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一、噴錨暗挖與初期支護
(一)噴錨暗挖與支護加固
1.淺埋暗挖法施工地下結構需採用噴錨初期支護,主要包括鋼筋網噴射混凝土、錨杆—鋼筋網噴射混凝土、鋼拱架—鋼筋網噴射混凝土等支護結構形式;可根據圍巖的穩定狀況,採用一種或幾種結構組合。
2.在淺埋軟巖地段、自穩性差的軟弱破碎圍巖、斷層破碎帶、砂土層等不良地質條件下施工時,若圍巖自穩時間短、不能保證安全地完成初次支護,為確保施工安全,加快施工進度,應採用各種輔助技術進行加固處理,使開挖作業面圍巖保持穩定。
(二)支護與加固技術措施
1.暗挖隧道內常用的技術措施(超導、導周、超錨、深注、臨仰→2導超深宮)
(1)超前錨杆或超前小導管支護;
(2)小導管周邊注漿或圍巖深孔注漿;
(3)設置臨時仰拱。
2.暗挖隧道外常用的技術措施(表錨、表注、凍結、降水、管棚→2表凍水管)
(1)管棚超前支護;
(2)地表錨杆或地表注漿加固;
(3)凍結法固結地層;
(4)降低地下水位法。
二、暗挖隧道內加固支護技術
(一)主要材料
1.噴射混凝土應採用早強混凝土,其強度必須符合設計要求。嚴禁選用具有鹼活性集料。可根據工程需要摻用外加劑,速凝劑應根據水泥品種、水膠比等,通過不同摻量的混凝土試驗選擇最佳摻量,使用前應做凝結時間試驗,要求初凝時間不應大於5min,終凝時間不應大於10min。
2.鋼筋網材料宜採用Q235鋼(碳素鋼),鋼筋直徑宜為6~12mm,網格尺寸宜採用150~300mm,搭接長度應符合規範。鋼筋網應與錨杆或其他固定裝置連接牢固。
3.鋼拱架宜選用鋼筋、型鋼、鋼軌等製成,採用鋼筋加工而成格柵的主筋直徑不宜小於18mm。
(二)噴射混凝土前準備工作
1.噴射混凝土前,應檢查開挖斷面尺寸,清除開挖面、拱腳或牆腳處的土塊等雜物,設置控制噴層厚度的標誌。對基面有滴水、淌水、集中出水點的情況,採用埋管等方法進行引導疏幹。
2.應根據工程地質及水文地質、噴射量等條件選擇噴射方式,宜採用溼噴方式;噴射厚度宜為50~100mm。
3.鋼架應在開挖或噴射混凝土後及時架設;超前錨杆、小導管支護宜與鋼拱架、鋼筋網配合使用;長度宜為3.0~3.5m,並應大於循環進尺的2倍。
4.超前錨杆、小導管支護是沿開挖輪廓線,以一定的外插角,向開挖面前方安裝錨杆、導管,形成對前方圍巖的預加固。
(三)噴射混凝土
1.噴射混凝土應緊跟開挖工作面,應分段、分片、分層,由下而上順序進行,當巖面有較大凹窪時,應先填平。分層噴射時,一次噴射厚度可根據噴射部位和設計厚度確定。
2.鋼拱架應與噴射混凝土形成一體,鋼拱架與圍巖間的間隙必須用噴射混凝土充填密實,鋼拱架應全部被噴射混凝土覆蓋,保護層厚度≥40mm。
3.臨時仰拱應根據圍巖情況及量測數據確定設置區段,可採用型鋼或格柵並噴混凝土修築。
(四)隧道內小導管注漿技術
★★小導管注漿加固技術
小導管注漿是淺埋暗挖隧道的常規施工工序。本條簡要介紹小導管注漿加固技術及其施工要點。
S、適用條件與基本規定
(一)適用條件
