超前注浆小导管预加固技术在某边坡排水隧洞暗挖施工中的应用

２０１５年第１１期　西部探矿工程　１８５　超前注浆小导管预加固技术在　某边坡排水隧洞暗挖施工中的应用　李振彬　（广东深汕西高速公路有限公司，广东惠阳５１６２００）　摘要：超前注浆小导管是隧道暗挖穿越软弱地质常用的预支护技术手段，深汕高速Ｋ１０１边坡排水　隧洞暗挖施工，根据特殊的围岩地质情况和作业环境条件，在一般超前注浆小导管技术的基础上改　良优化超前小导管的加工制作和注浆工艺，使其不仅能够发挥超前预支护的作用，同时还强化了注　浆预加固的作用，检测表明，改良优化后的超前注浆小导管是该排水隧洞开挖过程中处治易坍塌区　段的得力措施，确保了隧洞暗挖作业的安全，可为类似工程提供实践参考。　关键词：超前注浆小导管；预支护；预加固；排水隧洞　中图分类号：Ｕ４５５文献标识码：Ｂ文章编号：１００４—５７１６（２０１５）１１—０１８５—０４　１概述　件的安全性，取得了显著的效果，是该排水隧洞暗挖施　随着交通运输业的发展和隧道施工技术的提高，　工穿越易坍塌区段的得力措施。　特别是新奥法（Ｎｅｗ　Ａｕｓｔｒｉａｎ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　Ｍｅｔｈｏｄ）技术　２工程概况　的广泛运用，在公路工程、铁路工程及其它工程中常采　深汕高速公路西段Ｋ２７５（原Ｋ１０１）边坡为古滑坡　用隧道穿越山岭地形，据统计，到２００９年，我国隧道总　体，在修建深汕高速过程中沿东西走向切挖滑坡中前　长约４３７０多公里ｎ］，居世界第一；由于隧道施工中，地　部，左侧形成高约４０ｍ的堑坡。由于施工工程中不断　形地质复杂、不可探明因素多，在极其破碎的岩体、砂　刷方、卸载使老滑坡中前部抗滑地段岩土抗剪强度逐　土质地层、强膨胀地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、　渐降低，边坡土体松弛，导致老滑坡逐渐复活和扩大，　断层破碎带、浅埋大偏压等围岩中容易发生坍塌，给隧　且由于该地区含水丰富，滑动面长期受到地下水的浸　道施工带来极大安全隐患。　泡，原有的抗滑明洞设计无法有效的阻止边坡的持续　超前注浆小导管是隧道工程掘进施工过程中的一　变形，为了有效的截排地下水，降低水压，增强滑坡的　种主要用于自稳时间短的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏　稳定性，因而采取“竖向集水渗管＋渗井＋排水隧洞”的　压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护　三维排水系统进行深层排水，该三维立体排水系统由　措施。在软弱、破碎地层中凿空后极易塌孑Ｌ，且施作超　排水隧洞、渗井、竖向集水渗管和表层仰斜排水孔、截　前锚杆比较困难或者结构断面较大时，一般采取超前　排水沟组成昭］。排水隧洞开挖断面顶宽１．８ｍ，底宽　注浆小导管进行预支护。在条件允许时，也可在地面　２．６４ｍ，高２．４ｍ，呈等腰梯形状，装配式预制构件现场　进行超前注浆加固；在有导洞时，也可在导洞内对隧道　拼装衬砌支护。隧洞分为上下两排，原则上主洞洞顶　周边进行径向注浆加固。　应低于滑面（带）３ｍ，即隧洞大多区段位于全强风化花　本论文主要论述在深汕高速Ｋ１０１边坡排水处治　岗岩岩面以下至少３ｍ（见图１），上排隧洞位于坡面以　工程中的关键工程——特殊围岩梯形小断面排水隧洞　下约４０ｍ，下排隧洞位于坡面以下约２６ｍ，大部区段　暗挖施工中，采用在一般注浆小导管的基础上进行改　（排水段）处于全强风化地层中，局部区段（出口段）浅　良的超前注浆小导管法，不仅能够发挥超前预支护（小　埋于崩坡积块碎石土地层中。　