隧道工程第七章第一节_围岩预支护(预加固)

预衬砌 开挖面
超前锚杆 链锯
预筑拱
支承架
适用：粘性土、砂性土、淤泥等地层。
六、机械预切槽法
1.基本原理
是用专用的预切槽 机沿隧道横断面周 边预先切割或钻一 条有限宽度的沟槽。
在硬岩中，切槽可作为爆破的临空面，起爆顺序 与传统的爆破相反，不是由里向外而是由外向里逐 层起爆，这种方法可以显著降低钻爆法施工的爆破 振动速度。
在松散地层中，切槽后立即向槽内喷入混凝土， 在开挖面前方形成一个预筑拱，随后才将切槽所定 的开挖面开挖出来，这样有效地减少因开挖面开挖 而产生的围岩变形与地表沉降，并使开挖工作能在 预筑拱保护下安全有效地进行。
➢洞口管棚一般采用套拱定位，套拱部位开挖应视 现场地质条件及配套设备确定。
➢管棚节间用丝扣连接。管棚单序孔第一节长6(9) m，双序孔第一节长3(4.5)m，其余管节长度均为 6(9)m。
➢管棚安装后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔 壁间空隙，连接压浆管及三通接头。
➢管棚注浆前，应向开挖工作面、拱圈及孔口管周 围岩面喷射厚10cm的C25混凝土，以防钢管注浆时 岩面缝隙跑浆。
3.管棚超前支护参数选择
➢管棚应采用热轧无缝钢管制作，必要时钢管内安 装钢筋笼。 ➢钢管直径应符合设计要求，一般为直径70~180 mm ，钢管中心间距宜为管径的2~3倍。 ➢管棚长度应根据地层情况选用，一般为10~40m。 ➢管棚外插角一般为0~3 ° 。 ➢管棚终端位置应达到防护对象的长度加上因开挖 而造成的开挖工作面松弛范围的长度。纵向两组 搭接长度应符合设计要求并应大于3m 。
➢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 和木胺类浆液。
➢细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透 地层中，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化 学浆液，如聚胺脂类，或超细水泥浆。
➢对于不透水的粘土层，宜采用水泥浆、水泥－水 玻璃双浆液，高压劈裂注浆。
➢每循环管棚施工前，应开挖管棚工作室，工作室 大小根据钻机要求确定。管棚施工前，在长管棚设 计位置安放至少三榀用工字钢组拼的导向拱架，导 向拱架内设置孔口管作为长管棚的导向管，要求在 钻机作业过程中拱架不变形、不移位。
工作室应比设计 断面大30~50cm， 导向管长度为2~ 2.5m，管径应大于 管棚直径20~30mm。
适用条件：颗粒较细的粘土质不透水(浆)地层
(3)压密注浆
用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡， 向周围土层加压使得到加固。
(4)高压喷灌注浆
通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷 咀中喷射出高速浆液射流，促使土粒在冲击力、 离心力及重力作用被切割破碎下，随注浆管的向 上抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固 之目的。
(2)注浆材料的配比
➢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。
5.注浆
➢ 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。 ❖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0.5~1.0 MPa，止浆塞应能经 受注浆压力。
厦门翔安海底隧道采用RPD-180CBR多 功能管棚钻机进行管棚、超前地质预报、 注浆、止水等作业
5.管棚钻孔、安设施工要求 ➢(引孔顶入法)当钻进地层易于成孔时，一般采用先 钻孔、后插管的方法。即钻孔完成经检查合格后， 将管棚连接接长，由钻孔旋转顶进将其装入孔内。
➢(跟管钻进法)当地质状况复杂，遇有砂卵石、岩 堆、漂石或破碎带不易成孔时，可采用跟管钻进工 艺，即将套管及钻杆同时钻入，成孔后取出内钻杆， 顶进棚管，拔出外套管。
4.管棚钻机的选择应满足的要求
➢应具备可钻孔的大扭矩，又要有破碎地层中坚硬 孤石的高冲击力。 ➢应能准确定位、可多方位钻孔、深孔钻进精度高。
➢轻便、移动灵活方便。
RPD-180CBR多功能管棚钻 机实现了在隧道内的全角度 管棚、长距离超前预报和全 断面帷幕注浆等作业。配备 了电动、柴油双动力单元， 钻孔作业采用电力驱动，杜 绝了尾气排放污染
浆)~8 h(水泥浆)方可开挖。
四、超前深孔帷幕注浆
1.注浆机理及适用条件
(1)渗透注浆 采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、
裂缝、孔隙里、凝固后将岩土或土颗粒胶结为整 体，以提高地层的稳定性和强度。
适用条件：破碎岩层、砂卵石石层、中细、粉砂 层等有一定渗透性的地层
(2)劈裂注浆
采用高压浆液强行挤压孔周，在注浆压力的作 用下，浆液作用的周围土体被劈裂并形成裂缝， 通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起 到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提高其 强度和稳定性。
第七章 山岭隧道常规施工
• 围岩预支护(预加固)
• 隧道爆破技术 • 装渣与运输 • 初期支护 • 监控量测与数据分析 • 防水隔离层及施工 • 二次衬砌 • 辅助坑道
第一节 围岩预支护(预加固)
一 超前锚杆
1.构造组成
超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，
向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚
4.钻孔布置及注浆压力
钻孔间距要视地层条件、注浆压力、及钻孔能 力等来确定。一般渗透性强的地层，可以采用较 低的注浆压力和较大的钻孔间距，钻孔量也少， 但平均单孔注浆量大。
渗透式注浆时，注浆压力应大于待注浆地层的 静水压力；劈裂式注浆时，注浆压力应大于待注 浆地层的水压力与土压之和；并取一定的储备系 数，一般为1.1~1.3。
沿开挖轮廓线以较小的 外插角、向开挖面前方 打入钢管或钢插板构成 的棚架来形成对开挖面 前方围岩的预支护。
a)管棚的环向布置
b)管棚钢管纵向错接
c)钢管端部横向联接
2.性能特点及适用条件
特点：整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较 强，且能提前承受早期围岩压力。
适用条件：主要适用于围岩压力来得快来得大、 对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱破碎 围岩隧道工程中。
➢超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料 可用不小于φ22的螺纹钢筋。
