某输水隧洞超前锚杆和超前小导管注浆法施工

　　1、项目概况
　　杨家山输水隧洞是整个延川黄河引水工程输水线路最长的输水隧洞。全长11．342km，隧洞进口位于柏树圾山源上，与延水关三级站出水池相接;隧洞出口位于高家湾净水厂对面清洞河左岸坡，与高家湾净水厂隔河相望。本标段淤地坝暗涵段，位于石塌里村沟道上游约800m处，设计桩号1+030～4+391(其中1+965～2+065段为暗涵段)，主洞段长3261m，暗涵段长100m。
　　2、隧洞支护施工工艺
　　本工程洞内支护主要施工内容为:系统砂浆锚杆、随机锚杆、喷射混凝土、超前支护及钢支撑等。本工程超前支护方式主要为超前锚杆和超前小导管注浆法。
　　2．1超前锚杆部分
　　(1)工作原理:超前锚杆技术是沿着开挖起始的轮廓线，通过角度较大的外插角将锚杆安装在开挖面的前方位置，由此形成对前方围岩的预锚固(预支护)状态，而后由操作人员在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行围岩的开挖、装渣、出渣以及必要的衬砌等作业，也就是说，超前锚杆技术是一种起预支护作用的技术措施。通过这种方式建立起来的超前预支护措施柔韧性较大，故主要适用于围岩应力较小、地下水较少或者岩体软弱破碎，开挖工作面坍滑可能性很大的隧道施工作业中。
　　(2)施工方法:布孔:边坡开挖后，将边坡清理干净，根据设计图纸或监理指示布设孔位。造孔:根据现场条件及钻孔深度，采用适当的钻具进行造孔。洗孔:钻孔结束后，用高压风水洗孔，并将孔内水吹干。验孔:对孔位、孔深、斜度进行检查，验收合格后方可进入下道工序。注浆、插锚杆:按配合比拌制砂浆，采用注浆机注浆，砂浆标号不低于设计要求。施工均采用先注浆、后插锚杆的方法。此次工程中所采用的锚杆均采取在后方加工厂制作的办法。
　　在进行注浆密实度试验的过程中，首先，选取适合的锚杆和塑料管(或钢管)，选取的锚杆和塑料管(或钢管)必须与现场锚杆的直径和长度、锚孔孔径和倾斜度完全相同;在整个实验过程中，必须采用与现场注浆相同的材料和配比进行砂浆拌制，并按照与现场施工相同的注浆工艺进行注浆操作，在养护工作持续进行7d，后剖管检查其密实度。
　　在进行锚杆施工操作工作时不容易成孔的特殊部位，征得监理工程师和设计同意后可采用符合设计要求的自进式锚杆进行施工，见表1。

　　2．2超前小导管注浆法
　　(1)注浆方案:本工程断层属极不稳定的V类围岩，开挖时涌水、线状流水较大，塌方严重，同时粘土岩遇水膨胀严重，膨胀破坏。为了不使逆流扩大，除喷、锚、网及架联合支护外，还采取喷射混凝土封闭掌子面的应急措施。如开挖过程中同样出现涌水量很大，采用上述喷、锚、网及钢架联合支护仍不能奏效，拟采用水泥～水玻璃双液注浆，配合钢架～钢管管棚，对隧洞工作面顶拱进行堵水、固结注浆，用以充填岩体的裂隙、孔隙和空洞，保证隧洞施工能顺利通过流沙涌水地段。能针对涌水通道和围岩的松动进行，也便于对注浆效果检查，必要时可复注补强，技术可靠，且造价较低。此外，为配合注浆，可设置排水孔和超前地质探查孔等辅助设施。
　　(2)注浆施工工艺:根据本项目中隧洞围岩所处地理位置与地质条件以及水文地质特征、本工程断层尺寸与支护衬砌所采取的方案，同时，充分结合本项目隧洞开挖过程的实际情况，最合理和适宜的施工方法应该是钢管管棚浅孔单过滤管注浆施工方法。注浆孔的安排与主要注浆参数的确定。在布置注浆孔时，应该充分考虑到注浆范围、注浆循环长度等项目因素。
