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隧道辅助工程措施——围岩稳定措施

百科 2024-11-13 00:01 福建

自稳性差的地段是指采用锚杆、喷射混凝土、钢支撑等难以保持围岩稳定，容易发生开挖面失稳、隧道坍塌冒顶等地段，对这类地层可采取围岩稳定措施以增强围岩的稳定性。围岩稳定措施又可以分为对围岩预加固措施和围岩支护措施。

一、超前管棚支护(参见《超前大管棚》，该文参考《铁路隧道设计规范》，注意两者间的区别)

在地质较差的隧道洞口段、地面沉降有较高控制要求的浅埋段及塌方段、围岩破碎段、土质地层等，可采用超前管棚支护。超前管棚设计应符合下列规定:

1、应沿隧道开挖轮廓线100~200mm外布设，应有一定外插角，倾角大小应能保证管棚钢管不侵入隧道开挖轮廓线内。

2、钢管环向间距宜为350~500mm。

3、一次支护长度宜为10~45m，两次管棚支护间、管棚与其他超前支护间应有不小于3.0m的水平搭接长度。

4、钢管宜选用热轧无缝钢管，外径宜为80~180mm，钢管分节段采用“V”形对焊或丝扣连接，钢管节段长度宜为1.6~4.0m。钢管每一连接头与相邻钢管接头应错开不小于 500mm 的距离。

5、钢管内应插入钢筋笼或钢筋束，并应注满强度等级不低于M20的水泥砂浆。

6、钢管管壁可钻注浆孔，注浆孔孔径宜为6~10mm，间距宜为200~300mm，呈梅花形布置。

7、尾端应支承在套拱上。套拱应为整体式钢筋混凝土结构或钢架结构，套拱内应预埋钢管导向管，套拱基础应能保证套拱稳定。

二、超前小导管支护(参见《超前锚杆和超前小导管》)

在隧道开挖后掌子面不能自稳地段、拱部易出现剥落或局部坍塌的地段;塌方段、浅埋段、地质较差的洞口段，可采用超前小导管支护。超前小导管设计应符合下列规定:

1、宜采用直径为42~50mm的无缝钢管，长度宜为3.0~5.0m。

2、管壁应钻注浆孔，孔径宜为6~8mm，间距宜为150~250mm，呈梅花形布置尾端应有不小于 500mm 长不钻孔。

3、环向设置间距宜为300~400mm，外插角宜为5°~12°，纵向水平搭接长度不应小于 1.0m。

4、尾端应支承在钢架上。

5、应通过导管向围岩体注浆。

三、超前锚杆(参见《超前锚杆和超前小导管》)

在无地下水的软弱地层、薄层水平层状岩层、开挖数小时内拱顶围岩可能剥落或局部坍塌的地段，可采用超前锚杆。超前锚杆设计应符合下列规定:

1、宜采用普通砂浆锚杆，直径宜为22~28mm。围岩破碎不易成孔的地段可采用自进式锚杆，自进式锚杆直径可取28~76mm。

2、长度宜为3.0~5.0m，采用自进式锚杆时长度宜为5.0~10.0m。

3、环向间距宜为300~400mm，外插角宜为5°~15°，纵向水平搭接长度不应小于1.0m。

4、尾端应支承在钢架上。

5、砂浆宜采用早强砂浆，其强度等级不应低于M20。

6、自进式锚杆应注水泥浆，其强度等级不应低于M20。

四、超前钻孔注浆

在软弱围岩及断层破碎带、堆积土地层，隧道开挖可能引起掌子面突泥、流坍地段，可采用超前钻孔注浆对隧道周边围岩或开挖掌子面进行加固。超前钻孔注浆设计应符合下列规定:

1、应根据地质条件及地下水情况，确定加固范围，选用注浆材料。

2、应根据加固范围、浆液材料、扩散半径以及工程要求等条件布置注浆孔，应使各注浆孔浆液扩散范围相互重叠。

3、注浆范围宜控制在开挖轮线外3.0m以内。

4、注浆钻孔孔径应不小于75mm，注浆压力应根据现场试验确定。

5、一次注浆加固段纵向长度可取30~50m。

五、超前水平旋喷桩

在含水率大的淤泥质黏土、黏性土、粉土、砂性土地段，可采用超前水平旋喷桩。超前水平旋喷桩设计应符合下列规定:

