2.软弱地层中隧道围岩预加固之
超前小导管加固
一、 加固原理
超前小导管预注浆是沿开挖隧道或地下工程外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定的压力向管内压注浆液的施工措施。它既能将洞室周围岩土体预加固，又能起超前预支护作用。适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管预注浆施工简单，且注浆时间短，达到加固、防渗、堵漏的目的，所以广为利用。
超前小导管注浆预加固围岩是对表土下风化破碎岩石及构造裂隙发育难以支护的破碎岩面，预先向其裂隙通道内注入固化材料（通常是水泥浆、水玻璃或聚氨酯等）充填裂隙，封堵涌水，胶结岩石，改善围岩力学性能，提高岩体自身整体强度，改变围岩支护状态。主要作用是提高管体周围岩体的抗剪强度，达到加固围岩并扩散围岩压力的作用。 二、 小导管注浆优点
在软弱地层隧道围岩中采用小导管注浆具有许多优点：
（1）形成了小导管与固结联合的超前支护体系，提高围岩的稳定性，抑制围岩松弛变形，增加了施工安全性。
（2）加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制。
（3）采用超前支护手段，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。 （4）采用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简单，一般工地都可施做。 三、适用范围
（1）隧道洞口浅埋地段或软弱破碎围岩地段进洞施工。
（2）富水软弱破碎地质、砂砾地层、岩溶地质等不良地质地段的隧道开挖辅助措施。
（3）隧道坍方的处理。 四、施工准备及工艺流程
1．超前小导管直径一般采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管。超前小导管单节长度通常为3.5m或4.0m，超前小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm，
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间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段。
2．测量定位
根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3~5mm，一般钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm。
开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5~10cm，排气管采用φ20塑料管。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。
3．钻孔
钻孔时一般采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，一般为3°～5°。锁脚锚管为俯角30°，为保证超前小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行。
超前小导管正面设计图
4．清孔验孔
（1）通常用地质岩芯钻配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
（3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。 5．安装超前小导管
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（1）钻孔完成后及时安设小导管，避免出现塌孔。
（2）小导管顶进采用大孔引导和风钻相结合的工艺，即先钻大于小导管直径的引导孔，利用钻机的冲压力和推力低速顶进钢管。
6．超前小导管注浆 6.1浆液配置
注浆材料及配合比：注浆采用水泥浆液，水灰比为1：1；注浆压力0.5~1MPa，水泥标号为PO32.5水泥。
单根小导管理论注浆量：
Q=πR2Lηαβ
式中 L——注浆段长度；
R——浆液扩散半径，取0.6L0, L0为管体间距40cm；
H——地层孔隙率，风化岩层2~3%，岩石破碎带取5～8％、砂土取40～60%，粘土取20～40%计算；
α——浆液有效充填率，取85%； β——浆液损耗系数1.05。 6.2注浆管的设置
注浆采用孔口注浆管注浆，孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5~10cm处，然后连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆。关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。
6.3注浆控制
（1）导管施工完成后开始注浆，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口侧进行密封处理。
（2）水泥浆液采用拌和机制浆，采用液压注浆机浆液注入导管钢管内，注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后作压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
（3）注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实。注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力以0.5~1.0 MPa为宜，持压3~5mm后停止注浆，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍。若注浆
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量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准。确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。
（4）注浆过程应程派专人负责，填写“注浆记录表”，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
6.4注浆效果判断
（1）对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。
（2）导管注浆后再打无孔管作为检查管，检查注浆质量。有水地层可观察无孔管孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。
施工准备测量定位钻孔作业小导管制备清孔钻孔验收下管、封堵孔口原材料进场试验喷射混凝土封堵工作面浆液配比设计连接、调试注浆管路注浆试验注浆作业浆液制备调整注浆参数注浆效果分析满足要求管尾与钢架焊连结束小导管注浆工艺流程图
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五、劳动力组织
工种 技术员 加工班 电工及司机 打管工 注浆工
六、注浆机具设备配置 1 2 3 风枪 游锤 吹风管 自制 Ф20钢管 台 把 根 钻孔打管 打管 吹孔 1 1 1 无孔强行打管进用悬吊重锤打管 注浆用 2 双液时用，自制 人数 1 4 3 6 6 工作 负责现场技术指导及应急处理 制作小导管及临时支护材料 分管空压机、注浆泵、搅拌机 负责钻孔、打入超前小导管 开挖面封闭及注浆工作 备注 4 注浆泵 单液浆用UB-3 台 双液浆用2TZG-60/50 高压管 按浆液桶大小制 台 个 个 个 个 个 个 M 把 5 6 7 8 9 10 11 12 13
拌合机 混合器 注浆嘴 浆液桶 波美表 量杯 水桶 胶管 木尺 拌水泥浆 注浆用 盛放浆液 测浆液浓度 试验 注浆用 计测注浆量 2 1 1 2 3 2 3 。
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七、工程结果评价
小导管注浆是浅埋暗挖隧道支护的一种措施。在软弱、破碎地层中凿空后极易塌孔，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前小导管支护。 超前小导管支护必须配合钢拱架使用。在条件允许时，也可在地面进行超前注浆 加固；在有导洞时，也可在导洞内对隧道周边进行径向注浆加固。小导管注浆的 注浆施工工艺相对简单，支护技术在很小的空间内利用简单的工具即可进行钻眼 及布管工作，遇到地层变化时可以随时调整施工方案，经济效益显著，小导管注 浆技术因其适用性强而得到广泛的应用。
与深孔注浆相比，在达到同样施工安全的前提下，小导管注浆可以降低工程造价，缩短工期。小导管注浆在页岩中的止水作用是很明显的，加之小导管的棚架作用和固结岩体的作用，给开挖和支护提供足够的时间，为隧道安全快速掘进创造了条件。采用小导管超前支护，明显加快了施工进度，且作业安全也有保证。
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