模塊6隧道超前支護(hù)與預(yù)加固圍巖44頁

1、隧道施工技術(shù)模塊模塊6 6 超前支護(hù)與預(yù)加固圍巖超前支護(hù)與預(yù)加固圍巖6.1 隧道施工輔助工程措施概述6.2輔助工程措施的施工6.1 6.1 隧道施工輔助工程措施概述隧道施工輔助工程措施概述 在修建隧道時，常會遇到一些不利于施工的特殊地質(zhì)地段，如膨脹性圍巖、黃土、溶洞、斷層、松散地層、流沙、巖爆、涌水、塌方等。在開挖、支護(hù)和襯砌過程中，由于各種因素的影響都可能發(fā)生圍巖坍塌，坑道支承受壓變形，襯砌結(jié)構(gòu)斷裂和各種特殊施工問題，將會嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量。隧道穿越含有瓦斯的地層，更嚴(yán)重地會威脅施工安全。因此，有必要對不良地質(zhì)隧道和特殊地質(zhì)隧道的施工技術(shù)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究和總結(jié)。6.1 6.1

2、隧道施工輔助工程措施概述隧道施工輔助工程措施概述 隧道施工輔助工程措施的適用范圍及一般規(guī)定6.1.1 在淺埋地段，自穩(wěn)性差的軟弱破碎地層、嚴(yán)重偏壓、巖溶流泥地段，砂土層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶及大面積淋水或涌水地段進(jìn)行隧道施工時，常會發(fā)生開挖面圍巖失穩(wěn)，或由于初期支護(hù)的強(qiáng)度不能滿足圍巖穩(wěn)定的要求，以及由于大面積淋水、涌水，而導(dǎo)致洞體圍巖喪失穩(wěn)定而造成坍塌、冒頂?shù)?，這不僅使圍巖條件更加惡化，給施工帶來極大的困難，而且影響施工安全，延誤工期，費(fèi)工費(fèi)料，影響工程質(zhì)量和隧道的使用年限。因此在上述地段進(jìn)行施工時，可采用輔助施工措施對地層進(jìn)行預(yù)加固、超前支護(hù)（在隧道施工中，對開挖工作面前方圍巖進(jìn)行預(yù)加

3、固）或止水，以增強(qiáng)隧道圍巖的穩(wěn)定。6.1 6.1 隧道施工輔助工程措施概述隧道施工輔助工程措施概述 在隧道通過上述地質(zhì)地段時，是否一定要采用輔助施工措施，應(yīng)根據(jù)隧道所處的地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、隧道長度、埋置深度、施工機(jī)械裝備、工期和經(jīng)濟(jì)等方面考慮決定。6.1 6.1 隧道施工輔助工程措施概述隧道施工輔助工程措施概述 隧道施工輔助工程措施的類型6.1.2 隧道施工輔助工程措施包括地層穩(wěn)定措施和涌水處理措施。 地層穩(wěn)定措施主要有管棚法、超前導(dǎo)管法、超前錨桿法、超前玻璃纖維錨桿法、超前鉆孔注漿法、超前水平旋噴樁法、地表砂漿錨桿法、地表注漿法、護(hù)拱法、臨時支承等。6.1 6.1 隧道施工輔助工程措施概述

4、隧道施工輔助工程措施概述 常用輔助工程措施及其適用條件如表6-1所示，具體有兩種方法：地層穩(wěn)定措施、涌水處理措施。在使用表6-1時，可結(jié)合隧道所處的圍巖、施工方法、進(jìn)度要求、機(jī)械配套、工期等進(jìn)行比選，有時可采取幾種方法綜合處理。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 地層穩(wěn)定措施6.2.1 地層穩(wěn)定包括穩(wěn)定開挖面和防止地表地層下沉。其主要輔助工程措施有超前錨桿支護(hù)、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)、超前管棚支護(hù)、超前鉆孔預(yù)注漿、地表砂漿錨桿、地表注漿、其他措施等。使用時，可結(jié)合隧道所處的圍巖條件、隧道施工方法、進(jìn)度要求、機(jī)械配套、工期等進(jìn)行比選，有時可采取幾種方法綜合處理。6.2 6.2 輔

