[摘要]超前小導(dǎo)管施工是隧道工程施工中常用的輔助性施工技術(shù),具有很高的安全性和可靠性,在軟弱地質(zhì)、巖溶地質(zhì)、砂礫層地質(zhì)等中都有良好的應(yīng)用。本文結(jié)合竹園隧道工程實(shí)際情況,先介紹了超前小導(dǎo)管施工原理,接著從適用范圍、技術(shù)要求、施工準(zhǔn)備、制作鋼花管、小導(dǎo)管安裝、注漿等方面探討了此項(xiàng)技術(shù)的具體應(yīng)用。結(jié)果表明:超前小導(dǎo)管施工技術(shù)設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝簡(jiǎn)單、實(shí)用性比較強(qiáng),可有效改變隧道工程圍巖的力學(xué)性能,具有較高的應(yīng)用價(jià)值,值得大力推廣應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]超前小導(dǎo)管施工;隧道工程;鋼花管;小導(dǎo)管安裝
一、工程概述
隧道為特長(zhǎng)隧道,左線全長(zhǎng)3795米,坡度1.1%/1885m,-0.6%/1945m,洞口均采用端墻式洞門,路塹式明洞27m,Ⅴ級(jí)圍巖948m,Ⅳ級(jí)圍巖1130m,Ⅲ級(jí)圍巖1690m。右線全長(zhǎng)3785米,坡度1.1%/1885m,-0.6%/1991m,洞口均采用端墻式洞門,路塹式明洞13m,Ⅴ級(jí)圍巖932m,Ⅳ級(jí)圍巖1150m,Ⅲ級(jí)圍巖1690m。其中,設(shè)置9處人行橫道,4處車行橫道及4處緊急停車帶。行車主洞建筑限界(單洞):11.0m(寬)×5.0m(高)。其中行車道凈寬3.75m×2=7.5m,側(cè)向?qū)挾龋篖左=0.75m,L右=1.0m;兩側(cè)均設(shè)置檢修道(含余寬C),J左=0.75m,J右=1.0m。
二、超前小導(dǎo)管施工原理分析
隧道工程在施工之前,土質(zhì)結(jié)構(gòu)為原狀土,圍巖也是應(yīng)力狀態(tài),隨著隧道工程開挖工作的逐步開展,會(huì)對(duì)隧道周圍的圍巖造成擾動(dòng),原有的圍巖應(yīng)力被釋放出來,促使應(yīng)力重新分布。通過超前小導(dǎo)管施工技術(shù),可促使隧道工程四周破碎的圍巖形成一個(gè)整體,改善彈性模量、內(nèi)摩擦力等,從而保證圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。按照原理的不同,超前小導(dǎo)管施工技術(shù)主要有三種:第一種為小導(dǎo)管錨桿作用,通過錨桿將隧道周圍已經(jīng)發(fā)生破碎圍巖固定在圍巖之上,并連接成一個(gè)整體。第二種是通過拱群效應(yīng),加強(qiáng)隧道拱部強(qiáng)度,提升承壓力。第三種是通過漿液固有特性,提升圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
三、超前小導(dǎo)管施工在竹園隧道工程中的應(yīng)用
(一)適用范圍分析
超前單層小導(dǎo)管主要用于自穩(wěn)能力較差的Ⅴ級(jí)圍巖淺埋、偏壓,以及Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖的斷層破碎帶及其影響帶。
(二)技術(shù)要求
超前單層小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),適用于拱部地層松散,破碎的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖地段。在本工程施工中超前小導(dǎo)管施工參數(shù)為:選擇壁厚3.5mm、直徑為42mm的熱軋無縫鋼花管,長(zhǎng)度控制在4.5m左右,環(huán)向間距控制在20cm左右。外插角:鋼管外插角分別為10°~15°;注漿材料:水泥漿液水灰比:1.0∶1.0(重量比);設(shè)置范圍:拱部120°范圍。鋼管環(huán)向打孔注漿,孔徑10mm,孔間距150mm,尾部留不鉆孔的止?jié){段不小于30cm。
(三)施工準(zhǔn)備
按照工程特性及施工現(xiàn)場(chǎng)的客觀條件,選擇與之相適的施工方法,降低施工中各道工序的相互干擾,并確定注漿所用的材料、規(guī)格、型號(hào)等,按照施工實(shí)際需求,選擇合理輔助用料。如果隧道工程施工中遇到了淤泥流砂,則可以采用水玻璃+水泥雙液注漿。一些化學(xué)漿液雖然也可以滿足施工要求,但成本比較高,并帶有一定的毒性,不利于環(huán)保,要謹(jǐn)慎采用。在選擇注漿設(shè)備時(shí),要根據(jù)工程特性,選擇合理的鉆孔器械、注漿材料、檢測(cè)設(shè)備及儀器。本工程超前小導(dǎo)管施工的注漿參數(shù)為:水泥漿水灰比1∶1;注漿壓力初壓0.5MPA~1.0MPa;注漿結(jié)束后,用M20水泥砂漿填塞管棚鋼管,以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度,注漿水泥的強(qiáng)度等級(jí)為P.O42.5普通硅酸鹽水泥;水玻璃液美度為30,模數(shù)為2.4;添加5%的水玻璃,如水量較大應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。
