地下工程施工：预加固工法[精华].ppt

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1、预加固工法预加固工法预加固工法 一、概述一、概述 又称又称为辅助工法为辅助工法 在隧道施工，如果围岩不能自稳，施工是在隧道施工，如果围岩不能自稳，施工是不可能的，因此，控制围岩（包括掌子面）稳不可能的，因此，控制围岩（包括掌子面）稳定性问题就成为隧道开挖技术中的重要问题。定性问题就成为隧道开挖技术中的重要问题。预加固工法就是为了解决这一问题而采用的预加固工法就是为了解决这一问题而采用的一种辅助施工工法。一种辅助施工工法。预加固工法一、概一、概 述述 隧道开挖的稳定性：隧道开挖的稳定性：自稳时间与围岩性质和隧道一次自稳时间与围岩性质和隧道一次开挖跨度和长度有关，开挖跨度和长度有关，基本规律是：基

2、本规律是：围岩越差，一次开挖跨度越大，自稳时围岩越差，一次开挖跨度越大，自稳时间越短。间越短。采取的方法：采取的方法：根据地质条件，在掌子面不能获得稳定根据地质条件，在掌子面不能获得稳定的情况下，采用的方法主要有：的情况下，采用的方法主要有：分割断面分割断面 缩短一次开挖进尺缩短一次开挖进尺。辅助工法辅助工法 有时分部开挖或缩短进尺也不能取得效果。有时分部开挖或缩短进尺也不能取得效果。为提高掌子面和拱顶的稳定性，而开发了种种的辅助为提高掌子面和拱顶的稳定性，而开发了种种的辅助工法。工法。预加固工法一、概一、概 述述 隧道自稳时间项目项目VVIVVIIVIVIIIII I无支护隧道长度无支护隧道

3、长度(m)(m)1 12.52.55 58 81515平均自稳时间平均自稳时间30mon30mon10h10h7d7d6 6个月个月1010年年岩体的粘结力岩体的粘结力（MPaMPa）0.1=0.4=0.4岩体的内摩擦角岩体的内摩擦角（0 0）154m4m加固长度时，隧道掌子面前方加固长度时，隧道掌子面前方的破坏范围可能超过加固段的破坏范围可能超过加固段，此时就有可能引，此时就有可能引起隧道掌子面的不稳定，因此，可以认为，该起隧道掌子面的不稳定，因此，可以认为，该隧道前方的隧道前方的加固段保留长度为加固段保留长度为4m4m以上，即以上，即1/31/3小管棚长度小管棚长度时，隧道施工是安全的时，

4、隧道施工是安全的。预加固工法二、小管棚法二、小管棚法2 2、横向加固范围、横向加固范围 松软地层松软地层：在开挖前方进行加固（如管棚、超前锚杆、化学在开挖前方进行加固（如管棚、超前锚杆、化学注浆等）时，一般都在隧道上半断面注浆等）时，一般都在隧道上半断面1200的范围内施工。平的范围内施工。平面上几乎能够覆盖隧道全宽。面上几乎能够覆盖隧道全宽。特别浅埋的地层：特别浅埋的地层：也有将隧道横向加固范围确定为也有将隧道横向加固范围确定为1800。当埋深较大时，横向加固范围确定可为当埋深较大时，横向加固范围确定可为900，下部采用长锚杆。，下部采用长锚杆。大致划分大致划分：(D为隧道跨度为隧道跨度)埋

5、深埋深0.5D 横向加固范围为横向加固范围为1800；埋深埋深0.5D1.0D时，横向加固范围为时，横向加固范围为1200，埋深埋深1.0D时，横向加固范围为时，横向加固范围为900，下部采用长锚杆。，下部采用长锚杆。预加固工法二、小管棚法二、小管棚法（二）小管棚的设计参数（二）小管棚的设计参数1、纵向加固长度、纵向加固长度0.4倍洞跨。倍洞跨。2、横向加固范围为、横向加固范围为1200，下部采用长锚杆。，下部采用长锚杆。3、环向设置间距一般为、环向设置间距一般为2050cm。外插角。外插角100300，小导管，小导管纵向搭接长度纵向搭接长度1/3导管长度。导管长度。4、直径为、直径为4250

