隧道施工初期支护技术总结

隧道施工初期支护技术总结1、工程概况及工程特点1.1线路概况XX隧道进口位于丘前缓坡上，隧道进口里程DK24+480；隧道出口位于丘前缓坡，出口里程DK24+900，隧道全长420m，为双线单洞隧道。设计轨顶面标高为+62.9312m，开挖顶面高程为+72.8112，地面高程为+60.2312，本隧道最大埋深为17.2m。DK24+770~DK24+782为民房及公路，路面顶标高为81.65m，公路距离隧道顶最大仅为8.8m。1.2工程特点1.2.1工程地质剥蚀丘陵为主，并构成一些红色砂岩、泥岩盆地，地层以碳酸盐岩及碎屑岩为主，局部为岩浆岩、浅变质岩及煤系地层，海拔一般在100～300m，总体地势较平缓，地形起伏不大，切割较浅，河溪较发育。1.2.2地质特性①地层岩性第四系上更新统坡洪积层（）黏土：褐黄色、棕红色，硬塑，局部坚硬，含少量高岭土及少量细圆砾，表层含植物根，具膨胀性。地质钻孔有揭露，层厚14.7m。粉质黏土：褐黄色，软～硬塑，含少量砾石，表层含植物根，具膨胀性。厚度2.2～3.4m。细圆砾土：灰黄色，中密，饱和，圆砾成分主要由砂岩组成，充填细砂及黏性土。白垩系上统戴家坪组（K2d）泥质粉砂岩:紫红色，构造已基本破坏，岩芯大部分被风化呈土状，夹岩块。本次勘探揭露厚度1.3m，层面标高66.59m。泥质粉砂岩：紫红色、棕红色，粉粒结构，泥质胶结，厚层状构造，强风化，节理裂隙发育，岩芯呈块状，短柱状，本次勘探揭露厚度1.2～4.1m，层面标高63.65～68.29m。泥质粉砂岩：紫红色、棕红色，粉粒结构，泥质胶结，厚层状构造，弱风化，节理裂隙发育，岩芯呈柱状，具膨胀性。本次勘探揭露厚度12.5～16.0m，层面标高62.45～65.59m。②地质构造隧道下伏白垩系上统戴坪组（K2d）泥质粉砂岩。岩层产状：210°∠15°，节理裂隙发育，不规则。③不良地质与特殊岩土a、钻孔（里程DK24+500）5.8～7.7m为中等膨胀土；7.7～10.0m为弱膨胀土。b、局部地段高差相对较大，坡度较陡，施工阶段人工开挖山坡，坡体可能会产生滑落、坍塌。④围岩分级和岩土施工工程分级.⑤地震根据中华人民共和国国家标准GB18306-2001《中国地震动参数区划图》,本区地震动峰值加速度0.05g（Ⅵ度），地震动反应谱特征周期为一区。1.2.3水系该隧道沿线经过XX水系，地表水系发育，水塘密布。1.2.4气象特征亚热带季风湿润气候，具有气候温和、热量丰富、雨量集中、雨热同季，四季分明的特点，多年平均气温16～18℃，一般东南部高于西北部1.5～2℃。月平均最低气温：2.8°。1.2.5水文地质条件①地表水隧道区地表水有DK24+700与DK24+900之间的鱼塘水，水域面积约150m×80m，水深约2m，由天然降水补给，地面径流及大气蒸发排泄。有少量第四系潜水及基岩裂隙水，雨季水量较大。②地下水隧道区地下水类型主要有第四系潜水及基岩裂隙水。勘探期间地下水水位埋深14.8～15.0m，基岩裂隙潜水分部较广，以浅布为主，含于基岩风化带、风化裂隙及构造节理裂隙中，水位和水量受季节降雨量影响显著。③地下水的补给、径流与排泄隧道区位于丘陵区，该区上覆黏性土，下覆岩体节理裂隙发育，岩石较破碎，为大气降水入渗创造了一定条件。隧道区地下水排泄方式主要有以下几种：蒸发式排泄和地表径流排泄。地表径流排泄为本区主要排泄方式，蒸发排泄为本区普遍重要排泄方式之一。④地下水的侵蚀性隧道洞身地下水主要为基岩裂隙水，经取样分析化验，根据《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》，隧道区地下水及地表水对处于化学环境中的铁路混凝土无侵蚀性。2.主要施工方法2.1施工方法综述施工工序：施做超前支护→洞身岩面初喷4cmC30砼→打设径向锚杆→挂设钢筋网→架设钢架→复喷C30砼至设计厚度。根据隧道长度、地质条件、工期要求等因素，本隧道采取进、出口相向同时掘进，但开挖作业、支护作业相互错开，保证劳动力、机械设备等资源合理配置、利用。根据设计图纸，本隧道Ⅴ级围岩开挖采用双侧壁导坑法开挖。开挖采用人工配合挖掘机开挖，初期喷锚支护，喷射的砼采用湿喷工艺，并采用围岩变形量测监控整个施工过程。