(四)制作鋼花管
為提升施工效率和便捷性,小導(dǎo)管前端可制作成尖錐形,并在尾部焊接直徑不低于8mm的加強(qiáng)筋緊固處理,在管壁之上,每隔15cm,布置一個(gè)梅花形鉆眼,直徑為10mm,在尾部設(shè)置止?jié){段。管棚采用Φ108有孔鋼花管和Φ108無孔鋼管,鋼管節(jié)長(zhǎng)為4m~6m。管棚接長(zhǎng)要先將前一根鋼管緩慢頂入已經(jīng)鉆好的孔洞中,然后再進(jìn)行相互聯(lián)接。當(dāng)前一根鋼管進(jìn)入鉆孔中之后,在孔外預(yù)留出30cm~40cm,然后啟動(dòng)鑿巖機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)處理,促使聯(lián)接套和鋼管相互脫離,此后鑿巖機(jī)再退回原來的位置,降下大臂,人工安裝上一節(jié)鋼管之后,再重新校正大臂。鑿巖機(jī)要進(jìn)行緩慢前進(jìn),對(duì)準(zhǔn)前一根鋼管的尾部后人工聯(lián)接,促使前后兩根鋼管聯(lián)接為一個(gè)整體。最后,再借助鑿巖機(jī)低速頂進(jìn)鋼管。
(五)小導(dǎo)管安裝
小導(dǎo)管安裝是超前小導(dǎo)管施工安裝的重中之重,安裝效果和質(zhì)量直接決定了整個(gè)工程施工質(zhì)量和安全性,通過放線測(cè)量確定孔位,并做好標(biāo)記,利用鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔操作,孔徑要略大于導(dǎo)管管徑20mm以上。鉆孔完成之后,再把小導(dǎo)管按照設(shè)計(jì)要求插入鉆孔中,外露部分控制在20cm左右,支撐在已經(jīng)開挖好的鋼架之上,共同形成預(yù)支護(hù)體系。
(六)注漿
在注漿操作施工過程中,必須嚴(yán)格認(rèn)真填寫注漿記錄,并隨時(shí)分析和改進(jìn)操作作業(yè),并嚴(yán)格注意觀察支護(hù)工作,注漿參數(shù)的選擇也是本工程施工的重點(diǎn)。在具體施工中,要結(jié)合注漿試驗(yàn)結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況,選擇與之相適的注漿參數(shù),并在注漿過程中,要先噴射混凝土封閉撐子面,避免發(fā)生漏漿問題。針對(duì)強(qiáng)行打入的鋼管要進(jìn)行積物沖洗,然后再進(jìn)行注漿操作,注漿操作要選擇從下到上的施工方法,漿液水灰比控制可選擇1.5∶1、1∶1、0.8∶1三個(gè)等級(jí)。逐步提升漿液濃度,考慮到注漿之后要立即開挖,在本工程施工中采用了普通水泥,在配制時(shí)加入了減水劑。在鉆注過程中,要嚴(yán)格按照先外后內(nèi)方法進(jìn)行施工,并且為最大限度上保證鉆桿接頭的強(qiáng)度和剛度,鉆桿連接套和鉆桿要采用相同的材料,并在兩側(cè)加設(shè)內(nèi)螺紋扣,聯(lián)結(jié)套的壁厚≥10mm。
(七)注漿效果檢查及質(zhì)量判定
注漿效果檢查分過程中檢查、結(jié)束時(shí)檢查和開挖過程中檢查:注漿過程中檢查主要是檢查漿液膠凝時(shí)間;注漿結(jié)束時(shí),檢查注漿記錄,看每孔注漿量是否達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn),孔數(shù)是否與設(shè)計(jì)一致;開挖時(shí)檢查,看開挖邊緣是否整齊、漿液固結(jié)情況、漿液滲透半徑等,以便為下一步修改注漿參數(shù)提供依據(jù)。開挖時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不好,除在下一循環(huán)改進(jìn)外,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)措施。
四、結(jié)束語
綜上所述,本文結(jié)合工程實(shí)例,分析了超前小導(dǎo)管施工在竹園隧道工程中的應(yīng)用,得出以下幾點(diǎn)結(jié)論:(1)和超前管棚、超前錨桿等施工技術(shù)相比,超前小導(dǎo)管施工技術(shù)的加固效果更加明顯,且施工工藝也更加簡(jiǎn)單。(2)超前小導(dǎo)管施工技術(shù),既能有效加固圍巖,提升圍巖的自穩(wěn)定性,也可以提升隧道工程圍巖結(jié)構(gòu)的抗?jié)B漏能力。和初期支護(hù)相互結(jié)合,還能有效預(yù)防塌方、冒頂?shù)劝踩鹿实陌l(fā)生概率。(3)近年來,我國隧道工程不斷增多,超前小導(dǎo)管施工以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和超前的適應(yīng)能力,深受施工單位的高度重視,具有非常廣闊的發(fā)展前景。