小导管超前支护在大坪子3#隧道塌方处理中的应用

2014-05-21许明丽

山东工业技术 2014年8期

许明丽

（辽宁水利职业学院辽宁沈阳 110122）

本文就大坪子3#隧道地质塌方处理过程中采用小导管超前固结，形成管棚支护，重新成洞的成功案例，介绍了小导管的施工工艺，小导管注浆固结松碴重新形成应力拱的经验及理论。

一、工程概况

大坪子3号隧道位于锦屏二级电站对外交通专用公路上，为二级公路隧道，隧道长189m，净宽llm，开挖跨度13.26m。隧道位于山脊中，经过两个冲沟，地表表层覆盖1一20m的坡积碎石土，下伏炭质板岩夹变质砂岩。由于隧道比较短，所以全隧道几乎都处在偏压状态中，且进口段约120米均是在坡积碎石层中成洞，极易发生溻方。

塌方情况：在开挖至K43+517桩号（进口段离洞门81m）时，发生因支护不够，而失稳塌方事件，隧道顶部的坡积碎石土发生层层塌落，在隧道顶部形成到V形的塌方空腔后慢慢自稳，塌方落在下部的碎石土对塌方空腔下部周围的围岩起到反压支撑作用，致使塌方范围没有进一步扩大。经测量确定塌方范围沿洞轴线方向约10m。

二、塌方处理方案确定

塌方处理方案：利用小导管超前支护在松散碎石土上重新进洞方案，即不清除塌方堆碴（由于塌方堆碴对塌腔周边的围岩起到反压支撑作用，如果清除堆碴，会发生更大面积的塌方，将难于控制），在塌方堆碴的洞顶部位打两排小导管，进行超前注浆，对隧道周圈的碎石土进行固结，以形成支撑应力拱圈，重新达到先超前支护，后开挖成洞的目的。

具体内容为：(1)喷射C25混凝土封闭洞碴岩面，10cm厚，以形成止浆面，防止小导管注浆时浆液流出碴体；(2)按50cm的间距架立18#工字钢，在工字钢的腹部开孔，孔内打双排小导管，采用直径φ42mm超前小导管注浆支护，并注水泥一水玻璃双液浆，使拱部2－4m范围内岩碴固结成一整体；(3)短进尺、弱爆破、强支护开挖施工。考虑到经过小导管超前注浆支护后，围岩自稳能力有所提高，业主、设计、监理和施工四方共同会商，均赞成采用该方案，并取得了良好的效果。

三、小导管超前支护的工作原理

1、小导管的锚杆作用

小导管的锚杆作用原理主要是自身加固原理，主要有联接原理、组合原理和整体加固原理三种。在本隧道中主要利用其整体加固原理。通过有规律布置的小导管，将隧道四周一定深度的围岩进行挤压、粘结加固，组成一个承载环。

2、小导管的注浆通道作用

在小导管注浆技术使用过程中，注入围岩的浆液是通过小导管上的注浆孔均匀地渗入到围岩中的，故在小导管注浆技术中小导管充当了浆液通道的作用。在塌方处理小导管注浆中，一般将小导管加工成花管，导管采用普通钢管。浆液在压力作用下通过小导管，注入围岩以达到加固围岩的作用。

四、小导管施工工艺及施工方法

（一）、小导管施工工艺流程图

（二）小导管施工方法

（1）在塌方体的前沿10m，依照间距50cm的要求架立18#工字钢，以补强该段的支护，以避免塌方范围进一步扩大，塌方处理段也按此间距立工字钢，以配合小导管一起形成小管棚支护。

（2）花管加工制作：超前注浆小导管（φ42×4）管头切割焊接成25～30度的锥体，尾部焊接φ8 mm钢筋加劲箍。小导管全长6m，花管段长5m，钻6～10mm孔眼，每根4排孔，孔间距300mm，梅花形布置。

（3）注浆参数：注浆终压：1～2 MPa；浆液初凝时间：60～120s；扩散半径：500mm；缓凝剂（Na2HPO4）掺量：2.0%～2.5%；小导管长度：6m；外插角：10度及20度；注浆范围：拱顶150度；孔深：6m；水玻璃浓度：35Beˊ；水泥浆浓度：（1.25～0.8）：1；水泥—水玻璃体积比：1：（0.5～0.1）；环向间距0.3m，不同外插角的两交叉布置，纵向间距2m；每循环开挖长度不超过1m。

（4）超前注浆小导管安装和注浆：在拱架起拱线以上，沿着开挖轮廓线，按照外插角10度与20度（与锚固层岩面夹角不得小于5度）打入两排超前注浆小导管；先施工外插角为10度这排小导管，待注浆结束后，已经形成一道封闭的拱形圈，然后再在上部施工外插角为20度的另一排小导管，以达到加大注浆固结范围，增强围岩自稳能力的目的。在注浆前进行压浆试验，确定合理注浆参数以指导施工，按照压浆试验后的合理注浆参数进行注浆，注浆完毕后进行注浆效果检查，并做好注浆记录。小导管端部焊接在型钢钢架上，与钢架共同作用，形成棚架支护系统。

（5）小导管注浆待凝不小于8小时后方可进行开挖施工，开挖按进尺小于1m来进行控制，开挖完毕后及时立型钢拱架、打系统锚杆并喷C20砼支护。支护完毕后方可进行下一个循环。