超前小导管技术在隧道施工中的应用.pdf

智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第12 期4作者简介：龙旭斌，男，本科，助理工程师，研究方向为水利水电工程施工。超前小导管技术在隧道施工中的应用龙旭斌（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，兰州 730030）摘要：为提高超前小导管技术在隧道施工中的应用效果，本文主要分析超前小导管技术的特点，针对超前小导管技术实际应用过程中的常见不足，提出相应处理办法，希望本文的观点能够为相关工作者提供帮助。关键词：超前小导管；隧道施工；实际应用0 引言隧道工程包括城市隧道、水下隧道平以及山岭隧道三种，是交通设施的重要组成部分，但隧道施工需要在复杂的环境中进行，必须通过有效的支护技术保证施工现场的安全。超前小导管技术能够通过小导管固定以及注浆加固为隧道施工提供符合工程需要的支护效果，但超前小导管技术在实际应用中却存在多种问题影响超前小导管技术的实际应用效果，施工单位在施工前必须全面掌握超前小导管技术的施工工艺，并针对施工期间的常见不足做出预防措施，才能够保证超前小导管技术在隧道施工中的支护效果。1 超前小导管技术概述超前小导管技术是应用于岩土工程中的一种支护技术，超前小导管在隧道施工中的实际应用效果图详见图 1。隧道施工多在山体、地下等环境中进行，若支护措施不能够满足工程施工需要，会导致塌方、变形等安全事故，超前小导管技术分为插管和注浆两部分，首先小导管除注浆作用外，随着小导管的不断插入会形成蛇形或环形的支护管棚，能够起到超前支护的效果。其次隧道施工中不能因岩体、地质条件的问题而进行临时改线，此时若岩土松散且无粘连，会极大程度影响支护技术的应用效果，超前小导管技术在应用过程中会向岩体、土体注入浆料，能够有效改善其结构强度，进而形成拱形的岩土防护层。超前小导管技术通过其自身材料的强度以及对岩土结构强度的提升，能够有效保证隧道施工的安全，是当前岩土工程施工中极重要的一种支护技术1。图 1 超前小导管在隧道施工中的实际应用效果图2 隧道施工中应用超前小导管技术的优势2.1 施工简单超前小导管技术不同于岩土工程施工中的其他支护技术，岩土工程施工中大部分的支护技术都需要在挖掘之后进行支护，因此对岩体、土质的要求极高，为保证隧道施工安全，若使用其他支护技术进行隧道施工，必须首先改善岩体、土质结构，才能够开展后续的挖掘、支护等施工步骤，因此相对于岩土工程施工中的其他支护技术，超前小导管技术的应用，只需检测岩土条件，确定插管孔位即可进行支护，使得超前小导管技术的应用十分简单。2.2 能够根据土质条件进行有效调整超前小导管技术最大的优势便是其能够根据岩土工程的实际情况进行针对性调整，以最大化支护效果。在实际的岩土工程施工中，随着岩体、地质情况的改智 慧 交 通 新 业 态Maritime Safety 水上安全5变，支护技术的实际效果也会发生变化，以超前管棚支护技术为例，其适用于松散潮湿的岩体、不能自稳的地质条件中，但超前管棚支护技术施工时间长且更适用于软弱土质，且因其支护原理的影响，即使针对岩体软弱且不粘连的施工条件进行技术性调整，其支护效率和实际应用效果仍有限。超前小导管技术则不同，超前小导管技术的支护不是单一的强度支护或岩土加固支护，而是综合性的支护技术，通过对插管位置的调整，能够根据岩土条件的实际情况向其内部注入适量的浆料，在支护材料和浆料组成的综合性支护下，可以为隧道施工提供足够标准的支护强度2。