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软弱地层中隧道围岩预加固之 超前小导管加固一、加固原理 超前小导管预注浆是沿开挖隧道或地下工程外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定的压力向管内压注浆液的施工措施。它既能将洞室周围岩土体预加固，又能起超前预支护作用。适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管预注浆施工简单，且注浆时间短，达到加固、防渗、堵漏的目的，所以广为利用。 超前小导管注浆预加固围岩是对表土下风化破碎岩石及构造裂隙发育难以支护的破碎岩面，预先向其裂隙通道内注入固化材料（通常是水泥浆、水玻璃或聚氨酯等）充填裂隙，封堵涌水，胶结岩石，改善围岩力学性能，提高岩体自身整体强度，改变围岩支护状态。主要作用是提高管体周围岩体的抗剪强度，达到加固围岩并扩散围岩压力的作用。 二、 小导管注浆优点 在软弱地层隧道围岩中采用小导管注浆具有许多优点： （1）形成了小导管与固结联合的超前支护体系，提高围岩的稳定性，抑制围岩松弛变形，增加了施工性。 （2）加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制。 （3）采用超前支护手段，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。 （4）采用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简单，一般工地都可施做。 三、适用范围 （1）隧道洞口浅埋地段或软弱破碎围岩地段进洞施工。 （2）富水软弱破碎地质、砂砾地层、岩溶地质等不良地质地段的隧道开挖辅助措施。 （3）隧道坍方的处理。 四、施工准备及工艺流程 1、超前小导管直径一般采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管。超前小导管单节长度通常为3.5m或4.0m，超前小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段。 2、测量定位 根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3~5mm，一般钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm。 开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5~10cm，排气管采用φ20塑料管。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。 3、钻孔 钻孔时一般采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，一般为3°～5°。锁脚锚管为俯角30°，为保证超前小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行。

（3）格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对段面变化要求并不高。（4）钢拱架的装架设方便工字钢冷弯机制作钢拱架设计要点（1）从理论上讲，钢拱架要按其与锚杆、混凝同工作状态来设计，即按照P=Ku（P为支护阻力；K为支护刚度；u为位移）来确定初期支护的阻力。 但由于在软弱破碎围岩中，围岩变形和支护之间的极限平衡随着支护变形程度而变化，难以确定。另一方面由于软弱破碎围岩早期变行快，有可能造成较大变形和一定范围的荷载，因此钢拱架的设计可按照其单独承受早期荷载来设计。 根据设计、施工经验、早起荷载的量值一般按照全部荷载的10—40%来考虑，用下式表示Q=u—刚拱承受的早期荷载q—围岩荷载，按照荷载统计公式计算u—钢拱架的荷载系数，一般为0.1—0.4（2）拟定钢拱架尺寸后，进行强度、刚度、性检算。 常用的钢拱架设计参数见表（3）钢拱架的截面高度应与混凝土厚度相适应，一般为16—20cm，且要有一定的保护层。钢拱架通常是在初喷封面混凝土后架设的，初喷混凝土厚度4cm（4）为架设方便，每榀钢拱架一般分为2—6节，并保证接头刚度，节数应与断面大小及开挖方法相适应。 每榀钢拱架之间应设置不小于直径为22mm的纵向钢拉杆。（5）当围岩变形量较小或只容许围岩有小变形量时，钢拱架可以设计为固定性。当围岩流动性强、变形量大，且容许围岩较大变形时，宜将拱架设计为可缩行，其可缩节点设置在拱顶节点处。 工字钢冷弯机制作钢拱架的架设要点（1）钢拱架应架设在横向竖直平面内，其垂直度容许误差±2°。（2）钢拱架的拱角应，一般设有垫、纵向托梁、锁脚锚杆等（3）钢拱架的安设应该在开挖后的两小时内完成。（4）钢拱架应尽可能焊接，以增强其联合支护效应。 （5）可缩性钢拱架的可缩行性节点不宜过早混凝土，带起收缩后，再补混凝土。（6）混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙密实。（7）混凝土应分层分次完成，初期喷混凝土应尽早完成，复喷混凝土应在量测指导下进行，以保证其适时、有效。 联合支护前面分别介绍了锚杆（系统锚杆、局部锚杆）、混凝土、混凝土、纤维混凝土、钢拱架（型钢拱架或格栅拱架）等常规支护。在工程中，为适应地质条件和结构条件变化，常将各种单一结构进行恰当组合，共同构成较为合理的、有效的、经济的支护结构体系，通常为联合支护。

在水利水电隧道工程施工过程中，施工单位应根据施工地点，进行的了解和分析，针对较为特殊的施工地点，施工人员可利用台阶开挖技术的形式进行施工。但在施工过程中，施工人员应对该地点进行相应的保护，以台阶的形式对石土方进行缓慢的挖掘；在挖掘过程中，施工人员应当对台阶的高度进行的控制，一般台阶的长度为50～80m，形成封闭成环的形式（见图1）， 程度提高水利水电隧道工程的施工质量。在水利水电隧道洞身开挖施工过程中，会受到外界因素的影响，导致隧道发生坍塌、变形等现象。因此，在水利水电隧道工程施工过程中，应对隧道洞身开挖施工技术形式进行有效的利用和分析，尤其是光面 施工技术形式。在隧道工程施工过程中，主要利用 和机械设备开挖的形式，对隧道工程的洞身进行的挖掘工作，并在光面 过程中，施工人员对岩石面进行的打磨。在施工过程中，施工人员要对隧道洞身进行的保护工作，从中心地进行光面 工作，但在 挖掘时预留相应的核心土层岩柱，一般土层岩柱的高度为5m。在隧道洞身开挖过程中，预留相应的保护厚度，通常其厚度为70～100cm左右，然后在利用人工光面 挖掘的形式，作为辅助施工技术，终形成环比的形式，保证了隧道洞身开挖施工流程的顺利开展。