超前小导管、超前锚杆、超前大管棚3种施工方案对比

小浪底北岸灌区隧洞工程不良地质超前支护方案

为了加快隧洞施工进度和提高工效，针对隧洞中出现围岩情况差的不良地质情况，在不同情况下采用超前锚杆、超前小导管和超前大管棚三种支护措施。

一、支护方案简介及设计参数

超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。在本项目中，超前锚杆主要用在V级围岩上限（较好）段，施工时间较短；超前锚杆应配合钢拱架或格栅拱架使用，设计参数如下：

（1）采用直径φ25mm螺纹钢，长度为3.5m；

（2）锚杆沿拱环向布置间距30cm；

（3）倾角：外插角10°-15°，可根据实际情况调整；

（4）纵向间距2.5m一环，搭接长度不小于1m；

（5）注浆材料：M20水泥浆。

超前小导管主要用于自稳时间段的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。在本项目中，超前小导管主要用在V级围岩下限（较差）段，施工时间较超前锚杆长；超前小导管应配合钢拱架使用，设计参数如下：

（1）采用外径φ42mm厚3.5mm无缝钢管，长度为3.5m；

（2）钢管钻设注浆孔间距为100 - 150 mm；

（3）钢管沿拱环向布置间距30cm-50cm；

（4）倾角：外插角10°-15°，可根据实际情况调整；

（5）注浆材料：M20水泥浆。

超前大管棚是由钢管和钢格栅或钢拱架组成。管棚利用钢格栅拱架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的预支护。管棚适用于特别困难地段（如极破碎岩体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩）的隧洞施工中采用。在本项目中，主要用在洞内大型塌方，常规办法已无法处理的情况下，施工时间较长。具体设计参数如下：

（1）大管棚钻孔孔口位置沿隧洞拱部开挖轮廓线外10cm布置，环向中心间距30cm，外插角约7°（可根据实际情况确定），每环17根；

（2）钢管采用外径φ108mm壁厚8mm无缝钢管，每根长度为10m。钢管分段安装，两端之间用φ89钢管连接，套管长50cm。

（3）钢管上注浆孔孔径10～16mm，梅花型布置，间距15～20cm。钢管尾部2m长不钻孔作为止浆段。

（4）拱架上固定φ150导向管，导向管环向间距30cm，单根长度以实际长度为准，

用来控制超前大管棚的方向。

（5）注浆浆液采用水泥浆，水灰比为0.5:1，当地下水较大，注浆液改为水泥浆和水玻璃双浆液。注浆压力采用0.5-1MPa。

二、具体施工方法

具体施工中的施工方法为：

以本项目10m施工段为例，拱架间距设为50cm：

（一）超前小导管：

①采用外径φ42mm厚3.5mm无缝钢管，单根长度为3.5m，环向间距30cm。小导管安设一般采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大3-5mm，然后将小导管穿过已立好的钢架腹部，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90%（3.15m），并用高压风把钢管内内份砂石吹出。

②小导管安设后，用朔泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射砼，以防工作面坍塌。

③隧洞的开挖长度应小于小导管的注浆长度（2.5m），预留部分作为下一循环的止浆墙。

④注浆完成后，以50cm的间距架立钢拱架，两榀钢拱架之间采用Φ20钢筋连接，Φ20连接筋间距1m，内外交叉布置，每处钢拱架拱脚处打Φ20锁脚锚杆4根以固定钢拱架。

⑤每榀钢拱架打13根Φ25砂浆锚杆，锚杆环向间距1m

⑥拱架架立完成后，在连接筋后部及时挂设间距20cm的ø6钢筋网，钢筋网搭接1～2个网格。对拱架喷射C20砼。

⑦重复①②③④⑤⑥步骤施工下一个循环。

（二）超前锚杆

①采用外径φ25mm螺纹钢，单根长度为3.5m，环向间距30cm。采用风钻进行钻孔，用锤击或钻机顶入，锚杆外漏长度适中，尾部与钢架焊接。

②锚杆插入孔后并插入注浆管，然后将锚杆孔封闭，并与注浆机连接，以防漏浆。

③隧洞的开挖长度应小于锚杆的注浆长度（2.5m），预留部分作为下一循环的止浆墙。

④注浆完成后，以50cm的间距架立钢拱架，两榀钢拱架之间采用Φ20钢筋连接，Φ20连接筋间距1m，内外交叉布置，每处钢拱架拱脚处打Φ20锁脚锚杆4根以固定钢拱架。

