1、隧道工程隧道工程第七章第七章 隧道施工工艺与施工技术隧道施工工艺与施工技术第一节第一节 围岩预支护（预加固）围岩预支护（预加固）第二节第二节 隧道掘进方式及隧道爆破施工技术隧道掘进方式及隧道爆破施工技术第三节第三节 装碴与运输装碴与运输第四节第四节 初期支护初期支护第五节第五节 超前地质预报与监控量测超前地质预报与监控量测第七节第七节 模筑衬砌模筑衬砌第八节第八节 辅助坑道辅助坑道第六节第六节 防排水施工防排水施工1 围岩预支护（预加固）围岩预支护（预加固） 辅助稳定措施辅助稳定措施 1 围岩预支护（预加固）围岩预支护（预加固） 隧道施工中常用的辅助稳定措施有：隧道施工中常用的辅助稳定措施有：
2、六、机械预切槽法五、水平旋喷预支护四、超前深孔帷幕注浆三、超前注浆小导管一、超前锚杆二、管棚1 围岩预支护（预加固）围岩预支护（预加固）一、超前锚杆2性能特点及适用条件性能特点及适用条件 1构造构造组组成成3设计设计、施工要点、施工要点1构造构造组组成成超前锚杆超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方一定范围内安装的斜向锚杆。前方一定范围内安装的斜向锚杆。2性能特点及适用条件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。锚杆超前支护的柔性较大，整体刚度较小。它主要适用于应力不太大，地下水较少的破碎、软弱围它主要适用于应力不太大，地下
3、水较少的破碎、软弱围岩的隧道工程中，如裂隙发育的岩体、断层破碎带等、岩的隧道工程中，如裂隙发育的岩体、断层破碎带等、浅埋无显著偏压的隧道。且一般与系统锚杆同时使用，浅埋无显著偏压的隧道。且一般与系统锚杆同时使用，形成联合支护。形成联合支护。采用风枪、凿岩机或专用的锚杆台车钻孔，锚固剂或采用风枪、凿岩机或专用的锚杆台车钻孔，锚固剂或砂浆锚固，其工艺简单、工效高。砂浆锚固，其工艺简单、工效高。应力较大的严重破碎围岩中，超前锚杆的后期支护刚度应力较大的严重破碎围岩中，超前锚杆的后期支护刚度就有些不足，不宜使用。就有些不足，不宜使用。 3设计设计、施工要点、施工要点 (1)超前锚杆的长度、环向间距、外
4、插角等参数，应超前锚杆的长度、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工条件而定。一般超前长度为循环进尺的35倍，倍，环向间距采用环向间距采用0.31.0m；外插角宜用；外插角宜用1030；搭接长度宜为超前长度的搭接长度宜为超前长度的40一一60左右，即大致左右，即大致形成双层或双排锚杆。形成双层或双排锚杆。 (2)超前锚杆宜用早强砂浆全粘结式锚杆，锚杆材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料可用不小于22 mm的螺纹钢筋。的螺纹钢筋。 (3)超前锚杆的安装误差，一
5、般要求孔位偏差不超超前锚杆的安装误差，一般要求孔位偏差不超过过10 cm,外插角不超过外插角不超过12锚入长度不小于设锚入长度不小于设计长度的计长度的96。 3设计设计、施工要点、施工要点 (4)开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，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。下尽快打入下一排超
6、前锚杆，然后才能继续开挖。下一循环的开挖应考虑适当缩短掘进循环进尺。一循环的开挖应考虑适当缩短掘进循环进尺。 (5)开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。初期支护。 (6)开挖过程中应密切注意观察锚杆变形及喷射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，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，则可钻及时调整开挖及支护参数，如遇地下水时，则可钻孔引排。孔引排。二、管棚（一）构造组成（二）性能特点及适用条件（三）设计、施工要点管棚实例：管棚实例： 采用长度小于采用长度小于
7、10 m的的钢管，称为短管棚；钢管，称为短管棚；采用长度为采用长度为1045 m且较粗的钢管，称且较粗的钢管，称为长管棚。为长管棚。（一）构造组成管棚管棚是利用沿开挖轮廓线、以较小的外插角、向开挖面前方是利用沿开挖轮廓线、以较小的外插角、向开挖面前方打入的钢管或钢板与钢拱架构成的一种钢管棚架或钢板棚架，打入的钢管或钢板与钢拱架构成的一种钢管棚架或钢板棚架，简称简称“管棚管棚”或或“板棚板棚”。 板棚采用的钢插板长板棚采用的钢插板长度一般不超过度一般不超过10 m。（二）性能特点及适用条件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
