冯海鹏 马可理 金沛先

(中广核工程有限公司，广东深圳 518124)

0 引言

近些年来，随着国家对山区道路不断建设以及道路等级的不断提高，使得隧道工程在道路工程中所占的比例逐步增大，隧道工程中的技术问题也越来越受到大家的关注。在隧道工程中，某些隧道或隧道中的某些地段的地质情况较差，围岩较为破碎、裂隙十分发育且富含各种软弱夹层，再加上地下水丰富，这一系列的问题给隧道施工带来了较大的困难，处理不慎就极易形成塌方。

近年来随着超前大管棚、

超前小导管施工技术不断发展与应用，使得破碎围岩地质情况下隧道工程得以安全施工。掌子面处打设的超前小导管，不仅起到了“管棚”作用;同时通过小导管向破碎围岩高压注入水泥—水玻璃双液浆，还起到了“固结岩体、改善围岩性质、提高围岩自稳能力”的作用;注浆管与围岩紧密粘结在一起，又起到了“锚固”作用，可以显著提高围岩的承载能力。本文结合某核电项目进场公路隧道施工的工程实例，对超前小导管的受力原理、施工工艺和现场实施的效果等方面进行了分析。

1 工程概况

某核电厂高岭山隧道属风化剥蚀山地的低丘陵区，隧址区在区域上位于深圳大断裂、汤湖支断裂南东侧的海岸山断块部位，排牙山背斜发育于隧道以西3 km，受该背斜的影响，隧址区岩体破碎。已开挖隧道断面围岩大部分属于Ⅴ级围岩，围岩完整性很差，裂隙十分发育。隧道前期施工，出现了一些塌方，令工程建设受到较大的影响。为此业主召开了专家会，对高岭山隧道塌方事件进行了分析，会上专家建议对隧道采用超前注浆小导管的施工工艺，采用超前注浆小导管施工后，隧道内没有发生过一次塌方。

2 超前注浆小导管力学模型

超前小导管的一端作用在初支体系上，另一端固定在未开挖的岩体中，中间部分悬空，因此力学模型可简化为如图1所示的简支梁结构，上部土体荷载靠简支梁体系来承担。注浆的效果有两个:1)使B支座端承载能力得到加强;2)使中间土体荷载q由分散的不均匀荷载变为一个整体的均布荷载。

图1 超前注浆小导管力学模型

其受力原理为:1)通过小导管向围岩注浆，可以加固围岩，提高围岩的完整性系数和围岩的强度，当隧道开挖后，围岩抵御围岩周边应力的能力增强;2)超前注浆小导管可以在一定围岩范围内形成一个强有力的“加固拱”，该“加固拱”与上部围岩的“天然拱”共同来抵抗围岩压力，在施工过程中可以通过增加小导管的间距、长度和提高注浆量来提高“加固拱”的承载能力，从而可以减少“天然拱”所承受的荷载，来保证整个岩体的安全和稳定;3)每一榀小导管相互搭接，形成一个整体支护，同时超前小导管排列在一起也可以起到“管棚”的作用，可有效控制塌方和掉块。

3 超前注浆小导管施工工艺

3．1 超前注浆小导管施工设备及参数

1)注浆设备。采用ZYB-D(A)液压注浆泵，电控系统主要由主回路、电机控制回路、换向控制回路等组成。其主要技术参数见表1。

表1 产品型号及主要技术参数

2)注浆参数。a．水灰比采用1∶1单液水泥浆;b．注浆压力现场多稳定在1 MPa左右，现场注浆过程记录也基本反映了围岩较破碎的地质情况;c．注浆前先进行了现场试验，确定了上述注浆参数;d．考虑到掌子面施工安全，在上一循环开挖后马上对掌子面实行了砂浆喷护，确保后续小导管施工、支护施工等的安全性。

3)高岭山隧道超前注浆小导管设计参数。a．超前小导管采用φ42 mm，壁厚3．5 mm热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上φ6加劲箍，管壁四周钻8 mm压浆孔，但尾部有1 m不设注浆孔作为止浆段。承压端焊上钢箍，注浆孔沿孔壁呈梅花形布置;b．钢管长度3．5 m，钢管中心间距为20 cm ～30 cm;c．钢管沿隧道开挖轮廓线上部布置，具体详见图2，纵向近水平方向外插设置，外插角30°和60°;d．纵向小导管沿水平方向进行搭接，搭接长度不小于120 cm。

图2 超前注浆小导管布置图

3．2 超前注浆小导管的施工工艺

1)小导管安装:按照设计要求制作小导管，现场确定孔位并进行钻孔施工，钻孔完成并进行检查后即可开始小导管的安装;2)注浆施工:小导管安装完成后，进行堵孔，堵孔后先进行压水试验，通过压水试验来寻找并扩充浆液的通路，进而确保浆液能够注入需加固的松散体。压水试验后，把配置好的浆液加入注浆机，由下至上的顺序进行注浆施工，如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。注浆快结束时一般采用终压和注浆量双控制，单根管压力达到终压标准(注浆量不少于80%)或注浆量达到设计注浆量无漏浆现象。注浆时，对每根小导管应有序地一次注浆到位，否则每根管的注浆液互相干扰，易形成堵管，影响注浆效果;3)注浆后检查:注浆完成后，必须待浆液达到固结时间后，方可进行下一循环的开挖施工，在开挖过程中注意检查浆液渗透和上部破碎围岩的固结情况。

4 现场实施效果

高岭山隧道在开挖初期是采用超前锚杆的支护方式，但由于隧道的地质条件较差，围岩非常破碎，岩体遇水后强度降低，超前锚杆的支护效果不太理想，施工期间前后共发生过大小11次塌方事故，严重影响了隧道工程的施工安全，经过召开专家评审会，针对岩体的特点，提出采用超前注浆小导管的支护方式，通过注浆先对围岩进行加固，提高围岩的整体性，同时由于小导管管径大，布置同样数量的小导管比锚杆更容易防止施工期间小的“掉块”问题，可以有效的控制施工期间的安全。通过采用上述工艺，现场实施效果非常显著，实施超前注浆小导管施工工艺后，现场没有发生1次塌方事故，有效确保了现场的施工安全(见图3，图4)。

图3 实施超前注浆小导管前

图4 实施超前注浆小导管后

5 结语

超前注浆小导管和新奥法超前锚杆施工是一脉相承的，是对超前锚杆施工工艺的丰富和进一步发展。通过对某核电厂Ⅴ级围岩高岭山隧道的施工，采用超前注浆小导管施工工艺前后形成了鲜明的对比，采用超前注浆小导管前共发生大小塌方11次，采用超前注浆小导管后无1次塌方事故，因此证明对于破碎的岩体、塌方体、裂隙发育岩体、断裂破碎带等地质条件下的隧道、地下洞室开挖，超前注浆小导管有很好的适用性。

1)相对于超前锚杆、超前小导管，超前注浆小导管无疑费用要高，因此为节约成本，现场应根据地质情况对支护方式进行动态调整，围岩相对较好的可以采用超前小导管不注浆、超前锚杆等;2)通过在破碎围岩地质情况下实施超前注浆小导管，可以有效预防塌方和掉块，从而保证施工安全。

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