⑤每榀钢拱架打13根Φ25砂浆锚杆，锚杆环向间距1m

⑥拱架架立完成后，在连接筋后部及时挂设间距20cm的ø6钢筋网，钢筋网搭接1～2个网格。对拱架喷射C20砼。

⑦重复①②③④⑤⑥步骤施工下一个循环。

（三）超前大管棚

⑴在已支护完成且并未塌方处立套拱2榀，2榀套拱间距1m，套拱采用I20的钢拱架，套拱拱顶距支护好拱架拱顶间距以实际施工情况为准，2榀套拱之间采用Φ20钢筋连接，连接筋环向间距50cm，在套拱边墙打设φ42钢管来固定套拱拱架，φ42钢管间距1m；拱脚加长50cm，每处拱脚打设φ42锁脚锚管4根，用来固定拱脚，然后用C25混凝土浇筑，为超前大管棚施工做准备。

⑵在套拱拱架上固定φ150导向管，导向管环向间距30cm，单根长度以实际长度为准，用来控制超前大管棚的方向。导向管与拱架之间每处用φ2根20钢筋连接牢固。

⑶对大管棚孔位进行编号，从一侧顺次编号，钻孔时先从拱顶往两侧钻编号为单号的孔，接着钻编号为双号的孔。同时进行钢花管的加工，钢花管按照设计要求制作，采用φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长为5m，φ108管棚长10m，嵌入围岩内4m。管棚环向间距为30cm,外插角7°。钢管上注浆孔孔径10～16mm，梅花型布置，间距15～20cm。尾部12m范围内不钻孔作为止浆段，为防止浆液倒流，每根管棚尾部均焊接有止浆阀。

⑷孔钻完成后，立即进行清孔，把按设计要求加工好的钢花管顶入套管内，每钻完一根便顶进一根钢花管。φ108钢花管之间用φ89钢管连接。套管长50cm。

⑸钢花管安装完成后进行注浆，注浆分两次进行，即第一次是编号为单号的孔位钻孔及钢花管施工完成后，对编号为单号的孔位进行注浆，第二次是编号为双号的孔位钻孔及钢花管施工完成后，对编号为双号的孔位进行注浆；若单号孔位注浆不密实，可通过双号孔位注浆填充密实；大管棚在注浆前要将钢花管与预埋导向管间空隙用水泥砂浆封堵，避免漏浆。

⑹重复（一）类情况①②③④⑤步施工。

三、工程量与投资对比

（1）工程量对比

Φ25超前锚杆：环向间距30cm，每根长3.5m，每2.5m打设1循环，搭接1m，10m 中共计为4循环，共计3.5*4*（3.15*2.2/0.3）=14m/循环*23根/循环=322m；以每天施工2m为例，共计施工10m完成需要5天。

Φ42超前小导管：环向间距30cm，每根长3.5m，每2.5m打设1循环，搭接1m，10m 中共计为4循环，共计3.5*4*（3.15*2.2/0.3）=14m/根*23根/循环=322m；以每天施工2m为例，共计10m施工完成需要5天。

Φ108超前大管棚：环向间距40cm，每根长为10m，共计10*（3.15*2.2/0.4）=10m/根*17根=170m；施工准备计2天，每天施工超前大管棚5根，计4天，10m开挖每天按3m算，需3天，共计10m施工完成需要2+4+3=9天。

（2）投资对比

超前锚杆（D25/3.5m）：23根/循环*4循环*183.97元/根（暂估价）=16925元；

超前小导管（管径42mm）：322m*50.87元/m（暂估价）=16380元；