隧道超前支护施工方法

隧道超前支护施工方法序号支持类型营造方法应用地层常用管道直径(mm)1管棚支持泥浆循环和管道钻孔方法松散的黏土层、淤泥层、淤泥层、砂层、回填土壤、强风化岩石108，133，146，1592风力和管钻方法可折叠黄土地层108，1593潜孔锤冲击孔传递方法弱-中风化岩、砾石强风化地层108，1594潜孔锤和管钻方法砾石、砾石地层、碎石、碎石夹层和塌方现场108，127，1595管膜孔法黏土层、砂层、泥层、回填层和强风化层300-5006水平旋喷桩沙层、黏土层、细沙层、粉砂层、回填土壤层500-8007水平旋转射流混合桩松散均匀的黏土层，细沙层，淤泥层，回填土层，丰富的树脂层。500-10008冻结管道工程粉土层、流砂层和其他不稳定的含水地层89，108隧道开挖的管棚法一、管棚法的基本概念管棚法是隧道开挖施工中防止手掌坍塌、限制围岩变形的主动支撑手段。主要原理是，在隧道开挖前，沿隧道开挖轮廓外的设置部分水平铺设钢管，通过钢管灌浆到周边岩石，加固管棚周围的围岩，将管棚变成隧道后续挖掘的保护伞(仓库)，实现安全施工目的。管棚法最重要的是山隧道工程的一种辅助方法，在隧道破碎带、松散地带、软弱地层、涌水、涌泉等方面，管棚及其前注浆对隧道的稳定性起到了保护作用。用作隧道顶壁和侧壁超前支撑的管棚，有效防止了手掌表面塌陷和过度形成位置，保护了隧道开挖的安全。同时，管棚工程快速安全，被认为是隧道工程中预防事故最有效、最合理的辅助措施之一。二、管棚法在隧道开挖预支护中的应用原因在隧道开挖过程中，破碎带、松散带、软弱地层、涌水、涌水、涌水孔及沙等地区经常遇到，在这种地质条件下，如果不进行先进的事前支援，很容易发生崩塌，因此发生安全事故，给相关企业造成经济损失，增加工程费用，同时也会对工程进行和建设质量产生重大影响。如果在现有线或建筑与河流、湖泊挖掘之前不挖隧道，则现有线或建筑沉降、河流、湖泊喷发数可能会导致各种安全风险。在隧道施工过程中发生这种情况的话，初期隧道开挖时主要采用漂流方法、小导管超前注浆方法、浅地表锚杆注浆加固法等进行预支护。但是，这些支持方法中有一些缺点。也就是说，支撑范围和深度有限，加强强度不足，难以形成整个高强度支撑，需要多个循环才能通过支撑地层段，这不仅导致现场故障、停机等，还严重影响了建设进度，有时很难保证安全性。随着建筑技术的不断改进，管棚工法得到了普遍应用。特别是引进了导向及管道钻孔等技术和多种新的建设技术后，管棚工程的准确性、安装长度、沉降控制及施工效果有了很大发展。管棚法利用专用开挖设备沿着隧道开挖轮廓的外部部分进行需要支撑的地层的预定位置进行彻底灌浆，通过周围岩石中浆液的扩散，形成钢筋混凝土等拱形幕墙，起到支撑支架开挖线外周边岩石的作用。三、管棚方法的优点管棚空法与事前支援空法相比有明显的优点，主要表现在以下几个方面：(a)管棚法采用钢管，其钢强度高，管径较大，可以输送上部荷载。(b)管棚方法的灌浆，不仅在管棚管道周围扩散浆液，起到加固土体的作用，而且具有一定的止水效果。(c)管棚法钢管的长度更大。目前管棚长度可达100米以上，大大减少了前期支持周期数，加快了施工进度。(4)管棚法通过专用导向精确控制管棚钢管布置的轨迹线，确保管棚管道按设计要求布置，有助于控制隧道施工中的开挖量，降低施工成本。(e)最新技术可在软弱地层中一次性安装数百米的管棚。(6)管棚法采用大功率水平定向钻机，施工效率较高，在隧道开挖过程中大幅缩短辅助时间，提高施工效率。