隧道工程-隧道施工工艺与施工技术-497页PPT讲义

内容摘要：

隧道施工中常用的辅助稳定措施有：

一、超前锚杆

1、构造锚杆

超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方一定范围内安装的斜向锚杆。

2．性能特点及适用条件

锚杆超前支护的柔性较大，整体刚度较小。

它主要适用于应力不太大，地下水较少的破碎、软弱围岩的隧道工程中，如裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压的隧道。且一般与系统锚杆同时使用，形成联合支护。

应力较大的严重破碎围岩中，超前锚杆的后期支护刚度就有些不足，不宜使用。

采用风枪、凿岩机或专用的锚杆台车钻孔，锚固剂或砂浆锚固，其工艺简单、工效高。

3．设计、施工要点

(1)超前锚杆的长度、环向间距、外插角等参数，应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超前长度为循环进尺的3—5倍，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％一60％左右，即大致形成双层或双排锚杆。
(2)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 mm的螺纹钢筋。
(3)超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10 cm,外插角不超过1°—2°锚入长度不小于设计长度的96％。

(4)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。其尾端应尽可能多的与系统锚杆及钢筋网焊连。若掌子面出现滑坍现象，则应及时喷射混凝土封闭开挖面，并尽快打入下一排超前锚杆，然后才能继续开挖。下一循环的开挖应考虑适当缩短掘进循环进尺。
(5)开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。
(6)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，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，如遇地下水时，则可钻孔引排。

二、管棚

（一）构造组成

管棚是利用沿开挖轮廓线、以较小的外插角、向开挖面前方打入的钢管或钢板与钢拱架构成的一种钢管棚架或钢板棚架，简称“管棚”或“板棚”。

（二）性能特点及适用条件

管棚因采用钢管或钢插板作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。因此管棚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，如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。

若有地下水但水量不大，可减小钢管环向间距，减小钢拱架纵向间距，加密管棚；
若水量较大，采用钢插板封闭围岩更为有效；
若水量较大且水压力较大，则可将管棚与注浆相结合，形成超前小导管注浆方能奏效。

短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较多，但钻孔安装或顶入安装较容易。

长管棚一次超前量大，虽然增加了单次钻孔或打入长钢管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。在长钢管的有效超前区段内，基本上可以进行连续开挖，也更适于采用大中型机械进行大断面开挖。

（三）设计、施工要点

(1)超前管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。在设计中，要充分考虑地质、周边环境、隧道开挖断面、埋深以及开挖方法等，决定管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等。

(2)管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。长管棚长度不宜小于 10 m,一般为10—45 m；管径70—180 mm，孔径比管径大20—30 mm，环向间距0.2—0.8 m；外插角1°—2°。

(3)两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5 m;钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。

(4)钢拱架应安装稳固，其垂直度允许误差为±2°,中线及高程允许误差为±5 cm。

(5)钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架的腹筋；钻孔方向应用测斜仪检查控制，钻孔平面误差不大于15 cm,角度误差不大于0.5°，钢管不得侵入开挖轮廓线。

(6)第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入。要打一眼，装一管，由上而下顺序安装。

(7)长钢管应用4——6m的管节逐段接长，打入一节，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15 cm；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开。一般按编号，偶数第一节用4m，奇数第一节用6m，以后各节均采用6 m。

(8)当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆，一般在第一节管的前段管壁交错钻10—15 mm孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。水泥砂浆应用牛角泵或其他能满足要求的设备灌注。砂浆标号可用C20-C30，并适当加大灰砂比

(9)钻孔时如出现卡钻或坍孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。

三、超前注浆小导管

（一）构造组成

自进式注浆锚杆几点改进：

其一是它在小导管的前端焊接了一个简易的一次性钻头或尖端，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短了导管安装时间，尤其适用于钻孔易坍塌的地层；

其二是对于可以采用水泥浆的地层，它改用水泥砂浆作为胶结材料，可进一步降低造价；

其三是它的管体采用波纹或变径外形，以增加粘结和锚固力，增强了加固效果

（二）性能特点及适用条件

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。
但超前小导管注浆对围岩加固的范围和加固处理的程度是有限的，注浆压力较低。
因此，超前小导管注浆主要适用于渗透系数较大的无地下水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩体的地层条件。若用于渗透性差的地层，则容易形成“跑浆”，即浆液沿管外与孔壁之间形成回流。

作为软弱破碎围岩条件下隧道施工的一项特殊措施，超前小导管注浆作业只能在隧道内进行，即小导管安装和注浆作业都要进入洞内施工作业循环，因而占用较多的洞内作业循环时间，不利于提高施工速度。

（三）小导管布置和安装

(1)小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5—10 cm厚的混凝土封闭。

(2)小导管一般采用φ32 mm的焊接管或φ40 mm的无缝钢管制作，长度宜为3—6m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10～20 cm交错钻眼，眼孔直径宜为6—8mm。

(3)钻孔直径应较管径大20 mm以上，环向间距应按地层条件而定，一般采用20—50 cm;外插角应控制在10°—30°之间，一般采用15°。

(4)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。

(5)小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。

投稿会员：芳华