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淺析軟弱圍巖隧道超前預(yù)支護(hù)技術(shù)論文
[摘要]隧道通過(guò)軟巖地帶時(shí)，給掘進(jìn)帶來(lái)相當(dāng)大的困難，而且容易發(fā)生安全事故，本文對(duì)軟巖特性進(jìn)行分析并歸納了軟巖隧道常用的超前預(yù)支護(hù)方法及其施工工藝和施工中應(yīng)注意的質(zhì)量問(wèn)題。
[關(guān)鍵詞]軟弱圍巖；力學(xué)特性；預(yù)支護(hù)
隧道通過(guò)軟巖是一個(gè)經(jīng)常遇到的麻煩問(wèn)題，采用何種掘進(jìn)方法、何種支護(hù)結(jié)構(gòu)一直是一個(gè)爭(zhēng)論不休的問(wèn)題。一般軟巖（如泥巖，軟砂巖等）特別是在埋深較大時(shí)，其側(cè)壓力大、本身強(qiáng)度又低，如處理得當(dāng)，既能減少坍塌，又節(jié)省資金，否則變形不斷，拖延施工時(shí)間。更重要的是：要冒險(xiǎn)搶工、危及人身安全；運(yùn)營(yíng)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(jì)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(yàn)，結(jié)合具體工程情況及時(shí)提出相應(yīng)的解決措施。
一、軟巖工程力學(xué)特性
軟巖工程力學(xué)特性軟巖之所以能產(chǎn)生顯著塑性變形的原因，是因?yàn)檐泿r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(xué)特性。一般說(shuō)來(lái)，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(hù)主要是通過(guò)組合、懸吊、擠壓對(duì)圍巖進(jìn)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(guò)大變形而坍塌。具體是，巷道掘進(jìn)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(shí)上部巖體得到超前錨桿加固。通常，普通超前錨桿加固后，開(kāi)始進(jìn)行斷面開(kāi)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(shí)對(duì)圍巖提供抗力，并在可噴入裂隙的一定深度內(nèi)，對(duì)巖體進(jìn)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(hù)或臨時(shí)支護(hù)），一般一次進(jìn)尺可達(dá)1.5~2.1m為了不使爆破震壞超前錨桿支護(hù)層，噴完后到下次放炮的時(shí)間不小于4h，然后進(jìn)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(jìn)行按常規(guī)打徑向錨桿的噴錨聯(lián)合永久支護(hù)（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(jì)標(biāo)孔位。
（2）鉆孔：準(zhǔn)確控制外插角，以防增加超欠挖。
�。�3）注漿：先用水和稀漿濕潤(rùn)管路，再開(kāi)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(xiàng)。
�。�1）砂漿嚴(yán)格按配合比拌合，且隨拌隨用。
（2）注漿作業(yè)中停止>30min，應(yīng)測(cè)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(dāng)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(jìn)速度不能太快，因?yàn)殄^桿的錨固需一定的時(shí)間，若過(guò)快地掘進(jìn)，會(huì)使錨桿過(guò)早承載，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)迅速破壞。
三、超前管棚支護(hù)技術(shù)
1、受力原理
超前管棚支護(hù)是在擬開(kāi)挖的隧道、地下洞室等開(kāi)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(jìn)行注漿固結(jié)的一種預(yù)支護(hù)措施。其工作原理為：
�。�1）通過(guò)管棚注漿，使拱頂預(yù)先形成加固的保護(hù)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(kāi)挖條件。
�。�2）當(dāng)超前管棚沿隧道開(kāi)挖輪廓周邊密布時(shí)，加固環(huán)的變形變小，傳遞給隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的上部荷載大大減小，同時(shí)通過(guò)環(huán)形固結(jié)層與管棚，將拱部圍巖的形變應(yīng)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(hù)，有效地保證了掘進(jìn)施工和初期支護(hù)的安全。
2、管棚施工
�。�1）施工準(zhǔn)備。
�、僭谑煜ぴO(shè)計(jì)圖紙的基礎(chǔ)上，進(jìn)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^(guò)試驗(yàn)確定或調(diào)整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量。
�、奂庸�(dǎo)管，準(zhǔn)備施工機(jī)具和器材。
（2）定向和布孔。布孔參照相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙，相鄰孔位誤差≯5 cm。管棚定向可采用以下兩種方法：
�、侔惭b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(guò)前后兩點(diǎn)掛線確定管棚的方向，在定向時(shí)應(yīng)考慮線路縱坡對(duì)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(cè)量布孔，在設(shè)計(jì)孔位點(diǎn)上標(biāo)記。然后用風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，開(kāi)孔時(shí)，先輕壓慢速鉆進(jìn)，以保證開(kāi)孔質(zhì)量。鉆進(jìn)中用測(cè)斜儀量測(cè)鉆孔方向，發(fā)現(xiàn)偏斜超過(guò)設(shè)計(jì)要求，及時(shí)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(zhǔn)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(yàn)，以沖洗巖石裂隙，擴(kuò)大漿液通路，增加漿液充塞的密實(shí)性，核實(shí)巖石的滲透性。
②漿液配制：在注漿前由試驗(yàn)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(kuò)散半徑，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)確定。配制漿液時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)：采用終壓和注漿量雙控制。以單管設(shè)計(jì)注漿量為標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓≮20min，進(jìn)漿量仍達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也可結(jié)束注漿。
�、菪Ч麢z查：開(kāi)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(méi)達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。
3、施工注意事項(xiàng)。
�。�1）嚴(yán)格控制導(dǎo)管外插角與鉆桿的鉆進(jìn)方向，防止少部分導(dǎo)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(yán)格控制導(dǎo)向管的位置，方向，確保孔位不發(fā)生偏斜。
�。�3）導(dǎo)管插入困難，應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大鉆頭直徑，在孔壁來(lái)不及坍塌前及時(shí)插入導(dǎo)管。
�。�4）如果鉆孔孔壁易坍塌，可用異形接頭將導(dǎo)管與鉆桿連接，同時(shí)鉆進(jìn)。
（5）注漿要連續(xù)進(jìn)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(dǎo)管預(yù)注漿技術(shù)等。
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