喷锚支护技术和超前加固技术要点详解

一、喷锚暗挖与初期支护

（一）喷锚暗挖与支护加固

1．浅埋暗挖法施工地下结构需采用喷锚初期支护，主要包括钢筋网喷射混凝土、锚杆—钢筋网喷射混凝土、钢拱架—钢筋网喷射混凝土等支护结构形式；可根据围岩的稳定状况，采用一种或几种结构组合。

2．在浅埋软岩地段、自稳性差的软弱破碎围岩、断层破碎带、砂土层等不良地质条件下施工时，若围岩自稳时间短、不能保证安全地完成初次支护，为确保施工安全，加快施工进度，应采用各种辅助技术进行加固处理，使开挖作业面围岩保持稳定。

（二）支护与加固技术措施

1．暗挖隧道内常用的技术措施（超导、导周、超锚、深注、临仰→2导超深宫）

（1）超前锚杆或超前小导管支护；

（2）小导管周边注浆或围岩深孔注浆；

（3）设置临时仰拱。

2．暗挖隧道外常用的技术措施（表锚、表注、冻结、降水、管棚→2表冻水管）

（1）管棚超前支护；

（2）地表锚杆或地表注浆加固；

（3）冻结法固结地层；

（4）降低地下水位法。

                               
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二、暗挖隧道内加固支护技术   

（一）主要材料

1．喷射混凝土应采用早强混凝土，其强度必须符合设计要求。严禁选用具有碱活性集料。可根据工程需要掺用外加剂，速凝剂应根据水泥品种、水胶比等，通过不同掺量的混凝土试验选择最佳掺量，使用前应做凝结时间试验，要求初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min。

2．钢筋网材料宜采用Q235钢（碳素钢），钢筋直径宜为6～12mm，网格尺寸宜采用150～300mm，搭接长度应符合规范。钢筋网应与锚杆或其他固定装置连接牢固。

3．钢拱架宜选用钢筋、型钢、钢轨等制成，采用钢筋加工而成格栅的主筋直径不宜小于18mm。

（二）喷射混凝土前准备工作

1．喷射混凝土前，应检查开挖断面尺寸，清除开挖面、拱脚或墙脚处的土块等杂物，设置控制喷层厚度的标志。对基面有滴水、淌水、集中出水点的情况，采用埋管等方法进行引导疏干。

2．应根据工程地质及水文地质、喷射量等条件选择喷射方式，宜采用湿喷方式；喷射厚度宜为50～100mm。

3．钢架应在开挖或喷射混凝土后及时架设；超前锚杆、小导管支护宜与钢拱架、钢筋网配合使用；长度宜为3.0～3.5m，并应大于循环进尺的2倍。

4．超前锚杆、小导管支护是沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面前方安装锚杆、导管，形成对前方围岩的预加固。

（三）喷射混凝土

1．喷射混凝土应紧跟开挖工作面，应分段、分片、分层，由下而上顺序进行，当岩面有较大凹洼时，应先填平。分层喷射时，一次喷射厚度可根据喷射部位和设计厚度确定。

2．钢拱架应与喷射混凝土形成一体，钢拱架与围岩间的间隙必须用喷射混凝土充填密实，钢拱架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度≥40mm。

3．临时仰拱应根据围岩情况及量测数据确定设置区段，可采用型钢或格栅并喷混凝土修筑。

（四）隧道内小导管注浆技术

★★小导管注浆加固技术

     小导管注浆是浅埋暗挖隧道的常规施工工序。本条简要介绍小导管注浆加固技术及其施工要点。

S、适用条件与基本规定

（一）适用条件

    1．小导管注浆支护加固技术可作为暗挖隧道常用的支护措施和超前加固措施，能配套使用多种注浆材料，施工速度快，施工机械简单，工序交换容易。（简易快）

                               
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    2．在软弱、破碎地层中成孔困难或易塌孔，且施作超前锚杆比较困难或者结构断面较大时，宜采取超前小导管注浆和超前预加固处理方法。

（二）基本规定

    1．小导管支护和超前加固必须配合钢拱架使用。用作小导管的钢管钻有注浆孔，以便向土体进行注浆加固。

    2．采用小导管加固时，为保证工作面稳定和掘进安全，应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度，严格控制好小导管的安设角度。

    3．在条件允许时，应配合地面超前注浆加固；有导洞时，可在导洞内对隧道周边进行径向注浆加固。

                               
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S、技术要点

（一）小导管布设

1．常用设计参数：钢管直径30～50mm，钢管长3～5m，焊接钢管或无缝钢管；钢管钻设注浆孔间距为100～150mm，钢管沿拱的环向布置间距为300～500mm，钢管沿拱的环向外插角为5°～15°，小导管是受力杆件，因此两排小导管在纵向应有一定搭接长度，钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于1m。

