超前小导管、超前锚杆、超前大管棚3种施工方案对比.pdf

小浪底北岸灌区隧洞工程不良地质超前支护方案为了加快隧洞施工进度和提高工效，针对隧洞中出现围岩情况差的不良地质情况，在不同情况下采用超前锚杆、超前小导管和超前大 管棚三种支护措施。一、支护方案简介及设计参数超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈 的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。在本项目中，超前锚 杆主要用在 V 级围岩上限(较好)段，施工时间较短；超前锚杆应配 合钢拱架或格栅拱架使用，设计参数如下：(1)采用直径25mm 螺纹钢，长度为 3.5m;(2)锚杆沿拱环向布置间距 30cm;(3)倾角：外插角 10-15。，可根据实际情况调整；(4)纵向间距 2.5m 一环，搭接长度不小于 1m;(5)注浆材料：M20 水泥浆。超前小导管主要用于自稳时间段的软弱破碎带、浅埋段、洞口偏 压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带等地段的预支护。在本项目中，超前小导管主要用在 V 级围岩下限(较差)段，施工时间较超前锚杆 长；超前小导管应配合钢拱架使用，设计参数如下：(1)采用外径42mmi 厚 3.5mm 无缝钢管，长度为 3.5m;(2)钢管钻设注浆孔间距为 100-150 mm;(3)钢管沿拱环向布置间距 30cm-50cm;(4)倾角：外插角 10-15。，可根据实际情况调整；(5)注浆材料：M20 水泥浆。超前大管棚是由钢管和钢格栅或钢拱架组成。管棚利用钢格栅拱 架，沿着开挖轮廓线，以较小的外插角向开挖面前方打入钢管，形成 对开挖面前方围岩的预支护。管棚适用于特别困难地段(如极破碎岩 体、塌方体、岩堆地段、砂土质地层、强膨胀性地层、断层破碎带、浅埋大偏压等围岩)的隧洞施工中采用。在本项目中，主要用在洞内 大型塌方，常规办法已无法处理的情况下，施工时间较长。具体设计 参数如下：(1)大管棚钻孔孔口位置沿隧洞拱部开挖轮廓线外 10cm 布置，环向中心间距 30cm 外插角约 7(可根据实际情况确定)，每环 17 根；(2)钢管采用外径108mn 壁厚 8mn 无缝钢管，每根长度为 10m 钢管分段安装，两端之间用89 钢管连接，套管长 50cm(3)钢管上注浆孔孔径 10 16mm 梅花型布置，间距 15 20cm 钢管尾部 2m 长不钻孔作为止浆段。(4)拱架上固定150 导向管，导向管环向间距 30cm 单根长 度以实际长度为准，用来控制超前大管棚的方向。(5)注浆浆液采用水泥浆，水灰比为0.5:1，当地下水较大，0.5-1MPa。注浆液改为水泥浆和水玻璃双浆液。注浆压力采用二、具体施工方法具体施工中的施工方法为：以本项目 10m 施工段为例，拱架间距设为 50cm(一)超前小导管：采用外径 42mm 厚 3.5mm 无缝钢管，单根长度为 3.5m，环向 间距30cm 小导管安设一般采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大 3-5mm 然后将小导管穿过已立好的钢架腹部，用锤击或钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的 90%(3.1 5 m)，并用高压风把钢管内内份 砂石吹出。小导管安设后，用朔泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管 附近及工作面喷射砼，以防工作面坍塌。隧洞的开挖长度应小于小导管的注浆长度(2.5m),预留部分作为下一循环的止浆墙。注浆完成后，以 50cm 的间距架立钢拱架，两榀钢拱架之间采 用20钢筋连接，20 连接筋间距 1m 内外交叉布置，每处钢拱架 拱脚处打20 锁脚锚杆 4 根以固定钢拱架。每榀钢拱架打 13 根25 砂浆锚杆，锚杆环向间距 1m 拱架架立完成后，在连接筋后部及时挂设间距20cm 的？6 钢筋 网，钢筋网搭接 12 个网格。对拱架喷射 C20 砼。重复步骤施工下一个循环。