隧道超前小導(dǎo)管施工_淺談超前小導(dǎo)管技術(shù)在沙壩水庫輸水隧道中的應(yīng)用

　　結(jié)合沙壩水庫輸水隧道工程介紹超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)的應(yīng)用 　　 　　1. 工程概況 　　沙壩水庫除險(xiǎn)加固工程位于陽山縣東部的江英鎮(zhèn)境內(nèi)，距縣城45km，壩址在連江二級支流鐘鼓水上游，水庫總集雨面積為16.93km2，其中直接匯流集雨面積為8.13km2，引水入水庫集雨面積為8.8km2。壩址以上河長3.17km，河流平均坡降1.62%。水庫總庫容1493萬m3，是一座以灌溉、供水為主，兼有防洪、發(fā)電等綜合效益的中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級。工程始建于1969年12月，于1972年3月完工，主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞（原為輸水涵管）、引水渠和壩后電站等。
　　水庫設(shè)計(jì)灌溉農(nóng)田1.6萬畝，供水12160人；防洪主要是保護(hù)水庫下游的江英鎮(zhèn)、青坑鎮(zhèn)（英德）2.4萬人及農(nóng)田1.6萬畝和總裝機(jī)4千千瓦的電站和省道英陽公路的安全；壩后電站建于1992年，裝機(jī)1×160kW。
　　2. 輸水隧道工程地質(zhì)情況
　　2.1 地形地貌
　　輸水隧道全長265m，開挖斷面為2.4 m ×2.4m，從出口向入口方向開挖，掘進(jìn)20 m后，從開挖斷面看，隧道地質(zhì)巖層主要以煤矸石為主，煤矸石主要成片面狀，層與層之間厚度為50cm左右，走向與隧道開挖縱軸線成55°角。
　　2.2 地質(zhì)條件
　　該隧道區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛。9月份至次年1月為枯水期，降水量最小，從2月份起見增；4~8月為雨水期，降雨量最大。大氣降水是本區(qū)地下水及地表水補(bǔ)給來源。
　　該區(qū)水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，水位受季節(jié)影響面變化較大，巖層破碎帶及巖溶發(fā)育部位屬強(qiáng)透水區(qū)，地下水徑流沿基巖裂隙及溶隙排出，地下水對砼無腐蝕性。
　　3. 成因分析及方案
　　3.1 隧道塌方成因分析
　　1）隧道圍巖主要以煤矸石為主，掌子面煤矸石破碎，煤層向傾向向下，遇水后軟化，會成片脫落，局部含泥質(zhì)軟弱夾層；圍巖不穩(wěn)定，有塌方、掉塊現(xiàn)象，成洞條件差；2）巖石裂隙發(fā)育，地下水豐富，拱頂處有常流水，巖石受力遇水失穩(wěn)；3）掌子面離襯砌距離太長，施工支護(hù)不及時(shí)、不規(guī)范；4）隧道圍巖等級應(yīng)屬于Ⅴ級圍巖。
　　3.2 選擇方案
　　由于巖體成片層狀分布，層面于層面間無粘結(jié)力，并且煤層受力遇水失穩(wěn)，從治本的角度考慮，首先應(yīng)從加強(qiáng)巖圍自穩(wěn)能力方面著手。
　　隧道圍巖等級屬于Ⅴ級圍巖，建議采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)。注漿法是將水泥或水泥-水玻璃混合液配置成雙液漿液，用壓送設(shè)備將其灌入土層或巖層中，使?jié){液在高壓作用下沿縫隙擴(kuò)散，最終實(shí)現(xiàn)膠凝固化。小導(dǎo)管注漿支護(hù)掌子面小導(dǎo)管注漿是沿隧道外輪廓線以一定仰角向掌子面前方打入泄?jié){孔的小導(dǎo)管，通過注漿來充分填充土地空隙形成的一定厚度的結(jié)合體；超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)，主要是沿隧道拱部周邊環(huán)向打一層或雙層小導(dǎo)管，通過在小導(dǎo)管里注漿液，通過小導(dǎo)管上的梅花孔擴(kuò)散至松散巖體，利用漿液來固結(jié)巖體，連同小導(dǎo)管一起形成穩(wěn)定的固結(jié)拱體。鋼管在此起雙重作用：一是超前管棚作用；二是注漿加固作用。小導(dǎo)管支護(hù)與漿液固結(jié)，共同作用于巖體，形成承載拱，共同承受拱上部巖層重量，使拱內(nèi)部圍巖及支護(hù)系統(tǒng)處于免壓狀態(tài)，可以防止坍塌。
　　支護(hù)的作用機(jī)理主要分為：1）梁拱效應(yīng)，小導(dǎo)管嵌入圍巖內(nèi)、后端與砂漿錨桿出露端相焊接形成縱向支撐梁，有效抑制巖層松動；2）環(huán)槽效應(yīng)，利用分布在掌子面的孔減少爆破產(chǎn)生的沖擊波造成對巖石的破壞和擾動。3）強(qiáng)化巖體效應(yīng)，用注漿泵通過小導(dǎo)管注入的漿液經(jīng)壁孔擠入圍巖裂隙或縫隙中加固圍巖，從而提高巖體彈模和強(qiáng)度。
　　4. 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)
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　�。�1）鋼管的制作與施工。采用Φ42mm（壁厚4mm）鋼管，長4.1m，將其一頭加工成30°左右的圓錐形，以利于鉆進(jìn)施工，鋼管鉆Φ6-Φ10mm梅花形小孔。（見圖 1）
