朵永辉

隧洞工程超前小导管注浆是在地基处理灌浆法基础上发展起来的一项围岩加固止水新方法。它是不良地质隧道工程施工常用的一种开挖辅助措施，具有超前支护作用。超前小导管注浆辅助支护的基本原理是沿开挖轮廓线周围按一定的倾斜角度将超前小导管打入，使用注浆设备将水泥浆液压入小导管内，并通过管壁的注浆孔注入岩层孔隙或裂隙中，排除其中的空气和水而凝成固结体，在围岩周围形成一个加固圈，起到超前支护的作用，对岩层进行改良，从而在此圈的掩护下安全的进行开挖作业。

1 工程概况

本合同段司马台隧道位于北京市和河北省交界处司马台长城脚下，为分离式双车道单向高速公路隧道，左幅范围 LK1+888.5～LK3+162，长1 273.5 m，Ⅱ类围岩长度30 m，占隧道总长度的2.3%，Ⅳ，Ⅴ类围岩长度1 243.5 m，占隧道总长度的97.7%;右幅范围 RK1+909.5～RK3+190.5，长 1 281 m，Ⅱ类围岩长度30 m，占隧道总长度的2.3%，Ⅳ，Ⅴ类围岩长度1 251 m，占隧道总长度的97.7%。建筑界限:净宽10.75+2×0.75=12.25m，净高5 m，为2.1%上坡。设计行车速度:按80 km/h设计。复合式衬砌在初期支护和二次衬砌之间设复合防水卷材。Ⅱ类围岩超前支护结构图见图1。该隧道进口处为偏压、浅埋段，最浅埋深为2.5 m，围岩部分已处于风化壳，属元古代强风化钾长花岗岩;从开挖的岩层来看，节理裂隙发育，层间结合差，呈大块状结构、碎块结构状，岩块间咬合力差，夹层杂乱，风化严重，岩层较软，易掉块，岩石自稳能力差。为保证在以上岩层作用结构下能够顺利进洞，我们采用了超前小导管注浆辅助支护与初期支护相结合的方法，实践证明此方法能够有效固结软弱、破碎岩层。

2 注浆材料和小导管施工参数的确定

2.1 注浆材料确定

小导管注浆材料可分为粒状材料和化学浆材两类，粒状浆材主要有纯水泥浆和黏土水泥浆，一般用于裂隙宽度大于1 mm的软弱、破碎带。根据司马台隧道进洞的围岩情况(节理发育、裂隙较大、夹层杂乱、石质较软)及施工原材料广泛、方便的情况，我们选用水泥浆液。根据超前小导管注浆后，架立格栅钢架及系统锚杆、掌子面钻眼、装药施工时间约5 h，能够满足水泥浆液凝固时间，不会因放炮受到很大影响。

2.2 超前小导管施工参数确定

超前小导管采用φ 50 mm无缝钢管，导管长度为4 m。

超前小导管沿隧道开挖轮廓线151°布置，向外倾斜，倾斜角为10°，遇浅埋段时，为避免小导管穿透岩层，可适当减小倾斜角度。

小导管环向间距0.33 m，纵向排距 2.5 m。注浆压力为0.5 MPa～1.0 MPa。注浆参数确定:水泥水灰比:W/C=1∶0.45。注浆扩散半径 R确定:R=(0.6～0.7)L0。其中，L0为小导管中心间距，m。单根小导管注浆量 Q按下式计算:Q=πR2Ln。其中，R为水泥浆液扩散半径，m;L为小导管长度，m;n为围岩空隙率，%。