2．导管安装前应将工作面封闭严密、牢固，清理干净，并测放出钻设位置后方可施工。

（二）注浆材料（强盛稳久可收毒）

1．应具备良好的可注性，固结后应有一定强度、抗渗、稳定、耐久和收缩小，浆液须无毒。注浆材料可采用改性水玻璃浆、普通水泥单液浆、水泥—水玻璃双液浆、超细水泥四种注浆材料。一般情况下改性水玻璃浆适用于砂类土，水泥浆和水泥砂浆适用于卵石地层。（泥卵、玻砂）。

2．水泥浆或水泥砂浆主要成分为P.O42.5级及以上的硅酸盐水泥、水泥砂浆；水玻璃浓度应为40～45°Be，外加剂应视不同地层和注浆法工艺进行选择。

3．注浆材料的选用和配比的确定，应根据工程条件，经试验确定。

（三）注浆工艺

    1．注浆工艺应简单、方便、安全，应根据土质条件选择注浆工艺（法）。

2．在砂卵石地层中宜采用渗入注浆法；在砂层中宜采用挤压、渗透注浆法；在黏土层中宜采用劈裂或电动硅化注浆法；在淤泥质软土层中宜采用高压喷射注浆法。

S、施工控制要点

（一）控制加固范围

1．按设计要求，严格控制小导管的长度、开孔率、安设角度和方向。（长孔角向）

2．小导管的尾部必须设置封堵孔，防止漏浆。

（二）保证注浆效果

1．浆液必须配比准确，符合设计要求。

2．注浆时间和注浆压力应由试验确定，应严格控制注浆压力。一般条件下：改性水玻璃浆、水泥浆初压宜为0.1～0.3MPa，砂质土终压一般应不大于0.5MPa，黏质土终压不应大于0. 7MPa。水玻璃—水泥浆初压宜为0.3～1.0MPa，终压宜为1.2～1.5MPa。

3．注浆施工期应进行监测，监测项目通常有地（路）面隆起、地下水污染等，特别是要采取必要措施防止注浆浆液溢出地面或超出注浆范围。（地隆水染浆超逸）

★★管棚施工技术要点：

管棚超前支护法简称管棚法。

S  结构组成与适用条件

1、结构组成

（1）管棚法为防止隧道开挖引起的地表下沉和围岩松动，开挖掘进前沿开挖工作面的上半断面设计周边打入厚壁钢管，在地层中构筑的临时承载棚防护下，为安全开挖预先提供增强地层承载力的临时支护方法，与小导管注浆法相对应，通常又称为大管棚超前支护法。

（2）管棚是由钢管和钢拱架组成。钢管入土端制作成尖靴状或楔形，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角（3°），向开挖面前方打入钢管或钢插板，末端支架在钢拱架上，形成对开挖面前方围岩的预支护。

（3）管棚中的钢管应按照设计要求进行加工和开孔，管内应灌注水泥浆或水泥砂浆，以便提高钢管自身刚度和强度。

2、适用条件（管棚使用地层：膨塌流砂、偏极断发）

（1）适用于软弱地层和特殊困难地段，如极破碎岩体、塌方体、砂土质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩，并对地层变形有严格要求的工程。

（2）通常，在下列施工场合应考虑采用管棚进行超前支护：（管棚适用场合：2穿特大口带）

1)穿越铁路修建地下工程；

2)穿越地下和地面结构物修建地下工程；

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)特殊地段，如大跨度地铁车站、重要文物保护区、河底、海底的地下工程施工等。

S  技术要点

1、主要材料要求

管棚所用钢管一般选用直径70～180mm，壁厚4～8mm无缝钢管。管节长度视工程具体情况而定，一般情况下短管棚采用的钢管每节长小于10m，长管棚采用的钢管每节长大于10m，或可采用出厂长度。（小导管直径30～50mm、长度3～5m）

（1）水泥砂浆主要成分为P.O42.5级及以上的硅酸盐水泥，水泥砂浆宜采用中砂或粗砂；外加剂应视不同地层选用；配比应根据工程土质条件，经试验确定。

1、施工技术要点

（1）施工工艺流程：（小导管、管棚：钻→擦→注→封         地表锚杆：钻→注→擦→封）

（2）测放孔位→钻机就位→水平钻孔→压入钢管→注浆（向钢管内或管周围土体）→封口→开挖。

（3）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，形成钢管棚护，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筑物的状况，有帽形、方形、一字形及拱形等。

