首页 >  路桥工程 >  超前小导管施工原理分析及在隧道工程中的应用

[摘要]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。

[关键词]超前小导管施工;隧道工程;钢花管;小导管安装

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,Ⅴ级围岩948m,Ⅳ级围岩1130m,Ⅲ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,Ⅴ级围岩932m,Ⅳ级围岩1150m,Ⅲ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×2=7.5m,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Ⅴ级围岩浅埋、偏压,以及Ⅳ、Ⅴ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Ⅳ、Ⅴ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:1.0∶1.0(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1∶1;注浆压力初压0.5MPA~1.0MPa;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Φ108有孔钢花管和Φ108无孔钢管,钢管节长为4m~6m。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30cm~40cm,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

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