小导管注浆固结塌碴工艺在锦屏专用公路隧道施工塌方处理中的应用

2016-12-12黄国政

公路与汽运 2016年6期

关键词：锦屏管棚塌方

黄国政

（中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014）

小导管注浆固结塌碴工艺在锦屏专用公路隧道施工塌方处理中的应用

黄国政

（中国电建集团中南勘测设计研究院，湖南长沙 410014）

超前小导管预注浆加固软弱破碎围岩是公路隧道辅助开挖中广泛采用的一种施工工艺。锦屏水电站对外交通专用公路应用该工艺处理隧道塌方，通过小导管注浆固结塌碴，使其与型钢拱架或钢格栅组合成棚架支护体系（称小管棚），使工程工期、费用得到控制，安全、质量得到保证，取得了很好的效果。文中结合该工程，对小导管注浆固结塌碴工艺进行介绍。

隧道；小导管注浆；塌方

1 工程概况

锦屏水电站对外交通专用公路位于四川省凉山州冕宁县境内，是锦屏一、二级水电站与外部联系的主要通道，在电站施工期间，其物资设备、重大件及人员进出均通过该公路。其起于牦牛山东侧漫水湾镇，向西越过牦牛山至雅砻江边里庄乡，终于锦屏二级水电站厂区雅砻江锦屏东桥左岸，路线全长57.15 km，其中隧道9座总长14 835 m。为山岭重丘区二级公路，路基宽度8.5～10.5 m，路面宽度7.5～9.0 m，采用水泥砼路面。设计荷载为汽车-40级，验算荷载为挂车-300。所处地区为金沙江雅砻江深切谷地貌，地质构造复杂、断裂发育，断层众多，雅砻江河谷左岸的羊坪子断层以西见古生代地层呈单斜构造向西倾斜，岩层倾角大于45°。

根据新奥法设计施工理念，隧道施工过程中的塌方可通过监测预防大大减少，但难以杜绝；一旦出现塌方，将增大工程工期、质量、费用及安全控制难度。受交通条件和现场施工设备和材料等限制，小导管注浆固结塌碴工艺首先应用于锦屏专用公路牦牛山隧道K34+448.5-456段塌方，工程安全、质量得到保证，费用、进度得到控制，进而处理该隧道K34+320-347、K34+317-300段富水断层塌方和里庄隧道K50+160-170拱脚塌方、K50+373-390段洞内岩层偏压倾斜巨大塌方，收到了很好的效果。小导管注浆固结塌碴工艺最终成为锦屏专用公路隧道施工塌方的主要处理工艺。

2 塌方情况与工艺介绍

2.1 塌方情况

锦屏专用公路利用小导管注浆处理的塌方情况见表1。

表1 锦屏专用公路主要塌方情况

续表1

2.2 施工工艺

2.2.1 材料和设备

塌方处理材料主要有水泥、水玻璃（用于双液浆）、细砂、φ42×4小钢管、钢筋、型钢拱架及隧道施工用风、水、电。处理设备主要有钻孔风钻、单液（无水塌方）或双液（有水塌方）注浆机、注浆三参数自动记录仪。

2.2.2 小导管设计与施工

（1）小导管加工。将小导管（φ42×4）管头切割成25°～30°锥体，花管长3～6 m，钻6～10 mm孔眼，每排4个孔，交叉排列，间距100～200 mm（见图1）。

图1 小导管制作示意图（单位：m）

（2）注浆加固范围及小导管布设。采用φ42注浆小导管固结塌碴。注浆小导管分小仰角和大仰角两种，小仰角小导管单根长6.0 m，环向间距30 cm，从型钢拱架腹部吹孔穿插或上部穿过或格栅中穿过，仰角即外插角为5°～10°，布设在拱部120°角范围内，尾端与钢拱架或格栅拱架焊接成棚架即小管棚；大仰角小导管单根长3.0～4.5 m，仰角为20°～30°，大仰角小导管主要起固结塌碴作用，布设在拱部120°角范围内，前后两排小导管纵向搭接长度（水平投影）不小于1.0 m。

（3）小导管安装。先测量放样，在设计孔位上作标记；再用手持风钻钻孔，将小导管沿孔推入。拱上塌碴厚度要求在2 m以上，达不到2 m时，可用机械堆高或用机械吹砂或泵低标号水泥砂浆使拱上有2 m以上可固结粗细骨料。

2.2.3 固结注浆

（1）小导管注浆。小导管注浆工艺流程见图2。

图2 小导管注浆施工工艺流程

（2）注浆（见图3）。无水塌方注单液浆，富水塌方注双液浆。注浆前先喷砼封闭掌子面，注浆由下而上进行，浆液用灰浆机搅拌。考虑到注浆后需尽快开挖，注浆宜采用普通水泥或早强水泥，拌浆时可掺入减水剂。塌方处理施工前按单环小导管有效固

