超前小导管支护

《岩土加固技术》

——课程论文

学号15085888

班级土木08-7班

姓名叶庆

中国矿业大学力学与建筑工程学院

2011.11.11

超前小导管注浆支护

擅要：超前小导管注浆是软弱地层隧道开挖中通常采用的一种技术，且多用于拱顶的预支护。超前小

导管注浆法施工工艺简单。提高了软弱围岩的强度和变形模量。抑制了软弱地层开挖时的局部坍塌变形。改善了掌子面和围岩所处的二次应力场和位移场。

关键词：超前支护小导管施工工艺加固机理

近年来，随着我国交通基础设施建设规模的逐步扩大，公路隧道修建的数量也日益增多。当隧道施工中遇到浅埋软岩、自稳性差的软弱破碎围岩、严重偏压的地段时，需要采用超前辅助施工才能顺利开挖。小导管注浆法具有施工工艺简单、无需大型机具、可操作性强经济效益好等优点，在隧道软弱破碎地层开挖时被广泛采用。

1 超前小导管的施工工艺

1.1注浆加固范围及小导管布设

区间隧道开挖采用直径42mm超前注浆小导管加固地层。小导管单根长度根据不同的衬砌结构断面采取不同的长度，环向间距33cm，从拱部格栅中穿过，仰角及外插角7～12度(角度过小影响下榀格栅的架设，极易造成侵限，角度过大，易出现超挖现象)。布设范围大部分在拱部120度角范围内，纵向每两米打设一次，前后两次小导管搭接长度不小于1．5m。小导管布设如下图：

注浆范围及注浆管布设示意图

1.2 小导管加工制作

小导管采用直径42mm普通焊管加工而成，小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻中8～10mm溢浆孔，呈梅花形布置(防止注浆出现死角)，问距20cm，尾部1．Om范围内不钻孔防止漏浆，末端焊环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。小导管加工成形图见下图。

小导管施工示意图

1.3 浆液选择、配制及注浆

1.3.1 浆液的选择

根据本工程地质情况及招标文件设计要求浆液选用水泥——水玻璃双浆液。

1.3.2 浆液的配制

水泥浆液和水玻璃浆液分别在两个容器内，按一定的配比配制好待用。

1.3.3 注浆参数的选择

双浆液配比根据现场试验确定，一般情况下水泥浆：水玻璃浆=l：l～l：O．8(体积比)。凝胶时间根据实际情况确定，一般为8～lOmin。注浆初压拟为0，3Mpa，终压为0．6Mpa。注浆压力不宜超过0．6Mpa，否则浆液损失过大，造成浪费。

1.3.4 注浆工艺

首先进行注浆管路系统的试运转。按注浆站布置图和工艺流程图，安排设备就位，接好管路系统，做注浆前的试运转。用1．5——2倍注浆终压对系统进行吸水试验检查，并接好风、水、电，检查管路系统是否耐压，有无漏水，检查管路连接是否正确，检查设备机况是否正常，使设备充分“热身”。试运转时间一般20分钟。注浆时压力控制控制一定要到位。注浆过程中，将压力分为几个阶段，逐级升到规定值。注浆开始时，使用最低一级的压力压注，当注浆量增加到一定程度，再将压力升高一级。当注浆量又增加到定程度，再将压力升高一级，如此直到在规定压力下，单位注浆量达到设计标准，结束注浆。压力分级不宜过多，采用分压注浆，减少浆液的过度流失，节省了压浆材料。注浆结束标准。当注浆压力达到设计终压后稳定20分钟后，结束注浆。

1.3.5 注浆施工注意事项

(1)在注浆过程中，经常出现串浆现象。发生串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，在单泵条件下应将注浆孔及时堵塞。轮到该管注浆时，再拔下堵塞物，将管内杂物清除并用高压风或高压水冲洗，然后再注浆。

(2)水泥浆单液或水泥水玻璃双液注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度和配比，缩短凝胶时间，进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，但停留时间不能超过混合浆的凝胶时间。

(3)注浆效果检查在小导管搭接范围内进行，主要检查注浆量偏少或有怀疑的注浆孔，认真填写检查记录。渗入性注浆通过钻孔检查注浆厚度，小于30era时，应补管注浆。

1.4 注浆关键技术措施

要严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆固结体的强度，选定最佳配合比。同时在注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设汁要求，并稳压，保证浆液的渗透范围。当出现异常现象时，采取下列控制措施：

