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地下工程的超前支护工艺及说明

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地下工程超前支护工艺及说明
5.1一般规定
5。1.1隧道施工前应根据设计提供的工程及水文地质资料,结合现场实际情况,制定超前支护方案，进行超前支护。
5。1。2超前支护根据设计可选择超前锚杆、小导管超前注浆、超前管棚支护、小导管超前注浆、预注浆（全断面注浆或周边帷幕注浆）等一种或多种手段对围岩进行加固处理。
5.1.3超前支护施工前，应对进场的原材料进行检验、试验、配备满足施工要求的资源，制定改善作业环境的措施及人员防护方案。
5。1。4超前支护施工后，应清理场地和设备机具，为下一工序创造条件，对不满足要求的项目及产生原因进行分析,制定整改措施，确保超前支护质量隧道开挖的要求。
5.1.5特殊设计的超前支护方式，如旋喷桩、搅拌桩等可根据设计参照有关的规范和指南进行施工。
5.2预注浆
5.2。1常用的注浆方式要有全断面封闭注浆、周边半封闭帷幕注浆、小导管注浆、局部注浆等方式，施工时应根据注浆的目的和工程地质等因素综合选择，选用时可参考以下原则：
1、 对于无自然排水条件的山岭隧道,遇岩石裂缝或断层破碎带时，可采用以全断面注浆为主，局部注浆法为辅的注浆方式。
2、 对于岩石裂隙破碎带，可采用周边半封闭预注浆为主,辅以小导管注浆的方式进行堵水和加固.
3、 对于断面较小的单线隧道松撒岩层和断层破碎,可用小导管注浆,同时在衬砌背后充填注浆。
4、 对于塌方体的处理，采用小导管超前预注浆的方式进行加固。
5、 对于大裂隙,溶洞、溶裂集中涌水，可采用局部注浆法堵水。
6、 当隧道埋深在20m时，可采用地表注浆;当隧道埋深超过20m时，则应采用以开挖工作面预注浆为主的方式。
5.2.2预注浆施工可根据设计和围岩情况采用全孔一次性注浆、分段前进行式或后退式注浆三种方式进行。
1、 对于孔深小于6m或地层裂隙较均匀的底层，可采用取全孔一次性注浆，直接将注浆管路接在孔口管上，或在孔口处设置将塞，利用孔口管进行全孔注浆施工。其施工流程可参照图5。2.2-1。
不合格
不合格
合格
合格
测量放线、标注钻孔位置
钻机及平台架定位
钻控方向确定
钻孔口管孔至2m深度
安设孔口管、钻孔至设计深度
注 浆
效果检查
结束该该孔钻孔注浆施工
整体注浆
效果检查
继续注浆
补充注浆
结 束

图5。2。2—1 全孔一次性注浆施工流程图
2、 如果钻孔较深，为了适应弱破碎围岩和裂隙不均匀地层，保证注浆质量，需要将全孔分为若干段进行注浆.根据钻孔和注浆顺序，又可分为分段前进式或后退式注浆两种。
1） 对于裂隙发育或破碎，难以成孔的岩层，可采用分段前进式注浆，即自孔口开始，钻进一段注浆一段,直至孔最后一段注完为止。每次注浆分段长度根据围岩情况确定.前进式分段注浆采用止浆塞或孔口管法兰盘进行止浆。其施工流程可参照图5.2。2—2。
不合格
不合格
合格
合格
测量放线、标注钻孔位置
钻机定位
钻孔口管孔至2m深度
安设孔口管、继续钻注浆孔
注 浆
效果检查
结束该该孔钻孔注浆施工
整体注浆
效果检查
继续注浆
补充注浆
结 束
钻设注浆孔
第一分段注浆
第二分段注浆
第二分段注浆
……
分段
配置浆液

图5。2.2—2 分段前进式注浆施工流程图
2） 对于围岩局部破碎,但可以成孔的岩层,可采用后退式分段注浆,钻孔一次钻到全孔深，而后在孔内设置止浆塞，从孔底开始，对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，如此往复，直到将整个注浆段完成，注浆分段长度宜取0。6~2.5m。其施工流程可参照图5.2。2-3。
否
是
不合格
不合格
合格
合格
测量放线、标注钻孔位置
钻机及平台架定位
钻控方向确定
钻孔口管孔至2m深度
安设孔口管、钻注至设计深度
后退式分段注浆
效果检查
结束该该孔钻孔注浆施工
整体注浆
效果检查
继续注浆
补充注浆
结 束
浆液配置
下入止浆系统进行
第一分段注浆
达到要求
后退止浆系统进行
第一分段注浆
……
继续注浆
图5.2.2—3分段后退式注浆施工流程图