5、助工程措施的施工輔助工程措施的施工超前錨桿支護(hù)超前錨桿支護(hù)1. 超前錨桿支護(hù)是在開挖前，沿隧道拱部按一定角度設(shè)置的起著預(yù)加固圍巖作用的錨桿，它是一種超前預(yù)支護(hù)的方法，其一般適用于淺埋松散破碎的地層。首先用鑿巖機(jī)或鑿巖臺車沿隧道外輪廓線向外鉆孔，然后安設(shè)錨桿。超前錨桿根據(jù)圍巖情況，可采用雙層或三層。一般在超前錨桿設(shè)置后，即可進(jìn)行開挖，但應(yīng)保證前后兩組支護(hù)在縱向應(yīng)有不小于1 m的水平投影搭接長度。超前錨桿支護(hù)若采用一般砂漿做膠結(jié)物時，爆破后很可能影響其強(qiáng)度。為此宜采用早強(qiáng)砂漿作為錨桿與巖層孔壁間的膠結(jié)物，以使其盡早發(fā)揮超前支護(hù)的作用。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工超前小導(dǎo)管預(yù)

6、注漿支護(hù)超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)2. 超前小導(dǎo)管預(yù)注漿是在開挖前沿隧道開挖輪廓線向外將直徑為3870 mm的帶孔鋼管打入地層內(nèi)，并以一定的壓力向管內(nèi)壓注漿液。它既能將坑道周圍巖體預(yù)先加固及堵住圍巖裂隙水，又能起到超前預(yù)支護(hù)的作用。這種方法施工簡單，且注漿時間短。其適用于自穩(wěn)時間很短的砂層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋地段或塌方等地段。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （1）超前小導(dǎo)管的基本要求。 鋼管的型號、規(guī)格、質(zhì)量等應(yīng)符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。 超前鋼管與剛架支承配合使用時，應(yīng)從剛架腹部穿過，尾端應(yīng)與剛架焊接。 鋼管插入孔內(nèi)的長度不得短于設(shè)計(jì)長度的95%。6.2 6.

7、2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （2）超前鋼管實(shí)測項(xiàng)目如表6-3所示。表表6-36-3超前鋼管實(shí)測項(xiàng)目超前鋼管實(shí)測項(xiàng)目6.1 6.1 隧道施工輔助工程措施概述隧道施工輔助工程措施概述 （3）外觀鑒定。鋼管沿開挖輪廓線周邊均勻布置，尾端與剛架應(yīng)焊接牢固，錨桿入孔長度應(yīng)符合要求。 （4）注漿前拌漿的要點(diǎn)。為加速注漿，可在小導(dǎo)管前安裝分漿器，一次可注入35根小導(dǎo)管。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （5）超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的施工應(yīng)符合下列要求： 超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)的鋼管直徑宜為2550，長度宜為36 m。 沿隧道縱向開挖輪廓線向外以小于10的外插角鉆孔，將小導(dǎo)管打入巖層

8、。 小導(dǎo)管環(huán)向間距宜為2050cm，縱向搭接長度應(yīng)大于0.5m。 導(dǎo)管注漿前，應(yīng)對開挖面及5 m范圍內(nèi)的坑道噴射厚為510 cm的混凝土或用模筑混凝土封閉。 注漿壓力應(yīng)為0.510 MPa。 開挖前的時間間隔視漿液種類宜為48 h。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工超前管棚支護(hù)超前管棚支護(hù)3. 超前管棚支護(hù)是在開挖工作面的輪廓線外按一定外插角插入帶孔直徑為 70180 mm 的鋼管，壓注水泥漿或水泥砂漿并將鋼管尾部與剛架焊接為一體，形成的支護(hù)體系。 超前管棚支護(hù)適用于極破碎的地層，塌方體、巖堆等地段。在這些地段內(nèi)輔以灌漿效果更好。當(dāng)遇有流塑狀巖體或巖溶、嚴(yán)重流泥地段時，采用與

9、圍巖預(yù)注漿相結(jié)合的方法，也是行之有效的。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （1）管棚剛架超前支護(hù)施工流程：制作管棚剛架測設(shè)中線及水平基點(diǎn)檢查已開挖斷面的尺寸及形狀安設(shè)管棚剛架鉆管棚鋼管孔眼打設(shè)管棚鋼管開挖斷面噴射混凝土安設(shè)初期支護(hù)剛架錨噴。 （2）管棚超前支護(hù)施工應(yīng)符合的要求。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工超前鉆孔預(yù)注漿超前鉆孔預(yù)注漿4. 超前鉆孔預(yù)注漿是指在隧道掌子面上采用水平鉆機(jī)打孔并注漿，以達(dá)到封堵前方地下水及加固前方隧道周邊或全斷面圍巖的目的。注漿鉆孔孔徑一般不小于75 mm，注漿材料、注漿壓力、注漿范圍、注漿方式等具體參數(shù)應(yīng)根據(jù)前方地質(zhì)條件、