6、mm，材料为热轧无缝钢管。，材料为热轧无缝钢管。5、构造为构造为：前部应钻注浆孔，孔径为前部应钻注浆孔，孔径为68mm，孔间距，孔间距1020cm，呈梅花形布置。前端加工成锥形，尾部长度不小于，呈梅花形布置。前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm。作为不钻注浆孔的预留止浆段。作为不钻注浆孔的预留止浆段。6、注浆参数注浆参数：通常压注水泥砂浆，水灰比通常压注水泥砂浆，水灰比w/c0.51.0。当。当岩体止浆效果不好时，可采用水泥水玻璃双液注浆，浆岩体止浆效果不好时，可采用水泥水玻璃双液注浆，浆液凝结时间控制在数分钟内。注浆压力液凝结时间控制在数分钟内。注浆压力0.51.0Mpa。预加固工法二、小

7、管棚法二、小管棚法 浆液扩散半径浆液扩散半径R可根据导管排列密度确定，可根据导管排列密度确定，考虑注浆扩散范围相互重叠情况，按下式计算：考虑注浆扩散范围相互重叠情况，按下式计算：R R(0.6(0.60.7)L0.7)L式中：式中：L为导管中心间距，单根导管注浆量为导管中心间距，单根导管注浆量Q按下式计算按下式计算 Q Q3.14R3.14R2 2 LnLn式中：式中：R为浆液扩散半径，为浆液扩散半径，L为导管长度，为导管长度，n为围岩空隙率为围岩空隙率预加固工法二、大管棚法二、大管棚法 一般在隧道洞口段施工时采用，在隧道开一般在隧道洞口段施工时采用，在隧道开挖前，沿隧道开挖断面外轮廓，以一定

8、间隔与挖前，沿隧道开挖断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内隧道平行钻孔、插入钢管，再从插入的钢管内压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外周围岩压注充填水泥浆或砂浆，来增加钢管外周围岩的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，形成的抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化，形成由管棚和围岩构成的棚架体系。以支承和加固由管棚和围岩构成的棚架体系。以支承和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩下沉、自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩下沉、松弛和坍塌等有显著效果。松弛和坍塌等有显著效果。预加固工法二、大管棚法二、大管棚法预加固工法二、大管棚法二、大管棚法 大管棚工法的作用效果可归纳为：大管棚

9、工法的作用效果可归纳为：1 1、粱效应、粱效应 钢管是先行施设的，在掘进时，钢管在以掌子面钢管是先行施设的，在掘进时，钢管在以掌子面和后方的支撑支持下，形成粱式结构，防止围岩的崩和后方的支撑支持下，形成粱式结构，防止围岩的崩塌和松弛；塌和松弛；2 2、加强效应、加强效应 钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周边的围钢管插入后，压注水泥浆，加强了钢管周边的围岩。在浅埋的情况下，地表有结构物存在时，或隧道岩。在浅埋的情况下，地表有结构物存在时，或隧道接近地中结构物、地下埋设物开挖时，为把隧道开挖接近地中结构物、地下埋设物开挖时，为把隧道开挖的影响限制在最小限度内，要尽量防止围岩的松弛。的影响限制在最

10、小限度内，要尽量防止围岩的松弛。采用管棚工法是有利的。采用管棚工法是有利的。预加固工法二、大管棚法二、大管棚法（一）大管棚的配置和形状（一）大管棚的配置和形状 一般是沿隧道开挖轮廓外周的一部分或全一般是沿隧道开挖轮廓外周的一部分或全部，以一定间隔排列而成的棚架体系。但应根部，以一定间隔排列而成的棚架体系。但应根据地形、地层的性质及地表或地中结构物的位据地形、地层的性质及地表或地中结构物的位置关系等，决定管棚的配置和形状。一般说，置关系等，决定管棚的配置和形状。一般说，多采用下图所示的形状。多采用下图所示的形状。预加固工法二、大管棚法二、大管棚法预加固工法二、大管棚法二、大管棚法 （二）大管棚施

11、工范围（二）大管棚施工范围 根据隧道周边地形、地表结构物的状况决根据隧道周边地形、地表结构物的状况决定。管棚的终端位置，应达到防护对象的长度定。管棚的终端位置，应达到防护对象的长度加上因开挖而造成的掌子面松弛范围的长度。加上因开挖而造成的掌子面松弛范围的长度。在洞口，从经济上看，施工长度应尽可能短些，在洞口，从经济上看，施工长度应尽可能短些，伸出洞口的长度要满足钻孔作业和注浆作业的伸出洞口的长度要满足钻孔作业和注浆作业的要求。此工法施工可能的长度，根据钻孔机械要求。此工法施工可能的长度，根据钻孔机械的施工精度，的施工精度，可达可达80m80m，施工地段更长时，应，施工地段更长时，应分段施工。分

