浅析软弱围岩隧道超前预支护技术论文
浅析软弱围岩隧道超前预支护技术论文
[摘要]隧道通过软岩地带时，给掘进带来相当大的困难，而且容易发生安全事故，本文对软岩特性进行分析并归纳了软岩隧道常用的超前预支护方法及其施工工艺和施工中应注意的质量问题。
[关键词]软弱围岩；力学特性；预支护
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
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。
