超前預支護技術在破碎或松散地層、自穩(wěn)能力差的隧道施工中被廣泛采用?，F(xiàn)代常用的超前預支護方法有超前錨桿、超前小導管、水平旋噴注漿、機械預切槽法和超前管棚法。

一 、超前錨桿

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

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

3、設計及施工要點：超前長度：循環(huán)進尺的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

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板;形成棚架，對前方圍巖進行預支護;在管棚預支護保護下開挖。

2、性能特點及適用條件：特點是整體剛度大，對圍巖變形限制能力較強;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格;洞口圍巖軟弱破碎。

3、設計及施工要點：

●工藝：設置管棚基底-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、超前小導管注漿

1、概念及構造組成：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管;由上而下向小導管內(nèi)壓漿，滲透到地層中;漿液硬化后，在隧道周圍形成一個加固圈;在此加固圈防護下安全開挖。

2、性能特點及適用條件：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

(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：應采用來源廣價格便宜的注漿材料。

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，應優(yōu)選水玻璃類或木胺類漿液。

●細、粉砂層、細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(xiàn)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?jié){墻。

四、超前深孔帷幕注漿(預注漿加固圍巖)

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)進行開挖作業(yè)。

2、注漿機理及適用條件：

注漿機理分為二種：

..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。

工作面預注漿

3、注漿方式：

用預注漿加固圍巖的三種方式：

●在開挖工作面上打超前長導管注漿;

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

●設置平行導坑，然后由平行導坑向正洞所在區(qū)域鉆孔注漿，適用于上述二種都有困難，經(jīng)技術經(jīng)濟比選后選用。

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)實踐經(jīng)驗.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，可以按巖體力學和彈塑性理論計算出開挖坑道后圍巖的壓力重力分布結果，并確定其塑性破壞區(qū)的大小(R0—r0)，這也就是應加固區(qū)的大小。

5、注漿數(shù)量控制

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

●現(xiàn)代注漿技術都是采用定壓和定量相結合的方法，也就是注漿的數(shù)量基本是固定的。這個數(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。

這個百分數(shù)在砂層可高達40%，而裂隙巖體也許只為5% ，具體計算公式如下：