小导管超前支护技术在隧道浅埋暗挖法施工中的应用

小导管超前支护技术在隧道浅埋暗挖法施工中的应用APPLICATIONOFSMALLDUCTADVANCEDSUPPORTINGTECHNOLOGYINTUNNELSHALLOWBURIEDEXCAVATIONMETHOD

姜浩1，姜亮亮2

（1.吉林建筑大学土木工程学院，长春130118；2.北京亦庄移动硅谷有限公司，北京100000）

（1.SchoolofCivilEngineering,JinlinJianzhuUniversity,Changchun130118，China；2.BeijingYizhuangMobileSiliconValleyCo.,Ltd.,Beijing100000，China）

JIANGHao1，JIANGLiangliang2

【摘要】随着城市地下空间的不停发展，隧道工程建设项目逐渐增多，为了提高整体稳定性和控制路面沉降，隧道需要采用超

前支护措施。文中结合施工实践，阐述了小导管超前支护技术在工程中的应用，总结小导管超前支护技术的设计与施工要点，并证明小导管超前支护技术能有效地控制地表沉降和结构变形，为今后此类施工提出了更多参考与依据。【关键词】施工应用；隧道；超前支护；浅埋法【中图分类号】TU753

【文献标志码】A

【文章编号】1001-68（2019）03-0086-03

Abstract:Withthecontinuousdevelopmentofurbanundergroundspace,thetunnelconstructionprojecthasgradu原allyincreased.Inordertoimprovetheoverallstabilityandcontroltheroadsurfacesettlement,thetunnelneedstoadoptadvancedsupportingmeasures.Basedontheconstructionpractice,thispaperexpoundstheapplicationofsmallductadvancedsupportingtechnologyinengineering,summarizesthedesignandconstructionpointsofsmallductadvancedsupportingtechnologyandprovesthatthesmallductadvancedsupportingtechnologycaneffectivelycontrolthesurfacesettlementandstructuraldeformation,whichprovidesmorereferenceandbasisforsuchcon原structioninthefuture.

Keywords:constructionapplication；tunnel；advancedsupporting；shallowburial

0引言随着城市地下空间的不断发展，隧道工程建设项目也逐渐增多，隧道工程施工由于容易受到复杂地质条件的影响，所以对于开挖支护也提出了更多的要求[1,2]。小导管超前支护[3-6]是隧道浅埋暗挖法施工中比较常见的支护方式，它是在软弱地层中沿着开挖轮廓线和加固轮廓线，按照相应的入射角度，设置一定数目的小导管，通过小导管把配置好的注浆材料注入到地层，注浆材料迅速扩散并固结在软弱地层周围，使小导管和土体得到固结，从而起到棚护和加固地层的作用。文中以位于北方某市某大型医院的地下管廊工程为例，阐述小导管超前支护技术在该工程中的应用。1工程概况北方某市某大型医院地下管廊土建工程的总长度为446.26m，本地下管廊由于地面环境所限，采用矿山法施工，主管廊结构覆土厚度约5.95m，主管廊采用平顶直墙矩形箱体结构。结构净宽为1.5～7m，净高为1.8～6.25m。复合衬砌结构。隧道施工方法采用交叉中隔壁法和台阶法施工。本结构通过的土层主要为卵石层、粉质粘土层和中砂层。在施工过程中拱顶还发现粉细砂层。管廊结构底最大深度的绝对标高为45.9m，由于地下水位埋藏较深，所以不考虑地下水对基础施工及基础材料腐蚀性的影响。22.1施工工艺和技术措施工艺流程超前小管注浆施工主要包括封闭工作面，钻孔，小管安装，注浆，效果检测等工序。注浆施工流程图如图1所示。小管由42×3.25普通焊管制成，前端加工成锥形，便于插打并防止浆料前冲。小导管中间部位钻5mm溢浆孔，该孔为梅花形状排列，间距20cm，为防止漏浆不在尾部1.0m范围内钻孔，在末端焊接6环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。以防止安装小导管时端部开裂，影响注浆管的连接。小导管如图2所示。86

图1

小导管注浆施工流程图

图2小导管示意图

2.2注浆选择根据项目的地质条件和招标文件的设计，选择改性水玻璃+水泥浆作为浆料。注浆初压0.1MPa，终压为0.3～0.5MPa。连接注浆管后，在注浆前先确认水试管畅通，然后启动注浆泵并通过小管压入地层。根据地质调查报告，该工程场区地层从上到下为：（1）杂填土、粘质粉土素填土层，层厚0.3~2.3m。（2）砂质粉土层，层厚2.2~5.6m。（3）中砂层，层厚1.2~4.2m。（4）粉质粘土层，最大层厚2.5m。（5）卵石层，最大层厚12.5m。因此根据本工程的土质情况和工程特点，采用充填注浆、渗透注浆和劈裂注浆法。3数据选择3.1粉细砂及中砂层浆液的选择粉细砂土层通常致密，但自稳能力差，易发生大面积坍塌，不能形成自然应力拱。在有水的情况下，更可能发生流砂，这是施工的难点。对于该项目粉细砂层的开挖，采用渗透注浆和预注酸性水玻璃加固土层的方法。使用水玻璃作为主剂，水玻璃的稀释范围为25~35Be°，并加入10％~20％的稀硫酸。同时，加入少量碳酸钠促进剂（NaHCO3），并将pH值控制在3。施工前注浆压力为0.3~0.5MPa，固沙效果不理想，固沙体的单轴抗压强度达到0.15MPa。为了提高注浆效果，通过改变水玻璃的浓度和增加注浆压力来增强土壤。并对不同方法加固的土体取样到实验室试压，取得数据如表1所示。经过加固效果的对比，水玻璃浓度在30Be°和35Be°、注浆压力在0.5MPa的情况下土体的的稳定性最佳，基本满足开挖要求。但水玻璃浓度在提高到3587

