隧道施工工艺及技术方法

➢压密注浆
用浓稠的浆液注入土层中， 使土体形成浆泡，向周围土层加 压使土层得到加固。
➢高压喷灌注浆
通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液 射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎，随注浆 管的向外抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固之目的。
深孔预注浆可超前开挖面30～50m，形成筒状加固区，堵水 效果更好，注浆作业次数减少，更适用于有压地下水及地下水 丰富的地层中及大中型机械化施工。
注浆材料的配比 ➢采用水泥浆液时，水灰比可采用0.5:1~1:1，需缩短凝结时 间，则可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。 ➢采用水泥-水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可采用0.5:1~1:1 ； 水玻璃浓度为25~40°Be，水泥浆与水玻璃的体积比宜为 1:1~1:0.3。
注浆 P156 ✓注浆设备性能良好，工作压力满足注浆压力要求，现场试 验运转。 ✓孔口最高压力应严格控制，以防压裂开挖面，注浆压力0. 5～1.0MPa，止浆塞应能经受注浆压力。单管注浆能扩散到管 周0.5～1.0m的半径范围内。 ✓注浆结束后，钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，未 达标补注浆。
辅 助 施 工 预支护措施 方 法
预留核心土 喷射混凝土封闭开挖工作面 超前锚杆(亦可用小钢管) 管棚 临时仰拱封底 水平旋喷超前预支护 预切槽超前预支护
预支护与预加 固双重作用
超前小导管注浆等
7.1.1 超前锚杆
超前锚杆是指沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面 前方钻孔安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的 围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。
注浆材料选取 ➢断层破碎带及砂卵石地层(裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm， 渗透系数k≥5×10-4m／s)等强渗透性地层中，应采用料源广 便宜的注浆材料。无水的松散地层优先选用单液水泥浆；有 水的强渗透地层选用水泥水玻璃双浆液，以控制注浆范围。 ➢细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透地层中， 宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚胺酯类， 或超细水泥浆。 ➢不透水的黏土层，则宜采用高压劈裂注浆。
注浆数量应根据加固区需充填的地层孔隙数量来确定。 工程中常用充填率来估算和控制注浆总量。充填率是指注 浆体积占孔隙总体积的比率。注浆总量按下式计算：
Q=n.a.A 式中Q-注浆总数量(m3)；
A-被加固围岩的体积(m3)； n-被加固围岩的孔隙率(%)，见表7-1-1； a-过去实践证实的充填率(%)，见教材表7-1-1。
钻孔布置及注浆压力 浅埋隧道，可平行布置，即注浆钻孔均竖直方向并互相平
行分布，每钻一孔移动钻机。 ➢ 渗透性强的地层，注浆压力低、钻孔间距大，钻孔量少， 平均单孔注浆量大。
➢ 渗透式注浆时，注浆压力应大于待注浆地层静水压力； ➢ 劈裂式注浆时，注浆压力应大于待注浆地层的水压力与土 压之和，并取储备系数为1.1～1.3。
洞内超前注浆
隧道埋深较浅，则可在地面注浆；深埋长大隧道可利用辅助 平行导坑对正洞进行预注浆，避免与正洞施工的干扰，缩短施 工工期。
地表超前注浆
平导超前注浆
工作面预注浆
广州地铁地表深 孔分段注浆技术
注浆范围 即筒状加固区，可按岩体力学和弹塑性理论计算压力重分
布后塑性破坏区的大小，即应加固的范围。 注浆数量及注浆材料选择
土层松软，钻杆重力，管棚向下弯曲侵限； 若上仰角度大：
管棚远离隧道失去支护作用，而且使管棚有效支护长度缩 短。
安装套拱中导向管
绑扎套拱钢筋网
套拱底模安装
套拱模板加固及泵管安装
套拱拆模后施钻管棚孔
套拱送管棚施工
管棚注浆后封孔
套拱施作完成
管棚施工（预留核心土）
7.1.3 超前注浆小导管
『 7.1.5 ▎水平旋喷预支护
喷射注浆法，又称旋喷法，分为垂直和水平旋喷注浆。 水平旋喷注浆法是以高压旋喷的方式压注水泥浆，从而在 隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护方法。 施工方法：旋喷注浆机沿掌子面周边的设计位置旋喷注浆 形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。
旋喷柱体的形成方法：水平钻机成孔，钻杆退出，水泥浆 或水泥－水玻璃双浆液旋喷注入孔腔，高压射流切割腔壁土体 与浆液搅拌混合、固结形成直径600mm左右的固结体，同时压 缩和固结周围地层。
施工要点 1．注浆管和孔口套管 一次式注浆时可不用注浆管。 分段式注浆时用注浆管。采用带孔眼的钢管或塑料管。止
浆塞有橡胶式、套管式。将止浆塞固定在注浆管上的设计位 置一起放入钻孔，用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵塞注 浆管与钻孔之间的间隙，主要用于深孔注浆。
全孔注浆采用前进或后退式分段注浆。 2．钻孔 根据地层条件及成孔效果选择冲击式钻机或旋转式钻机。
✓控制注浆量，每根导管内已达到规定注入量时，就可结束； 孔口压力已达规定压力值而注入量仍不足，也应停止注浆。 ✓注浆后等待4h（水泥水玻璃浆）～8 h（水泥浆）方可开挖， 保留一定长度的止浆墙（即超前注浆的最短超前量）。
