隧道超前小導管施工方法

隧道超前小導管及鎖腳錨管注漿施工方法

一、注漿工藝原理

超前小導管是隧道工程掘進施工過程中的一種工藝方法,主要用於自穩時間段的軟弱破碎帶、淺埋段、洞口偏壓段、砂層段、砂卵石段、斷層破碎帶等地段的預支護。

二、注漿工藝特點

(1)施工機具設備簡單,施工簡便。

(2)用於特殊及不良地質隧道的支護。

2.1設計原則及適用範圍

2.1.1設計原則

為防止隧道開挖時掌子面前方圍巖不能自穩而出現坍塌是採用超前小導管預支護的根本目的。就是為了保證隧道開挖的安全,利用隧道風鑽機在隧道開挖工作面的拱部外150°範圍鑽孔,外插角控制在3°~5°,插入直徑為φ42mm×3.5mm的無縫鋼管,並進行注漿固結地層,使隧道拱頂形成一傘狀保護環。

超前小導管常採用直徑為φ42mm鋼管,壁厚一般為3.5mm。長度有3.5m或4m,每2m或2.4m一環,搭接長度不小於1m或1.1m,環向間距40cm或25cm。注漿孔徑為6~8mm(用臺鑽鑽孔),孔距15cm,梅花形佈置。前端20cm製作成蒜瓣狀錐形,尾端30cm範圍內不鑽孔作為止漿段,並設置Φ8加勁箍。

鎖腳錨管設置在拱腳處,採用直徑φ42mm,壁厚3.5mm,長度4m的無縫鋼管,鑽孔直徑為φ50mm,打設角度在30°左右俯角,鎖腳錨管前端20cm做成蒜狀錐形,尾端預留30cm焊接在鋼架翼緣。根據設計,每處拱腳設置2根或4根鎖腳錨管,對稱佈置,鎖腳錨管與鋼架焊接後,再採用φ22的橫向短螺紋鋼筋將鎖腳錨管兩兩搭焊,主要是卡住鋼架。鎖腳錨管尾端應超出鋼架5~10cm,以便焊接固定完成後,注漿錨固。

2.1.2適用範圍

(1)隧道洞口淺埋地段或軟弱破碎圍巖地段進洞施工。

(2)富水軟弱破碎地質、砂礫地層、岩溶地質等不良地質地段的隧道開挖輔助措施。

(3)隧道坍方的處理。

三、注漿施工工藝

3.1施工準備及工藝流程

隧道超前小導管施工方法

3.1.1超前小導管及鎖腳錨管直徑一般採用φ42mm,壁厚3.5mm的熱軋無縫鋼管。超前小導管單節長度通常為3.5m或4.0m,鎖腳錨管長度為4.0m,超前小導管壁加工注漿花孔,孔徑為φ6mm,間距為15cm呈梅花形排列,前端20cm製作成蒜瓣狀錐形,尾端30cm範圍內不鑽孔作為止漿段。

3.1.2測量定位

根據設計的超前小導管位置,用全站儀進行小導管位置的測量放樣工作,並用紅油漆在作業掌子面上作好小導管位置的標記。鑽孔直徑應大於設計導管直徑3~5mm,一般鑽孔φ50mm,孔深大於設計長度10cm。

開挖長度應小於超前小導管的支護長度,注漿採用止漿塞,並設置注漿管及排氣管,排氣管插入孔底5~10cm,排氣管採用φ20塑料管。注漿結束標準為達到設計注漿量或設計終壓。

3.1.3鑽孔

鑽孔時一般採用風鑽開孔,以設計的外插角向外鑽孔,一般為3°~5°。鎖腳錨管為俯角30°,為保證超前小導管的有效搭接長度,施工過程中嚴格控制隧道開挖的進尺,以使下一循環的施工順利進行。

3.1.4清孔驗孔

(1)通常用地質巖芯鑽配合鑽頭進行來回掃孔,清除浮渣至孔底,確保孔徑、孔深符合要求,防止堵孔。

(2)用高壓風從孔底向孔口清理鑽渣。

(3)用經緯儀、測斜儀等檢測孔深、傾角、外插角。

3.1.5安裝超前小導管及鎖角錨管

(1)鑽孔完成後及時安設小導管,避免出現塌孔。

(2)小導管及鎖腳錨管頂進採用大孔引導和風鑽相結合的工藝,即先鑽大於小導管直徑的引導孔,利用鑽機的衝壓力和推力低速頂進鋼管。

3.1.6超前小導管及鎖腳錨管注漿

3.1.6.1漿液配置

注漿材料及配合比:注漿採用水泥漿液,水灰比為1:1;注漿壓力0.5~1MPa,水泥標號為PO32.5水泥。

單根小導管及鎖腳錨管理論注漿量:

Q=πR2Lηαβ

式中 L——注漿段長度;