5.2。3注浆施工前，除根据注浆工艺要求配备应有的机具设备外，还应视工作条件,做好注浆站的布置，进行试泵与注水试验，然后制浆压注。
1、 注浆泵的布置
注浆站应尽量靠近工作面，泵站布置不仅要考虑紧揍、造作方便，并应加强通风防尘.若场地狭窄，应采用移动式的注浆站。
2、 压水试验
注浆前应进行压水试验，以测定岩层的吸水性、渗透性、为注浆时选取泵量、泵压及浆液配方等提供参考依据，同时冲洗钻孔，检查止浆塞效果和注浆管路是否有跑、漏水现象，主讲管路可参照图5.2。3进行连接。
注浆泵
稀释的水玻璃浆桶
水泥
水
缓凝剂
搅拌机
储浆桶
水
水玻璃原液

三通混合器
泄压阀
闸阀

图5.2.3 注浆管路联接示意图
5.2。4注浆材料及注浆配比应根据工程地质、水文地质条件、注浆目的、注浆工艺、设备和成本等因素选择和调整,并满足以下要求：
1、 注浆材料应来源广、价格适宜，形成的浆液具有良好流动性、可灌性 ,凝胶时间可根据需要调节、固化时收缩小，浆液与围岩、混凝土、砂土等粘结力强，固结体具有高强度和良好的抗渗性、稳定性,注浆材料和固结体无毒、无污染、对人体无害。
2、 一般情况下应采用水泥系教材，不宜采用化学浆材。
3、 在淤泥质、粉至黏性土,全风化，中强风华及断层破碎带和动水条件下采用普通水泥—水玻璃双液浆，在砂层中采用超细水泥—水玻璃双液浆。
5。2.5注浆设备的选取应满足以下要求：
1、 钻机可选用回转式、冲击式钻及凿岩机等，钻孔注浆孔径一般可选用￠70~130mm，钻机机具应满足注浆段长的要求.
2、 在灌注水泥浆时,宜采用单液注浆泵或泥浆泵.关注砂浆时则采用专用砂浆泵.在灌注双液浆时应采用双液注浆泵,注浆泵的最大压力应达到设计压力的1。5~2.0倍。
3、 注浆管根据设计要求选用相应规格的钢管加工或选用袖阀管、TSS管。
5。2。6注浆前检查注浆材料数量能否连续注浆要求。如不能保证连续注浆的要求，则要等不足数量或运输保障供应的情况下才能注浆。
5.2。7注浆钻孔作业应满足以下要求：
1、 当掌子面围岩破碎，应先设置止浆墙和孔口管。孔口管埋入止浆墙深度随最大注浆压力而定；孔口管应为无缝钢管，直径不宜小于￠90mm。
2、 在涌水量大、压力高的地段钻孔时应先设置带闸阀的孔口管。当出现大量涌水时，拔出钻具,关闭孔口管上的闸阀,做好准备后，进行注浆.
3、 钻孔前要按照设计将钻机就位，计算出各钻机在工作面上的坐标，标识注浆孔的准确位置，开孔前保持钻机前端中点与掌子面钻孔位于同一轴线上,固定钻机，保证钻杆中心线与设计注浆孔中心线相吻合，钻机安装应平整稳固，在钻孔过程中应检查校正钻杆方向。超前注浆孔的孔底偏差应不大于孔深的1/40孔深，注浆孔和检查孔的偏差应不大于孔深的1/80孔深其他钻孔的孔底偏差应小于1/60孔深或符合设计规定。
4、 钻孔注浆顺序宜先内圈孔厚外圈孔，先无水孔后有水孔。
5、 钻孔2m后安装孔口管或注浆管，测量水压力涌水量,并按表格填写记录，主要内容有孔号、进尺、起始时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力等。
5。2.8注浆作业应满足下列要求：
1、 注浆施工前对不同水灰比、掺加不同掺合物和不同外加剂的浆液进行试验，选择适合的浆液和配比,按照配比准确计量，严格按顺序加料，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。
2、 止浆墙可采用喷射混凝土和模筑混凝土两种形式，厚度应根据设计及地质情况和地下水及注浆压力选取。注浆前应对止浆墙或止浆岩盘进行检查,对薄弱部位进行封堵(麻丝蘸双液浆塞紧），以免浆液从裂隙泄露。
3、 分段注浆时，应设置止浆塞，止浆塞可用气囊、水囊或橡胶止浆塞，并能承受注浆终压的要求.
4、 注浆过程中应根据浆液扩散情况、注浆量、注浆压力等参数调整注浆材料和配比。
5、 主讲过程中应做好施工记录，包括孔位、孔径、孔深、浆液配比、注浆压力、注浆量,以及跑浆、串浆等现象。
5.2.9注浆结束标准应满足设计要求，施工时可参考以下规定：
1、 单孔结束标准：注浆压力逐步升高至设计终压,则继续注浆10min以上，进浆量小于初始进浆量的1/4，检查孔涌水量小于0。2L/min。
2、 全段注浆结束标准：所有注浆孔均符合单孔结束条件注浆后隧道预测涌水量小于1m3/(d · m)。
5。2.10注浆施工中异常情况的处理可参照以下要求进行：
1、 钻孔过程中遇见突泥情况,立即停钻，进行注浆处理。
2、 在掌子面有小裂隙楼浆现用水泥侵泡过的麻丝填塞裂隙，并调整浆液配比，缩短凝胶时间。若仍跑浆，在漏浆处用风钻浅孔注浆固结。
3、 当注浆压力突然升高，则只注纯水泥浆或清水,待泵压恢复正常，则停止注浆，检查管路是否堵塞。
4、 当进浆量很大，压力长时间不升高时，应调整浆液浓度计配合比，缩短胶凝时间，进行小泵量、抵压力注浆,以便浆液在岩层裂隙中胶凝；也可采用间歇式注浆方式，其间歇时间不能超过浆液凝胶时间。
5、 注浆发生堵管，先打开孔口泄压阀,再关闭孔口进浆阀，然后停机，查找原因，迅速进行处理。注浆结束时，应先打开泄压管阀门，再关闭进浆管阀门并用轻水冲洗注浆管冲洗干净后方可停机.
5.2.11注浆结束后，经检查确认浆液固体达到设计规定强度后再进行隧道开挖。
5。3管棚
5.3.1管棚利用导向架，沿着开挖轮廓线,以较小的插角，向开挖面前方打入钢管，形成对开挖面前方围岩的与支护。管棚长度根据地质、机械设备及施工条件确定，长度一般为10~40m。如需设置管棚段较长，应分段设置。
5.3。2管棚适用于浅埋或及破碎岩体入洞口堆积体、坍方体、砂土质地层、强膨胀性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带等不良地质的施工.根据使用范围，可分为洞口大管棚和洞内大管棚两种.
5.3。3洞口大管棚施工流程可参照图5。3。3。
是
是
测量放线
安装套拱模板
帮轧钢筋
安装导向管
浇筑套拱混凝土
塔设管棚施工作业平台
钻机就位、定位
钻孔、下管
是否达到设计孔深
注浆
是否达到终孔标准
结束
管棚加工
否
否