采取24小时不停顿倒班循环作业，以保证工程质量及工期。2.2超前管棚（大管棚、中管棚）支护2.2.1管棚加工钢管在专用管床上加工好丝扣，导管四周钻设孔径15mm注浆孔（靠孔口2.5处不钻孔），注浆孔间距15cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔。2.2.2钻孔（1）钻机平台用钢管脚手架搭设，钻孔由2台钻机由高孔位向低孔位进行。（2）平台要支撑与稳固的地基上，脚手架连接要牢固、稳定，防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移而影响钻孔质量。（3）钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用经纬仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。（4）为了便于安装钢管，根据管棚设计孔径，钻头直径应采用略大于管棚直径。（5）钻进时产生塌孔、卡钻时，需补注浆后再钻进。（6）钻机开钻时，应低速低压，待成孔10m后可根据地质情况注浆调整钻速及风压。（7）钻进过程中经常用测斜仪测定其位置，并根据钻机钻进的状态判断成孔质量，及时处理钻进过程中出现的事故。（8）钻进过程中确保动力器、扶正器、合金钻头按同心圆钻进。2.2.3清孔验孔（1）用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。（2）用高压风从孔底向孔口清理钻渣。（3）用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。2.2.4安装管棚钢管接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一很断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头错开1m。2.2.5注浆（1）采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内，初压0.5~1.0Mpa，终压2Mpa，持压15min后停止注浆。（2）注浆量应满足设计要求，一般为钻孔圆柱体的1.5倍；若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，确保钻孔周围岩体与钢管周围空隙充填饱满。（3）注浆先灌注单号孔，再灌注双号孔。管棚施工过程中，多次发生由于孔口堵塞不严密漏浆情况，造成注浆压力不够，注浆不饱满或难以注满。后续的开挖过程中发生围岩剥落，管棚外露，外露管棚无砂浆包裹，致使管棚超前支护效果大打折扣。因此，我们在管棚施做前，喷射一层止浆墙，改善管棚注浆漏浆，注浆终压达到设计要求，后续开挖支护过程中管棚超前支护效果显著。2.3.开挖本隧道采用双侧壁导坑法开挖，其原理是：把整个隧道大断面分成左右上下7个小断面施工,每一小断面单独掘进，最后形成一个大的隧道,且利用土层在开挖过程中短时间的自稳能力，采用网状支护形式，使围岩或土层表面形成密贴型薄壁支护结构，且用中隔壁及中隔板承担部分受力。考虑本隧道为V级浅埋软弱围岩隧道，开挖与预留变形量20cm。每循环进行测量放样，严格控制超欠挖。开挖到位后，经测量放样达到要求后，立即进行初喷封闭围岩，初喷厚度为4cm。隧道开挖中，应在每次开挖后及时观察、描述围岩裂隙结构状况、岩体软硬程度、出水量大小，核对设计情况，判定围岩的稳定性。2.4锚杆施做2.4.1初喷混凝土和测量放样钻进前先在工作面上初喷一层混凝土，以保证垫板有较平整基面，然后根据隧道设计断面将锚杆位置用红油漆标在初喷砼上。2.4.2钻孔中空锚杆和砂浆锚杆安装用锚杆机或气腿风钻打锚杆孔，应按设计要求定出孔位，孔位允许偏差为±150mm。孔径要与锚杆直径相匹配，锚杆孔径应大于设计的锚杆直径15mm，孔深比锚杆长10cm；孔向应与围岩壁面或其所在部位岩层的主要结构面垂直。钻孔完毕后，检查孔深，孔深合格后用高压风清孔，确保孔内无虚渣。2.4.3锚杆安装（1）砂浆锚杆安装清孔合格后，即可灌注砂浆。