四、管棚的作用管棚项目在隧道开挖前预支护中的作用主要有两个：(一)提高周边岩土的强度，提高开挖线拱土承载力，加固隧道围岩，确保隧道工程的安全；管棚的这种作用在隧道经过破碎带、松散地带、软弱地层、涌水、涌水孔等时很明显。(b)控制地表沉降。管棚通过隧道，通过现有建筑和结构等，主要控制表面沉降，防止现有线路、建筑、结构因隧道开挖而受损，确保现有线路、建筑、结构的安全，以及隧道开挖的顺利进行。在这种情况下，管棚的钢管直径可能会很大(299)。五、管棚工作原理管棚工作原理主要有两个方面。(a)简支梁的使用原理；管棚直径大、刚度大、密度大，因此钢管两端支撑梁的刚度足够大时，开挖引起的变形很小，就像切断隧道开挖时对周围岩石释放应力的简支梁一样。(b)利用水泥浆的流动性和周围岩石的裂缝或孔隙，将注入的水泥浆粘合到土体上，形成与混凝土类似的强化体，从而具有加固周边岩石和岩石的功能。即使在水量少的地层，也能产生一定的止水效果。六、管棚设计参数(a)管棚大小参数：管棚大小参数主要包括管棚长度、管道直径、钢管壁厚和隧道内工作室的大小参数。1、管棚长度一般为20-80米，特殊情况下管棚长度可达100-300米。2、管棚直径一般为89mm，108mm，159mm。3、管棚壁厚一般为6mm，中间用直径相同的壁厚10-12mm钢管车螺钉连接。4、在隧道内部应用管棚时，工作室一般扩展到30cm以上，如果地区层不允许，可以使用无工作室管棚施工方法。5、将管棚应用于洞口不需要导墙。(b)管道仓库位置参数：“管道仓库位置”参数主要包括洞口位置、坡率、外部角度和环间距。1、管棚中心位置距挖掘线20-30厘米，洞口位置偏差为2厘米。2、管棚倾角取决于地质条件和隧道坡度。3、外部插入角度通常为0。到1为止。即可从workspace页面中移除物件。4、周间距根据现场地质条件、管棚直径确定，一般为25-40厘米。(c)管棚灌浆参数：管棚灌浆压力0.8-1.2MPa，浆液比例为0.8: 1或1: 1，灌浆量取决于管棚直径和管棚长度。(d)管棚施工精度：1、管棚坡度偏差通常可以控制为0.5，具体取决于管棚长度。内部、外部插入角度控制在3以内。2、管棚长度误差控制在30厘米以内。3、管棚施工期间，由于管道快速形成，灌浆可以及时采取后续措施，上层地层沉降基本为零。七、管道仓库应用条件和管道仓库建设实例(a)大部分隧道入口属于浅埋及风化层，造孔比较困难，因此使用管棚法可以有效地解决洞口部分的施工问题。开口的前支架的管棚长度通常为30-40米左右，直径为108mm。通过管棚，可以防止洞口开挖时的应力释放。图1显示了张石高速公路前三村隧道进口管道仓库项目。该隧道的开挖剖面最大净宽为15米，开挖剖面面积为144平方米进口处的地质条件为砂卵石地层，地层松散，钻探时不易钻孔。对于现场地质情况，防空锤和管钻应用于108mm管棚，管形成后注浆加固。图石河高速公路前三村隧道进口管棚工程钻锤和管钻方法使用水平定向钻锤通过锤正面带有外部锤的DTH锤冲击管，外部锤通过扣连接管棚管道，管棚安装到位后，将外部锤和管棚钢管留在孔内，灌浆加强周边岩石的管棚形成方法。Dth锤和管钻方法适用于建造不易形成孔的管棚，如砂粒层、风化碎带等，强度高的无缝钢管应作为管棚管道，每个管长应与钻杆匹配，用螺纹扣连接，便于接管标尺。管道壁厚必须小于6mm，如果管道壁太薄，则容易打断管道，从而影响管道库质量。在管棚建设过程中，现场气压必须小于6MPa，确保孔内挖掘的渣干净地排出，管棚质量保证。