1、前進式分段注漿是指經(jīng)超前探測確定隧道前方涌水量較大或發(fā)育較大規(guī)模不良地質(zhì)時，采取鉆、注交替作業(yè)的一種注漿方式，即在施工中，實施鉆一段、注一段，再鉆一段、再注一段的鉆、注交替方式進行鉆孔注漿施工。

2、每次鉆孔注漿分段長度3～5m。

(資料圖片)

3、前進式分段注漿可采用水囊式止?jié){塞或孔口管法蘭盤進行止?jié){。

4、前進式分段注漿鉆孔注漿施工模式圖如圖6-35。

5、前進式分段注漿施工工藝流程如圖6-36。

6、前進式分段注漿一般采取孔口管進行孔口連接和止?jié){，以下重點介紹孔口管的安設。

7、圖6-35 前進式分段鉆孔注漿施工模式圖圖6-36 前進式分段注漿施工工藝流程圖6.1.3.1 孔口管安裝方案在高壓富水區(qū)施作注漿堵水措施，成功快速牢固地安設好孔口管是注漿能否正常、安全進行的前提。

8、參照以往的施工經(jīng)驗，作者選擇了三種孔口管固定方案。

9、方案一是利用鉆孔，直接采用麻絲＋速凝高強水泥系材料固定孔口管，如圖6-37；方案二是利用鉆孔，采用麻絲＋錨桿固定孔口管，如圖6-38；方案三采取模筑混凝土直接將孔口管固定。

10、對三種孔口管固定方案進行比較分析，如表6-9。

11、表6-9 孔口管固定方案比較表圖6-37 方案一（單位：cm）圖6-38 方案二（單位：cm）①需占用較多的時間；②一旦施作后方案較難變更；③孔口管固定后，鉆機施鉆時對孔有影響。

12、經(jīng)對三種方案比較，從錨固力、可靠性、工期性等綜合考慮，以方案二作為首選方案進行試驗。

13、6.1.3.2 現(xiàn)場試驗2001年8月8日～9日在圓梁山隧道PDK353＋252～＋282段，2001年8月13日在圓梁山隧道PDK353＋276.6～＋306.6段超前探水孔施工時，對方案二進行了試驗。

14、現(xiàn)場試驗施工工藝流程如圖6-39。

15、按照施工工藝流程進行孔口管安設，之后根據(jù)開孔槽位置鉆設錨桿孔。

16、在施工中發(fā)現(xiàn)，施工中采用YT-28風鉆成孔，鉆孔精度較難控制。

17、鉆孔時鉆設了5個鉆孔，但只有一個孔能滿足要求，其余均無法準確固定孔口管。

18、對較差的固孔方式進行破壞試驗，由于基面不平整，拉力器支撐條件不能穩(wěn)固支撐，加上錨桿拉力器可移動距離較小，因而試驗過程中未能獲得拉拔力測試結(jié)果。

19、根據(jù)試驗中存在的問題，對方案二固孔方式進行了優(yōu)化：①擴大孔口管固定件開孔槽；②施工中頂進孔口管后，直接從孔口管固定件開孔槽中鉆孔并安設錨桿固定；③采用鉆機進行拉拔試驗。

20、隨后2001年8月18日在PDK353＋300.6～＋330.6段探水施工中，對孔口管按優(yōu)化方案進行試驗。

21、試驗中仍然存在錨桿孔鉆設困難的問題。

22、孔口管安設后，利用鉆機，采用鋼絲繩，用9MPa拉力無法將孔口管拉出。

23、根據(jù)現(xiàn)場鉆機的性能指標，拉力為21 kN。

24、經(jīng)對孔口管方案二（采用錨桿安裝）進行試驗，該方案具有以下缺點：①鉆設2 根錨桿耗時過長，約需2～3個小時；②錨桿鉆設時，鉆機需停止工作，使鉆注總時間受到影響；③由于鉆機移位比較困難，在鉆機不移動情況下，影響錨桿孔的鉆設；倘若移動鉆機則需耗時，且鉆機歸位后完全調(diào)整到原來的位置存在較大難度。

25、鑒于以上原因，認為方案二不適于快速施工，因而擬采用方案一進行試驗，并將固定方式優(yōu)化為采用錨固劑進行孔口管錨固。

26、圖6-39 現(xiàn)場試驗施工工藝流程圖6.1.3.3 孔口管安設方案設計計算及檢算對方案一進行孔口管安設方案進行設計計算及檢算。

27、（1）注漿孔密封及止?jié){系統(tǒng)設計根據(jù)經(jīng)驗公式P終＝P水＋2～4MPa，在注漿施工中考慮到巖溶水的最大壓力為4.6MPa，因此注漿系統(tǒng)所承受的最大壓力應為8.6MPa，據(jù)此可對注漿孔的封孔和止?jié){系統(tǒng)進行設計。