管棚）的作用，同时还强化了注浆预加固的作用，提高　强降雨时，大量的地表水先通过地表的截排水沟　了复杂多变软弱围岩的自稳能力和装配式预制支护构　和浅层的仰斜排水孑乙泄洪至坡脚的排水沟内排出，剩　收稿日期：２０１４一“一０４修回日期：２０１４—１１—０７　作者简介：李振彬（１９７７一），男（汉族），广东南雄人，工程师，现从事高速公路养护技术管理工作。　１８６　西部探矿工程　２０１５年第１１期　图１截水隧洞纵剖面图　余水量通过竖向集水渗井及渗管快速引流汇集至下面　的横向排水隧洞内，排水隧洞再疏导地下水排至坡体　东侧的鹅埠河中，形成了快速有效的截排水系统，达到　快速显著降低坡体地下水位，避免地表水无序下渗浸　泡滑动带，提高滑坡体稳定性和增强抗滑桩明洞等工　程可靠性的目的，从而对滑坡进行根治处理，确保本段　高速公路的安全。　解泥化和坍塌，在隧洞暗挖过程中极易发生塌方事故，　影响作业安全，且排水隧洞断面空间相对较小，无法有　效实施其它的预支护预加固措施，故采取在洞内把特　制的超前注浆小导管打人隧洞顶部周边进行开挖前的　预支护预加固，既是一个相对简便可行的方法，也是确　保隧洞暗挖能够安全穿越软弱地质的关键措施（见图　２、图３）。　由此可见，位于滑动面以下的暗挖排水隧洞是该　排水系统有效实施的关键一环。　３隧洞围岩地质情况　本边坡处于粤东近低山丘陵地带，属构造剥蚀地　貌类型。地层上部为第四系崩坡积块碎石土、粉质粘　土，下部为强风化燕山期中一粗花岗岩风化残积层组　成。块碎石土成份以火山碎屑砂岩为主，厚６．３￣２６ｍ；　残坡积土呈浅肉红、灰白色，由花岗岩风化而成，厚度　变化较大；燕山期中一粗粒花岗岩，为灰白、紫、灰黄等　色，石英脉及构造裂隙发育，强风化带较深厚，斜长石　已风化成高岭土状，矿物成分大部分已变异。隧洞穿　越地层主要位于滑动面以下３ｍ的富含高岭土的全风　化层及蹦坡体块碎石土层中。　４超前注浆小导管预加固方案　由于排水隧洞多处于边坡滑动面以下的全风化岩　层或崩坡积块碎石土层中，遇裂隙地下水力作用易崩　，　图２排水隧洞超前小导管布置示意图　！：—牙　　≥三三三　：ｌ／　三三三　一：　．　　图３改良超前小导管注浆纵剖面图　针对Ｋ１０１边坡排水隧洞洞体断面空间较小以及　特殊围岩地质的情况，隧洞开挖严格遵循“管超前、严　注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则，坚持每　开挖支护循环不超过ｌｍ，随挖随支护，同时为了确保　２０１５年第ｉ１期　西部探矿工程　ｔ　１８７　下　预支护效果，此次施工采用了不同于以往的一般超前　注浆小导管工艺，而是在一般超前注浆小导管的基础　管外露１０￣２０ｃｍ，注浆小导管布设后，采用“棉纱＋速　凝水泥砂浆”将管周围封填，以避免注浆施工中产生返　浆。每环注浆小导管全部安设完成后，初喷５０ｍｍ厚　的喷射砼土封闭开挖面。　与一般的小导管注浆封口不同，本小导管注浆前，　先利用小导管旁边Ｉｍ长的短花管附管注双液浆进入　小导管孔口Ｉｍ范围内封口（见图６），双液浆凝固时间　调为Ｉｍｉｎ左右。　上进行了工艺改良，提高了注浆成效，在取得预支护　（小管棚）效果的同时，强化了注浆预加固的作用。　４．１注浆小导管的加工制作　小导管设计采用　４２ｍｍ（外径）ｘ３．５ｒａｍ（壁厚）无　缝钢管作为注浆管，将注浆管一端切割成尖形，便于打　人，并把切缝焊严密，使其密闭性良好，用水试验，水不　得由焊接处渗出。由此注浆管可以保证浆液通过压力　注人地层，同时，可以避免地层中的砂粒涌人注浆管，　减免地下水渗流入注浆管中，起到注浆管的单向袖阀　作用。注浆管管身采用钻床钻孑Ｌ，注浆管身施钻内径　３￣５ｍｍ，外径　６￣８ｍｍ的溢浆孔，溢浆孔呈螺旋型　布置，相邻两孔中心间距５０ｒａｍ。为保证注浆过程不返　浆，在注浆管的尾端宜留８００ｍｍ不布孔，埋设时外露　２００ｍｍ：在注浆管打人前用直径为６￣８ｍｍ小铝片粘　特质胶水将注浆孔封盖，并用透明胶布粘牢，防止注浆　管在打人时泥土进行管内造成注浆芯管无法进入。