超前小导管施工原理分析及在隧道工程中的应用.docx

超前小导管施工原理分析及在隧道工程中的应用超前小导管施工是隧道工程施工中常用的辅助性施工技术，具有很高的安全性和可靠性，在软弱地质、岩溶地质、砂砾层地质等中都有良好的应用。本文结合竹园隧道工程实际情况，先介绍了超前小导管施工原理，接着从适用范围、技术要求、施工准备、制作钢花管、小导管安装、注浆等方面探讨了此项技术的具体应用。结果表明：超前小导管施工技术设备简单、工艺简单、实用性比较强，可有效改变隧道工程围岩的力学性能，具有较高的应用价值，值得大力推广应用。一、工程概述隧道为特长隧道，左线全长3795米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1945m，洞口均采用端墙式洞门，路堑式明洞27m，级围岩948m，级围岩1130m，级围岩1690m。右线全长3785米，坡度1.1%/1885m，-0.6%/1991m，洞口均采用端墙式洞门，路堑式明洞13m，级围岩932m，级围岩1150m，级围岩1690m。其中，设置9处人行横道，4处车行横道及4处紧急停车带。行车主洞建筑限界（单洞）：11.0m（宽）×5.0m（高）。其中行车道净宽3.75m×27.5m，侧向宽度：L左0.75m，L右1.0m；两侧均设置检修道（含余宽C）,J左0.75m,J右1.0m。二、超前小导管施工原理分析隧道工程在施工之前，土质结构为原状土，围岩也是应力状态，随着隧道工程开挖工作的逐步开展，会对隧道周围的围岩造成扰动，原有的围岩应力被释放出来，促使应力重新分布。通过超前小导管施工技术，可促使隧道工程四周破碎的围岩形成一个整体，改善弹性模量、内摩擦力等，从而保证围岩结构的稳定性。按照原理的不同，超前小导管施工技术主要有三种：第一种为小导管锚杆作用，通过锚杆将隧道周围已经发生破碎围岩固定在围岩之上，并连接成一个整体。第二种是通过拱群效应，加强隧道拱部强度，提升承压力。第三种是通过浆液固有特性，提升围岩结构的稳定性。三、超前小导管施工在竹园隧道工程中的应用（一）适用范围分析超前单层小导管主要用于自稳能力较差的级围岩浅埋、偏压，以及、级围岩的断层破碎带及其影响带。（二）技术要求超前单层小导管预支护，适用于拱部地层松散，破碎的、级围岩地段。在本工程施工中超前小导管施工参数为：选择壁厚3.5mm、直径为42mm的热轧无缝钢花管，长度控制在4.5m左右，环向间距控制在20cm左右。外插角：钢管外插角分别为10°15°；注浆材料：水泥浆液水灰比：1.01.0（重量比）；设置范围：拱部120°范围。钢管环向打孔注浆，孔径10mm，孔间距150mm，尾部留不钻孔的止浆段不小于30cm。（三）施工准备按照工程特性及施工现场的客观条件，选择与之相适的施工方法，降低施工中各道工序的相互干扰，并确定注浆所用的材料、规格、型号等，按照施工实际需求，选择合理辅助用料。如果隧道工程施工中遇到了淤泥流砂，则可以采用水玻璃+水泥双液注浆。一些化学浆液虽然也可以满足施工要求，但成本比较高，并带有一定的毒性，不利于环保，要谨慎采用。在选择注浆设备时，要根据工程特性，选择合理的钻孔器械、注浆材料、检测设备及仪器。本工程超前小导管施工的注浆参数为：水泥浆水灰比11；注浆压力初压0.5MPA1.0MPa；注浆结束后，用M20水泥砂浆填塞管棚钢管，以增强管棚强度，注浆水泥的强度等级为P.O42.5普通硅酸盐水泥；水玻璃液美度为30，模数为2.4；添加5%的水玻璃，如水量较大应通过现场试验确定。（四）制作钢花管为提升施工效率和便捷性，小导管前端可制作成尖锥形，并在尾部焊接直径不低于8mm的加强筋紧固处理，在管壁之上，每隔15cm，布置一个梅花形钻眼，直径为10mm，在尾部设置止浆段。管棚采用108有孔钢花管和108无孔钢管，钢管节长为4m6m。管棚接长要先将前一根钢管缓慢顶入已经钻好的孔洞中，然后再进行相互联接。当前一根钢管进入钻孔中之后，在孔外预留出30cm40cm，然后启动凿岩机进行反转处理，促使联接套和钢管相互脱离，此后凿岩机再退回原来的位置，降下大臂，人工安装上一节钢管之后，再重新校正大臂。凿岩机要进行缓慢前进，对准前一根钢管的尾部后人工联接，促使前后两根钢管联接为一个整体。最后，再借助凿岩机低速顶进钢管。（五）小导管安装小导管安装是超前小导管施工安装的重中之重，安装效果和质量直接决定了整个工程施工质量和安全性，通过放线测量确定孔位，并做好标记，利用凿岩机进行钻孔操作，孔径要略大于导管管径20mm以上。钻孔完成之后，再把小导管按照设计要求插入钻孔中，外露部分控制在20cm左右，支撑在已经开挖好的钢架之上，共同形成预支护体系。（六）注浆在注浆操作施工过程中，必须严格认真填写注浆记录，并随时分析和改进操作作业，并严格注意观察支护工作，注浆参数的选择也是本工程施工的重点。在具体施工中，要结合注浆试验结果及现场调查情况，选择与之相适的注浆参数，并在注浆过程中，要先喷射混凝土封闭撑子面，避免发生漏浆问题。针对强行打入的钢管要进行积物冲洗，然后再进行注浆操作，注浆操作要选择从下到上的施工方法，浆液水灰比控制可选择1.51、11、0.81三个等级。逐步提升浆液浓度，考虑到注浆之后要立即开挖，在本工程施工中采用了普通水泥，在配制时加入了减水剂。在钻注过程中，要严格按照先外后内方法进行施工，并且为最大限度上保证钻杆接头的强度和刚度，钻杆连接套和钻杆要采用相同的材料，并在两侧加设内螺纹扣，联结套的壁厚10mm。注浆效果检查分过程中检查、结束时检查和开挖过程中检查：注浆过程中检查主要是检查浆液胶凝时间；注浆结束时，检查注浆记录，看每孔注浆量是否达到结束标准，孔数是否与设计一致；开挖时检查，看开挖边缘是否整齐、浆液固结情况、浆液渗透半径等，以便为下一步修改注浆参数提供依据。开挖时发现质量不好，除在下一循环改进外，应加强支护措施。四、结束语综上所述，本文结合工程实例，分析了超前小导管施工在竹园隧道工程中的应用，得出以下几点结论：（1）和超前管棚、超前锚杆等施工技术相比，超前小导管施工技术的加固效果更加明显，且施工工艺也更加简单。（2）超前小导管施工技术，既能有效加固围岩，提升围岩的自稳定性，也可以提升隧道工程围岩结构的抗渗漏能力。和初期支护相互结合，还能有效预防塌方、冒顶等安全事故的发生概率。（3）近年来，我国隧道工程不断增多，超前小导管施工以其独特的优势和超前的适应能力，深受施工单位的高度重视，具有非常广阔的发展前景。