3.隧道超前支护

中铁十一局集团第二工程有限公司隧道施工技术（隧道超前支护）中铁十一局集团沪昆客专长昆湖南段第一项目分部编制：刘飞飞2011年11月内容提要•一、超前预注浆•二、超前小导管•三、超前管棚•不良地质隧道硬按照设计或经批准的方案，进行超前支护，以提高围岩强度、自稳和之水能力。•超前支护主要包括：•预注浆•超前小导管•超前管棚一、预注浆•1、预注浆包括超前径向注浆、掌子面围岩后注浆、超前小导管注浆、超前管棚注浆等、中空锚杆注浆。•2、注浆工艺包含很多种目前研究使用的主要的注浆工艺有前进式分段注浆、后退式分段注浆、全孔一次性注浆。一、预注浆•3、注浆工艺流程一、预注浆•3、注浆工艺流程•(1)前进式分段注浆•在施工中，实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工。每次钻孔注浆分段长度3~5m。前进式分段注浆可采用水囊式止浆塞或孔口法兰盘进行注浆。•适用范围：围岩裂隙发育或破碎难以成孔的岩层，深孔注浆可采用前进式分段注浆一、预注浆•3、注浆工艺流程•(1)前进式分段注浆施工工艺法兰盘止浆前进式分段注浆示意图一、预注浆•3、注浆工艺流程•(2）后退式分段注浆施工工艺，•注浆施工时，首先将止浆塞及其他配套装置防暑管中，对底部一个注浆分段段长进行注浆施工，第一分段注浆完成后，后退一个分段长度进行第二分段注浆，如此下去，知道将整个注浆段完成。进行后退式分段注浆施工，注浆分段长度宜取0.6m~1.0m。•适用范围：围岩局部破碎，可以顺利成孔的岩层。一、预注浆•3、注浆工艺流程•(2）后退式分段注浆施工工艺，•后退式分段注浆示意图一、预注浆•3、注浆工艺流程•(3）全孔一次性注浆施工工艺，•直接将注浆管路和注浆孔口装置接通进行注浆施工。•适用范围：孔深小雨6m或围岩裂隙较均匀。全孔一次性注浆示意图一、预注浆•注浆管路连接示意图一、预注浆•4、注浆施工要点•（1）注浆材料按照配合比准确计量，严格按顺序加料，拌合后的浆液必须经过筛选网过滤后经注浆机。•（2）注浆应设置止浆塞，止浆塞可采用气囊、水囊或橡胶止水塞，并能够承受注浆终压的要求。•（3）注浆过程中做好施工记录，包括孔位、孔径、孔深、浆液配合比、注浆压力、注浆量、跑浆、串浆等内容。•（4）注浆后可通过检查孔、物探等方法检查确认注浆效果。•（5）注浆施工中出现的异常强狂处理》•钻孔中遇见突泥、突水、立即停钻进行注浆处理；局部漏浆可用麻丝填塞裂隙、调整浆液配合比、缩短胶凝时间、浅孔注浆固结等方式处理；注浆压力突然升高一、预注浆•4、注浆施工要点•暂停注浆，检查管路是否堵塞、压力表有无故障；进浆量大、压力长时间不升高时，可采用加大浆液浓度、降低注浆压力、添加纤维材料或间歇注浆等方法处理。•（6）注浆原则：分区注浆（10m）；注浆书序按跳孔原则；由下至上原则；约束发散型注浆原则；定量、定压相结合原则；多孔少注原则；二、超前小导管•超前小导管配合型钢钢架使用，应用于隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部超前注浆预支护。超前加固采用在围岩四周打设注浆小导管，钢管规格型号、壁厚、间距、倾角、环向设置范围、纵向搭接长度及注浆要求需符合设计及规范要求。二、超前小导管•1、施工工艺•施工工艺流程见图施工工艺流程见图二、超前小导管•注浆小导管结构图见图二、超前小导管•2、操作要点•（1）小导管钢管加工•小导管前端加工成锥形，防止浆•液前冲，方便顺利插入已钻好的导•管孔内。当围岩松软时,也可以直•接打入,小导管尾端采用φ8钢筋焊•一圈加强箍,防止顶进时导管尾端变形。为了便于注浆，在小导管中部钻φ8@10cm、梅花形布置的小孔。对加工好的成品要经过严格的质量检验，以保证注浆质量。为了能与注浆协调进行，可提前安排加工。二、超前小导管•2、操作要点•（2）孔口密封处理•为防止注浆漏浆，在小导管的尾部用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔内后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。钢管尾端外露足够长度，并与格栅钢架焊接在一起。