隧道超前支護施工技術(shù)

淺析隧道超前支護施工技術(shù)----以成貴鐵路白楊林隧道為例中鐵二局二公司成貴項目部二分部楊姣【摘要】隨著鐵路交通的的不斷發(fā)展，隧道工程在鐵路建設(shè)中扮演的角色越來越重要。近幾年來，隧道超前支護作為一項保證隧道開挖安全、控制地表沉降等技術(shù)越來越受到重視。隧道超前支護的發(fā)展，新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，極大地提高了隧道施工安全和施工效率。本文就隧道超前支護工藝作了詳細闡述，以希望此文能在隧道超前支護施工中起到參考作用?！娟P(guān)鍵詞】隧道施工、超前支護、管棚、白楊林隧道1工程概況白楊林隧道位于貴陽市清鎮(zhèn)市暗流鄉(xiāng)沙田村，全長1780米，屬云貴高原低山峰叢谷地地貌，地表上覆第四系坡崩積塊石土、坡洪積軟黏土、坡殘積紅黏土；下伏基巖為三疊系下統(tǒng)茅草鋪組(T1m)、三疊系下統(tǒng)夜郎組第三段（T1y3）、三疊系下統(tǒng)夜郎組第二段（T1y2）、三疊系下統(tǒng)夜郎組第一段（T1y1）、二疊系上統(tǒng)長興+大隆組（P2c+d）、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）、二疊系上統(tǒng)茅口組（P1m）地層及斷層破碎帶（Fbr）。隧址地處黔中，位于黔中東西構(gòu)造帶、川黔南北向構(gòu)造帶和新華夏系第三巨型隆起帶交接復合部位，地質(zhì)構(gòu)造相當復雜。隧道海拔高程1070～1300m，相對高差40-80m，最大埋深206m。工程重難點為穿越煤層、高瓦斯、溶巖、突水突泥等。2主要超前支護參數(shù)表表2-1白楊林隧道各類圍巖超前支護表針序號奏襯砌類型醬超前支護閃1叛Ⅳ消a布級圍巖新(丟斷特面蠶138.05才m射2常)薯拱泛部販120陜°國范圍設(shè)潑置葉φ燈4許2疾超前小導管，翼單映根鹽L=3.5協(xié)m晝，環(huán)向間少距案0.5丈m捏，癥3蹲1繳根飄/堡環(huán)，縱向間召距版2蟲m也，搭接長株度歷1.5同m杠。驚2虎Ⅳ模b鉛級圍巖俱(邁斷抬面蠶138.72饑m何2赴)枝拱時部珠120薦°欺范圍設(shè)坑置涂φ燙4尤2呆超前小導管，么單讀根茶L=3.5基m衛(wèi)，環(huán)向間康距漂0.5盲m愧，勉3盯1誕根株/思環(huán)，縱向間已距劈2m稻戚，暴搭接長尸度旦1.5動m譜。侍3它Ⅳ左d救級圍巖選(免斷廟面殃138.72悔m柏2打)戶拱抖部固120言°睬范圍設(shè)災置塔φ筑4齡2央超前小導管，刺單暮根盞L=3.5那m率，環(huán)向間反距詞0.5蹈m滋，讓3狀1會根荒/紡環(huán)，縱向間渣距偽2蒸m罷，搭接長裙度娛1.5宅m全。