28、孔口管和圍巖固結(jié)模式如圖6-40。

29、圖6-40 孔口管與圍巖的固結(jié)模式圖（2）錨固能力計算注漿系統(tǒng)所用的孔口管與鉆孔圍巖的固結(jié)關系類似于錨桿的粘固作用。

30、錨桿的支護能力是錨桿對圍巖的最大錨固力。

31、1）拉拔試驗時錨桿的載荷分布。

32、假設絲扣的抗擠壓力、托板的承壓力都足夠，錨桿的抗拔能力主要取決于錨固劑的粘結(jié)力。

33、孔口管與鉆孔圍巖之間的間隙寬為定值，則粘結(jié)剪應力同孔口管與孔壁之間的相對位移成正比，如圖6-41。

34、則有地下工程注漿技術圖6-41 拉拔力試驗時錨桿受力圖地下工程注漿技術式中：s（x）為x點處孔口管與鉆孔壁之間的相對位移（m）；τ（x）為x點處錨固劑作用于孔口管表面的粘結(jié)力（MPa）；K1為錨固劑的剪切剛度（MPa）；K2為圍巖體的剪切剛度（MPa）；ε（x）為x點處桿體的拉應變；B為孔口管與鉆孔之間的間隙寬（m）。

35、地下工程注漿技術式中：F（x）為x點處孔口管的軸力（N）。

36、地下工程注漿技術聯(lián)立以上各式，可得地下工程注漿技術式中：c為積分常數(shù)。

37、可見，孔口管上的剪應力分布為負指數(shù)曲線。

38、a.當x＝0時，τ（0）＝c≤［τ］，［τ］為粘結(jié)強度。

39、b.當x＝1時， 。

40、在中硬巖條件下，錨桿長度達到錨桿直徑的15倍時，再增加錨固長度對提高錨桿的抗拔力已無作用；而在軟巖條件下，剪應力衰減較慢，增加錨固長度仍然可提高錨桿的抗拔力。

41、由于τ（0）≤［τ］，隨著拉拔力F（0）的增大，τ（0）也逐漸增大；當τ（0）＝［τ］時，錨固劑開始破壞。

42、錨固劑從孔口開始逐漸向深部破壞，最大粘結(jié)剪應力點也逐漸向深部轉(zhuǎn)移，當τ（x）與x 軸的積分面積最大時，拉拔力達到最大，拉拔試驗可以結(jié)束。

43、2）錨桿最大抗拔力計算。

44、假設錨固劑破壞到錨固長度中點，抗拔力F1max達到最大，則：地下工程注漿技術式中：α為殘余粘結(jié)剪應力系數(shù)，通常取1.5；l為錨固段長（m）。

45、錨桿的抗拔力隨錨固長度的增加而增大，若取l＝150m，則對于軟巖，最大抗拔力為：地下工程注漿技術對于中硬巖，最大抗拔力F1max為：地下工程注漿技術3）錨桿實際承載分析。

46、為便于計算錨桿粘錨能力，假設圍巖塑性區(qū)已超過錨桿錨固長度，錨桿全長受到粘結(jié)剪應力，中性點位于錨固段中間，以錨桿的最大軸力Fmax，即中性點處的軸力來表示錨桿的粘錨能力，則有：地下工程注漿技術4）錨桿粘錨能力計算結(jié)果a.軟巖地下工程注漿技術b.中硬巖地下工程注漿技術在中硬巖情況下，粘錨能力是抗拔力的1.04～1.67倍，軟巖情況下，粘錨能力是抗拔力的0.47～0.64倍。

47、由此即可根據(jù)抗拔力來估算粘錨能力。

48、根據(jù)對樹脂錨桿抗拔力的測定結(jié)果，在中硬巖條件下，其抗拔力為160kN，可見鉆孔與孔口管的粘錨力應在160 kN以上。

49、（3）可靠性檢算鑒于圓梁山隧道高水位巖溶地段隧道圍巖的性質(zhì)主要為灰?guī)r，為中硬以上的巖層，因此作為止?jié){系統(tǒng)的注漿孔口管裝置在高水壓條件下可能的破壞形式主要有以下兩種情況：1）鉆孔內(nèi)的孔口管被拉斷。

