沙化白云岩隧道施工技术研究

孙延龙

（中交隧道工程局有限公司，北京 100102）

1 工程概况

新白石岩隧道位于四川省凉山彝族自治州越西县乃托镇白果乡各俄村至铁西乡红光村。隧址区所处地质环境为中山峡谷地貌，高陡度横坡分布广泛，地面高程1 560～2 500m；存在沟槽等多种低洼地形，此部分具有覆土较厚的特点。线路走向方面，其上跨成昆铁路白石岩一号隧道，由于地形环境的限制，洞口交通条件欠佳，施工难度较大。

2 超前中管棚施工

超前中管棚的施工流程为：准备工作→扩大洞室→搭建导向架→钻机就位并调整→钻进成孔→注浆施工→终孔→质量检验。具体施工内容如下：

（1）本项目选用φ76mm、壁厚6mm 的热轧无缝钢管，以此为基础材料基于特定工艺制得中管棚，长8m；钻进φ8～10mm的钢花管注浆孔，间距控制在10～20cm，且必须确保其尾部30cm 的完整性，将该部分作为止浆段，所有钻孔均为梅花形布设方式【1】；（2）环向间距 40cm；（3）外插角 5°～7°；（4）测量放样后再安排钻孔，严格控制孔径等各项工艺参数，所用设备为YT28 风枪；（5）使用高压风与清水相结合的方式完成清孔作业，并全面检验各孔施工效果；（6）利用风镐顶管，根据设计要求将钢管置于孔内；（7）遵循自下而上的顺序完成注浆作业，现场配备拌和机，制得适量的1∶1 水泥浆。对于破碎围岩，所用注浆材料转变为水泥-水玻璃双液浆。

3 超前小导管施工

超前小导管的施工流程为：风钻钻孔→顶入钢管→连接管路→压水试验→检查有无泄漏，若管路泄漏，需进行检修后再次进行试验；若工作面泄漏，则需封闭岩面后再次进行试验→确保无泄漏现象后即可进行注浆→检查加固效果是否达到要求（若未达到要求，需补钻注浆孔，直至达到预期的加固效果）→停止注浆→注下一孔【2】。具体施工内容如下：

（1）使用φ42mm、壁厚3.5mm 的热轧无缝钢管；经加工后形成长度为3.5～4.5m 的小导管；钢花管注浆孔设置及规格要求均与中管棚施工中所采取的方式一致。（2）小导管总量为36～50 根。（3）各等级围岩下的环向间距存在差异，其中Ⅳ级围岩为50cm，V 级围岩缩减至40cm；严格控制外插角，稳定在10°～12°。（4）封闭掌子面，采取的是喷射 C25 混凝土的方式。（5）测量放样后确定孔位，根据放样结果完成钻孔作业，设置方向架以实现对孔位的精确控制，通过人工手持YT28 风枪的方式钻进成孔，角度偏差控制在2°内，孔深误差不超过±50mm。（6）选择高压风与水相结合的方式完成清孔作业，将残留在孔内的砂及杂物清理干净，并全面检验各钻孔。（7）各孔满足质量要求后，按自下而上的方式依次注浆，现场配备拌和机。注浆施工选用1∶1 水泥浆，严格控制好注浆压力以确保最终质量，全程稳定在0.5～1.0MPa，以实际情况为准调节进浆速度。为提高正式施工效率，预先通过试验的方式确定合适的注浆工艺参数。（8）结束注浆后检验浆液强度，若该值上升至最终强度的70%或更多，可组织工作面开挖作业。

4 注浆加固

4.1 注浆参数设计

选定注浆浆液（水泥浆液，化学浆液），确定合适的凝固时间，展开注浆配比设计，明确具有可行性的注浆参数，包含压力、注浆量以及注浆半径。

注浆施工选用φ42mm 热轧无缝钢花管，以设计要求为准合理加工成特定长度的节段，沿隧道开挖轮廓线环向布置，并要求所有钢管外倾角为10°～12°；以地层致密度为依据，在合理区间内调整压力，通常为0.2～0.3MPa；纵向前后相邻排导管搭接长度≥1.0m。考虑到施工中易发生串浆的问题，可选择分序施工方式。

4.2 浆液扩散半径

浆液扩散半径可根据导管密度确定。遵循注浆范围相互重叠的原则，合理设置扩散半径Rk，可基于式（1）计算得出：

式中，L0为管之间中心距离，cm。

单管的注浆量Qi，可基于式（2）求得：

式中，R 为浆液扩散半径，cm；L 为导管长度，cm；η 为岩体孔隙率，%。

4.3 施工要点

在现场专业车间内由专员完成小导管加工作业，利用钻床设备钻进从而形成注浆孔，小导管尾部焊接φ8mm 管箍，以10～20cm 为间隔依次在管壁上开孔，尽可能确保各孔直径的一致性，以6～8mm 为宜，尾部30cm 不执行钻孔操作，此部分作为止浆段使用。结束加工后，安排质检人员检验，满足质量要求即可投入使用。

