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【摘 要】研究在隧道工程中应用小导管注浆加固机理与施工工艺,并对小导管注浆技术在隧道工程中软弱破碎围岩、砂层、砂粘土层与塌方处理中的科学应用进行了阐述,提出了小导管注浆在隧道工程施工中的注意事项，确保隧道工程施工质量
【关键词】隧道工程；小导管注浆；施工工艺
随着国民经济的迅速发展，山岭地区新建铁（公）路越来越多，隧道工程所占比例逐步加大，隧道建设也进入一个新的发展时期。在山岭隧道施工中遇到不良地层时,往往要借助超前支护。超前支护一般有以下几种形式:超前大管棚、超前预注浆(全面预注浆)、超前锚杆和超前小导管。超前大管棚适用于岩体很破碎,开挖尺寸较大的洞室以及对沉降控制要求较高的地下工程及隧道施工中；超前预注浆主要用于大面积特别松散岩体及地下水丰富的岩体中；超前锚杆适用于岩体破碎程度较小,不需要采用注浆就可以进行施工的围岩；超前小导管特别适用于小洞室(跨度在6m以下)的超前支护和在处理塌方施工中应用。采用大管棚支护技术必须有专用钻机，施工空间要求高,一次花费较大；采用全面预注浆方法,涉及的施工范围大，施工程序繁杂，并且可靠性难以确定;而采用小导管比超前大管棚和注浆施工工艺相对简单得多，支护技术在很小的空间内利用简单的手持风钻即可进行钻眼及布管工作，遇到地层变化时可随时调整施工方案，经济效益显著[1-5]。
1.隧道工程中应用小导管注浆加固机理
所謂“小导管注浆”就是对风化破碎岩石及构造裂隙发育难以支护的破碎顶板,在开挖前预先向其裂隙通道内注入固化材料(通常是水泥浆、水玻璃或聚氨酚等)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。
小导管超前注浆加固机理主要为渗入性注浆，对具有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩，在注浆压力作用下，水泥浆液渗入到围岩的孔隙和裂隙中，以水泥浆液作为胶结体，将破碎的围岩进行胶合，形成整体，使之组成地层“自承拱”和“承重环”，将破碎围岩转化为有效的稳定带，防止隧道开挖时围岩内岩块的松动、剥离和坠落，从而达到加固围岩的目的。
在软弱破碎围岩中采用超前小导管注浆法施工具有许多优点。小导管打入后形成了管棚效果，与固结联合，形成超前支护体系，提高围岩自身的稳定性，抑制围岩松驰变形，提高了施工安全性；加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制；采用超前支护手段，通过调整水泥浆液凝固时间，可大大缩短开挖时间；该法采用小型机具施作，无需配备专用设备，工艺操作十分简单。
2.隧道工程中应用小导管注浆施工工艺（见图1）
3.隧道工程中应用小导管注浆施工工艺
3.1 小导管注浆在破碎板岩中的应用
破碎板岩的特征是相对砂层和土层而言颗粒较大，施作小导管注浆的主要原理是渗透灌浆理论，目的主要是使浆液充填岩体中的裂隙，在裂隙中形成浆液和充填物的固结体，增加颗粒之间的粘接力，提高岩体的整体强度；另一方面，因为破碎板岩的颗粒大，小导管也将发挥较为明显的棚架和锚杆作用[6-11]。
隧道通过软弱破碎的板岩地层时，以锚喷混凝土做施工支护进行开挖有一定困难时，可以用小导管注浆结合格栅钢架和网喷混凝土联合支护措施的方法进行施工。虽然也可采用深孔注浆，但是深孔注浆毕竟造价太高，工程进度缓慢，而且在深孔注浆后仍需要用小导管注浆才能达到安全掘进的目的；注水泥砂浆也能达到止水和固结地层的目的，但由于水泥泵浆凝固时间长，注浆后不能立即开挖，因而工期问题就变得更为突出。
为了超前加固围岩和止水，起到提高围岩强度及临时支撑的作用，同时为了保证施工安全，从经济性和施工的可能性考虑，超前预支护可采用小导管注浆，初期支护采用格栅钢架和网喷混凝土联合支护措施。
3.2 小导管注浆在断层破碎带中的应用
在断层破碎带中采用小导管超前注浆法施工具有许多优点。①超前小导管加格栅钢架和钢筋网及喷混凝土的联合支护方式对不良地质的隧道掘进是一种有效措施。②一般采用加密超前小导管预注纯水泥浆进行加固，涌水量大的地段采用双液注浆，小导管双液注浆的止水作用在涌水量大的地段是很明显的。
