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隧道建筑工程技术论文:超前管棚支护技术应用
来源:文秘网 时间:2012/5/7 7:08:10 作者:yangmishu

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隧道通过软岩是一个经常遇到的麻烦问题,采用何种掘进方法、何种支护结构一直是一个争论不休的问题。一般软岩(如泥岩,软砂岩等)特别是在埋深较大时,其侧压力大、本身强度又低,如处理得当,既能减少坍塌,又节省资金,否则变形不断,拖延施工时间。更重要的是:要冒险抢工、危及人身安全;运营后,由于软岩的膨胀力继续释放,可能使隧道底板上鼓、轨道变形,迫使行车中断,造成经济损失。因此,隧道工作人员一定要精心研究,根据已积累的经验,结合具体工程情况及时提出相应的解决措施。
  一、软岩工程力学特性
  软岩工程力学特性软岩之所以能产生显著塑性变形的原因,是因为软岩中的泥质成分(粘土矿物)和结构面控制了软岩的工程力学特性。一般说来,软岩具有可塑性、膨胀性、崩解性、分散性、流变性、触变性和离子交换性。
  二、超前锚杆加固法
  1.技术原理。锚杆超前支护主要是通过组合、悬吊、挤压对围岩进行加固它是将围岩若干层

组合成厚层,将节理发育的岩体串联在一起阻止岩块沿裂隙面滑移,从而在洞室周边形成一定厚度的承载环,充分发挥围岩自承能力,阻止围岩因过大变形而坍塌。具体是,巷道掘进前,在工作面轮廓线上先沿巷道轴线方向,与该轴线成一定夹角文 秘 杂 烩网专业代 写QQ80000 2959电话1318244 3908钻孔装锚杆,该夹角也叫外插角,一般为5°~20°。锚杆安装后在工作面钻眼爆破,作业时上部岩体得到超前锚杆加固。通常,普通超前锚杆加固后,开始进行断面开挖施工爆破后立即喷拱,其厚度不小于50mm。在新鲜挖面上喷射混凝土,能及时对围岩提供抗力,并在可喷入裂隙的一定深度内,对岩体进行加固,以抵抗岩石的剪切,提高围岩的承载能力。喷好拱后再出渣,即完成一次超前锚杆加固(辅助支护或临时支护),一般一次进尺可达1.5~2.1m为了不使爆破震坏超前锚杆支护层,喷完后到下次放炮的时间不小于4h,然后进行第二次循环,打眼爆破之后喷拱出渣后,在前一循环的超前锚杆加固处,进行按常规打径向锚杆的喷锚联合永久支护(喷层厚度不能小于150mm),如此循环下去。
  2.施工工艺。(1)材料加工与锚孔布置:锚杆除锈除油调直;按设计标孔位;(2)钻孔:准确控制外插角,以防增加超欠挖;(3)注浆:先用水和稀浆湿润管路,再开始注浆;(4)插入锚杆:迅速将锚杆插入眼孔,并用锤击方法插至孔底,再用木楔堵塞孔口,防止砂浆流失;(5)清洗整理注浆用具:除掉砂浆,以备下一循环使用。
  2.施工注意事项。(1)砂浆严格按配合比拌合,且随拌随用;(2)注浆作业中停止>30min,应测定砂浆塌落度,其值小于,不可再用;(3)锚杆插入后不得随意敲击;(4)为提高锚杆承载能力可适当加大锚杆孔径,并在锚杆端部加垫板,使在洞室周边形成压密圈,使围岩自身成为较理想的承载结构;(5)掘进速度不能太快,因为锚杆的锚固需一定的时间,若过快地掘进,会使锚杆过早承载,导致支护结构迅速破坏。
三、超前管棚支护技术
  1.受力原理
  超前管棚支护是在拟开挖的隧道、地下洞室等开挖外轮廓周边上,间隔一定的间距,沿洞轴以一定的外插角钻孔,安装惯性矩大的钢管,然后进行注浆固结的一种预支护措施。其工作原理为:(1)通过管棚注浆,使拱顶预先形成加固的保护环。而加固环发挥“承载拱”的作用,承受拱上部的地面荷载和岩层重量,使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力,从而创造了理想的开挖条件。(2)当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时,加固环的变形变小,传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小,同时通过环形固结层与管棚,将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接,形成整体支护,有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。
  2.管棚施工
  (1)施工准备。①在熟悉设计图纸的基础上,进一步调查地质情况,按可灌性和空隙比或渗透系数确定注浆类型;②通过试验确定或调整注浆半径、注浆压力和单管注浆量;③加工导管,准备施工机具和器材。
  (2)定向和布孔。布孔参照相关的设计图纸,相邻孔位误差≯5 cm。管棚定向可采用以下两种方法:①安装定向套管,套管采用比钻头稍大的钢管,一般取2 m即可,套管的方向决定钻孔方向,固定在钢架上;②采用挂线定向,距离以10 m为宜,通过前后两点挂线确定管棚的方向,在定向时应考虑线路纵坡对外插角的影响。
  (3)钻孔、安装钢管。钻孔前先喷混凝土封闭掌子面,以防漏浆,而后测量布孔,在设计孔位点上标记。然后用风动凿岩机钻孔,开孔时, 先轻压慢速钻进,以保证开孔质量。钻进中用测斜仪量测钻孔方向,发现偏斜超过设计要求,及时纠正。成孔后,用吹管或掏勺将孔内砂石吹(掏)出,以免堵塞。成孔检查合格后,人工推送钢管入孔,管口用麻丝和锚固剂封堵。
  (4)注浆施工。①注浆准备:管棚安装完成后,旋上孔口阀,连接注浆管路。利用注浆泵先压水检查管路是否漏水,设备状态是否正常,而后再做压水试验,以冲洗岩石裂隙,扩大浆液通路,增加浆液充塞的密实性,核实岩石的渗透性。②浆液配制:在注浆前由试验确定浆液配比、注浆压力等注浆参数。浆液配比选择要考虑岩石裂隙情况及浆液扩散半径,现场通过试验确定。配制浆液时,要注意加料顺序和速度,防止浆液结块。③注浆施工:清孔后,按由下至上的顺序施工,浆液先稀后浓、注浆量先大后小,如遇串浆或跑浆则隔孔灌压。④结束标准:采用终压和注浆量双控制。以单管设计注浆量为标准,当注浆压力达到设计终压≮20min,进浆量仍达不到设计标准时,也可结束注浆。⑤效果检查:开挖检查浆液渗透及固结状况,根据压力浆量曲线分析判断,没达到设计要求时,应进行补孔注浆。
  3.施工注意事项。(1)严格控制导管外插角与钻杆的钻进方向,防止少部分导管伸入下一环管棚工作室内,影响下一环管棚的施工。(2)严格控制导向管的位置,方向,确保孔位不发生偏斜。(3)导管插入困难,应适当扩大钻头直径,在孔壁来不及坍塌前及时插入导管。(4)如果钻孔孔壁易坍塌,可用异形接头将导管与钻杆连接,同时钻进。(5)注浆要连续进行,防止因浆液凝固而使注浆不满。(6)控制注浆压力,采取间隔注浆等方法防止隔孔串浆。
  除了上述技术外,还有超前小导管预注浆技术等。

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