搜索
辅助施工方法第一章概述辅助施工方法是针对软弱不良地层而提出的，其选择的正确与否直接关系到工程的成败和造价的高低，它是衡量施工应变能力的重要标志。辅助施工方法已作为地下工程，尤其是浅埋地下工程暗挖法施工的一个重要分支进行研究和应用。施工前需根据围岩条件、施工方法、进度要求、机械配套和工程所处环境等情况，优先选择简单的方法和同时采用几种综合辅助施工方法来加固地层，确保不塌方、少沉陷。通常，辅助施工方法有洞内外降低地下水位、地面加固地层、洞内加固地层（或工作面）、洞内防排水等。其中洞内外加固地层（或工作面）的辅助方法主要有12种。１、环形开挖留核心土多用于台阶法开挖施工中。此方法在围岩自稳时间达24h以上，开挖工作稳定时才能采用。环形开挖循环进尺长度一般控制在1.2m以内，以0.75～1m为宜。核心土的断面面积应大于开挖断面面积的50％，核心土纵向长度应大于3m。该核心土是平衡开挖工作面的最简单易行的方法。２、喷射混凝土封闭开挖工作面45°+φ/2环形开挖留核心土示意图此方法多与环形开挖留核心土方法配合使用，在留核心土仍不能满足工作面稳定的要求时，可及时喷射混凝土封闭开挖工作面。喷射混凝土厚度一般为5～10㎝。这种方法可以大大提高工作面土体的稳定性，将工作面由二维受力状态变成三维受力状态。以上两种方法是最简单的稳定开挖工作面的方法，也是行之有效的施工方法。如果这两种方法同时应用仍然不能有效控制地面沉降时，必须再采取以下辅助方法。３、超前锚杆或超前小导管支护当围岩自稳时间在12～14h之间时，必须采用先超前支护、后开挖的施工方法（通常采用超前锚杆支护）。若开挖跨度较大或锚杆成孔困难而不易布设时，可采用超前小导管支护。４、超前小导管周边注浆加固地层多用于自稳时间在12h以内，甚至没有自稳能力的围岩中，如第四纪末胶结的砂卵石、粉细沙层中常用此法。该方法需要有钢拱架支护配合使用。５、设置临时仰拱在软弱地层中施工，及时封闭而使结构闭合是关键。当采用分部开挖法施工不能及时形成闭合结构时，应设置临时仰拱，以提高施工的安全度，有效地抑制结构及地面沉降。６、深孔围岩加固劈裂预注浆或堵水固结预注浆加固地层多用于沙土、粘沙土有水、大跨度、地面不容许有较大沉陷的各类地下工程中。该方法费工、费时、费料，施工难度大，仅在特殊情况下使用。７、长管棚超前支护加固地层多用于钻机容易打入管棚的较软弱地层和不能注浆或注浆效果不佳的黏性土层地段。采用短台阶法留核心土环向开挖法施工时，辅助使用该施工方法，对于防塌和限沉效果较好，但钻孔的精度难以控制，施工工艺也较复杂，只在特殊条件下采用。８、冻结法固结地层多用于降水效果不佳或不容许降水施工的软弱富水地段。这是采用人工方法降低地层温度，使地层冻结后固结成整体，进而开挖支护的施工方法。该方法要求有专门设备，施工工艺复杂，造价高。我国目前很少使用。９、水平旋喷法超前支护当遇到流沙、淤泥地层，工作面没有自稳能力，地面上又有房屋，不容许地面有较大沉降时采用。１０、地面加固地层这是一种地面预加固地层的措施，包括地面锚杆加固和地面高压旋喷加固地层等。地面锚杆加固适用于浅埋洞口地段和某些偏压地层的加固，而高压旋喷加固则适用于洞内注浆效果不佳、粉细沙含量较高的地层。１１、洞内、洞外降低地下水位法多用于渗透性较好的富水地层地下工程施工。这种方法是通过降低工作面地下水位，在干燥或少水状态下施工。常用的降水方法为井点降水（包括地面深井降水及洞内轻型井点降水）。１２、洞内施工水平降排水法当地下工程处于富水地层，地面不容许采用降水措施或降水效果不佳时，应在施工期间采取适当的防排水措施，以保证施工顺利进行。常用的防排水措施包括超前钻孔降水和仰拱底部埋管排水等。以上各种辅助施工措施中，环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面和设置临时仰拱等工艺比较简单，应作为首选方案。第二章超前锚杆或超前小导管支护施工在浅埋、软弱地层中施工时，当围岩自稳时间短，不能保证安全地完成初次支护时，为确保施工安全，加快施工进度，必须在开挖前对工作面前方的围岩进行超前支护，然后才能进行开挖作业。