前面介绍隧道开挖方法时，都假定开挖面和开挖后的坑道能够暂时稳定，但事实并非如此，特别是对软弱围岩。因此需要采取一些围岩预加固或预支护技术，控制和减少坑道开挖后周边收敛变形，防止隧道坍塌。
施工中常用的辅助稳定措施：
稳定工作面：预留核心土挡护开挖面、喷射混凝土封闭工作面；
超前锚杆；
管棚超前支护前方围岩：小导管、大管棚。
水平旋喷超前预支护；
预切槽超前预支护；
注浆加固围岩和堵水：超前小导管注浆、超前深孔帷幕注浆。
超前锚杆是指沿开挖轮廓线，以一定的外插角，向开挖面前方钻孔安装锚杆，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。
性能特点及适用条件：
柔性较大，整体刚度较小；
它主要适用于地下水较少的破碎、软弱围岩隧道工程。如：裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋无显著偏压的隧道；
采用风枪、凿岩机或专用的锚杆台车钻孔，锚固剂或砂浆锚固，其工艺简单、工效高。
超前长度为循环进尺的3～5倍，环向间距0.3～1.0m；外插角10°～30°；搭接长度为超前长度的40％～60％左右；
宜用早强砂浆全黏结式锚杆，锚杆材料可用不小于直径22mm的螺纹钢筋；
安装孔位偏差不超过10cm，外插角不超过1°～2°，锚入长度不小于设计长度的96％。
开挖时应注意保留前方有一定长度的锚固区，以使超前锚杆的前端有一个稳定的支点，其尾端应尽可能多的与系统锚杆及钢筋网焊连；
开挖后应及时喷射混凝土，并尽快封闭环形初期支护。
开挖过程中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。
管棚超前支护作为地下工程辅助施工方法，是在地质条件恶劣和特殊条件下作为安全开挖预先提供增强地层承载力的临时支护方法，对控制塌方和抑制地表沉陷有明显的效果，是防止地中及地面结构物开裂、塌倒的有效方法之一。
由于其施工精度要求高、要求专用设备、造价高、速度慢、纵向搭接设置第二排管棚难度大等原因，一般只在特殊地段采用。
定义：管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。长度小于10m的叫短管棚，10～45m之间且较粗的钢管叫长管棚。
性能特点及适用条件：管棚采用钢管或钢插板作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期的围岩压力。管棚主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱、破碎围岩隧道工程中。
管棚的布设：在隧道洞口、浅埋段、拱顶地质松软易塌落、下穿公路与建（构）筑物、地表沉降要求严格的地段，沿着隧道断面周边的一部分或全部，以一定的间距环向布设，以形成管棚群。
沿周边布设的长度及形状，主要取决于地形、地层以及地中或地面和周围建（构）筑物的状况，一般采用以下几种形状。
管棚的布设：
(1)扇形布设：用于隧道断面内地层比较稳定，但拱部附近的地层不稳定的场合。
(2)半圆形布设：用于隧道下半部地层稳定，但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外，即使地层比较稳定，但地表周围有结构物、埋深很小时，也多采用此种布设。
(3)门形布设：隧道基础稳定，但断面内地层及上部地层不稳定时采用。
(4)全周布设：用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。但不提倡采用全周布设，用垂直底部和边墙的锚杆注浆取代，效果更好。
(5)上部一侧布设：隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需防护，或斜坡地形可能形成偏压时采用。
(6)上部双层布设：用于隧道上部有重要设施，拱部地层是崩塌性的、不稳定的地段，或地铁车站等大断面隧道施工或突破水下段施工时采用。