Be°注浆压力达到0.8MPa以后，土体的抗压强度并未增加，并且浆液的凝固速度较快，不便与操作。所以最终确定在粉细砂层水玻璃浓度30Be°、稀硫酸浓度15%、注浆压力0.3MPa。表1

不同方法加固的土体实验数据

水玻璃稀硫酸外加注浆压力固砂体单轴浓度/Be°

浓度/%促进剂/MPa抗压强度

2515NaHCO30.30.153015NaHCO30.30.423015NaHCO30.50.513515NaHCO30.50.5135

15

NaHCO3

0.8

0.53

因此，在该工程中，预注入酸性水玻璃以加固中砂层的方法更有效，并且浆料的比例与粉细纱层的配比相同。3.2卵石层浆液的选择根据卵石层的特点，采用渗透注浆的方法。水泥浆液浆料，使用425#普通硅酸盐水泥，水灰比1∶1～0.6∶1注浆压力是使浆液扩散、充塞、压实所需的压力。其原理是在不破坏土壤层结构的情况下有效地将浆料液压压入土壤层，以满足设计需要并达到注浆的目的。现场注浆时，通过调节注浆压力和水灰比来提高注浆效果，现场记录试验数据如表2所示。表2

不同方法改变注浆的数据分析

注浆压

理论注浆

实际注浆力/MPa水灰比

量/m3量/m3

数据分析0.31：10.1～0.170.053应减小水灰比或提高注浆压力提高注浆量0.50.8：10.1～0.170.095应减小水灰比或提高注浆压力提高注浆量0.5

0.7：1

0.1～0.17

0.133

注浆压力和水灰比较

合适

最终确定水泥浆液的水灰比为0.7：1，注浆压力为0.5MPa，但局部卵石层夹杂着中砂和细砂，这种情况下，土层的空隙率较小，可适当减小水灰比和增加注浆压力。压力试验后，地层强度达到2.5~3.0MPa，满足强度要求。3.3粉质粘土层浆液的选择粉质粘土层的加固应选劈裂注浆法进行。含水量大，透水性差的粉质粘土在采用水泥浆液时会引起跑浆现象。水泥-玻璃双液的使用可以克服灌浆过程中的跑浆现象，能有效提高固结土的早期强度。它还有利于浆料周围的被挤压土体的再固结和整个地层强度的提高。为确定合适的注浆材料及配比，在室内对水泥-水玻璃浆料进行了试验。通过试验，随着水灰比的增加，凝结时间和浆料的流动性也均会增加，并且在试验范围内呈现线性变化;随着水玻璃量的增加，浆料的初凝时间缩短，流动性降低，试验后最合适的配比如下：水泥水玻璃（30Be°）浆液，水泥浆水灰比1.25∶1～0.8∶1；水泥浆与水玻璃体积比1∶1～1∶0.6；缓凝剂（CNa2HPO4）2%。注浆压力1～2MPa，扩散半径0.4～0.6m。3.4导洞步距的确定本工程导洞步距的确定，首先依据地下工程规范的要求，上下台阶法左右导洞的步距不得小于15m，并在初期开挖施工中，通过监控量测记录，上部左右导洞步距在12～20m之间时，各步距对应地表沉降的最大数值，通过量测的数据确定最佳步距。表3

步距试验数据

编号步距/m当日沉降最大值/mm

一周累计沉降值/mm

112-4.87-20.8215-1.22-15.29316-0.62-2.68417-0.53-4.615

20

-0.

-2.38

通过表3的对比可见，两个导洞步距在16m时，地表沉降的数值较小，并趋于稳定，因此，将上部两个导洞步距定为16m。4结语北方某市某大型医院地下管廊工程，由于其跨度大、埋深浅、接口多、形式负杂，对地面沉降要求高，在施工之前就倍受各方的重视。而小导管超前支护的支护方式在本工程的应用，有效地控制了地表沉降和结构变形，为以后在高大建筑物附近及城市主要管线的暗挖、地面沉降及结构变形要求较高的工程提供了可靠的经验和数据，具有很强的指导性、参考性、可操作性和推广性，可作为相应工程的指南，同时为今后的管廊隧道施工提供重要的理论价值和实际应用价值。参考文献［1］张顶立,孙振宇,侯艳娟.隧道支护结构体系及其协同作用

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