一定要收藏!一次性搞懂隧道管棚超前支护

地下工程超前支护方法

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F b / N X ; D =持前方土体的稳定,减少地表沉降量的技术总称。

研究\ H : F f U - }表明,围岩注浆加固可提高其强度z v U 2 I C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%w $ s-70%,粉砂岩和泥质岩增加2-4倍,而岩石强度的增大可使支护荷载减少2/3 -4/5。实践表明超前支护体系能够有效地限制地面沉降,并全面地保持自然地层在稳定状态下开挖隧道。研究表明地面的整个沉降量的30%-40%和地下地层Z = / V ! ) i h Z的整个沉降量的40%/ S O 7-50%是在一般的支护开始发生作用之前发生的,超前支护对地面沉降有30-35%的抑制效果,对隧道8 Z s顶上地层(拱; F : 3 D顶)沉降有40%的抑制效果,所; J 2 ; 3 C ) -以,加固掌子面[ \ 8 % , b前方b K L 8 1 % I V的地层对抑制地面沉降有非常重要的作用。超前支护技术作为加固地层、稳定拱顶及掌子面^ n E } C . $、减少地表沉降的辅助施工工法,己经在地下工程施工中得到了广泛地应% = m用。 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t ) e性的方法,这种方法包括注浆、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3 ) 7 ? [ k G支护方法主要包括:管棚法,机械预切糟法,预衬砌法,水平旋喷注浆法,超前小导管法,超前锚杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也^ 8 7改良和加固了地层。

管棚注浆支护E ^ ` H k D G b

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h a v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。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H p .要求较高。如将管棚注浆与小导管补V , ^ o 9 ( ; H充注浆法结合,除具有t ] l ^ ( ] ~大管棚的特点外,能够防止管棚下方三角土u F \ V x体的塌落,这种长短结合的预支护效果更为理想。

管棚支护的主要作用和优点

(1)梁拱效应:先行施设的管棚,以掌子面和后方支撑为支点,形成一个梁式结构,二者构成环绕隧洞轮廓的壳状结构,可有效抑G ? o * `制围岩松动和垮塌。(2)加固效应:注浆浆液经管壁孔压入围岩裂隙中,使松散岩体胶结、固结,从而改善了软弱围岩的物理力学性质,增强了围岩的自承能力,达到加固钢管周边软弱围岩的目的。(3)环槽效应:掌子面爆破产生的爆炸冲击波传播和爆生气体扩展遇管棚密集环形孔槽后被反射、吸^ U k / a 9收或绕射,大大降低了反向拉伸波所造成的围岩破坏程度及扰动范围。(4)确保施工安全:管棚支护刚度较大,施工时如发生塌方,塌碴也\ _ ! J 5 a是落在管棚上部岩碴上,起到缓冲作用,即使管棚失稳,其破坏也较缓慢。

隧道超前支护法一览k y r S t Y s 4

根据采取的1 = g加固措施对周围\ g u @ ` ? V地层特性_ l A e f c i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,这种方法包括注浆、土壤加l Q g g z ,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。超前支护方法主要包括:管棚法,机械预切糟法,预衬砌法,水平旋喷注浆法,超前小导管法,超前锚5 Y S ) Y E \杆法、冻结法等等。其中管棚法、水平旋喷注浆法、小导管法等支护方法同时也改良和加固了地层。 

管棚注浆支护

就是把一组钢4 # L管沿开挖轮廓外己钻A 6 U 9 l w Xj 8 7 W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N z 8 F k t h V Q自稳能力。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# y - L M 5 \ j P,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,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。

- , 1 ^ $ 8 K B ,= 4 S Z = W *支护适用范围

根据国内P b f 8 -外的施工实践,综合我国目前地下工程管棚支护应用的实际- f t I _ 2 k案例,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t i Z X 4 m q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+ w ~ ; f P K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G e Q y O *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s L J L e f G道接近地* Y ~ ^中结构物时等对施工沉降有特殊要求的工程等。

管棚支护的设计

管棚支护的设计参数主要包括:钢管直径、长度、间距、仰角、水n N &平搭接长D z C度、钢架间距、注浆A 0 -参数等,当需要增大钢管的强度和刚u r x @ ^度时,可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充。我国《铁路隧道施工规范》规定:管棚用钢管直径宜为φ70-&p7 ` ?hi;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} 2 * x用,不_ H 5 S 0 $ { o宜小于| \ $ ~ a q r _10m;纵向两组管棚的= R $ - n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。   

管径的/ L J , [ T [ R l选择

大部分工程的钢管直径在中φ0 = s50-φ180mm之间,有* N o ) o B 8 n t学者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φ30-φ50mm,大管棚管径介于&d r ! Z I ! Y ^phi;89-φ159mm,工程中多用φ108mm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6 = W 9 i A R H 7φ127mm钢管,土体凝聚力较高的粘性土,可选取f z q @ ;&phir } s;89mm钢管,一般土层在多数情况下选取&phiU % ^ x y % 1 5 d;108mm钢管。

管棚钢管环向间距的确定

常规的沿隧道开挖轮廓线等间距设置管棚的方法是不科学的,应针对不同情况合理设计。钢拱架布置间距根据塌方体的松散与开挖难易程度及施工效果,可在40-80cm范围内调整选择,特a 4 S :殊情况下需加4 { f ) y o Y N密。根据对工程实例的地质W @ 8条件、工程断面尺寸、埋深等影响因素的总结和对比分析,得出以下经验结论,可用于地下工程支护的施工依据:管棚钢管直径范围一般为φ70-180mm,我们可将管棚支护按管径分类为小管棚、中管: N A S棚、大管棚。小管棚管径一般在φ32~50mm范围内,多采用管径为φ42mm的钢管,管长以3.5-5/ ] h 9 & ^m6 c : # m为宜w q l,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φ50-φ8# ( 8 H9mm9 T /范围内,管长一般不超过20m,环向间距一般取0.3-0.4m,水平搭接长度1-2m。U D P ? 8 -大管棚一般可选用φ89-φ159mm的钢管,常用管径φ108mm,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。

外插角的合理确定

g 2 t l度过小,/ - Y : g N @ @ ,将可能导致管棚远端下垂至~ g , + _ 2 # g隧道开挖幅员内影响后期施工;相反,角度过大,管棚离& ^ v : =开挖幅员距离过大,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5º-15º,中管棚常取2º-8º,长管棚多取1º-3º。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1米,特殊情况G n x i下需加密。

 

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