《隧道工程》课件第18讲围岩预支护(预加固)

第七章隧道施工工艺及施工技术围岩预支护(预加固)01围岩预支护(预加固)装渣与运输初期支护监控量测与数据分析防排水施工工艺辅助坑道二次衬砌隧道爆破施工技术 第一节围岩预支护(预加固)隧道施工中常用的辅助稳定措施分地表处理和洞内处理两方面：地表处理(适用于洞口段、浅埋隧道)1、井点降水2、注浆加固(渗透注浆)3、锚杆(桩)、钢管桩加固4、高压旋喷桩、搅拌桩加固 洞内处理(适用于洞口段、浅埋隧道、深埋隧道)1、稳定开挖工作面(1)超前预支护(超前锚杆、超前小导管、超前管棚)(2)临时仰拱(3)扩大拱脚及锁脚锚杆(4)喷射混凝土封闭开挖面(5)正面锚杆 洞内处理(适用于洞口段、浅埋隧道、深埋隧道)2、地下水处理及围岩加固(1)洞内井点降水(全断面封闭注浆、周边半封闭注浆、小导管注浆、局部注浆、高压旋喷注浆等)(2)开挖工作面预注浆(3)冻结法(4)钻孔排水(5)泄水洞 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，如土砂质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、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。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。 超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10cm，外插角不超过1º~2º，锚入长度不小于设计长度的96%。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。 二管棚管棚是利用钢拱架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。1.构造组成 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。 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70~180mm，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。 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。 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 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。 引孔顶入法 跟管钻进法 5.管棚钻孔、安设施工要求每循环管棚施工前，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。 5.管棚钻孔、安设施工要求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。 5.管棚钻孔、安设施工要求管棚注浆前，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。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。 厦门翔安海底隧道应用实例（1）目的：注浆工作经检查合格后，为确保开挖期间因地层的不均一或存在注浆加固盲区等原因产生坍塌带来工程风险和安全风险，开挖前，在开挖面拱顶施做超前大管棚支护，管棚参数见下表。序号参数名称参数值备注1管棚长度全断面注浆长度－5m2管棚规格Φ108、δ=6mm管棚上钻溢浆孔3每节长度2.5～3.5m4环向间距30cm5管棚个数35根6注浆终压2～3MPa 为施做大管棚，施工管棚工作室。风化深槽的管棚工作室施工有两种：第一种是在进入风化深槽前对已开挖岩石段进行扩挖；第二种是进入风化深槽内部后在开挖过程中预留出管棚工作室空间。（2）管棚工作室的施工 （3）管棚导向管施工为保证大管棚施工精度，在施做砼止浆墙时，沿隧道开挖轮廓线外放预留沉落量位置埋设管棚导向管。 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人带孔的钢管，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。 钻孔15°小导管钢支撑0.2m1.构造组成 a<40cmrrb(取30cm)3.5~6.0m管箍(φ6钢筋加焊)出浆孔1.5m不钻孔0.2mφ38~50mm有缝钢管小导管一般采用直径38~50mm的无缝钢管制作。在小导管前端做成约10cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6~8mm的钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按20~30cm梅花形布置直径6mm的溢浆孔。 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。 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，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10~20cm交错钻眼，眼孔直径宜为6~8mm。 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°。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。 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。 (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.注浆注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求，并应进行现场试验运转。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，止浆塞应能经受注浆压力。FBY系列双液注浆机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。注浆压力 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。开挖时间注浆效果检查注浆结束条件 地质条件空隙率%有效注浆率注浆材料细砂30~500.3~0.5改性水玻璃中粗砂30~500.3~0.5CS浆液砂砾夹卵石层40~500.5~0.7水泥浆砂黏土30~600.3~0.5水玻璃注浆材料的选择 注：①凿岩机钻孔②安装小导管③连注浆管④注浆 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。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。 掌子面渗透注浆 广州地铁地表深孔分段注浆技术