8、撑，其向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力强，且能提前承受早期围岩压力。因此管棚主要。因此管棚主要适用适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱、破碎围岩隧道工程中，有较严格要求的软弱、破碎围岩隧道工程中，如土如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。若有地下水但水量不大若有地下水但水量不大，可减小钢管
9、环向间距，减小，可减小钢管环向间距，减小钢拱架纵向间距，加密管棚；钢拱架纵向间距，加密管棚；若水量较大若水量较大，采用钢插板封闭围岩更为有效；，采用钢插板封闭围岩更为有效；若水量较大且水压力较大若水量较大且水压力较大，则可将管棚与注浆相结合，则可将管棚与注浆相结合，形成超前小导管注浆方能奏效。形成超前小导管注浆方能奏效。 短管棚短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较多，但钻孔安装或顶入安装较容易。循环时间较多，但钻孔安装或顶入安装较容易。长管棚长管棚一次超前量大，虽然增加了单次钻孔或打入长钢一次超前量大，虽然增加了单次钻孔或打入
10、长钢管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。在长钢管的有效超前区段内，基本上可作业之间的干扰。在长钢管的有效超前区段内，基本上可以进行连续开挖，也更适于采用大中型机械进行大断面开以进行连续开挖，也更适于采用大中型机械进行大断面开挖。挖。（三）设计、施工要点(1)超前管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。在设超前管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。在设计中，要充分考虑地质、周边环境、隧道开挖断面、埋深计中，要充分考虑地质、周边环境、隧道开挖断面、埋深以及开挖方法等，决定管棚的配置、形状、施工范围、管以及开挖方法等，
11、决定管棚的配置、形状、施工范围、管棚间隔及断面等。棚间隔及断面等。 (2)管棚的各项技术参数要视围岩地质条件和施工条件而定。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长管棚长度不宜小于 10 m,一般为一般为1045 m；管径；管径70180 mm，孔径比管径大，孔径比管径大2030 mm，环向间距，环向间距0.20.8 m；外插角；外插角12。(3)两组管棚间的纵向搭接长度不小于两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5 m;钢拱架常采钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。用工字钢拱架或格栅钢架。 (4)钢拱架应安装稳固，其垂直度允许误差为钢拱架应安装稳固，其垂直度允许误差为
12、2,中线及中线及高程允许误差为高程允许误差为5 cm。(5)钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架的腹筋；钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架的腹筋；钻孔方向应用测斜仪检查控制，钻孔平面误差不大于钻孔方向应用测斜仪检查控制，钻孔平面误差不大于15 cm,角度误差不大于角度误差不大于0.5，钢管不得侵入开挖轮廓线。，钢管不得侵入开挖轮廓线。(6)第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入。要打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，由上而下顺序安装。一眼，装一管，由上而下顺序安装。(7)长钢管应用长钢管应用46m的管节逐段接长，打入一节，再的管节逐段接长，打入一节
13、，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于长度不应小于15 cm；为保证受力的均匀性，钢管接头；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开。一般按编号，偶数第一节用应纵向错开。一般按编号，偶数第一节用4m，奇数第一，奇数第一节用节用6m，以后各节均采用，以后各节均采用6 m。(8)当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂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浆，一般在第一节管的前段管壁交错钻1015 mm孔若干，孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可以利排气
