7辅助施工方法解析Word文档格式.docx
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这是采用人工方法降低地层温度，使地层冻结后固结成整体，进而开挖支护的施工方法。
该方法要求有专门设备，施工工艺复杂，造价高。
我国目前很少使用。
９、水平旋喷法超前支护
当遇到流沙、淤泥地层，工作面没有自稳能力，地面上又有房屋，不容许地面有较大沉降时采用。
１０、地面加固地层
这是一种地面预加固地层的措施，包括地面锚杆加固和地面高压旋喷加固地层等。
地面锚杆加固适用于浅埋洞口地段和某些偏压地层的加固，而高压旋喷加固则适用于洞内注浆效果不佳、粉细沙含量较高的地层。
１１、洞内、洞外降低地下水位法
多用于渗透性较好的富水地层地下工程施工。
这种方法是通过降低工作面地下水位，在干燥或少水状态下施工。
常用的降水方法为井点降水（包括地面深井降水及洞内轻型井点降水）。
１２、洞内施工水平降排水法
当地下工程处于富水地层，地面不容许采用降水措施或降水效果不佳时，应在施工期间采取适当的防排水措施，以保证施工顺利进行。
常用的防排水措施包括超前钻孔降水和仰拱底部埋管排水等。
以上各种辅助施工措施中，环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面和设置临时仰拱等工艺比较简单，应作为首选方案。
第二章 超前锚杆或超前小导管支护施工
在浅埋、软弱地层中施工时，当围岩自稳时间短，不能保证安全地完成初次支护时，为确保施工安全，加快施工进度，必须在开挖前对工作面前方的围岩进行超前支护，然后才能进行开挖作业。
超前支护有多种方法，如插刀盾构、麦塞尔板（顶板法）、超前预切槽、超前长管棚、超前锚杆或超前小导管、插板、排钎等，施工时应根据实际情况选择。
采用浅埋暗挖法施工时，当围岩自稳时间在12～24h之间时，通常采用超前锚杆或超前小导管支护。
若结构跨度较大（跨度＞6m）或锚杆成孔较差，可采用超前小导管支护。
采用超前小导管支护时，为提高支护效果，须配合钢拱架支护。
这是目前最常用的超前支护方法。
一、超前锚杆的布设
超前锚杆一般采用φ22mm螺纹钢全长黏结砂浆锚杆和迈式（自进式）注浆锚杆两种类型。
超前锚杆的布设有以下两种形式：
１、以钢拱架为支点的全长黏结砂浆超前锚杆
这种超前锚杆的尾部是以钢拱架为支点，如下图所示。
超前锚杆在钢拱架腹部穿过（图中结构锚杆未示出，网构钢架可直接从腹部穿过，“工”字形钢拱架须在腰部穿孔），锚杆长度一般为短台阶的高度加1m，总长度多为3.5～4.0m。
２、迈式注浆（或不注浆）自进超前锚杆
该类型锚杆是一种将钻进、注浆、锚固等功能合为一体的锚杆，在成孔不好的地层，如回填土、沙、沙砾石、黏土等松软地层中应用，效果最好。
因钻杆就是锚杆，不需先钻孔后放锚杆，所以操作简单，
能节省25％的工作量，是一种较理想的锚杆形式，应大力推广使用。
迈式注浆自进式锚杆主在由各种类型钻头、带有标准形螺纹的中空锚杆体、冷压成型的垫板和螺母组成。
当需要加度锚杆长度时，还备有连接套。
支护参数见下表:
迈式注浆自进式锚杆支护参数
锚杆类型
锚杆长度
锚杆纵向间距
锚杆环向间距
注浆材料
水灰比
注浆压力
R25N
4.0m
3m
0.3~0.4m
水泥
0.45
＞0.6MPa
二、超前小导管布设
在软弱、破碎地层中凿孔后易塌孔，且施用超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，应采取超前小导管支护。