1、根据需要可采用周边加固或全断面加固。

2、旋喷桩直径：单管法宜为0.3~1.0m；二重管法宜为0.6~1.4m；三重管法宜为0.7~2.0m。

3、周边加固时，旋喷桩孔外倾角宜为3°~10°，环向间距应以相邻孔浆液能互相搭接形成拱形结构为原则。

4、一次施作长度宜为10~20m，每一循环搭接长度应不小于2.0m。

5、当需要增加旋喷桩的抗拉、抗弯强度时，可在旋喷内插入型钢、钢筋笼、钢筋束或钢管。

六、超前玻璃纤维锚杆

在软弱地层采用大断面或全断面开挖、浅埋地段严格控制地面沉降的隧道可采用超前玻璃纤维锚杆对掌子面前方进行加固。超前玻璃纤维锚杆设计应符合下列规定:

1、已采用超前管棚或超前小导管支护时，加固范围宜在掌子面范围内。

2、在掌子面区域，锚杆间距宜为1.0~3.0m；在隧道周边围岩区域，锚杆间距宜为300~600mm；可根据围岩稳定性进行调整。

3、加固纵向长度宜为10~30m，每一循环搭接长度应不小于6.0m。

4、全螺纹实心锚杆直径宜为18~32mm；全螺纹中空锚杆直径宜为18~60mm。

5、地质条件较差时宜选用中空注浆锚杆，注浆材料采用水泥浆或水泥砂浆应做好掌子面排水，并监测掌子面纵向挤出位移。

七、地表砂浆锚杆

在稳定性差的浅埋段、洞口地段，可采用地表砂浆锚杆加固地层。地表砂浆锚杆设计应符合下列规定：

1、宜垂直设置，根据地形及主结构面具体情况也可倾斜设置。

2、宜采用直径为16~22mm的螺纹钢筋，由单根或多根钢筋并焊组成，间距宜为1.0~1.5m，呈梅花形布置。

3、锚孔直径应大于杆体直径30mm，充填砂浆强度不应低于M20。

4、沿隧道纵向加固范围应超出不良地质地段5~10m，横向加固宽度宜按计算破裂面确定或1~2倍开挖宽度控制。

5、锚杆不宜侵入隧道开挖范围。

6、应在锚固砂浆达到设计强度的70%以上后，进行下方隧道的开挖。

八、地表注浆

在地层松散、围岩稳定性较差、掌子面自稳能力弱、开挖过程中可能引起塌方的浅埋段或洞口地段，可采用地表注浆加固地层。地表注浆设计应符合下列规定：

1、注浆孔应竖向设置。

2、注浆孔直径不宜小于110mm。

3、注浆孔深应低于隧道开挖底1.0m以下。

4、沿隧道纵向加固范围应超出不良地质地段5~10m，加固宽度可取1.5~2.0倍隧道宽度。

5、孔间距宜为单孔浆液扩散半径的1.4~1.7倍，可按梅花形或矩形排列布孔。

6、注浆压力可按现场试验确定。

九、锁脚锚杆(管)

在设有钢架支护的地段，宜设锁脚锚杆(管)。锁脚锚杆(管)设计应符合下列规定：

1、应设在钢架底端或钢架接头位置，2根锁脚锚杆为一组，并应与钢架焊接。

2、2根锁脚锚杆(管)合力方向应与初期支护轴线方向成15°~30°的夹角。

3、锁脚锚杆宜采用Φ22~Φ32mm螺纹钢，锁脚锚管宜采用 Φ42~Φ54mm、壁厚不小于 3.0mm 的无缝钢管，锁脚锚杆(管)长度宜为2.5~4.0m。

4、锚孔及锁脚锚管内应注满砂浆，砂浆强度等级应与普通砂浆锚杆相同。

十、小导管径向注浆

隧道围岩破碎、岩体层间接合较差的地段，可采用小导管径向注浆加固围岩。小导管长度不宜小于3.5m、间距宜为1.0~2.5m。

十一、施工临时封闭和临时支撑措施

隧道施工变形较大、施工工序转换较复杂或紧急抢险时，可设置施工临时封闭和临时支撑措施。采用的临时封闭和临时支撑措施应方法有效、方便施工、利于后期拆除。

参考文献：

1、《公路隧道设计规范第一册土建工程》JTG 3370.1-2018

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