3 施工方法

1)施工准备。a.熟悉设计图纸、地质，确定注浆原材料来源。b.通过试验确定注浆半径、注浆压力、单管注浆量，选取小导管纵环向间距。c.检查注浆所用设备的良好性，连接管路的密封性能。d.准备注浆工作平台。2)小导管制作。小导管采用φ 50 mm，壁厚4 mm无缝钢管，管壁周围钻φ 8 mm、间距为15 cm的梅花状注浆孔，距管尾15 cm用φ 10 mm钢筋焊成圆形钢箍，套在小导管外圈(见图2)。3)钻孔。由测量人员用红漆在掌子面周圈按设计要求准确点出钻孔位置，然后炮工用钻机对准点位直接钻孔至设计深度，钻孔孔径一般比小导管外直径大1.0 cm～1.5 cm，钻孔中钻机需隔开一定距离，否则因钻机向岩体注水过多，可能导致围岩塌滑。4)安设小导管。钻到设计深度后，用水或高压风清孔，确保孔体通畅。用不带钻杆的钻机本身将小导管打入，杆尾外露15 cm，确保杆尾钢箍封闭钻孔与小导管之间的缝隙。5)拌浆。用拌浆机按试验配合比拌制水泥浆，水与水泥用秤进行称量，水泥浆要搅拌均匀，不要留有水泥块。注浆过程中人工用铁锹随时搅拌贮浆筒中水泥浆，防止水泥沉淀造成不均匀现象。6)注浆。注浆前用喷锚料封闭小导管周围岩体，防止漏浆;并用清水进行试压，检查注浆泵与其管路是否正常。注浆顺序从拱顶顺序对称向下进行，先注无水孔，后注有水孔。如果有窜浆或跑浆现象，则可间隔一孔或数孔灌注。注浆结束后，利用止浆阀保持孔内压力，直至浆液完全凝固。注浆过程中应控制注浆量，即每根小导管内以达到规定注入量时就可结束;若孔口压力已达到规定压力值而注入量尚不足时，亦应停止注浆，以防止压裂开挖面。7)注浆效果检查。注浆结束后应钻孔检查，根据芯样鉴定注浆量是否达到设计计算要求;根据注浆量判断注浆过程中漏浆是否严重，并估算扩散半径是否与设计计算相符。如果总注浆量未达到设计要求，应进行补孔注浆。

4 注浆处理后的效果

1)据岩体力学方法分析，隧道施工中支护结构与围岩相互作用，组成一个共同承载体系，其中围岩为主要的承载结构。超前小导管注浆预支护对软弱、破碎围岩地段施工，改善了岩体的物理力学性能。从开挖的已加固围岩段来看，水泥浆液能够在岩体裂隙中互相串通，使岩层挤压填充密实，胶结牢固，充分发挥了围岩的自稳能力。为司马台隧道进洞口存在浅埋、偏压的情况下能够顺利进洞提供了前提保障。2)通过小导管注浆挤压和水泥浆水化作用下，使固结范围内的岩层含水量得到了有效的降低，经取样做含水量对比试验知:含水量降低了53.6%。3)小导管注浆挤密预超前支护施工，减少了小塌方事故发生，保证施工中的安全，保持了正常施工秩序，提高了工作效率，使进度有了明显的加快。4)小导管注浆后与围岩形成整体，起到管棚的作用;同时小导管与格栅钢架焊接形成一体，使围岩下沉压力能够均匀分部到钢拱架上，更能够加强围岩的整体性，提高围岩的自稳能力，能充分体现新奥法施工的特点。

5 施工中的体会

超前小导管注浆工作看似简单，但它关系到开挖工序的安全和开挖的进展速度。如注浆方法不当或注浆技术不过关，使浆液未按设计要求准确地进入预定的注入范围，会出现没注到的部位，即遗漏部位，这些情况就是日后出现漏水、塌方事故的祸根。因此，控制好小导管注浆的每一道工序，才能保证超前支护起到应有的作用，为下道工序提供安全、进度保障。

在施工过程中，注浆这一道工序尤为关键，注浆压力可通过压力表进行控制，而注浆量的控制比较困难，我们在注浆管路上安装记录浆液流量的流量计，使用这一装置，可以使我们更准确地记录注浆量，掌握注浆压力与注浆量的关系，把这一结果用于施工指导，使注浆效果更加理想。

[1] 黄成光，于敦荣.公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.

[2] 陈豪雄，殷 杰.隧道工程[M].北京:中国铁道出版社，1995.