超前小导管支护必须配合钢拱架使用。
超前小导管一般用φ30mm～φ50mm的焊接钢管或无缝钢管制作而成，详见下图。
为便于打入地层，前端常做成尖靴状，后端焊一圈φ8mm钢筋加固。
小导管间距一般为40cm，外插角为10～15。
外插角不宜过大，以减少超挖。
管子打入3.3m，外露20cm，其布设如图所示。
三、超前锚杆和超前小导管支护的参数选择
超前锚杆和超前小导管的支护作用与一般的结构锚杆的支护作用不同。
工程开挖后，超前支护的锚杆或小导管一端支在未开挖的围岩上，另一端支在钢拱架或喷射混凝土、结构锚杆上，可以起到两端支点的梁的作用。
锚杆还因为耗资不对围岩的固结作用，有时又可起到钢筋混凝土梁中受拉主筋的作用。
当围岩产生松弛变形时，超前支护可以及时提供支承抗力，有效地约束围岩的松弛变形，从而在一定时间内阻止开挖面顶部围岩的坍塌，为初期支护施工提供必须的时间。
其时间的长短和支护作用的好坏，取决于超前支护参数的选择是否合理施工质量的优劣。
超前支护参数包括杆径（管径）、纵向间距、环向间距、外插角等。
施工前必须根据围岩状况的量测监控结果和施工的水平来选择合理的参数。
下表是我国铁路隧道、地下铁道工程曾采用过的参数，可供参考。
超前支护参数表
围岩类别
锚杆直径（m）
小导管直径（m）
纵向间距（m）
环向间距（m）
外插角
锚杆
小导管
Ⅰ
20~22
40~50
3~5
25~35
10°
~20°
5°
~10°
Ⅱ
18~20
30~40
2.5~3.5
35~45
超前支护的施工范围：
一般情况下超前支护横向布置宽度Ｋ防为内拱Ｋ的一半加1.0m。
实际施工时应根据具体情况适当增减，其布设见下图。
四、超前锚杆和超前小导管支护的施工
超前锚杆和超前小导管的施工一般
采用钻孔打入法，其安设方法及步骤
如下：
１、用YT-28风钻或专用液压台车打孔，然后用吹管将孔内岩粉吹出成孔。
２、插入锚杆或小导管。
插入有困难时，可用带冲击锤的YT-28风钻顶入或直接用锤打入。
有钢拱架时，小导管及锚杆插入须从其腹部穿过。
３、用吹风管将内沙石吹出或用掏钩钩出。
４、导管周围和工作面裂隙用塑胶泥封堵，或在导管周围和工作面喷8～10cm厚混凝土封闭。
５、超前锚杆灌浆可使用牛角泵、注浆泵或早强药包。
五、超前锚杆和超前小导管施工的注意事项
１、保证整体稳定
超前支护的作用是防止开挖面顶部坍塌。
在相邻已施工的初期支护抑制了围岩的有害变形时，超前支护才能承受纵向“次生拱”的压力。
因此，要求初期支护能可靠地承受超前支护端部传来的荷载，并能保证整体稳定。
特别要注意距掌子面1～1.5倍洞径范围内初期支护变形和收敛情况，如有问题，应及时采取加固措施，否则会造成此范围内的整体坍塌。
２、采用控制爆破技术
如果放炮后超前支护的顶部被掏空，将会大大削弱其超前支护的效果。
因此，在爆破时应注意控制成形质量，防止超挖，使超前支护能起到应有的作用。
３、选择合理的开挖方法
掌子面前方的正面往往会导致超前支护失效。
在选择开挖方法时应尽量降低开挖高度，如采用环状开挖或上半断面开挖并留核心土等方法，以保证掌子面的稳定。
４、喷混凝土抵紧掌子面
当使用钢拱架支护时，由于掌子面不整齐，在掌子面的顶部和钢拱架之间总有一定的空隙，应先喷一层混凝土，至少应喷平钢拱架外缘，这样可以加强超前支护的作用。
第三章 长管棚超前支护地层施工
