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1、超前小導管及超前錨桿施工工藝工法超前小導管和超前錨桿分開成兩個工法。1 前言1.1 工藝工法概況超前小導管施工是伴隨新奧法施工發(fā)展起來的一種超前預支護的施工方法，是隧道及地下工程主要的超前支護手段之一。沿隧道開挖輪廓線外一定距離，以一定的外插角向開挖工作面前方打設直徑38-50mm的帶注漿孔的鋼管，長度一般為3.55.0m ，并進行注漿，填充和固結巖體及土石的空隙，形成一定厚度的固結體。超前錨桿是從超前小導管變化過來的一種超前支護方式，超前錨桿在隧道開挖輪廓線外，以一定的外插角，向開挖面前方打錨桿，然后進行錨固，起加固圍巖的作用。1.2 工藝原理 在隧道開挖前，將小導管沿開挖輪廓線打入掘進前方2、穩(wěn)定的巖層內，末端支承在隧道拱部的鋼架上，并對小導管進行注漿，增加小導管的剛度和固結前方松散圍巖，使其起到支護掘進進尺范圍內拱部上方的圍巖，有效地約束圍巖在（爆破）開挖后的一定時間內部不發(fā)生松馳坍塌。超前小導管的作用主要為：1 改良工作面前方的圍巖結構，在開挖面以外形成厚度為0.51.0m的加固圈。 2 超前小導管與鋼架、固結的地層共同作用形成超前支護結構，從而保證開挖工作面的穩(wěn)定，防止開挖工作面松弛、坍塌。 超前錨桿在隧道開挖前，將超前錨桿沿開挖輪廓線打入掘進前方穩(wěn)定的巖層內并且進行錨固，起到懸吊和加固圍巖的作用，超前錨桿可以單獨起超前加固作用，其末端也可以和系統(tǒng)錨桿及鋼架相焊接，提高其錨固3、圍巖的作用。2 工藝工法特點2.1超前小導管配合型鋼鋼架使用，可應用于隧道、級圍巖拱部超前注漿預支護，小導管長度一般為3.55.0m，按照隧道的開挖進尺，隧道每開挖循環(huán)施工一次或兩個開挖循環(huán)施工一次超前小導管。2.2 超前小導管應沿隧道拱部輪廓線按照設計間距均勻布設，可以有效的改善開挖工作面前方的地質條件和自穩(wěn)能力，但其整體穩(wěn)定性沒有管棚支護好，但施工機具設備簡單，施工操作方便。2.3小導管的外插角根據小導管的長度和鋼架的間距調整，定位較準確，一次施工長度短，孔的角度偏差小，孔底外插值小，開挖后小導管起棚架作業(yè)，下部超挖部分較小少，有利于隧道施工。2.4根據隧道圍巖變化情況，不用擴大隧道斷面就4、可隨時施工，采用人工風動鑿巖機施工，不需要專用設備，鉆孔和安裝施做靈活方便。2.5 超前錨桿比超前小導管慣性力矩小，但施工方便，工藝簡單，可以和鋼架配合使用，也可以單獨起超前加固作用，施工靈活方便。3 適用范圍3.1超前小導管適用于自穩(wěn)時間短的軟弱破碎圍巖、淺埋段、洞口偏壓段、砂層段、砂卵石段、斷層破碎帶等地段的超前預支護，主要應用于隧道、級圍巖拱部超前注漿預支護。一般和隧道鋼架支護配合適用使用。 3.2超前錨桿適用于自穩(wěn)時間較短的塊狀圍巖，隧道開挖后，塊狀圍巖易產生掉塊和坍塌，一般適用于節(jié)理較發(fā)育的、級圍巖及部分級圍巖。4主要技術標準4.1 鐵路隧道工程施工技術指南（TZ204）、鐵路隧道施5、工規(guī)范（TB10204）、鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10417）、高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB10753）。4.2 相關設計圖紙、合同文件。5 施工方法5.1超前小導管施工時，人工采用風動鑿巖機沿隧道開挖線在隧道拱部鉆小導管孔，小導管孔的孔徑、孔深、外插角必須符合設計要求。把加工好的小導管送入孔內，采用CS膠泥核實術語把小導管和巖石孔之間空隙封堵起來。