注　浆管加工示意图如图４、图５所示。　ｌ　Ｉ｛　ｊ｛　图４超前小导管钻孔布置纵剖面图（单位：ｍｍ）　图５超前小导管剖面钻孔大样图（Ｉ－Ｉ）（单位：瑚ｍ）　４．２注浆小导管施工工艺　隧洞暗挖每循环前，对于不同的围岩地质，采用　不同的打孔埋管作业，对于较软弱的地层，采用风镐直　接顶推小导管打人地层中；对于较硬的地层，可采用　ＹＴ一２８型手持式风动凿岩机进行钻孔（钻头稍大于注　装管外径），并确保成孑Ｌ』顷直，并及时清理孔内的残积　渣土，然后将注浆小导管埋设进去。所有的注浆小导　小导管　４２　图６附管与小导管示意图（单位：ｍｍ）　与一般的小导管的全孔注浆一。环：同，本小导管注浆　施工采用了后退式分段注浆，将带有止浆塞的芯管和顶　管连接后插入到注浆管孑Ｌ底，顺时针旋转芯管上的法兰　盘，使止浆塞膨胀，以达到止浆效果。接上注浆管路向　孔内注浆，每次注浆段长选择为０．６ｍ，即第一段注浆完　成后，反时针旋转芯管上的法兰盘，使止浆塞恢复到原　状，将芯管后退０．６ｍ，进行第二段注浆，如此下去，直到　将整个注浆段完成。分段后退式注浆要特别注意止浆　塞损坏程度，施工过程中若发现止浆塞出现破损失效，　应立即更换，以免引起注浆管堵塞，造成芯管无法拔出。　４．３小导管注浆施工参数　注浆小导管沿拱顶按环向间距设计为４００ｍｍ，纵　向相邻两排的水平投影搭接不小于Ｉｍ，外插角１５。；拱　肩小导管环向设计间距３００ｍｍ，设于拱肩部，纵向间距　１．５ｍ，外插角３０。～４５。。小导管单根长度４．５ｍ，注浆管　身施钻内径　３￣５ｍｍ，外径　６￣８ｍｍ的溢浆孔，溢浆　孑Ｌ呈螺旋型布置，相邻两孑Ｌ中心间距５０ｍｍ。针对软弱　围岩和透水情况，按注浆管的搭接长度，即每开挖１．５ｍ　就打设一环注浆小导管进行超前预支护预加固。　（１）注浆压力。经过实验，注浆压力应根据地层致　密程度决定，全风化层一般为０．５～１．０ＭＰａ，崩坡积快　碎石土层一般为０．２～０．５ＭＰａ。　（２）注浆材料及浆液配比：　①水泥浆：一般情况下采用，水泥采用４２．５Ｒ普通　硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为０．５～１．０。　１８８　西部探矿工程　２０１５年第１１期　②水泥一水玻璃双液浆：透水量较大时采用，水泥采　用４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，水玻璃为３０－－，３５Ｂｅ　。水泥浆　液水灰比为０．５～１．０，水泥浆液与水玻璃体积比为１：ｌ。　③根据预配制水泥浆的体积，按水灰比计算出所　需要的水泥和水的用量。含砂量较大地层可用超细水　泥等量替换。　④根据用量，在搅拌机中加人水和水泥，强力搅　计和规范要求。　综上所述，工程实践证明，通过改进工艺的超前注　浆小导管超前支护技术在深汕西高速Ｋ１０１边坡特殊　围岩地质梯形小断面排水隧洞暗挖施工中的应用是成　功的，带止浆塞的超前小导管注浆技术的改良、创新，　有效地提高了浆液扩散质量和加固效果，提高了土体　自稳能力，在取得超前预支护效果的同时，强化了预加　固功效，减少了隧洞顶部的溜空塌方现象，减少了沉降　量，为隧洞洞身顺利暗挖创造了安全作业条件，为排水　隧洞如期贯通、发挥排水处治功能提供了有利保障。　参考文献：　拌，混合均匀。　⑤水玻璃浆的配制，在浓水玻璃中加入水，边加水　边搅拌，边用玻美计测试其浓度，到达所需要的稀浓度　３５Ｂｅ　时为止。　５结语　（１）开挖后目测管棚浆液扩散及填充隋况基本良好。　（２）开挖过程中进行掌子面观察，没有发现大量涌　水出现。　［１］蒋卫星，田罡，张小明．超前小导管注浆在隧道塌方处理中的　应用［Ｊ］．黑龙江交通科技，２００９（４）．　【２】乔国华．高速公路某古滑坡复活成因分析及三维立体截排　水系统处治技术［Ｊ］．广东土木与建筑，２０１４（２）．　