10、工程要求等進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （1）注漿材料和要求。 注漿材料。注漿材料應(yīng)來源廣、價格適宜，形成的漿液具有良好的流動性、可灌性，凝膠時間可根據(jù)需要調(diào)節(jié)，固化時收縮小，漿液與圍巖、混凝土、砂等黏結(jié)力強(qiáng)。固結(jié)體應(yīng)具有高強(qiáng)度和良好的抗?jié)B性、穩(wěn)定性、耐久性，注漿材料和固結(jié)體應(yīng)無毒、無污染、對人體無害，要求注漿工藝及設(shè)備簡單操作安全方便。 注漿要求。 注漿孔深一般為1530 m。注漿孔可在地表面或開挖面正面分層布置，在縱向呈傘形輻射狀。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 注漿堵水施作要點(diǎn)與注漿加固基本相同，但要求較高，當(dāng)遇有高壓涌水時，為

11、使注漿堵水能取得較好的效果，除了采取先排水待降低地下水壓后再進(jìn)行注漿堵水的方法外，有時也可選擇在地下水的穩(wěn)定期或衰減終期進(jìn)行。否則，會由于地下水壓力高，流速快，鉆注施作困難，涌水對漿液的稀釋作用強(qiáng)，而不易保證注漿質(zhì)量。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （2）超前預(yù)注漿施工應(yīng)符合的規(guī)定。 注漿段的長度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，宜為1530 m。 注漿管應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求選用相應(yīng)規(guī)格的鋼管加工。 815 m的淺孔可采用鑿巖臺車鉆注漿孔；當(dāng)孔深超過15 m時，則應(yīng)采用重型風(fēng)鉆或鉆機(jī)鉆孔。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （3）注漿壓力應(yīng)根據(jù)巖性、施工條件等因素在現(xiàn)場試驗(yàn)確定

12、。注漿壓力是促使?jié){液在地層裂隙中流動擴(kuò)散的一種動力，必須有足夠的壓力來克服水壓和地層裂隙阻力才能使?jié){液擴(kuò)散充填，達(dá)到堵水和加固的作用。因此，注漿壓力應(yīng)根據(jù)巖性、注漿目的、施工條件、涌水壓力等因素在現(xiàn)場試驗(yàn)確定。注漿終壓一般為154 MPa。對于密實(shí)性好、顆粒較小的中、細(xì)、粉砂及砂黏土，注漿壓力可稍高些；在有特殊要求的地段，如為防止地表隆起影響地面建筑物安全時，注漿壓力應(yīng)適當(dāng)降低。注漿壓力一般應(yīng)在現(xiàn)場試驗(yàn)確定。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （4）注漿方式可選用前進(jìn)式、后退式或全孔式，可根據(jù)涌水量大小及注漿孔的深度選用。當(dāng)鉆孔中遇有較大涌水時，應(yīng)暫停鉆孔，待再壓漿時，重復(fù)鉆

13、孔、注漿，這種注漿方式稱為前進(jìn)式注漿。當(dāng)鉆孔中涌水量較小時，則鉆孔可直鉆到設(shè)計(jì)深度，然后從孔底向孔口進(jìn)行分段注漿，這種注漿方式稱為后退式注漿。鉆孔直接鉆至孔底，然后一次注漿完畢，這稱注漿方式稱為全孔一次注漿。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （5）注漿作業(yè)應(yīng)符合要求。 注漿前應(yīng)進(jìn)行壓水或壓入稀漿試驗(yàn)，判斷地層的吸漿和擴(kuò)散情況，確定漿液種類、濃度和注漿壓力；發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)不符時，應(yīng)立即調(diào)整。 在涌水量大、壓力高的地段鉆孔時，應(yīng)先設(shè)置帶閘閥的孔口管，當(dāng)出現(xiàn)大量涌水時，拔出鉆具，關(guān)閉孔口壁上的閘閥，做好準(zhǔn)備后，進(jìn)行注漿；當(dāng)掌子面圍巖破碎時，應(yīng)先設(shè)置止?jié){墻和孔口管。 止?jié){塞應(yīng)能承受注漿

