來源：築龍論壇

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超前預支護技術在破碎或松散地層、自穩能力差的隧道施工中被廣泛采用。現代常用的超前預支護方法有超前錨杆、超前小導管、水平旋噴注漿、機械預切槽法和超前管棚法。來看看超前預支護。下面詳細介紹超前預支護的施工技術，趕緊學起來吧！

一 超前錨杆

1.構造組成：沿開挖輪廓線，以外插角向前方安裝錨杆，形成預錨固；在圍岩錨固圈保護下開挖。

2.性能特點及适用條件：特點是柔性較大，整體剛度較小；适用于地下水較少的軟弱圍岩；

3.設計及施工要點：超前長度：循環進尺的3~5倍，宜3~5m；環向間距：3~5m；外插角：10~30度；搭接長度：超前長度的40%~60%。

二 超前管棚支護

1.構造組成：利用鋼拱架，沿開挖輪廓線，以較小外插角向前方打入鋼管或鋼插闆；形成棚架，對前方圍岩進行預支護；在管棚預支護保護下開挖。

2.性能特點及适用條件：特點是整體剛度大，對圍岩變形限制能力較強；能提前承受早期圍岩壓力。适用于圍岩壓力來得快、來得大；對圍岩變形及地表沉降要求嚴格；洞口圍岩軟弱破碎。

3.設計及施工要點：

●工藝：設置管棚基底－水平鑽孔－壓（打）入鋼管－開挖

●長度：不宜小于10m，一般為10~45m

●管徑：70~180mm，孔徑比管徑大20~30mm

●環向間距：0.2~0.8m；外插角：1~2度

●縱向搭接長度：不小于1.5m

●鋼拱架：工字鋼或鋼格栅

●鑽孔平面誤差：不大于15cm，角度誤差：不大于0.5度

●鋼管不得侵入開挖輪廓線

●用4~6m的管節逐段接長，連接頭用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度不小于15cm

管棚配置和形狀

三 超前小導管注漿

1.概念及構造組成：開挖前用5~10cm厚噴混凝土将開挖面和5m範圍内隧道封閉；然後沿隧道周邊打入帶孔的縱向小導管；由上而下向小導管内壓漿，滲透到地層中；漿液硬化後，在隧道周圍形成一個加固圈；在此加固圈防護下安全開挖。

2.性能特點及适用條件：加固和堵水；适用于一般軟弱破碎圍岩和地下水豐富的軟弱破碎圍岩。

3.布置及安裝：

●小導管：φ32mm的焊接鋼管或φ 40mm的無縫鋼管

●長度：3~6m，前端尖錐

●前端管壁每隔10~20cm交錯鑽眼，眼孔直徑6~8mm

●鑽孔直徑：比管徑大20mm以上

●環向間距：一般20~50cm

●外插角：10~30度，一般15度

●小導管應外露一定長度，以連接注漿管，并用塑膠泥封堵導管周圍孔隙

●極破碎或處理塌方、地下水豐富的軟弱地層、大斷面等可用雙排管

4.注漿材料：

（1）種類及适用條件

●斷層破碎帶及砂卵石地層，裂隙寬度(或粒徑)大于1mm或滲透系數大于5×10-4m/s時：應采用來源廣價格便宜的注漿材料。

一般無水松散地層：優選單液水泥漿

無水強滲透地層：優選水泥-水玻璃雙液漿

●斷層帶，裂隙寬度(或粒徑)大于1mm或滲透系數大于1×10-4m/s時，應優選水玻璃類或木胺類漿液。

●細、粉砂層、細小裂隙岩層及斷層弱透水地層：選滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學漿液，如聚氨酯類或超細水泥類。

●不透水粘土地層：選水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿，用高壓劈裂注漿。

（2）注漿材料配比

●水泥漿：水灰比0.5:1~1.1，需縮短凝結時間時加入速凝劑

●水泥-水玻璃：水泥漿水灰比0.5:1~1:1，水玻璃濃度25~400Be，水泥與水玻璃體積比：1:1~1:0.3

（3）注漿要求

●注漿設備良好，工作壓力滿足壓力要求，并進行現場試運轉。

●注漿壓力：一般0.5~1.0MPa。

●要求單管注漿擴散到管周0.5~1.0m的半徑範圍。

●要控制注漿量。

●注漿效果檢查：鑽孔檢查或超聲波探測。

●注漿後開挖時間：水泥-水玻璃漿4h，水泥漿8h。

●開挖長度應保留一定長度的止漿牆。

四 超前深孔帷幕注漿(預注漿加固圍岩)

1.概念：在掌子面前方的圍岩中注漿，提高地層強度和穩定性，降低滲透性，形成較大範圍筒狀封閉加固區，在其範圍内進行開挖作業。

2.注漿機理及适用條件：

注漿機理分為二種：

第一種：包括“浸透”注漿、“裂縫”注漿和“空穴”注漿。适用于破碎岩體、砂卵石地層、中、細粉砂層等

第二種：“劈裂”注漿：适用于粘性土地層，先劈裂再充填，起擠壓加固作用。

工作面預注漿

3.注漿方式：

用預注漿加固圍岩的三種方式：

●在開挖工作面上打超前長導管注漿；

●從地表向隧道所在區域打幅射狀或平行狀鑽孔注漿(圖6-92b)适用于淺埋隧道；

●設置平行導坑，然後由平行導坑向正洞所在區域鑽孔注漿，适用于上述二種都有困難，經技術經濟比選後選用。

4.注漿孔距和加固範圍：

确定注漿孔距的理論公式很多，根據實踐經驗最大取1.5m。

為了确定加固範圍，即确定圍岩塑性破壞區的大小，可以按岩體力學和彈塑性理論計算出開挖坑道後圍岩的壓力重力分布結果，并确定其塑性破壞區的大小(R0—r0)，這也就是應加固區的大小。