1.小導管注漿支護加固技術可作為暗挖隧道常用的支護措施和超前加固措施,能配套使用多種注漿材料,施工速度快,施工機械簡單,工序交換容易。(簡易快)
2.在軟弱、破碎地層中成孔困難或易塌孔,且施作超前錨杆比較困難或者結構斷面較大時,宜採取超前小導管注漿和超前預加固處理方法。
(二)基本規定
1.小導管支護和超前加固必須配合鋼拱架使用。用作小導管的鋼管鑽有注漿孔,以便向土體進行注漿加固。
2.採用小導管加固時,為保證工作面穩定和掘進安全,應確保小導管安裝位置正確和足夠的有效長度,嚴格控制好小導管的安設角度。
3.在條件允許時,應配合地面超前注漿加固;有導洞時,可在導洞內對隧道周邊進行徑向注漿加固。
S、技術要點
(一)小導管布設
1.常用設計參數:鋼管直徑30~50mm,鋼管長3~5m,焊接鋼管或無縫鋼管;鋼管鑽設注漿孔間距為100~150mm,鋼管沿拱的環向布置間距為300~500mm,鋼管沿拱的環向外插角為5°~15°,小導管是受力杆件,因此兩排小導管在縱向應有一定搭接長度,鋼管沿隧道縱向的搭接長度一般不小於1m。
2.導管安裝前應將工作面封閉嚴密、牢固,清理乾淨,並測放出鑽設位置後方可施工。
(二)注漿材料(強盛穩久可收毒)
1.應具備良好的可注性,固結後應有一定強度、抗滲、穩定、耐久和收縮小,漿液須無毒。注漿材料可採用改性水玻璃漿、普通水泥單液漿、水泥—水玻璃雙液漿、超細水泥四種注漿材料。一般情況下改性水玻璃漿適用於砂類土,水泥漿和水泥砂漿適用於卵石地層。(泥卵、玻砂)。
2.水泥漿或水泥砂漿主要成分為P.O42.5級及以上的矽酸鹽水泥、水泥砂漿;水玻璃濃度應為40~45°Be,外加劑應視不同地層和注漿法工藝進行選擇。
3.注漿材料的選用和配比的確定,應根據工程條件,經試驗確定。
(三)注漿工藝
1.注漿工藝應簡單、方便、安全,應根據土質條件選擇注漿工藝(法)。
2.在砂卵石地層中宜採用滲入注漿法;在砂層中宜採用擠壓、滲透注漿法;在黏土層中宜採用劈裂或電動矽化注漿法;在淤泥質軟土層中宜採用高壓噴射注漿法。
S、施工控制要點
(一)控制加固範圍
1.按設計要求,嚴格控制小導管的長度、開孔率、安設角度和方向。(長孔角向)
2.小導管的尾部必須設置封堵孔,防止漏漿。
(二)保證注漿效果
1.漿液必須配比準確,符合設計要求。
2.注漿時間和注漿壓力應由試驗確定,應嚴格控制注漿壓力。一般條件下:改性水玻璃漿、水泥漿初壓宜為0.1~0.3MPa,砂質土終壓一般應不大於0.5MPa,黏質土終壓不應大於0. 7MPa。水玻璃—水泥漿初壓宜為0.3~1.0MPa,終壓宜為1.2~1.5MPa。
3.注漿施工期應進行監測,監測項目通常有地(路)面隆起、地下水汙染等,特別是要採取必要措施防止注漿漿液溢出地面或超出注漿範圍。(地隆水染漿超逸)
★★管棚施工技術要點:
管棚超前支護法簡稱管棚法。
S 結構組成與適用條件
1、結構組成
(1)管棚法為防止隧道開挖引起的地表下沉和圍巖鬆動,開挖掘進前沿開挖工作面的上半斷面設計周邊打入厚壁鋼管,在地層中構築的臨時承載棚防護下,為安全開挖預先提供增強地層承載力的臨時支護方法,與小導管注漿法相對應,通常又稱為大管棚超前支護法。