➢开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区， 以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点。
➢开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初 期支护。
➢开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混 凝土层的开裂、起鼓等情况。
二 管棚
1.构造组成 管棚是利用钢拱架的溢浆Βιβλιοθήκη 。φ38~50mm有缝钢管
出浆孔 3.5~6.0m
0.2m
2.性能特点及适用条件
特点：浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将 岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞 了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了 堵水作用。
适用条件：适用于自稳时间短的软弱破碎带、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。
➢注浆后及时扫排管内胶凝浆液，用水泥砂浆充填 密实；对于非压浆孔，直接充填即可。
三 超前小导管注浆
超前小导管注浆是在开挖掘进前，先用喷混凝土 将开挖面和隧道一定范围内的地段封闭，然后隧道 拱部轮廓线打入带孔的钢管，并向钢管内注浆，浆 液即由导管渗透到地层中，在隧道拱部形成固结体 并加固围岩。
1.构造组成
FBY系列双液注浆机
➢ 注浆结束条件 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。
➢ 注浆效果检查
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。
➢ 开挖时间 注浆后应视浆液种类，等待4h (水泥－水玻璃
3.注浆数量及注浆材料选择
注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量 来确定。
充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。
Q＝n·a·A
式中：Q——注浆总数量，m3； A——被加固围岩的体积，m3； n——被加固围岩的孔隙率，%； a——过去实践证实了的充填率，%。
土质
垆坶 粘土 粉砂
砂
砂砾
注浆目的
堵水加固
掌子面渗透注浆
广州地铁地表深孔分段注浆技术
正注浆区域 已注浆区域
(a)洞内超前注浆
正洞 平行导坑
(b)地表超前注浆
(c)平导超前注浆
2.注浆范围
要确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区 的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开 挖坑道后围岩的压力重分布结果，并确定其塑性 破坏区的大小(R0－r0)，这也就是应加固区的大小。
堵水
加固
堵水
孔隙率(%)
范围值 标准值
65~75 70
50~70 60
40~60 50
46~50 48
40~48 44
30~40 35
46~50 48
40~48 44
40~60 50
28~40 34
22~40 31
充填率 a(%) 约 30 约 30 约 20 约 60 约 50 约 50 约 50 约 40 约 60 约 60 约 60
➢极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管；地下水 丰富的松软层，可采用双排以上的多排管；大断 面或注浆效果差时，可采用双排管。
➢小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管， 并用塑胶泥(40ºBe水玻璃拌525号水泥)将导管周围 孔隙封堵密实。
4.注浆材料
(1)注浆材料种类及适用条件
➢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。
钻孔
15°
小导管
钢支撑
0.2m
➢小导管一般采用直 径38~50mm的无缝钢 管制作。
a<40cm
r
r
b (取30cm)
➢在小导管前端做成
约10cm长的圆锥状，
在尾端焊接直径
管箍(φ6钢筋加焊)
6~8mm的钢筋箍。距
后端100cm内不开孔，
剩余部分按20 ~30cm
1.5m不钻孔
梅花形布置直径6mm
1.钻机定位
钻孔直径 D=90~150mm
2.按要求深度钻出旋喷孔
废浆液处理
3.自孔底喷射浆液，边喷、边转动、边后退，形成固结体
木栓
4.喷毕，拔出喷头、将木塞塞入孔口，防止浆液外流
钢筋或钢 管 5.视需要可插入芯材（如钢筋或钢管），以提高固结体的 抗弯折能力
特点：旋喷柱抗弯性不强，施工控制的难度较大， 投资也较大（我国水平旋喷机性能不高）
3.小导管布置和安装
➢小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的 坑道喷射5~10cm厚的混凝土封闭。
➢小导管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的无 缝钢管制作，长度宜为3~6m
➢钻孔直径应较管径大20mm以上，环向间距应按 地层条件而定，一般采用20~50cm；外插角应控制 在10°~30°之间，一般采用15° 。
固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖
等作业。
超前锚杆
2.性能特点及适用条件 特点：柔性较大，整体刚度较小。
适用条件：
地下水较少的软弱围岩的隧道工程中，如裂隙发 育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压隧道。
3.设计、施工要点 ➢超前锚杆的超前长度为循环进尺的3~5倍，宜采 用3~5m长，环向间距采用0.3~1.0m；外插角宜用 10°~30°；搭接长度宜为超前长度的40%~60% 左右，即大致形成双层或双排锚杆。
五、水平旋喷预支护
喷射注浆法，又称旋喷法，分为垂直和水平旋喷 注浆两种方法。
水平旋喷注浆法：使用旋喷注浆机，沿着隧道掌 子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过 固结体的相互咬合形成预支护拱棚。
水平旋喷钻机
一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到
设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥 一水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射 流切割腔壁土体，被切割下的土体与浆液搅拌混合、 固结形成直径600mm左右的固结体，同时周围地层 受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到—定 程度的改善。