超前管棚法加固机理及其应用实例.docVIP

超前管棚法加固机理及其应用实例摘要：介绍了超前管棚法的加固机理和施工效果检查。并结合北京地铁西单车站的施工实例说明了超前管棚即采用大管棚+地表注浆处理塌方体的方法在超前支护体系中重要作用。 关键字：超前管棚 支护 加固 Abstract: The article introduces the advanced reinforced mechanism of pipe roof method and construction effect inspection. Combined with the Xidan subway station construction of Beijing examples to explain the advanced reinforced mechanism of pipe roof method plays an important role in the Advanced supporting advance system. Key word: advanced pipe roofsupportingreinforcement 中图分类号： TU94+2文献标识码：A文章编号： 1.管棚法的支护机理 管棚法是地下结构工程浅埋暗挖时采用的一种超前支护技术,其实质是在拟开挖的地下隧道或结构的衬砌拱圈隐埋弧线上,预先设惯性力矩较大的厚壁钢管,起临时超前支护作用,防止土层坍塌和地表下沉,以保证掘进和后续支护工艺安全运作。当遇到软岩破碎地层时,管棚结合围岩预注浆可成为有效的施工方法(管棚注浆法)。由于该工法具有不需要大型机具设备、工艺简单、见效快等特点,因此在地下工程软弱围岩施工中被广泛采用。采用管棚注浆法能显著抑制松软地层的变形,减少隧道初期支护结构的变形和受力。 1.1加固圈的形成 加固圈的形成管棚注浆法中钢管是沿隧道开挖轮廓周边,间隔一定的间距,沿洞轴以一定的外插角呈外插状分布。钢管起双重作用,一是起超前管棚作用;二是起注浆管的作用。这样通过注浆加固围岩,拱顶以上被加固密实,形成结实体,整体稳定性增大,加之管棚的临时支护作用,可达到理想的开挖条件。管棚注浆通常采用单排管,若假定浆液的扩散半径为R,相邻两注浆孔间距为S,则可计算出加固圈的厚度E值,即： 1.2加固作用机理研究 对于松散地层,隧道开挖后,围岩会发生片帮冒顶,形成松动压力,其中比较有代表性的理论是岩柱理论和普氏压力拱理论。岩柱理论认为在松散地层开挖后,由于洞顶下沉及岩柱两侧摩擦力的存在,使顶部岩体卸载,而两侧岩层加载,该理论适合于埋深极浅的隧道。根据岩柱理论,隧道开挖后边墙侧压很大,故应加强对隧道墙部的支护。普氏理论适合于埋深较浅的隧道.普氏理论认为,隧道开挖后,顶部岩体失去稳定,产生坍塌,并形成自然拱。随之,隧洞两侧由于应力集中而逐渐破坏。因此,顶部坍塌进一步扩大形成塌落拱。见图1,如果隧道开挖后及时支护,按照挡土墙原理,侧面岩石的破裂面与垂直轴的夹角为 ,顶部的破坏则介于自然拱和塌落拱之间,而破坏拱以内的岩石自重即为作用在隧道支护上的围岩压力。根据普氏理论，对上覆围岩破碎且埋深较浅的隧道，隧道开挖后，拱部易形成坍塌拱，因此应加强对隧道拱顶的支护。采用管棚注浆法进行超前预定加固时，加固圈将起到“承载拱”的作用，承受拱上部的岩层重量，使拱内部围岩与支护系统处于免压状态，拱内部围岩与支护系统受到的力仅是由于拱向隧洞方向的变形引起的形变压力。当管棚为惯性力矩较大的厚壁钢管，且沿隧道开挖轮廓周边密布时，加固圈的变形较小,因此隧道支护结构所承受的上部荷载大大减小。 另外，在管棚进口端一般加有套拱基础,另一端伸入到隧道围岩较为完整、坚硬处,这样就可以对上部破碎软弱岩石形成一个稳定的超静定支撑结构。根据理论研究可以认为一端为固定端，另一端为可动铰支。对它的承力计算也是基于这个模型。 2.管棚施工的方向控制及管棚效果检查 2.1管棚方向的控制措施 a)套拱工字钢架必须制作良好,不能出现变形和误差。 b)安放拱架时,底面要铺垫一定厚度的混凝土垫层,其作用一是防止拱架下沉,二是便于放线定位,要求垫层平整度在3ｍｍ以内。 c)钻孔作业在套拱强度达70%后方可进行。d)钻孔时应自下而上进行,使下部注浆体有力地支托上部的钻进和顶管,防止下扰。 2.2管棚效果检查 (a)检测项目的确定 在施作预支护的隧道工程中，应设置专门的检测项目。管棚施工地段，要求检测的项目较多。其中拱顶下沉和净空变化为必测项目，其余的检测项目只可适当减少些测点，但属于不可缺少项目。 (b)检测的目的 1)实测预支护系统中各构件的应力、应变和荷载数值。可直接与各构件