(2)管棚是由鋼管和鋼拱架組成。鋼管入土端製作成尖靴狀或楔形,沿著開挖輪廓線,以較小的外插角(3°),向開挖面前方打入鋼管或鋼插板,末端支架在鋼拱架上,形成對開挖面前方圍巖的預支護。
(3)管棚中的鋼管應按照設計要求進行加工和開孔,管內應灌注水泥漿或水泥砂漿,以便提高鋼管自身剛度和強度。
2、適用條件(管棚使用地層:膨塌流砂、偏極斷髮)
(1)適用於軟弱地層和特殊困難地段,如極破碎巖體、塌方體、砂土質地層、強膨脹性地層、強流變性地層、裂隙發育巖體、斷層破碎帶、淺埋大偏壓等圍巖,並對地層變形有嚴格要求的工程。
(2)通常,在下列施工場合應考慮採用管棚進行超前支護:(管棚適用場合:2穿特大口帶)
1)穿越鐵路修建地下工程;
2)穿越地下和地面結構物修建地下工程;
3)修建大斷面地下工程;
4)隧道洞口段施工;
5)通過斷層破碎帶等特殊地層;
6)特殊地段,如大跨度地鐵車站、重要文物保護區、河底、海底的地下工程施工等。
S 技術要點
1、主要材料要求
管棚所用鋼管一般選用直徑70~180mm,壁厚4~8mm無縫鋼管。管節長度視工程具體情況而定,一般情況下短管棚採用的鋼管每節長小於10m,長管棚採用的鋼管每節長大於10m,或可採用出廠長度。(小導管直徑30~50mm、長度3~5m)
(1)水泥砂漿主要成分為P.O42.5級及以上的矽酸鹽水泥,水泥砂漿宜採用中砂或粗砂;外加劑應視不同地層選用;配比應根據工程土質條件,經試驗確定。
1、施工技術要點
(1)施工工藝流程:(小導管、管棚:鑽→擦→注→封 地表錨杆:鑽→注→擦→封)
(2)測放孔位→鑽機就位→水平鑽孔→壓入鋼管→注漿(向鋼管內或管周圍土體)→封口→開挖。
(3)管棚一般是沿地下工程斷面周邊的一部分或全部,以一定的間距環向布設,形成鋼管棚護,沿周邊布設的長度及形狀主要取決於地形、地層、地中或地面及周圍建築物的狀況,有帽形、方形、一字形及拱形等。
(4)管棚鋼管環向布設間距對防止上方土體坍落及鬆弛有很大影響,施工中須根據結構埋深、地層情況、周圍結構物狀況等選擇合理間距。一般採用的間距為2.0~2.5倍的鋼管直徑(小導管間距一般100~150,環向300~500)。縱向兩組管棚搭接的長度應大於3m(小導管縱向搭接1m)。在鐵路、公路正下方施工時,要採用剛度大的鋼管連續布設。(公鐵連續)
S 施工質量控制要點
1、鑽孔精度控制
(1)鑽孔開始前應在管棚孔口位置埋置套管,把鋼管放在標準拱架上,測定鑽孔孔位和鑽機的中心,使兩點一致。為了防止鑽孔中心振動,鋼管應用U形螺栓與拱架稍加固定,以仿止彎曲,並應每隔5m(視情況可調整,一般為2~6m)對正在鑽進的鑽孔及插入鋼管的彎曲及其趨勢進行孔彎曲測定檢查。
(防止鑽孔中心振動措施:U型螺栓與拱架固定鋼管,每隔5m對鑽孔及鋼管進行孔彎曲測定)
(2)在鬆軟地層或不均勻地層中鑽進時,管棚應設定外插角,角度一般宜≤3°(小導管5~15°)。避免管節下垂進入開挖面,應注意檢測鑽孔的偏斜度,發現偏斜度超出要求應及時糾正。