14、和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。水泥砂浆应用牛角泵或其他能满足要求的设备停止压注。水泥砂浆应用牛角泵或其他能满足要求的设备灌注。砂浆标号可用灌注。砂浆标号可用C20-C30，并适当加大灰砂比，并适当加大灰砂比(9)钻孔时如出现卡钻或坍孔，应注浆后再钻，有些土质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。地层则可直接将钢管顶入。管棚实例：管棚实例： 三、超前注浆小导管（一）构造组成（二）性能特点及适用条件（三）小导管布置和安装（四）注浆材料（五）注浆（一）构造组成自进式注浆锚杆几点改进：自进式注浆锚杆几点改进： 其一是它在小导管的前端焊接了一个简易的
15、一次性钻头或其一是它在小导管的前端焊接了一个简易的一次性钻头或尖端，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短了导管安装时间，尖端，从而将钻孔和顶管同时完成，缩短了导管安装时间，尤其适用于钻孔易坍塌的地层；尤其适用于钻孔易坍塌的地层； 其二是对于可以采用水泥浆的地层，它改用水泥砂浆作其二是对于可以采用水泥浆的地层，它改用水泥砂浆作为胶结材料，可进一步降低造价；为胶结材料，可进一步降低造价； 其三是它的管体采用波纹或变径外形，以增加粘结和锚其三是它的管体采用波纹或变径外形，以增加粘结和锚固力，增强了加固效果固力，增强了加固效果（二）性能特点及适用条件作为软弱破碎围岩条件下隧道施工的一项特殊措施，超前小作为软
16、弱破碎围岩条件下隧道施工的一项特殊措施，超前小导管注浆作业只能在隧道内进行，即小导管安装和注浆作业导管注浆作业只能在隧道内进行，即小导管安装和注浆作业都要进入洞内施工作业循环，因而占用较多的洞内作业循环都要进入洞内施工作业循环，因而占用较多的洞内作业循环时间，不利于提高施工速度。时间，不利于提高施工速度。浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶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。水向坑道渗流的通道，起到了堵水作用。但超前小导管注浆对围岩
17、加固的范围和加固处理的程度是但超前小导管注浆对围岩加固的范围和加固处理的程度是有限的，注浆压力较低。有限的，注浆压力较低。因此，超前小导管注浆主要适用于渗透系数较大的无地下因此，超前小导管注浆主要适用于渗透系数较大的无地下水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩体的地层条件。若水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩体的地层条件。若用于渗透性差的地层，则容易形成用于渗透性差的地层，则容易形成“跑浆跑浆”，即浆液沿管，即浆液沿管外与孔壁之间形成回流。外与孔壁之间形成回流。（三）小导管布置和安装(1)小导管钻孔安装前，应对开挖面及小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷范围内的坑道喷射射510 cm厚
18、的混凝土封闭。厚的混凝土封闭。(2)小导管一般采用小导管一般采用32 mm的焊接管或的焊接管或40 mm的无缝钢的无缝钢管制作，长度宜为管制作，长度宜为36m，前端做成尖锥形，前段管壁上，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔每隔1020 cm交错钻眼，眼孔直径宜为交错钻眼，眼孔直径宜为68mm。(3)钻孔直径应较管径大钻孔直径应较管径大20 mm以上，环向间距应按地层以上，环向间距应按地层条件而定，一般采用条件而定，一般采用2050 cm;外插角应控制在外插角应控制在1030之间，一般采用之间，一般采用15。(4)极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管；地下水丰富的极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管；地
19、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。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，并用塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。塑胶泥将导管周围孔隙封堵密实。 （四）注浆材料1注注浆浆材料种材料种类类及适用条件及适用条件3.注注浆浆材料的配比材料的配比2.注注浆浆材料材料选择选择1注注浆浆材料种材料种类类及适用条件及适用条件水泥浆液水泥浆液 化学浆液化学浆液 适用粗砂、砾砂、大裂隙岩石等孔隙直适用粗砂、砾砂、大裂隙岩石等孔隙直径大于径大于0.2
