隧道施工支护备课讲稿

《隧道施工支护备课讲稿》由会员分享，可在线阅读，更多相关《隧道施工支护备课讲稿（93页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、隧道施工支护汇报人 司敏建中铁十二局集团第一工程有限公司二 一七年四月 支护结构概述 支护结构的基本作用在于 与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系 能承受可能出现的各种荷载 保持隧道断面的稳定 防止围岩质量的进一步恶化 在衬砌结构未施做前有一个安全的工作环境 任何一种类型的支护结构都应具有与上述作用相适应的构造力学特性及施工的可能性 一 超前支护概述 超前支护技术是指在隧道开挖之前 通过向掌子面前方地层里注浆 冷冻 打入钢管 钢板 锚杆等技术措施在隧道横断面上形成一个拱形连续体 使其加固开挖面前方地层 同时利用其支撑力保持前方土体的稳定 减少地表沉降量的技术总称 研究表明 围岩注浆加固

2、可提高其强度和变形模量 从根本上改善围岩的变形规律 资料表明 砂岩在注浆后的强度可增加50 70 粉砂岩和泥质岩增加2 4倍 而围岩强度的增大可使支护荷载减少2 3 4 5 超前支护分类 根据采取的加固措施对周围地层特性和应力分布的影响 可将超前支护分为地层改良法和预支护法 地层改良法就是提高开挖面周围地层土的特性的方法 包括注浆 土壤加固 排水和地层冻结等 预支护法就是在隧道开挖前 先超前对围岩进行加固 以增加围岩的自稳能力 并使开挖面周围应力干扰达到最小的方法 超前支护方法 超前支护主要包括 管棚法 水平旋喷注浆法 超前小导管法 超前锚杆法 冻结法 机械预切糟法 预衬砌法等等 其中管棚法

3、水平旋喷注浆法 超前小导管法等支护方法在预支护的同时也改良了地层 目前施工现场常用的超前支护方法主要是管棚法 超前小导管 超前锚杆 管棚注浆支护 就是把一组钢管沿开挖轮廓外己钻好的孔中打入地层内 并与钢拱架组合形成强大的棚架预支护加固体系 支承来自于管棚上部的荷载 通过钢管的梅花形布置的注浆孔加压向地层中注浆 以加固软弱破碎的地层 提高地层的自稳能力 总体的结构就是纵向成梁 横向成拱 管棚注浆支护 管棚注浆是一种长距离超前支护方法 超前距离长 刚度较大 适用于掌子面不能自稳 含水的地层 控制地表沉降 防渗止水的效果较好 施工工艺要求较高 如将管棚注浆与小导管补充注浆法结合 除具有大管棚的特点外

4、 能够防止管棚下方三角土体的塌落 这种长短结合的预支护效果更为理想 管棚支护示意图 管棚支护适用范围 管棚支护可适用于 软弱砂土质地层 砂卵砾石地层 膨胀性软流塑 硬可塑状粉质粘土地层 裂隙发育岩体 突泥突水段 断层破碎带 塌方段 破碎土岩堆地段 浅埋大偏压等地质和地下水丰富条件的地下构筑物施工的支护 隧道进出口段开挖的支护 也多应用于地铁等穿越城区的地下工程的开挖预支护 可作为穿越既有建筑物 公路 铁路及地下结构物下方修建隧道的辅助方法 作为隧道洞口段及修建大断面隧道施工的辅助工法及作为其他施工的辅助工法 也常用于浅埋但不宜明挖地段或浅埋隧道情况下 地表有建筑物 或隧道接近地中结构物时等对施

5、工沉降有特殊要求的工程等 管棚支护的设计参数 管棚支护的设计参数主要包括 钢管直径 长度 间距 仰角 水平搭接长度 钢架间距 注浆参数等 当需要增大钢管的强度和刚度时 可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充 铁路隧道施工规范 规定 管棚用钢管直径宜为 70 127mm 钢管中心间距宜为管径的2 3倍 管棚长度应根据地层情况选用 不宜小于10m 纵向两组管棚的搭接长度应大于3m 管棚支护参数可按工程类比法确定 并在施工中根据实际情况调整 管棚管径的选择 大部分工程的钢管直径在中 50 180mm之间 将管棚支护按管径分类为小管棚和大管棚 小管棚管径一般在 30 50mm 大管棚管径介于 89 15