长管棚超前支护作为地下工程的辅助施工方法，是为了在恶劣和特殊条件下安全开挖，预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地面沉降有明显的效果。
它是防止地中和地面结构开裂、倒塌的有效方法之一。
由于施工精度要求高、要求专用设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚难度大等原因，只在特殊地段、通过距离不长的不良地层或不稳定地层处开挖洞门时采用。
长管棚的设置主要有钻孔引入法和导管直接打入法等，一般采用钻孔引入法。
根据地层成孔的难易程度，可选择不同的成孔机械。
当地层容许先钻孔后排管时，可采用普通的地质钻机、液压钻孔台车、锚杆钻机等钻进设备；
当成孔困难时，必须采用跟管钻机，边钻孔，边打入导管，这种钻机效率高，但价格较贵。
直接将管棚打入地层的方法多用于处理塌方和山岭隧道通过松散软弱地层，且要求精度不高的地段。
当存在空洞或孤石，导向难以控制时，多配合采取注浆的方法进行地层加固。
一、长管棚超前支护加固地层的适用范围
长管棚超前支护加固地层适用于软弱、沙砾地层或软岩、岩堆、破碎带地层。
根据国内外的经验，一般在下列场合可采用长管棚超前支护：
１、在铁路正下方修建地下工程。
２、在地中和地面结构物下方修建地下工程。
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、其他特殊地段，如大跨度地铁车站，重要文物保护区，突破河底、海底的地下工程施工。
二、长管棚的布设
长管棚一般是沿地下工程断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群。
沿周边布设的长度及形状主要取决于地形、地层、地中或地面及周围建（构）筑的状况，通常采用以下几种形状，图中①、②、③、⑥采用较多。
①扇形布设
用于隧道断面内地层比较稳定，但拱部附近的地层不稳定的场合。
②半圆形布设
用于隧道下半部地层稳定，但拱线以上的地层不稳定的场合。
此外，即使地层比较稳定，但地面周围有结构物且埋深很小时也多采用此种布设。
③门形布设
隧道除了底部外，布置成半圆—侧壁的门形。
隧道基础稳定，但断面内地层和上部地层不稳定时采用。
④全周布设
用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等级较低的场合，但不提倡采用。
用垂直底部和边墙锚杆注浆取代，效果更好。
⑤上部一侧布设
隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护，或斜坡地形可能形成偏压时采用。
⑥上部双层布设
用于隧道上部有重要设施，拱部地层是崩塌性的、不稳定的，或地铁车站等大断面隧道施工，或突破河海底段施工时采用。
⑦“一”字形布设
在铁路、公路正下方施工，或在某些结构物下方施工时采用。
三、长管棚施工长度的确定
沿隧道纵轴方向，管棚应该施工到何处为止，即长管棚的长度的确定，应视隧道所处地形、地质情况，以及地面、地中建（构）筑物状况而定。
特别是在预计地质条件比较复杂的情况下，为了慎重起见，应该沿隧道轴向进行试验钻孔，取得更详细的数据，以决定管棚的施工区长度，从确保管棚施工质量考虑。
管棚长度一般为10～35m不等。
四、长管棚超前支护参数的选择
1、钢管的选择