20、mm的地基加固。的地基加固。 400号以上的普通硅酸盐水泥，号以上的普通硅酸盐水泥， 超细水泥超细水泥 可适用于细砂等地基可适用于细砂等地基 以水玻璃（以水玻璃（Na2OnSi02）为主剂的浆液）为主剂的浆液 以纸浆废液木质素（木胺）为主剂以纸浆废液木质素（木胺）为主剂以丙烯酸胺（聚胺酯）为主剂以丙烯酸胺（聚胺酯）为主剂可适用于渗透性小的地基可适用于渗透性小的地基 注浆材料按浆液组成可分为单液和双液。注浆材料按浆液组成可分为单液和双液。2.注注浆浆材料材料选择选择注浆材料的选择主要应考虑被加固地层渗透条件。应先对注浆材料的选择主要应考虑被加固地层渗透条件。应先对被加固围岩进行土力学试验，包括渗
21、透系数、土颗粒组成、被加固围岩进行土力学试验，包括渗透系数、土颗粒组成、孔隙率、饱和度、密度、孔隙率、饱和度、密度、pH值、剪切和抗压强度等。必要值、剪切和抗压强度等。必要时应做现场抽水试验和注浆试验，采用适用的注浆材料，时应做现场抽水试验和注浆试验，采用适用的注浆材料，并确定更为合理的注浆压力、单孔注浆扩散半径等参数。并确定更为合理的注浆压力、单孔注浆扩散半径等参数。(1)在断层破碎带及砂卵石地层（裂隙宽度或颗粒在断层破碎带及砂卵石地层（裂隙宽度或颗粒粒径大于粒径大于1 mm,渗透系数渗透系数k5 10-4m/s）等强）等强渗透性地层中渗透性地层中，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。，应采用
22、料源广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于一般对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于有水的强渗透地层，则宜选用水泥有水的强渗透地层，则宜选用水泥水玻璃双浆液，以控水玻璃双浆液，以控制注浆范围。制注浆范围。(2)断层带，当裂隙宽度（或粒径）小于断层带，当裂隙宽度（或粒径）小于1mm，或，或渗透系数渗透系数k10-5m/s时，时，注浆材料宜优先选用水玻璃注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类浆液。（单一水玻璃浆液比较适用黄土类地层类和木胺类浆液。（单一水玻璃浆液比较适用黄土类地层的加固。在黄土类土中水玻璃较易渗透入土孔隙，与土中的加固。在黄土类土中水玻璃较易
23、渗透入土孔隙，与土中的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体。）的钙质相互作用形成凝胶，而使土颗粒胶结成整体。）(3)细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层地段等弱细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透地层中，渗透地层中，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如水玻璃（主剂）学浆液，如水玻璃（主剂）氯化钙、水玻璃（主氯化钙、水玻璃（主剂）剂）水泥、水玻璃（主剂）水泥、水玻璃（主剂）铝酸钠、聚胺酯类，或铝酸钠、聚胺酯类，或超细水泥浆等。超细水泥浆等。对于受沥青、油脂、石油化合物等浸透的土以及地下水对于受沥青、油脂、石油化合物等浸透的土以及地下水pH值大于值大
24、于9的土不宜采用硅化法加固。的土不宜采用硅化法加固。(4)对于不透水的粘土层，对于不透水的粘土层，则宜选用水玻璃或聚胺酯类则宜选用水玻璃或聚胺酯类化学浆液采用高压劈裂注浆。化学浆液采用高压劈裂注浆。 3.注注浆浆材料的配比材料的配比注浆材料的配比应根据地层情况和胶凝时间要求，并注浆材料的配比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定：经过试验而定：(1)采用水泥浆液时，水灰比可采用采用水泥浆液时，水灰比可采用0.5:12：1，需，需缩短凝结时间时，可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。缩短凝结时间时，可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。(2）采用水泥）采用水泥水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可用水玻璃浆液时，水泥
25、浆的水灰比可用0.5：11.5：1；水玻璃浓度为；水玻璃浓度为2540Be，水泥浆与，水泥浆与水玻璃的体积比宜为水玻璃的体积比宜为1：11:0.3。（五）注浆(1)注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求，注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求，并应进行现场试验运转。并应进行现场试验运转。(2)小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为以防压裂开挖面，注浆压力一般为0.51.0 MPa，止浆塞应，止浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆
