超前小导管预注浆在软弱围岩隧道中的应用

2010-06-12张爱萍

山西建筑 2010年8期

张爱萍

1 概述

超前小导管预注浆技术是地下工程中地层改良的重要手段,它同时具有超前支护作用,是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖辅助措施。其方法是浆液通过配套的注浆机具设备由小导管注入到岩土的孔隙和裂缝中,浆液经扩散、凝固、硬化以减小岩土的渗透性,达到岩土加固和堵水的目的,并能固结软弱和松散的岩体,使围岩强度和自稳能力得到提高。利用该技术实现了安全、快速的施工,取得了良好的经济效益和社会效益,本文将结合杭州秋石快速路二期半山隧道工程的工程实例介绍超前小导管预注浆技术的应用。

2 技术原理

超前小导管预注浆是沿开挖轮廓线以一定角度打入管壁带孔的小导管,并以一定的压力向管内压注水泥或化学浆液,它既能将隧道周围岩体预加固,又能起超前预支护作用。超前小导管预注浆通常与钢支撑一起形成支护系统,有类似管棚的作用。超前小导管预注浆技术通过注浆压力将裂隙中松软的泥质充填物推送到注浆范围以外,使浆液进入裂隙后增加充塞的密实性和胶结强度,这样既能加固一定范围内的围岩,又能支托围岩。适用于自稳时间很短的砂土层、砂卵石层、断层破碎带和软弱围岩浅埋段等松散地层的施工。浆液扩散半径R要综合考虑导管排列密度、节理发育情况、浆液浓度、凝固时间、注浆压力和速度、压注量等因素,并考虑注浆扩散范围相互重叠的情况,可按下式计算扩散半径和单根导管注浆量:R=(0.6～0.7)L0,Q=πR2Ln。其中,L0为导管中心间距;Q为设计单孔注浆量,m3;R为浆液扩散半径,m;L为导管长度,m;n为围岩孔隙率。

3 主要技术参数

1)小导管构造。小导管采用φ 42壁厚4 mm的热轧无缝钢管加工制成,长度为4.5 m,小导管前部管壁四周钻四排注浆孔,孔径6 mm,孔间距离20 cm,前端加工成尖锥形,尾部30 cm作为注浆孔的预留注浆段,并焊接φ 6 mm钢筋箍作为加劲措施。按30 cm×300 cm呈梅花形布置,外插角20°,两组小导管间纵向水平搭接长度100 cm。2)注浆参数。采用压水泥浆作为注浆材料,水灰比 W/C=1∶1,其中,水泥采用普通硅酸盐水泥,强度不低于42.5 MPa,并根据围岩的实际情况来控制注浆压力,一般取0.6 MPa,注浆结束后及时在孔口设止浆塞。

4 工艺流程

小导管预注浆施工工艺流程见图1。

4.1 注浆前的准备

注浆前先喷射C20混凝土厚5 cm左右,封闭工作面,形成止浆岩盘。然后按设计图纸要求标出小导管位置,采用YT-27/28凿岩机钻孔,最后冲洗钻孔,并把加工好的小导管顶进钻孔内,并安装好止浆塞。由于小导管预注浆施工多与钢拱架支撑一起形成支护体系,应将小导管尾部焊接在钢支撑上。

4.2 小导管预注浆

用提前准备好的注浆机具按照注浆专项方案的要求进行,当注浆压力逐步升高到设计终压,并继续注浆10 min以上即可结束该孔注浆。需要注意的是:1)注浆应从最下面的小导管开始按顺序向拱顶逐根注浆,严禁顺序颠倒;2)注浆压力达到设计压力或注浆量与设计注浆量基本吻合即可停止注浆;3)若实际注浆量已严重超出设计注浆量或注浆压力基本没有上升,则应立即停止注浆,查找问题的原因,待问题解决后再行决定是否继续注浆。

5 工程实例

杭州秋石快速路半山隧道Ⅴ级围岩地质为岩屑石英砂岩中加有薄层粉砂质泥岩,而泥岩的软化系数低,遇水易崩解,以强风化或全风化为主。原设计以喷混凝土、锚杆、钢支撑作为预支护手段,但通过对围岩稳定性和支护参数的可靠性进行分析,显然按原设计支护参数施工难以保证工程的质量和安全。后来根据隧道围岩实际情况,增加了超前小导管预注浆措施。初期支护完成后,通过对洞内拱顶下沉、周边收敛和支护状况等的观察,围岩稳定收敛的速度快,从而有效的预防了洞顶掉块、坍方等质量事故的发生,确保了施工安全和工程质量。