(7)一字形布设：在铁路、公路正下方施工，或在某些结构物下方施工时采用。
长管棚长度一般为10～45m；管径70～180mm；孔径比管径大20~30mm，环向间距0.2～0.8m，外插角1°～2°；
两组管棚间的纵向搭接长度不小于1.5m；
第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利导向插入；要打一眼，装一管，由上而下顺序安装；
长钢管应用4～6m的管节逐段接长，打入一节，再连接后一节，连接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15cm；为保证受力的均匀性，钢管接头应纵向错开；
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10～15mm孔若干，以利排气和出浆，或在管内安装出气导管，浆注满后方可停止压注。
超前注浆小导管是在开挖前，沿坑道周边，向前方围岩钻孔并安装带孔小导管，或直接打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈；在此加固圈的保护下即可安全进行开挖等作业。
性能特点及适用条件：
浆液被压注到岩体裂隙中并硬化后，不仅将岩块或颗粒胶结为整体起到了加固作用，而且堵塞了裂隙，阻隔了地下水渗流的通道，起到了堵水作用。
超前注浆小导管不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于含水的软弱破碎围岩。
小导管布置和安装：
小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射5~10cm厚的混凝土封闭；
导管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的无缝管，长度3~6m，前端做成尖锥形；
钻孔直径较管径大35mm以上，环向间距采用35~50cm；外插角3~15°。
注浆材料：
无水的松散地层，优先选用单液水泥浆；有水的强渗透地层，选用水泥-水玻璃浆液；断层带优先选用水玻璃类和木胺类浆液；
弱渗透地层，选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚氨酯类、超细水泥浆；不透水的粘土层采用高压劈裂注浆；
注浆材料的配比应根据地层情况和胶凝时间要求，经试验确定。
注浆：
注浆压力0.5~1.0MPa；一般要求单管注浆能扩散到管周0.5~1.0m的半径范围；
注浆结束，做一定数量的钻孔检查或声波探测仪检查注浆效果；
注浆后视浆液种类，等待4h（水泥-水玻璃浆）~8h（水泥浆）方可开挖，开挖长度不宜太长，以保留一定长度的止浆墙。
五、注浆工法
注浆是将注浆材料按一定配合比制成的浆液，通过一定的方式压入隧道围岩或衬砌背后的空隙中，经凝结、硬化后起到堵水和加固围岩作用的一种辅助施工方法。
围岩注浆的作用有：加固围岩，增强围岩的自身强度、承载能力、自稳能力；提高围岩的密实性，减少地下水的渗量，承担外水压力；减轻初期支护喷射混凝土层承受的外荷载，降低其刚度，增强其柔性，提高其抗渗能力。
注浆机理及适用条件：
渗透注浆：适用有一定渗透性的地层，如破碎岩层、砂卵石层、中细沙层等；采用中低压力将浆液压注到地层中的空穴、裂缝、孔隙里，凝固后将岩土或土颗粒胶结成整体，以提高地层的稳定性和强度。
劈裂注浆：对于颗粒更细的粘土质不透水地层，采用高压浆液强行挤压孔周，在注浆压力的作用下，浆液作用的周围土体被劈裂并形成裂缝，通过土体中形成的浆液脉状固结作用对粘土层起到挤压加固和增加高强夹层加固作用，以提高其强度和稳定性。
压密注浆：即用浓稠的浆液注入土层中，使土体形成浆泡，向周围土层加压使土层得到加固。
高压喷灌注浆：通过灌浆管在高压作用下，从管底部的特殊喷嘴中喷射出高速浆液射流，促使土粒在冲击力、离心力及重力作用下被切割破碎，随注浆管的向外抽出与浆液混合形成柱状固结体，以达到加固之目的。