结厚度大于40 cm，在施工中由大到小，逐步选取最佳注浆压力及注浆量。注浆完成后，立即堵塞钢管孔口，防止浆液外流。

图3 小导管注浆示意图

（3）注浆参数设计。根据已有资料进行工程类比及现场塌碴体注浆试验情况选定注浆压力范围，确定浆液扩散半径r。单孔注浆量按下式计算：

式中：r为浆注扩散半径（m）；h为压浆段有效长度（m）；η为塌碴裂隙率；β为浆液在裂隙内的有效充填系数。

3 质量控制标准

小导管处理塌方（小管棚）中需控制材料质量、小导管安装质量、注浆质量及型钢拱架或格栅拱架安装质量，其中材料质量、小导管安装质量控制标准见表2，注浆质量要求和标准见SL 62-94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》，型钢拱架或格栅拱架安装质量参见JTG F80／1-2004《公路工程质量检验评定标准》。

4 大小管棚方案比较

塌方发生时，一般优先选用大管棚方案。锦屏专用公路受交通条件、施工设备和材料组织等限制，前期将小管棚作为实施方案、大管棚作为备用方案，中后期塌方处理主要采用小管棚方案。大小管棚方案对比见表3。

表2 小管棚质量控制标准

表3 大小管棚方案对比

5 施工控制要点

5.1 安全控制

塌方处理人员要求、安全培训、班前安全技术交底及处理过程中的安全监测与观测按现行法律法规执行。

5.2 前期质量控制

塌方处理前期所进行的灌浆试验、施工措施审

查及质量保证体系审查等均按照现行质量管理相关程序执行。

5.3 施工过程质量控制

（1）制浆和灌浆设备。制浆和灌浆设备质量控制按照SL 62-94《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》执行。

（2）水灰比选择和浆液变换。固结灌浆水灰比采用1∶0.5、1∶1、0.5∶1；水玻璃35 Be，分两序孔注浆：一序孔采用回填灌浆控制方法，用水灰比1∶0.5浆液试灌，根据注入吃浆速率逐级变浓浆液，当单孔吃浆量速率超过60 L／min时，改换成1∶1或更高浓度浆液，逐级试灌到0.5∶1直到选定合适的浆液或0.5∶1∶1水泥砂浆；二序孔采用固结灌浆控制方法，逐级改用稀级别浆液复灌直到1∶0.5，若压力降到0.1 MPa以下，再继续注浆，反复几次直到压力不再下降为止。第一序孔待凝30 min后开始第二序孔灌浆。

（3）注浆结束标准。一般情况下，注浆压力达到0.2 MPa稳定10 min后或单孔灌注量达1 000 kg时停止单孔注浆施工。

（4）注浆异常现象处理。注浆过程中经常发生浆液从其他孔中流出的串浆现象，此时，在有多台注浆机的条件下可同时注浆，否则及时堵塞串浆孔，轮到该管注浆时再拔下堵塞物，清理后再注浆。

5.4 进度控制

浆液终凝2 h后即可环形拉槽向前开挖安设型钢拱架或钢格栅拱架，开挖进尺按每循环0.5～0.6 m控制，24 h一个循环。进度按每日0.5 m考核。

5.5 费用控制

材料设备进场报验登记；试验和施工全过程监理跟踪记录，并当天核对形成监理记录；对注浆工程量采用公式法计算理论消耗量，参考监理记录进行修正，确定最终注浆工程量。

6 实施结果

（1）工程质量。施工过程中监理跟踪验收评定，塌方处理分部分项工程质量全部合格，其中K34 +320—347、K34+317—300、K50+373—390三处评定为优良。

（2）进度。K34+320—347塌方处理耗时45 d，K50+160—170处耗时22 d，K50+373—390处耗时45 d；塌方处理进度基本保证每天一循环进尺0.5 m，合同工期按每天0.5 m核算和结算。

（3）施工和运行安全。K34+317—300洞顶60多m高山体2005年6月发生二次塌方冒顶，形成2 m深坑，对塌方处理初期支护形成直接冲击，安全监测结果显示初期支护拱顶下沉23 mm，远小于Ⅱ、Ⅲ类围岩规范允许150 mm沉降量，拱腰收敛8 mm，初期支护棚架体系整体完好。施工期间检测各处理塌方拱脚、拱腰收敛值和收敛稳定时间，均满足规范要求，且未发生人员伤亡和设备损毁事故。实际运行8年多来，隧道塌方处理部位二次衬砌砼未见异常，运行效果好于预期。

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