論軟弱圍巖隧道超前預支護技術

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　隧道通過軟巖是一個經(jīng)常遇到的麻煩問題，采用何種掘進方法、何種支護結構一直是一個爭論不休的問題。一般軟巖（如泥巖，軟砂巖等）特別是在埋深較大時，其側壓力大、本身強度又低，如處理得當，既能減少坍塌，又節(jié)省資金，否則變形不斷，拖延施工時間。更重要的是:要冒險搶工、危及人身安全；運營后，由于軟巖的膨脹力繼續(xù)釋放，可能使隧道底板上鼓、軌道變形，迫使行車中斷，造成經(jīng)濟損失。因此，隧道工作人員一定要精心研究，根據(jù)已積累的經(jīng)驗，結合具體工程情況及時提出相應的解決措施。

　　一、軟巖工程力學特性

　　軟巖工程力學特性軟巖之所以能產(chǎn)生顯著塑性變形的原因，是因為軟巖中的泥質(zhì)成分（粘土礦物）和結構面控制了軟巖的工程力學特性。一般說來，軟巖具有可塑性、膨脹性、崩解性、分散性、流變性、觸變性和離子交換性。

　　二、超前錨桿加固法

　　1.技術原理。錨桿超前支護主要是通過組合、懸吊、擠壓對圍巖進行加固它是將圍巖若干層組合成厚層，將節(jié)理發(fā)育的巖體串聯(lián)在一起阻止巖塊沿裂隙面滑移，從而在洞室周邊形成一定厚度的承載環(huán)，充分發(fā)揮圍巖自承能力，阻止圍巖因過大變形而坍塌。具體是，巷道掘進前，在工作面輪廓線上先沿巷道軸線方向，與該軸線成一定夾角鉆孔裝錨桿，該夾角也叫外插角，一般為5°～20°。錨桿安裝后在工作面鉆眼爆破，作業(yè)時上部巖體得到超前錨桿加固。通常，普通超前錨桿加固后，開始進行斷面開挖施工爆破后立即噴拱，其厚度不小于50mm。在新鮮挖面上噴射混凝土，能及時對圍巖提供抗力，并在可噴入裂隙的一定深度內(nèi)，對巖體進行加固，以抵抗巖石的剪切，提高圍巖的承載能力。噴好拱后再出渣，即完成一次超前錨桿加固（輔助支護或臨時支護），一般一次進尺可達1.5～2.1m為了不使爆破震壞超前錨桿支護層，噴完后到下次放炮的時間不小于4h，然后進行第二次循環(huán)，打眼爆破之后噴拱出渣后，在前一循環(huán)的超前錨桿加固處，進行按常規(guī)打徑向錨桿的噴錨聯(lián)合永久支護（噴層厚度不能小于150mm），如此循環(huán)下去。

　　2.施工工藝。（1）材料加工與錨孔布置:錨桿除銹除油調(diào)直；按設計標孔位；（2）鉆孔:準確控制外插角，以防增加超欠挖；（3）注漿:先用水和稀漿濕潤管路，再開始注漿；（4）插入錨桿:迅速將錨桿插入眼孔，并用錘擊方法插至孔底，再用木楔堵塞孔口，防止砂漿流失；（5）清洗整理注漿用具:除掉砂漿，以備下一循環(huán)使用。

　　3.施工注意事項。（1）砂漿嚴格按配合比拌合，且隨拌隨用；（2）注漿作業(yè)中停止>30min，應測定砂漿塌落度，其值小于，不可再用；（3）錨桿插入后不得隨意敲擊；（4）為提高錨桿承載能力可適當加大錨桿孔徑，并在錨桿端部加墊板，使在洞室周邊形成壓密圈，使圍巖自身成為較理想的承載結構；（5）掘進速度不能太快，因為錨桿的錨固需一定的時間，若過快地掘進，會使錨桿過早承載，導致支護結構迅速破壞。