飼4繳Ⅳ富d占級圍巖復合式音下錨矮(裹斷癢面沙154.13模m倚2稅)充拱辛部療120扣°李范圍設(shè)青置團φ婚4根2愁超前小導管，民單克根瞞L=3.5賀m究，環(huán)向間撈距割0.5匹m鑄，寧3裝3挨根眼/媽環(huán)，縱向間夠距秘2任m目，搭接長肚度熟1.5該m纖。波5飾Ⅴ被a戲級圍巖科（開挖斷淘面對143.46敞m天2喘）信拱襖部手120病°成范圍設(shè)塞置學φ府4屈2蠟小導管，單鉆根舍L=4疏m辣，環(huán)向間貿(mào)距往0.4洲m斥，每海環(huán)膨3莊8攀根，縱向間轉(zhuǎn)距蔥2.4棋m齊，搭接長庸度吼1縮.6著m搖?？?禿Ⅴ竟b進級圍巖復合茫（開挖斷灰面治143.46膽m旅2導）章拱事部惰120歌°揭范圍設(shè)旋置秋φ賭4斷2光小導管，單片根港L=4慌m說，環(huán)向間近距辣0.4傻m販，每腸環(huán)蓬3狡8居根，縱向間蒜距損2.4既m紹，搭接長大度泛1.6膏m礦。丈7膜Ⅴ唯c帝級圍巖復合果（開挖斷澡面狗145.61灰m驟2皂）騾拱息部玻120絡(luò)°構(gòu)范圍設(shè)逃置據(jù)φ哀4商2皺小導管，單襪根希L=4最m機，環(huán)向間哭距納0.4甩m晉，每懇環(huán)印3敲8抵根，縱向間騙距謙2.4眾m剖，搭接長日度筍1.6棋m珠。3超前支護施工工藝3.1超前支護簡介隧道超前支護是保證隧道工程開挖工作面穩(wěn)定而采用的超前于掌子面開挖的施工方法，其目的在于提高圍巖強度、自穩(wěn)和止水能力。超前支護主要包括預注漿、超前小導管、超前錨桿、超前管棚等形式。白楊林隧道主要圍巖類別有Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，其中Ⅲ級圍巖380m，占全隧比例21.3%；Ⅳ級圍巖790m，占全隧比例44.4%；Ⅴ級圍巖610m，占全隧比例34.3%。超前支護包含洞口φ108注漿大管棚以及洞身Ⅳ、Ⅴ級圍巖拱部的φ42注漿小導管。3.2φ108大管棚施工工藝及方法3.2.1超前大管棚受力原理超前管棚支護是在擬開挖隧道、洞室等開挖輪廓周邊上，間隔一定的距離，沿洞軸以一定的外插角進行鉆孔、安裝慣性矩大的鋼管，然后進行逐級固結(jié)的一種預支護措施。其原理為：⑴通過管棚注漿，使拱頂預先形成加固的保護環(huán)，此加固環(huán)承載拱上部的地面荷載和地層巖土重量，使拱內(nèi)部圍巖僅承受拱部圍巖形變壓力，從而確保了較好的開挖條件。⑵超前管棚沿隧道開挖輪廓線周邊布設(shè)，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，支撐拱架間相互連接，形成整體支護，有效的保證了隧道掘進與初支的安全。務3.2.2碌狼染施工準備地⑴災挖設(shè)鉆孔作業(yè)揚平臺馳根據(jù)鉆機自身間高度確定臺階塑的開挖高度，混由原地面自上要而下挖臺階，娘仰扯坡面需豎直開膨挖，以便管棚伍導向墻施作。貸當挖至臺階底寨部時，形成管欠棚鉆機施作平峽臺?？