3.3 小导管注浆在砂层和砂粘土层中的应用
砂层和砂粘土层一般土质比较松软均匀，小导管容易打入，注浆效果相对容易控制，非常适合采用小导管注浆技术。施作小导管注浆的主要原理是劈裂灌浆，目的是使浆液在压力作用下，克服地层的初始应力和抗拉强度，引起砂体和砂粘土体结构的破坏和扰动，从而使得地层的结构得到改变，同时也有部分的渗透灌浆原理。
3.4 小导管注浆在处理塌方中的应用
在隧道工程施工中，往往由于采取不恰当的施工方法发生塌方，在处理塌方过程中有的采取对塌体实行全断面注浆进行加固，有的采用在地表注浆对塌体进行加固，有的采用大管棚方法通过塌方，这些方法虽然也都取得了成功，但是相对施工周期长，造价高。在相对较小断面下（跨度小于6m时）采用小导管注浆技术进行塌方处理非常有效。①大面积坍塌稳定后进行小导管施工，这一应急措施容易被作业人员所接受，由于其工艺简单，机具要求不高，抢险比较及时。②注浆后在拱顶范围内形成防护罩，使开挖，支护在安全条件下进行。小导管打入后的外露尾端通常支于开挖面后方的格栅上，共同形成预支护系统，承受拱顶的围岩压力，并提高围岩的稳定性，抑制围岩松驰变形，提高施工安全性，使加固效果更稳妥可靠。
4.隧道工程中应用小导管注浆施工注意事项
4.1 注浆压力控制 由注浆泵油压控制调节。具体调法为启动注浆泵，正常运转后关闭泵口阀门，泵停止运转后，旋转压力调节旋纽，将油压达到调定在要求的油压刻度值上。随着注浆阻力的增大，泵压随之增高，当达到调定刻度值时，自动停泵。
4.2 液浆配比的控制 水泥浆液水灰比W/C=0.5-1.0，同时加入5%的水玻璃，以改善浆液性能。在注浆前试验合理确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验确定。浆液的配比受凝结时间的直接控制。它的控制原则一般是先稀后浓，逐级变换。凝结时间的控制：凝结时间的变化由C/S来控制。为了确保凝结时间的准确，在注浆过程中，需经常测试，一般每拌一筒浆或变换一级浓度或配比时，需要取样实配，测定凝胶时间，通过对比，检查配浆是否准确，泵的操作是否正常，吸浆是否正常，混合器的混合是否均匀，从而有助于监控注浆情况（如压力变化），避免异常故障的发生。
小导管注浆技术在地下及隧道工程施工中得到了广泛的应用。它适合于多种软弱破碎、断层围岩以及砂层和砂粘土层进行超前预加固，并且在较小断面施工条件下可以进行复杂的塌方处理。
参考文献
[1]龙响山,江千金.隧道工程应用小导管注浆技术的前瞻性研究[J].科技进步与对策. 2008（9）：91-93
[2]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].北京:中国地质大学出版社,2003,8-18
[3]易萍丽.现代隧道设计与施工[M].北京:中国铁道出版社,2003,151-158
[4]周爱国.隧道工程现场施工技术[M].北京:人民交通出版社,2004,85-86
[5]李世辉.隧道围岩稳定系统分析[M].北京:中国铁道出版社,2005,412-520
[6]李河玉,林刚.小导管注浆在破碎板岩中的应用[J].四川建筑,2002（4）：39-40
[7]孙均,朱合华.软弱围岩隧道施工性态的力学模拟与分析[J].岩土力学,2006,27（5）：26-33
[8]冯卫星,况勇,陈建军.隧道塌方方案例分析[M].成都:西南交通大学出版社,2002,131-139
[9]郑宏,葛修润,谷光荣等. 关于岩土工程有限元分析中的若干问题[J].岩土力学,2006,27（5）：26-33
[10]彭立敏,刘小兵.交通隧道工程[M].长沙:中南大学出版社,2005,311-317
[11]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2005,202-209
作者简介