26、范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周一般要求单管注浆能扩散到管周0.51.0 m的半径范围内。的半径范围内。(3)要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时就可要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足时，结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足时，亦应停止注浆。亦应停止注浆。(4)注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。(5)注浆后应视浆液种类，等待注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥水
27、泥水玻璃浆）水玻璃浆）8h(水泥浆）方可开挖，开挖长度不宜太长，以保留一定长度水泥浆）方可开挖，开挖长度不宜太长，以保留一定长度的止浆墙（亦即超前注浆的最短超前量）。的止浆墙（亦即超前注浆的最短超前量）。 超前深孔帷幕注浆超前深孔帷幕注浆是是在开挖前，先用喷射混凝在开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和一定范围内土将开挖面和一定范围内的坑道周边岩面封闭，然的坑道周边岩面封闭，然后沿坑道周边轮廓向前方后沿坑道周边轮廓向前方围岩内打入带孔长钢管，围岩内打入带孔长钢管，并通过长钢管向围岩内压并通过长钢管向围岩内压注起胶结作用的浆液，待注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩浆液硬化后，坑道周围岩体就可
28、形成较大范围的一体就可形成较大范围的一定厚度的筒状封闭加固区，定厚度的筒状封闭加固区，在此加固圈的保护下即可在此加固圈的保护下即可安全地进行开挖等作业，安全地进行开挖等作业，称为帷幕注浆。称为帷幕注浆。 四、超前深孔帷幕注浆（一）注浆加固机理（二）适用条件及优缺点（三）注浆范围（四）钻孔布置及注浆压力（五）注浆数量及注浆材料选择（六）施工要点四、超前深孔帷幕注浆（一）注浆加固机理1渗透注渗透注浆浆 2劈裂注劈裂注浆浆3压压密注密注浆浆 4高高压喷压喷灌注灌注浆浆压力注浆压力注浆 电动注浆电动注浆 在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆在各种大小压力下使水泥浆液或化学浆液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。
29、液挤压充填土的孔隙或岩层缝隙。 在施工中以注浆管为阳极、滤水管为阴在施工中以注浆管为阳极、滤水管为阴极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极，通过直流电电渗作用下孔隙水由阳极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化极流向阴极，在土中形成渗浆通道，化学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。学浆液随之渗入孔隙而使土体结硬。 1渗透注渗透注浆浆对于破碎岩层、砂卵石层、中细砂层、粉砂层等有对于破碎岩层、砂卵石层、中细砂层、粉砂层等有一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地一定渗透性的地层，采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里，凝固后将岩土或土颗层中的空穴、裂缝、孔隙里，凝固后将岩土或土颗粒胶结为整体，以
30、提高地层的稳定性和强度，称为粒胶结为整体，以提高地层的稳定性和强度，称为“渗透注浆渗透注浆”。 2劈裂注劈裂注浆浆对于渗透性较差甚至不透水的地层，如含水量较大而颗粒对于渗透性较差甚至不透水的地层，如含水量较大而颗粒较细的粘土地层、软土地层，采用采用较高压力将胶结材较细的粘土地层、软土地层，采用采用较高压力将胶结材料强行挤压钻孔周壁，使胶结材料将粘士层劈裂，形成裂料强行挤压钻孔周壁，使胶结材料将粘士层劈裂，形成裂缝并充塞凝结于其中，通过土体中形成的浆液脉状固结作缝并充塞凝结于其中，通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层
31、加固作用，以提高其强度和稳定性，称为高其强度和稳定性，称为“劈裂注浆劈裂注浆。劈裂注浆加固的作用机理是：劈裂注浆加固的作用机理是： 强行挤入粘土层或软土层中的胶结材料将粘土分隔包围；强行挤入粘土层或软土层中的胶结材料将粘土分隔包围；凝固以后的胶结材料在软弱土层中形成高强夹层，相当于在凝固以后的胶结材料在软弱土层中形成高强夹层，相当于在软弱土体中加筋加骨，使软弱土层的整体性和强度大大提高。软弱土体中加筋加骨，使软弱土层的整体性和强度大大提高。此外，由于在封闭条件下进行高压注浆，对地层也起到一定此外，由于在封闭条件下进行高压注浆，对地层也起到一定的压密作用。的压密作用。由于浆液被压注到岩体裂隙中并