钻孔、插小导管：准确测量放样以确定孔位，以此为依据钻进成孔，搭建方向架以实现对钻孔方位的精准控制，确保孔位外插角的合理性。钻孔孔径应在设计导管管径基础上增加至少20cm。结束钻孔作业后，采取高压风与水相结合的方式清孔，全面清理孔内残渣。

注浆：做好注浆前的准备工作，即喷射混凝土封闭掌子面，目的在于避免漏浆现象；部分区段地质较特殊，强行打入的钢管其内部更容易堆积杂物，因此需全面清理再注浆。

水泥浆是关键施工材料，水灰比设为 1.5∶1、1∶1、0.8∶1 共3个等级，初期浆液偏稀，后续逐步增加等级，提高浆液浓度，即先注稀浆，然后逐步变浓直到水灰比为0.8∶1 为止。为缩短浆液凝固时间，浆液拌制过程中掺入适量早强剂。

4.4 管棚注浆

此环节注浆应注意如下几点：

1）注浆前的准备工作要落实到位，向开挖面、拱圈、孔口周边分别喷混凝土，各段厚度控制为10cm，由此构成完整止浆盘。

2）按合适的顺序完成注浆作业，由底部开始逐步向上推进。

3）注浆机性能工作状态的调节，要求压力以0.6～1.0MPa为宜，待注入浆液达到饱满状态后不可随即撤除压力，需给予10～15min 的持压时间。

4）以钻孔圆柱体的体积为依据，通常注浆量取该值的1.5倍；若施工条件欠佳，如注浆量有限，需适当调整浆液浓度，经过处理后岩体与钢管产生的空隙应得到有效填充。

5）遵循先单号孔、后双号孔的注浆原则，换言之，采取隔孔注浆工艺方法。

6）若注浆压力泵工作状态异常，如压力短时间内急剧升高，考虑管内堵塞严重的情况，随即停机检查，全面清理管路。

7）注浆中加强质量检验，若发生支护变形或损坏等问题，需及时暂停注浆；对于窜浆的现象，需采取堵塞处理措施。

8）对于围岩破碎或是富水地段，首先向钢管内放入预制成型的钢筋笼，再向其中注入浆液，实现有效的补强。

5 初期支护施工

初期支护为喷锚网+钢架的方式；系统锚杆拱部采取支护措施，于该处设置φ22mm 中空锚杆；选择湿喷工艺，进而完成喷射施工；钢架使用的是格栅钢架。

5.1 组合中空锚杆和砂浆锚杆施工方法

1）组合中空锚杆：结束喷射混凝土作业且满足设计要求后，通过测量放样的方式确定具体孔位，以此为依据钻进成孔；结束之后，全面检查各孔的情况，深度相较于锚杆长度而言应略大10cm，锚杆要被准确地置于孔的中心；做好清孔作业后，再设置锚杆，将各处的注浆管连接起来使其足够严密，随后在高压泵的支持下完成注浆作业；结束后检验注浆结果，若不满足设计要求，需采取补强措施，最后再锚固端头。

2）砂浆锚杆：此环节应在喷射混凝土结束之后展开，锚杆埋设分为2 个阶段，首先注浆，随后再插入锚杆。其中，人工风枪是主要的钻孔设备，根据工艺要求钻进成孔，再清孔；以锚杆长度为参考，要求孔径的深度比其略大10cm，锚杆要置于孔位中心处；若存在不合格的钻孔，需将其视为废孔处理，并在合适的区域重钻；设置好砂浆锚杆后，采取保护措施，以免出现锚杆被敲打等情况。

5.2 型钢（格栅）钢架施工方法

按照设计图纸的相关要求，经加工后形成型钢（格栅），此项工作在钢构厂由专员完成，以1∶1 比例放样，制得各单元后，确保试拼无误即可转移到洞内安装。

避免盲目安装行为，应检测各榀钢架的位置，不可出现偏差；将堆积在拱脚处的虚碴清理干净，在指定区域拼装型钢（格栅），若其与封闭混凝土所产生的间距较大，则要向其中置入垫块；通过钢筋连接的方式确保钢架形成稳定的整体结构；完成钢架安装后，进一步焊接锁脚钢管，提高其稳定性。

6 结语

沙化白云岩隧道地质条件特殊，施工中存在诸多受扰因素，应选择与地质条件相适应的技术手段，完成开挖、支护、注浆等相关工作，以创造安全施工环境为基本前提，尽可能提高隧道整体品质。