文档介绍：第三讲隧道预支护技术
李文江
石家庄铁道学院
超前预支护技术在破碎或松散地层、自稳能力差的隧道施工中被广泛采用。所谓的超前预支护,就是隧道开挖之前,在掌子面前方的自然地层设置一个像拱壳的连续体,使其既加固掌子面前方的自然地层,同时利用初期支护又保持自然地层的特性,从而保证掌子面及地层的稳定,减少地表沉降量。早期的隧道施工,预支护的形式主要为打插钢板、木板或型钢,即所谓的插板法。现代常用的超前预支护方法有超前锚杆、超前小导管、水平旋喷注浆、机械预切槽法和超前管棚法。
1 超前锚杆
超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔,插入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结成整体。
超前锚杆
隧道开挖后,杆体及周边固结的部分围岩支承上覆岩土体,防止围岩坍塌,减少洞室变形。在破碎岩石地层中,该方法工艺简单,造价低,应用十分广泛。在砂土质松软地层中,因砂浆与粘土体粘结力较低,限制了应用;同时因为一次施作距离短,预支护刚度小,在地应力较大、地层位移控制严时,也限制了它的使用。
(1)布置原则
超前锚杆的安装必须作为开挖循环的一个组成部分来完成,旨在作为超前预支护及加固岩体的作用。
超前锚杆的设置充分考虑岩体的结构面特性和围岩地质情况。
超前锚杆外插角:10~30°。
超前锚杆纵向两排的水平投影应有不小于100cm的搭接长度。
超前锚杆尾端一般焊接在钢拱架上,以增强共同支护作用。
(2)施工工艺
材料加工与锚孔布置:锚杆除锈调直;按设计标孔位。
钻孔:准确控制外插角,以防增加超欠挖。
注浆:先用水和稀浆湿润管路,再开始注浆。
插入锚杆:迅速将锚杆插入眼孔,并用锤击方法插至孔底,再用木楔堵塞孔口,防止砂浆流失。
清洗整理注浆用具:除掉砂浆,以备下一循环使用。
2 超前小导管
超前小导管与超前锚杆所不同的是将钢筋杆体改为空心钢管,通常管径36~50mm,管壁预留注浆孔,管口止浆封面后,注入水泥浆。压力注浆渗透扩散管周较大的砂土体。管周注浆固结体形成一定厚度的隧道加固圈后,实现超前支护的目的。
该方法工艺简单,造价低,特别是砂、土质松软地层中,应用十分广泛。但因其一次施作距离短,预支护刚度小,在地层压力大,地层位移控制要求严时,也限制了它的应用。
钻孔
15°
小导管
钢支撑

a<40cm
r
r
b
(取30cm)
~
管箍(φ6钢筋加焊)
出浆孔

φ25~35mm有缝钢管
小导管常与格栅钢架共同组成支护系统。小导管起双重作用:一是起超前管棚作用,二是起注浆管的作用,通过注浆,加固软弱围岩。
浆液扩散半径的确定:扩散半径不是浆液在地层中扩散的最远距离,而是指浆液能符合设计要求的扩散距离。考虑到注浆扩散范围相互重叠的情况,可按下式计算:R=(~)L0 ,其中L0为导管中心间距(m)。
(1)基本原理及注浆范围
注浆量确定:先计算出单孔注浆量,然后乘以注浆管数即可得:
式中,Q——注浆量(m3); N——注浆管数量(个);
R——浆液扩散半径(m);L——注浆长度(m);
n——围岩孔隙率(%);
α——浆液充填系数,~;
β——注浆材料损耗系数,。