图5。3.3 洞口大管棚施工流程图
5。3。4洞口大管棚施工各项作业应参照以下要求进行：
1、 应先标出隧道中心线及拱顶标高，开挖预留核心土,作为施工套拱和管棚施钻的工作平台。工作平台宽度宜为2.5m，高度宜为2。0m，平台两侧宽度1。5m.
2、 管棚应按设计位置施工，能成孔时，钻孔至设计深度,成孔困难地段采用跟进方式顶入。
3、 钻机立轴方向必须准确控制，以保证钻孔的方向准确。钻进中应经常采用测斜仪量测钢管的偏斜度，发现偏斜超过设计要求及时纠正。
4、 为管棚受力条件，接头应错开，隧道纵向同一解面内接头数不大于50％，相邻钢管的接头至少错开1m.
5、 钢管接头宜采用丝扣连接，丝扣一般长15cm。
6、 钢管应采用热轧无缝钢管，壁厚不宜小于6mm，直径应按设计选用。
7、 钢管环相间距应满足设计要求,一般不大于50cm。
8、 管棚方向应与线路中线平行,外插角应考虑钻具下垂的影响，一般为 1°~3°。
9、 钢管开口间距误差应不大于5cm.
10、 纵向两组管棚的塔接长度应不小于3.0m。
11、 注浆压力初压力以控制在0。5~1.0MPa为宜，终压宜控制在2。0MPa为宜.
5.3。5为避免洞内大管棚施工侵入隧道净空,洞内宜采用增设管棚工作室、按设导向架的方法进行施工.其施工流程可参照下页图5.3。5.
5.3。6洞内大管棚施工作业各项除满足地5。3。4条中的有关规定外，还应参照以下要求进行：
1、 施做工作室,工作室应设计断面大30~50cm，工作室长度应满足钻机作业要求.
2、 施工导向架，安装导向管，导向管长度为2～2。5m,管径应大于管棚直径20～30cm。
3、 施钻工作平台必须牢固可靠，并能承受钻机的活载能力。
5.3.7管棚在注浆以前要充分做好各项准备工作，特别是机具设备应进行运转。如发现问题，及时排除、予以修复，使其处于良好状态，注浆结束后要尽快卸开接头,冲洗管道,以免造成管路中的剩余浆液凝结、堵塞管路。
5。3。8关碰作业要前后配合、统一指挥，保证注浆计划的实现已达到预期的目的和效果。操作过程中必须配备专业电工，以防电路、电路设备发生故障.
5.3。9洞内大管棚施工应选择体积小、效率高、带有自动纠偏功能的钻机，以减少工作室开挖量,提高施工效率和管棚施工精度.

