右[4]。本工程的漿液使用的是具有較高凝結(jié)率、較大抗壓強度的水泥水玻璃雙漿液,按照1:1~1:1.06的水泥水玻璃比,壓漿的壓力控制在0.5~1MPa之間,并以設(shè)計的注漿量和設(shè)計注漿壓力雙重控制作為完成注漿施工的標(biāo)準(zhǔn),在單孔正常進(jìn)行注漿沒有出現(xiàn)滲漏的問題的時候,注漿終壓和注漿量都達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的時候,就可以將該孔的注漿施工結(jié)束,公式(1)是計算設(shè)計注漿量:V=πR2LNαβ(1)式中:漿液注漿量為V,漿液擴(kuò)散半徑為R,注漿段長度為L,巖層空隙率為N,一般斷層破碎帶至為0.5,有效注漿系數(shù)為a,一般取0.3~0.9,漿液損耗系數(shù)為B,一般取為1.2~1.5。

4.3施工重點

4.3.1鉆孔小導(dǎo)管按照設(shè)計位置使用風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔施工。在鉆孔的過程中,由于初期支護(hù)型鋼具有0.6m/榀的縱向間距,超前小導(dǎo)管具有3m的縱向間距,為了確保鉆孔位置的準(zhǔn)確性和鉆孔質(zhì)量問題,可以在初支工20a工字鋼預(yù)打孔,并將小導(dǎo)管的尾部需要連接在鋼架上形成一個統(tǒng)一的整體,這樣可以起到超前錨桿的作用,從而有效地將支護(hù)的剛度提高了。4.3.2安裝超前小導(dǎo)管從專用的頂頭處頂進(jìn)鋼管,頂進(jìn)鉆孔的長度需要控制在90%管長深度內(nèi)。將擋圈焊在鋼管的末端,為了方便小導(dǎo)管在頂進(jìn)孔內(nèi)支護(hù),能夠確保嚴(yán)密堵塞住外壁和巖壁間隙,可以使用膠泥麻筋將其纏箍成楔形狀。為了方便小導(dǎo)管能夠和鋼支撐焊接在一起,小導(dǎo)管的尾端需要有足夠長度露出。在頂進(jìn)鋼管的時候,為了確保管口能夠連接好注漿管,需要確保管口不會出現(xiàn)受損變形的問題。4.3.3注漿以設(shè)計的注漿量和設(shè)計注漿壓力雙重控制作為完成注漿施工的標(biāo)準(zhǔn),在單孔能夠正常進(jìn)行注漿沒有出現(xiàn)滲漏的問題時,注漿終壓和注漿量達(dá)到了設(shè)計的標(biāo)注之后,就可以將該孔的注漿施工結(jié)束,在完成一個注漿管的施工之后,就可以迅速將注漿軟管卸下,將其清洗干凈之后,移到下一根注漿管進(jìn)行使用。如果出現(xiàn)較長時間的停泵,那么需要對下一根注漿管進(jìn)行注漿之前,需要將注漿管內(nèi)所殘留的漿液清理掉。在完成注漿施工,需要將超前小導(dǎo)管牢固地焊接在鋼架上,將鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在鋼架內(nèi),進(jìn)行噴射混凝土。

5結(jié)語

針對當(dāng)前山區(qū)隧道線路中存在開挖埋深淺、嚴(yán)重風(fēng)化和巖體破碎帶的圍巖上,采取超前支護(hù)方案是可行方案之一。文章通過結(jié)合某隧道工程實例,項目所處地區(qū)地勢起伏變化大,較為陡峭,溝谷沖溝發(fā)育。鑒于巖體破碎、圍巖自穩(wěn)差,最終采取超前注漿小導(dǎo)管支護(hù)方案。文章針對工程實施時的各個施工環(huán)節(jié)總結(jié)出施工重點。從本工程實施效果來看,經(jīng)支護(hù)后的隧道在運營過程中未發(fā)生事故,表明支護(hù)方案的可行性,為同類工程提供參考借鑒。

參考文獻(xiàn):

[1]馮海鵬,馬可理,金沛先.超前注漿小導(dǎo)管在破碎圍巖地質(zhì)隧道中的應(yīng)用[J].山西建筑,2012(8):138-139.

[2]宋公仆.洞灣隧道超前支護(hù)施工技術(shù)分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2013(7):80-82.

[3]張志強.超前注漿小導(dǎo)管施工技術(shù)探究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(4):116.

[4]王財普.淺析隧道施工過程中超前注漿導(dǎo)管的應(yīng)用[J].科技促進(jìn)發(fā)展,2010(2):15-18.

作者:樊朋朋 單位:中建路橋集團(tuán)有限公司

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