1.超前锚杆加固前方围岩

（1）构造组成及作用。

超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，在开挖面前方一定范围内安装的斜向锚杆。超前锚杆可以形成对前方围岩的预锚固，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖等作业。这是一种先加固后开挖的逆序作业，即锚杆安装先于岩体开挖，故称为超前锚杆。

（2）性能特点及适用条件。

超前锚杆可以与系统锚杆焊接，以增强其整体加固作用，但由于超前锚杆的柔性较大而整体刚度较小，因此其对前方围岩的整体加固效果一般，而且加固范围也有限，所以超前锚杆主要适合用于应力不太大、地下水很少的一般软弱破碎围岩的隧道工程中，如土（砂）质地层、弱膨胀性地层、流变性较小的地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带等围岩条件，以及浅埋无显著偏压的隧道，且一般应与系统锚杆同时使用，形成联合支护。在应力较大的严重软弱破碎围岩中，超前锚杆的后期支护刚度有些不足，因此不宜使用。

（3）设计、施工要点。

①超前锚杆的超前加固范围，即锚杆加固的超前长度、加固圈厚度，应视围岩工程地质条件、坑道断面大小、掘进循环进尺和施工条件而定。可根据要求的超前加固范围确定相应的超前量、外插角、环向间距、锚杆直径、锚固方式等参数。一般情况下，超前长度宜为循环进尺的3～5倍，外插角宜为10～30°，搭接长度宜为超前长度的40%～60%，即大致形成双层锚杆。

②同一层超前锚杆的环向间距宜为0.3～1.0 m；相邻两层锚杆应环向错列，以便于与呈梅花形布置的系统锚杆相协调和连接。

③超前锚杆材料可用直径不小于22 mm的螺纹钢筋，宜用早强水泥砂浆全长黏结式锚固。

④超前锚杆的安装误差：一般要求孔位偏差不超过10 cm，外插角偏差不超过2°，实际锚固长度不小于设计锚固长度的96%。

⑤开挖时，应注意保持开挖面落后于超前锚杆加固的超前量，即保证开挖面前方留有一定长度的锚固区，以使前方尚未加固的围岩在开挖面岩体的覆压作用下不出现坍塌，且使超前锚杆的前端有一个临时支点。若开挖面出现滑塌现象，则应及时喷射混凝土，封闭开挖面，并尽快打入下一排超前锚杆，然后才能继续开挖。下一循环的开挖应考虑适当缩短掘进循环进尺。

⑥开挖后，应及时且尽可能多地将超前锚杆的尾端与系统锚杆及钢筋网焊接，并尽快施作喷射混凝土，以充分发挥它们的联合支护效应和封闭支护作用。

⑦在施工过程中，应密切注意观察锚杆变形及喷射混凝土层的开裂、起鼓等情况，以掌握围岩动态，及时调整开挖及支护参数。如遇少量地下水出露，一般可钻孔引排，但应密切注意地下水是否变混及流量增减情况。必要时，应在洞内钻孔进行超前地质探查，以便针对突然出现的不良地质情况，制定相应的预备施工方案和紧急处理措施。

2.超前管棚支护前方围岩

（1）构造组成及作用。(www.daowen.com)

对于软弱破碎围岩，为阻止围岩掉块、坍塌，以及流砂、突泥，应考虑向开挖面前方打入钢管，形成纵向超前管棚，并在逐步开挖的过程中，逐榀架设钢拱架、挂钢筋网和喷射混凝土。

超前管棚是沿开挖轮廓线以较小的外插角在开挖面前方打入钢管，与钢拱架构成的一种钢结构棚架，简称超前管棚。超前管棚可以预先支护开挖面前方的围岩，然后在其保护下进行开挖等作业。这是一种先支护后开挖的逆序作业，即管棚安装先于岩体开挖，故称为超前管棚。

（2）性能特点及适用条件。

管棚因采用先行插入前方围岩的钢管作纵向支撑，又采用钢拱架作环向支撑，并采用锚杆、钢筋网和喷射混凝土作为连接和整合介质，整体刚度较大，限制围岩变形的能力较强，且能提前承受早期围岩压力。因此，管棚主要适合用于早期围岩压力来得快且较大的软弱破碎围岩，且对围岩变形及地表下沉有较严格要求的隧道工程中，如土（砂）质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的地层、断层破碎带等围岩条件，以及浅埋有显著偏压的隧道。

在这些地层中，若存在地下水，则需要同时考虑水的危害程度和类型，采取有效措施进行治理。若水量不大、水压力不大，补给源又很有限，则一般不会造成大规模的水土流失或围岩坍塌，此种情况应考虑按照“以排为主，排堵结合，先排后堵，分开实施”的原则进行治理，即主要将注浆工序从开挖和初期支护作业循环中分离出来，主要靠初期支护和超前小导管形成的小管棚来维护工作面的稳定和施工安全，待小管棚形成并与开挖面有一定距离后，再择机实施注浆，实现堵水和加固围岩的目的。此时可能需要适当加密管棚，即减小钢管环向间距、钢拱架纵向间距。

若水量较大、水压力较大，补给源又很丰富，则应按照“以堵为主，坚决封堵，先堵后挖，防突防涌”的原则进行治理，即将管棚与注浆相结合，形成超前小导管注浆或超前深孔帷幕注浆，封堵地下水，减少水土流失，避免大规模围岩坍塌，防止涌水、突泥。

（3）设计、施工要点。

①超前管棚支护结构一般按松弛荷载理论进行设计。采用长度小于10 m、较小直径钢管的称为短管棚或超前小导管；采用长10～45 m、较大直径钢管的称为长管棚或超前大管棚。管棚采用的钢插板长度一般不超过10 m。

②管棚的结构形式及各项技术参数要视围岩工程地质条件和施工技术条件而定。长棚管长度不宜小于10 m，管径为70～180 mm，孔径比管径长20～30 mm，环向间距为0.2～0.8 m，外插角为1°～2；两组管棚间的纵向搭接长度不应小于15 m；钢拱架常采用工字钢拱架或格栅钢架。

③短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较多，但因钢管较短，其钻孔安装或打入安装均较容易。

④钢拱架应安装稳固，垂直度允许误差为±2°，中线及高程允许误差为±5 cm。钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架的腹筋。为保证钢管不侵入开挖轮廓线以内且不至于使外插角过大，钻孔方向应用测斜仪检查控制。孔口在开挖面上的位置误差不得大于15 cm，角度误差不得大于0.5°。

⑤长钢管应用4～6 m的管节逐段接长，第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利于导向插入。

⑥当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆。一般在第一节管的前段管壁交错钻φ10～15 mm的孔若干，以利于排气和出浆；或在管内安装排气导管，浆注满后方可停止压注水泥砂浆，应用牛角泵或其他能满足要求的设备灌注。砂浆强度等级为M20～M30，并适当加大灰砂比。

⑦钻孔时，如出现卡钻或坍孔现象，应注浆后再钻，对有些土质地层则可直接将钢管顶入。