32、硬化后，不仅将岩块或由于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，或以高强夹层将粘土分隔包围，起到颗粒胶结为整体，或以高强夹层将粘土分隔包围，起到了加固围岩增强其稳定能力的作用；而且填塞了裂隙，了加固围岩增强其稳定能力的作用；而且填塞了裂隙，阻断了地下水渗流的通道，起到了堵水作用。因此，在阻断了地下水渗流的通道，起到了堵水作用。因此，在隧道及地下工程中，若遇到围岩软弱破碎严重、地下水隧道及地下工程中，若遇到围岩软弱破碎严重、地下水丰富或出现坍方时，常采用注浆以达到对岩体的加固作丰富或出现坍方时，常采用注浆以达到对岩体的加固作用，同时也起到堵水作用。用，同时也起到堵水作用。 3
33、压压密注密注浆浆即用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围即用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使土层得到加固。土层加压使土层得到加固。 4高高压喷压喷灌注灌注浆浆通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下高速浆液射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎，随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固被切割破碎，随注浆管的向上抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固之目的。结体，以达到加固之目的。（二）适用条件及优缺点深孔预注浆一般可超前开挖面深孔预注浆一般可
34、超前开挖面3050 m，可以保证提前形，可以保证提前形成较长范围内（隧道纵向）的有相当厚度的筒状封闭加固和成较长范围内（隧道纵向）的有相当厚度的筒状封闭加固和堵水区，而且可以形成较高的注浆压力，从而使得堵水的效堵水区，而且可以形成较高的注浆压力，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业次数减少。因此，超前深孔帷幕注果更好，也使得注浆作业次数减少。因此，超前深孔帷幕注浆不仅适用于无地下水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩浆不仅适用于无地下水或水量和压力较小的一般软弱破碎岩体的地层条件，尤其适用于水量和压力均较大的破碎岩体的体的地层条件，尤其适用于水量和压力均较大的破碎岩体的地层条件，既保证了施工安全
35、，也更适用于采用大中型机械地层条件，既保证了施工安全，也更适用于采用大中型机械化施工。深孔帷幕注浆，已成为隧道及地下工程中改良地层，化施工。深孔帷幕注浆，已成为隧道及地下工程中改良地层，增强软弱岩体的稳定性，封堵地下水的有效措施和常用手段。增强软弱岩体的稳定性，封堵地下水的有效措施和常用手段。超前深孔帷幕注浆作业可以在洞内进行，如果隧道埋深较浅，超前深孔帷幕注浆作业可以在洞内进行，如果隧道埋深较浅，则注浆作业可在地面进行；对于深埋长大隧道可利用辅助平则注浆作业可在地面进行；对于深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆，这样超前深孔帷幕预注浆钻孔和行导坑对正洞进行预注浆，这样超前深孔帷幕预
36、注浆钻孔和注浆作业不需要进入洞内施工作业循环，可以避免与正洞开注浆作业不需要进入洞内施工作业循环，可以避免与正洞开挖等作业的干扰，缩短施工工期。挖等作业的干扰，缩短施工工期。（三）注浆范围注浆加固的范围，即注浆加固的超前长度、加固圈厚度，应注浆加固的范围，即注浆加固的超前长度、加固圈厚度，应视围岩的稳定性、地应力大小、地层的渗透条件、地下水的视围岩的稳定性、地应力大小、地层的渗透条件、地下水的储藏条件、坑道断面大小、掘进循环进尺和施工条件而定。储藏条件、坑道断面大小、掘进循环进尺和施工条件而定。注浆加固所用胶结材料的种类，应根据地层岩性、渗透条件注浆加固所用胶结材料的种类，应根据地层岩性、渗透
37、条件选择确定，并相应确定注浆小导管的环向间距、钢管直径、选择确定，并相应确定注浆小导管的环向间距、钢管直径、钻孔直径、注浆压力、注浆量等参数。钻孔直径、注浆压力、注浆量等参数。要确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可要确定加固区的大小，即确定围岩塑性破坏区的大小，可以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力以按岩体力学和弹塑性理论计算出开挖坑道后围岩的压力重分布结果，并确定其塑性破坏区的大小（重分布结果，并确定其塑性破坏区的大小（R0r0），这），这也就是应加固的范围。也就是应加固的范围。（四）钻孔布置及注浆压力1、注、注浆浆管孔布置管孔布置2、注、注浆扩浆扩散半径散半径3、