采用长管棚超前支护施工时，管棚一般选用φ50mm~φ80mm的焊接钢管，入土端制作成尖靴状或楔形，顶进端焊一圈φ8mm圆钢筋加固，钢管长度8~30m不等。
对于特殊地段，可采用长大管棚，大直径管棚多为φ500mm~φ1000mm，这种类型的管棚施工属于另一工法，根据我国的国情，使用的机会不多，这里不再介绍。
2、钢管环向布设间距的选择
钢管环向布设间距对防止上方土体坍落及松弛有很大影响，施工中须根据结构埋深、地层情况、周围结构物状况等选择合理的间距。
一般采用的间距为2.0~2.5倍钢管直径。
在铁路、公路正下方施工时，要采用刚度大的大中直径钢管连续布设。
五、长管棚超前支护施工
长工管棚超前支护的施工工艺流程：
设置管棚基地——水平钻孔——压入钢管（必须严格向钢管内或管周围土体注浆）——管棚支护条件下进行开挖。
管棚钻孔工序见下图。
如果隧道内的岩土层结构松软，或有破碎带，或自承能力很低，可再提高管棚的支承力及侧墙的承载力，包括在管棚间的缝隙打上顶板铆钉或扇状铆钉、底板钻进灌浆孔、隧道侧墙下钻进微型桩。
⑴使用顶驱液动锤对套管与钻杆同时冲击、回转钻入道顶板前端约定俗成20~30m孔深，角度成外偏角。
⑵穿孔完结后，先把套管内孔注水清洗，再把钻杆取出，套管仍保留在孔内供护孔用。
⑶把周边有孔眼的钢管插入套管内，钢管可用丝扣或电焊连接。
钢管始终要密封。
⑷钢管插进后，取出套管，钻进其他孔眼。
钢管口端与孔口周壁用水泥密封。
⑸接上水泥浆液管，用高压把水泥浆压注入钢管内，水泥浆会通过钢管的孔眼压注入孔壁的裂隙内，固结附近岩土层。
附加说明：
如果孔壁很稳定，取出套管后不会产生塌孔，则可把钻杆与套管一同抽出，并立即插放注浆管。
１、设置管棚基地
根据长管棚所处的位置，管棚基地设置如下：
⑴长管棚超前支护段处于工程的洞口端时，可以在洞口外设置管棚基地，如下图所示。
⑵长管棚超前支护段处于隧道中部时，可开挖竖井，设置竖井管棚基地；
或者，在隧道内通过扩大断面来设置隧道内管棚基地。
当没有跟管钻机时，不提倡在洞内施作管棚，因为这样做需要扩大洞室（高1m、长6m），对稳定地层不利，且工期长，造价高。
2、钻水平孔
１）钻孔前的准备
钻孔一般使用装有硬质合金钻头的钢管，按常规水平钻孔方法钻进，钻到设计长度后，接好的钢管要一边移动，一边插入。
为了确保钻孔质量，提高钻进速度，钻孔前须做好以下准备工作：
①设置隔墙
在管棚起始端，为了确保钢管的位置，并防止浆液溢出，要利用喷射混凝土设置具有抵抗注浆压力的隔墙，厚度一般为15～40cm。
②设置标准拱架
为了控制钻杆及钢管的挠曲和移动，保证钻孔精度，应设置标准拱架，并用小模板模筑混凝土成型，预留钻孔套管，以便正确地支撑钢管。
为了防止打入钢管时产生震动，拱架应固定。
拱架通常采用150mm×
150mm×
７mm×
10mmＨ型钢加工制作，在距离隔墙20～30cm处设置一榀，以后每隔2.5m架设一榀，共2～3榀。
设置好标准拱架后，可采用枕木（150mm×
4m或150mm×
2m）制作管棚脚手架，用以安设钻机。
③安置水平钻机
水平钻机和注浆机械应牢固地固定在脚手架上。
④配置其它附属设备
为了确保安全快速施工，还应配置注浆设备、电气设备、给风设备、给水集尘设备等。
２）水平钻孔
钻孔开始前，把钢管放在标准拱架上，测定钻孔地点和钻机的中心，使两点一致。
为了防止钻孔中心震动，钢管应用Ｕ形螺栓与拱架稍加固定，以防止弯曲。
水平钻孔应选择
①一般钻孔法