50、由于孔口管選用碳素鋼，其極限抗拉強度假設為［σt］＝200MPa，則孔口管被拉斷所需的力為F拉＝［σt］·S套筒＝ π（0.0542-0.0482）·200×103＝ 384.5 kN2）粘結(jié)破壞。

51、這種破壞主要有三種情況：孔口管-錨固劑接觸面破壞；圍巖-錨固劑接觸面破壞；破壞面深入到圍巖內(nèi)數(shù)毫米，常發(fā)生在軟弱圍巖，一般軟巖的抗剪強度小于7MPa，錨固劑與圍巖的粘結(jié)強度為5～16MPa，錨固劑與孔口管的粘結(jié)強度為6.73～16.7MPa。

52、當孔口管管受力達到最大值8.6MPa時，孔口管受到沿鉆孔孔壁向外的力為F推＝ p·S注漿管＝ 8.6×103×π×0.0482＝ 62.25 kN根據(jù)拉拔試驗結(jié)果，孔口管的拉拔力可達160kN，由于是在中硬巖條件下，其錨固力應在160 kN以上，遠大于62.25 kN的孔口管推力。

53、因此孔口管與鉆孔的錨固力足夠。

54、由于孔口管所受的最大推力僅為62.25kN，遠小于孔口管所能承受的最大抗拉力384.5kN，因此不可能發(fā)生孔口管的拉斷破壞。

55、綜上可見，在采用樹脂錨固的條件下，孔口管與鉆孔圍巖的粘固是足夠可靠的，而且尚有較大的富裕系數(shù)。

56、盡管在中硬巖條件下，錨固長度達到錨桿直徑（孔口管）的15倍時，再增加錨固長度對提高錨桿的抗拔力已無作用，但錨桿的粘錨能力卻總與錨桿直徑、錨固長度成正比。

57、因此，增加孔口管及錨固長度是孔口管裝置的可靠性是有利的。

58、但是，孔口管過長不僅浪費大量的樹脂，而且也給施工造成諸多不便，因此確定本工程中的孔口管錨固長度為1.5 m。

59、根據(jù)試驗結(jié)果可對其進行調(diào)整。

60、（4）錨固及鉆孔止?jié){系統(tǒng)設計根據(jù)上述分析和計算結(jié)果，錨固系統(tǒng)的有關參數(shù)確定為：①鉆孔直徑為130mm；②孔口管外徑為108mm，孔口管內(nèi)徑為96mm，宜選用碳素鋼；③孔口管與鉆孔孔壁之間的間隙由樹脂充填；④孔內(nèi)孔口管長度及錨固長度為1500mm。

61、6.1.3.4 現(xiàn)場試驗及方案確定2001年10月29日，在圓梁山隧道PDK353＋704.6～＋734.6探水孔施工中，采用計算結(jié)果進行試驗。

62、安設工藝試驗取得了較滿意的效果，但由于工作面不具備抗拔力測試條件，因而未進行拉拔力測試。

63、于是現(xiàn)場采取注漿試驗，當采用8.6MPa注漿壓力時，持續(xù)30min未發(fā)現(xiàn)孔口管有破壞現(xiàn)象，據(jù)此，確定了孔口管安設方案，安裝設計如圖6-42。

64、圖6-42 孔口管安裝設計圖（單位：mm）（1）機具材料孔口管安設機具材料如表6-10。

65、表6-10 孔口管安設機具材料（2）施工工藝流程施工工藝流程如圖6-43。

66、1）孔口管加工：采用?108mm無縫鋼管加工制作，長度1.5 m，一端焊接法蘭盤。

67、2）封堵：采用水泥∶砂＝1∶3的水泥砂漿封堵孔口管前端，封堵長度15cm，封堵時要搗固密實。

68、3）鉆孔：采用MKD-5S鉆機和?130mm鉆頭進行鉆孔，鉆孔深度1.4 m。

69、4）裝錨固劑：將30節(jié)不飽和聚酯樹脂錨固劑（或普通水泥落包錨固劑）放入孔口內(nèi)。

70、圖6-43 孔口管施工工藝流程圖5）頂管：采用鉆機將孔口管頂入鉆孔中。

71、6.1.3.5 現(xiàn)場應用在工程隨后的注漿施工中，作者采取研究的孔口管安裝方案。

72、現(xiàn)場采用6～9MPa注漿終壓進行壓力控制，未出現(xiàn)孔口管破壞現(xiàn)象，可見，所研究的孔口管安裝方案達到了快速、安全的目的，值得在今后類似工程中推廣應用。

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