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同步预支护及预加固施工技术

在浅埋软岩地段、自稳性差的软弱破碎围岩、断层破碎带、砂土层等不良地质条件下施工时，若围岩自稳时间短、不能增加安全地完成初期支护，为确保施工安全，加快施工进度，应采用同步预支护及预加固技术进行预加固处理，使开挖作业面围岩保持稳定。

根据地质条件、地下水状况、施工方法以及环境条件等因素，地层同步预支护及预加固可采取下列措施：

(1)同步小导管注浆加固。

(2)深孔注浆。

(3)管棚支护。

一、同步小导管注浆加固

(一)适用条件

(1)小导管注浆支护加固技术可作为暗挖隧道常用的支护措施和同步加固措施，能配套使用多种注浆材料，施工速度快，施工机具简单，工序交换容易。

(2)在软弱、破碎地层中成孔困难或易塌孔，且施作同步锚杆比较困难或者结构断面较大时，宜采取同步小导管注浆和同步预加固处理方法。

(二)技术要点

(1)同步小导管应沿隧道拱部轮廓线外侧设置，根据地层条件可采用单层、双层同步小导管;其环向布设范围及环向间距由设计单位根据地层特性确定;安装小导管的孔位、孔深、孔径应符合设计要求 。

(2)同步小导管应选用直径为40~50mm的钢管或水煤气管，长度应大于循环进尺的2倍，宜为3~5m，具体长度、直径应根据设计要求确定。

(3)前后两排小导管的水平支撑搭接长度不应小于1m。

(4)同步小导管的成孔工艺应根据地层条件进行选择，应尽可能减少对地层的扰动。

(5)小导管其端头应封闭并制成锥状，尾端设钢筋加强箍，管身梅花型布设Ф6~Ф8mm的溢浆孔。

(6)同步小导管加固地层时，其注浆浆液应根据地质条件、并经现场试验确定;并应根据浆液类型，确定合理的注浆压力和选择合适的注浆设备。注浆材料可采用普通水泥单液浆、改性水玻璃浆、水泥一水玻璃双液浆、超细水泥等注浆材料。

(7)浆液的原材料应符合下列要求：

1)水泥：强度等级P. O 42.5级及以上的硅酸盐水泥。

2)水玻璃：浓度40～45°Bé 。

3)外加剂：视不同地层和注浆工艺进行选择。

(8)注浆施工应符合下列要求:

1)注浆工艺应简单、方便、安全，应根据土质条件选择注浆工艺(法)。在砂卵石地层中宜采用渗入注浆法;在砂层中宜采用挤压、渗透注浆法;在黏土层中宜采用噼裂或电动硅化注浆法。

2)注浆顺序：应由下而上、间隔对称进行;相邻孔位应错开、交叉进行。

3)渗透法注浆压力：注入压力应保持在0.1~0.4MPa，注浆终压应由地层条件和周边环境控制要求确定，一般宜不大于0.5MPa。每孔稳压时间不小于2min。噼裂法注浆压力应大于0.8MPa。

4)注浆速度应不大于30L/min 。

5)注浆施工期应进行监测，监测项目通常有地(路)面隆起、地下水污染等，特别要采取必要措施防止注浆浆液溢出地面或超出注浆范围 。

二、深孔注浆加固技术

(1)深孔注浆前，应依据设计文件，并综合考虑地下水状态、地层条件和浆液类型等，在施工设计中确定其注浆范围。

(2)注浆孔的孔位、角度、深度的偏差应符合相关规范的要求。

(3)注浆段长度应综合考虑地层条件、地下水状态和钻孔设备的工作能力予以确定，宜为10~15m，并应预留一定的止浆墙厚度。

(4)浆液的材料和类型应综合考虑土质条件、注浆要求、地下水状况、周围环境条件及效果要求等因素;且应经现场试验确定。

(5)隧道内注浆孔应按设计要求采取全断面、半断面等方式布设，并应满足加固范围的要求;浆液扩散半径应根据注浆材料、方法及地层条件，经现场注浆试验确定。

(6)根据地层条件和加固要求，深孔注浆可采取前进式分段注浆、后退式分段注浆等方法。

(7)钻孔应按先外圈、后内圈、跳孔施工的顺序进行。钻孔时，应按规范要求作好施工记录，包括孔号、进尺、时间、地层、涌水位置、涌水量和涌水压力等内容，并应根据现场条件及时调整施工工艺参数。