钢管前端装钻头，用接头与钢管连接，从钻孔中把压缩空气和水送到岩心套筒内，并转动岩心套筒，则硬质合金钻头切削围岩，土、沙和水从管的外周排出。
这种方法可在用较小半径的钢管打入时采用。
但在软弱土层中，由于送水会使管周围岩变差（钢管插入后要用压浆补强），因此，可用水泥浆代替水、泥水、膨润土等，这样既可防止围岩破坏及软化，还可防止钻孔扩大、弯曲，是比较有效的方法。
②无水钻孔法
为了提高施工精度，防止送水扰动周围地层，可采用螺旋钻孔法。
该法是把螺旋钻头插入钢管内，用油压千斤顶顶入。
顶入困难时，可用螺旋头先行钻孔再插入钢管，土、沙则由螺旋钻头通过管内排出。
这种方法适用于φ200mm以上的大直径钢管，具有弯曲小、对地层扰动小等优点，对软弱土层及均匀土层尤为适用，而对沙砾层及硬度大的地层则比较困难。
③跟管钻进法
为了解决破碎地层在钻进时孔壁不稳定问题，可采用跟管钻进 法，即钻杆前进时，把套管拖拉进去。
钻头可采用张开、缩回方式，当钻头直径错位张开时，钻孔直径增大，以保证套管跟进，实现跟管钻进，保护孔壁；
当钻头反钻，钻头缩回时，可使组合锚具从套管中退出。
该钻机要求大扭矩（回转扭矩4000～16000Ｎ.m）、大功率（每次冲击功400～800Ｎ.m），能轻易钻进孔深50m的卵砾石层，钻孔φ89mm～φ250mm。
主臂盘可360°
回转；
主臂架可提供大功率传递动力，供给力最大40kN，提拔力最大78kN。
履带式自行，高压水泵应提供大功率传递压力Ｐ＝600N、200Ｌ/min注浆量，以满足钻孔排渣及洗孔用。
该钻机应配有液动锤。
④特殊地层钻孔处理方法
在沙砾层、孤石、破碎带中钻孔，在管前端应装上特殊的铠装硬质合金钻头，边回转边钻进。
同时，在管内前端装上“十”字形钻头，接上钻杆，钻杆内用压缩空气代替水，旋转钢管和钻杆，并调整打击进行钻孔。
管内的渣粉可通过钢管内径与钻杆之间的空隙，从出渣孔与空气一起排出。
当钻孔遇到的地层发生变化，要调整钻孔方法和工具，此时可采用小钻头钻进，后用大钻头扩孔的办法，比如打φ114.3mm钢管时，可用φ84mm岩心套管安装上硬质合金钻头先行钻孔，然后把套管退出数米，再插入带有φ16mm钻头的φ114.3mm钢管无水钻进。
有孤石时，可按最小限度送水钻孔，管内土、沙用硬质合金钻头粉碎后排出。
３）防止钻孔弯曲的措施
为了防止钻孔弯曲，应每隔5m（视情况可调整，一般为2～6m）对正在钻进的钻孔扩插入的钢管的弯曲及其趋势进行孔弯曲测定检查。
弯曲趋势加大时，应加以修正，在某些地层中，当长度超过30m后修正就很困难，应及早发现，及时采取措施。
防止钻孔弯曲的措施包括：
①钻孔前使钻孔准确定位
②准确测定标准拱架和钻孔位置
③钻进过程中防止拱架上钢管震动
④注意钻进过程中对扭矩、油压、回转等参数的控制
孔弯曲通常采用经纬仪测定法量测，具体测定方法或参考有关文献。
３、打入钢管及注浆
钢管的打入随钻孔同步进行，并按设计要求接长。
接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，确保连接可靠。
钢管打入后，应及时隔孔向钢管内及周围压注水泥浆或水泥砂浆，使钢管与周围岩体密实，并增加钢管的刚度。
注浆次序：
先采用后退式注浆向管周与地层的空隙内压注水泥液（水：
水泥＝1：
1），当沿全管周边灌注完毕，再用1：
1水泥砂浆向管内充填。
４、钢管支撑条件下的开挖
注浆加固围岩后即可开挖，随着开挖面向前掘进，需要用钢支撑来支撑钢管，以防止钢管下落，钢管与支撑间有空隙时应该用楔块楔紧。