7.1.4 超前深孔帷幕注浆
超前注浆小导管对围岩加固的范围和止水的效果有限，作为软 弱破碎围岩隧道施工的一项主要辅助措施，它占用的时间和循环 次数较多。帷幕注浆是先在掌子面前方的围岩较大范围的筒状封 闭加固区，然后在其范围内进行开挖作业。
可利用钢管注浆堵水和加固围岩。预支护措施中支护能力最 强，施工技术也较复杂，造价较高。
管棚钢管构造
➢ 钢管注浆：从注浆管向地层内注浆；钢管内注入混凝土， 增加钢管刚度。
管壁上留注浆孔，孔径为10~16mm，孔眼间距100~200mm， 呈梅花形布置。
管棚设计：
➢ 支护长度的选择：一般为10~45 m。支护长度越长越节省辅 助时间，提高施工效率，但受到钻孔机具、技术和钢管柔性弯 曲等条件限制，管棚支护长度过长，难确保管棚的水平角度和 排列整齐。 ➢ 仰角的确定：一般1~2°。 若上仰角度小：
超前锚杆设置方式
超前锚杆性能特点及适用条件 锚杆超前支护的特点：柔性较大，整体刚度较小。隧道开挖
后，杆体及周边固结的部分围岩支承上覆岩土体，防止围岩坍 塌，减少洞室变形。
主要适用于地下水较少的破碎、软弱围岩，如裂隙发育的岩 体、断层破碎带、浅埋无显著偏压的隧道。 ➢ 锚固剂或砂浆锚固，工艺简单，造价低，应用十分广泛。 ➢ 在砂土质松软地层中，砂浆与土体粘结力较低，限制其应用； ➢ 因为一次施作距离短，预支护刚度小，在地应力较大、地层 位移控制严时，也限制了它的使用。
软弱破碎围岩中，即使采取短进尺开挖，开挖面和开完后的 坑道围岩体系，掌子面前方围岩的预加固和预支护是控制和减少坑 道开挖后周边收敛变形、防止坍塌的关键环节。
掌子面：即开挖坑道（采 煤、采矿或隧道工程中）不断 向前推进的工作面。
预加固措施
预注浆加固地层 地表喷锚预加固 超前深孔帷幕注浆
3．注浆顺序 先上后下，先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游
（地下水）后下游。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完 全凝固。
4．结束条件 注浆压力和单孔注浆量。 单孔结束条件：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达 到计算值的80%以上。 全段结束条件：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏 注。 注浆结束后检查注浆效果，如未达标，应补孔注浆。
旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚， 在松散不稳定地层隧道中，可有效控制坍塌和地层变形。
水平旋喷桩抗弯性能不强，施工控制难度较大，目前我国的 水平旋喷钻机性能不过关，制约了水平旋喷预支护技术的应用 和发展。
超前注浆小导管是在开挖前，沿隧道周边，向前方围岩钻孔 并安装带孔小导管，或直接打入带孔小导管，并通过小导管向 围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就 形成了有一定厚度的加固圈，即可安全地进行开挖等作业。超 前小导管实际上是超前锚杆的发展。
a≤40cm
r
r
b (取30cm)
管箍(φ6钢筋加焊)
➢ 性能特点 整体刚度较大。限制围岩变形能力较强，承受早期围岩压力。
➢ 适用条件 主要适用于围岩压力大，对围岩变形及地表下沉有较严格要
求的软弱、破碎围岩。在进洞口的地质条件非常差（如：沙土、 破碎严重的岩石、黄土等）的情况下使用，一般长度10~45 m ， 壁厚为3.5mm的钢管，直径一般为108mm。当然洞内地质条件非 常差的时候也可以用管棚（如：洞内遇到冒顶现象造成的沿洞轴 线长度较大，放量较大）。
φ35~50mm有缝钢管
1.5m不钻孔 出浆孔φ8mm 3.5~6.0m
0.2m
➢ 性能特点 双重作用：一是起超前管棚作用，二是起注浆管的作用，
通过注浆，加固软弱围岩。 钢管本身支护能力不如管棚，但注浆加固地层的效果好。
浆液在裂隙中硬化，整体加固，填塞裂隙阻水。 ➢ 适用条件
一般软弱破碎围岩、含水的软弱破碎围岩、较干燥的砂土 层、砂卵(砾)石层、软弱围岩浅埋段。
（5）开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。 （6）开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、 起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，如遇 地下水时，则可钻孔引排。
超前锚杆设计参数见下表。
注：1. 外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角。 2.锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑。 3.中空锚杆目前的最小直径为25mm。
超前锚杆设计、施工遵循的原则： （1）超前锚杆的长度、环向间距、外插角等参数，应视围岩地 质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超 前长度为循环进尺的3~5倍，环向间距采用0.3~0.5m；外插角宜 用10°~30°；搭接长度宜为超前长度的40％~60％左右，即大致 形成双层或双排锚杆。 （2）超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料可用不小 于φ22 mm的螺纹钢筋。 （3）超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10 cm，外 插角不超过1°~2°锚入长度不小于设计长度的96％。 （4）开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，以使超前锚 杆的前端有一个稳定的支点。