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淺析軟弱圍巖隧道超前預(yù)支護技術(shù)
[摘要]隧道通過軟巖地帶時,給掘進帶來相當大的困難,而且容易發(fā)生安全事故,本文對軟巖特性進行分析并歸納了軟巖隧道常用的超前預(yù)支護方法及其施工工藝和施工中應(yīng)注意的質(zhì)量問題。
[關(guān)鍵詞]軟弱圍巖 力學特性 預(yù)支護
隧道通過軟巖是一個經(jīng)常遇到的麻煩問題,采用何種掘進方法、何種支護結(jié)構(gòu)一直是一個爭論不休的問題。一般軟巖(如泥巖,軟砂巖等)特別是在埋深較大時,其側(cè)壓力大、本身強度又低,如處理得當,既能減少坍塌,又節(jié)省資金,否則變形不斷,拖延施工時間。更重要的是:要冒險搶工、危及人身安全;運營后,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,結(jié)合具體工程情況及時提出相應(yīng)的解決措施。
一、軟巖工程力學特性
軟巖工程力學特性軟巖之所以能產(chǎn)生顯著塑性變形的原因,是因為軟巖中的泥質(zhì)成分(粘土礦物)和結(jié)構(gòu)面控制了軟巖的工程力學特性。一般說來,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。錨桿超前支護主要是通過組合、懸吊、擠壓對圍巖進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,阻止圍巖因過大變形而坍塌。具體是,巷道掘進前,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)時上部巖體得到超前錨桿加固。通常,普通超前錨桿加固后,開始進行斷面開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,能及時對圍巖提供抗力,并在可噴入裂隙的一定深度內(nèi),對巖體進行加固,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(輔助支護或臨時支護),一般一次進尺可達1.5~2.1m為了不使爆破震壞超前錨桿支護層,噴完后到下次放炮的時間不小于4h,然后進行第二次循環(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,進行按常規(guī)打徑向錨桿的噴錨聯(lián)合永久支護(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)計標孔位;(2)鉆孔:準確控制外插角,以防增加超欠挖;(3)注漿:先用水和稀漿濕潤管路,再開始注漿;(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。(1)砂漿嚴格按配合比拌合,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)掘進速度不能太快,因為錨桿的錨固需一定的時間,若過快地掘進,會使錨桿過早承載,導(dǎo)致支護結(jié)構(gòu)迅速破壞。
1.受力原理
超前管棚支護是在擬開挖的隧道、地下洞室等開挖外輪廓周邊上,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,然后進行注漿固結(jié)的一種預(yù)支護措施。其工作原理為:(1)通過管棚注漿,使拱頂預(yù)先形成加固的保護環(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)造了理想的開挖條件。(2)當超前管棚沿隧道開挖輪廓周邊密布時,加固環(huán)的變形變小,傳遞給隧道支護結(jié)構(gòu)的上部荷載大大減小,同時通過環(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,有效地保證了掘進施工和初期支護的安全。
2.管棚施工
(1)施工準備。①在熟悉設(shè)計圖紙的基礎(chǔ)上,進一步調(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;②通過試驗確定或調(diào)整注漿半徑、注漿壓力和單管注漿量;③加工導(dǎo)管,準備施工機具和器材。
(2)定向和布孔。布孔參照相關(guān)的設(shè)計圖紙,相鄰孔位誤差≯5 cm。管棚定向可采用以下兩種方法:①安裝定向套管,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;②采用掛線定向,距離以10 m為宜,通過前后兩點掛線確定管棚的方向,在定向時應(yīng)考慮線路縱坡對外插角的影響。
(3)鉆孔、安裝鋼管。鉆孔前先噴混凝土封閉掌子面,以防漏漿,而后測量布孔,在設(shè)計孔位點上標記。然后用風動鑿巖機鉆孔,開孔時,先輕壓慢速鉆進,以保證開孔質(zhì)量。鉆進中用測斜儀量測鉆孔方向,發(fā)現(xiàn)偏斜超過設(shè)計要求,及時糾正。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。①注漿準備: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,以沖洗巖石裂隙,擴大漿液通路,增加漿液充塞的密實性,核實巖石的滲透性。②漿液配制:在注漿前由試驗確定漿液配比、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散半徑,現(xiàn)場通過試驗確定。配制漿液時,要注意加料順序和速度,防止?jié){液結(jié)塊。③注漿施工: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。④結(jié)束標準:采用終壓和注漿量雙控制。以單管設(shè)計注漿量為標準,當注漿壓力達到設(shè)計終壓≮20min,進漿量仍達不到設(shè)計標準時,也可結(jié)束注漿。⑤效果檢查:開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,沒達到設(shè)計要求時,應(yīng)進行補孔注漿。
3.施工注意事項。(1)嚴格控制導(dǎo)管外插角與鉆桿的鉆進方向,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)嚴格控制導(dǎo)向管的位置,方向,確�？孜徊话l(fā)生偏斜。(3)導(dǎo)管插入困難,應(yīng)適當擴大鉆頭直徑,在孔壁來不及坍塌前及時插入導(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,同時鉆進。(5)注漿要連續(xù)進行,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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