预支护
1.隧道施工辅助方法有哪些？各自的构造组成、性能特点是什么？设计施工要点有哪些？
答：隧道施工中常用的辅助稳定措施有：
1)构造组成
外插角，向开挖面前方钻孔安装锚杆，形
岩锚固圈的保护下进行开挖等作业(图1)。
2)性能特点及适用条件
锚杆超前支护的柔性较大，整体刚度较
小。
3)设计、施工要点①超前锚杆的长度、环向间距、外插角等
参数，应视围岩地质条件、施工断面大小、开挖循环进尺和施工条件而定。一般超前长度为循环进尺的3~5倍，宜采用3~5m 长，环向间距采用0.3~1.0m ；外插角宜用10°~30°；搭接长度宜为超前长度的40%~60%左右，即大致形成双层或双排锚杆。
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②超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材料可用不小于φ22的螺纹钢筋。
③超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过10cm ，外插角不超过1º~2º，锚入长度不小于设计长度的96%。
④开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点。其尾端应尽可能多的与系统锚杆及钢筋网焊连。若掌子面出现滑坍现象，则应及时喷射混凝土封闭开挖面，并尽快打入下一排超前锚杆，然后才能继续开挖。
⑤开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。
⑥开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数，如遇地下水时，则可钻孔引排。(2)管棚
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧超前深孔围幕注浆超前小导管注浆注浆加固围岩和堵水预切槽超前预支护水平旋喷超前预支护 长管棚小导管管棚超前支护前方围岩超前锚杆喷射混凝土封闭工作面预留心土挡护开挖面
稳定工作面图1超前锚杆预锚固围岩
管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较
小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成
的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护
(图2)。
采用长度小于10m 的钢管的称为短
管棚；采用长度为10~45m 且较粗的钢管南振中
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的称为长管棚。
2)性能特点
管棚因采用钢管或钢插板作纵向预
支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整
体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，
且能提前承受早期围岩压力。3)设计、施工要点钱莹微博
①管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。长管棚长度不宜小于10m ，一般为10~45m ；管径70~180mm ，孔径比管径大20~30mm ，环向间距0.2~0.8m ；外插角1°~2°；
②两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5m ；钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。③钢拱架应安装稳固其垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5cm 。
④钻孔平面误差不大于15cm ，角度误差不大于0.5°，钢管不得侵入开挖轮廓线。
⑤第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入。要打一眼，装一管，由上而下顺序进行。
⑥长钢管应用4~6m 的管节逐段接长，打入一节，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15cm ；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开。
中山舰事件之谜⑦当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆，一般在第一节管的前段管壁交错钻10~15mm 孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。
⑧钻孔时如出现卡钻或坍孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。
(3)超前注浆小导管
1)构造组成
超前注浆小导管是在开挖前，沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖等作业(图3)。若小导管前端焊一个简易钻头，则可钻孔、插管一次完成，称为自进式注浆锚杆。
图2 管棚预支护围岩（长管棚）
a)棚管的环向
布置b)管棚钢管纵向错
接c)钢管端部横向联
接图3
超前小导管注浆预加固围岩
b)注浆半径及孔距选择
30c m
管
浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。
3)小导管布置和安装要点