　　三、超前管棚支護技術

　　1.受力原理

　　超前管棚支護是在擬開挖的隧道、地下洞室等開挖外輪廓周邊上，間隔一定的間距，沿洞軸以一定的外插角鉆孔，安裝慣性矩大的鋼管，然后進行注漿固結的一種預支護措施。其工作原理為:（1）通過管棚注漿，使拱頂預先形成加固的保護環(huán)。而加固環(huán)發(fā)揮“承載拱”的作用，承受拱上部的地面荷載和巖層重量，使拱內(nèi)部圍巖僅承受拱部圍巖的形變壓力，從而創(chuàng)造了理想的開挖條件。（2）當超前管棚沿隧道開挖輪廓周邊密布時，加固環(huán)的變形變小，傳遞給隧道支護結構的上部荷載大大減小，同時通過環(huán)形固結層與管棚，將拱部圍巖的形變應力傳遞給支撐拱架。由于支撐拱架間的相互連接，形成整體支護，有效地保證了掘進施工和初期支護的安全。

　　2.管棚施工

　?。?）施工準備。①在熟悉設計圖紙的基礎上，進一步調(diào)查地質(zhì)情況，按可灌性和空隙比或滲透系數(shù)確定注漿類型；②通過試驗確定或調(diào)整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量；③加工導管，準備施工機具和器材。

　?。?）定向和布孔。布孔參照相關的設計圖紙，相鄰孔位誤差≯5cm。管棚定向可采用以下兩種方法:①安裝定向套管，套管采用比鉆頭稍大的鋼管，一般取2m即可，套管的方向決定鉆孔方向，固定在鋼架上；②采用掛線定向，距離以10m為宜，通過前后兩點掛線確定管棚的方向，在定向時應考慮線路縱坡對外插角的影響。

　　（3）鉆孔、安裝鋼管。鉆孔前先噴混凝土封閉掌子面，以防漏漿，而后測量布孔，在設計孔位點上標記。然后用風動鑿巖機鉆孔，開孔時，先輕壓慢速鉆進，以保證開孔質(zhì)量。鉆進中用測斜儀量測鉆孔方向，發(fā)現(xiàn)偏斜超過設計要求，及時糾正。成孔后，用吹管或掏勺將孔內(nèi)砂石吹（掏）出，以免堵塞。成孔檢查合格后，人工推送鋼管入孔，管口用麻絲和錨固劑封堵。

　?。?）注漿施工。①注漿準備:管棚安裝完成后，旋上孔口閥，連接注漿管路。利用注漿泵先壓水檢查管路是否漏水，設備狀態(tài)是否正常，而后再做壓水試驗，以沖洗巖石裂隙，擴大漿液通路，增加漿液充塞的密實性，核實巖石的滲透性。②漿液配制:在注漿前由試驗確定漿液配比、注漿壓力等注漿參數(shù)。漿液配比選擇要考慮巖石裂隙情況及漿液擴散半徑，現(xiàn)場通過試驗確定。配制漿液時，要注意加料順序和速度，防止?jié){液結塊。③注漿施工:清孔后，按由下至上的順序施工，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，如遇串漿或跑漿則隔孔灌壓。④結束標準:采用終壓和注漿量雙控制。以單管設計注漿量為標準，當注漿壓力達到設計終壓≮20min，進漿量仍達不到設計標準時，也可結束注漿。⑤效果檢查:開挖檢查漿液滲透及固結狀況，根據(jù)壓力漿量曲線分析判斷，沒達到設計要求時，應進行補孔注漿。

　　3.施工注意事項。（1）嚴格控制導管外插角與鉆桿的鉆進方向，防止少部分導管伸入下一環(huán)管棚工作室內(nèi)，影響下一環(huán)管棚的施工。（2）嚴格控制導向管的位置，方向，確?？孜徊话l(fā)生偏斜。（3）導管插入困難，應適當擴大鉆頭直徑，在孔壁來不及坍塌前及時插入導管。（4）如果鉆孔孔壁易坍塌，可用異形接頭將導管與鉆桿連接，同時鉆進。（5）注漿要連續(xù)進行，防止因漿液凝固而使注漿不滿。（6）控制注漿壓力，采取間隔注漿等方法防止隔孔串漿。

　　除了上述技術外，還有超前小導管預注漿技術等。