(1)降低注浆压力或采用间隙注浆；

(2)改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间；

(3)调整注浆实施方案；

(4)注浆效果检查：一方面用进浆量来检查注浆效果，另一方面因为注浆方法为周边单排固结注浆，开挖隧道后检查地层固结厚度，如达不到要求，要及时调整浆液配合比，改善注浆工艺；

（5）为防止孔口漏浆，在花管尾端用麻绳及胶泥(水泥+少许水玻璃)或喷射混凝土，封堵钻孔与花管的空隙；

（6）注浆管与花管采用活接头联结，保证快速装拆；

（7）注浆的次序由两侧对称向中间进行，自下而上逐孑L注浆；

（8）拆下活接头后，快速用水泥药卷封堵花管口，防止未凝的浆液外流；

（9）注浆过程派专人记录，开挖时要检验注浆效果；

（10）注浆达到需要强度后方可进行开挖作业，

2 支护机理分析

超前注浆小导管的施做，使得掌子面围岩开挖后，产生不同于未施做时的二次应力状态．另一方面，通过高压注浆改变了岩体的结构参数．通过这两方面的作用，在未经开挖的岩土体中形成刚度较大的加固圈，提高了岩土体的稳定性，使得隧道开挖时，围岩塑性区出

现的时间得到延缓并使围岩的塑性区减小脚．通过小导管向岩土体内注入浆液，不但提高了岩土体的力学性能指标，还起到了防水的作用．总之，超前注浆小导管技术的支护机理分析可以从两方面来考虑：小导管的注浆加固机理和结构作用．通过小导管向岩土体内注入浆液，不但提高了岩土体的力学性能指标，还起到了防水的作用．总之，超前注浆小导管技术的支护机理分析可以从两方面来考虑：小导管的注浆加固机理和结构作用．

2．1小导管的注浆加固机理

超前注浆小导管支护技术在使用过程中，通过小导管上的出浆孔，将浆液均匀地压注到围岩中，以达到加固围岩的作用．．在超前注浆小导管支护技术中，采用填充注浆、渗透注浆、劈裂注浆或挤密注浆等机理，在化学胶结作用、惰性填充作用和离子交换作用下，可以改良岩土的现有的性质或从根本上改变岩土的物理化学性质，从而在被注范围内产生一种新的物质．被注浆加固介质强度的增长是一种受多种因素制约的复杂的物理化学过程．浆液与界面的结合形式、浆液饱和度、时间效应以及灌浆材料对注浆效果起着重要的作用．

2.2 小导管的结构作用

小导管随着注浆后围岩强度的增长起到了锚杆、棚架和锚杆桩等多重作用，使得被加固区围岩密实，整体稳定性增大，可达到理想的开挖条件．

(1)锚杆作用．小导管的锚杆作用机理如同锚杆的锚固机理，主要有联接原理、组合梁原理和均匀压缩拱原理三种在隧道的超前支护中，三种作用原理同时存在，但究竟以哪种原理为主，要根据地质条件、工艺、和小导管的布置方式综合分析，往往是两种或三种的综合作用．

(2)棚架作用．小导管的棚架作用指小导管施做完成后，进行隧道开挖施工时，小导管以靠近掌子面的钢支撑和前方未开挖的部分岩土体为支点，在纵向支撑起中间部分的岩土体，起纵向梁作用．

(3)锚杆桩作用．超前注浆小导管支护中，小导管的一端与钢拱架固定链接．通过注浆，小导管全长与岩土体胶结咬合，并且形成“壳状”加固圈，当加固圈承受围岩松散压力时，小导管便起到锚杆桩的作用．

3 结语

超前小导管施工技术，适用于风化严重、节理发育和风积砂土层、碎石土、砾石土、砂、泥等各种软弱围岩条件下的隧道开挖．也适用于各种地下工程、渗透性地基加固和抗渗防水加固及塌方处理等。以导管为骨架通过注浆加固一定范围内的岩土层，提高了软弱破碎岩层的强度和变形模量，在隧道拟开挖轮廓外部形成具有较强承载能力的改良加固带，有效解决了开挖后引起的流砂、塌土等失稳现象。改良加固层承担了开挖引起的大部分松动荷载，支护结构位移主要是由改良层围岩的变形压力引起的。隧道初期支护结构受力、变形较小。又由于改良加固带的刚度较大、整体性较好，故隧道围岩应力集中现象明显降低，可以有效抑制拱顶下沉变形和洞周收敛变形。

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