超前小导管注浆支护在黄金坪隧道的应用

宋卫民，李傲松

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 626001）

1 工程概况

黄金坪隧道是S211改线公路穿越黄金坪水电站枢纽区的一部分，隧道全长1 740 m，隧道设为双向双车道，设计建筑限界设为10.5×5.3 m。最大埋深约524 m。隧道水平埋深约50～360 m，进口段围岩为闪长岩，上覆较厚冰水堆积的块石土，隧道中段及末段围岩为花岗岩，卸荷深度20～50 m，围岩主要为Ⅲ、Ⅳ级并伴有小规模断层和节理裂隙发育的Ⅴ级围岩，出口的基岩为强卸荷松动岩体和出口段的覆盖层块碎石土。

2 工程实例

2.1 坍方原因分析及处理措施

黄金坪隧道出口K2+260～K2+257发生坍塌，隧道坍方形成的垮塌物主要为块碎石土，坍方过程为持续掉块形成边坡上部坍陷，造成坍方的主要原因有：

1）该段正对掌子面左侧围岩为块碎石土，地质情况较差。

2）隧道出口浅埋段施工时小导管成孔困难、局部小导管孔深及搭接长度不够，造成注浆固结围岩效果较差。

处理方案：洞内主要采用小导管注浆方式对坍塌体进行处理，其中隧道正对工作面拱部右侧60°范围设置超前注浆小导管，小导管采用φ42无缝钢花管（壁厚4 mm），长度4.5 m，环向间距0.3 m，纵向排距 2.4 m，外插角 5°～10°，同时与锚固岩石层面夹角不小于5°；隧道正对工作面拱部左侧75°范围，设置超前注浆小导管和大角度注浆小导管（长4.5 m），小导管采用φ42无缝钢花管（壁厚4 mm），长度4.5 m，环向间距0.3 m，纵向排距1.2 m，一环外插角20°，下一环外插角7°，大小角度梅花形交错布置。隧道右拱墙及左侧墙75°以下的围岩梅花形布置系统锚杆，环向间距100 cm，纵向间距100 cm。拱墙范围设置φ8钢筋网（钢筋采用HPB235光圆钢筋），间排距20 cm。C20喷混凝土厚度25 cm，在开挖面初喷约4 cm混凝土后铺设钢筋网、架设型钢钢架，复喷至设计厚度将钢架覆盖，其外侧保护层厚度不小于3 cm；型钢钢架采用18号的工字钢，钢架间排距0.6 m/榀。当掌子面通过坍塌体约5 m后及时将坍塌拉裂破坏的隧道仰坡地表进行回填，用土石回填地表塌坑（根据现场实际情况，如采用回填土石方案则需要人工将块石土及粘土等背运至塌坑地表，施工进度较慢。后采用回填C10喷射混凝土进行塌穴处理），当回填至原地面标高1.0～2.0 m时，改用粘土回填，夯实并应高出地表0.2～0.5 m，最后用浆砌片石封闭表面（厚度 0.2～0.3 m）。

2.2 超前注浆小导管施工

2.2.1 超前注浆小导管施工程序

超前注浆小导管施工参数根据现场情况作适当调整，设计参考工作压力：注浆终压0.2～0.4 MPa，采用水泥-水玻璃双浆液，水泥-水玻璃体积比：1∶（1.0～0.6）；水泥浆水灰比：（0.5～0.6）∶1；浆液初凝时间 60～120 s；缓凝剂（Na2HP04）掺量：2.0%～2.5%；水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥。

施工前在现场选择一组小导管（孔号为：Z1，Z2，Z5，Z7，Z8）进行现场注浆试验，通过试验确定适当的试验参数。以此参数作为后续施工的指导参数。

根据现场生产性试验，在灌浆压力为0.3 MPa时，小导管吃浆量持续增加，拟定水泥-水玻璃浆液参数如下：

注浆压力：0.1～0.3 MPa；水灰比：0.5∶1；水玻璃掺量：水泥掺量的1%～2%（体积比）；浆液比重：2.4～2.6；施工时根据地质条件及时调整灌浆参数，工程量以实际发生的计。

2.2.2 超前注浆小导管施工方法

1）测量放样、布孔。根据设计开挖轮廓线及设计环向孔距定出孔位，并在设计孔位上做好标记，即布孔。其中隧道正对工作面拱部右侧60°范围设置超前注浆小导管，小导管采用φ42无缝钢花管（壁厚4 mm），长度4.5 m，环向间距0.3 m，纵向排距2.4 m，外插角 5°～10°，同时与锚固岩石层面夹角不小于5°；隧道正对工作面拱部左侧75°范围设置超前注浆小导管和大角度注浆小导管（长4.5 m），小导管采用φ42无缝钢花管（壁厚4 mm），长度4.5 m，环向间距0.3 m，纵向排距1.2 m，一环外插角20°，下一环外插角7°，大小角度梅花形交错布置。

2）造孔。根据现场塌方情况，用于隧道钻爆施工的台车无法作为超前注浆小导管钻孔操作平台，现场用钢管搭设钻孔操作平台作为钻孔人员操作平台。钻孔角度按照设计要求进行，隧道正对工作面拱部右侧60°范围，设置超前注浆小导管外插角5°～10°，同时与锚固岩石层面夹角不小于5°；隧道正对工作面拱部左侧75°范围设置超前注浆小导管和大角度注浆小导管，一环外插角20°，下一环外插角7°，大小角度梅花形交错布置。

3）小导管制作。小导管采用φ42无缝钢花管（壁厚4 mm），长度4.5 m。花管部分长度为3.5 m，钻φ10 mm孔眼，每排4个，交叉排列，间距15 cm，管头制作成 25～30°的椎体。

4）小导管安设。待吹管将孔内砂石吹出后，用带冲击的YT-28手风钻将小导管顶入孔中，或直接用锤击插入钢管。钢管插入长度不小于管长的90%，尾部与钢拱架焊接成一体。各段纵向搭接长度满足设计要求。

5）浆液配置。浆液按照现场生产性试验的结果进行配置，水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥。

6）注浆。根据现场试验确定的注浆参数进行注浆施工，施工时做好施工记录。采用KBY-50/70注浆泵压注水泥浆，注浆前对开挖面及距掌子面5 m范围内边、顶拱喷混凝土封闭，喷混凝土厚度满足设计要求。孔口设置止浆塞，注浆时至下而上逐孔注浆，如遇冒浆或串浆，则间隔1孔或几孔分序注浆。

注浆结束4 h后，方可进行掌子面的开挖。

3 结论

1）利用超前小导管作为浅埋进口段的超前支护，其成功取决于往管内注浆以固结软弱围岩、充填钢管与孔壁间的空隙，使导管与围岩固结紧密，以提高钢管强度。开挖后架设拱形钢架支撑，形成牢固的壳状支护结构，有效地阻止松散围岩的坍塌，为安全进洞及坍塌处理创造了良好的施工条件。

2）使用超前小导管作为浅埋进口段的超前支护，施工进度快，支护成本低，一般技术工人均可操作，无需配备专用设备，操作工艺简单，经济效益显著。

3）采用超前小导管所用的设备简单，操作简单。

4）采用超前小导管施工提高围岩自身稳定性，抑制围岩松弛变形，提高了施工安全性。

5）利用超前小导管作为浅埋进口段的超前支护，加固围岩效果良好，进洞安全性高。