超前預(yù)支護(hù)技術(shù)在破碎或松散地層、自穩(wěn)能力差的隧道施工中被廣泛采用。現(xiàn)代常用的超前預(yù)支護(hù)方法有超前錨桿、超前小導(dǎo)管、水平旋噴注漿、機(jī)械預(yù)切槽法和超前管棚法。

一 、超前錨桿

1、構(gòu)造組成：沿開挖輪廓線，以外插角向前方安裝錨桿，形成預(yù)錨固;在圍巖錨固圈保護(hù)下開挖。

2、性能特點(diǎn)及適用條件：特點(diǎn)是柔性較大，整體剛度較小;適用于地下水較少的軟弱圍巖;

3、設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)：超前長度：循環(huán)進(jìn)尺的3~5倍，宜3~5m;環(huán)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(hù)

1、構(gòu)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板;形成棚架，對前方圍巖進(jìn)行預(yù)支護(hù);在管棚預(yù)支護(hù)保護(hù)下開挖。

2、性能特點(diǎn)及適用條件：特點(diǎn)是整體剛度大，對圍巖變形限制能力較強(qiáng);能提前承受早期圍巖壓力。適用于圍巖壓力來得快、來得大;對圍巖變形及地表沉降要求嚴(yán)格;洞口圍巖軟弱破碎。

3、設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)：

●工藝：設(shè)置管棚基底-水平鉆孔-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(huán)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：工字鋼或鋼格柵

●鉆孔平面誤差：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(jié)逐段接長，連接頭用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度不小于15cm

三、超前小導(dǎo)管注漿

1、概念及構(gòu)造組成：開挖前用5~10cm厚噴混凝土將開挖面和5m范圍內(nèi)隧道封閉;然后沿隧道周邊打入帶孔的縱向小導(dǎo)管;由上而下向小導(dǎo)管內(nèi)壓漿，滲透到地層中;漿液硬化后，在隧道周圍形成一個(gè)加固圈;在此加固圈防護(hù)下安全開挖。

2、性能特點(diǎn)及適用條件：加固和堵水;適用于一般軟弱破碎圍巖和地下水豐富的軟弱破碎圍巖。

3、布置及安裝：

●小導(dǎo)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(cuò)鉆眼，眼孔直徑6~8mm

●鉆孔直徑：比管徑大20mm以上

●環(huán)向間距：一般20~50cm

●外插角：10~30度，一般15度

●小導(dǎo)管應(yīng)外露一定長度，以連接注漿管，并用塑膠泥封堵導(dǎo)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

(1)種類及適用條件

●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(shù)大于5×10-4m/s時(shí)：應(yīng)采用來源廣價(jià)格便宜的注漿材料。

一般無水松散地層：優(yōu)選單液水泥漿

無水強(qiáng)滲透地層：優(yōu)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(shù)大于1×10-4m/s時(shí)，應(yīng)優(yōu)選水玻璃類或木胺類漿液。

●細(xì)、粉砂層、細(xì)小裂隙巖層及斷層弱透水地層：選滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學(xué)漿液，如聚氨酯類或超細(xì)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(jié)時(shí)間時(shí)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(shè)備良好，工作壓力滿足壓力要求，并進(jìn)行現(xiàn)場試運(yùn)轉(zhuǎn)。

●注漿壓力：一般0.5~1.0MPa。

●要求單管注漿擴(kuò)散到管周0.5~1.0m的半徑范圍。

●要控制注漿量。

●注漿效果檢查：鉆孔檢查或超聲波探測。

●注漿后開挖時(shí)間：水泥-水玻璃漿4h，水泥漿8h。

●開挖長度應(yīng)保留一定長度的止?jié){墻。

四、超前深孔帷幕注漿(預(yù)注漿加固圍巖)

1、概念：在掌子面前方的圍巖中注漿，提高地層強(qiáng)度和穩(wěn)定性，降低滲透性，形成較大范圍筒狀封閉加固區(qū)，在其范圍內(nèi)進(jìn)行開挖作業(yè)。

2、注漿機(jī)理及適用條件：

注漿機(jī)理分為二種：

..種：包括“浸透”注漿、“裂縫”注漿和“空穴”注漿。適用于破碎巖體、砂卵石地層、中、細(xì)粉砂層等

第二種：“劈裂”注漿：適用于粘性土地層，先劈裂再充填，起擠壓加固作用。

工作面預(yù)注漿

3、注漿方式：

用預(yù)注漿加固圍巖的三種方式：

●在開挖工作面上打超前長導(dǎo)管注漿;

●從地表向隧道所在區(qū)域打幅射狀或平行狀鉆孔注漿(圖6-92b)適用于淺埋隧道;

●設(shè)置平行導(dǎo)坑，然后由平行導(dǎo)坑向正洞所在區(qū)域鉆孔注漿，適用于上述二種都有困難，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選后選用。

4、注漿孔距和加固范圍：

確定注漿孔距的理論公式很多，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn).大取1.5m。

為了確定加固范圍，即確定圍巖塑性破壞區(qū)的大小，可以按巖體力學(xué)和彈塑性理論計(jì)算出開挖坑道后圍巖的壓力重力分布結(jié)果，并確定其塑性破壞區(qū)的大小(R0—r0)，這也就是應(yīng)加固區(qū)的大小。

5、注漿數(shù)量控制

●注漿數(shù)量應(yīng)根據(jù)加固區(qū)需充填的地層孔隙數(shù)量來確定。

●現(xiàn)代注漿技術(shù)都是采用定壓和定量相結(jié)合的方法，也就是注漿的數(shù)量基本是固定的。這個(gè)數(shù)量按漿液需填充的孔隙數(shù)量選定，而且常以被處理圍巖總體積的百分比數(shù)表示。

這個(gè)百分?jǐn)?shù)在砂層可高達(dá)40%，而裂隙巖體也許只為5% ，具體計(jì)算公式如下：