钢管定顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。•（2）测量放样•按设计要求，在掌子面上准确画出本循环需施设的小导管孔位。二、超前小导管•2、操作要点•（3）钻孔•导管采用凿岩机、煤电钻钻孔或手持风钻钻孔时，其孔深应适当超深；采用锤击或钻机顶入时，其顶入长度不应小于管长的90%。一般要求孔位偏差不超过50mm，外插角5~10度°，锚固长度不小于设计长度的96%。孔径较设计导管管径大20mm以上。•（4）插管•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，钢管要与拱架焊接牢固，与钢架共同组成预支护体系。二、超前小导管•2、操作要点•钢拱架上开超前小导管孔二、超前小导管•2、操作要点•（5）注浆•A.注浆前先喷射混凝土5～10cm厚封闭掌子面，形成止浆盘。注浆前先b冲洗管内沉积物，由下至上顺序进行。•B.单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束。•C.注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。•D.注浆后注浆孔要堵塞密实。•F.注浆参数可参照以下数据进行选择：•注浆压力：一般为0.5～1.0Mpa•浆液初凝时间：1～2min•水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥•砂：中细砂二、超前小导管•3、注浆技术措施•（1）严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆固结体的强度，选定最佳配合比。•（2）注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现结构变形、串浆、危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象。当出现异常现象时，采取下列控制措施：•(1)降低注浆压力或采用间隙注浆。•(2)改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间。•(3)调整注浆实施方案。•(4)注浆效果检查：一方面用进浆量来检查注浆效果，另一方面因为注浆方法为周边单排固结注浆，检查地层固结厚度，如达不到要求，要及时调整浆液配合比，改善注浆工艺。二、超前小导管•3、注浆技术措施•(5)为防止孔口漏浆，在花管尾端用麻绳及胶泥或喷射混凝土，封堵钻孔与花管的空隙。•(6)注浆管与花管采用活接头联结，保证快速装拆。•(7)注浆的次序由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆。•(8)拆下活接头后，快速用水泥药卷封堵花管口，防止未凝的浆液外流。•(9)注浆过程派专人记录，开挖时要检验注浆效果。•(10)注浆达到需要强度后方可进行开挖作业。二、超前小导管•小导管允许施工误差序号项目允许偏差1方向角2°2孔口距±50mm3孔深+50，0mm三、超前管棚•超前管棚分为：超前大管棚20m~40m；超前哦鞥中管棚13m；超前小管棚4m（超前小导管）；•大管棚一般采用Ф89～108热轧无缝钢管，以15cm丝扣套连接，为保证大管棚外倾角及间距的准确性，防止管棚钢管侵限或偏离轮廓线距离过大，在洞口段设置钢架砼导向套拱，钢架固定牢固后，按方案设计尺寸于钢架上缘定出各套管位置，然后将ф125钢管焊接在指定位置上，待套拱砼达到设计强度的70％，开始钻孔下管并根据设计要求进行注浆。注浆完毕后，人工弧形导坑开挖预留核心土。洞口增设套拱，不仅对大管棚施工技术起了导向作用，而且对洞口仰坡也起了很好的稳定作用。三、超前管棚•洞口暗挖段考虑到埋深浅、易塌方，设计主要采用超前大管棚进行防护。一般采用的进洞方法是：首先开挖明洞段拱部部分，并根据设计进行边、仰坡支护处理，再施做C25砼套拱，然后施作超前长管棚，最后在管棚支护下可以安全进洞。在明暗洞衔接处设计有套拱，套拱拱部布设φ140×6mm导向钢管，进入暗洞时采用φ108×6mm长管棚超前支护，管棚中心距开挖轮廓线约30cm，外插角1～5°，采用φ108×6mm的无缝钢管制作，环向间距50cm，仰角1°（不包括路线纵坡），方向与路线中线平行。