3 超前小导管技术在隧道施工支护中应用的常见问题3.1 钢花管与拱架焊接不牢固超前小导管技术的支护强度由钢制材料及浆料两部分组成，钢花管在安装完毕后，除其作为后续注浆工序的施工条件外，钢花管在岩土内还能够起到加筋作用，外部拱架也会提供一定程度的支护效果，且钢花管与拱架的焊接也是保证钢花管在注浆工序中能够固定在孔道内的关键工序，若钢花管与拱架的焊接不牢固，会直接影响超前小导管技术的整体支护效果。导致钢花管与拱架焊接不牢固的因素主要包括以下两点：1）钻孔深度不符合设计。钢花管的安装效果与钻孔深度有直接联系，若钻孔深度不符合设计标准便会导致钢花管与拱架的搭接效果不足，进而影响后续的焊接效果。2）焊接技术问题。焊接工作是以焊接工作人员为主要力量的施工过程，在此期间，若焊接工作人员的技术能力有限，便会出现漏焊、缺焊、焊点不均匀等问题，最终影响钢花管与拱架的焊接效果3。3.2 堵管堵管问题是超前小导管技术应用过程中常发生的施工问题之一，当发生堵管问题时，浆料便会堆积在钢花管内部，此时仍在泵送浆料的设备便会使管道内部形成强大的反向作用力，最终使钢花管注浆口与泵送设备脱离，甚至造成泵送设备的损坏。3.3 支护变形支护变形问题常发生在注浆环节中。在超前小导管的注浆环节中，随着注浆工作的开展，岩土结构强度会产生变化，同时注浆过程中也会对钢花管形成反作用力，当作用力大于支护强度时，将会发生支护变形问题。导致支护变形问题的因素主要包括以下两点：1）钢材自身强度问题。钢制拱架的自身强度是超前小导管整体强度的重要组成部分，若在制作钢制拱架的过程汇总，钢材厚度不足或钢材自身强度不足，都会影响拱架的整体强度，进而导致拱架变形的问题。2）注浆压力过大。在超前小导管技术的注浆工序中，因钢花管锥形尖头部分也分布不同数量的孔洞用于注浆，在注浆时便会对钢花管产生反作用力，当注浆压力过大时，注浆压力所产生的应力会作用于拱架使其变形。3 超前小导管技术在隧道施工中的应用方法3.1 孔位布置超前小导管技术的整体支护效果受注浆效果的直接影响，而注浆效果则直接受到导管布置位置的影响，因此，超前小导管技术在隧道施工中应用时首先应注意孔位的分布。超前小导管技术的注浆是以渗透为主要方式的施工工作，为达到最佳岩土加固效果，测量人员在进行地质勘察时必须全面测量施工面的岩土条件情况，为技术人员确定最佳注浆位置提供依据。3.2 钻孔钻孔工序是后续导管安装工序的前提。钻孔设备以电钻为主，孔的直径则需要根据钢花管的直径而确定，孔直径一般为钢花管直径加 1020 mm，深度为钢花管长度的 80%90%，以保证钢花管安装时不会因孔直径过小无法完成安装工作。为避免孔内存在杂物影响后续的钢花管安装工作，钻孔完毕后，施工人员仍需持钻孔设备对孔道反复清扫，清除孔内残留的岩土，保证孔道畅通。3.3 钢花管加工钢花管，详见图 2 在加工制作的过程中需要注意以下三点：1）锥形尖头。钢花管的锥形尖头是其特点之一，钢花管管身遍布若干个孔洞用于注浆，且锥形尖头也分布若干孔洞，在钢花管进行注浆的过程中，尖头喷出的浆料会形成反作用力，在支护、挖掘完毕后，通过衬砌永久支护设施能够保证施工面的自稳条件时，能够简便的取出钢花管，因此，锥形尖头是钢花管制作加工时必须注意的方向。2）钢花管管身孔洞。钢花管的管身孔洞是后续注浆工序的施工保障条件，若钢花管管身孔洞分布不符合施工需要或钢花管孔洞数量不足，会导致后续注浆工作的效率不足和实际支护效果不足。钢花管管身孔洞加工时，应预留管尾 30 cm 作为止浆段，其余部分的管身则每隔 1520 cm 钻圆孔，孔洞直径约为 68 mm 即可。3）钢花管尾部加工。钢花管锥形尖头在便于取出的同时，也会导致注浆过程中的钢花管脱落问题，为智 慧 交 通 新 业 态水上安全 2023 年 第12 期6避免该问题的出现，在钢花管尾部应焊接 8 mm 钢筋加筋箍，以提升钢花管安装后的固定效果。图 2 钢花管实物图3.4 钢花管安装钢花管安装前，应首先查看孔道是否畅通，若存在异物，应立即进行清理，避免安装钢花管期间因异物存在而无法完全安装。