結合沙壩水庫輸水隧道工程介紹超前小導管注漿技術的應用 　　 　　1. 工程概況 　　沙壩水庫除險加固工程位于陽山縣東部的江英鎮(zhèn)境內，距縣城45km，壩址在連江二級支流鐘鼓水上游，水庫總集雨面積為16.93km2，其中直接匯流集雨面積為8.13km2，引水入水庫集雨面積為8.8km2。壩址以上河長3.17km，河流平均坡降1.62%。水庫總庫容1493萬m3，是一座以灌溉、供水為主，兼有防洪、發(fā)電等綜合效益的中型水庫，工程等別為Ⅲ等，主要建筑物為3級。工程始建于1969年12月，于1972年3月完工，主要建筑物包括主壩、副壩、溢洪道、輸水隧洞（原為輸水涵管）、引水渠和壩后電站等。
　　水庫設計灌溉農田1.6萬畝，供水12160人；防洪主要是保護水庫下游的江英鎮(zhèn)、青坑鎮(zhèn)（英德）2.4萬人及農田1.6萬畝和總裝機4千千瓦的電站和省道英陽公路的安全；壩后電站建于1992年，裝機1×160kW。
　　2. 輸水隧道工程地質情況
　　2.1 地形地貌
　　輸水隧道全長265m，開挖斷面為2.4 m ×2.4m，從出口向入口方向開挖，掘進20 m后，從開挖斷面看，隧道地質巖層主要以煤矸石為主，煤矸石主要成片面狀，層與層之間厚度為50cm左右，走向與隧道開挖縱軸線成55°角。
　　2.2 地質條件
　　該隧道區(qū)屬亞熱帶季風氣候區(qū)，氣候溫和濕潤，雨量充沛。9月份至次年1月為枯水期，降水量最小，從2月份起見增；4~8月為雨水期，降雨量最大。大氣降水是本區(qū)地下水及地表水補給來源。
　　該區(qū)水文地質條件較復雜，水位受季節(jié)影響面變化較大，巖層破碎帶及巖溶發(fā)育部位屬強透水區(qū)，地下水徑流沿基巖裂隙及溶隙排出，地下水對砼無腐蝕性。
　　3. 成因分析及方案
　　3.1 隧道塌方成因分析
　　1）隧道圍巖主要以煤矸石為主，掌子面煤矸石破碎，煤層向傾向向下，遇水后軟化，會成片脫落，局部含泥質軟弱夾層；圍巖不穩(wěn)定，有塌方、掉塊現象，成洞條件差；2）巖石裂隙發(fā)育，地下水豐富，拱頂處有常流水，巖石受力遇水失穩(wěn)；3）掌子面離襯砌距離太長，施工支護不及時、不規(guī)范；4）隧道圍巖等級應屬于Ⅴ級圍巖。
　　3.2 選擇方案
　　由于巖體成片層狀分布，層面于層面間無粘結力，并且煤層受力遇水失穩(wěn)，從治本的角度考慮，首先應從加強巖圍自穩(wěn)能力方面著手。
　　隧道圍巖等級屬于Ⅴ級圍巖，建議采用超前小導管注漿支護。注漿法是將水泥或水泥-水玻璃混合液配置成雙液漿液，用壓送設備將其灌入土層或巖層中，使?jié){液在高壓作用下沿縫隙擴散，最終實現膠凝固化。小導管注漿支護掌子面小導管注漿是沿隧道外輪廓線以一定仰角向掌子面前方打入泄?jié){孔的小導管，通過注漿來充分填充土地空隙形成的一定厚度的結合體；超前小導管注漿支護，主要是沿隧道拱部周邊環(huán)向打一層或雙層小導管，通過在小導管里注漿液，通過小導管上的梅花孔擴散至松散巖體，利用漿液來固結巖體，連同小導管一起形成穩(wěn)定的固結拱體。鋼管在此起雙重作用：一是超前管棚作用；二是注漿加固作用。小導管支護與漿液固結，共同作用于巖體，形成承載拱，共同承受拱上部巖層重量，使拱內部圍巖及支護系統(tǒng)處于免壓狀態(tài)，可以防止坍塌。
　　支護的作用機理主要分為：1）梁拱效應，小導管嵌入圍巖內、后端與砂漿錨桿出露端相焊接形成縱向支撐梁，有效抑制巖層松動；2）環(huán)槽效應，利用分布在掌子面的孔減少爆破產生的沖擊波造成對巖石的破壞和擾動。3）強化巖體效應，用注漿泵通過小導管注入的漿液經壁孔擠入圍巖裂隙或縫隙中加固圍巖，從而提高巖體彈模和強度。
　　4. 超前小導管注漿支護
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　　（1）鋼管的制作與施工。采用Φ42mm（壁厚4mm）鋼管，長4.1m，將其一頭加工成30°左右的圓錐形，以利于鉆進施工，鋼管鉆Φ6-Φ10mm梅花形小孔。（見圖 1）
