超前小导管施工工法

隧道小导管超前小导管双液浆施工工法

1、前言

1.1、工艺工法概况

在隧道施工中遇到不良地层时，往往要借助小导管进行超前支护。小导管注浆技术的最大优点是施工设备简单，工艺简单，适应性强。目前该项工艺在隧道、地铁等地下工程施工中得到广泛的应用。

1.2、工艺原理

超前小导管注浆的基本原理是沿隧道开挖面周边按一定外插角将小导管向前打（钻、压）入地层中，借助注浆泵的压力使浆液通过小导管渗入、扩散到岩层孔隙或裂隙中，以改善岩体的物理力学性能。沿开挖面周围形成一个加固的壳——地层自承拱，有效地限制岩层松弛变形从而达到了提高开挖面岩层自稳能力和延长岩层自稳的目的。超前小导管固结机理主要归纳为以下两种：（1）、渗入性注浆：对于具体有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩，在注浆压力作用下，浆液克服流动的各种阻力，渗入围岩的各种孔隙或裂隙中，达到岩层加固的目的。

（2）、劈裂，压密实注浆。对于致密的土质地层，在较高的浆液压力作用下，裂隙被挤开，使浆液得以渗入，形成脉状水泥浆脉，浆液在围岩分布形成钢管为主干的树枝，凝固后的浆液挟持、网罩被压密的土体，起到固结作用。

2、工艺工法特点

形成了小导管与固结联合的超前支护体系，提高围岩的稳定性，抑制围岩松弛变形，增加了施工安全性。

加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制。

采用超前支护手段，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。

采用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简单，一般工地都可施做。

3、适用范围

该工艺特别适用于软弱围岩段落、断裂带、浅埋段、等不良类别围岩加固。适用于隧道、地下工程施工。

4、主要引用标准

《公路隧道施工技术规范》 JTG-F60-2009

相关设计文件、合同文件

业主、咨询部和监理办下发的相关施工要求

5、施工方法

利用风钻等钻孔设备在需要超前小导管加固处按照设计位置进行钻孔，清孔，并采取措施打入超前小导管，再利用注浆来加固围岩及小导管，从而将围岩联接成一个整体，达到加固围岩的目的。

6、工艺流程及操作要点

6.1、施工工艺流程图

工艺流程图

6.2、操作要点

（1）、测量放样

准确的将设计的小导管位置布置在施工断面上，作好标记。并设置必要的控制点，以便在钻孔时用来控制小导管的外插角度和方向。

（2）、施工小导管

用手持风钻钻孔后，将小导管沿孔打入，如地层松软也可用游锤或手持风钻直接将小导管打入。视围岩情况而定。

砂土类

砂土类可用φ20钢管制作吹风管，将吹风管缓缓插入土中用高压风射孔，成孔后将小导管打入。在必要时可以用小导管作为套管的外管，吹风管作为内管，边射孔边将小导管打入。

岩体

在岩体能够成孔的情况下，采用现场钻孔设备先钻孔，然后采用钻孔设备和游锤配合将小导管打入。

土石混杂的地层

在土石混杂的地层中成孔比较困难，可采用钻进和顶管同时进行的方式进行施工。

（3）、浆液制作及搅拌

水泥浆是水泥和水按照一定的比例拌合而成的浆液，属悬浊型浆液。配置水泥浆液就是选择合适的水灰比。研究表明，浆液的粘度、结石强度及渗透系数水灰比的大小有较大关系。浆液的粘度随水灰比的增大而减小，当水灰比>1. 5时后粘度随水灰比的增大而减小的趋势缓慢，当水灰比>3后粘度几乎与水灰比的变化无关。浆液结石强度一直随水灰比的增大而减小，此外，实验中还发现结石的渗透系数一直随水灰比的增大而增大。因此注入水泥浆时，水灰比不能太大，否则，对保证加固强度、抗渗系数和耐久性不利。但也不能大小，只要能够满足浆液达到注入范围即可。通常水灰比可选择在1－2.5的范围内，当基岩裂缝较小(小于0.76mm)时，可使水灰比增大到3；当裂缝在1.25－2.5mm时，可把水灰比选择为1，甚至更小。在现场施工中，根据围岩的实际情况，依据经验把水灰比选择在1-3的范围内，可以分成2－3个等级，浆液由稀到浓逐级变换。为了减小凝固时间，可以掺入早强剂或采用早强水泥。

浆液采用砂浆拌合机拌合。拌合浆液时，浆液的搅拌时间与浆液粘度，结石强度有较大关系。搅拌时间增长，粘度略有增加；而结石强度却因搅拌时间的增长而迅速下降。搅拌3h比搅拌1h的浆体结石强度下降30%，搅拌4h比搅拌1h的浆体结石强度下降50%。这是搅拌时间过长对水泥水化形成的凝胶结晶结构产生破坏的原因，所以注浆过程中必须严格控制水泥浆液的搅拌时间。通常在60min 左右。

（4）、注浆

注浆前先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管应先冲清管内积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上进行，浆液可用拌合机搅拌，如小导管单液注浆示意图。

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8小导管单液注浆示意图

1-浆液桶；2-注浆泵；3-压力表；4-高压胶管 5-注浆嘴；6-堵浆塞；7-小导管；8-进浆管。

小导管注浆采用注浆泵提供压力，浆液在注浆泵压力作用下以小导管上的小孔为通道直接将浆液压入岩体中，所以在注浆施工中起决定性的因素有注浆压力、注入速度、注浆量、岩体的性质。除岩体性质不能改变外，其它因素是可控因素。在注浆过程中，一定要把握注浆过程中的注入压力和注入速度，保证注入量。