灌浆注浆管应插至距孔底50～100�，随砂浆的灌入缓慢匀速拔出。杆体插入后若孔口无砂浆溢出，应进行补注，注浆压力不大于0.4Mpa。灌注完砂浆或塞入药包后，即可插入锚杆，锚杆外露10～20cm，以便于与压浆管路连接。待砂浆强度达到10Mpa后方可安装垫板和紧固螺帽。（2）中空锚杆安装清孔合格后，将组装好的中空锚杆插入孔内，并注浆至孔口回浆，浆注完后立即安装堵头，待浆液强度达到10Mpa后，安装垫板和螺栓。2.4.4注浆（1）中空锚杆注浆我们拱部采用的是普通中空锚杆，注浆方式采用锚孔口进浆中空锚杆体的中空通孔作排气回浆管的注浆工艺。注浆完成后立即安装堵头。（2）砂浆锚杆注浆边墙部位采用的是砂浆锚杆，注浆方式采取单管注浆，即先在锚孔内注浆，注浆完成后，再将锚杆杆体插入孔内。单管注浆示意见下图。单管注浆示意图2.4.5垫板安装压浆完毕，待砂浆强度达到10MPa后，开始安装锚杆专用垫板，拧紧螺帽。垫板应保证与支护面岩面密贴。2.5钢筋网2.5.1钢筋网预制要求钢筋网预先在钢筋加工场加工成型，在现场再焊接起来形成整体。编制钢筋网片，网片加工尺寸根据受喷面积而定；钢筋类型及网格间距根据围岩级别，严格按照设计图纸和规范要求施工。围岩级别钢筋网（φ8）位置网格间距（�）（环×纵）Ⅴ拱墙20×202.5.2钢筋网安装要求钢筋网安装搭接长度为1～2个网格，相邻网片之间采用焊接或铅丝绑扎。钢筋网铺设在砂浆锚杆施作后安设。在初喷混凝土（厚度为4cm）以后铺挂，沿环向压紧后再喷混凝土。（1）挂网：挂网在初喷砼及锚杆施做完成后进行。钢筋网片之间用焊接连接，施工中可以通过钻孔设备辅助固定钢筋网，使其尽量与岩面密贴。（2）焊联：挂好网片后，将网片之间的接头以及网片钢筋和锚杆头、钢架等焊接牢固，避免网片超出喷砼厚度和喷砼时网片晃动。2.6型钢拱架支护2.6.1型钢制作与安装（1）原设计钢拱架只有一种形式，无法满足接头错开1m的规范要求，型钢加工困难且浪费较严重，而且加工时间过长。因此我们重新设计型钢分节，将型钢底部弧度变化部位分开加工，采用连接板栓接。型钢焊接有效焊缝高度6mm，焊脚尺寸9mm。锚杆与拱架的连接增设20cm*20cm的Ф16螺纹钢焊接“L”型钢筋，与拱架之间进行满焊；每个工作区拱架顶、底部各打入四根φ42锁脚锚管，并使用“L”型钢筋进行焊接（2）钢拱架安装定位准确，并与超前小导管、锚杆、锁脚锚杆焊紧，两榀钢拱间设φ22纵向连杆，环向间距0.5m，连杆与拱架焊接牢固，形成一个整体稳固结构。（3）为保证钢架安设牢固和位置准确，隧道开挖时，在钢架基脚部位预留0.15m～0.2m的原地基，架设时挖槽，在槽内纵向设置钢板支垫型钢拱架。按设计位置组装各钢架单元，钢架间栓接牢固。由于开挖功法限制，工作面狭小，原设计4m长锁脚锚杆施打角度无法按要求斜向下施打。因此我们将4m锁脚锚杆调整为2根2.5m，锁脚锚杆角度按照图纸要求斜向下施做。钢架与锁脚锚杆间采用20cm*20cm的Ф16螺纹钢焊接“L”型钢筋满焊连接。将钢架与锚杆焊在一起，设纵向连接钢筋。钢架架好后，立即挂网喷砼，将钢架覆盖，分层喷射厚度3～5cm。2.6.2拱架支护质量标准：①拱架横向偏差，误差控制在±5cm以内。②拱架高程，误差控制在±50mm以内。③拱架垂直度，误差控制在±2°以内。④拱架严格按设计间距支立，误差控制在±10cm以内。2.7超前小导管支护本隧道超前小导管配合型钢钢架使用，应用于围岩拱部超前注浆预支护，与型钢可靠焊接，2.4m施做一环，其纵向搭接长度1.3m。2.7.1制作钢花管小导管前端做成尖锥形，尾部焊接φ8mm钢筋加劲箍，管壁上每隔10～20cm梅花型钻眼，眼孔直径为6～8mm，尾部长度不小于30cm作为不钻孔的止浆段。2.7.2小导管安装⑴测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机或煤电钻钻孔，孔径较设计导管管径大20mm以上。⑵成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。2.7.3小导管注浆采用注浆泵压注水泥浆或水泥砂浆。注浆前先喷射混凝土5～10cm厚封闭掌子面作止浆墙。注浆前先冲洗管内沉积物，由下至上顺序进行。单孔注浆压力达