12、段施工。预加固工法二、大管棚法二、大管棚法 （三）大管棚配置间隔（三）大管棚配置间隔 隧道在公路、铁道下方通过、接近结构物施工、开挖对隧道在公路、铁道下方通过、接近结构物施工、开挖对周边环境有直接影响、管棚间土粒子可能流出的软弱围岩周边环境有直接影响、管棚间土粒子可能流出的软弱围岩时，为了能直接承受荷载，防止土粒子流出，应选用刚性时，为了能直接承受荷载，防止土粒子流出，应选用刚性大的、大的、中直径（中直径（165165216mm216mm）或或大直径（大直径（318mm318mm）的。的。除除上述条件外，多采用比较上述条件外，多采用比较小直径（小直径（8989139mm139mm）的钢管，以的

13、钢管，以一定间隔设置。一定间隔设置。应注意的是应注意的是：管棚的支护效果，是因围岩与管棚形成一体，：管棚的支护效果，是因围岩与管棚形成一体，使有效断面扩大，使土压均匀而形成的。过大的间隔会降使有效断面扩大，使土压均匀而形成的。过大的间隔会降低这些效果。管棚的最小间隔，根据地质条件、施工长度低这些效果。管棚的最小间隔，根据地质条件、施工长度及水平钻孔的弯曲量的精度而定。经验上，及水平钻孔的弯曲量的精度而定。经验上，钢管间隔多采钢管间隔多采用管径的用管径的2 23.53.5倍倍。预加固工法二、大管棚法二、大管棚法（四）大管棚的设计参数（四）大管棚的设计参数1、导管间距、导管间距:根据地层、压力、部

14、位及开挖等确定，一般为根据地层、压力、部位及开挖等确定，一般为303050cm50cm或按或按2.02.02.5d2.5d估算（估算（d外径）。纵向不小于外径）。纵向不小于1.5m1.5m的搭接。的搭接。2、为热轧无缝管，分段安装，段长、为热轧无缝管，分段安装，段长4 46m6m，段间用，段间用“V”型对型对焊焊3、须钻注浆孔，孔径、须钻注浆孔，孔径101016mm16mm间距间距151520cm20cm，呈梅花型布置。，呈梅花型布置。4、导管中设钢筋笼，提高抗弯能力。、导管中设钢筋笼，提高抗弯能力。5、与管棚配合使用的钢架，采用钢轨、钢等加工制成。、与管棚配合使用的钢架，采用钢轨、钢等加工制

15、成。6、导管安装偏差、导管安装偏差e为：为：e0.006le0.006l0.015L0.015L 式中：式中：e e为安装偏差；为安装偏差；L L导管长度。钻孔可预留导管长度。钻孔可预留1 10 0左右的外插角。左右的外插角。预加固工法三、注浆法三、注浆法 概述概述 注浆预加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液材注浆预加固地层是把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机具设备压入所需加固的地层中；料，通过配套的注浆机具设备压入所需加固的地层中；经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中裂缝，减小注浆经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中裂缝，减小注浆区地层渗水系数及坑道开挖时的渗漏水量，并能固结软区地

16、层渗水系数及坑道开挖时的渗漏水量，并能固结软弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高。弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高。注浆加固围岩适用于下列地层注浆加固围岩适用于下列地层：软弱围岩地段；断层破碎软弱围岩地段；断层破碎带地段；水下隧道或富水围岩地段；坍方或涌水事故处带地段；水下隧道或富水围岩地段；坍方或涌水事故处理地段及其它不良地质地段。理地段及其它不良地质地段。围岩预注浆分类围岩预注浆分类：地面预注浆、洞内工作面注浆、辅助坑地面预注浆、洞内工作面注浆、辅助坑道内向隧道正洞预注浆等三种方式，其适用条件及优缺道内向隧道正洞预注浆等三种方式，其适用条件及优缺点如下表所示。点如下表所示。预加固工法三、注浆法三、注浆法预注浆方式预注浆方式适用条件及方法适用条件及方法优缺点优缺点地面预注浆地面预注浆适用于隧道埋深适用于隧道埋深=50m=50m，由地面，由地面向隧道洞身垂直向隧道洞身垂直钻孔钻孔优点：优点：1 1、地面作业，施工场地宽阔，工作条件好；、地面作业，施工场地宽阔，工作条件好；2 2、多台钻机同时作业，工序在隧道开挖前完成，、多台钻机同时作业，工序在隧道开挖前完成，3 3、注