紤]鉆機劃平臺高度不能葉滿足導墻施作去高度，需將開蘋挖平臺兩側(cè)以句外的位置進行挪加深。開挖方降法采用風鉆般鉆吹眼爆破，挖機掉配合裝載機裝此渣，自卸畝汽車運輸?shù)姆街彩竭M行。⑵測量定位活首先復核線路頂中線、水平，帶根椐線路中心旦線控制樁及高因程控制點在仰翠坡面標識出隧佳道中心線及外萍拱頂標高，并賤根據(jù)暗洞開挖截輪廓線在仰坡瀉面用紅油漆畫懼出外拱弧，蛛作渾為導向墻立模汗的依據(jù)，根據(jù)稠導向墻的里程品控制好導向墻頌內(nèi)外模的高度意，并預留相應磁的沉降量。放娃樣完成后及時托通知技術(shù)部門盒，經(jīng)測量工程復師復核無誤后胸，里根據(jù)輪廓線采煉用機械進行導國向墻基坑開挖紡，人工清底，喪澆筑混凝土基薄礎(chǔ)。斷3.灰2嘆.浴3介刻圍導向墻施工身為提高鉆孔精恥度脹、方便施鉆貌，須在明繩、瓶暗洞交界處施繭作混凝土導向猴墻賠。變⑴蹄施工前根據(jù)設(shè)緣計洞門的里程疫、雞標高配及坡率進行卷洞門反邊屋仰坡印刷坡作業(yè)根，霞刷坡完成后候采用攜砂漿辦錨桿喊，鋼筋派網(wǎng)匆，進噴混凝土島等形式悲保證仰坡穩(wěn)定廊。叔環(huán)⑵訴白楊林隧道嘉導向墻截面尺比寸豆為托1m×1星m糞，管棚設(shè)置于僅拱畫部的120怪°丑范圍內(nèi)，導向且墻內(nèi)預埋兩喪榀咐1晌8灘號工字鋼，將獵直徑赤為敢146m亭m杏、壁顧厚串5m碑m吸的孔口管焊于拌兩乏榀家1壟8跑號工字鋼拱架繼上，外插掌角妨1°~3壘°歲，外端焊一個款法蘭盤，用來君平衡鉆孔和壓默漿的后座力，痕里面一端用膠墊紙封口，以防滲砂漿流入。浮圖伐3.2.3-伴1果貧Ⅰ紅-譯Ⅰ碧導向墻剖面示諷意圖上⑶錄每側(cè)導向墻底皂設(shè)庸置芹4均根輩φ偽4底2呀鎖腳錨桿，每亮根黃長杠4m傷,所焊于兩榀鋼拱蚊架上。肆⑷搶導向墻布置圖借：臟支驅(qū)圖耕3.2.3-觀2漆掀導向墻內(nèi)導管赤布置示意圖霧⑸富導管跟及加固錨桿均囑焊好邁達到穩(wěn)固條件筑，檢查合格后交即可灌筑導向躁墻混凝土，策澆筑完成后進沫行養(yǎng)護，需待導向墻混凝東土達設(shè)計強度與后方攻進行洞身開挖聾等工作細。收3.跟2瓶.柳4四舊大管棚設(shè)計參動數(shù)戚⑴箏大管棚遠采用熱軋共無縫歷鋼花管，外徑把108救m貧m扎，壁厚有6治m灰m博。雹⑵揮管棚長泉度怒30朗m寧，管節(jié)長圣度蓬6m艷，輪環(huán)向間雅距歲40c廉m帥，外插鑄角就1孤°繭～若3雞°劣?；舐斢孝撬{孔求：繳縱瘋向丑15c膛m佳、橫繭向訪9c朽m朝間距，呈梅花旗形交錯設(shè)置，茅孔裳徑師10m雙m悼～亡16mm棍，影管尾段尿留姓2.0徑m廈不鉆孔的止?jié){諸段。親⑷雖注漿壓力遭：信0.6~1.陣0Mpa伸，神具體漿液配合開比和注漿壓力蔽由現(xiàn)場實驗確圖定。早⑸擊制作要求：豐第一節(jié)鋼管前鄙端加工成尖錐揚狀，以利導向元插入櫻。衡⑹析鋼管注漿孔為舞雙孔布置，一克個為注漿孔，姓一個為排氣燒孔。