38、注、注浆压浆压力力1、注、注浆浆管孔布置管孔布置对于洞内超前小导管注浆而言，对于洞内超前小导管注浆而言， V级围岩劈裂、压密注浆级围岩劈裂、压密注浆时，可采用单排时，可采用单排/孔；孔；VI级围岩或处理坍方时，可采用双排管孔；级围岩或处理坍方时，可采用双排管孔；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管孔；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管孔；渗透注浆宜采用单排管孔；渗透注浆宜采用单排管孔；隧道断面较大，需要加固的范围较大，或注浆效果较差时，隧道断面较大，需要加固的范围较大，或注浆效果较差时，可采用双排管孔。可采用双排管孔。 超前深孔帷幕注浆管孔的布置灵活。超前深孔帷幕注浆管孔的布置灵
39、活。应充分结合隧道埋置深度、地层的渗透条件、地下水的流应充分结合隧道埋置深度、地层的渗透条件、地下水的流量和流向、注浆材料种类、坑道断面大小等实际条件，合量和流向、注浆材料种类、坑道断面大小等实际条件，合理选择。理选择。 2、注、注浆扩浆扩散半径散半径超前深孔帷幕注浆管孔的间距、角度应根据注浆加固超前深孔帷幕注浆管孔的间距、角度应根据注浆加固范围的要求和单孔注浆扩散半径的大小来确定。范围的要求和单孔注浆扩散半径的大小来确定。单孔注浆扩散半径的大小也决定了单排管孔注浆加固单孔注浆扩散半径的大小也决定了单排管孔注浆加固的厚度。单孔注浆扩散有效半径，应通过现场试验确定。的厚度。单孔注浆扩散有效半径，
40、应通过现场试验确定。它与土的渗透系数、压力值等有关。在无水或少水的粘它与土的渗透系数、压力值等有关。在无水或少水的粘土至粉砂地层中，浆液一般可（要求）扩散达到管周土至粉砂地层中，浆液一般可（要求）扩散达到管周0.5-1.0 m的半径范围内。的半径范围内。 管孔的环向间距可取管孔的环向间距可取20-50 cm；外插角应控制在；外插角应控制在10-30之间，一般采用之间，一般采用15。若地层渗透系数大较大，则注浆管孔的环向间距可适若地层渗透系数大较大，则注浆管孔的环向间距可适当加大。当加大。在一般基坑维护中，可取孔距在一般基坑维护中，可取孔距1.75r，排距，排距1.5r. 3、注、注浆压浆压力力
41、对于渗透性强的地层，可以采用较低的注浆压力和较大的管对于渗透性强的地层，可以采用较低的注浆压力和较大的管孔间距，此时管孔间距，此时管/孔数量较少，但平均单孔注浆量较大。孔数量较少，但平均单孔注浆量较大。 渗透式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的静水压力；渗透式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的静水压力；劈裂式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的水压力与土压劈裂式注浆时，注浆压力应大于待注浆底层的水压力与土压之和，并取一定的储备系数，一般为之和，并取一定的储备系数，一般为111.3。注浆压力不应超过该处上覆土层的压力过多（有土上荷重注浆压力不应超过该处上覆土层的压力过多（有土上荷重者除外），一般注
42、浆压力随深度变化，每加深者除外），一般注浆压力随深度变化，每加深lm可增大可增大20-50 kPa。 注浆速度应以在浆液胶凝时间以前完成一次注浆量为宜，注浆速度应以在浆液胶凝时间以前完成一次注浆量为宜，可根据土的渗透系数以压力控制速度，在一般情况砂类土可根据土的渗透系数以压力控制速度，在一般情况砂类土为为0.001 -0.005 m3/min，渗透性好的砂土选用高值，否则，渗透性好的砂土选用高值，否则用低值。用低值。（五）注浆数量及注浆材料选择1.加固区注加固区注浆总浆总量量Q2.平均平均单单孔注孔注浆浆量量q3.注注浆浆材料的材料的选择选择 1.加固区注加固区注浆总浆总量量Q所谓充填率是指注
43、浆体积占孔隙总体积的比率。所谓充填率是指注浆体积占孔隙总体积的比率。一般充填率在一般充填率在30%-60%就可以达到加固要求就可以达到加固要求 QnaA a过去实践证实了的充填率（）过去实践证实了的充填率（） Q注浆总数量（注浆总数量（m3）；）；A被加固围岩的体积（被加固围岩的体积（m3）；）；n被加固围岩的孔隙率（）被加固围岩的孔隙率（）;式中式中 q=Q/m 2.平均平均单单孔注孔注浆浆量量q式中式中 m钻孔数量；钻孔数量； q平均单孔注浆量。（化学浆液的浓度，水玻璃平均单孔注浆量。（化学浆液的浓度，水玻璃溶液相对密度为溶液相对密度为1.351.44,氯化钙为氯化钙为1.20-1.28，
44、土，土的渗透系数高时取高值，渗透系数低时取低值。）的渗透系数高时取高值，渗透系数低时取低值。）（六）施工要点1注注浆浆管和孔口套管管和孔口套管2钻钻孔孔 3注注浆顺浆顺序序4结结束条件束条件5、注、注浆检查浆检查 6、开挖、开挖时间时间7、保留止、保留止浆墙浆墙1注注浆浆管和孔口套管管和孔口套管注浆管一般采用带孔眼注浆管一般采用带孔眼的焊接钢管或无缝钢管，的焊接钢管或无缝钢管，也可用塑料管。也可用塑料管。堵塞方式堵塞方式就是用铅丝、麻刀、木楔等材料就是用铅丝、麻刀、木楔等材料在注浆孔口将缝隙堵塞，它适用在注浆孔口将缝隙堵塞，它适用于浅孔注浆；于浅孔注浆； 普通堵塞法普通堵塞法堵塞器（又称止浆塞
