隧道初期支护讲义

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资源描述

隧道支护支护包括超前支护、临时支护和初期支护。1、超前支护包括:超前锚杆支护、超前小导管支护、超前长管棚支护及超前预注浆加固围岩支护。超前长管棚注浆采用水泥浆液,水灰比为1:1(重量比),注浆压力为0.5~2.0MPa。超前小导管注浆采用水泥浆液,水灰比为0.5~1.0(重量比),注浆压力为0.5~1.0MPa。2、隧道的临时支护是利用喷射混凝土或型钢拱架用于临时性支护,主要用于分部开挖施工中。类型通过φ108~φ91钻孔注浆,孔口设置孔口管,注浆加固开挖轮廓线外一定范围内岩体,并利用岩体作止浆岩盘,必要时掌子面设置混凝土止浆墙。拱部超前锚杆用于支托拱上部临空的围岩。沿隧道拱部外缘设超前锚杆地下水发育的断层破碎带或可能出现突水涌泥地段Ⅴ级围岩及其以下围岩地段,围岩自稳能力较差,或浅埋地段及地面有重要建筑物等。超前小导管可加固洞壁一定范围的围岩,也可与钢架组成小管棚系统支托围岩。沿隧道拱部外缘设φ42,长4.5m热轧无缝钢花管,管内注浆。管外端可支于钢架上。Ⅳ、Ⅴ级围岩地段超前长管棚超前锚杆超前预注浆通过预注浆固结岩体,提高围岩承载力,并起到堵水效果。主要作用技术要求使用条件管棚与钢架组合成预支护系统,以支撑和加固自稳能力极低的围岩,对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著效果。沿隧道拱部外缘设φ89~φ108,长度不小于10m的热轧无缝钢管,管内注浆或管内增设钢筋笼,管外端支于钢架上。Ⅳ、Ⅴ级围岩地段一、初期支护的基本认识隧道开挖后,为控制围岩应力适量释放和变形,增加结构安全度和方便施工,隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层,称为初期支护。隧道工程中初期支护一般采用锚喷网结构形式。锚喷支护工程特点:1.及时性:喷射早强砼,能迅速给围岩提供支护抗力;2.密贴性:喷射砼与围岩能全面密贴粘结;3.深入性:锚杆可深入围岩一定深度加固围岩,形成承载圈。4.柔性:容易调节围岩变形,可控制围岩塑性变形适度发展,发挥自承能力;5.封闭性:可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。一般规定1、隧道初期支护必须紧跟隧道开挖作业面及时施作,同时应按设计要求进行监控量测的相关作业,对位于不良地质地段的隧道,初期支护应及时封闭成环,保证施工安全。2、隧道初期支护应采用喷锚支护,根据围岩特点、断面大小和使用条件等选择喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等单一或组合的支护形式。3、隧道支护施工前,应确定支护紧跟开挖的时间、距离及工序搭接要求,确定喷射混凝土前基面标准和设置喷混凝土厚度控制标志;确定锚杆、钢架、钢筋网的加工、运输、安装方案。4、喷射混凝土冬期施工时,作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C。5、作业区应有良好的通风和照明装置,喷射混凝土时粉尘含量不得大于2mg/m3。6、岩爆地段隧道施工加强支护工作,支护的方法是在爆破后尽可能早地向拱部或侧壁进行喷射混凝土,再加设锚杆及钢丝网。衬砌工作要紧跟开挖工序进行,以尽可能减少岩层暴露时间,减少岩爆发生和确保人身安全。7、膨胀岩隧道的初期支护宜采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架等,以提高初期支护的整体刚度,应优先考虑采用喷射钢纤维混凝土。隧道工程优先采用锚喷的柔性支护结构目的:容许围岩发生有限变形发挥围岩的自承能力节省工程造价工序流程1、初期支护施工的一般工序流程为:开挖后初喷砼→系统支护施工(锚杆、钢筋网、钢架)→复喷砼至设计厚度。2、爆破后应首先清除浮石,然后立即进行初喷混凝土封闭围岩,以期充分发挥围岩的自稳能力。出碴结束后,再根据围岩级别施作锚杆、挂网、拱架及复喷混凝土。3、在富水断层破碎段,支护施作前应及时排水,以预防塌方的发生。在少量集中渗水、淋水地段,在将要通过的透水层部位,可采用排水孔法或排水管法,布置一定数量的排水孔或埋设排水管,将渗、淋水集中到排水孔内导出;也可采用金属网法,通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层,将其固定在围岩上,通过软管排水,随即喷射混凝土。如涌水较大,支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护,待涌水减小或无水时,再进行支护或进行固结封堵,迫使水流改变流向。4、喷射混凝土厚度平均厚度应大于设计厚度,最小厚度不得小于设计厚度的2/3。