禾如下圖：蟲鋪吐圖稀3.2.4-咬1再匯注漿雙孔布置省圖紅3.覆2鑒.翅5全備大管棚鉆孔也根據(jù)鉆機鉆孔正最低眼標高和偉安鉆桿長度要軋求搭設(shè)鉆孔操父作平臺，平臺挨寬度為整個洞赴門，搭設(shè)基礎(chǔ)譽應穩(wěn)固，不易鉛產(chǎn)生不均勻下樣沉、擺動、位糧移等現(xiàn)象。必憑須精確核定鉆警機位置，確保撕鉆機鉆進時的儉傾角要求。技幸術(shù)員必須時刻傘觀察鉆機鉆孔亦角度，當角度但偏差大標于誠0.3詳°趣時，應及時糾帽偏。狼葡尿圖蛙3.2.5-占1覽篩操作員調(diào)整鉆千孔角晨度沙譜布歲閑墨逢圖銷3.2.5-敏2枝寫鉆孔作業(yè)棍3.繞2墻.揪6傍惱大管棚裝管料①朽清孔完成后及播時安災裝管棚鋼管，因避免出現(xiàn)坍孔佛。辭②缺鋼管頂進采用紹大孔引導和棚需管鉆機相結(jié)合量的工藝，即先攻鉆大于棚管直物徑的引導孔，惱后侄用竊10寺t紛卷揚機配合滑炊輪組反壓頂進罪到位。珠③懷鋼管在專用的思管床上加工好奏螺紋，棚管四往周聯(lián)鉆足φ皇6醒~代φ晌8mm軟④追為確保同一橫圓斷面內(nèi)接頭數(shù)猴量不超資過篩50亞%勤，相鄰兩鋼管匠接頭至少錯夢開緞1圍m鋒。局⑤松及時將鋼管與漠鉆孔壁間縫隙漁堵塞密實，在宗鋼管外端焊上泳法蘭盤、止?jié){繩閥，并檢查焊降接強度和密實派度。如下圖：闖絹丑額倍圖敞3.2.6-漫1叮娘止?jié){菌閥芝章賀開舞挑圖谷3.2.6-腎2雪賞檢查焊接效壯果名額3.之2艇.糊7徒速大管棚爆注漿撥⑴腦漿液制備：字水泥漿液攪拌承在拌和機即里杰進行，嚴格按罩照施工配合比裝投料，放入的院同時一并加入哥緩凝劑，待水湯量加足后繼續(xù)倘攪直拌敏1mi它n鋒，再將水泥投茅入，繼續(xù)攪拌章時間不小術(shù)于君1mi跑n晴。并于注漿過罵程中不停的攪掩拌。水泥攪拌舍過程中例嚴防水泥包裝威紙及其他雜物姐混入，拌好的未漿液進入注漿稻機前應進行過疫濾，未經(jīng)過濾袖的漿液不允許捕入泵。注漿時逃要考慮注漿擴蒼散半徑，凝結(jié)忽時間要進行確庸定，然后再進馬行試驗調(diào)試。極隧道采用單液縮注漿，灌注漿閥液為純水泥漿合液，水泥漿水尊灰寫比青1繼∶柴1延；漿壓販力暖:0.老6竹～藝1.0MP繞a克。從⑵蓋注漿捕施工：殘管路連接好后魂，先壓水牲檢查是否漏漿踩，待設(shè)備正常石后再對執(zhí)圍巖墾做壓水試驗，殲以沖洗巖石裂沾縫，擴大漿液腐通路。增強漿蝦液擴散密實性槽，核實負圍巖狠的滲透性。注汪漿時要記錄好魄注漿時間及注接漿量。蜜注漿時應密切商注意排氣管情怠況，當排氣管剪口不在冒水，旗冒出濃漿時關(guān)壞閉排氣管繼續(xù)晉注漿。見注漿中密切注堡意注漿壓力表槳，初始壓力較第低，正常階段護和注入量呈小說的波浪式起伏特，但總的比較戶平穩(wěn)，當達到牌壓滿漿狀態(tài)時奮，注入量急劇位迅速，而壓力蓋迅速增加壓，巧直到達到注漿店終壓合理范圍明，則停止注漿悄，進行封堵，斜轉(zhuǎn)注下一孔，咽直到完成注漿暖作業(yè)。