①小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5~10cm厚的混凝土封闭。
②小导管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的无缝钢管制作，长度宜为3~6m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔10~20cm交错钻眼，眼孔直径宜为6~8mm。
③钻孔直径应较管径大20mm以上，环向间距应按地层条件而定，一般采用20~50cm；外插角应控制
在10°~30°之间，一般采用15°。
④极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管；大断面或注浆效果差时，可采用双排管。
⑤小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管，并用塑胶泥(40ºBe水玻璃拌525号水泥)将导管周围孔隙封堵密实。
（4）超前深孔围幕注浆
超前注浆小导管对围岩加固的范围和止水的效果是有限的，作为软弱破碎围岩隧道施工的一项主要辅助措施，它占用时间和循环次数较多。因此，在不便采取其它施工方法(如盾构法)时，深孔预注浆止水并加固围岩就较好地解决了这些问题。注浆后即可形成较大范围的筒状封闭加固区，称为围幕注浆。
施工要点
①注浆管和孔口套管。深孔注浆一次式注浆时，孔内可用注浆管或不用；分段式注浆时需用注浆管。注浆管一般采用带孔眼的钢管或塑料管。止浆塞常用的有两种，一种是橡胶式，一种是套管式。安装时，将止浆塞固定在注浆管上的设计位置，一起放入钻孔，然后用压缩空气或注浆压力使其膨胀而堵
塞注浆管与钻孔之间的间隙，此法主要用于深孔注浆。
.另外，若采用全孔注浆，因浆液流速慢，易造成“死管”问题，尤其是深孔注浆时。因此，多采用前进或后退式分段注浆。
②钻孔。钻孔可用冲击式钻机，或旋转式钻机，应根据地层条件及成孔效果选择。
③注浆顺序。应先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔，先上游(地下水)后下游顺序进行。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。
④结束条件。注浆结束条件应根据注浆压力和单孔注浆量两个指标来判断确定。单孔结束条件为：注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的80%以上。全段结束条件为：所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。注浆结束后必须对注浆效果进行检查，如未达到设计要求，应进行补孔注浆。
（5）水平旋喷预支护
喷射注浆法，又称旋喷法，分为垂直和水平旋喷注浆两种方法。水平旋喷注浆法是在一般的初期导管注浆的基础上发展起来的，以高压旋喷的方式压注水泥浆，从而在隧道开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护工法。水平旋喷注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆，只是一个为水平一个为垂直。
其施工方法为，首先使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计位置旋喷注浆形成旋喷柱体，通过固结体的相互咬合形成预支护拱棚。一般每根旋喷体，首先通过水平钻机成孔，钻到设计位置以后，随着钻杆的退出，用水泥浆或水泥一水玻璃双浆液旋喷注入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被切割下的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径
600mm左右的固结体，同时周围地层受到压缩和固结，其土体的物理力学性能得到—定程度的改善。旋喷柱体沿隧道拱部形成环向咬合、纵向搭接的预支护拱棚，在松散不稳定地层隧道中，可有效控制坍塌和地层变形。水平旋喷注浆桩的应用在我国还不是很广，旋喷桩抗弯性能不强，施工控制的难度较大，特别是目前我国的水平旋喷钻机性能尚未过关，制约了水平旋喷预支护技术的应用和发展。
（6）机械预切槽法
机械预切槽法是利用专业的切槽机械，沿隧道外轮廓切割一定深度的切槽。切槽方式有带踞式和排钻式两种。在硬岩地层中，利用该切槽，作为爆破振动的隔振层，主要起隔振或减振的目的。在软石或砂质地层中，在切槽内填筑混凝土，形成预支护拱，提高隧道稳定性。
作业过程如下：
1)用预切槽锯沿隧道外廓弧形拱深切—宽15～30cm、长约5m的切槽。
2)在切槽内立即填充高 强度喷射混凝土，形成长3～5m的整体连续拱，两次连续拱的搭接长度为0.5～2.0m，视围岩的不同而定。
3)在安全稳定的作业环境下，用挖掘机或臂式掘进机开挖前作业面。自卸汽车或翻斗车可穿行于预切槽机内。
4)必要时，作业面装以玻璃纤维锚杆，以稳定作业面。随后在作业面上喷混凝土。
5)紧随其后，安装隧道防水层，进行二次衬砌。
2.现场通常采用哪几种预支护方式，各自有什么特点？
现场常用的预支护方式主要有超前锚杆、管棚、超前注浆小导管。
锚杆超前支护的柔性较大，整体刚度较小；管棚因整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力；超前注浆小导管的浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。
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