浅埋隧道软弱围岩管棚超前支护及监控量测技术研究

林港　梁茂生

摘要：文章主要以铁路隧道的软弱围岩管棚超前支护与监控量测技术作为主要研究对象，其中尤其侧重分析超前支护的详细施工技术，深入分析了超前支护中的管棚、超前锚杆、小导管超前注浆、深孔注浆等施工技术，并阐述了监控量测技术在铁路隧道的施工工程中的应用，仅供相关工作人员参考。

关键词：铁路隧道；软弱围岩；超前支护；监控量测

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）13-0035-02

由于浅埋隧道大部分属于特殊地形，它具有地形偏压、表层软弱堆积物、风化带、软弱围岩、难以形成承载拱等不利因素，严重影响了浅埋隧道的施工工程质量。根据浅埋隧道的独特地质影响，在进行隧道的开挖过程中，极有可能会出现拱顶下沉急剧增大、地表开裂、隧道净空收缩、掌子面失稳等现象，不利于隧道的施工。

1 浅埋隧道软弱围岩管棚超前支护分析

1.1 超前支护体系及其必要性分析

1.1.1 超前支护体系分析。超前支护体系主要包括管棚、超前锚杆、小导管超前注浆、深孔注浆以及地表注浆等。另外，超前支护一般适用于隧道围岩的自稳性较低的情况，通过采取超前支护，可以有效地避免出现坍方。

由于部分隧道属于软弱破碎地质，即使可以通过采用深孔注浆起到止水固结的作用。然而，此种方法仅能起到一部分范围固结的作用，而超前支护体系通过超前锚杆或超前小导管，在开挖隧道之前以钻孔排水的方式进行排水降压，防止地下水压过大而影响隧道施工工程的质量。另外，通过超前支护的方式，其钻孔深度一般都大于注浆的范围，可以有效地提高隧道施工工程的质量。

1.1.2 浅埋软弱围岩隧道施工时采取超前支护的必要性。

（1）如上所述，在进行浅埋软弱围岩隧道的施工工作时，极易出现掌子面失稳及地表下沉的现象。通过采取超前支护及监控量测技术，并结合相关改善地层、管棚、水平高压旋喷、药液压注及垂直锚杆等措施，以科学、合理的支护方法增强支撑力，并防止支护及地表出现下沉的情况。

（2）采取超前支护对于浅埋软弱围岩隧道施工的作用如下所述：首先，超前支护方式的支护结构一般类似于一个沿隧道纵方向的梁结构，可以有效地产生刚性梁效果。其次，超前支护可以通过在掌子面前方形成壳结构，用其刚性及厚度提高隧道掌子面及其周边围岩的稳定性。最后，通过超前支护中的注浆法，可以有效地提高隧道围岩的强度，改善其周边环境。

1.2 超前支护分析

1.2.1 管棚。

（1）管棚的分类及适用范围：管棚主要分为短管棚及长管棚，它的超前长度一般为5～30米，主要适用于隧道围岩非常软弱、破碎，而且变形量极大的情况。

（2）管棚施工技术原理及操作分析：管棚的施工原理为在隧道开挖之前在隧道开挖轮廓线的外弧线上放置一个伞形的金属保护棚架。由于该棚架的构造为一系列由一定间距排列的大惯性矩的钢管构成，可以有效地保护隧道下部地层的开挖工程顺利进行。

管棚的施工操作技术如下：首先，使用钻机打出一定深度的钻孔。其次，将所钻的钻孔一并插入于金属钢管之中。最后，使用注浆机将水泥砂浆或混合浆液压入，水泥砂浆或混合浆液凝固之后便可以正式进行隧道的开挖工程。

1.2.2 超前锚杆。

（1）超前锚杆的材料：超前锚杆一般主要使用普通的砂浆锚杆或药包锚杆、迈式锚杆，砂浆锚杆的适用范围

较广。

（2）超前锚杆的作用：另外，超前锚杆的作用为提前加固，它可以用于隧道开挖工程施工之前，通过使用超前锚杆，可以有效地加固周边环境，提高隧道的施工质量及施工效率。

1.2.3 小导管超前注浆。

（1）小导管超前注浆的适用范围及作用：小导管超前注浆法一般适用于碎石土及砾石土较多、风化较为严重或节理发育等软弱围岩条件下的隧道工程施工。它只需采用常规小型机械便可以进行施工，而且可以有效地保证隧道施工过程的安全性。加上小导管超前注浆法的操作简便性、良好的加固止水作用以及超前支护作用，目前它已广泛应用于稳定各大隧道围岩的稳定性工程中。