超前支护有多种方法，如插刀盾构、麦塞尔板（顶板法）、超前预切槽、超前长管棚、超前锚杆或超前小导管、插板、排钎等，施工时应根据实际情况选择。采用浅埋暗挖法施工时，当围岩自稳时间在12～24h之间时，通常采用超前锚杆或超前小导管支护。若结构跨度较大（跨度＞6m）或锚杆成孔较差，可采用超前小导管支护。采用超前小导管支护时，为提高支护效果，须配合钢拱架支护。这是目前最常用的超前支护方法。一、超前锚杆的布设超前锚杆一般采用φ22mm螺纹钢全长黏结砂浆锚杆和迈式（自进式）注浆锚杆两种类型。超前锚杆的布设有以下两种形式：１、以钢拱架为支点的全长黏结砂浆超前锚杆这种超前锚杆的尾部是以钢拱架为支点，如下图所示。超前锚杆在钢拱架腹部穿过（图中结构锚杆未示出，网构钢架可直接从腹部穿过，“工”字形钢拱架须在腰部穿孔），锚杆长度一般为短台阶的高度加1m，总长度多为3.5～4.0m。２、迈式注浆（或不注浆）自进超前锚杆该类型锚杆是一种将钻进、注浆、锚固等功能合为一体的锚杆，在成孔不好的地层，如回填土、沙、沙砾石、黏土等松软地层中应用，效果最好。因钻杆就是锚杆，不需先钻孔后放锚杆，所以操作简单，能节省25％的工作量，是一种较理想的锚杆形式，应大力推广使用。迈式注浆自进式锚杆主在由各种类型钻头、带有标准形螺纹的中空锚杆体、冷压成型的垫板和螺母组成。当需要加度锚杆长度时，还备有连接套。支护参数见下表:迈式注浆自进式锚杆支护参数二、超前小导管布设在软弱、破碎地层中凿孔后易塌孔，且施用超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前小导管支护。超前小导管支护必须配合钢锚杆类型锚杆长度锚杆纵向间距锚杆环向间距注浆材料水灰比注浆压力R25N4.0m3m0.3~0.4m水泥0.45＞0.6MPa①超前锚杆 ②钢拱架 a超前锚杆横向间距 b钢拱架间距 α超前锚杆倾角有钢拱架支护的锚杆布置图ⅡⅡ②①11abαbbb断面Ⅰ-Ⅰ①②a②①断面Ⅱ-Ⅱ11超前锚杆从拱架腹部穿出拱架使用。超前小导管一般用φ30mm～φ50mm的焊接钢管或无缝钢管制作而成，详见下图。为便于打入地层，前端常做成尖靴状，后端焊一圈φ8mm钢筋加固。小导管间距一般为40cm，外插角为10～15。外插角不宜过大，以减少超挖。管子打入3.3m，外露20cm，其布设如图所示。三、超前锚杆和超前小导管支护的参数选择超前锚杆和超前小导管的支护作用与一般的结构锚杆的支护作用不同。工程开挖后，超前支护的锚杆或小导管一端支在未开挖的围岩上，另一端支在钢拱架或喷射混凝土、结构锚杆上，可以起到两端支点的梁的作用。锚杆还因为耗资不对围岩的固结作用，有时又可起到钢筋混凝土梁中受拉主筋的作用。当围岩产生松弛变形时，超前支护可以及时提供支承抗力，有效地约束围岩的松弛变形，从而在一定时间内阻止开挖面顶部围岩的坍塌，为初期支护施工提供必须的时间。其时间的长短和支护作用的好坏，取决于超前支护参数的选择是否合理施工质量的优劣。超前支护参数包括杆径（管径）、纵向间距、环向间距、外插角等。施工前必须根据围岩状况的量测监控结果和施工的水平来选择合理的参小导管加工图φ6mmφ8~φ10mm10~15cm300~500cm20cm~100cm起拱线超前支护横向布置宽度示意图K防K数。下表是我国铁路隧道、地下铁道工程曾采用过的参数，可供参考。超前支护参数表围岩类别锚杆直径（m）小导管直径（m）纵向间距（m）环向间距（m）外插角锚杆小导管Ⅰ20~2240~503~525~3510°~20°5°~10°Ⅱ18~2030~402.5~3.535~4510°~20°5°~10°超前支护的施工范围：一般情况下超前支护横向布置宽度Ｋ防为内拱Ｋ的一半加1.0m。实际施工时应根据具体情况适当增减，其布设见下图。四、超前锚杆和超前小导管支护的施工超前锚杆和超前小导管的施工一般采用钻孔打入法，其安设方法及步骤如下：１、用YT-28风钻或专用液压台车打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。２、插入锚杆或小导管。插入有困难时，可用带冲击锤的YT-28风钻顶入或直接用锤打入。有钢拱架时，小导管及锚杆插入须从其腹部穿过。