是
是
施工准备
扩大洞室、施工操作间
塔设施工作也平台
安装导向架

钻机就位

钻孔、下管

是否达到设计孔深
注浆
是否达到终孔标准
结束
管棚加工
否
否

图5.3。5 洞内大管棚施工流程图
5。4超前小导管
5.4。1超前小导管注浆是在隧道开挖前，用喷射混凝土封闭开挖面，沿隧道拱部轮廓线打入带孔的钢管,并向钢管内注浆，在隧道拱部形成固结体的加固围岩方式.
5.4.2超前小导管支护一般用在软弱围岩或断层及其影响带、浅埋地段和洞口附近.其施工流程图可参照图5。4。2.
5。4。3超前小导管的施工应符合下列要求：
1、 钻孔：先将小导管的孔位用红旗标出钻孔的方向垂与开挖面,仰角 10°～15°.采用风钻或凿岩台车成孔。钻孔钻进避免钻杆摆动，保证孔位顺直。钻至设计孔深后,用吹管将碎渣吹出,避免塌孔。
2、 钢管加工：将￠42mm钢管加工成钢花管.
3、 顶管：在钻孔内插入￠42mm钢花管，在管尾后段30cm处，将麻丝缠绕在管壁上成纺锥状，并用胶带缠绕紧.开动钻机,利用钻机的冲击力将钢花管顶入围岩中钢管顶进钻孔长度≥90％管长。
4、 固定:顶管至设计孔深后，将孔后用水泥--水玻璃胶泥将钢花管与孔壁之间的缝隙封堵。孔口应露出喷射混凝土面15cm,安装钢拱架后与拱架焊接在一起。
5、 压水：管路连接完成后进行压水试验，以检查管路及工作面有无渗漏现象。
6、 注浆：注浆可采用KBY-50/70注浆机，自制水泥搅拌桶。注浆结束标准为，注浆压力达到1。0MPa且注浆量也达到设计时，即可停止主讲。
是
无
风钻钻孔
顶入钢管
连接管路
压水试验
有无漏浆
注浆
检查加固效果是否达到要求
停止注浆
注下一孔
制浆
补钻注浆孔
检修
封闭岩面
管路泄漏
工作面泄漏
否

图5.4.2 超前小导管施工流程图
5。5.超前锚杆
5。5.1超前锚杆是沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面前放安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固（与支护)，在超前锚杆的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业，主要是用于围岩应力较小，地下水较小、岩体软弱破碎，开挖面有可能坍塌的隧道中，宜和钢架支撑配合使用.其施工流程可参照图5.5。1。
5。5。2超前砂浆锚杆的施工应符合下列要求：
1、 锚杆制作：按设计将螺纹钢筋加工成设计长度的锚杆，并在一端扯丝。
2、 钻孔：用风钻或凿岩台车引孔，钻孔前确定锚杆方向和夹角，保证锚杆角度正确.钻孔时控制用水量,以防坍孔.
3、 注浆:可利用注浆泵往孔内注入早强水泥砂浆。注浆时，将搅拌好的砂浆装入注浆器并充满管路，并将注浆插入孔中，使管口离孔底10cm间隙，开进风阀门，用高压空气将水泥砂浆压入空中,注到孔深的2/3以上时停止注浆，由插入的钢筋将孔内砂浆挤出填满为止。注浆过程中要是始终保持罐内有足够的砂浆(1/4以上）.尤其是最后一根锚杆，防止高压风将孔中砂浆吹掉，并保证安全。
4、 锚杆安装:锚杆钢筋在使用前应矫直和清除污绣并用水湿润，以保证和砂浆紧密结合。一般先注浆后插入锚杆，先将钢筋投部加工成扁铲形，以利于减少阻力并增大锚固力；插入钢筋时，要沿孔轴线缓慢推入。如遇插入阻力增大，可用锤子轻轻大入。
5.5.3对埋浅、洞口地段和某些偏差地段岩体松软破碎出可根据设计采用砂浆锚杆进行地表加固。其施工流程一般为钻孔→清孔→ 灌浆→插入锚杆杆体 杆体固定→孔口处理。其施工要求可参见第5。5。2条。
5。5。4对较大型的锚杆或锚索,应采用先蟊后注的方法。