在小導管端頭連接孔口閥及管路，和注漿機相連，對小導管進行注漿。注漿材料采用水泥漿或水泥-水玻璃雙液漿。注漿結束后把小導管和鋼架焊接連接在一起，然后進行下道隧道施工工序。5.2超前錨桿施工時，人工采用風動鑿巖機沿隧道開挖線在隧道拱6、部鉆超前錨桿孔，鉆孔的孔深、外插角必須符合設計要求。把設計長度的錨桿送入孔內。錨桿采用錨固劑或砂漿進行錨固。錨桿桿體采用直徑一般為2025mm的螺紋鋼， 也有采用中空注漿錨桿作為超前錨桿。6 工藝流程及操作要點6.1 工藝流程 超前小導管施工工藝流程圖見圖1，小導管構造見圖2。 施工準備 測量定位 鉆孔作業(yè) 清 孔 下管、封堵孔口 原材料進場檢驗 噴混凝土封堵工作面 連接、調試注漿管路 漿液配比設計 注漿試實驗 漿液制備 注漿作業(yè) 注漿效果分析 管尾與鋼架焊連 結束 不合格 合格 不能滿足要求 滿足要求 小導管制備 鉆孔驗收 調整注漿參數 圖1 超前小導管施工工藝流程圖8mm加勁箍小鋼管普通焊7、30cm1020cm圖2 注漿小導管結構圖（孔眼布置圖修改！）孔眼直徑標注 超前錨桿的工藝流程見圖3圖3 超前錨桿施工工藝流程圖6.2 操作要點 超前小導管的操作要點1 小導管的制作1）小導管一般采用直徑3850mm的鋼管制作。2）小導管前端做成尖錐形，尾部焊接8mm鋼筋加勁箍，管壁上每隔1020cm梅花型鉆眼，眼孔直徑為68mm，尾部長度100cm和圖中數據一致！不鉆孔。小導管構造見圖2。3）小導管長度一般為3.55.0m。2 小導管的鉆孔、安裝1）測量放樣，在設計孔位上做好標記，用鑿巖機鉆孔，孔徑較設計導管管徑大10mm以上，孔深、外插角必須符合設計要求。外插角：取值應考慮小導管的長度和鋼8、架的間距、鋼架的截面高度，一般外插角 1015，可根據實際情況調整。2）超前小導管沿隧道拱部開挖線均勻布設，間距應根據開挖工作面前方的地質條件和自穩(wěn)能力確定，一般間距為3050cm。3）成孔后，將小導管按設計要求插入孔中，或用鑿巖機直接將小導管從型鋼鋼架上部、中部打入，小導管外露20cm，在注漿結束后和鋼架焊接連接，支撐于開挖面后方的鋼架上或和，與鋼架共同組成預支護體系。4）采用CS膠泥封堵小導管和巖石孔之間空隙。5）安裝注漿閥門和管路。6）注漿前先噴射混凝土510cm厚封閉掌子面，形成止?jié){盤。7）超前小導管施工其縱向搭接長度不小于1m。8）當隧道圍巖比較破碎時，為了有效的超前加固前方的圍巖，9、有時采用雙層超前小導管的加固方式，內層小導管按照一般的小導管參數布設，外層小導管和內層小導管間隔交替布空孔，一般外插角應大于內層小導管的外插角度，可以加大的圍巖加固圈的范圍，確保圍巖穩(wěn)定，設計有雙層超前小導管的，嚴格按照設計施工。3 注漿1）注漿采用注漿泵壓注水泥漿或水泥水玻璃雙液漿。2）小導管安裝完成后，應進行壓水試驗，壓力一般不大于1.0MpPa，并根據設計和試驗結果確定注漿參數。注漿壓力：一般為0.51.0MpPa。漿液濃度按照設計配制。漿液必須充滿鋼管及其周圍的空隙。3）注漿材料按表1參照選用。表1 常用注漿材料的選擇漿液名稱膠凝時間抗壓強度MPa擴散半徑mm主要成分適用范圍單液水泥漿10、6-15h10-25200-300水泥、其它附加劑圍巖裂隙、工作面注漿、壁后充填注漿水泥水玻璃十幾秒-幾十分5-20200-300水泥、水玻璃圍巖裂隙、工作面注漿、壁后充填注漿、堵特大涌水水玻璃類幾秒-幾十分3300-400水玻璃、其它附加劑細砂、砂粘土、沖積層注漿、細砂砂漿6-15h10-25水泥、細砂壁后充填注漿、空洞充填注漿4）水泥漿液采用拌和桶配制，配制水泥漿液或稀釋水玻璃漿液時，應防止雜物混入，配制好的漿液必須過濾后使用。5）注漿采用專用注漿泵注漿。6）配制好的漿液應在規(guī)定時間內注完，隨配隨用。