14、終壓的要求。 注漿施工記錄應(yīng)包括孔位、孔徑、孔深、漿液配合比、注漿壓力、注漿量、跑漿、串漿等。 漿液的濃度、膠凝時間應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （6）注漿結(jié)束的條件。 單孔結(jié)束條件。注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并穩(wěn)定 10min，且進(jìn)漿速度小于開始進(jìn)漿速度的1/4，或注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量的80%。 全段結(jié)束條件。所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注情況。 （7）注漿后必須對注漿效果進(jìn)行檢查，如未達(dá)到要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。 （8）注漿材料及漿液配合比應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、注漿目的、注漿工藝等因素確定。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （9）注漿

15、后必須對注漿效果進(jìn)行檢查，檢查的方法通常有以下三種： 分析法。 檢查孔法。 物探無損 檢測法。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 對于粒徑在0.05 mm以下的粉砂及黏性軟弱地層或斷層地段，為節(jié)省注漿材料也可使用周邊劈裂預(yù)注漿或周邊短孔預(yù)注漿。周邊劈裂預(yù)注漿或周邊短孔預(yù)注漿均是沿隧道開挖輪廓線周邊布孔、注漿，所不同的是周邊劈裂預(yù)注漿是依靠漿液壓力，將原來沒有縫隙的地層壓裂成縫，然后使?jié){液充填、固結(jié)，從而達(dá)到加固地層和堵水的目的。周邊短孔預(yù)注漿只是固結(jié)開挖面周邊一定厚度的圍巖，使之形成一個薄殼，從而提高圍巖的整體性，防止漏渣坍塌或斷層泥（未固結(jié)或弱固結(jié)的泥狀巖石）軟化，堵住部分

16、地下裂隙水。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工地表砂漿錨桿地表砂漿錨桿5. 地表砂漿錨桿是指從隧道上方地表向下設(shè)置的砂漿錨桿。 錨桿一般采用1622螺紋鋼筋，由單根或多根鋼筋并焊組成，間距宜為1015m，呈梅花形布置。錨桿一般伸至距襯砌外緣0.5 m，錨孔直徑應(yīng)大于桿體直徑30mm，充填砂漿強(qiáng)度不低于M20，以確保錨桿與圍巖黏合形成整體。對于錨桿設(shè)置范圍，縱向一般超出不良地質(zhì)地段510 m，橫向?yàn)?2倍隧道寬度。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工地表注漿地表注漿6. 地表注漿加固法是對隧道埋深小于50 m，圍巖穩(wěn)定性較差，開挖過程中可能引起塌方的不良地段，通

17、過從地面向下鉆孔注漿，對圍巖、地層進(jìn)行預(yù)先加固的方法。 注漿孔一般豎向設(shè)置，注漿孔徑不小于110 mm，按梅花形或矩形排列布孔，孔深低于隧道開挖底10 m。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工其他措施其他措施7. （1）正面噴射混凝土。正面噴射混凝土是采用的臨時支護(hù)方法，可用早強(qiáng)水泥或普通水泥加速凝劑的噴射混凝土，一般在掌子面破碎、滲淋水嚴(yán)重的情況下使用，以防掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性或作為止?jié){墻。 （2）護(hù)拱。護(hù)拱常用于明洞或溶洞空腔段、大塌方空腔段下方的襯砌外側(cè)，其作用是提高襯砌結(jié)構(gòu)的承載力和拱背的防護(hù)能力，其結(jié)構(gòu)厚度、形式應(yīng)根據(jù)使用部位及擬達(dá)到的效果具體設(shè)計(jì)。 （3）

18、臨時仰拱。臨時仰拱是封閉斷面、減少變形最有效的方法。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （4）臨時支承。臨時支承種類較多，在掌子面發(fā)生擠出、不能自穩(wěn)，可能發(fā)生塌方或涌泥的地段，可采用錨噴支護(hù)、袋裝土封閉掌子面;當(dāng)分部開挖圍巖變形大時，宜增設(shè)型鋼臨時仰拱或型鋼、方木斜撐；當(dāng)采用全斷面開挖或正臺階開挖時，在圍巖變形較大、初期支護(hù)開裂嚴(yán)重、拆換拱圈襯砌的地段，可采用拱形剛架支承、扇形剛架支承。當(dāng)拱部沉降明顯或地表沉陷要求嚴(yán)格時，可采用井形桁架、木垛支承。當(dāng)需要對掌子面前方進(jìn)行高壓注漿時，臨時止?jié){墻可采用5001500 mm厚的C15C20低強(qiáng)度混凝土擋墻或用沙袋土封閉。6.2 6.

