隧道工程中的超前大管棚+小导管注浆施工工艺

施工技术隧道工程中的超前大管棚+小导管注浆施工工艺孙江涛/保利长大工程有限公司　广东广州　511431摘　要：隧道是公路、铁路建设中穿越复杂地形的重要方式，有利于提高所在线路的顺直性，但隧道施工易受到地质、水文等多重条件的影响，随之出现失稳现象，加强支护至关重要。在隧道支护施工中，“超前大管棚+小导管注浆”属应用较为广泛的施工工艺，为强化对其的认识，文章则结合工程实例，对其施工工艺要点展开探讨，以期起到抛砖引玉的作用。关键词：隧道支护；超前大管棚；小导管注浆；工艺分析1工程概况广西在建某隧道左洞2021年7月23日凌晨1点10分，掌子面ZK89+478放炮后拱顶发生浅层滑塌，经测算，塌方体约350m³。而后项目部立即采取反压及封堵措施，有效防止了塌方继续扩大。反压后项目部采取小导管+管棚注浆加固方式对拱顶进行加固。2拱顶滑塌分析鉴于ZK89+478两次塌方情况，我部结合超前地质预报资料以及C6地质钻探结果，初步拟定了后续施工处理措施，具体如下：（1）二次塌方后及时进行堆载反压并对塌方面喷射C25砼封闭，厚度1m。完成后加强监控量测频率，在监控量测数据趋于稳定后进行下一步施工；（2）首先拆除ZK89+474拱架，在ZK89+473处打入管棚，管棚以角度15～20°，间距40cm打入，打入深度以入岩4-5m为止，施工过程中要及时送管，完成一个钻孔，装入一根管棚，装管完成后采用1:1水泥净浆进行注浆，注浆压力0.5～1MPa，注浆过程中持续关注掌子面状况；（3）待ZK89+474管棚注浆液强度达到要求后，在ZK89+476处施工管棚，管棚角度为10～15°，间距40cm，以入岩深度4-5m为止，施工过程中要及时送管，完成一个钻孔，装入一根管棚，装管完成后采用1:0.75水泥净浆进行注浆，注浆压力0.5～1Mpa，注浆过程中持续关注掌子面状况；（4）待前两次管棚施工完成后，在塌方面ZK89+478按环形开挖预留核心土法进行开挖掘进，每次进尺0.5m，支护按DXS5-A双层拱架施工，每环支护主要参数为双层I22b工字钢，超前小导管以10～15°，间距40cm，长度4.5m打入。在第一层拱架安装完后及时喷射C25砼，待强度达到要求并且监控量测数据稳定后，进行第二次拱架施工，施工完成后对于已施工段落加强监控量测频率，每5m设置一个点。3超前大管棚支护的设计参数3.1管棚的注浆参数以水泥砂浆为宜，水灰比0.8～1，从底部开始逐步向上注浆，随注浆进程的持续推进而逐步加大压力，终压以2MPa为宜，全程注浆压力控制在0.8～2MPa，并尽可能避免中途中断注浆的情况，否则易影响结构的完整性。3.2管棚的套拱参数在大管棚超前支护结构体系中，其固定端设置的是I18混凝土套拱导向墙，共3榀，导拱的基本尺寸要求为纵向长2m、厚0.825m。导拱施工中，在其中设置41根长为2m的140mm×5mm导向钢管。4超前大管棚施工工艺4.1管棚的施工流程主要施工流程为：搭设管棚施作平台→测量定位→设置I18钢架→固定导向管→立模浇筑→管棚钻孔→设置φ127管棚钢管→超前小导管注浆→止浆封孔。4.2搭设管棚施作平台以I18工字钢为原材料，根据设计图纸要求，搭建稳定的管棚施作平台，为后续施工创设坚实的基础，以便高效开展各项工作。4.3测量定位（1）钢拱架的测量定位。重点内容为纵向中轴线、拱脚的高程以及拱架的纵向间距，保证各处的测量定位结果均具有准确性。

（2）导向管的测量定位。此环节较为合适的坐标法，确定导向管的平面位置后，将其测放至工字钢外轮廓线处，在坡度板的辅助下设定导向管的倾角；对于导向管外插角的设置，较为适宜的是采用前后差距法，控制在1～3°。关于超前大管棚的布置情况，如图1所示。