王家海（1973.5.15-），男，工程师，大学本科，工学学士，先后毕业于华北水利水电学院水利水电工程建筑专业和辽宁工业大学土木工程专业，现任中铁十九局集团第一工程有限公司第一项目管理部副经理，主要从事建筑系统的水利水电、铁路、公路、桥梁、隧涵等交通建筑工程的施工生产管理与施工技术研究工作。
【关键词】隧道工程；小导管注浆；施工工艺
随着国民经济的迅速发展，山岭地区新建铁（公）路越来越多，隧道工程所占比例逐步加大，隧道建设也进入一个新的发展时期。在山岭隧道施工中遇到不良地层时,往往要借助超前支护。超前支护一般有以下几种形式:超前大管棚、超前预注浆(全面预注浆)、超前锚杆和超前小导管。超前大管棚适用于岩体很破碎,开挖尺寸较大的洞室以及对沉降控制要求较高的地下工程及隧道施工中；超前预注浆主要用于大面积特别松散岩体及地下水丰富的岩体中；超前锚杆适用于岩体破碎程度较小,不需要采用注浆就可以进行施工的围岩；超前小导管特别适用于小洞室(跨度在6m以下)的超前支护和在处理塌方施工中应用。采用大管棚支护技术必须有专用钻机，施工空间要求高,一次花费较大；采用全面预注浆方法,涉及的施工范围大，施工程序繁杂，并且可靠性难以确定;而采用小导管比超前大管棚和注浆施工工艺相对简单得多，支护技术在很小的空间内利用简单的手持风钻即可进行钻眼及布管工作，遇到地层变化时可随时调整施工方案，经济效益显著[1-5]。
1.隧道工程中应用小导管注浆加固机理
所謂“小导管注浆”就是对风化破碎岩石及构造裂隙发育难以支护的破碎顶板,在开挖前预先向其裂隙通道内注入固化材料(通常是水泥浆、水玻璃或聚氨酚等)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。
小导管超前注浆加固机理主要为渗入性注浆，对具有一定孔隙或裂隙受扰动和破坏的围岩，在注浆压力作用下，水泥浆液渗入到围岩的孔隙和裂隙中，以水泥浆液作为胶结体，将破碎的围岩进行胶合，形成整体，使之组成地层“自承拱”和“承重环”，将破碎围岩转化为有效的稳定带，防止隧道开挖时围岩内岩块的松动、剥离和坠落，从而达到加固围岩的目的。
在软弱破碎围岩中采用超前小导管注浆法施工具有许多优点。小导管打入后形成了管棚效果，与固结联合，形成超前支护体系，提高围岩自身的稳定性，抑制围岩松驰变形，提高了施工安全性；加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制；采用超前支护手段，通过调整水泥浆液凝固时间，可大大缩短开挖时间；该法采用小型机具施作，无需配备专用设备，工艺操作十分简单。
2.隧道工程中应用小导管注浆施工工艺（见图1）
3.隧道工程中应用小导管注浆施工工艺
3.1 小导管注浆在破碎板岩中的应用
破碎板岩的特征是相对砂层和土层而言颗粒较大，施作小导管注浆的主要原理是渗透灌浆理论，目的主要是使浆液充填岩体中的裂隙，在裂隙中形成浆液和充填物的固结体，增加颗粒之间的粘接力，提高岩体的整体强度；另一方面，因为破碎板岩的颗粒大，小导管也将发挥较为明显的棚架和锚杆作用[6-11]。
隧道通过软弱破碎的板岩地层时，以锚喷混凝土做施工支护进行开挖有一定困难时，可以用小导管注浆结合格栅钢架和网喷混凝土联合支护措施的方法进行施工。虽然也可采用深孔注浆，但是深孔注浆毕竟造价太高，工程进度缓慢，而且在深孔注浆后仍需要用小导管注浆才能达到安全掘进的目的；注水泥砂浆也能达到止水和固结地层的目的，但由于水泥泵浆凝固时间长，注浆后不能立即开挖，因而工期问题就变得更为突出。
为了超前加固围岩和止水，起到提高围岩强度及临时支撑的作用，同时为了保证施工安全，从经济性和施工的可能性考虑，超前预支护可采用小导管注浆，初期支护采用格栅钢架和网喷混凝土联合支护措施。
3.2 小导管注浆在断层破碎带中的应用
在断层破碎带中采用小导管超前注浆法施工具有许多优点。①超前小导管加格栅钢架和钢筋网及喷混凝土的联合支护方式对不良地质的隧道掘进是一种有效措施。②一般采用加密超前小导管预注纯水泥浆进行加固，涌水量大的地段采用双液注浆，小导管双液注浆的止水作用在涌水量大的地段是很明显的。
3.3 小导管注浆在砂层和砂粘土层中的应用