鴨3.凱2秀.魯8盤閥注意事項型⑴影導向墻施作前扁應嚴格復核線鷹路中線、水冒平，確保導向浩墻各部位尺寸漠及預埋件位置棉正確無誤。芳⑵折模板安裝必須山接縫嚴密、平猜整、牢固。模許板安裝前需搭真設(shè)作業(yè)平臺，掀腳手架搭設(shè)必茫須平穩(wěn)，符合賊安全標準要求個。遲⑶便嚴格控制混凝固土原材料質(zhì)量侮，加強混凝土過、拌合、運輸貿(mào)、澆注、養(yǎng)護濤、拆模等各道劍工序質(zhì)量。喂⑷肝鉆機就位時應近調(diào)整好鉆孔角憐度及高度，鉆貸機平臺需平整損、穩(wěn)固，防止引施鉆時鉆機產(chǎn)忠生不均勻下沉塊、擺動、位移氏等影響鉆孔質(zhì)孝量。鉆機鉆孔扯時應隨時檢查姿孔位偏差并及舞時糾正。斃⑸敘為保證管棚安將裝順利進行，紗管棚安裝前應航用鉆頭或高壓文風對鉆孔進行切掃孔、清孔，揪清除孔內(nèi)浮渣熊，確?？讖?、鴨孔深符合要求倡、防止堵孔禁。奏⑹俯管棚所用鋼管萍的原材料品種凝、規(guī)格必須符啟合設(shè)計要求，育搭接長度應符浮合設(shè)計要求，生管棚注漿壓力移必須滿足設(shè)計慣要求。杜⑺倘嚴格控制水泥差漿及砂漿原材垃料質(zhì)量，注漿芳漿液配合比符盈合設(shè)計要求，紫漿液充滿鋼管扭及周圍空隙。剃⑻廉灌漿的質(zhì)量直裂接影響管棚的野支護剛度，因鎮(zhèn)此必須設(shè)法保震證灌漿的飽滿轎、密實。吵3.3砌栗超前注漿小導勇管顯3.胡3梨.1爽技超前小導管施層工工藝流程圖汽圖扛3.3.1-冊1愿薯超前小導管施瓶工工藝流程圖肢3.智3廟.2限產(chǎn)超前小導管設(shè)恥計參數(shù)謠⑴擴超迅前小導管采用籮熱軋鋼花管，從外脊徑娃42m蜻m占，壁口厚炮3.5m蛇m憲。帥⑵送超前小導管環(huán)扭向間拍距拾30~50c將m啦。頁⑶盛傾角：外插角娃為描10°~12敢°蘭。姜⑷金注漿材料：水袍泥漿或水泥砂映漿。偷⑸逮注漿壓力一般兇為創(chuàng)0.2~0.銜3Mp修a帖。焦3.任3葛.3頁窮小導管制作董小導管采箱用擇φ弟4酷2慚無縫熱軋鋼管付制成，前端制區(qū)作成錐形，以欲便順利插入已緒鉆好孔內(nèi)害。陵當圍巖松動時炒也可直接打入副，小導管尾端耕焊帝接禿φ傻8揮鋼筋加勁箍，凳防止施工時小雞導管尾端變形籃。在前部鉆注區(qū)漿孔，孔廚徑悶6~8m餡m鑒，孔間歡距蒙20~30c存m援，呈梅花形布怪置，距后告端噴1散.0m偷內(nèi)不開孔，作姑為止?jié){段。伯施工時按設(shè)計傻沿隧道開挖輪覆廓線外側(cè)頌以伐5襪～郵10意°辦外插角打入小錫導管預注漿進群行超前支護。條圖取3.3.3-論1霜渠超前小導管正脫面布置示意圖逮圖框3.3.3-飾2歸喬小導管超前支嫌護縱向布置示絡(luò)意圖托圖皮3.3.3-港3注及小導管構(gòu)造圖防3.扒3柳.4魔篩小導管注漿川小導管注漿作翻業(yè)包括鉆孔肥、布管、封面書、注漿四道工炕序。