　　经调查研究决定，首先对隧洞顶拱部位的围岩进行注浆操作，目的是完全堵塞涌水通道避免引起流砂涌入通道，之后迅速加固围岩以提高围岩自身的承载能力，这样，一次支护工作完成后，便可以充分形成一道稳定的隧洞顶板。就注浆循环长度而言，应该考虑这样一些因素:尽可能缩短注浆的时间，同时充分避免进浆困难。据此会完全按隧洞顶拱开挖轮廓线(或略开外)沿周边等距离布置好注浆孔(为单排孔)，孔距大约30cm，孔深约为3～3．5m(也是注浆循环段的长度)，孔径大约为50mm，外倾角则为3°～6°。立钢拱架，喷射混凝土封闭掌子面。该项目所采用的拱架型号为I16工字钢，施工时，按上述规格预先在顶拱部位腹板中钻好孔眼。为使掌子面围岩保持稳定性能，同时，提高其承受注浆压力，防止浆液倒流，最好是用厚度为10cm的喷射对其进行全封闭，目的是要兼起止浆墙作用，同时，采用相同工艺完成挂钢筋网、喷混凝土等一次支护操作。钻注浆孔。在此项工艺中，应使用YT－28风动凿岩机，按上述步骤注浆孔布置、合理安排孔深及倾斜角要求。钻杆必须穿过钢拱架上预设的孔眼。安装钢管管棚(注浆管)。在安装注浆管的过程中，注浆管应该采用50mm厚度的焊接钢管。操作时先将钢管截成操作所需要的长度，并将钢管的前端制做成锥形，然后在钢管周壁上按照相等的距离布孔，Φ应该为8～12mm，布孔的纵向眼距为10～20cm。先用麻丝胶泥制作成止浆柱塞，在安装钢管管棚时，将已制作好的止浆柱塞塞入注浆孔口，然后将把注浆管用力塞入孔内至规定深度，并使柱塞与孔壁充分挤压至紧密。
　　注浆。最后一步是注浆。在注浆工作开始前要做好制浆工作，同时，要进行连接管路的检查准备。对于注浆所用浆液的配制如前所述进行。注浆所需机械设备的配置。隧洞注浆施工作业过程中，因为，作业空间往往会受到限制，所以，要求所使用的设备，如钻孔设备、制浆及注浆设备和机具，不仅要能充分满足技术要求，而且要求效率高，性能可靠，体积小，重量轻，简单实用，操作方便，移动灵活等等，总之，要能充分适用于隧洞注浆施工作业的高效进行。
　　在接下来的施工过程中，另外，还要特别注意注浆压力的控制和泥浆注入量的安排:在整个过程中，注浆压力和流量的变化可以划分为3个阶段:初始阶段，即浆液的流动扩散阶段，管道内的压力会迅速上升到0．7MPa左右，所以，浆液注入量也应该逐渐减小。充填阶段，在此阶段，注浆压力则由大变小，所以，注浆的速度也应该有所降低，低于第1个阶段。凝胶脱水阶段，随着前两个阶段的进行，隧洞内的裂隙、孔隙和空洞被全部充填，压力进一步降低，所以，吸浆量逐渐降至结束标准。
　　(3)注浆效果及检查:对注浆效果的检查，通常采用分析法和开挖检查法。分析法是通过对注浆施工过程的分析，判定其注浆效果，主要有直接观察法和间接观察法。
　　3、结论
　　综上所述，在整个隧洞注浆施工过程中，在接近断层破碎带及节理发育地段等特殊地理位置时，为了对地下洞室中尚未开挖岩体的地质情况有一个充分完整的了解和把握，应该及时研究选定掌子面开挖后的支护形式，同时，对开挖前方可能出现的涌水、有害气体泄露、隧洞岩壁崩塌等可能出现的险情，及时采取预防和防范措施，不断改进施工方法，避免不必要的工程事故的发生，确保操作人员人身安全，所以，在开挖中应先进行地质探洞的施工。地质探洞平行于隧洞轴线，位置在断面中部偏下约1/3～1/2处，目的是为了判断该段岩性能、产状、岩层的性质和厚度、节理裂隙、断层以及岩体的结构等等状况。据此勘探结果制定出合理有效的施工方案以供选用。