[12-11 16:58:43] 来源：http://www.tmgc8.com 隧道工程 阅读：3199次
摘要:预加固技术在隧道穿越不良地段时具有明显的支护效果及显著的经济效益,本文对各种预加固技术,如小导管,管棚,锚杆,水平旋喷注浆成拱,人工冻结,预切槽法进行了阐述与总结,并分析当前预支护的研究现状,提出相关建议及思考,供类似隧道施工参考。
关键词:隧道工程 不良地段 预加固技术
Pre-support technology studying in the poor geological tunnel
Li Chao-yang Chu Han-dong Chen Hai-jun
(China University of Geosciences, Wuhan 430074)
Abstract: Pre-support in the tunnel which through the bad lot, have a significant support effect and the significant economic benefits. This article describe and reviewed a variety of Pre-support technology and analyzed the current status of nursing research,put forward some suggestion and thought for similar tunnel reference.
Key words:tunnelling engineering;bad lot;pre-support technology
1.引言
我国铁路和公路建设高速发展,隧道断面尺寸和长度都在增大,受地形条件等因素的限制,隧道存在需要通过不良地质段的情况。此时围岩自稳能力不足以保持洞室稳定,使洞室有坍塌危险,甚至出现边挖边塌的现象,为保障开挖安全,必须提前对隧道所要经过的不良地段采取加固措施。本文总结国内外隧道预加固技术现状,系统分析不同技术应用要点,为该类隧道的设计、施工提供指导。
2.隧道围岩预加固的主要方法及加固机理
2.1 小导管
超前小导管注浆,在岩土稳固性差的隧道施工,沿隧道周边钻孔,外倾角8°～10°,孔深4m左右。小导管由 32mm～60mm的钢管制成,带有径向交错布置的注浆小孔,其结构如图1所示。
小导管能起到双重作用:一是起超前锚杆作用;二是起注浆管的作用,通过注浆加固软弱围岩。其加固目的是在隧道周围形成一个加固圈,提高围岩的自稳能力,防止掘进中的坍塌和过大变形。其作用机理主要是:梁效应、加固效应、隔断效应、防渗效应。
小导管超前注浆可以形成管棚(或锚杆)与围岩联合的预支护体系。如若间距合适,注浆饱满搭接,则能在隧道轮廓线以外形成一定厚度的结构。这样既能加固一定范围的围岩,又能支托围岩。
2.2 管棚
在开挖工作面的上半段面(呈扇形)或全部沿全断面周边间隔一定距离用大型水平钻机钻孔,然后向孔内压入钢管(直径Φ98～Φ225)而形成密集钢管棚架,采用型钢钢架进行支撑固定。同时为提高管棚的刚性,可向管内灌注混凝土或设钢筋笼注入水泥砂浆。
管棚,实质上其结构及布置型式基本同小导管,加固机理与小导管类似。区别是管棚所用的钢管直径较大,长度亦较长,外插角不能过大(一般≤5°)。与小导管相比,其刚度更大。
管棚支护体系形成是动态的,其支护机理为柔性的棚架体系,对应的沉降指标为棚架体系的变形和施工中的地层损失。其具有较大的刚度,加固效果理想,这一点己被国内外众多的工程实践所证实。
2.3 超前锚杆
超前锚杆预支护,按支护部位不同分两类:一类是拱部超前锚杆,用于支护上部临空围岩,起插板作用;另一类为边墙超前锚杆,将起拱线附近岩土体承受的较大拱部荷载传递至深部围岩,提高围岩稳定性。
作用机理为在隧道纵向、横向两个平面均能与上部破裂块体组成多级三维承载拱从而充分地发挥围岩自承能力,形成人为拱效应,并随时在外部的扰动下进行微小的新调整来达到支护的目的。
实际布锚或布管时,从拱顶到拱脚,间距可逐渐变疏。在围岩质量差的隧洞中,锚杆、钢管要承受松脱地压,外插角要尽量小;岩性较硬的岩层中,锚固材料既有承担岩块自重的作用,又有抗剪的作用,为更好地发挥抗剪作用,需要加大外插角。
超前锚杆支护参数选择:
(1)超前锚杆(钢管)的长度(L)。一般锚杆(钢管)长度多采用3.5m～5.0m,最短者2.5m,最长者7.0m。
(2)超前锚杆(钢管)的倾角(a)超前锚杆的倾角,一般选用6°～12°。
(3)超前锚杆的横向宽度(K2)与横向间距(a)一般情况下超前锚杆的横向宽度(K2)等于内拱顶(K1)的1/2再加2m,亦可根据地质情况适当增减其布置范围。
横向间距(a)系根据围岩情况定,一般为0.2～0.4m,若采用双层支护,间距为0.4～0.6m。
(4)超前锚杆的纵向间距根据围岩类别、支护的长度、锚杆的截面尺寸和横向间距等因数综合考虑确定,一般超前锚杆的纵向间距可取lOOcm或150cm,最大不超过200cm。www.tmgc8.com
超前锚杆应按上述(1)～(4)所选择的参数进行设置,如图2所示。
2.4 水平旋喷注浆
水平旋喷注浆法是一种新型岩土加固技术,由垂直旋喷发展而来,在地层中水平钻进成孔,或小角度的俯、仰和外斜钻进,注浆管呈水平状,喷嘴由里向外进行旋喷、注浆,其工艺如图3所示。
加固的机理为通过旋喷的高压喷射流对土体的产生破坏作用,水泥浆液在喷射流作用范围内扩散、充填和置换,与土体颗粒掺混搅拌形成固结体,在隧道的顶部形成拱效应,限制围岩应力的释放,达到加固岩土体的效果。
国内外的许多工程应用水平旋喷预加固都取得了良好的效果,如在广州地铁新港东站—磨碟沙站区间暗挖隧道超前支护中的应用,成功解决了暗挖隧道在饱和粉细砂层中施工的难题。实践证明水平旋喷注浆可以很好的加强构造物的刚度,支护上方土体,并具有一定的防渗隔水性能,对于消除施工前期的土体变形也能起到积极的控制作用。
2.5 人工冻结法
冻结法是通过在将要开挖的隧洞四周钻孔、放套管,用冷冻机组将盐水降温并压入冻结管中反复循环,通过热交换,使管周围土冻结,并向外发展,最终交合,形成的一个临时的、强度能够支撑周围地层的地压和水压的冻结壁。此外,发展和使用较晚的冻结法还有直接致冷法,如使液氮或干冰等在土体内发生相变,使土体降温致土中水分冻结,形成冻土体。
目前,随着城市地铁建设高潮的兴起,冻结法作为一种高效预支护手段越来越受重视。同时,采用冻结法,能很好地解决城市地铁修建过程中出现的地表沉降、潜水涌入等问题。
2.6 预切槽法
预切槽法是预先沿巷道断面轮廓线开挖出宽15～20cm,深1m的窄槽,然后用喷射机向槽内喷注混凝土,直至将整个窄槽填平,即在巷道周边形成了一个完整的混凝土支撑拱,待喷注混凝土达到初始强度后,即可开挖拱内的岩体。
其加固机理也是通过槽内注浆形成拱形,限制围岩应力的释放,达到加固效果。
3.存在的问题
①各种预加固技术的适用条件不明:对各种预加固方法使用的条件和范围没有系统全面的研究。
②大多数工程采用传统且大量应用的预加固方法,对新材料新工艺的使用较少。