6、9mm 工程中多用 108mm的钢管 环向间距以不大于3 5倍管径为宜 管棚钢管的选择根据计算结果和技术经济因素分析 对于支护条件要求较高的松软地层 应选取 127mm钢管 土体凝聚力较高的粘性土 可选取 89mm钢管 一般土层在多数情况下选取 108mm钢管 管棚钢管环向间距的确定 管棚钢管直径范围一般为 70 180mm 我们可将管棚支护按管径分类为小管棚 中管棚 大管棚 小管棚管径一般在 32 50mm范围内 多采用管径为 42mm的钢管 管长以3 5 5m为宜 环向间距一般取0 3 0 4m 水平搭接长度1 1 5m 中管棚管径一般在 50 89mm范围内 管长一般不超过20m 环向间

7、距一般取0 3 0 4m 水平搭接长度1 2m 大管棚一般可选用 89 159mm的钢管 常用管径 108mm 管长以不超过40m为宜 钢管一般分节长4m或6m 以丝扣连接 丝扣长不小于150mm 环向间距一般不大于3 5倍管径为宜 管棚合理外插角的确定 角度过小 将可能导致管棚远端下垂至隧道开挖轮廓内影响后期施工 相反 角度过大 管棚离开挖轮廓距离过大 管棚下方的三角土体坍塌给洞身开挖支护带来很大困难 还应根据管棚钻机工作室空间大小 以及钻杆长度等情况综合考虑确定 小管棚外插角常取5 15 中管棚常取2 8 长管棚多取1 3 钢拱架支撑一般用工字钢 或工字钢与格栅钢架间隔使用 间距一般不大于

8、1米 特殊情况下需加密 管棚施工工艺流程 管棚成孔方式 常用的施工方法有夯管法 顶管法 钻孔等 但钻孔法是目前最常用的成孔方法 常规回转钻进常规风动潜孔锤钻进 风动潜孔锤跟管钻进 双动力头跟管钻进 长螺旋跟管钻进 1 利用工字钢套拱拱架安装套拱中导向管 2 套拱底模安装 3 套拱钢筋绑扎 4 套拱模板加固及泵管安装 5 拆模后施钻管棚孔 钻孔 6 送管 7 注浆封孔 8 超前管棚施做完毕 此管棚施工流程适用于洞口段 如用于洞内管棚施工 需要在围岩稳定或已施工支护地段 提前扩挖 给管棚施工以足够的空间 形成一个操作空间 超前小导管注浆支护 原理与管棚相似 只是管径小 超前支护距离短 循环次数多

9、支护刚度小 如软弱层比较厚 支护效果不如管棚 但操作性比较强 超前小导管支护示意图 超前小导管支护现场图 超前管棚支护效果图 注浆后效果图 二 临时支护 临时支护是利用喷射混凝土或型钢拱架等形成临时性支护 主要用于分部开挖施工中 如 台阶法开挖的临时仰拱 单侧壁导坑法 双侧壁导坑法 中隔壁法 CD法 交叉中隔壁法 CRD法中临时支护结构 开挖完成后要予以拆除 三 初期支护 隧道开挖后 为控制围岩应力适量释放和变形 增加结构安全度和方便施工 隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层 称为初期支护 隧道工程中初期支护一般采用锚喷网结构形式 锚喷支护工程特点 1 及时性 喷射早强砼

10、 能迅速给围岩提供支护抗力 2 密贴性 喷射砼与围岩能全面密贴粘结 3 深入性 锚杆可深入围岩一定深度加固围岩 形成承载圈 4 柔性 容易调节围岩变形 可控制围岩塑性变形适度发展 发挥自承能力 5 封闭性 可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等 一般规定 1 隧道初期支护必须紧跟隧道开挖作业面及时施作 同时应按设计要求进行监控量测的相关作业 对位于不良地质地段的隧道 初期支护应及时封闭成环 保证施工安全 2 隧道初期支护应采用喷锚支护 根据围岩特点 断面大小和使用条件等选择喷射混凝土 锚杆 钢筋网和钢架等单一或组合的支护形式 3 隧道支护施工前 应确定支护紧跟开挖的时间 距离及工序搭接要求 确定喷射

11、混凝土前基面标准和设置喷混凝土厚度控制标志 4 岩爆地段隧道施工加强支护工作 支护的方法是在爆破后尽可能早地向拱部或侧壁进行喷射混凝土 再加设锚杆及钢丝网 衬砌工作要紧跟开挖工序进行 以尽可能减少岩层暴露时间 减少岩爆发生和确保人身安全 5 膨胀岩隧道的初期支护宜采用喷射混凝土 锚杆 钢筋网 钢架等 以提高初期支护的整体刚度 应优先考虑采用喷射钢纤维混凝土 隧道工程优先采用锚喷的柔性支护结构目的 容许围岩发生有限变形发挥围岩的自承能力 工序流程 1 初期支护施工的一般工序流程为 开挖后初喷砼 系统支护施工 锚杆 钢筋网 钢架 复喷砼至设计厚度 2 爆破后应首先清除浮石 然后立即进行初喷混凝土封