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图1　超前大管棚的具体布置图（单位：cm）

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4.4设置I18钢拱架I18钢拱架共包含3个单元的节段，彼此间经拼接后构成完整的整体，在各节段的端部焊接钢板。对于曲线单元节段，其制作要求相对较高，宜利用型钢弯曲机加工，由专员操作，精准控制，形成尺寸合理、稳定可靠的节段。根据钢拱架的安装要求，提前处理场地，采取清理、整平等相关处理措施，保证该部分具有平整性与稳定性，以免在钢拱架搭设及使用过程中出现局部失稳、下陷的情况。4.5固定导向管针对导向管采取固定措施，具体而言，利用φ22mm钢筋将其固定在拱架处。4.6立模浇筑套拱立模浇筑施工采用的是模注泵，由该设备将制备好的混凝土浇筑到位，全程做到随拌随用，以免因中途间隔时间过长而影响混凝土的质量。立模作业主要含三部分内容，即内模、外模及端头模。立模期间易出现导向管堵塞的情况，因此需加强对导向管孔口的防护，以免杂物进入其中。4.7管棚钻孔以液压钻为主要施工设备，适配φ15cm的钻头，有序钻进成孔。管棚钻孔的作业难度较大，一次钻孔成型的概率较小，通常只有在部分地质较为良好的地段才可实现一次钻孔，而绝大部分情况下易出现不同程度的卡钻以及塌孔问题。对此，可采取先注浆、后钻孔的方法，从源头上规避钻孔期间的各类问题。整个钻孔过程应满足低压、低速的要求，期间加强对孔深和孔径等基础参数的检查与控制，以便根据实际情况灵活调整。以钻进情况为准，对成孔质量做出判断。对于钻孔期间产生的各项数据，均要将其完整记录，作为钻孔质量分析的基本依据

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钻孔过程中易产生杂物，随施工时间的延长而逐步堆积至孔内，从而发生不同程度的堵孔现象。对此，钻孔后宜利用测斜仪和经纬仪等相关高精度的仪器验孔，将实测数据与设计要求展开对比分析，要求各项指标均可满足要求。4.8设置φ127管棚钢管以热轧无缝钢管为宜，利用150mm的丝扣连接钢管接头。在钢管上设置注浆孔，孔径10～16mm，孔间距15～20cm，梅花形布孔，管棚节长度为（6+6+6+6+3)m。4.9超前小导管注浆（1）注浆施工流程。封闭工作→钻孔→设置小导管→连接管路→密封孔口→压水检查→注浆→结束（前提在于压力、流量均达标）。（2）注浆施工技术要点。以φ45mm热轧无缝钢花管为宜，该材料的壁厚为5mm、外径50mm；为保证钻孔的施工质量，适配的是YT-28风动凿岩机，利用该设备精准钻孔；严格控制小导管的外插角，使其稳定在1～3°；对于小导管的加工，宜将其前端加工为尖锥形，于尾部焊接，稳定设置φ8mm钢筋加劲箍；在注浆小导管的管壁处均匀布设钻眼，间距按15cm控制；待小导管加工成型后，由人工将其安装到位，采取焊接

处理措施，使其与钢架稳定连接；注浆施工所用材料为水泥单液浆，压力以0.8MPa左右较为合适，严格依据设计要求控制浆液参数，以免影响浆液的性能以及注浆施工质量。关于小导管的加工示意图，如图2所示。

在完成钻孔作业后，经检查若无误，则置入小导管，经焊接后将其尾部与钢架稳定连接，从而构成预支护结构。在前述基础上，施作止浆墙，进而进入注浆施工环节。注浆全过程中，注浆压力的控制至关重要，应从0开始逐步加压，达到1.5MPa后，稳压3min左右，此过程中及时分析注浆量，若无法再继续注入，则表明已经达到注浆饱满的状态，可结束注浆作业。此外，浆液具有流动性，在压力作用下易外流，因此需采取堵口措施。4.10止浆封孔经过注浆作业后，通过焊接钢板的方法达到封堵注浆孔的效果。对于阀门的设置，所处位置可以选择在注浆管预留处，确保堵头具有足够的严密性。严格控制导向管和钢管的位置，两者应紧密结合，若存在空隙则利用水泥砂浆封堵，使该部分具有严密性，否则在外部环境的干扰下，管棚支护体系易发生失稳等异常现象。结语综上所述，在本文所探讨的隧道工程中，为保证支护效果，采用的是“超前大管棚+小导管注浆”相综合的方案。实践表明，该方法在维持隧道稳定性方面具有良好的效果，可营造安全的进口端隧道进洞施工环境，具有较高的参考价值，后续的类似隧道工程施工中可以从中汲取经验，并视实际情况灵活优化，进而推动隧道建设事业的发展。参考文献󰀡[1]蔡日升.超前大管棚+小导管注浆技术在隧道工程中的应用[J].城市住宅，2020（05）：218-219.[2]杨建波.超前小导管注浆技术在水工隧洞中的应用[J].甘肃水利水电技术，2019（04）：37-40.[3]张达.小导管注浆技术在隧道工程中的应用[J].建材与装饰，2017（17）：229-230.作者简介󰀡

孙江涛（1979.06-），男，河北赵县人，汉族，高级工程师，本科，从事路桥施工与管理工作。

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图2　小导管加工图（单位：mm）

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