（4）管棚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间距。一般采用的间距为2.0～2.5倍的钢管直径（小导管间距一般100～150，环向300～500）。纵向两组管棚搭接的长度应大于3m（小导管纵向搭接1m）。在铁路、公路正下方施工时，要采用刚度大的钢管连续布设。（公铁连续）

S  施工质量控制要点

1、钻孔精度控制

（1）钻孔开始前应在管棚孔口位置埋置套管，把钢管放在标准拱架上，测定钻孔孔位和钻机的中心，使两点一致。为了防止钻孔中心振动，钢管应用U形螺栓与拱架稍加固定，以仿止弯曲，并应每隔5m（视情况可调整，一般为2～6m）对正在钻进的钻孔及插入钢管的弯曲及其趋势进行孔弯曲测定检查。

（防止钻孔中心振动措施：U型螺栓与拱架固定钢管，每隔5m对钻孔及钢管进行孔弯曲测定）

（2）在松软地层或不均匀地层中钻进时，管棚应设定外插角，角度一般宜≤3°（小导管5～15°）。避免管节下垂进入开挖面，应注意检测钻孔的偏斜度，发现偏斜度超出要求应及时纠正。

1、

                               
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钢管就位控制

（1）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。

（2）钢管打入土体就位后，应及时隔（跳）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。

                               
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3、注浆效果控制

（1）严格控制管棚间距，防止管棚出现间距过大或出现偏离。

（2）严格按试验参数，控制注浆量，防止注浆效果不好、出现流沙等现象。

（3）必要时宜与小导管注浆相结合，开挖时可在管棚之间设置小导管。

（五）隧道内锚杆注浆加固，锚杆施工应保证孔位的精度在允许偏差范围内，钻孔不宜平行于岩层层面，宜沿隧道周边径向钻孔。锚杆必须安装垫板，垫板应与喷混凝土面密贴。钻孔安设锚杆前应先进行喷射混凝土施工，孔位、孔径、孔深要符合设计要求，锚杆露出岩面长不大于喷射混凝土的厚度，锚杆施工应符合质量要求。

                               
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三、暗挖隧道外的超前加固技术

（一）降低地下水位法

1．当浅埋暗挖施工地下结构处于富水地层中，且地层的渗透性较好，应首选降低地下水位法达到稳定围岩、提高喷锚支护安全的目的。含水的松散破碎地层宜采用降低地下水位法，不宜采用集中宣泄排水的方法。

2．在城市地下工程中采用降低地下水位法时，最重要的决策因素是确保降水引起的沉降不会对既有构筑物或拟建构筑物的结构安全构成危害。

3．降低地下水位通常采用地面降水方法或隧道内辅助降水方法。

4．当采用降水方案不能满足要求时，应在开挖前进行帷幕预注浆，加固地层等堵水处理。根据水文、地质钻孔和调查资料，预计有大量涌水或涌水量虽不大，但开挖后可能引起大规模塌方时，应在开挖前进行注浆堵水，加固围岩。

（二）地表锚杆（管）

1．地表锚杆（管）是一种地表预加固地层的措施，适用于浅埋暗挖、进出工作井地段和岩体松软破碎地段。

2．地面锚杆（管）按矩形或梅花形布置，先钻孔→吹净钻孔→用灌浆管灌浆→垂直插入锚杆杆体→孔口将杆体固定。地面锚杆（管）支护，是由普通水泥砂浆和全粘结型锚杆构成地表预加固地层或围岩深孔注浆加固地层。

3.锚杆类型应根据地质条件、使用要求及锚固特性进行选择，可选用中空注浆锚杆、树脂锚杆、自钻式锚杆、砂浆锚杆和摩擦型锚杆。（锚杆类型：中脂摩砂钻）

（三）冻结法固结地层

1．冻结法是利用人工制冷技术，用于富水软弱地层的暗挖施工固结地层。通常，当土体的含水量大于2.5%、地下水含盐量不大于3%、地下水流速不大于40m/d时，均可适用常规冻结法，当土层含水量大于10%和地下水流速不大于7～9m/d时，冻土扩展速度和冻结体形成的效果最佳。

2．在地下结构开挖断面周围需加固的含水软弱地层中钻孔敷管，安装冻结器，通过人工制冷作用将天然岩土变成冻土，形成完整性好、强度高、不透水的临时加固体，从而达到加固地层、隔绝地下水与拟建构筑物联系的目的。

3．在冻结体的保护下进行工作井或隧道等地下工程的开挖施工，待衬砌支护完成后，冻结地层逐步解冻，最终恢复到原始状态。

4．冻结法主要优缺点

（1）主要优点：冻结加固的地层强度高；地下水封闭效果好；地层整体固结性好；对工程环境污染小。

（2）主要缺点：成本较高；有一定的技术难度。