（３）对出口段的收敛变形、拱顶下沉、边坡位移、接　触压力、拱架应力等方面进行了全面的监测。监测结　果：布设监测点的断面基本处于稳定状态，能够满足设　（上接第１８０页）　【３］尉学勇，王晓谋，贺培峰．斜坡地基极限承载力下限解计算　【Ｊ】．建筑科学与工程学报，２００５，２２（４）：７７—８２．　【４】　Ｅ．Ｂａｚａｎ—Ｚｕｒｉｔａ，Ｄ．Ｍ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｊ．Ｋ．Ｂｌｅｄｓｏｅ，ｅｔｃ．．ＡＥＰ　７６５ｋＶ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ：Ｕｐｌｉｆｔ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｈａｌｌｏｗ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ　ｏｎ　【３】乔国华，李振彬．深汕高速公路某段高边坡病害及处治技术　［Ｊ］．广东土木与建筑，２０１０（７）．　（３）：２０２—２１５．　［９】　Ｃｌｅｍｅｎｃｅ　Ｓ．Ｐ．，Ｖｅｅｓａｅｒｔ　Ｃ．Ｊ．．Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｐｕｌｌｏｕｔ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　Ａｎｃｈｏｒｓ　ｉｎ　Ｓａｎｄ［Ｃ］＃Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒ—　ｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｉｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ，Ｒｏｏｒｋｅｅ，Ｉｎｄｉａ，１９７７：３８９－　３９７．　Ｓｌｏｐｉｎｇ　Ｇｒｏｕｎｄ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｉｒｃａｌ　Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　ａｎｄ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２００６：２１５—２２６．　［１０］Ｂａｌｌａ　Ａ．．Ｔｈｅ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｏ　Ｂｒｅａｋｉｎｇ　Ｏｕｔ　ｏｆ　Ｍｕｓｈｒｏｏｍ　Ｆｏｕｎ—　ｄａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　Ｐｙｌｏｎｓ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｆｉｔｆｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｏｉｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　Ｐａｒｉｓ，１９６１：５６９－５７６．　［５】鲁先龙，程永锋，乾增珍．输电线路斜坡地形原状土基础抗　拔计算理论研究　电力建设，２００９，３０（２）：１１－１３．　［６】　Ｍａｊｅｒ　Ｐ—Ｚｕｒ　Ｂｅｒｅｅｈｎｕｎｇ　Ｖｏｎ　Ｚｕｇｆｕｎｄａｍｅｎｔｅｎ［Ｊ］．Ｏｓｔｅｒ—　【１　１】　Ｍｅｙｅｒｈｏｆ　Ｇ．Ｇ．，Ａｄａｍｓ　Ｊ．Ｉ．．Ｔｈｅ　Ｕｈｉｍａｔｅ　Ｕｐｌｉｔｆ　Ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｒｅｉｃｈｉｓｃｈｅ　Ｂａｕｚｅｉｔｇｓｃｈｒｉｆｔ，１９９５，１０（５１：８５－９０（ｉｎ　Ｇｅｒｍａｎ）．　