《隧道工程》课件第19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)02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 正洞平行导坑(c)平导超前注浆正注浆区域已注浆区域(a)洞内超前注浆(b)地表超前注浆 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。注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。3.注浆数量及注浆材料选择 充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。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，%。Q＝n·a·A 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。 5.施工要点注浆管和孔口套管：注浆管一般采用带孔眼的钢管或塑料管。止浆塞常用的有两种，一种是橡胶式，一种是套管式。钻孔：钻孔可用冲击式钻机，或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。 注浆顺序：应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游(地下水)后下游顺序进行。结束条件：注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。单孔结束条件为：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80%以上。全段结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。 6.施工方式预注浆施工可根据设计和围岩情况采用全孔一次性注浆、分段前进式或后退式注浆三种方式进行。1、对于孔深小于6m或地层裂隙较均匀的地层，可采取全孔一次性注浆，直接将注浆管路接在孔口管上，或在孔口处设止浆塞，利用孔口管进行全孔注浆施工。 2、如果钻孔较深，为了适应较弱破碎围岩和裂隙不均匀地层，保证注浆质量，需要将全孔分为若干段进行注浆。根据钻孔和注浆顺序，又可分为分段前进式或后退式注浆两种：1）在裂隙发育或破碎，难以成孔的岩层可采用分段前进式注浆，即全孔自孔口开始，钻进一段，灌注一段，直至孔底最后一段注完为止，每次钻孔注浆分段长度根据围岩情况定为1~3m。前进式分段注浆采用止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。 2）对于围岩局部破碎，但可以成孔的岩层，可采用后退式分段注浆，钻孔一次钻到全孔深，而后在孔内设置止浆塞，从孔底开始，对一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此往复，直到将整个注浆段完成，注浆分段长度宜取0.6~1.0m。 应用实例(厦门翔安海底隧道)----风化深槽超前预注浆加固技术服务净空：6.5×6.05主洞净空：15×10.54行车净空：5.99×6.60行人净空：2.995×3.30带服务隧道的三管隧道方案 应用实例(厦门翔安海底隧道)----风化深槽超前预注浆加固技术根据超前地质预报结果得出风化深槽岩土性质及出水量，拟对风化深槽采用全断面帷幕注浆进行预加固，加固纵向长度25米（35米、40米），横向：主洞开挖轮廓外5米、服务洞开挖轮廓外4米。(1)、注浆方式及范围 (2)、主洞注浆方案左线隧道第一循环帷幕注浆共布设215个注浆孔（含20个检查孔），分为三续孔施工。 服务隧道F1风化槽分三个循环施工，其帷幕注浆共布设128个注浆孔（含12个检查孔），分为三续孔施工。 (3)、钻孔注浆施工工艺快速接头连接法兰盘连接 A分段前进式注浆工艺主要采用安装孔口管分段前进方式进行，首先钻直径较大的孔，安装孔口管和高压球阀及止水装置，然后钻3~5m退出钻杆，进行注浆，注浆完成后再钻下一段，如此往复，直到完成。 B钻杆后退式注浆工艺主要采用安装孔口管钻杆后退方式进行，首先钻直径较大的孔，安装孔口管和高压球阀，然后钻杆向前钻进，钻到设计孔深后，在孔口安装上排砂和止浆装置，并将钻杆后的水便接头拆下，换成注浆装置，进行注浆，注浆过程中边旋转，边后退，根据地层吸浆情况和注浆压力，决定后退速度，防止浆液粘住钻杆。 B钻杆后退式注浆工艺 (4)、钻孔注浆设备序号机械名称型号单位数量主要性能参数1多功能地质钻机卡萨C6矿岩150C套3额定扭矩：13500N.m最大给进力:1800KN最大起拨力:1800KN2双液注浆泵KBY50/70套4最大压力:7MPa最大流量:50l/min3水泥浆搅拌机ZSKYS-ZJ2台4最大容量:300l (5)、注浆材料序号名称配比水灰比初凝时间外加剂1普通水泥单液浆W:C=(0.8～1):16～10h加入一定比例的外加剂调整浆液性能2MFC超细水泥浆W:C=(0.6～1):14～6h3普通水泥-水玻璃双液浆W:C=(0.6～1):1C:S=1:(1～0.3)3～5min注浆材料第一循环主要选用超细水泥浆单液浆、高强度混凝土(HSC)水泥浆单液浆和超细水泥—水玻璃双液浆，以后各循环主要以普通水泥浆液、普通水泥—水玻璃双液浆为主。 