7）注漿順序為由下至上，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。8）當發(fā)生串孔時，11、應采用分漿器多孔注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿。當注漿壓力突然升高時應停機查明原因；當水泥漿進漿壓力很大、壓力不變時，則應調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，采用小流量低壓力注漿或間歇式注漿。9）注漿結束標準：當壓力達到設計注漿終壓并穩(wěn)定10-15min，注漿量達到設計注漿量80%以上時，可結束該孔注漿。10）當采用單液水泥漿注漿時，開挖時間為注漿后8h，采用水泥-水玻璃雙液漿時為4h。 超前錨桿的操作要點1 超前錨桿一般設置在隧道拱部，少數也可設置在邊墻上。2 超前錨桿直徑一般為2025mm，錨桿長度一般為35m。3 拱部超前錨桿縱向兩排之間應重疊1 m以上的水平搭接段。錨桿環(huán)向間距常規(guī)控制在3012、50cm；錨桿外插角一般為1015。4 錨桿注漿一般采用純水泥漿或1:1的水泥砂漿。5 超前錨桿末端應采用墊板或和與系統(tǒng)錨桿焊接，或者和與鋼架焊接。超前小導管（錨桿）的驗收標準1 超前小導管（錨桿）所采用的鋼材的品種、級別、規(guī)格和數量必須符合設計要求，超前超前小導管（錨桿）與支撐結構的連接應符合設計要求，超前超前小導管（錨桿）的縱向搭接長度應符合設計要求。2 超前小導管（錨桿）施工允許偏差和檢驗方法如下表，表2 超前小導管施工允許偏差（mm）和檢驗方法項目外插角孔間距孔深檢驗數量檢驗方法小導管2+50、-50+50、0每環(huán)抽查3根儀器測量、尺量 3 超前小導管注漿漿液強度和配合比應符合設計要求13、，且漿液必須充滿鋼管及周圍的空隙。7 勞動力組織小導管注漿施工為三道工序，一般在一個班次可以完成。表3 注漿作業(yè)勞動組織表（以單線隧道為例）序號工作項目作業(yè)內容人數1小導管加工氣焊工1電工12小導管安設測工3開挖工5電焊工23小導管注漿水泥攪拌機司機1普工2機械修理工1試驗工1技工2技術員18 主要機具設備表4 主要機械、設備、儀器配置表（以單線隧道為例）序號設備名稱規(guī)格型號（參考）數量用 途1氣焊槍1支加工小導管2電焊機2臺焊接閥門和連接管路、小導管和鋼架焊接3風動鑿巖機YT283臺鉆孔4注漿泵KBY-50/701臺注漿用5水泥漿攪拌機1臺配制水泥漿6全站儀1臺小導管定位7水準儀1臺小導管定14、位8波美比重計10支配制水玻璃漿液9 質量控制9.1易出現的質量問題鉆孔角度不準，小導管（超前錨桿）施做出現偏差，不能形成拱形棚架。鉆孔坍孔掉碴，小導管（超前錨桿）送不到位。孔口出現漏漿。注漿出現穿孔。注漿效果不好，小導管之間的巖體沒有固結好。9.2 保證措施嚴格按照測量工布設的孔位打孔，在鉆孔過程中，采用經緯儀、角度尺、測斜尺隨時檢查孔位和鉆孔角度，出現偏差及時修正。為了準確定位，也可以按照設計的小導管（超前錨桿）間距和角度的孔位加工定型模具，施工前先安裝好模具，通過模具預留空控制小導管（超前錨桿）的間距和方向、外插角。采用吹管法洗孔，對掉碴、坍孔嚴重的，采用風鉆二次清空。利用風鉆的沖擊力推15、動送小導管（超前錨桿）到底。對于坍孔嚴重不能成孔的，也可以采用自進式錨桿代替超前小導管。 孔口封堵不嚴，采用CS膠泥重新封堵。 當發(fā)生串孔時，應采用分漿器多孔注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿。 每個孔注漿應達到注漿結束標準。