锚杆1、锚杆的支护效应锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。(1)支承围岩;(2)加固围岩;(3)提高土层间摩阻力,形成“组合梁”(4)“悬吊”作用:2、锚杆种类(1)普通水泥砂浆锚杆施工顺序:施工准备初喷砼面上标注孔位钻孔清孔往孔中注入砂浆插入杆体固定杆体、待强安装垫板设计、施工要点①钻孔:钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。钻孔孔径比杆径大15mm。孔位允许偏差为±15~50mm钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm,孔深允许偏差为±50mm。清孔:孔钻好后用高压水(风)将孔眼冲洗干净,用塞子塞紧孔口,防止石渣掉入。②水泥砂浆:水泥一般选用普通硅酸盐水泥,砂子粒径不大于3mm,并过筛;砂浆强度不低于M20;配合比一般为水泥:砂:水=1:(1~1.5):(0.45~0.5)。粘结砂浆应拌和均匀,并调整其和易性,随拌随用,一次拌和的砂浆应在初凝前用完。③注浆管应插至距孔底5~10cm位置,随砂浆注入缓慢匀速拔出。注浆体积应略多于需要体积,将注浆管全部抽出后,应立即迅速插入杆体,可用锤击或通过套筒用风钻冲击,使杆体强行插入钻孔。④杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%,实际粘结长度亦不应短于设计长度的95%。⑤杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡住,防止杆体滑出。锚杆安设后不得随意敲击;终凝以前不得在端部悬挂重物;水泥砂浆终凝以后安装垫板。(2)中空注浆锚杆组成:由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成。主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。施工顺序:施工准备布孔钻孔、清孔组装中空锚杆体、排气管、止浆塞安装锚杆连接注浆管、注浆锚杆杆体孔口回浆浆体待强、安装垫板螺栓设计、施工要点①中空锚杆体材料应选用符合《中空锚杆技术条件》的无缝钢管轧制。②锚杆体及附属结构的内外表面不得有裂缝、折叠、轧折、离层、结疤和锈斑等缺陷,存放及使用中材料内外表面必须除去油污。③普通中空锚杆在用于边墙或俯角下倾的锚孔时,注浆可采用由锚杆内中空通孔进浆,锚杆口排气方式。用在锚孔向上倾斜的仰角时,锚杆注浆必须自锚杆体外钻孔中注浆,锚杆的中空通孔作为排气的注浆方式。④锚杆孔位、孔深及布置形式符合设计要求,锚杆用的水泥浆或砂浆强度不低于M20,单管达到设计注浆量时注浆结束,当注浆压力达到设计终压不少于20分钟,进浆量仍达不到注浆终量时,亦可结束注浆,并保证锚杆孔浆液注满,注浆质量合格后将锚杆头封堵,避免浆液倒流。3、锚杆的布置分为局部布置和系统布置。局部布置它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体,隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。布置原则:拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉;拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。系统布置在破碎和软弱围岩中,一般采用系统布置的锚杆,对围岩起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位,应加设长锚杆。布置的原则:(1)在隧道横断面上,锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置,对水平成层岩层,应尽可能与层面垂直布置,或使其与层面呈斜交布置。(2)在岩面上锚杆宜成菱形排列,纵、横间距为0.6~1.5m,其密度约为0.6~3.6根/m2;(3)锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2,在Ⅳ、Ⅴ级围岩中,锚杆间距宜为0.5~1.2m,但当锚杆长度超过2.5m时,若仍按间距不大于1/2锚杆长度的规定,则锚杆间的岩块可能因咬合和连锁不良而导致掉块坠落,为此,其间距不宜大于1.25m。我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定:在围岩条件较好的I~Ⅲ级岩层,可以采用喷锚支护,锚杆长度为1.5~3.0m;在围岩条件中等和较差的Ⅲ~Ⅵ级岩层中,作为复合衬砌中初期支护的锚杆,单线隧道锚杆长度为2.0~3.0m,双线隧道锚杆长度为2.0~3.5m。