砂层和砂粘土层一般土质比较松软均匀，小导管容易打入，注浆效果相对容易控制，非常适合采用小导管注浆技术。施作小导管注浆的主要原理是劈裂灌浆，目的是使浆液在压力作用下，克服地层的初始应力和抗拉强度，引起砂体和砂粘土体结构的破坏和扰动，从而使得地层的结构得到改变，同时也有部分的渗透灌浆原理。
3.4 小导管注浆在处理塌方中的应用
在隧道工程施工中，往往由于采取不恰当的施工方法发生塌方，在处理塌方过程中有的采取对塌体实行全断面注浆进行加固，有的采用在地表注浆对塌体进行加固，有的采用大管棚方法通过塌方，这些方法虽然也都取得了成功，但是相对施工周期长，造价高。在相对较小断面下（跨度小于6m时）采用小导管注浆技术进行塌方处理非常有效。①大面积坍塌稳定后进行小导管施工，这一应急措施容易被作业人员所接受，由于其工艺简单，机具要求不高，抢险比较及时。②注浆后在拱顶范围内形成防护罩，使开挖，支护在安全条件下进行。小导管打入后的外露尾端通常支于开挖面后方的格栅上，共同形成预支护系统，承受拱顶的围岩压力，并提高围岩的稳定性，抑制围岩松驰变形，提高施工安全性，使加固效果更稳妥可靠。
4.隧道工程中应用小导管注浆施工注意事项
4.1 注浆压力控制 由注浆泵油压控制调节。具体调法为启动注浆泵，正常运转后关闭泵口阀门，泵停止运转后，旋转压力调节旋纽，将油压达到调定在要求的油压刻度值上。随着注浆阻力的增大，泵压随之增高，当达到调定刻度值时，自动停泵。
4.2 液浆配比的控制 水泥浆液水灰比W/C=0.5-1.0，同时加入5%的水玻璃，以改善浆液性能。在注浆前试验合理确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径，现场通过试验确定。浆液的配比受凝结时间的直接控制。它的控制原则一般是先稀后浓，逐级变换。凝结时间的控制：凝结时间的变化由C/S来控制。为了确保凝结时间的准确，在注浆过程中，需经常测试，一般每拌一筒浆或变换一级浓度或配比时，需要取样实配，测定凝胶时间，通过对比，检查配浆是否准确，泵的操作是否正常，吸浆是否正常，混合器的混合是否均匀，从而有助于监控注浆情况（如压力变化），避免异常故障的发生。
小导管注浆技术在地下及隧道工程施工中得到了广泛的应用。它适合于多种软弱破碎、断层围岩以及砂层和砂粘土层进行超前预加固，并且在较小断面施工条件下可以进行复杂的塌方处理。
参考文献
[1]龙响山,江千金.隧道工程应用小导管注浆技术的前瞻性研究[J].科技进步与对策. 2008（9）：91-93
[2]彭振斌.注浆工程设计计算与施工[M].北京:中国地质大学出版社,2003,8-18
[3]易萍丽.现代隧道设计与施工[M].北京:中国铁道出版社,2003,151-158
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[5]李世辉.隧道围岩稳定系统分析[M].北京:中国铁道出版社,2005,412-520
[6]李河玉,林刚.小导管注浆在破碎板岩中的应用[J].四川建筑,2002（4）：39-40
[7]孙均,朱合华.软弱围岩隧道施工性态的力学模拟与分析[J].岩土力学,2006,27（5）：26-33
[8]冯卫星,况勇,陈建军.隧道塌方方案例分析[M].成都:西南交通大学出版社,2002,131-139
[9]郑宏,葛修润,谷光荣等. 关于岩土工程有限元分析中的若干问题[J].岩土力学,2006,27（5）：26-33
[10]彭立敏,刘小兵.交通隧道工程[M].长沙:中南大学出版社,2005,311-317
[11]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2005,202-209
作者简介
王家海（1973.5.15-），男，工程师，大学本科，工学学士，先后毕业于华北水利水电学院水利水电工程建筑专业和辽宁工业大学土木工程专业，现任中铁十九局集团第一工程有限公司第一项目管理部副经理，主要从事建筑系统的水利水电、铁路、公路、桥梁、隧涵等交通建筑工程的施工生产管理与施工技术研究工作。