软弱地层中隧道围岩预加固之  超前小导管加固一、加固原理

超前小导管预注浆是沿开挖隧道或地下工程外轮廓线，以一定角度打入管壁带孔的小导管，并以一定的压力向管内压注浆液的施工措施。它既能将洞室周围岩土体预加固，又能起超前预支护作用。适用于自稳时间很短或无自稳能力的砂层、砂卵(砾)石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋和处理塌方等地段。小导管预注浆施工简单，且注浆时间短，达到加固、防渗、堵漏的目的，所以广为利用。  超前小导管注浆预加固围岩是对表土下风化破碎岩石及构造裂隙发育难以支护的破碎岩面，预先向其裂隙通道内注入固化材料（通常是水泥浆、水玻璃或聚氨酯等）充填裂隙，封堵涌水，胶结岩石，改善围岩力学性能，提高岩体自身整体强度，改变围岩支护状态。主要作用是提高管体周围岩体的抗剪强度，达到加固围岩并扩散围岩压力的作用。

二、 小导管注浆优点

 在软弱地层隧道围岩中采用小导管注浆具有许多优点：

（1）形成了小导管与固结联合的超前支护体系，提高围岩的稳定性，抑制围岩松弛变形，增加了施工安全性。 

（2）加固效果稳妥可靠，注浆质量易于控制。

（3）采用超前支护手段，通过调整浆液凝固时间，可大大缩短暗挖工序时间。 

（4）采用小型机械施作，无需配备专用设备，工艺操作简单，一般工地都可施做。

三、适用范围

（1）隧道洞口浅埋地段或软弱破碎围岩地段进洞施工。 

（2）富水软弱破碎地质、砂砾地层、岩溶地质等不良地质地段的隧道开挖辅助措施。

（3）隧道坍方的处理。

四、施工准备及工艺流程

 1、超前小导管直径一般采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管。超前小导管单节长度通常为3.5m或4.0m，超前小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段。

2、测量定位

根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3~5mm，一般钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm。  开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5~10cm，排气管采用φ20塑料管。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。

3、钻孔

钻孔时一般采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，一般为3°～5°。锁脚锚管为俯角30°，为保证超前小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行。

岩体中平均断裂面间距所确定的不稳定岩块宽度的1.5倍。我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定，锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2，以有利于相邻锚杆共同作用。新奥法对锚杆布置的设计，从支护应使围岩形成自承拱出发，锚杆间距规定为：硬岩的锚杆间距取1.5m；软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取1.0~0.8m；膨胀性地层的锚杆间距取1.0~0.8m。简介钢拱架是采用L、u、I字型钢和钢轨、钢管等型钢，加工成所需形状，用整榀安装或杆件拼装方式加固地下工程的支护措施。在隧道初期支护用以防治软弱围岩隧道过大变形。尤其是围岩条件差时，限于围岩本身因素和现场施工条件，常导致径向系统锚杆作用效果不明显，且增加隧道建设成本、延长工期。
此时在初期支护中增设钢拱架，可以迅速提供足够的支护抗力，满足初期支护所需的主要刚度，快速控制围岩继续松弛和塑性区继续扩大；限制围岩的过度变形，保证隧道支护结构体系的稳定。(1)钢拱架的整体刚度较大，可以提供较大的早期支护刚度；型钢拱架较格栅钢架能更早承载。(2)钢拱架可以很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，增强支护的有效性，且受力条件较好。尤以格栅钢架结合 。(3)格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道断面变化适应性好。(4)钢拱架的安装架设方便。隧道初期支护中的钢拱架在隧道开挖之后主要承受支护后方的围岩压力，由于洞内工序的变化，钢拱架截面上应力分布必然很复杂。
现场监测选择在工字钢两侧翼缘布置钢筋计，具体布置见图1。通过现场量测，可得到工字钢两侧翼缘的应力σｉN、σｏｕｔ，然后，可认为工字钢横截面上应力分布在σｉN、σｏｕｔ之间按线性分布，并假定钢架处于弹性工作状态且不考虑工字钢腹板部位喷射混凝土受力，则根据材料力学相关理论可以计算出工字钢的内力，见公式。(1)式中，σｉN、σｏｕｔ为钢拱架内、外翼缘实测应力值；N、M为钢拱架轴力和弯矩计算值；A和Ｉ分别为钢拱架横截面积和惯性矩；Ｗ为型钢简化截面抗弯模量。计算时，规定轴力受压为负，受拉为正；弯矩以底部受拉为正。当钢拱架翼缘应力状态安全系数λ判断安全级别高于内力准则判断级别时，可采用将内力判断级别提高一级作为安全判别状态；
当翼缘应力状态安全系数λ判断安全级别低于内力判断级别时采取低安全判别状态。总之，从整个横断面分析考虑，应以最不利级别为本断面安全级别。(1)钢拱架垂直度允许误差为±2°。(2)钢拱架的拱脚应稳定，一般有垫板、纵向托梁、锁脚锚杆等。(3)钢拱架的安设应在开挖后的2h内完成。(4)钢拱架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护效应。(5)可缩性钢拱架的可缩性节点，待其收缩合拢后，再补喷射混凝土。(6)喷射混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙喷射密实。(7)喷射混凝土应分层分次喷射完成，初喷混凝土应尽早进行，复喷混凝土应在量测指导下进行。受苹果公司新规定影响