三、超前管棚三、超前管棚完成后的大管棚洞内效果三、超前管棚三、超前管棚•1、技术要求•洞口土方开挖须避开雨季施工。开挖前先施工截水沟、天沟等排水系统，后进行洞口开挖。明挖段开挖应自上而下逐层进行，随开挖随喷混凝土进行边、仰坡防护。至暗挖段拱顶开挖轮廓线高度时，垂直下挖至设定的上半断面底部，临时喷设混凝土封闭暗洞掌子面。沿开挖轮廓线环向掏槽，安装2榀型钢钢架（型钢尺寸按设计文件），浇筑混凝土，为暗洞开挖作准备。三、超前管棚•1、技术要求三、超前管棚•2、套拱施工•管棚施工前应先施工套拱，利用套拱进行导向，同时借助混凝土套拱稳定仰坡面山体。套拱混凝土达到85%强度时，方可实施管棚钻孔工作。三、超前管棚•2、套拱施工•(1)测量放样,标定套拱与暗洞开挖分界线。•(2)进行套拱拱部及边、仰坡开挖和整修,并按设计要求进行边、仰坡加固处理。•(3)套拱施工时，先安装两榀Ⅰ18型钢钢架，钢架外表面的连线坡度与管棚的外插角一致。经环向各点量测满足要求后，固定型钢。在型钢上标注φ140×6mm导向钢管的位置，逐根焊接于钢架上固定。•（4）管棚采用C25砼套拱作长管棚导向墙，套拱在明洞轮廓线以外紧贴掌子面施作，长度为3米，套拱内埋设4榀18工字钢，工字钢与管棚孔口钢管φ140×6mm焊接成整体。Ф25固定钢筋与孔口管、18工字钢采用双面焊接，焊接长度大于5d。•（5）支撑稳固后，然后安装内、外侧其它型钢钢架，内、外层钢架采用钢筋焊接，布筋和安装孔口管必须符合设计要求，保证布筋、孔口管的位置和角度准确，内外模均采用5cm木模或竹胶板加工安装，然后进行套拱砼的施工，待套拱砼强度达到85%时开始长管棚施工。三、超前管棚•3、长管棚施工•(1)长管棚钻孔工艺流程三、超前管棚•3、长管棚施工•(2)长管棚钻孔操作要点•为保证成孔质量，防止邻孔钻进时前面的成孔坍塌，钻孔间隔进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔，成孔直径为φ140mm，以便顺利安装φ108×6mm钢花管。即采用大引导孔施工，最大程度上克服在顶管施工作业中送管难的情况发生。•（3）施作长管棚时（φ108×6mm），打孔角度洞口段为1°～2°，洞内适当加大角度，但角度应控制在3°～5°，间距25cm，每根长24m（每节长6m，采用长15cm的丝扣连接），施作时每段应交错搭接3m，钢管上按间距15cm梅花形钻10mm的小孔。第一节钢管顶端做成锥型，三、超前管棚•3、长管棚施工•以便顶进。φ108×6mm钢管采用4.0m和6.0m两种规格，奇数孔首根4.0m，偶数孔首根6.0m，其余的均为6.0m，以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用丝扣联接。•(4)为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆材质一致，两端加工内螺纹（配合钻杆首位端外螺扣），连接套的壁厚≥10mm。三、超前管棚•3、长管棚施工•钢花管大样及布置示意图三、超前管棚三、超前管棚•3、长管棚施工•以便顶进。φ108×6mm钢管采用4.0m和6.0m两种规格，奇数孔首根4.0m，偶数孔首根6.0m，其余的均为6.0m，以避免钢管接头在同一断面上。钢管采用丝扣联接。•(5)为了确保钻杆接头有足够的强度、刚度和韧性，钻杆连接套应与钻杆材质一致，两端加工内螺纹（配合钻杆首位端外螺扣），连接套的壁厚≥10mm。•(6)钻机立轴方向必须准确控制，在浇注好的套拱上标出孔位和孔号，孔号分为奇数孔和偶数孔，奇数孔采用无缝钢管，偶数孔采用梅花钢管。奇数孔成孔后及时安装钢花管或无孔钢管，压注水泥浆。偶数孔成孔后也必须立即安装钢管，防止塌孔，同时偶数孔的施工一方面可以检查奇数三、超前管棚•3、长管棚施工•孔注浆质量，另一方面也可以进行补充注浆，提高注浆加固围岩的效果•施钻时，台车大臂必须顶紧在掌子面上，以防止过大颤动影响施钻精度。•（7）钻机开孔时的钻速宜采用低速，钻进20cm后转入正常钻速。•（8）第一节钻杆钻入岩层，尾部剩余20～30cm时停止钻进，人工用两把管钳卡紧钻杆，钻机低速反转，脱开钻杆。钻机沿导轨复位，再装入第二根钻杆