(8)施工中应严格控制注浆质量，避免出现注浆盲区。注浆未达到设计要求的区域，应采用钢花管进行补注浆，以确保注浆效果。注浆工艺控制应符合下列要求：

1)注浆压力一般宜为0.5～1.5MPa，并应根据地层条件和隧道埋深选择注浆终压大小。管线附近施工时应根据相关单位要求适当降低注浆压力，调整钻孔角度和间距。

2)单孔结束标准：

① 注浆压力逐步升高至设计终压，并继续注浆10min以上。

② 注浆结束时的进浆量小于20L/min。

③ 检查孔钻取岩芯，浆液充填饱满。

3)全段结束标准：

① 注浆孔均符合单孔结束条件，无漏浆现象。

② 浆液有效注入范围大于设计值。

(9)注浆结束后，施工单位应进行注浆效果检查，经检查确认注浆效果符合要求后方可开挖。

三、管棚支护

(一)结构组成与适用条件

1.结构组成

(1)管棚法是一种临时支护方法，与小导管注浆法相对应，通常又称为大管棚同步预支护法。

(2)管棚是由钢管和钢格栅拱架组成。钢管入土端制作成尖靴状或楔形，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角，向开挖面前方打入钢管或钢插板，末端支架在钢拱架上，形成对开挖面前方围岩的预支护。

(3)管棚中的钢管应按照设计要求进行加工和开孔，管内应灌注水泥浆或水泥砂浆，以便提高钢管自身刚度和强度。

2.适用条件

(1)适用于软弱地层和特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程。

(2)通常，在下列施工场合应考虑采用管棚进行同步支护：

1)穿越铁路修建地下工程;

2)穿越地下和地面结构物修建地下工程;

3)修建大断面地下工程;

4)隧道洞口段施工;

5)通过断层破碎带等特殊地层;

6)特殊地段，如大跨度地铁车站、重要文物保护区、河底、海底的地下工程施工等。

(二)技术要点

(1)施工工艺流程：

测放孔位→钻机就位→水平钻孔→压入钢管→注浆(向钢管内或管周围土体)→封口。

(2)管棚应根据地层情况、施工条件和环境要求选用，并应符合以下要求：

1)宜选用加厚的Ф80～Ф180mm焊接钢管或无缝钢管制作。一般采用Ф108×8mm钢管，相应的孔口管采用Ф127×8mm钢管。

2)钢管间距应根据支护要求(如：防现塌、控制建(构)筑物变形等)予以确定，宜为300～500mm。

3)双向相邻管棚的搭接长度不小于3m。

4)为增加管棚刚度，应根据需要在钢管内灌注水泥砂浆、混凝土或放置钢筋笼并灌注水泥砂浆。

5)钢管宜沿隧道开挖轮廓线纵向近水平方向或按纵坡要求设置。

6)长管棚宜在竖井内实施。必须在隧道内施作时，应预先设置加高段来满足钻机操作空间要求，对掌子面应采用喷射混凝土墙进行封闭处理。

(3)钢格栅拱架应根据现场条件单独设计制作，以满足管棚施工和受力要求。

(4)钻孔顺序应由高孔位向低孔位进行。钻孔直径应比设计管棚直径大20～30mm。钻杆方向和角度应符合设计要求。钻孔过程中应注意钻杆角度的变化，并增加钻机不移位。

(5)管棚在顶进过程中，应用测斜仪控制上仰角度。顶进完毕后应对每根管进行清孔处理。

(6)钢管在安装前应逐孔逐根进行编号，按编号顺序接管推进、不得混接。管棚接头应相互错开。

(7)管棚就位后，应按要求进行注浆;钢管内部宜填充水泥砂浆，以增加钢管强度和刚度。注浆应采用分段注浆方法，浆液能充分填充至围岩内。注浆压力达到设定压力，并稳压5min以上，注浆量达到设计注浆量的80%时，方可停止注浆。