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浅埋隧道软弱围岩管棚超前支护及监控量测技术研究

作者：周伟

来源：《科技资讯》2011年第12期

摘 要:本文基于笔者多年从事铁路隧道施工的相关工作经验,以铁路隧道软弱围岩隧道超前支护与深空注浆施工技术为研究对象,论文详细阐述了施工步骤与细节,论证了隧道开挖与监控量测的相关技术,全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华,相信对从事相关工作的同行有着重要的参考价值和借鉴意义。

关键词:浅埋偏压 隧道施工 软弱围岩 注浆

中图分类号:TB21 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)04(c)-0061-02

浅埋隧道与深埋隧道相比,主要是难以形成承载拱。浅埋隧道多数有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩等对隧道开挖有很大影响的特殊地形、地质问题。在开挖过程中和开挖完成后会出现拱顶下沉急剧增大、隧道净空收缩、地表开裂等,有时也会出现掌子面失稳。浅埋偏压软弱围岩隧道施工一直是隧道施工过程中需要面临和解决的重要课题之一。

1 超前支护

对于围岩的自稳能力较差时,为了预防坍方,必须采用超前支护体系,主要的内容有超前锚杆、小导管注浆、管棚、全断面预注浆、深孔注浆、帷幕注浆以及在洞口浅埋段采用的地表注浆等。

在软弱破碎地质隧道施工中,虽然采用深孔注浆达到了止水固结的目的,但固结范围有限,加上地质及注浆有些不确定因素,为保障施工万无一失,一般在开挖前均采取超前支护,超前支护一般采用超前锚杆或超前小导管。对于地下水压较大的隧道,开挖前一般还要采取排水降压措施,主要采取钻孔排水,钻孔深度应超出注浆范围。

浅埋偏压软弱围岩隧道施工需要解决的问题是掌子面的稳定性和合理化施工(安全而快速的施工)两大问题。对掌子面稳定性起重要作用的超前支护,是确保掌子面前方稳定不可缺少的手段。从作用效果看,超前支护可有以下几方面作用:梁效果:超前支护的结构可视为一个沿隧道纵方向的梁结构,发挥一个刚性梁的效果;壳效果:超前支护可在掌子面前方形成一个壳结构,以其

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厚度和刚性来保证隧道掌子面及其周边围岩的稳定;改良效果:把隧道周边围岩的强度加以改善,这是注浆法的主要效果。 1.1 超前锚杆

在隧道周边,未开挖前先施作超前锚杆,起到预先加固的作用,其主要参数为: 全苗杆的直径φ=20mm～30mm; 长度1=3.0m～5.0m; 间距d=0.3m～0.5m; 外插角α=10＂～15＂。

锚杆一般采用普通砂浆锚杆,特殊情况下可采用药包锚杆或迈式锚杆。 1.2 小导管注桨

小导管超前注浆,是在地基灌浆法基础上发展起来的一项围岩加固止水技术,它同时具有超前支护作用,是不良地质隧道与地下工程施工常用的一种开挖辅助措施。

在隧道开挖掌子面上,沿设计开挖轮廓线以外0.2m～0.3m,钻孔安装小的钢花管,然后进行高压注浆加固,等浆液达到一定强度后再进行开挖。其主要参数为: 小导管的直径φ=40mm～60mm; 长度1=3.0m～5.0m; 间距d=0.3m～1.0m。 1.2.1 技术特点

超前支护体系,提高了岩体的稳定性,控制了围岩松弛变形,增强了施工的安全性。加固效果好,注浆质量易于控制。采用常规小型机械,无需配备专用设备,工艺操作简便。 1.2.2 适用范围

适用于风化很严重、节理很发育和碎石土、砾石土等各种软弱围岩条件下的隧道及地下工程地层加固,也可用于处理坍方主体。 1.2.3 主要技术措施

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小导管水泥一水玻璃双液预注浆止水加固松散围岩。 1.3 管棚

当围岩十分软弱、破碎、变形量很大时,一般在V、VI级大变形的条件下,可采用长管棚的超前加固措施,其主要参数为: 管棚的直径φ＝108llum～180llun; 长度1=10m～40m;· 间距d=0.5m～1.0m;

注浆压力F=1.5MPa～3.0MPa。

管棚法的基本原理就是在开挖之前将一个伞形的金属保护棚架预先安放在隧道开挖轮廓线的外弧线上,该棚架由一定间距排列的大惯性矩的钢管构成,起到保护下部地层开挖的作用,一般超前长度在5m～30m,有短管棚、长管棚。先用钻机打一定深度的钻孔,然后插入金属钢管,再用注浆机压入水泥砂浆或混合浆液,待其凝固后就可以开挖。在法国马赛地铁2号工程、日本第一福田尾隧道、成渝高速公路中梁山隧道工程、北京第三使馆区的供热管线工程的暗挖隧道等都使用了该工法。 1.4 超前支护辅助方法

下面就国内外各种超前支护辅助施工方法作详细介绍。 (l)压缩空气法或气压室法。

被开挖地层的稳定性往往取决于地层是否充分排水,在地层透水性差时水对开挖影响不大,但在地层透水性好时如砂层,水就会对开挖产生较大的影响,这时一般用排水井和压缩空气控制地下水。后者利用压缩空气的压力(0.1MPa左右)来抑制地下水不流出,并对开挖面产生支护作用,减小地面沉降,这是压缩空气法或气压室法的主要原理,在慕尼黑和维也纳的地铁工程已经取得了成功应用。

(2)冷冻法(冻结施工法)。

冷冻法一般适用于地下水比较丰富、或地下水压比较大的地层中,它是采用冷冻机和循环泵将氟利昂(CaC12)或低温液化气通过冷冻管注入隧道前方地层中使地层孔隙水冻结而得到强化,一般按30m一段进行土木工程施工,但要考虑解冻后的地面下沉。