其次安装钢花管时若发现孔道深度不足无法安装至设计深度，则应对该孔道进行二次打孔，直至满足钢花管安装标准。最后，钢花管安装时必须在尾端预留足够长度，才能够与拱架进行焊接。在钢花管安装过程中外插角必须按照设计标准进行施工，才能够保证超前小导管技术的实际支护效果。3.5 注浆注浆是提升岩土强度的重要工序，为提升超前小导管技术的整体支护效果，在注浆工序中应注意以下几点：1）浆料配比。浆料的不同配比会直接影响注浆后的岩土加固效果，隧道施工中应用超前小导管技术时其浆料分为水泥浆及水泥水玻璃注浆液两种，其配比一般为水灰比 0.811.51 或体积比 10.311，具体配比则需要技术人员根据实际岩土条件分析后确定。技术人员进行确定浆料配比后，应配置样品送检，确定较量注浆后的加固效果，满足施工条件后才能够正式应用于超前小导管技术的应用中。2）注浆压力。超前小导管技术在隧道施工中实际应用时，注浆阶段应高度重视注浆压力，避免注浆压力过大而导致浆料渗透效果不足的问题。超前小导管技术注浆时压力应控制在 0.51.0 MPa 之间，保证浆料的注入速度符合施工需要。3）封闭掌子面。超前小导管技术一般应用于松散的岩土条件，若直接进行注浆工作，浆料会不可避免外泄，因此，在进行注浆工作前，应首先以混凝土在掌子面喷洒 510 cm 的封闭层，以全面封闭掌子面，进而避免注浆后浆料外泄的问题。4）注浆前的注水实验。在超前小导管技术正式开展注浆工序前，应首先进行注水实验，保证钢花管的性能和可靠性，确认无误后才能够正式进行注浆。5）严格落实注浆工艺。注浆前为保证钢花管通畅，应使用适量清水冲洗钢花管内壁，而后以设计压力值注入浆料，一般注浆时间约为 10 min，但判定注浆结束时机应根据实际注浆情况适当调整，例如泵送速度下降至开始泵送速度的 1/4 或注入浆料量已经达到设计注浆量的 80%以上，即可停止注入浆料。注浆结束后为防止浆料从钢花管内逆流，应在注浆结束的第一时间封堵钢花管。3.6 注浆异常时的处理办法超前小导管技术在隧道施工的实际应用中时常在注浆工序中出现异常，为减少注浆异常问题对超前小导管技术在隧道施工中支护效果的影响，必须在出现异常问题时进行有效处理，具体问题及处理办法如下：1）串浆问题及处理办法。串浆是指在超前小导管技术注浆工序中浆液从其他孔道流出的现象，为避免串浆问题，应在多台注浆设备的条件下，为每根导管分配单独的注浆设备进行同时注浆，若条件不允许且发生注浆问题时，应立即停止注浆，以清洗导管而后进行注浆。2）导管堵塞。超前小导管技术的注浆环节需要缓慢灌注浆液，使浆液有足够的渗透时间，若逐渐过程中因注浆压力控制错误或设备故障突发性泵压升高，都会导致浆液泵速过快，岩土内的浆液尚未渗透便被后续泵送的浆液积压，进而造成导管堵塞的问题。当发生导管堵塞问题时，应立即停止注浆，查看设备泵送压力，若因人为操作失误导致的泵送压力过大，在调整泵压后即可重新泵送，若无泵送设备故障所导致，则需停机检修，全面处理泵送设备问题后方可重新泵送。4 结束语综上所述，超前小导管技术作为隧道施工中能够提供超前性支护效果的一种支护技术，是隧道施工能否安全、顺利进行的重要保障条件，施工单位必须高度关注应用超前小导管技术时钢花管制作、安装、注浆等工序的施工质量，才能够保证超前小导管技术在隧道施工中的实际支护效果。5 参考文献1 温小峰.超前小导管预注浆技术在水工隧洞施工中的应用 J.江西建材,2023(2):289-290,295.2 江慧元.小导管超前支护技术在隧道浅埋暗挖法施工中的应用分析 J.工程建设与设计,2022(16):125-127.3 王东剑.隧道穿越断层带围岩超前小导管预加固措施参数研究 J.公路,2022,67(6):395-400.