4、锚杆间距和布置锚杆最大间距不应超过锚杆长度之半;隧道跨度之半(跨度小于6m);岩体中平均断裂面间距所确定的不稳定岩块宽度的1.5倍。我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定,锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2,以有利于相邻锚杆共同作用。新奥法对锚杆布置的设计,从支护应使围岩形成自承拱出发,锚杆间距规定为:硬岩的锚杆间距取1.5m;软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取1.0~0.8m;膨胀性地层的锚杆间距取1.0~0.8m。喷射混凝土喷射混凝土既是一种新型的支护结构,又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机,按一定的混合程序,将掺有速凝剂的细石混凝土,喷射到岩壁表面上,并迅速固结成一层支护结构,从而对围岩起到支护作用。砼工喷射艺流程施工准备受喷面处理埋设喷层厚度标钉机具到位接通风水电、试机初喷混凝土作业复喷混凝土作业质量检查1、喷混凝土的作用(1)支撑围岩(2)“卸载”作用(3)填平补强围岩(4)覆盖围岩表面(5)阻止围岩松动(6)分配外力2、喷混凝土的特点(1)喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点。它能较好地填充岩块间的裂隙的凹穴,增加围岩的整体性,防止自由面的风化和松动,并与围岩共同工作。(2)与普通模筑混凝土相比,喷射混凝土施工将输送、浇注、捣固几道工序合而为一,更不需模板,因而施工快速、简捷。(3)喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10min左右终凝,一般2h后即具有强度,8h后可达2MPa,16h后达5MPa,一天后可达7~8MPa,四天达到28d强度的70%左右。(4)试验表明,喷射混凝土与模筑混凝土相比,密实性和性能稳定性要差。3、喷射工艺种类喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。主要区别是各工艺的投料程序不同,尤其是加水和速凝剂的时机不同。干喷的缺点是产生的粉尘量大,回弹量大,加水是由喷嘴处的阀门控制的,水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有关。但使用的机械较简单,机械清洗和故障处理容易。潮喷是将骨料预加少量水,使之呈潮湿状,再加水泥拌和,从而降低上料、拌和和喷射时的粉尘。但大量的水仍是在喷头处加入和喷出的。湿喷混凝土质量容易控制,喷射过程中的粉尘和回弹量很少。但对喷射机械要求较高,机械清洗和故障处理较麻烦。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道,则不易使用湿喷。混合喷射又称水泥裹砂造壳喷射法,是将一部分砂加第一次水拌湿,再投入全部水泥强制搅拌造壳;然后加第二次水和减水剂拌和成SEC砂浆;将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。由于喷射工艺的不同,喷射混凝土强度不同,干喷和潮喷混凝土强度较低,一般只能达到C20,而混合喷射和湿喷则可达到C30~C35。4、喷混凝土设计与施工设计要点(1)喷射混凝土设计的最低强度不应低于15MPa,一般设计强度为20MPa,一天龄期抗压强度不应低于5MPa。对Ⅱ~Ⅲ级围岩,喷射混凝土与岩面的粘结强度不应低于0.8MPa,对Ⅳ级围岩,喷射混凝土与岩面的粘结强度不应低于0.5MPa。(2)一次喷射混凝土厚度应根据设计厚度和喷射部位确定,一般分2~3次喷至设计厚度,初喷厚度一般为4~6cm,后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时,受喷面应用高压气体、水清洗干净。岩面有较大凹洼时,应结合初喷予以找平。(3)喷射混凝土中含有较多的大小适中、分布均匀、彼此不串通的气泡,故提高了抗渗性。一般若水灰比不超过0.55时,抗渗性可以达到P8。要求有较高的抗渗性时,水灰比最好不超过0.45~0.50。(4)采用水泥裹砂喷射工艺时,造壳水灰比与砂子的细度模数关系很大,砂子越细,其表面需水量越大,则需要较大的造壳水灰比。一般在0.15~0.35范围内。原料(1)水泥要求掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。一般优先采用425号以上的普通硅酸盐水泥,(2)砂子(细骨料)一般采用坚硬耐久的中砂或粗砂,细度模数一般宜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