1、
鋼管就位控制
(1)鋼管的打入隨鑽孔同步進行,並按設計要求接長,接頭應採用厚壁管箍,上滿絲扣,確保連接可靠。
(2)鋼管打入土體就位後,應及時隔(跳)孔向鋼管內及周圍壓注水泥漿或水泥砂漿,使鋼管與周圍巖體密實,並增加鋼管的剛度。
3、注漿效果控制
(1)嚴格控制管棚間距,防止管棚出現間距過大或出現偏離。
(2)嚴格按試驗參數,控制注漿量,防止注漿效果不好、出現流沙等現象。
(3)必要時宜與小導管注漿相結合,開挖時可在管棚之間設置小導管。
(五)隧道內錨杆注漿加固,錨杆施工應保證孔位的精度在允許偏差範圍內,鑽孔不宜平行於巖層層面,宜沿隧道周邊徑向鑽孔。錨杆必須安裝墊板,墊板應與噴混凝土面密貼。鑽孔安設錨杆前應先進行噴射混凝土施工,孔位、孔徑、孔深要符合設計要求,錨杆露出巖面長不大於噴射混凝土的厚度,錨杆施工應符合質量要求。
三、暗挖隧道外的超前加固技術
(一)降低地下水位法
1.當淺埋暗挖施工地下結構處於富水地層中,且地層的滲透性較好,應首選降低地下水位法達到穩定圍巖、提高噴錨支護安全的目的。含水的鬆散破碎地層宜採用降低地下水位法,不宜採用集中宣洩排水的方法。
2.在城市地下工程中採用降低地下水位法時,最重要的決策因素是確保降水引起的沉降不會對既有構築物或擬建構築物的結構安全構成危害。
3.降低地下水位通常採用地面降水方法或隧道內輔助降水方法。
4.當採用降水方案不能滿足要求時,應在開挖前進行帷幕預注漿,加固地層等堵水處理。根據水文、地質鑽孔和調查資料,預計有大量湧水或湧水量雖不大,但開挖後可能引起大規模塌方時,應在開挖前進行注漿堵水,加固圍巖。
(二)地表錨杆(管)
1.地表錨杆(管)是一種地表預加固地層的措施,適用於淺埋暗挖、進出工作井地段和巖體鬆軟破碎地段。
2.地面錨杆(管)按矩形或梅花形布置,先鑽孔→吹淨鑽孔→用灌漿管灌漿→垂直插入錨杆杆體→孔口將杆體固定。地面錨杆(管)支護,是由普通水泥砂漿和全粘結型錨杆構成地表預加固地層或圍巖深孔注漿加固地層。
3.錨杆類型應根據地質條件、使用要求及錨固特性進行選擇,可選用中空注漿錨杆、樹脂錨杆、自鑽式錨杆、砂漿錨杆和摩擦型錨杆。(錨杆類型:中脂摩砂鑽)
(三)凍結法固結地層
1.凍結法是利用人工製冷技術,用於富水軟弱地層的暗挖施工固結地層。通常,當土體的含水量大於2.5%、地下水含鹽量不大於3%、地下水流速不大於40m/d時,均可適用常規凍結法,當土層含水量大於10%和地下水流速不大於7~9m/d時,凍土擴展速度和凍結體形成的效果最佳。
2.在地下結構開挖斷面周圍需加固的含水軟弱地層中鑽孔敷管,安裝凍結器,通過人工製冷作用將天然巖土變成凍土,形成完整性好、強度高、不透水的臨時加固體,從而達到加固地層、隔絕地下水與擬建構築物聯繫的目的。
3.在凍結體的保護下進行工作井或隧道等地下工程的開挖施工,待襯砌支護完成後,凍結地層逐步解凍,最終恢復到原始狀態。
4.凍結法主要優缺點
(1)主要優點:凍結加固的地層強度高;地下水封閉效果好;地層整體固結性好;對工程環境汙染小。
(2)主要缺點:成本較高;有一定的技術難度。