（二）超前锚杆 采用外径 25mn 螺纹钢，单根长度为 3.5m，环向间距 30cm。采用风钻进行钻孔，用锤击或钻机顶入，锚杆外漏长度适中，尾部与 钢架焊接。锚杆插入孔后并插入注浆管，然后将锚杆孔封闭，并与注浆机 连接，以防漏浆。隧洞的开挖长度应小于锚杆的注浆长度（2.5m）,预留部分作 为下一循环的止浆墙。注浆完成后，以 50cm 的间距架立钢拱架，两榀钢拱架之间采 用20钢筋连接，20 连接筋间距 1m,内外交叉布置，每处钢拱架 拱脚处打 20 锁脚锚杆 4 根以固定钢拱架。每榀钢拱架打 13 根25 砂浆锚杆，锚杆环向间距 1m 拱架架立完成后，在连接筋后部及时挂设间距 20cm 的？6 钢筋 网，钢筋网搭接 12 个网格。对拱架喷射 C20 砼。重复步骤施工下一个循环。（三）超前大管棚在已支护完成且并未塌方处立套拱 2 榀，2 榀套拱间距 1m 套 拱采用 I20的钢拱架，套拱拱顶距支护好拱架拱顶间距以实际施工情 况为准，2 榀套拱之间采用20 钢筋连接，连接筋环向间距 50cm 在套拱边墙打设 42 钢管来固定套拱拱架，42 钢管间距 1m;拱脚 加长 50cm 每处拱脚打设 42 锁脚锚管 4根，用来固定拱脚，然后 用 C25 混凝土浇筑，为超前大管棚施工做准备。在套拱拱架上固定 150 导向管，导向管环向间距 30cm 单根 长度以实际长度为准，用来控制超前大管棚的方向。导向管与拱架之 间每处用 2 根20 钢筋连接牢固。对大管棚孔位进行编号，从一侧顺次编号，钻孔时先从拱顶往 两侧钻编号为单号的孔，接着钻编号为双号的孔。同时进行钢花管的 加工，钢花管按照设计要求制作，采用108mm壁厚 6mm的热轧无 缝钢管，节长为 5m,108 管棚长 10m,嵌入围岩内 4mo 管棚环向间 距为 30cm,外插角 7。钢管上注浆孔孔径 1016mm梅花型布置，间距 1520cm。尾部 12m 范围内不钻孔作为止浆段，为防止浆液倒 流,每根管棚尾部均焊接有止浆阀。孔钻完成后，立即进行清孔，把按设计要求加工好的钢花管顶 入套管内，每钻完一根便顶进一根钢花管。108 钢花管之间用89 钢管连接。套管长 50cm。钢花管安装完成后进行注浆，注浆分两次进行，即第一次是编 号为单号的孔位钻孔及钢花管施工完成后，对编号为单号的孔位进行 注浆，第二次是编号为双号的孔位钻孔及钢花管施工完成后，对编号 为双号的孔位进行注浆;若单号孔位注浆不密实，可通过双号孔位注 浆填充密实;大管棚在注浆前要将钢花管与预埋导向管间空隙用水泥 砂浆封堵，避免漏浆。重复（一）类情况步施工。三、工程量与投资对比（1）工程量对比25 超前锚杆：环向间距 30cm,每根长 3.5m,每 2.5m 打设 1 循环，搭接1m 10m中共计为 4 循环，共计 3.5*4*（3.15*2.2/0.3）=14m/循环*23 根/循环=322m以每天施工 2m 为例，共计施工 10m 完成需要 5天。42 超前小导管：环向间距 30cm,每根长 3.5m,每 2.5m 打设 1 循环，搭接 1m 10m中共计为 4 循环，共计 3.5*4*（3.15*2.2/0.3）=14m/根*23 根/循环=322m以每天施工 2m 为例，共计 10m 施工完成 需要 5天。108 超前大管棚：环向间距 40cm,每根长为 10m,共计 10*（3.15*2.2/0.4）=10m 根*17 根=170m 施工准备计 2 天，每天施工超前大管棚 5 根，计 4 天，10m 开挖每天按 3m 算，需 3 天，共计10m 施工完成需要 2+4+3=9 天。（2）投资对比超前锚杆（D25/3.5m）:23 根/循环*4 循环*183.97 元/根（暂估 价）=16925元；超前小导管（管径 42mr）322m*50.87 元/m（暂估价）=16380 元；超前大管棚（108）:170m*266.06 元/m（暂估价）=45230 元对比量见下表项目名称25 超前锚杆43 超前小导 管108 超前大管 棚每 循 环 根循环数每根长度数（根）（个）（m2323174413.53.510共计（m322322170施工时间（天）559投资（元）169251638045230