仰拱上的运输道路应搭设牢固，当向坑内倾卸混凝土时，非卸车人员应避让至安全地点。当仰拱超前边墙施工时，应加强基坑坑壁的临时支护。煤层及其他有害气体防治措施按《达成施隧参01~3~01~3~01~3~3图》施工。导坑开挖面风流中，按体积计氧气不得低于20%，二氧化碳不得超过0.5%。洞内空气中，有毒有害物质的浓度必须符合 规定标准。作业开挖面复工时，必须进行通风和分析空气中有害气体浓度，确认符合标准后方可进入。人员严禁在风管的进出口停留。隧道施工应采取综合防尘防毒措施，并定期检查粉尘及有害气体浓度。装碴作业在出碴前应用水淋湿碴堆。喷射混凝土粉尘浓度达不到标准时。
应采取防尘措施。风动机械与软管连接必须牢固，拆卸连接风管应在停机关机后进行。风管网路中应分段设置控制闸阀；检修风管时，应先关闭控制该部分管路的闸阀。供风系统在使用期间应有专人检查养护，保护供风管路不得损坏。供水水池不宜设在隧道的顶部，应根据机械及管路的要求控制过高水压。机械抽水应由专人负责，当抽水机房设在河边时，应有防洪措施。水池与机房之间应有号联系。供水管路铺设宜避开交通繁忙地区和地质不良地段，管路铺设不宜采用高架的形式。检修供水管路前，应先关闭控制该段管路供水的闸阀。施工现场用电应采用三相五线制供电系统，且工作接地电阻值不得大于4Ω；供电线路始端、末端必须作重复接地；
当线路较长时，线路中间应增设重复接地，其电阻值不应大于10Ω。施工用电应进行施工用电设计，并采用三级配备二级保护方式。用电设备应实行一机一闸一漏（漏电保护器）一箱（配电箱）；漏电保护装置应与设备相匹配。不得用一个开关直接控制二台及以上的用电设备。1）自备发电机组应采用三相四线制中性点直接接地系统，接地电阻值不得大于4Ω；2）发机机组应与外电线路电源联锁，严禁并列运行；3）发电机组应设置短路保护和过负荷保护装置；1）架空线应采用绝缘导线，并架设在专用电杆上，不得挂在树木、脚手架上。2）导线的选用应根据负荷大小、允许电压损失、机械强度等确定。A、外电架空线与施工现场机动车道交叉时，其 点与路面的垂直距离不应小于下表规定。
B、在建工程（含脚手架具）的外侧与外电架空线路边线之间应保持下表规定的最小安全操作距离。当不能满足时，应采取增设屏障、遮栏或保护网，并悬挂警告标志牌等防护措施。洞内采用电缆线路供电，电缆线应根据下环境条件，采取埋地或架空敷设，严禁沿地面敷设；施工照明和行灯应使用36V安全电压。施工前应采用超前钻孔，探明地质情况，采取预防对策。施工中应加强对围岩和支护体系的监控量测。当发现围岩和支护体系变速率异常时，应立即采取有效措施。情况严重时，应将全部人员撤离危险区域。施工中应有足够的抢险、急救物资储备。如发生，应积极处理和抢救。处理应在查明情况、制定出安全措施后进行。软弱破碎富水围岩隧道施工。
应采取截、排、堵等综合防水措施，并应制定处理突发性大量涌水的措施。施工中应加强地质情况的超前预测、预报工作，并采取相应的预防措施，防止发生突发性涌水、涌砂和泥石流。开挖与支护应根据岩溶的大小、填充情况与隧道的相对位置等具体情况，采取相应的安全措施。对溶洞填充物的清理及对溶洞围岩处理，应根据设计文件要求，结合现场实际情况，制订专项安全措施。支护与围岩应紧贴，严格控制围岩变形。采用严排水、少拢动、旱封闭的措施。施工期间应有专人监测；当围岩变形加速时，应立即撤走人员。在岩爆地段应有专人观测，发觉岩壁面发生响声，立即示警撤离人员。发生岩爆应先撤人后撤设备。岩爆地段严禁人员停留。
岩爆后应加强找顶工作，并延长通风时间。开挖宜采用全断面法。衬砌宜优先采用整体式衬砌，或采用仰拱超前，先墙后拱的分部衬砌；衬砌和施作应在围岩变形速率小于0.5mm/d之后进行。施工中应加强对围岩变速率的监测；当发现变形异常时，应采取相应的安全措施。高处作业中的安全标志和各种用于高处作业的设施，使用前应检查。高处作业中所用的物料，应堆放平稳，不得妨碍通道。高处拆下的物件、余料和废料，不得向下抛掷。高处作业必须系安全带，安全带应挂在牢固的物件上，严禁在一个物件上拴挂几根安全带或一根安全绳上拴几个人；临边作业应设置防护围拦和安；悬空作业应有可靠的安全防护设施。设置在建筑结构上的直爬梯及其他登高攀件。