5.注漿數量控制

●注漿數量應根據加固區需充填的地層孔隙數量來确定。

●現代注漿技術都是采用定壓和定量相結合的方法，也就是注漿的數量基本是固定的。這個數量按漿液需填充的孔隙數量選定，而且常以被處理圍岩總體積的百分比數表示。

這個百分數在砂層可高達40％，而裂隙岩體也許隻為5％ ，具體計算公式如下：

6.施工要點：

1）注漿管

2）鑽孔

3）注漿順序

4）結束條件

5）注漿檢查

6）開挖時間

注漿管

五 旋噴預支護

旋噴預支護又稱噴射注漿，分水平旋噴和垂直旋噴；水平旋噴：用旋噴注漿機沿開挖面周邊設計位置旋噴現場旋噴柱體，通過固結體相互咬合形成預支護拱棚。

單根旋噴體形成：

●鑽機成孔

●随鑽杆退出

●将漿液旋噴注入空腔

●高壓射流切割腔壁土體

●攪拌混合

●固結形成直徑600mm左右固結體

●地層受到壓縮和固結

●改善土體物理力學性能

意大利産重型水平選噴鑽機

2008年産中型水平選噴鑽機

六 新預切槽支護

預切槽技術是在開挖工作面之前，用特制的鍊式機械切刀沿隧道斷面周邊連續切割出一條厚約數十厘米深數米的窄槽，同時應用和切刀一體化的混凝土灌注設備注入混凝土，從而形成一個連續的起預先支護作用的混凝土殼體。然後在該混凝土殼體的支護下進行工作面機械挖掘。該技術兼備超前預支護以控制地層的變形和提供施工支護及永久支護的功能。

1

基本原理

用預切槽機沿隧道橫斷面周邊預先切割或鑽出一條有限寬度的溝槽，進行預襯砌，方式有帶鋸式和排鑽式兩種。

2

應用

在硬岩地層中，利用該切槽，作為爆破振動的隔振層，主要起隔振或減振目的。切槽寬度8-10cm，3-4m。

在軟石或砂質地層中，在切槽内填築混凝土，形成預支護拱，提高隧道穩定性。切槽寬度10-25cm，3-5m，沿隧道輪廓稍呈喇叭狀，以便搭接；要求切槽内混凝土2-4h後，強度達6-10MPa。

3

預切槽技術特點

（1）由于預槽開挖和混凝土灌注同時完成，避免了導緻土層應變的應力釋放。

（2）由于沿隧道橫向預置連續拱殼，沿隧道縱向拱與拱之間也有搭接，從而形成連續的空間拱形結構，具有高度的力學安定性。

（3）由于采用機械化切割施工，可以減少對圍岩的破壞。

（4）作為獨立的隧道挖掘施工技術使用。避免噴混凝土等二次襯砌和鋼支架支護等作業。

New PLS機沿隧道縱斷面連續移動作業示意圖

隧道縱向機械配置及作業順序

雙聯鍊式切刀俯視示意圖

預切槽機縱向與橫向立面示意

連續混凝土殼體與作業面的詳細位置關系

必要時可以配合二次襯砌和錨杆加固

預支護殼體混凝土施工流程圖

有關混凝土的基本要求

流動性 早期強度(不變形) 高強度

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預切槽技術的應用範圍

基于預切槽的施工原理和支護拱殼的力學合理性，主要适用于未固結地層和軟岩地層的鐵路，高速公路等大斷面隧道的施工。

●有效控制覆蓋層沉降，适合覆蓋層很薄的未固結地層和軟岩地層

●有效控制對地表構造物的影響，适合城市等建築物密集地點的施工

●有效控制對地下鄰接構造物的影響，适合超接近隧道，地下建築物，地下管線的施工

●基于全斷面開挖工藝，作業空間大，适于大型機械作業

●掌子面作業人員少，且在拱殼下作業，保障安全和施工環境

●由于避免錨杆作業，也适合小斷面隧道施工

●施工為單純重複型工藝過程，可以縮短工期，降低造價

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預切槽技術的幾個重要數據

以下的數據是基于日本道路公團的特定機械以及日本式的施工管理模式和作息制度得出的，僅作為參考總結如下。其指标可以通過技術革新加以改善。

（1）考慮到切刀的磨耗，宜用于抗壓強度小于100kgf/cm2 (10MPa)的地層。切刀具有切割100kgf/cm2 以上的混凝土殼體的能力。

（2）施工能力為月進尺50米以上，和城市NATM（新奧法）基本相同。

（3）地層中的碎石，礫石的粒徑不宜大于切槽厚度。

（4）100l/min地下湧水時，不影響混凝土的灌注施工和質量。

（5）有關施工原價和預槽機價格等具體數據，正在調查。

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