［７】Ｄｏｗｎｓ　Ｄ…Ｉ　Ｃｈｉｅｕｒｚｚｉ　Ｒ．．Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｔｏｗｅｒ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｔｈｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，ＡＳＣＥ，１９６６，９２（２１）：９１—１１４．　【８】　Ｍｕｒｒａｙ　Ｅ．Ｊ．，Ｇｅｄｄｅｓ，Ｊ．Ｄ．．Ｕｐｌｉｔｆ　Ｂｅｈａｖｉｏｕｒ　ｏｆ　Ｐｌａｔｅｓ　ｉｎ　Ｓａｎｄ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｅａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｉｖｅｓｉｏｎ，１９８７，ＡＳＣＥ　１　１３　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ，１９６８，５（４）：　２２５—２４４．　【１２】Ｍｉｎｏｒｕ　Ｍａｔｓｕｏ．Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｕｐｌｉｔｆ　Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　Ｆｏｏｔｉｎｇ（Ｉ）［Ｊ］．　Ｓｏｉｌ　ａｎｄ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ，１９６７，７（４）：１－３７．　［１３］Ｃｈｅｎ　Ｗ　Ｆ著，詹世斌译．极限分析与土体塑性［Ｍ】．北京：人　民交通出版社，１９９５．　（上接第１８４页）　【３】杜衍庆，白明洲，邱树茂，等．集约式微型桩群水平承载性能　试验研究【Ｊｌ＿岩石力学与工程学报，２０１５，３４（４）：８２１—８３０．　［４】　ＡＷＡＤ　Ｍ　Ｄ　Ｒ．Ｌａｔｅｒａｌ　Ｌｏａｄ　Ｔｅｓｔｓ　ｏｎ　Ｍｉｎｉ—ｐｉｌｅｓ［Ｊ］．Ｉｓｌａｍｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｊｏｕｒｎａｌ，１９９９，７（１）：１５－３３．　［６】何晖，杨更社，范叩鑫．微型桩加固堆积层膨胀土滑坡桩间　土拱效应试验研究［Ｊ］．西安工业大学学报，２０１３．　［７】刘雁冰．微型桩加固膨胀土滑坡机理研究【Ｄ］．西安工业大　学，２０１２．　［８］花鹏．侧向荷载作用下微型斜桩工作性状研究【Ｄ］．合肥工业　大学，２０１３．　【５］　Ｒｉｃｈａｒｄｓ　Ｊ　Ｄ，Ｒｏｔｈｂａｕｅｒ　Ｍ　Ｊ．Ｌａｔｅｒａｌ　Ｌｏａｄｓ　ｏｎ　Ｐｉｎ　Ｐｉｌｅｓ（Ｍｉ—　ｃｒ０ｐｉｌｅｓ）［Ｃ】／／Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｓｅｓｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｇｅｏｓｕｐｐｏ￣Ｃｏｎｆｅｒ—　ｅｎｃｅ：Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｇｅｏ．Ｒｅｓｔｏｎ：Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｓｐｅｃｉａｌ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ，ＡＳＣＥ，２００４：１５８—１７４．　【９］涂文博．边坡微型抗滑桩群空间分析理论研究【Ｄ］．西南交通　大学，２０１０．　【１０】吴立坚，谭冬生，洪政．微型桩一锚索系统加固边坡影响因　素分析『Ｊ１．铁道工程学报，２０１４（６）：２４—３０．