　�。�2）小導管布置，沿隧道開挖線外20~30cm周邊環(huán)向布置Φ42mm（壁厚4mm）超前小導管，環(huán)向間距50cm，管長4.1m，利用核心土、自制臺架按設計角度用風鉆施打小導管孔（雙層、單層），成孔后將預制好的Φ42鋼花管（壁厚4mm，頭部為錐尖型，尾部30cm不鉆注漿孔作為止?jié){段）插入連上注漿接頭，進行雙液注漿。（見圖 2）
　　破碎斷層段宜采用雙層小導管，環(huán)向間距50cm，角度分別為緩傾角10~15度和陡傾角30~40度，搭接1.0m。在拱部范圍布置。
　�、簟ⅱ跫墖鷰r采用單層小導，管環(huán)向間距50cm，外插角10-15度，搭接1.0m。在拱部范圍布置。
　�。ǘ�）在小導管孔眼鉆孔前，先噴射混凝土將開挖面封閉，以防漏漿。為了保證小導管鉆眼時的施工安全，以及為了便于鉆眼及控制小導管的仰角，應在一個循環(huán)開挖完后擴大開挖工作室50cm~1m后進行鉆孔。鉆孔時應使用孔眼較小導管管徑大20mm以上，并控制鉆桿仰角在10~15度范圍之內，孔眼鉆好后，要進行吹孔，后將小導管插入孔內，外露20cm,以便連接注漿管，并用塑膠泥（40Be水玻璃PO32.5級普通硅酸鹽水泥）將小導管周圍空隙封堵嚴實。為了保證順利裝管，可在管端插入事先做好的簡單推進工具，然后用風槍送入；為了防止漏漿，小導管尾部1~1.5米范圍內不鉆設花眼，并在管尾端做好止?jié){閥。
　　（三）超前小導管注漿
　�。�1）由于隧道地質復雜，隧道頂部、側部大量出水，宜選用水泥-水玻璃雙液注漿。注漿時將2種不同的漿液分散在2個容器內，
　　使用雙漿注漿泵或2臺注漿泵按配合比分別吸入2種漿液，2種漿液在混合器混合后注入注漿管。
　�。�2）注漿前先檢查管路和機械狀況，做壓漿試驗，確定合理注漿參數；注水泥-水玻璃雙液漿時，水泥漿水灰比為1.25：（1.0~0.5）:1.0；水玻璃模數以2.4~2.8為宜，水玻璃濃度使用范圍為30~45°Bé，水泥、水玻璃體積比為1.0：（1.0~1.0）：0.3，模數2.4，水泥漿與水玻璃的溶液體積比1:1.0，漿液膠凝時間控制在1-1.5分鐘；
　�。�3）注漿壓力采用0.5~1Mpa，并持續(xù)持壓5分鐘，壓漿機采用BW-250型（4Mpa）。必要時可在孔口處設置能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓的止?jié){塞。如果0.5~1.0Mpa的注漿壓力不能達到注漿效果，可通過現場試驗確定能達到注漿效果的注漿壓力。
　　（4）注漿量應根據地層孔隙率確定一般可按照下列公式計算：Q=RπHn βα
　　Q-漿液注漿量；R-漿液有效擴散半徑（m）;H-注漿段長度（m）；n-土體孔隙率（或巖石裂隙率）%，（土、砂土n=30%-60%）；β-漿液填充率=0.3-0.9，（土、砂土，β=0.3-0.5）；α-超耗系數（含超注量、冒漿、損耗等），α=1.2-1.5。
　�。�5）注漿效果檢查；注漿終孔壓力達到1.0Mpa以上，則滿足要求；注漿過程中專人記錄，完成后檢驗注漿效果，不合格的進行補漿，注漿達到設計強度后方可進行開挖作業(yè)。
　�。ㄋ模┳�漿異常現象的處理
　�。�1）在注漿過程中發(fā)現漿液從其他孔流出的現象，這種現象稱為串漿。發(fā)生串漿時，采取降低注漿壓力或采用間隙注漿，改變注漿材料或縮短漿液凝膠時間，調整注漿實施方案。
　　（2）水泥-水玻璃雙液注漿進漿量很大時，壓力長時間不升高，則應調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，進行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠；但停留時間不能超過混合漿的凝膠時間。
　�。�3）泵壓突然升高時，可能發(fā)生堵管，應停機檢查。
　　5. 結語
　　沙壩水庫輸水隧道采用了超前小導管注漿技術，把周圍一定范圍內的圍巖固結成整體，形成了支護殼體，提高了掌子面前方圍巖的強度和剛度，大大減少了開挖引起的圍巖松動和坍塌現象發(fā)生，為隧道施工提供了安全保障，既縮短隧道了施工工期，又節(jié)約了成本，從而創(chuàng)造了較好的社會效益和經濟效益。
　�。ㄗ髡邌挝唬簭V東省陽山縣水利水電工程有限公司）

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