R——漿液擴散半徑,取0.6L0, L0為管體間距40cm;

H——地層孔隙率,風化岩層2~3%,岩石破碎帶取5~8%、砂土取40~60%,粘土取20~40%計算;

α——漿液有效充填率,取85%;

β——漿液損耗係數1.05。

3.1.6.2注漿管的設置

注漿採用孔口注漿管注漿,孔口排氣管與注漿管,由閥門來控制開關,排氣管採用Φ20塑料管,插入孔底5~10cm處,然後連接注漿管等各種管路,利用錨固劑封閉掌子面與導管間的孔隙,防止漏漿。關閉孔口閥門,開啟注漿泵進行管路壓水試驗,如有洩漏及時檢修,試驗壓力等於注漿終壓。

3.1.6.3注漿控制

(1)導管施工完成後開始注漿,注漿前對所有孔眼安裝止漿塞,同時對管口與孔口側進行密封處理。

(2)水泥漿液採用拌和機制漿,採用液壓注漿機漿液注入導管鋼管內,注漿前先檢查管路和機械狀況,確認正常後作壓漿試驗,確定合理的注漿參數,據以施工。

(3)注漿分兩步完成,當第一次注漿的漿液充分收縮後,進行第二次注漿,以使導管填充密實。注漿採取注漿終壓和注漿量雙控措施,注漿壓力以0.5~1.0 MPa為宜,持壓3~5mm後停止注漿,注漿量一般為鑽孔圓柱體的1.5倍。若注漿量超限,未達到壓力要求,應調整漿液濃度繼續注漿,直至符合注漿質量標準。確保鑽孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙均為漿液充填,方可終止注漿。注漿過程中壓力如突然升高,可能發生堵管,應停機檢查。

(4)注漿過程應程派專人負責,填寫"注漿記錄表",記錄注漿時間、漿液消耗量及注漿壓力等數據,觀察壓力錶值,監控連通裝置,避免因壓力猛增而發生異常情況。

3.1.6.4注漿效果判斷

(1)對注漿加固區進行鑽孔取芯,觀察注漿充填情況。

(2)導管注漿後再打無孔管作為檢查管,檢查注漿質量。有水地層可觀察無孔管孔內湧水顏色及湧水量,水顏色如較澄清或夾帶水泥渣塊,則注漿效果較好,如湧水為泥漿顏色或湧水量較大時,應補註或重注。

四、安全控制要點

4.1作業人員的勞動保護

(1)鑽機作業人員要戴防塵口罩。

(2)作業人員按規定配備安全帽、手套。

4.2鑽孔作業施工安全

(1)掌握好開孔與正常鑽研的壓力和速度,防止斷杆事故。

(2)鑽孔中如發生卡鑽、斜孔、坍孔等故障,應及時採取處理措施。

(3)進行鑽桿裝卸時注意與鑽機操作手的配合,避免鑽桿未裝好前啟動導致人員受傷。

4.3導管注漿施工安全

(1)泥漿排渣鑽機,要作好排水和泥漿池,避免汙染環境。

(2)導管注漿時,施工人員要避免正對注漿管。

(3)經常檢查並及時更換損壞的注漿管接頭。

五、 質量控制措施

5.1鑽孔質量

(1)鑽孔前,精確測定孔的平面位置、傾角、外插角,並對每個孔進行編號。

(2)嚴格控制鑽孔平面位置,超前小導管和超前錨杆不得侵入隧道開挖線內相鄰的鋼管不得相撞和立交。

(3)終孔後,要檢查錨杆的位置、孔深、方向和外插角,然後用高壓風將鑽孔吹洗乾淨。

5.2注漿質量

(1)漿液配置必須按施工配合比進行,嚴格控制水泥、水以及其他外加劑(如速凝劑等)的質量;漿液拌制必須使用機械拌和,嚴格控制拌和的時間;試驗室要加強對漿液質量的檢查。

(2)注漿過程中隨時檢查孔口、鄰孔、覆蓋層較薄部位有無串漿現象,如發生串漿,應立即停止注漿採用間歇式注漿封堵串漿口,也可採用麻紗、木楔、快硬水泥砂漿或錨固劑封堵,直至不再串漿時再繼續注漿。

(3)注漿時相鄰孔眼需間隔開,不能連續注漿,以確保固結效果,同時達到控制注漿量的目的。

(4)注漿時,要根據注漿終壓和注漿量雙控注漿質量,經常檢查注漿壓力錶的準確度,根據單根鋼管注漿量並結合巖體的鬆散程度,綜合考慮注漿量。若個別孔漿液不暢通,被迫提前終止時,可在鄰孔適當加壓補償。

(5)注漿結束後,必須鑽孔檢查注漿效果,如未達到要求時需要補孔注漿。

(6)配置的漿液應在規定的時間內用完。


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