隧道辅助工程措施超前小导管预加固

隧道辅助工程措施超前小导管预加固一、引言在隧道工程施工中，尤其是穿越复杂地质条件时，超前小导管预加固作为一种重要的辅助工程措施，能有效提高围岩稳定性，确保施工安全和顺利进行。超前小导管预加固通过向隧道开挖轮廓外的围岩中打入小导管，并注入浆液，使小导管与围岩紧密结合，形成一个承载结构，增强围岩的自稳能力，减少围岩变形和坍塌风险。

二、超前小导管预加固的原理（一）力学原理超前小导管打入围岩后，一方面将围岩中的松散颗粒连接在一起，提高了围岩的内聚力；另一方面，小导管与围岩共同承受外部荷载，改变了围岩的应力分布，使围岩中的拉应力和剪应力减小。浆液注入小导管周围的围岩孔隙中，进一步填充孔隙，增加了围岩的密实度，提高了围岩的抗压强度和抗剪强度，从而增强了围岩的整体稳定性。

（二）注浆加固原理注浆材料在压力作用下注入围岩孔隙和裂隙中，浆液在孔隙和裂隙中扩散、凝固，将松散的围岩胶结成一个整体，改善了围岩的物理力学性质。浆液的凝胶时间、流动性等性能参数对注浆效果起着关键作用。合理选择注浆材料和注浆工艺，能够使浆液充分填充围岩孔隙，形成有效的加固圈，提高围岩的止水、抗渗和承载能力。

三、超前小导管的设计（一）小导管规格超前小导管一般采用外径为3850mm、壁厚35mm的无缝钢管。小导管长度根据地质条件和隧道开挖跨度确定，通常为36m。小导管前端做成尖锥状，便于打入围岩。

（二）布置参数1.环向间距：小导管环向间距一般为0.30.5m，具体间距应根据围岩的破碎程度、地下水情况等因素综合确定。破碎围岩间距宜小，完整性较好的围岩间距可适当增大。2.外插角：小导管外插角一般为5°15°。外插角过大，小导管难以有效锚固围岩；外插角过小，小导管长度增加，施工难度增大且对前方围岩扰动较大。

（三）注浆参数1.浆液类型：根据围岩性质和工程要求选择合适的浆液类型。常见的浆液有水泥浆液、水泥水玻璃双液浆等。对于裂隙发育、渗透性强的围岩，可采用水泥水玻璃双液浆，其凝胶时间可根据需要进行调整；对于一般围岩，水泥浆液即可满足加固要求。2.注浆压力：注浆压力应根据围岩的密实程度、浆液类型等因素确定。一般注浆压力为0.52MPa。在注浆过程中，要密切观察注浆压力变化，避免压力过高导致围岩破坏或浆液跑浆。3.注浆量：注浆量可通过理论计算和现场试验确定。理论注浆量计算公式为：\[Q=\pir^2ln\]式中：\(Q\)为注浆量（\(m^3\)）；\(r\)为小导管半径（\(m\)）；\(l\)为小导管长度（\(m\)）；\(n\)为围岩孔隙率（%）。实际注浆量往往大于理论注浆量，一般为理论注浆量的1.22倍，具体倍数根据现场注浆效果调整。

四、超前小导管预加固施工工艺（一）施工准备1.测量放线：根据设计图纸，精确测量隧道开挖轮廓线，确定小导管的位置，并做好标记。2.材料准备：按照设计要求准备好超前小导管、注浆材料、钻孔设备、注浆设备等施工材料和机具。对材料进行检验，确保其质量符合要求。3.场地清理：清除隧道开挖掌子面附近的杂物和松动岩石，为施工创造良好的作业条件。

（二）钻孔1.钻孔设备选择：根据小导管的直径和长度，选择合适的钻孔设备，如液压凿岩机、风钻等。2.钻孔操作：按照测量放线确定的位置，将钻孔设备对准钻孔方向，启动设备进行钻孔。钻孔过程中要控制好钻孔的垂直度和深度，确保小导管的安装精度。钻孔深度应比小导管长度略长510cm，以便小导管顺利插入。

（三）小导管安装1.小导管制作：将无缝钢管按设计长度切割好，前端加工成尖锥状。在小导管上每隔一定距离（一般为1020cm）钻设直径为68mm的注浆孔，注浆孔呈梅花形布置。2.小导管插入：将制作好的小导管通过钻孔插入到围岩中，插入深度应符合设计要求。小导管插入过程中要注意保护注浆孔，避免堵塞。

（四）注浆1.注浆设备安装：将注浆泵、浆液搅拌机等注浆设备安装调试好，确保设备运行正常。2.浆液配制：按照设计配合比配制浆液。水泥浆液一般采用水泥和水按一定比例搅拌而成；水泥水玻璃双液浆则需要分别配制水泥浆和水玻璃溶液，然后在混合器中混合。3.注浆操作：连接好注浆管路，将注浆管与小导管相连。启动注浆泵，开始注浆。注浆过程中要注意控制注浆压力和注浆量，按照先稀后浓、先慢后快的原则进行注浆。当注浆压力达到设计要求且注浆量不再增加时，停止注浆。