在注浆过程中，经常发生浆液从其它孔流出的现象，即串浆。发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，在单泵条件下应将注浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除并用高压风或高压水冲洗(拔塞后外流浆的注浆管不必进行此工序)，然后再注浆。

注单液水泥浆时压力突然升高，则可能发生堵塞，应停机检查。当堵塞时，敲打或滚动注浆管以疏通浆液通道，无法疏通时就近补管。

水泥水玻璃双液浆时压力突然升高，则关停水玻璃泵，进行单液注浆或注清水，待泵压正常时，再进行双液注浆。

水泥浆单液或水泥水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度和配比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

渗入性注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80%，劈裂压密注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的60%，超过偏差必须补管注浆。

注浆过程中，要逐管填写记录，表明注浆压力与注浆时间、注浆量与注浆

时间的关系，以及注浆过程中发生的情况及处理过程，为后续注浆顺利实施提供依据和参考。

注浆效果检查在小导管搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少或有怀疑的注浆孔，认真填写检查一记录。渗入性注浆通过钻孔检查注浆厚度，小于30cm 时，应补管注浆：劈裂、压密注浆，采用小撬棍或小锤轻轻敲打钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试，固结不良或厚度不够时补管注浆。

7、劳动力组织

加工班组：4人，分工制作小导管及临时支护材料。

电工及机械司机：3人，分管空压机、注浆泵、搅拌机等。

打管工班：6人，负责钻孔、打管。

注浆工班：6人，分工注浆及封闭开挖面工作。

8、主要机具设备

9、质量控制

9.1、容易出现的质量问题

(1)、串浆：在注浆过程中，发生浆液从其它孔流出的现象称为串浆，

(2)、单液注水泥浆压力突然升高，则可能发生堵管。

(3)、水泥与水玻璃双液注浆压力突然升高。

9.2、保证措施

(1)、发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时应将串浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时，再拨下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内清除并用高压风或水冲洗（拨塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序），然后再注浆。

(2)、堵管时，应停机检查，当堵管时，要敲打或滚动以疏通注浆管、无法疏通时要补管。

(3)、注浆液压力突然升高时，应立即关停注浆泵泵，进行注清水，待泵压正常时，再进行注浆。

9.3其他质量措施

(1)、导管应在开挖轮廓线上按设计位置及角度打入。渗入性注浆施工时，孔位误差不得大于5cm；角度误差不得大于2°；劈裂、压密注浆施工时，孔位误差不得大于10cm，角度误差不得大于3°（角度用地质罗盘仪检查）。超过允许误差时，应在距离偏大的孔间补管、注浆。

(2)、钢管实际打入长度不得短于平均每根实际打入长度30cm，否则，开挖

1.0m后要补管、注浆。

(3)、检查钻孔、打管质量时，应画出草图，对孔位编号、逐孔、逐根检查并认真填写记录。

(4)、渗入性注浆单孔注浆量不得少于平均每孔注浆量的80%，劈裂、压密注浆单孔浆量不得少于平均每孔注浆量的60%，超过偏差必须补管、注浆。

(5)、注浆过程中，要逐管填写记录，标明注浆压力、注浆量、发生情况及时处理过程。

(6)、固结效果检查宜在搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少和有怀疑的钢管，要认真填写检查记录。渗入性注浆通过钻孔检查厚度，小于30cm时，应补管、注浆；劈裂、压密注浆采用小撬棍或小锤轻轻敲打钢管附近，判断固结情况，并配合风钻钻速测试，检查注浆范围，固结不良或厚度不够时，要补管注浆。

(7)、开挖过程中，要随时观察注浆效果，分析量测数据，发现问题后必须停工处理。

10、安全措施

10.1主要安全风险分析

（1）围岩坍塌

(2)、注浆液体高压伤人

（3）、粉尘

10.2、保证措施

（1）、施工现场应设专职安全员，对周围岩层情况进行观察，防止在软弱层钻进时由于冲击振动使岩层滑塌。

（2）、钻进时若粉尘较大，操作人员除进行必要的防护外，其站位应置于上风口，且与钻孔位置保持一定的距离。

（3）、注浆前严格检查机具、管路及接头的牢固程度，以防高压伤人。11、环保措施

11.1、加强隧道通风，防止洞内灰尘太多，并采取地面洒水等措施。

11.2、注浆液流在地下的，及时清理

12、应用实例

12.1、抚通高速公路第七合同段木奇隧道设计长度1470米（左右线合计）

围岩级别差（都为Ⅳ、Ⅴ级围岩），且有浅埋段、小净距段、破碎带等，设计多出进行了超前小导管支护，小导管设计为φ50*5mm的钢管，长度有3米、3.5米、4.5米三种。

12.2、施工情况

从2011年12月开工以来，超前小导管在施工中体现出诸多优势，如超前小导管施工简单、需要人工、机械较少，支护技术在很小的空间内利用简单的手持风钻即可进行钻眼及布管工作，遇到地层变化时可随时调整施工方案，经济效益显著。

12.3、工程结果评价

与深孔注浆相比，在达到同样施工安全的前提下，小导管注浆可以降低工程造价，缩短工期。小导管注浆在页岩中的止水作用是很明显的，加之小导管的棚架作用和固结岩体的作用，给开挖和支护提供足够的时间，为隧道安全快速掘进创造了条件。采用小导管超前支护，明显加快了施工进度，且作业安全也有保证。

12.4、建设效果及施工图片

正在施工中的超前小导管

施工完成的超前小导管1

施工完成的超前小导管2