特殊围岩隧道变形控制技术
84页1、特殊围岩隧道变形控制技术特殊围岩隧道变形控制技术在一般围岩、地形条件下,隧道开挖后的变形,基本上可以采用标准设计中的初期支护,把变形控制在容许值范围之内,确保隧道开挖后的支护体系的长期稳定性。但在特殊围岩、地形条件下,仅仅用通常的初期支护,是很难控制隧道开挖所引起的变形。此时,为确保掌子面稳定性、隧道的安全性以及保护周边环境,要以改善围岩条件为目的,采取有针对性的控制对控制对策策,也就是我们所谓的控制对策。控制对策。在我国这样的地质变化多端的条件下,不采用控制对策施工的隧道是很少的。因此,从安全性、经济性、合理性看,控制对策是保证施工安全和保护周边环境的重要的、不可缺少的工法。因此。在控制隧道开挖变形的研究中,必须把控制对策的研究,放在应有的地位,予以重视。控制对策大体上分为确保施工安全为目的的掌子面稳定对策和以保护周边环境为目的的地下水对策、地表面下沉对策及近接结构物对策等。代表性的控制对策列于表3-1。但具有同样效果的对策是很多的。这些对策因地质条件、埋深、地下水等环境条件及开挖方法等,其效果有很大差异,对隧道的稳定性及经济性有很大影响。为此在选定控制对策时,要视其目的进行必要的调
2、查,但在发包时的有限的调查结果中,判断材料不足的情况很多,为此,多数是根据施工中获得的情报和地质调查等的结果来判断是否采用控制对策和其适用范围。工法采用目的和效果确保施工安全保护周边环境掌子面稳定地下水位降低对策枯水对策地表面下沉对策近接结构物对策拱顶稳定掌子面稳定抑制脚部下沉地下水对策抑 制先 行位移抑制开挖后位移抑 制先 行位移抑 制开 挖后 位移超前支护充填式、非充填式小导管注浆小导管压入式短钢管钢管钢背板小导管*管棚*水平喷射注浆*预衬砌*表3-1 变形的控制对策掌子面补强弧形开挖、留核心土掌子面喷混凝土短掌子面锚杆长掌子面锚杆*脚部补强补强锚杆补强锚管脚部注浆水平喷射注浆临时仰拱基脚混凝土水平锚管涌水对策、围岩补强排水坑道*排水钻孔*轻型井点*管井*止水注浆*改良围岩*地表垂直锚管*隔断壁*评价的表示:采用的主要目的;*根据围岩条件有效果的项目或有二次效果的项目;作为确认地下水位和突发涌水对策的探孔效果。根据表3-1,控制对策,大体上可分为1)超前支护;2)掌子面补强;3)脚部补强;4)涌水对策;5)围岩补强等下面分别说明上述控制对策的特征及其应用。二二 超前支护超前支护开挖
3、前对需要采取拱顶稳定对策及开挖前对需要采取拱顶稳定对策及抑制地表面下沉、净空位移对策的抑制地表面下沉、净空位移对策的围岩,采取的防护和强化掌子面前围岩,采取的防护和强化掌子面前方围岩的对策,称为超前支护。方围岩的对策,称为超前支护。此工法适用于开挖土砂围岩和岩堆地段、断层破碎带等场合和隧道接近铁道、道路、其它结构物等施工的场合。超前支护大体上可以按构造分类,分为利用隧道纵向刚性的梁构造和利用横向刚性的拱形构造两大类(图3-1)。梁构造可分为采用钢管、钢棒系材料的工法和高压喷射改良围岩的工法2种。同时,过去在岩堆地段和断层破碎带等不良围岩中,多把开挖断面分割为小断面进行开挖,但最近由于机械大型化和新材料及新工法的实用化,亦可采用超前支护与一般区间采用同样的施工机械、支护材料及断面的施工事例逐渐增多。超前支护的分类列于表32。由于超前支护材料、使用机械、设备、地质条件及一次打设长度等,各具特色。为此选定超前支护时,要选定适合地质条件和周边环境条件,而且经济的工法。工法名称短超前支护长钢管水平旋喷注浆预衬砌管棚充填式注浆式示意图工法概况用钻孔台车沿掌子面外周每隔打入钢筋等 用钻孔台车沿掌子面
4、外周打入中空钢棒,并注浆,打入间隔约。用钻孔台车或专用机械打设直径约的钢管并注浆。间隔4560cm用专用机械钻孔后,从前端喷射搅拌地层。间隔、改良直径约用专用机械在开挖前于掌子面前方构筑拱状衬砌用直径沿隧道断面外周配置比较大的直径的钢管特征钢筋等表观提高掌子面前方围岩的约束力形成的注浆带能够改良围岩钢管和注浆材能够改良围岩,同时,因超前长度长,能够控制掌子面前方的先行位移高压喷射能够确实地改良掌子面周边围岩,同时,因超前长度长,能够控制掌子面前方的先行位移预衬砌能够稳定拱部,同时也能够抑制围岩的位移能够根据环境条件选择各种管径的钢管。钢管的刚性高,抑制变形的效果也高适用地质粘性土、砂质土、砂砾、裂隙岩体、卵石粘性土、砂质土、砂砾、裂隙岩体、卵石粘性土、砂质土、砂砾、裂隙岩体、卵石粘性土、砂质土粘性土、砂质土粘性土、砂质土、砂砾、卵石施工性通常设备需要注浆设备需要注浆设备需要高压喷射设备需要专用设备需要专用设备一次打设长度小于5m 小于5m12m左右12m左右23m2070m表3-2 超前支护的种类和特征1)短超前支护(小导管)短超前支护是在开挖前沿拱顶外周斜向打设小于5m的钢筋、钢管等
5、,确保掌子面稳定的工法。其类型大体上有表33所示的三种。种类使用材料长度(m)适用条件非充填式钢筋(D25)3不充填拱顶也稳定钢管3压入可能的粘性土需要刚性的场合钢背板12未固结砂层喷射混凝土附着不良钢管(膨胀型)34孔壁难于自稳的场合需要早期附着强度的充填式钢筋(D25)3孔壁自稳的场合几乎所有的地质条件都适用注浆式注浆管3需要改良带的场合孔壁能自稳的场合中空锚杆(自钻式)34需要改良带的场合孔壁不能自稳的场合 表33 短超前支护的种类我们通常采用的小导管是短超前支护的一种类型。小导管是在开挖前向掌子面前方的拱部,斜向打入长5m以内的钢棒、钢管等,打设范围是隧道中线左右各60,计120左右,每一次掘进后打设。但视崩落规模和位置,范围和间距可以调整。锚杆的锚固可用砂浆充填,但孔壁不能自稳的场合可采用自钻后充填式的锚杆。在固结度低的砂质围岩等,也可采用单管和铁插板,用打击力打入,确保拱顶稳定的方法。小导管按充填方法有如下的不同方式。充填式、非充填式小导管(图32)沿掌子面上半断面的拱部外周以3060cm间隔斜向打入钢筋、钢管等,以增加拱顶的抗剪强度防止前方围岩松弛的工法。充填式是向孔内充
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