这里要明确指出，钢管棚辅助工法是以防塌为主要目的，对控制地面沉降并是利，因为它提早扰动了地层，且管周的注浆效果也很难控制。
同时，由于钻孔精度的原因，往往造成大量超挖，所以，选用时应慎重。
下表列出了几种辅助工法的技术参数比较，从中可看出长管棚的造价是最高的。
不同超前支护措施的技术参数比较
支护
参数
项目
普通砂浆锚杆
小管棚
长管棚
自进式锚杆
直径（mm）
φ22
φ42
φ110
φ25
屈服点拉力（kN）
110
87
409
170
抗拉力（kN）
144
673
200
重量（N/m）
20.980
27.6
114.9
25.0
环向间距（cm）
20
30
60
支护长度（m）
5
施工机具
常规钻具、
注浆泵
特殊钻具、
迈浆泵
施工工艺
钻孔、清孔、灌浆、插锚杆。
围岩破碎时成孔困难
钻孔、清孔、插管、注浆。
钻孔、下导管、退钻杆、注浆。
钻孔、注浆、锚固一次性完成。
适合于成孔条件差的地层
注浆效果
浆液仅能填充锚孔，几乎无注浆压力，条件差时甚至仅能填充锚孔的30＃～40＃
低压压浆，浆液能填充较大的裂隙，对围岩加以改良
浆液仅能填充钢管及管壁周围的空隙
可高压注浆，浆液在围岩中有较大的扩散半径，受改良的围岩范围较大
锚固效果
表面轧制螺纹，与水泥浆黏结较好，但常由于注浆饱满而导致黏结力下降
表面无螺纹，与水泥浆黏结较差
全长有较深波形螺纹，与水泥浆有良好的黏结力
第四章 注浆加固地层施工
浅埋暗挖法施工中，当围岩的自稳能力在12h以内，甚至没有自稳能力时，为了稳定工作面，确保安全施工，需要进行注浆加固地层（同时也起到堵水作用）。
注浆方法包括小导管超前周边注浆加固和深孔注浆加固，以及由此派生出的许多与其他特殊施工相配合的注浆方法。
本节介绍小导管超前周边注浆加固、深孔围岩加固周边劈裂预注浆或堵水固结预注浆。
小导管超前周边注浆加固方法适用于中沙及沙卵（砾），且卵（砾）石直径不大于60mm的地层中，并且常和台阶法施工相配合。
在未胶结的沙卵石、粉细沙等第四纪地层中修建的北京地铁区间隧道常用此法。
深孔注浆加固方法适用于无黏结性沙及沙卵石、亚黏土地层，这种方法对地面沉降要求严格，是一种适用于采用台阶法的大跨度结构物施工方法。
当遇到围岩特别破碎或有地下水时，也可辅之以周边小导管在初次支护背后注浆，以控制地面沉降。
一、注浆材料的选择
选择料源广、价格低的常规注浆材料与选择化学材料相结合，以达到及早加固围岩、提高堵水效果和降低工程造价的目的。
目前常用的单液水泥浆、水泥和水玻璃浆均属颗粒型注浆材料，不能注入孔隙较小的地层中去。
因水泥颗粒直径一般在40～100μm范围，比表面积为3.170cm2/g左右，所以难于注入渗透系数小于5的中沙及裂隙小于0.6mm的围岩中。
１、超细水泥（简称MC）
⑴该水泥平均粒径为4μm，最大粒径为10μm，比表面积为8000cm2/g，可灌入渗透系数为1×
10-3～1×
10-4cm/s的细沙中。
可灌性与化学浆液相近，结石强度大于化学浆液，对地下水及环境无污染，称为绿色注浆材料。
⑵超细水泥浆的主要性能。
表１中列出了不同水灰比的水泥浆黏度，可以看出，它比水灰比相同的普通水泥黏度低很多。
表２列出了各国超细水泥主要技术指标。
不同水灰比的水泥浆黏度
水灰比黏度
0.6：
1
1：
1.5：
2：
2.5：
3：
超细水泥
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