45、）法堵塞器（又称止浆塞）法橡胶式橡胶式套管式套管式多用于深孔注浆或局部注浆多用于深孔注浆或局部注浆 多采用前进或后退式分段注浆多采用前进或后退式分段注浆2钻钻孔孔 钻孔可用冲击式钻机或旋转式钻机，应根据地层条件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。及成孔效果选择。 钻孔位置应满足设计要求，孔口位置偏差不超过钻孔位置应满足设计要求，孔口位置偏差不超过5 cm，孔底位置偏差不超过孔深的孔底位置偏差不超过孔深的1。 钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。 3注注浆顺浆顺序序应先上方后下方应先上方后下方，或，或先内圈后外圈先内圈后外圈，先无水孔
46、后先无水孔后有水孔有水孔，先上游（地下水）后下游先上游（地下水）后下游顺序进行。顺序进行。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。应利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。4结结束条件束条件应根据应根据注浆压力注浆压力和和单孔注浆量单孔注浆量两个指标来判断确定。两个指标来判断确定。 单孔结束条件为：单孔结束条件为： 注浆压力达到设计终压；注浆压力达到设计终压；浆液注入量已达到计算值的浆液注入量已达到计算值的80以上。以上。 全段结束条件为：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。所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。 5、注、注浆检查浆检查 注浆前注浆前应进行钻孔质量检查
47、、材料质量检查、注浆设备工应进行钻孔质量检查、材料质量检查、注浆设备工作状态检查，并应进行现场试验运转。作状态检查，并应进行现场试验运转。 注浆过程注浆过程中应密切注意注浆压力的变化。中应密切注意注浆压力的变化。 如采用双液注浆时，应经常测试混合浆液的凝固时间，如采用双液注浆时，应经常测试混合浆液的凝固时间，若发现凝固时间不符合设计要求时，应立即采取相应处若发现凝固时间不符合设计要求时，应立即采取相应处理措施。理措施。 注浆后注浆后应利用声波探测仪对注浆效果进行检查，如未达应利用声波探测仪对注浆效果进行检查，如未达到要求时，应进行补注浆。到要求时，应进行补注浆。6、开挖、开挖时间时间水泥水泥水
48、玻璃浆需等待水玻璃浆需等待4h，而水泥浆则需等待，而水泥浆则需等待8h后才可开挖。后才可开挖。7、保留止、保留止浆墙浆墙可开挖的长度范围是由注浆长度范围决定的。每循环注可开挖的长度范围是由注浆长度范围决定的。每循环注浆后可进行多个循环的开挖。但尤其应当注意的是，开浆后可进行多个循环的开挖。但尤其应当注意的是，开挖后应保证留有一定长度的止浆墙，即保证上一循环注挖后应保证留有一定长度的止浆墙，即保证上一循环注浆的实际超前量不短于设计要求的最短超前量，并及时浆的实际超前量不短于设计要求的最短超前量，并及时进行下一循环的注浆加固。若注浆工作在正洞以外进行，进行下一循环的注浆加固。若注浆工作在正洞以外进
49、行，则超前量和超前时间比较容易保证。则超前量和超前时间比较容易保证。 五、水平旋喷预支护n水平旋喷注浆法水平旋喷注浆法是在一般的初期导管注浆的基础上发是在一般的初期导管注浆的基础上发展起来的，它以高压旋喷的方式压注水泥浆，从而在隧道展起来的，它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方法。水平旋喷开挖轮廓外形成拱形预衬砌的超前预支护方法。水平旋喷注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆。注浆的施工原理类似于垂直旋喷注浆。n水平旋喷预支护主要水平旋喷预支护主要适用于适用于粘性土、砂类土、淤泥等地层。粘性土、砂类土、淤泥等地层。首先使用旋喷注浆机，沿着隧道掌子面周边的设计
50、位置旋喷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。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。旋喷柱体的形成方法：首先通过水平钻机成孔，钻到设计位旋喷柱体的形成方法：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入钻成的孔腔，通过高压射流切割腔壁土体，被切割下旋喷入钻成的孔腔，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、固结形成直径的土体与浆液搅拌混合、固结形成直径600 mm左右的固结左右的固结体，同时周围地层受到