（2）小导管超前注浆的操作分析：小导管超前注浆法一般是通过沿着隧道开挖掌子面上所设计的开挖轮廓线之外0.2～0.3m处钻孔，并安装小钢花管进行高压注浆。注浆主要采用水泥及水玻璃作为浆液，可以有效地加固隧道内的松散围岩，等浆液达到一定强度后，便进行隧道工程的开挖。

1.2.4 深孔注浆。

（1）深孔注浆的分类及适用范围：深孔注浆一般主要分为两种方法，即深孔充填注浆与深孔劈裂注浆。它一般主要适用于断层破碎地带、软弱破碎围岩、地下水极发育或极易形成涌水、坍方的隧道工程。

（2）止浆墙的必要性及具体操作方法：止浆墙可以有效地避免隧道开挖面出现垮坍的现象，从而提高注浆的质量及隧道施工工程的安全质量。止浆墙的具体操作方法为：第一，在隧道开挖面钻孔，埋设注浆专用孔口管，并将钢筋网焊接于孔口管处。第二，将钢筋网网格间距设为30厘米，再喷射15～20厘米厚的C20级混凝土，从而形成止浆岩盘。

（3）注浆作业：注浆所需的材料主要分为三种：第一种主要为无机材料，其适用范围较广，主要包括水泥、水泥砂粉、水泥粘土、水泥-水玻璃等无机物。第二种为有机材料，但有机材料的价格较高，增加了施工成本。第三种为复合材料，其操作方法及劳动保护复杂，而且价格昂贵，使用性不高。注浆法一般采取分段累进注浆的方式，其具体操作方法如下所述：首先，通过将注浆混合器连接于孔口管上进行试压洗孔，以便清洗干净孔眼内的石渣。其次，对其大约注水两三分钟，确保围岩的空隙通畅；在注浆的过程中应当由专人记录好注浆的时间及注浆量、注浆时的压力变化情况，还有止浆墙、围岩、支护等的窜浆情况。最后，在注浆作业结束之后，必须将注浆部件拆洗，彻底清洗注浆机，防止注浆机损坏。

2 浅埋软弱围岩隧道施工监控量测技术

2.1 监控量测的目的和意义

2.1.1 监控量测通过及时掌握围岩位移和支护变形的动态，可以科学、合理地安排工序，以便及时修改支护参数。遇到突发情况时，可以通过监控量测及时查找原因，以便及时采取措施解决问题，提高隧道施工工程的安全性及经济效益。

2.1.2 监控量测有利于施工人员熟悉、了解本工程浅埋段围岩压力的基本特征以及支护的效果，并作为施工资料留存归档，供日后的工程参考。

2.2 浅埋软弱围岩隧道施工监控量测技术分析

浅埋软弱围岩隧道施工的监控量测技术主要应用于隧道施工前阶段及施工中阶段。

2.2.1 在施工前阶段的监控量测技术主要通过地质调查、直接剪切试验以及现场试验等方法确定隧道围岩的特征，其中包括鉴定隧道围岩的构造、物理性质等方面。

2.2.2 在施工中阶段的监控量测技术主要通过现场监视隧道的施工实际状态，包括检查超前锚杆的加固效果及松弛范围，量测坑道周边的位移情况、支护结构的内应力以及支护结构与围岩间的接触应力，以便及时控制变形情况并采取有效的措施修正，提高隧道施工工程的质量及安全性。

由于浅埋隧道软弱围岩的自承能力较低，极易导致地层变形，影响隧道工程的施工质量。因此，在进行浅埋隧道软弱围岩的施工时，必须结合超前支护方法以及监控量测技术，及时采取有效的措施，提高隧道工程的施工质量及其经济效益。

参考文献

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（责任编辑：叶小坚）