即當壓力達到設計注漿終壓并穩(wěn)定10-15min，注漿量達到設計注漿量80%以上時，可結束該孔注漿。10 安全措施10.1 主要安全風險分析水泥漿液和水玻璃對人皮膚都具有腐蝕作用，尤其危害的是防止?jié){液射出傷及眼睛。注漿泵工作時，注漿管路及卡口、連接口容易在高壓狀態(tài)下爆開，傷及操作人員。圍巖較差地段，圍巖支護及掌子面圍巖易在高壓注漿下變形、爆裂，傷及工作人員。10.2 保證措施 嚴格執(zhí)16、行安全交底制度和安全學習制度，提高施工人員安全意識。 注漿人員必須佩帶防護眼罩，防止水泥漿射出傷及眼睛，漿液接觸人員要帶膠皮手套，防止?jié){液腐蝕雙手。 注漿機操作嚴格按照操作規(guī)程操作，嚴禁違反操作規(guī)程。管路連接要牢固，注漿施工時，其他施工人員禁止靠近作業(yè)面。 施工期間，尤其在注漿時，應對支護的工作狀態(tài)及掌子面的狀態(tài)進行檢查。當發(fā)現支護變形或損壞時，應立即停止注漿，采取措施。11 環(huán)保措施11.1工序完后要作到工完料清。11.2 隧道注漿作業(yè)面在隧道地較低處挖一集水坑，匯集廢漿液和廢水，沉淀后，廢水流到洞外三級沉淀池。集水坑嚴禁設在隧道邊墻及墻腳部位，防止廢水浸泡邊墻或墻腳。11.3 沉淀的水泥-17、水玻璃不得隨意堆放，應運到指定地點深埋。11.2 加強掌子面的通風，稀釋電焊產生的有毒有害氣體。12 應用實例12.1 工程簡介圖山寺隧道位于蘭渝鐵路南充東至高興單線上，隧道全長3216m，為高瓦斯單線隧道，南充東至高興單線設計160km/h。隧道巖性主要為以泥巖為主，間夾薄層砂巖，局部地段含少量的石膏，顏色為紫紅、暗紫紅色夾灰綠色條帶、斑點。泥巖為泥質結構、泥-鈣質膠結，厚層-塊狀構造，節(jié)理不發(fā)育，表層巖體抗風化能力較差，易風化剝落，遇水易軟化。砂巖為灰-褐灰色，中-細粒結構，硅-鈣質膠結，薄層狀，節(jié)理較發(fā)育。隧道通過區(qū)地質構造簡單，巖層產狀穩(wěn)定，巖層近水平狀，巖層傾角2-7。隧道級加強段采18、用全環(huán)格柵鋼架及拱部42超前小導管加強支護，鋼架間距0.8m，超前小導管2.4m一環(huán)，環(huán)向間距0.4m。隧道級圍巖段設置拱墻格柵鋼架及拱部22超前錨桿加強支護，鋼架間距1.0m，超前錨桿2.0m一環(huán)，環(huán)向間距0.4m。、級圍巖局部破碎地段設置拱部三肢格柵鋼架及拱部22超前錨桿加強支護，鋼架間距1.2m，超前錨桿2.4m一環(huán)，環(huán)向間距0.4m。12.2 施工情況該隧道超前小導管和(拱部)超前錨桿于2009年10月30日開始施工，施工的主要工序有移動平臺、鉆孔、清孔、驗孔、安裝小導管和錨桿、注漿。施工完成后經注漿效果檢查，達到設計要求，順利地通過了洞口破碎圍巖和該隧道、級圍巖地段，施工過程中沒有發(fā)19、生坍方現象，確保了施工安全。12.3 工程結果評價 超前小導管和超前錨桿預注漿技術在巖石破碎、裂隙發(fā)育、地下水豐富的軟弱圍巖及砂層中應用，可固結圍巖，提高圍巖類別，預防坍方的發(fā)生、進行坍方的處理及控制地表的沉降，施工效果顯著。由于該工法具有不需要大型機具設備、工藝簡單、見效快、經濟和社會效益高等優(yōu)點，因此往往被施工人員優(yōu)先選用。 不良地質施工中，應側重于超前支護和初期支護相結合，特別是超前支護在不良地質地段施工尤為重要。 小導管超前預注漿加固地層，只能起到臨時支護的作用，只能滿足開挖時地層不發(fā)生坍塌、滲漏水，保證開挖時安全即可。12.4 建設效果及施工圖片（以單線隧道為例，收集更換清晰的照片）正在檢查小導管孔位（更換圖片）拱架背后的小導管小導管施工后的效果圖小導管施工后的效果圖小導管施工后的效果圖 審核人：郭耀耀躍