隧道超前小导管注浆工艺及注浆量计算的探讨

超前小导管注浆加钢支撑是隧道施工辅助稳定开挖的一种方法，简称小管棚施工工艺。在隧道开挖前或开挖中采用该辅助施工方法与稳定措施，以加强隧道围岩稳定。

较大管棚施工，具有相对简单便捷，经济实效的特点。因此，目前隧道进出口端一般普遍采用超前小导管注浆加钢支撑辅助开挖的进洞施工工艺。

但目前施工中存在操作工艺流程把关不严，对注浆量的理论计算与实际计量存在不同认识的问题，现将在工程施工中积累的经验和形成的看法供大家探讨。

根据地质条件及围岩特性，注浆的目的等不同，注浆材料一般分为两类：第一类为注水泥浆，其主要作用为增强钢管刚度。第二类为注水泥浆和水泥—水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为：

a)浆液通过超前压注到岩体裂隙中经过物理化学作用，即能将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前预支护作用，为隧道开挖施工安全提供保障和增强围岩的整体稳定性；

b)浆液填充岩(土)体的空隙，凝结固化后，阻隔了地下水向坑道的渗入，起到了堵水防水作用。

在甬金高速公路白峰岭隧道金华端施工中，右洞为水泥—水玻璃双液浆，左洞为水泥浆单液浆，在地质条件，施工操作工艺基本相同的情况下验证，注双液浆的效果明显优于单液浆，经测定水泥浆单液浆的固结时间一般为80h；水泥水玻璃双液浆的固结时间一般为4h，现将水泥—水玻璃双液浆的施工工艺予以重点探讨。

1双液浆的配置及特性

双液浆的特性主要反映在浆液黏度、颗粒度和凝胶时间长短，浆液配合比应由现场试验确定;浆液可采用水灰比为0.8∶1～1.5∶1，水泥浆与水玻璃的体积比一般在1∶0.3～1∶1，在此范围内随着水玻璃用量减少，其凝固时间缩短。也可加入食盐、三乙醇胺速凝剂等缩短凝结时间。

当水泥浆与水玻璃的体积比在1∶0.4～1∶0.6范围时，浆液使石体抗压强度最高。我们实际在工程中采用的双液浆为1∶1水灰比的水泥浆和35°Be的水玻璃，前者与后者的体积比为1∶0.5。水玻璃的比重理论推算为145^(145-35)=1.318t^m3，1∶1水泥浆的实际试验比重为1.512t?m3，该双液浆初凝时间为4min，终凝时间为70min。

2超前小导管设计参数

直径48mm无缝钢管长4m～7m，管壁每隔10cm～20cm交错钻眼，眼孔直径6mm～8mm，风钻凿岩时的钻孔直径较管径大2cm以上。小导管顶端为尖锥型以利导管打入岩壁钻孔内，小导管打入岩体后尾端剩5cm～10cm，加焊已接有止回阀的短钢管。一般布置在隧道拱顶120°范围内，环向间距30cm～50cm，外插角为10°～30°。

3注浆压力

注浆压力是促使浆液在岩(土)层裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩?(土)内天然水头压力和地层裂隙阻力，才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。

因此，在浆液的黏稠度固定的情况下，注浆压力直接与岩(土)层(土)内天然水头压力和地层裂隙阻力，才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。

因此，在浆液的黏稠度固定的情况下，注浆压力直接与岩(土)层的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩(土)体，因此注浆压力一般控制在0.5MPa～1.0MPa。

4注浆量计算

小导管注浆单管浆液扩散半径一般为0.5m～1.0m。这与深孔超前围幕注浆的扩散半径2m～4m(管径75mm～110mm、注浆压力为1.5MPa～4MPa)有明显区别，故《隧道施工规范》中的注浆量计算公式(如下)不能作为小导管注浆量的估算公式。

Q1=PR2×H×G×A×B，式中：Q1——注浆量，m3；R——扩散半径，m；H——注浆管有效长度，m；G——岩体空隙率，%；A——注浆系数，0.7～0.9；B——浆液损耗系数，1.1～1.4。据实际验证，以下计算公式相对符合实际单孔注浆量。

Q2=PR2×L×G=P×[(0.6～0.7)×S]2×L×G，式中：Q2——注浆量，m3；S——小导管中心距离，m；L——小导管有效长度，m；R——考虑到注浆范围相互重叠的原则，扩散半径取(0.6～0.7)×S，m；G——岩体空隙率，%；A类3%～5%，A1类硬岩3%～5%，A2类硬岩2%～3%，软岩1%～2%。

实际施工中因钻孔偏差或钻眼内的地质原因，注浆液窜浆或跑浆经常出现，每个注浆管内的注浆量很不均匀，因此理论单眼注浆量尚不能作为单孔注浆的一个控制指标，应以整排小导管的理论推算总量作为控制指标。故按整排小导管上下各0.5m～1m范围的岩土体内均已注浆填充考虑，应以下列公式估算注浆总量。

Q3=(P×H?360)×[(R+t)2-(R-t)2]×G×L，式中：Q3——注浆量，m3；H——拱部小导管布设范围相对于圆心的角度；R——小导管位置相对于圆心的半径；t——浆液扩散半径，0.5m～1m；L——小导管有效长度，m；G——岩体孔隙率，%；A类3%～5%，A1类硬岩3%～5%、软岩2%～3%，A2类硬岩2%～3%，软岩1%～2%。

按此理可推算同一断面上单排或多排小导管的注浆总量。

5施工控制注意事项

a)注浆前应对开挖面层及附近5m范围内的坑道喷射厚度为5cm～10cm的喷射砼或模筑砼封闭作为止浆层。待止浆层有一定强度时方可注浆，防止浆液从各岩面裂隙中反渗。

b)安装注浆管时，应在注浆与空口岩面相交处用胶泥(水玻璃与水泥)和麻丝缠绕，使之与钻孔孔壁充分挤压塞紧，实现注浆管的止浆和固定。胶泥未凝固到一定强度不得注浆。

c)浆液应先经过过滤防止杂物进入注浆泵或进入小导管。

d)注浆时应先注无渗水孔，后注有渗水孔。

e)严格控制注浆压力，以防压裂开挖面。注浆机压力应与规定压力配套，不宜升压过快。注浆压力达到规定时应予以稳压一定时间，以利浆液进一步渗缝。

f)一个导管注浆时，相邻导管应打开止回阀让原来管内贮存的裂缝水从相邻的导管流出，当相邻的导管内流出浓浆时停止注浆，关闭相邻管的止回阀，再待达到控制压力时关闭该管的止回阀。然后在相邻管接上注浆软管，打开止回阀进行衬压注浆，待达到控制压力时停止压浆，关闭该止回阀。

g)配制的浆液应在规定的时间内用完。

h)注浆时应严格记录注浆机吸管头容器原有浆液体积，中间加入的浆液体积，最终剩余浆液体积，认真记录、计算总体注浆量。

6结束语

隧道施工地质条件是千变万化的，采用小导管注浆工艺的设计参数亦是多种多样的。具体施工中及时把握好各类注意事项，那么通过小导管注浆工艺是能达到隧道围岩固结和止水效果的，同时通过注浆量的理论推算和实际测量的比较可有效地评估实际注浆质量和控制工程费用。现仅将在甬金高速公路施工中获得的经验与体会予以总结，供各位同行与专家参考。