序号参数名称参数值1纵向注浆加固长度25～40m2径向加固范围开挖面及开挖轮廓线外4～5m3浆液扩散半径1.5m4注浆压力2～3.5MPa5注浆孔直径Φ65/90mm6注浆速度5～110L/min7终孔间距2.2m8注浆方式分段前进式结合钻杆后退注浆9注浆孔数量237（140）个，检查孔24个10孔口管L=3.0m，φ108mm，壁厚5mm(6)、注浆参数 (7)、注浆结束的标准A单孔注浆结束标准：单孔注浆以定量定压相结合。定量标准：当注浆量达到单孔设计注浆量，压力仍然不上升，可采取双液注浆等措施，使注浆压力逐渐上升；定压标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐下降，当注浆压力达到设计压力时，即可结束该孔注浆。。 B、全段结束标准:①设计的所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。②按总注浆孔数量的5%~10%设计检查孔，每个检查不塌孔、不涌泥沙，单孔出水量小于0.15L/m.min（后期调整为0.25L/m.min)时，则结束注浆，负责，要进行补注浆，直到出水量检查合格。 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。 1.钻机定位3.自孔底喷射浆液，边喷、边转动、边后退，形成固结体废浆液处理2.按要求深度钻出旋喷孔钻孔直径D=90~150mm 4.喷毕，拔出喷头、将木塞塞入孔口，防止浆液外流木栓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钢筋或钢管 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）适用：粘性土、砂性土、淤泥等地层。 六、机械预切槽法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。1.基本原理 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。 (1)硬岩中的机械预切槽法在硬岩中，切槽的目的是避免城市工地上由爆破引起振动的径向传播。切槽的宽度一般为8~10cm，长度为3~4m。对于非常硬的地层，宽度可以减少到4cm。 (2)松散地层中的机械预切槽法也称预衬砌法，是超前支护的一种。切槽的宽度一般为10~25cm，长度为3~5m，每段切槽沿隧道轮廓线稍呈喇叭状，以便相邻两端预筑拱之间有一定的搭接长度，一般情况下要求预切槽内的混凝土在2~4h后强度达到6~10MPa。 开挖面预衬砌支承架超前锚杆链锯预筑拱 用预切槽锯沿隧道外轮廓切一条宽15～30cm、长约5m的切槽。在切槽内立即填充高强度喷射混凝土，形成长3～5m的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度为0.5～2.0m，视围岩的不同而定。在安全稳定的作业环境下，用挖掘机或臂式掘进机开挖前作业面。2.预切槽施工工艺 必要时，作业面先安装玻璃纤维锚杆，以稳定作业面。随后在作业面上喷混凝土。紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。3.优点可减轻爆破振动（硬岩）预支护拱可减小围岩变形和地表沉陷为人员和设备提供清洁、安全工作环境有利于作业全过程的工业化和机械化，适应性强，成本低 七、其他施工辅助方法当隧道处于埋深浅、地面坡度较平缓、岩层松散破碎、岩溶地区、地下水位较高等情况下宜采用地表注浆预加固和堵水的方法。地表注浆顺序宜采用先外侧、后内侧；先洞口侧、后洞内侧；地下水有流动时先下游、后上游。1、地表注浆加固 隧道基底处理可采用旋喷桩、树根桩、灰土挤密桩、注浆加固等方法。旋喷桩适用于砂类土、黏性土、黄土和淤泥等的隧道基底加固。树根桩适用于淤泥、淤泥质土、黄土、黏性土、粉土、砂土、碎石土及人工填土等的隧道基底加固。灰土挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等隧道基底加固，处理深度5~15m。袖阀管注浆适合在软黏性土地层中的劈裂注浆，是加固隧道基底极为有效的方法。2、基底处理 隧道开挖工作面自稳能力差时可采用喷射混凝土封闭、锚杆加固、开挖工作面注浆等形式配合分部开挖的施工。(1)喷射混凝土加固应和初喷同时进行，厚度一般宜为10cm左右。(2)注浆加固可采用钢花管，布孔方式视开挖工作面情况确定，注浆方式宜采用发散约束型注浆。(3)锚杆加固可采用玻璃纤维锚杆或其他易拆除锚杆。3、稳定掌子面 八、工程实例南京地铁鼓玄区间穿越软流塑地层，采用了大管棚+小导管超前支护，掌子面超前注浆加固等辅助措施，成功暗挖。