　�。�2）小導(dǎo)管布置，沿隧道開挖線外20~30cm周邊環(huán)向布置Φ42mm（壁厚4mm）超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距50cm，管長4.1m，利用核心土、自制臺架按設(shè)計(jì)角度用風(fēng)鉆施打小導(dǎo)管孔（雙層、單層），成孔后將預(yù)制好的Φ42鋼花管（壁厚4mm，頭部為錐尖型，尾部30cm不鉆注漿孔作為止?jié){段）插入連上注漿接頭，進(jìn)行雙液注漿。（見圖 2）
　　破碎斷層段宜采用雙層小導(dǎo)管，環(huán)向間距50cm，角度分別為緩傾角10~15度和陡傾角30~40度，搭接1.0m。在拱部范圍布置。
　�、�、Ⅴ級圍巖采用單層小導(dǎo)，管環(huán)向間距50cm，外插角10-15度，搭接1.0m。在拱部范圍布置。
　　（二）在小導(dǎo)管孔眼鉆孔前，先噴射混凝土將開挖面封閉，以防漏漿。為了保證小導(dǎo)管鉆眼時(shí)的施工安全，以及為了便于鉆眼及控制小導(dǎo)管的仰角，應(yīng)在一個(gè)循環(huán)開挖完后擴(kuò)大開挖工作室50cm~1m后進(jìn)行鉆孔。鉆孔時(shí)應(yīng)使用孔眼較小導(dǎo)管管徑大20mm以上，并控制鉆桿仰角在10~15度范圍之內(nèi)，孔眼鉆好后，要進(jìn)行吹孔，后將小導(dǎo)管插入孔內(nèi)，外露20cm,以便連接注漿管，并用塑膠泥（40Be水玻璃PO32.5級普通硅酸鹽水泥）將小導(dǎo)管周圍空隙封堵嚴(yán)實(shí)。為了保證順利裝管，可在管端插入事先做好的簡單推進(jìn)工具，然后用風(fēng)槍送入；為了防止漏漿，小導(dǎo)管尾部1~1.5米范圍內(nèi)不鉆設(shè)花眼，并在管尾端做好止?jié){閥。
　�。ㄈ�）超前小導(dǎo)管注漿
　�。�1）由于隧道地質(zhì)復(fù)雜，隧道頂部、側(cè)部大量出水，宜選用水泥-水玻璃雙液注漿。注漿時(shí)將2種不同的漿液分散在2個(gè)容器內(nèi)，
　　使用雙漿注漿泵或2臺注漿泵按配合比分別吸入2種漿液，2種漿液在混合器混合后注入注漿管。
　�。�2）注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況，做壓漿試驗(yàn)，確定合理注漿參數(shù)；注水泥-水玻璃雙液漿時(shí)，水泥漿水灰比為1.25：（1.0~0.5）:1.0；水玻璃模數(shù)以2.4~2.8為宜，水玻璃濃度使用范圍為30~45°Bé，水泥、水玻璃體積比為1.0：（1.0~1.0）：0.3，模數(shù)2.4，水泥漿與水玻璃的溶液體積比1:1.0，漿液膠凝時(shí)間控制在1-1.5分鐘；
　　（3）注漿壓力采用0.5~1Mpa，并持續(xù)持壓5分鐘，壓漿機(jī)采用BW-250型（4Mpa）。必要時(shí)可在孔口處設(shè)置能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓的止?jié){塞。如果0.5~1.0Mpa的注漿壓力不能達(dá)到注漿效果，可通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定能達(dá)到注漿效果的注漿壓力。
　�。�4）注漿量應(yīng)根據(jù)地層孔隙率確定一般可按照下列公式計(jì)算：Q=RπHn βα
　　Q-漿液注漿量；R-漿液有效擴(kuò)散半徑（m）;H-注漿段長度（m）；n-土體孔隙率（或巖石裂隙率）%，（土、砂土n=30%-60%）；β-漿液填充率=0.3-0.9，（土、砂土，β=0.3-0.5）；α-超耗系數(shù)（含超注量、冒漿、損耗等），α=1.2-1.5。
　�。�5）注漿效果檢查；注漿終孔壓力達(dá)到1.0Mpa以上，則滿足要求；注漿過程中專人記錄，完成后檢驗(yàn)注漿效果，不合格的進(jìn)行補(bǔ)漿，注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行開挖作業(yè)。
　　（四）注漿異�，F(xiàn)象的處理
　�。�1）在注漿過程中發(fā)現(xiàn)漿液從其他孔流出的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為串漿。發(fā)生串漿時(shí)，采取降低注漿壓力或采用間隙注漿，改變注漿材料或縮短漿液凝膠時(shí)間，調(diào)整注漿實(shí)施方案。
　　（2）水泥-水玻璃雙液注漿進(jìn)漿量很大時(shí)，壓力長時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時(shí)間，以便凝膠；但停留時(shí)間不能超過混合漿的凝膠時(shí)間。
　�。�3）泵壓突然升高時(shí)，可能發(fā)生堵管，應(yīng)停機(jī)檢查。
　　5. 結(jié)語
　　沙壩水庫輸水隧道采用了超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)，把周圍一定范圍內(nèi)的圍巖固結(jié)成整體，形成了支護(hù)殼體，提高了掌子面前方圍巖的強(qiáng)度和剛度，大大減少了開挖引起的圍巖松動和坍塌現(xiàn)象發(fā)生，為隧道施工提供了安全保障，既縮短隧道了施工工期，又節(jié)約了成本，從而創(chuàng)造了較好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
　�。ㄗ髡邌挝唬簭V東省陽山縣水利水電工程有限公司）

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