超前小导管在斜穿砂卵石隧道中的作用

时间: 作者:声测管厂家

超前小导管注浆支护是在隧道开挖前,沿洞周周 边向前方围岩内打入带孔小导管,并通过小导管向围 岩压注起胶结作用的浆液,待浆液硬化后,洞周周围岩 体就形成了有一定厚度的加固圈,通过压密、固结,达 到加固和堵水作用的一种支护形式。它在地质条件较 差的隧道施工中为安全进洞及坍塌处理创造了良好 的施工条件。

超前注浆小导管用热轧无缝钢管加工制成,直径 42mm,壁厚 4mm,长度为 4. 5m。小导管管壁钻注浆孔,孔径为 8mm,孔间距 10cm,呈 梅 花 形 布 置,尾 部 30cm 不钻注浆孔作为止浆段。施工时,小导管打入地 层后应对地层进行注浆,注浆材料采用纯水泥浆( W/C = 1. 0) ,注浆压力 0. 5 ~ 1. 0MPa; 如围岩裂隙较不发 育,整体性较好,可采用水泥砂浆( W/C = 0. 5 ~ 0. 8) , 以填充导管孔,注浆水泥强度为 42. 5。隧道超前小导管支护横断面图如图 1 所示。


隧道模型的距离尺寸,根据隧道围岩相互作用力 的情况选取。结合已有的经验隧道两侧取洞口的 3 倍距离,下边界到隧道底部距离也为洞口的 3 倍,上边界 取到自由面。边界条件的选取对隧道围岩受力的影响 非常大,依据岩体之间的相互作用关系,岩体左右两侧、下部及前后两侧取垂直于各面的约束,上部是自由面不存在约束。超前小导管注浆作用的区域看做整体 加固区考虑。围岩和超前小导管加固区采用固体单元 模拟,锚杆采用杆单元模拟,钢拱架采用梁单元模拟。模型计算只考虑在初始地应力的作用下,不考虑构造应力场及地下水等作用。


由图 2 ~ 图 4 可看出,第一步开挖后,洞室上部土 体颗粒在自重作用下向两侧滑移,在右侧部位产生的 最大横向位移值 2. 8mm,左侧最大位移值 - 2. 8mm。 隧道开挖到砂卵石层( 第十步) 时,由于砂卵石整体强 度和粘聚力比较小,横向位移逐渐增大。隧道完全开 挖后,围岩在砂卵石层最厚部位的隧道拱顶两侧一定 范围内横向位移较大。由于隧道开挖造成卸载作用, 第一步开挖后在砂卵石层厚度最大处的围岩急剧产 生较大的垂向位移。第二步开 挖后该处围岩位移变化不大并趋于稳定。模拟分析结 果表明,第 I 中工况和第 II 中工况下的围岩位移变化 规律基本一致,横向位移较小,垂向位移较大。

通过以上结论说明了超前小导管在控制隧道围 岩应力、减小塑性区方面发挥了重大作用,为隧道围岩 的稳定性和防止隧道塌方提供了安全保障。

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