（五）质量检查1.小导管安装质量检查：检查小导管的安装位置、长度、外插角等是否符合设计要求。可采用测量仪器进行测量，确保小导管安装精度。2.注浆效果检查：注浆结束后，通过钻孔取芯、压水试验等方法检查注浆效果。钻孔取芯可观察浆液在围岩中的填充情况和结石体强度；压水试验可检测围岩的渗透系数是否降低，判断注浆加固效果是否满足要求。

五、超前小导管预加固施工要点（一）钻孔要点1.钻孔前要对钻孔设备进行检查和调试，确保设备性能良好。2.严格控制钻孔的垂直度，偏差不应超过规定范围。可采用导向装置或通过对钻孔过程的实时监测来保证垂直度。3.钻孔过程中要及时排出孔内岩粉，防止岩粉堵塞钻孔，影响小导管的插入和注浆效果。

（二）小导管安装要点1.小导管插入时要缓慢推进，避免强行插入导致小导管弯曲或围岩松动。2.小导管插入后要保证其与钻孔壁紧密结合，如有缝隙可用棉纱等材料堵塞，防止浆液泄漏。3.对于较长的小导管，可采用分段安装的方式，但要确保各段之间连接牢固，密封良好。

（三）注浆要点1.注浆前要对注浆管路进行检查，确保管路畅通无阻。2.严格控制浆液的配合比和凝胶时间，根据实际情况进行调整。3.注浆过程中要密切观察注浆压力和注浆量的变化，发现异常情况及时处理。如出现压力突然升高、浆液大量流失等现象，可能是围岩出现裂缝或管路堵塞，应立即停止注浆，查明原因并采取相应措施。4.注浆结束后，要及时清洗注浆设备和管路，防止浆液凝固堵塞设备。

六、超前小导管预加固施工安全注意事项（一）钻孔作业安全1.钻孔设备操作人员要佩戴好安全帽、防护眼镜等个人防护用品。2.钻孔时要注意观察周围环境，防止钻孔设备突然倾倒或发生其他意外事故。3.钻孔过程中如遇到卡钻、掉钻等情况，要立即停止钻孔，采取相应的处理措施，严禁强行操作。

（二）小导管安装安全1.小导管安装时要搭设牢固的作业平台，作业人员要系好安全带，防止高处坠落。2.人工插入小导管时，要注意防止小导管滑落伤人。

（三）注浆作业安全1.注浆操作人员要熟悉注浆设备的操作规程，严格按照操作规程进行操作。2.注浆过程中要注意防止浆液喷溅伤人，如发生浆液喷溅，应立即停止注浆，采取防护措施后进行清理。3.注浆现场要配备灭火器材，防止因浆液泄漏引发火灾。

（四）其他安全注意事项1.施工现场要设置明显的安全警示标志，严禁无关人员进入作业区域。2.加强对施工人员的安全教育培训，提高施工人员的安全意识和自我保护能力。3.定期对施工设备和安全设施进行检查和维护，确保其处于良好的运行状态。

七、超前小导管预加固在不同地质条件下的应用（一）软弱围岩在软弱围岩中，超前小导管预加固能有效提高围岩的稳定性，防止围岩坍塌。通过合理设计小导管的参数和注浆工艺，可使浆液充分填充软弱围岩的孔隙，增强围岩的强度和整体性。例如，在某隧道穿越粉质黏土、粉砂层等软弱围岩地段时，采用超前小导管预加固措施，小导管环向间距为0.3m，外插角为10°，注浆采用水泥水玻璃双液浆，注浆压力控制在11.5MPa。经过预加固后，隧道开挖过程中围岩变形明显减小，未出现坍塌现象，保证了施工安全和进度。

（二）破碎围岩破碎围岩节理裂隙发育，自稳能力差。超前小导管预加固可将破碎的围岩连接在一起，形成一个相对稳定的承载结构。在破碎围岩中施工时，小导管环向间距可适当减小，一般为0.20.3m，外插角根据破碎程度调整为5°10°。注浆材料可选用高强度的水泥浆液或水泥水玻璃双液浆，以提高加固效果。如某隧道穿越破碎砂岩地段，采用超前小导管预加固后，围岩的稳定性得到显著提高，为后续的隧道开挖提供了有力保障。

（三）富水围岩富水围岩中地下水丰富，会对隧道施工造成较大影响。超前小导管预加固不仅能加固围岩，还能起到止水作用。在富水围岩中，可适当加密小导管的布置，采用水泥水玻璃双液浆进行注浆，注浆压力要根据地下水压力进行调整。例如，某隧道通过岩溶发育的富水地段，采用超前小导管预加固措施后，有效封堵了地下水通道，减少了涌水量，保证了隧道施工的顺利进行。

八、结语超前小导管预加固作为隧道工程中一种重要的辅助工程措施，在提高围岩稳定性、确保施工安全等方面发挥着