磨⑴暢鉆孔布管喊：澡小導管在鉆孔乞前，按設(shè)計要寄求畫出小導管欠的位置，并標院明。采序用翠YT2權(quán)8框風鉆鉆孔，孔襖口鉆眼偏差小家于帽5c愈m劉，孔眼深度大敘于小導管長度從，布孔順序由滑拱頂分別向左慨右方向進行，稠采取隔孔間隔附布置；鉆孔完靈畢后用氣水聯(lián)貿(mào)合法對鉆孔進襲行沖洗。小導銷管外露長度居為鴿0.閱3誕～煌0.4斤m懶，尾部焊接在瓦鋼架腹部，增放加共同支護能惑力。小導管安潑裝后用塑膠泥節(jié)封堵導管外邊炎的孔口及圍巖攤裂隙。腿⑵俗封面你：內(nèi)注漿前，迎噴企20c匙m赤厚混凝土封閉雁工作面，以防姐漏漿。嶺⑶虹注漿堤：研注漿材料根據(jù)毒現(xiàn)場而定，并侄滿足以下要求桌：漿液的流動煤性好，易注入極地層；固班結(jié)后收縮小，典具有良好的粘天結(jié)力和較高的創(chuàng)早期強度；結(jié)記石體透水性低由，抗?jié)B性能好替等。郵采用分段注漿寬形式，漿液采歐用純水泥漿或暫雙液漿，純水論泥漿水灰俱比炒0.煮5狗∶贊1道～閑1塊∶綠1炮、水衡泥緒-纖水玻璃漿液水匠灰你比呼0.鵝8遠∶朗1半～鋤1.卻5甚∶幸4驟（水泥漿與水圓玻璃的體積比續(xù)為滔1情∶拴0.京3不～爸1朵∶幕1圖），注漿壓力菜為父0.凈3趁～透0.8MP億a帽。在孔口設(shè)置糞止?jié){塞，漿液從配合比由現(xiàn)場沸試驗確定，注辟漿時先注無水聰孔，后注有水侵孔，注漿順序澆由拱腳向拱頂菌逐管注漿，如六遇竄漿或跑漿版，則間隔一孔朵或幾孔注漿。遲3.忙3恩.5棍注意事項鴿⑴汁小導管安裝后蘋，用塑膠泥封麗堵孔口及周圍守裂隙，必要時半在小導管附近獄及紅工作面噴射混壺凝土，防止工舍作面坍塌售。該養(yǎng)⑵掩隧道開挖長度礙應小于小導管風注漿長度射。潛秘⑶鉆注漿漿液配合今比、注漿壓力架應符合設(shè)計要曉求，注漿漿液臟應充滿鋼管及裹其周圍的空隙倚。撤⑷家注漿前應進行熱壓水試驗，檢絕查機械設(shè)備是晝否運行正常，揀管路連接是否玩正確。層⑸挎注漿過程中要遷隨時觀察注漿廈壓力及注漿泵脫排漿量的變化援，觀察分析注豐漿情況，防止汗堵管、跑漿、吸漏漿。做好注每漿記錄，以便畫分析注漿效果謹。頑⑹最注漿量達到設(shè)初計要求或注漿會壓力達到設(shè)計把要求時應停止糧注漿。拾⑺謝在施工質(zhì)量控買制中，必須實疏行待“竿三檢敏制掌”冶，即工班自刊檢葬-拴技術(shù)室初逮檢娘-效質(zhì)檢部復檢惠，收“辱三檢薯制枝”血合格后報監(jiān)理舒，經(jīng)劇監(jiān)理檢查合格兵同意后方可進霞行下道工序施作工?；?鏟梁超前支護效果圣評價毀根據(jù)白楊林隧傷道大管棚及小絲導管安裝、注塘漿記錄與地表掠沉降觀測數(shù)據(jù)罵顯示，大管棚吃、小導管安裝翠長度及注漿量都均符合設(shè)計要組求，沉降量均貢在規(guī)范以內(nèi)。答白楊林隧道超斥前支護充分起疫到了提高圍巖杏抗剪強度及圍萌巖自穩(wěn)能力，通