施工精度控制：管棚就位后，使用管棚导向制作钻孔坡度，根据测斜结果进行进一步分析，确定钻孔角度，并根据地层变化及时调整。(二)隧道通过破碎带、松动带、软弱带、勇士地层等时，为了确保隧道开挖工程的安全，还需要提前支援管棚工程。管棚长度应根据支撑段长度确定，直径大部分为108mm-159mm。图二武广客运专线金沙洲隧道管棚工程该隧道工程发掘中遇到的地质条件比较复杂，主要以松散风化岩石为主，中间有疏松的强风地层，局部有空洞或大岩层，管棚工程中用孔锤打孔后，使用松管法提前支撑159mm管棚，进行多次循环，一次60米。潜孔锤冲击孔传递方法适用于风化岩及软硬件复合地层，安装过程中如有必要，气动排渣、送风风压应小于6MPa，保证了排渣量。将钻孔就位，结束钻杆和DTH锤，用实心钻头将管棚钢管送入孔内，进行围岩强化灌浆。图3管棚工作面微扩展轮廓控制管道库精度：发送管道时，使用管道库导向器创建钻孔坡度，发现偏差并及时调整钻孔角度(进刀角度)。(三)通过现有铁路、公路、高速公路、高速铁路等现有电缆的隧道、建筑物和结构等，管棚长度应根据现场地质条件和隧道上部复土厚度确定的横断面长度来设计管棚长度。如图4、图5所示，贯穿现有铁路(桐浦铁路)的青西部客运专线高桥隧道施工现场主要位于开发垂直关节的湿陷性黄土中，非常脆弱，大断面开挖，开挖尺寸15m13m米(宽度高度)，横断面面积160多个m2。为了在不影响现有铁路正常运行的情况下调节地表沉降，在隧道开挖前，利用风速循环和管道钻探法一次性应用159mm管棚100米。图6显示了郑西客运专线延翔隧道下的莲花高速公路(80m长159mm管棚共三循环)。透视井客运专线高桥隧道下穿现有铁路的施工现场风动力学和管钻方法适用于可折叠黄土和干淤泥层，通过风力6MPa以上的风力排出钻孔渣，在钻孔的同时跟踪钻孔指南，控制钻孔偏差，确保管棚布置精度。图5郑西客运专线高桥隧道位置。图六正西客运专线延香隧道下的莲湖高速公路。(4)隧道开挖过程中倒塌的路段要经过预支撑的管棚，管棚长度一般要同时通过倒塌路段5-10米。直径取决于现场地质条件和崩塌，一般为108mm-159mm。图7是隧道开挖中倒塌事故后的结构管道仓库工程。由于隧道开挖中大范围塌方，隧道拱大面积沉降，塌方范围向隧道开挖方向延伸30米，隧道开挖未进行。为了加固崩塌范围内的土体，继续挖掘隧道，这里将建造一个48米长的108mm的管棚，用水循环和管道钻探法。图7隧道开挖过程中倒塌和结构管棚工程水循环和管道钻孔方法适用于松散的带、粘土层、砂层、粉砂层、回填和强风化地层。水循环排渣、泥浆护壁、冷却钻头、穿孔的同时，跟踪方向到管棚导向，控制管棚布置轨迹。(e)隧道从富含水的地层经过管棚时，管棚的长度应在水量丰富的部分两端各延伸10米左右，直径应为108mm或159mm。(。通过管棚注浆浆液的扩散，可以产生一定的止水效果。对于这样的地层，以泥浆为循环液的管钻方法是建造和灌浆加固管棚。利用水平喷射注浆桩的预支效果更好，可以有效地进行止水和土加固。图8是深圳地铁5号线西里1永久性风管隧道导管工程，使用泥浆循环及管道定向钻孔应用108mm管棚。图9为深圳地铁5号线1号永久风管隧道水平喷射灌浆施工。应用管棚和水平旋喷桩，不仅控制了地表沉陷，还取得了止水效果，使隧道开挖顺利进行。图8深圳地铁5号线西力1永久风管隧道仓库图9深圳地铁5号线西力1永久风管水平喷射灌浆桩(6)管棚法是管棚法的特殊情况，主要适用于长距离上现有的先制预支工程。图1