文档介绍：隧道管棚超前支护
掘进距离取决于管棚深度
地下工程超前支护方法
超前支护技术是指在隧道开挖之前,通过向掌子面前方地层里注浆、冷冻、打入钢管、钢板、锚杆等技术措施在隧道横断面上形成一个拱形连续体,使其加固开挖面前方地层,同时利用其支撑力保持前方土体的稳定,减少地表沉降量的技术总称。
研究表明,围岩注浆加固可提高其强度和变形模量,从根本上改善围岩的变形规律,
前苏联的资料表明,砂岩在注浆后的强度可增加50%-70%,粉砂岩和泥质岩增加2-4倍,而岩石强度的增大可使支护荷载减少2/3 -4/5。
实践表明超前支护体系能够有效地限制地面沉降,并全面地保持自然地层在稳定状态下开挖隧道。研究表明地面的整个沉降量的30%-40%和地下地层的整个沉降量的40%-50%是在一般的支护开始发生作用之前发生的,超前支护对地面沉降有30-35%的抑制效果,对隧道顶上地层(拱顶)沉降有40%的抑制效果,所以,加固掌子面前方的地层对抑制地面沉降有非常重要的作用。超前支护技术作为加固地层、稳定拱顶及掌子面、减少地表沉降的辅助施工工法,己经在地下工程施工中得到了广泛地应用。
根据采取的加固措施对周围地层特性和应力分布的影响,可将超前支护分为地层改良法和预支护法。地层改良法就是提高开挖面周围地层土的特性的方法,这种方法包括注浆、土壤加固、排水和地层冻结等;预支护法就是在隧道开挖前,先超前对围岩进行加固,以增加围岩的自稳能力,并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法。超前支护方法主要包括:管棚法,机械预切糟法,预衬砌法,水平旋喷注浆法,超前小导管法,超前锚杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也改良和加固了地层。
管棚注浆支护
就是把一组钢管沿开挖轮廓外己钻好的孔中打入地层内,并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系,支承来自于管棚上部的荷载,通过钢管的梅花形布置的注浆孔加压向地层中注浆,以加固软弱破碎的地层,提高地层的自稳能力。管棚注浆是一种长距离超前支护方法,超前距离长,刚度较大,适用于掌子面不能自稳、含水的地层,控制地表沉降、防渗止水的效果较好,施工工艺要求较高。如将管棚注浆与小导管补充注浆法结合,除具有大管棚的特点外,能够防止管棚下方三角土体的塌落,这种长短结合的预支护效果更为理想。
管棚支护的主要作用和优点
(1)梁拱效应:先行施设的管棚,以掌子面和后方支撑为支点,形成一个梁式结构,二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构,可有效抑制围岩松动和垮塌。
(2)加固效应:注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中,使松散岩体胶结、固结,从而改善了软弱围岩的物理力学性质,增强了围岩的自承能力,达到加固钢管周边软弱围岩的目的。
(3)环槽效应:掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸收或绕射,大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。
(4)确保施工安全:管棚支护刚度较大,施工时如发生塌方,塌碴也是落在管棚上部岩碴上,起到缓冲作用,即使管棚失稳,其破坏也较缓慢。
隧道超前支护法一览
根据采取的加固措施对周围地层特性和应力分布的影响,可将超前支护分为地层改良法和预支护法。地层改良法就是提高开挖面周围地层土的特性的方法,这种方法包括注浆、土壤加固、排水和地层冻结等;预支护法就是在隧道开挖前,先超前对围岩进行加固,以增加围岩的自稳能力,并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法。超前支护方法主要包括:管棚法,机械预切糟法,预衬砌法,水平旋喷注浆法,超前小导管法,超前锚杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也改良和加固了地层。
管棚支护适用范围
根据国内外的施工实践,综合我国目前地下工程管棚支护应用的实际案例,管棚支护可适用于:软弱砂土质地层、砂卵砾石地层,膨胀性软流塑、硬可塑状粉质粘土地层,裂隙发育岩体、突泥突水段、断层破碎带、塌方段、破碎土岩堆地段、浅埋大偏压等地质和地下水丰富条件的地下构筑物施工的支护,隧道进出口段开挖的支护,也多应用于地铁等穿越城区的地下工程的开挖预支护,可作为穿越既有建筑物、公路、铁路及地下结构物下方修建隧道的辅助方法;作为隧道洞口段及修建大断面隧道施工的辅助工法及作为其他施工的辅助工法,也常用于浅埋但不宜明挖地段或浅埋隧道情况下,地表有建筑物、或隧道接近地中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。
管棚支护的设计
管棚支护的设计参数主要包括:钢管直径、长度、间距、仰角、水平搭接长度、钢架间距、注浆参数等,当需要增大钢管的强度和刚度时,可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充。我国《铁路隧道施工规范》规定:管棚用钢管直径宜为φ70-φ127mm;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,不宜小于10m;纵向两组管棚的搭接长度应