12、闭围岩 以期充分发挥围岩的自稳能力 出碴结束后 再根据围岩级别施作锚杆 挂网 拱架及复喷混凝土 3 在富水断层破碎段 支护施作前应及时排水 以预防塌方的发生 在少量集中渗水 淋水地段 在将要通过的透水层部位 可采用排水孔法或排水管法 布置一定数量的排水孔或埋设排水管 将渗 淋水集中到排水孔内导出 也可采用金属网法 通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层 将其固定在围岩上 通过软管排水 随即喷射混凝土 如涌水较大 支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护 待涌水减小或无水时 再进行支护或进行固结封堵 迫使水流改变流向 锚杆 1 锚杆的支护效应锚杆 索 是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件 1

13、 支承围岩 2 加固围岩 3 提高土层间摩阻力 形成 组合梁 4 悬吊 作用 2 锚杆种类 1 普通水泥砂浆锚杆施工顺序 施工准备初喷砼面上标注孔位钻孔清孔往孔中注入砂浆插入杆体固定杆体 待强安装垫板 2 中空注浆锚杆 组成 由中空锚杆杆体和垫板 螺母 排气管等附件组成 主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙 施工顺序 施工准备布孔钻孔 清孔组装中空锚杆体 排气管 止浆塞安装锚杆连接注浆管 注浆锚杆杆体孔口回浆浆体待强 安装垫板螺栓 注 普通中空锚杆在用于边墙或俯角下倾的锚孔时 注浆可采用由锚杆内中空通孔进浆 锚杆口排气方式 用在锚孔向上倾斜的仰角时 锚杆注浆必须自锚杆体外钻孔中注浆 锚杆

14、的中空通孔作为排气的注浆方式 3 锚杆的布置 分为局部布置和系统布置 局部布置它主要用在裂隙围岩 重点加固不稳定块体 隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域 布置原则 拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉 拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向 系统布置在破碎和软弱围岩中 一般采用系统布置的锚杆 对围岩起到整个加固作用 对于局部很破碎 软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位 应加设长锚杆 布置的原则 1 在隧道横断面上 锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置 对水平成层岩层 应尽可能与层面垂直布置 或使其与层面呈斜交布置 2 在岩面上锚杆宜成菱形排列 纵 横间距为0 6 1 5m 其密度约为0 6 3

15、6根 m2 3 锚杆间距不宜大于锚杆长度的1 2 在 级围岩中 锚杆间距宜为0 5 1 2m 但当锚杆长度超过2 5m时 若仍按间距不大于1 2锚杆长度的规定 则锚杆间的岩块可能因咬合和连锁不良而导致掉块坠落 为此 其间距不宜大于1 25m 喷射混凝土 喷射混凝土是使用混凝土喷射机 按一定的混合程序 将掺有速凝剂的细石混凝土 喷射到岩壁表面上 并迅速固结成一层支护结构 从而对围岩起到支护作用 砼工喷射艺流程施工准备受喷面处理埋设喷层厚度标钉机具到位接通风水电 试机初喷混凝土作业复喷混凝土作业质量检查 1 喷混凝土的作用 1 支撑围岩 2 卸载 作用 3 填平补强围岩 4 覆盖围岩表面 5 阻止

16、围岩松动 6 分配外力 2 喷混凝土的特点 1 喷射混凝土具有强度增长快 粘结力强 密度大 抗渗性好的特点 它能较好地填充岩块间的裂隙的凹穴 增加围岩的整体性 防止自由面的风化和松动 并与围岩共同工作 2 与普通模筑混凝土相比 喷射混凝土施工将输送 浇注 捣固几道工序合而为一 更不需模板 因而施工快速 简捷 3 喷射混凝土能及早发挥承载作用 它能在10min左右终凝 一般2h后即具有强度 8h后可达2MPa 16h后达5MPa 一天后可达7 8MPa 四天达到28d强度的70 左右 4 试验表明 喷射混凝土与模筑混凝土相比 密实性和性能稳定性要差 3 喷射工艺种类 喷射混凝土的工艺流程有干喷 湿喷和混合喷四种 主要区别是各工艺的投料程序不同 尤其是加水和速凝剂的时机不同 拌和物 喷混凝土机械 压缩空气 空气 运送用空气量计 速凝剂 速凝剂 水 空气 空气流运送 0 6m 1 8m 受喷面 小型湿喷机喷射混凝土施工示意图 机械手喷射混凝土施工示意图 干喷的缺点是产生的粉尘量大 回弹量大 加水是由喷嘴处的阀门控制的 水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有关 但使用的机械较简单 机械