级市政——隧道预支护

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1、第三讲隧道预支护技术超前预支护技术在破碎或松散地层、自稳能力差的隧道施工中被广泛采用。所谓的超前预支护，就是隧道开挖之前，在掌子面前方的自然地层设置一个像拱壳的连续体，使其既加固掌子面前方的自然地层，同时利用初期支护又保持自然地层的特性，从而保证掌子面及地层的稳定，减少地表沉降量。早期的隧道施工，预支护的形式主要为打插钢板、木板或型钢，即所谓的插板法。现代常用的超前预支护方法有超前锚杆、超前小导管、水平旋喷注浆、机械预切槽法和超前管棚法。1超前锚杆超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔，插入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结成整体。超前锚杆隧

2、道开挖后，杆体及周边固结的部分围岩支承上覆岩土体，防止围岩坍塌，减少洞室变形。在破碎岩石地层中，该方法工艺简单，造价低，应用十分广泛。在砂土质松软地层中，因砂浆与粘土体粘结力较低，限制了应用；同时因为一次施作距离短，预支护刚度小，在地应力较大、地层位移控制严时，也限制了它的使用。(1)布置原则超前锚杆的安装必须作为开挖循环的一个组成部分来完成，旨在作为超前预支护及加固岩体的作用。超前锚杆的设置充分考虑岩体的结构面特性和围岩地质情况。超前锚杆外插角：10~30°。超前锚杆纵向两排的水平投影应有不小于100cm的搭接长度。超前锚杆尾端一般焊接

3、在钢拱架上，以增强共同支护作用。(2)施工工艺材料加工与锚孔布置：锚杆除锈调直；按设计标孔位。钻孔：准确控制外插角，以防增加超欠挖。注浆：先用水和稀浆湿润管路，再开始注浆。插入锚杆：迅速将锚杆插入眼孔，并用锤击方法插至孔底，再用木楔堵塞孔口，防止砂浆流失。清洗整理注浆用具：除掉砂浆，以备下一循环使用。2超前小导管超前小导管与超前锚杆所不同的是将钢筋杆体改为空心钢管，通常管径36~50mm，管壁预留注浆孔，管口止浆封面后，注入水泥浆。压力注浆渗透扩散管周较大的砂土体。管周注浆固结体形成一定厚度的隧道加固圈后，实现超前支护的目的。该方法工艺简

4、单，造价低，特别是砂、土质松软地层中，应用十分广泛。但因其一次施作距离短，预支护刚度小，在地层压力大，地层位移控制要求严时，也限制了它的应用。钻孔15°小导管钢支撑0.2ma<40cmrrb(取30cm)3.5~6.0m管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ25~35mm有缝钢管小导管常与格栅钢架共同组成支护系统。小导管起双重作用：一是起超前管棚作用，二是起注浆管的作用，通过注浆，加固软弱围岩。浆液扩散半径的确定：扩散半径不是浆液在地层中扩散的最远距离，而是指浆液能符合设计要求的扩散距离。考虑到注浆扩散范围相互重叠的情况，可按

5、下式计算：R=(0.6~0.7)L0，其中L0为导管中心间距(m)。(1)基本原理及注浆范围注浆量确定：先计算出单孔注浆量，然后乘以注浆管数即可得：式中，Q——注浆量(m3)；N——注浆管数量(个)；R——浆液扩散半径(m)；L——注浆长度(m)；n——围岩孔隙率(%)；α——浆液充填系数，一般取0.7~0.9；β——注浆材料损耗系数，常取0.1左右。(2)注浆材料断层破碎带及砂卵石地层，当裂隙宽度（或粒径）大于１mm或渗透系数大于5×10-4m/s时，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于有

6、水的强渗透地层，则宜选用水泥－水玻璃双浆液，以控制注浆范围。细、粉砂层、断层带，当裂隙宽度(或粒径)小于1mm，或渗透系数k≥10-４m/s时，注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类或超细水泥浆液。各种浆材的适用范围采用水泥浆液时，水灰比可采用0.5:1~1:1，需缩短凝结时间，则可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。采用水泥－水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可用0.5:1~1:1；水玻璃浓度为25~40ºBe，水泥浆与水玻璃的体积比宜为1:1~1:0.3。(3)注浆孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为0.5~1.0MPa，止

7、浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周0.5~1.0m的半径范围内。要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥－水玻璃浆)~8h(水泥浆)方可开挖，开挖长度应按设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止浆墙。超前小导管施工简易，应急速度快，比超前锚杆支护能力大；比管棚简单易行、灵活、经济、施工速度快，

8、但支护能力较弱；格栅内空间被喷射混凝土充填，其表面被覆盖，所形成的初期支护具有较强的承载能力，并有一定的防水性能；与围岩紧密粘结，形成一个刚度较接近的共同变形体，易形成有效的压力拱，使隧道结构