专题五预支护.ppt

超前预支护技术在破碎或松散地层、自稳能力差的隧道施工中被广泛采用。所谓的超前预支护，就是隧道开挖之前，在掌子面前方的自然地层设置一个像拱壳的连续体，使其既加固掌子面前方的自然地层，同时利用初期支护又保持自然地层的特性，从而保证掌子面及地层的稳定，减少地表沉降量。早期的隧道施工，预支护的形式主要为打插钢板、木板或型钢，即所谓的插板法。现代常用的超前预支护方法有超前锚杆、超前小导管、水平旋喷注浆、机械预切槽法和超前管棚法。 1 超前锚杆 超前锚杆是沿隧道开挖面外轮廓钻孔，插入钢筋杆体并用水泥砂浆使杆体与围岩固结成整体。隧道开挖后，杆体及周边固结的部分围岩支承上覆岩土体，防止围岩坍塌，减少洞室变形。在破碎岩石地层中，该方法工艺简单，造价低，应用十分广泛。在砂土质松软地层中，因砂浆与粘土体粘结力较低，限制了应用；同时因为一次施作距离短，预支护刚度小，在地应力较大、地层位移控制严时，也限制了它的使用。 2 超前小导管 超前小导管与超前锚杆所不同的是将钢筋杆体改为空心钢管，通常管径36~50mm，管壁预留注浆孔，管口止浆封面后，注入水泥浆。压力注浆渗透扩散管周较大的砂土体。管周注浆固结体形成一定厚度的隧道加固圈后，实现超前支护的目的。 该方法工艺简单，造价低，特别是砂、土质松软地层中，应用十分广泛。但因其一次施作距离短，预支护刚度小，在地层压力大，地层位移控制要求严时，也限制了它的应用。 小导管常与格栅钢架共同组成支护系统。小导管起双重作用：一是起超前管棚作用，二是起注浆管的作用，通过注浆，加固软弱围岩。 浆液扩散半径的确定：扩散半径不是浆液在地层中扩散的最远距离，而是指浆液能符合设计要求的扩散距离。考虑到注浆扩散范围相互重叠的情况，可按下式计算：R=(0.6~0.7)L0 ，其中L0为导管中心间距(m)。 注浆量确定：先计算出单孔注浆量，然后乘以注浆管数即可得： 式中，Q——注浆量(m3)；N——注浆管数量(个)； R——浆液扩散半径(m)； L——注浆长度(m)； n——围岩孔隙率(%)； ——浆液充填系数，一般取0.7~0.9； ——注浆材料损耗系数，常取0.1左右。 超前小导管施工简易，应急速度快，比超前锚杆支护能力大； 比管棚简单易行、灵活、经济、施工速度快，但支护能力较弱； 格栅内空间被喷射混凝土充填，其表面被覆盖，所形成的初期支护具有较强的承载能力，并有一定的防水性能； 初期支护与围岩紧密粘结，形成一个刚度较接近的共同变形体，易形成有效的压力拱，使隧道结构受力条件趋于合理。 3 水平旋喷注浆 喷射注浆法，又称旋喷法，分为垂直和水平旋喷注浆两种方法。水平旋喷注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆，只是一个为水平一个为垂直。其施工方法为，首先使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。 一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥－水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被切割下的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径600mm左右的固结体，同时周围地层受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到一定程度的改善。 旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚，在松散不稳定地层隧道中，可有效控制坍塌和地层变形。水平旋喷注浆桩的应用在我国还不是很广，旋喷桩抗弯性能不强，施工控制的难度较大，特别是目前我国的水平旋喷钻机性能尚未过关，制约了水平旋喷预支护技术的应用和发展。 它主要适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。 4 械预切槽法 机械预切槽法首次应用于20世纪70年代法国巴黎快速轨道运动系统的一个车站的建造工程中。它是利用专业的切槽机械，沿隧道外轮廓切割一定深度的切槽。切槽方式有带锯式和排钻式两种。在硬岩地层中，利用该切槽，作为爆破振动的隔振层，主要起隔振或减振的目的。在软石或砂质地层中，在切槽内填筑混凝土，形成预支护拱，提高隧道稳定性。 机械切槽预支护，在国外已有多次成功应用的实例，取得了较好的经济和社会效益。在国内，软岩锯式切槽机尚在研制当中。 在安全稳定的作业环境下，用挖掘机或臂式掘进机开挖前作业面。自卸汽车或翻斗车可穿行于预切槽机内。 必要时，作业面装以玻璃纤维锚杆，以稳定作业面。随后在作业面上喷混凝土。 紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。 5 超前管棚法 大管棚(一般管径75~118mm，长度10~20m)是指开挖掘进前在隧道开挖工作面的上半断面(呈扇形)或全部沿隧道断面周边间隔一定距离用大型水平钻机钻孔，钢管跟入或向孔内压入钢管而形成钢管群体。为提高钢管刚度常向管内灌注混凝土或钢筋笼混凝土。由于一次施作距离大，支护刚度大，它能有效控制土质围岩的下沉松驰和坍塌，好地控制地表