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淺析軟弱圍巖隧道超前預支護技術(shù)論文
[摘要]隧道通過軟巖地帶時，給掘進帶來相當大的困難，而且容易發(fā)生安全事故，本文對軟巖特性進行分析并歸納了軟巖隧道常用的超前預支護方法及其施工工藝和施工中應注意的質(zhì)量問題。
[關(guān)鍵詞]軟弱圍巖；力學特性；預支護
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(jié)構(gòu)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(cè)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(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)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(shè)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。
2、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(jié)構(gòu)。
�。�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(jié)構(gòu)迅速破壞。
三、超前管棚支護技術(shù)
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(jié)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(jié)構(gòu)的上部荷載大大減小，同時通過環(huán)形固結(jié)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
�。�1）施工準備。
①在熟悉設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)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。
�、谕ㄟ^試驗確定或調(diào)整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量。
�、奂庸Ч埽瑴蕚涫┕C具和器材。
�。�2）定向和布孔。布孔參照相關(guān)的設(shè)計圖紙，相鄰孔位誤差≯5 cm。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2 m即可，套管的方向決定鉆孔方向，固定在鋼架上。
�、诓捎脪炀�定向，距離以10 m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(shè)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(shè)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。
�。�4）注漿施工。
�、僮{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(shè)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。
�、跐{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(jié)塊。
�、圩{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。
�、芙Y(jié)束標準：采用終壓和注漿量雙控制。以單管設(shè)計注漿量為標準，當注漿壓力達到設(shè)計終壓≮20min，進漿量仍達不到設(shè)計標準時，也可結(jié)束注漿。
�、菪Ч麢z查：開挖檢查漿液滲透及固結(jié)狀況，根據(jù)壓力漿量曲線分析判斷，沒達到設(shè)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，確保孔位不發(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(shù)外，還有超前小導管預注漿技術(shù)等。
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