19、2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （5）墻式遮擋。墻式遮擋是在隧道兩側(cè)（或一側(cè)）從地表向下打入鋼管、形鋼、鋼板樁或修筑地下連續(xù)墻等遮擋壁式構(gòu)造，以限制因隧道開挖造成圍巖松弛的范圍傳到遮擋壁以外，從而保證了地表建筑物的安全。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （6）超前水平旋噴樁法。在一些特殊的隧道，如有些城市淺埋暗挖隧道，隧道埋深淺、跨度大、地質(zhì)條件差（如淤泥、流沙等）、地下水位高（隧道位于地下水位以下），隧道上方是交通繁忙的街道，還有縱橫交錯的管線，周圍又緊鄰高層建筑，這樣的隧道施工絕對不能發(fā)生坍塌，而且不允許產(chǎn)生過大的沉降。在這種情況下應(yīng)在隧道開挖輪廓線以外設(shè)置一

20、環(huán)相互咬合的超前水平旋噴樁作為隧道超前支護(hù)和止水加固，它既可以防坍塌，又可以防止因隧道開挖而使地層過度失水引起地表沉降，是非常有利的一種新工藝。超前水平旋噴樁比常規(guī)的超前管棚注漿具有更強(qiáng)的適應(yīng)能力，在止水加固、控制沉降方面具有比較明顯的優(yōu)勢。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （7）凍結(jié)法。凍結(jié)法主要適用于以下兩種情況： 在透水層中進(jìn)行施工，必須要先進(jìn)行降排水，在地層中形成降水漏斗后才能采用常規(guī)的方法進(jìn)行施工，而降排水的過程需要耗費(fèi)大量的電能；抽、排地下水會造成大面積的地面下沉，危害地面建筑的安全；地下水的抽、排必然損失寶貴的地下水。 在含水量較高的軟弱地層，一般采用小導(dǎo)管超

21、前注漿法、長管棚法、化學(xué)漿液法來加固土體，但是在飽和狀態(tài)的自穩(wěn)能力極差的流沙狀的粉細(xì)砂層里，上述方法難以奏效。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 （8）特殊鋼背板頂進(jìn)法。特殊鋼背板頂進(jìn)法是穩(wěn)定開挖面的一種方法。它使用特殊加工的鋼背板，用千斤頂將其水平地壓入圍巖內(nèi)，鋼背板有空隙的部位要用楔塊楔緊。此法需要設(shè)置推進(jìn)基地，鋼背板需鋼支承支持。其前段成為懸臂梁，受到土壓后會下?lián)希蕬?yīng)注意其剛性及支承間距。 （9）錨索法。錨索法與地面砂漿錨桿大致相同，只是用柔性的錨索取代錨桿。錨頭應(yīng)錨固在混凝土塊體上。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工 涌水處理措施6.2.2 隧道涌

22、水處理時應(yīng)符合“預(yù)防為主，疏堵結(jié)合，注重保護(hù)環(huán)境”的原則。在選擇處置方案時，一定要考慮隧道周圍的環(huán)境條件，否則會后患無窮。根據(jù)現(xiàn)場情況，可選擇的施工方法有超前圍巖預(yù)注漿堵水、開挖徑向注漿堵水、超前鉆孔排水、坑道排水、井點(diǎn)降水、深井井點(diǎn)降水等。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工超前圍巖預(yù)注漿堵水超前圍巖預(yù)注漿堵水1. 超前圍巖預(yù)注漿堵水是指以堵水為目的，對掌子面前方未開挖段的圍巖進(jìn)行注漿的措施?？筛鶕?jù)地質(zhì)條件和工程目的，選用超前帷幕預(yù)注漿、超前周邊預(yù)注漿、超前局部斷面預(yù)注漿等方式。其主要用于地下水豐富且排水時攜帶泥沙引起開挖面失穩(wěn)，或排水后對其他用水（如灌溉用水、工業(yè)用水、生活用水）、生態(tài)環(huán)境影響大，或斜、豎井施工時排水費(fèi)用較注漿堵水高的情況。6.2 6.2 輔助工程措施的施工輔助工程措施的施工開挖徑向注漿堵水開挖徑向注漿堵水2. 開挖徑向注漿堵水是指隧道開挖后對隧道周邊暴露的股狀水、裂隙水、大面積淋水采用徑向圍巖注漿的方式進(jìn)行堵水，以防止隧道排水對環(huán)境的影響。6.2 6.2