３、用吹风管将内沙石吹出或用掏钩钩出。４、导管周围和工作面裂隙用塑胶泥封堵，或在导管周围和工作面喷8～10cm厚混凝土封闭。５、超前锚杆灌浆可使用牛角泵、注浆泵或早强药包。五、超前锚杆和超前小导管施工的注意事项１、保证整体稳定超前支护的作用是防止开挖面顶部坍塌。在相邻已施工的初期支护抑制了围岩的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。因此，要求初期支护能可靠地承受超前支护端部传来的荷载，并能保证整体稳定。特别要注意距掌子面1～1.5倍洞径范围内初期支护变形和收敛情况，如有问题，应及时采取加固措施，否则会造成此范围内的整体坍塌。２、采用控制爆破技术如果放炮后超前支护的顶部被掏空，将会大大削弱其超前支护的效果。因此，在爆破时应注意控制成形质量，防止超挖，使超前支护能起到应有的作用。３、选择合理的开挖方法掌子面前方的正面往往会导致超前支护失效。在选择开挖方法时应尽量降低开挖高度，如采用环状开挖或上半断面开挖并留核心土等方法，以保证掌子面的稳定。４、喷混凝土抵紧掌子面当使用钢拱架支护时，由于掌子面不整齐，在掌子面的顶部和钢拱架之间总有一定的空隙，应先喷一层混凝土，至少应喷平钢拱架外缘，这样可以加强超前支护的作用。第三章长管棚超前支护地层施工长管棚超前支护作为地下工程的辅助施工方法，是为了在恶劣和特殊条件下安全开挖，预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地面沉降有明显的效果。它是防止地中和地面结构开裂、倒塌的有效方法之一。由于施工精度要求高、要求专用设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚难度大等原因，只在特殊地段、通过距离不长的不良地层或不稳定地层处开挖洞门时采用。长管棚的设置主要有钻孔引入法和导管直接打入法等，一般采用钻孔引入法。根据地层成孔的难易程度，可选择不同的成孔机械。当地层容许先钻孔后排管时，可采用普通的地质钻机、液压钻孔台车、锚杆钻机等钻进设备；当成孔困难时，必须采用跟管钻机，边钻孔，边打入导管，这种钻机效率高，但价格较贵。直接将管棚打入地层的方法多用于处理塌方和山岭隧道通过松散软弱地层，且要求精度不高的地段。当存在空洞或孤石，导向难以控制时，多配合采取注浆的方法进行地层加固。一、长管棚超前支护加固地层的适用范围长管棚超前支护加固地层适用于软弱、沙砾地层或软岩、岩堆、破碎带地层。根据国内外的经验，一般在下列场合可采用长管棚超前支护：１、在铁路正下方修建地下工程。２、在地中和地面结构物下方修建地下工程。３、修建大断面地下工程。４、隧道洞口段施工。５、通过断层破碎带等特殊地层。６、其他特殊地段，如大跨度地铁车站，重要文物保护区，突破河底、海底的地下工程施工。二、长管棚的布设长管棚一般是沿地下工程断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群。沿周边布设的长度及形状主要取决于地形、⑦⑥⑤④③②① 长管棚布设形状示意①扇形布设 ②半圆形布设 ③门形布设 ④全周布设 ⑤上部一侧布设 ⑥上部双层布设 ⑦一字形布设地层、地中或地面及周围建（构）筑的状况，通常采用以下几种形状，图中①、②、③、⑥采用较多。①扇形布设用于隧道断面内地层比较稳定，但拱部附近的地层不稳定的场合。②半圆形布设用于隧道下半部地层稳定，但拱线以上的地层不稳定的场合。此外，即使地层比较稳定，但地面周围有结构物且埋深很小时也多采用此种布设。③门形布设隧道除了底部外，布置成半圆—侧壁的门形。隧道基础稳定，但断面内地层和上部地层不稳定时采用。④全周布设用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等级较低的场合，但不提倡采用。用垂直底部和边墙锚杆注浆取代，效果更好。⑤上部一侧布设隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护，或斜坡地形可能形成偏压时采用。⑥上部双层布设用于隧道上部有重要设施，拱部地层是崩塌性的、不稳定的，或地