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隧道超前小导管注浆作业的施工技术
发布时间:2019-11-22 14:35:29      点击次数:211

1、引言

随着我国国民经济的飞速发展,运输量也呈现大幅增长,高速公路的修建与干线公路通行能力的扩大成为公路建设的重要工作。超前小导管注浆是隧道工程进行掘进施工中采用的一种超前的预支护技术,在隧道的软弱破碎地层、穿越浅埋段、沙层段、洞口偏压段、断层破碎带及砂卵石段等不好地段施工中发挥着重要的作用。采用超前小导管注浆法,可将隧道开挖过程中所释放的荷载传递至前方的围岩及后方初支部位,从而保证隧道掘进中围岩的稳定性。小导管注浆是指沿着隧道纵方向于拱上部的开挖轮廓线外部一定范围内密排向前上方倾斜的注浆钢花管,这种注浆施工工艺较为简单,利用一些简单工具即可在小空间范围内进行钻眼与布管,同时可在地层出现变化的状况下对施工方案进行及时调整,有着显著的经济效益。随着我国大量隧道工程的兴建,小导管注浆技术在各种困难地层施工取得广泛的应用。

2、超前小导管注浆基本原理与施工设计参数

2.1 超前小导管注浆基本原理超前小导管注浆工艺的原理是在隧道工作面的拱上部一定范围内将小导管以一定角度打入地层中,并通过注浆泵施加的压力使浆液沿着小导管透扩散至地层的空隙中,起到止水的作用,并在工作面的周围形成一个地层自承拱,同时通过管体的超前锚杆作用提高土体的自稳能力与自稳时间,改变围岩的力学性能,提高其力学参数,从而控制地层变形。注浆效果通过围岩抗渗性与强度来体现,以现场原位实验及实验室实验来确定。超前小导管注浆固结机理可归结为如下两方面:

1渗入性注浆

对于存在一定孔隙或者裂隙受到扰动与破坏的围岩,通过注浆泵施加的压力使浆液克服阻力渗入围岩空隙或裂隙中,从而起到固结地层的作用。

2劈裂、压密注浆

对于土质致密的地层,通过对浆液施加较高的压力以挤开裂缝,使浆液渗入围岩,进而压密岩体

2.2 施工设计参数

(1)小导管可选用管径为φ25 ~ φ42的有缝钢管,管长一般为3.0m ~6.0m 。

(2)小导管以纵向沿隧道轮廓线外一定范围向前上方倾斜,外插角α为10°~ 15°。

(3) 注浆压力取决于地层的致密程度, 一般为0.5m pa~1.0m pa;水泥浆水灰比为1:1;水玻璃波美度为e=35;模度2.4。

(4)超前小导管的纵向搭接长度不应小于1.0m ;导管环向间距通过试验进行确定,不可超过0.4m ;设置范围在拱部120°。

(5)注浆液选用纯水泥浆液或添加百分之5 水玻璃的双液浆。

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3、超前小导管施工工艺

3.1 工艺流程

隧道超前小导管注浆的施工工艺流程是:施工准备→制作小导管→钻孔→配置浆液→注浆→隧道开挖。

3.2 施工准备

(1)根据设计施工图纸及施工具体条件,并制定防止与隧道施工发生相互干扰的科学措施。

(2)通过对土质情况的调查分析,根据透系数进行注浆类型的确定,包括注浆液的名称、材质、规格、用量及技术标准等。化学浆液的成本较高,且有一定毒性,不利于环保,应慎用之。

(3)选择试验、钻孔、注浆、检测等所需设备及仪表器材,检查仪器是否完好,保证工作压力符合注浆压力的要求。

(4)拟定适当的实验方案,通过实验确定注浆参数,包括注浆压力、注浆半径、注浆速度、扩散半径、科学范围、浆液配合比及初凝时间、止水盘尺寸等。

(5)制作小导管,其前端为尖锥形,尾端连接直径为8m m的钢筋加劲箍,于管壁每隔20cm处做直径为8m m 的梅花形钻眼,尾端留至少30cm 不钻孔作为至(止)浆段。

(6)组织、安排施工队伍,并对某些制造设备与器材的加工生产进行部署。

3.3 安装小导管首先在设计好的孔位处做上标记,用凿岩机进行钻孔,要求孔径超过设计导管管径20m m以上;待成孔后按设计要求将小导管插入孔中,或者用凿岩机将小导管直接从型钢钢架的上部、中部处打入,小导管外露部分20cm ,并支撑在开挖面后方钢架之上,与其形成预支护体系。3.4 注浆进行单液注浆时应先喷砼5 ~ 10m m 封闭掌子面形成止浆盘以防漏浆,注浆前要先冲洗管内积物,然后将输浆管连接于小导管的尾部,打开阀门排气孔按照由下向上的顺序用注浆泵进行水泥浆压注,按照由拱角到拱顶的顺序进行,选用普通水泥或者早强水泥。渗入注浆应按实验确定的压力与注浆量进行施工,无实验条件时可按注浆半径20cm 进行由大至小的调整,以选定压力与注浆量。进行劈裂、压密注浆时应按固结厚度大于40cm 于施工中对注浆压力与注浆量进行由大到小的逐步选取。注浆应选用4.0m pa以上的高压注浆泵,待注浆完成后要立即堵塞钢管管口以防浆液外流。双液注浆时要将两种不同浆液分别置于不同容器中,并使用两台注浆泵或双液注浆泵按一定配比吸入两种浆液,在两种浆液充分混合后进行注浆。在注浆施工过程中,要认真做好注浆记录,并随时分析与改进作业,同时要留意支护工作面状态。

3.4 注浆异常现象的处理

(1)串浆是指注浆过程中出现的浆液从其他孔中流出的现象。当出现串浆现象时,应通过多台注浆机进行同时注浆,或者及时堵塞串浆孔,待轮到进行该管的注浆时再拔出堵塞物,同时用铁丝除管内杂物,再用水或高压风进行冲洗,然后进行注浆。

(2)水泥浆单液注浆或水泥、水玻璃双液注浆时由于进浆量很大,压力出现长时间不升高的现象,这时应重新调整浆液浓度与配合比,降低凝胶时间,以小泵量低压或间歇注浆,保证浆液在裂缝中有一定的停留时间以

便凝胶,应注意停留时间不可超过混合浆凝胶时间。

(3)当出现泵压突然升高现象时,应停机检查是否发生堵管。

4、施工质量标准及注意事项

4.1 施工质量标准

(1)进场前应按批抽取制作超前小导管所用的钢管进行力学性能与工艺性能的实验,确保钢管质量符合国家相关规定和设计要求。

(2)导管要在开挖轮廓线上方一定范围内按照一定角度打入,施工偏差应符合规定。其中深入性注浆的孔位误差要控制在5cm 以内,角都误差不可超过2°。劈裂、压密注浆的孔位误差要控制在10cm 以内,角度误差不可超过3°。不符合规定的要进行补管、注浆。

(3)渗入性注浆的单孔注浆量不能小于每孔平均注浆量的百分之80 ,劈裂、压密注浆的单孔注浆量不能小于每孔平均注浆量的百分之60 。不符合规定的要进行补管、注浆。

(4)在开挖过程中随时进行注浆效果的观察,一旦发现问题要立即停工并进行相应处理。

4.2 质量与注意事项

(1)在注浆前要对机具完好性、连接管路和封口是否良好等进行检查,一旦发现异常立即停止作业并进行处理,以防压力爆破导致伤人事故。

(2)注浆前要先做注水实验,不可直接注浆。

(3)需要为作业工人配置防护用品,确保施工稳定。

(4)钢管与拱架要连接牢固,待注浆完成后要立即将注浆孔堵塞密实。

(5)进行注浆施工的过程中,要实时密切监控注浆工作状态,一旦发现支护出现变形或损坏,要立即停止施工并采取相应措施。

(6)掌子面的开挖工作要在注浆施工结束后4小时方可进行。

(7)相邻两排的小导管搭接长度要符合设计要求,而且不可小于1m 。

超前小导管注浆技术是隧道浅埋暗挖的一种支护措施,要与钢拱架配合使用。隧道施工在破碎软弱地层凿空后易出现塌孔、结构断面较大或施作超前锚杆较为困难时,应采用超前小导管技术进行支护。在条件允许的情况下可进行地面的超前小导管加固,当已有导洞时,也可于导洞内进行隧道周边的径向注浆。小导管注浆技术有着施工工艺简单、工具简单、所需施工空间很小等优点,且在遇到地层变化等情况时可对施工方案进行随时调整。小导管注浆因其适用性强及经济效益显著,在隧道施工中取得广泛应用。

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