深孔预注浆一般可超前掌子面30~50m，可以形成有相当厚度和较长区段的筒状加固区，从而使得堵水的效果更好，也使得注浆作业次数减少，它更适用于有压地下水及地下水丰富的地层中，也更适用于采用大中型机械化施工。
如果隧道埋深较浅，则注浆作业可在地面进行；对于深埋长大隧道可利用辅助平行导坑对正洞进行预注浆，这样就可以避免与正洞施工的干扰，缩短施工工期。看几幅图！
注浆方法：
注浆方法主要包括小导管预注浆工法、帷幕注浆工法、径向局部注浆工法、地表旋喷桩加固工法等。
（1）小导管预注浆工法
隧道周围小导管注浆，是在开挖面前方，沿隧道开挖轮廓线外钻孔安管注浆，起稳定开挖面和止水作用，同时小导管还起到超前管棚支护作用。该工法具有施工设备少、工艺简单、成本低、质量可靠、安全等特点。
在隧道开挖前，沿开挖面的拱部外周打入直径为38~70mm的钢管，压注浆液，开挖时用钢架支护等支承这种钢管。小导管预注浆法适用于拱顶薄层松软带、断层破碎带、有地下水影响的地质下稳定、易于塌落掉块的Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道段，它常同台阶法施工配合使用。
拱脚径向小导管注浆法还具有锁脚锚杆的功能，对防止正台阶落底时的下沉非常有利。
（2）帷幕注浆工法
帷幕注浆是在隧道开挖前，为了固结围岩，填充空隙或堵水而沿着开挖面及周围进行的注浆。
帷幕注浆工法主要适用于极软弱围岩、大的富水断层破碎带、地下水发育可能引起大量地下水流失的隧道。
（3）径向局部注浆工法
径向局部注浆是在隧道开挖后，沿隧道径向进行的局部钻孔注浆。径向局部注浆工法主要适用于封堵隧道周边局部股流或小面积渗水以及固结局部围岩。
（4）地表旋喷桩加固工法
地表旋喷桩加固是指在需要进行加固的土体上方，垂直钻设灌浆孔，高压注入空气、水及水泥浆，撕裂土体扩大灌浆范围，并利用水泥浆固结土壤，达到增加土壤自承力不足的作用。地表旋喷桩加固工法主要适用于软岩浅埋隧道、基础支承承载力不足、地下水位较高的明挖法围护结构的防水等。
注浆材料：
常用的注浆浆液有水泥浆液、超细水泥浆液、特种水泥浆液、水泥—水玻璃浆液及各种化学浆液(如铬木素、聚氨酯、丙凝)等。注浆材料在很大程度上直接影响到堵水防渗和固结的效果，并关系到注浆工艺、工期及工程费用。选用注浆材料时，应注意以下几点：
(1)浆液在地层中要有良好的可灌性，即在一定的压力下，能渗到一定宽度的空隙和裂隙中。
(2)浆液凝胶时间可以调节。
(3)固化时收缩小，与岩石、混凝土、土壤等有一定的粘结力。
(4)固结后有一定的抗压、抗拉强度和抗渗性、耐久性。
(5)稳定性好，以免过早地发生沉淀，影响浆液的压注。
(6)为便于施工和增大浆液的扩散范围，浆液须具有良好的流动性。
(7)当地下水有侵蚀性时，应具有相应的耐侵蚀性。
(8)无毒或低毒，对环境污染小。
(9)注浆工艺简单，操作方便、安全。
注浆参数：1．注浆扩散半径
在注浆过程中，浆液扩散半径与岩石裂隙大小、浆液黏度、凝固时间、注浆速度和压力、压注量等因素有关。施工中对压力、浆液浓度和压入量等参数进行人为控制与调整，对控制扩散范围可以起到一定作用。
以水玻璃为主剂的浆液，其实际有效扩散半径见下表。
以水泥浆液在裂隙岩石中的有效扩散半径见下表
2．注浆压力
注浆压力影响注浆效果，其大小决定于涌水压力(开挖工作面静水压力、突水的动压力)、裂隙大小和粗糙度、浆液的性质和浓度、要求的扩散半径等。合理的注浆压力既能避免压力过高造成的不利影响，又能保证浆液的结石强度和不透水性，有利于形成良好的隔水帷幕。
对注浆压力的确定，通常采用以静水压力为依据的经验公式，即只考虑静水压力，而对影响注浆的其他因素均不考虑。通常有下述两个公式可供选择：
(1)P=3～5倍静水压力
(2)P=P静+(0.5～1.5)MPa
3．浆液浓度
常用的水泥浆液浓度为1.5：1～0.5：1。水泥浆液压浆过程中，某一种浓度级的吸浆率约为吸水率的80％～85％时，可以认为浓度适宜。在某一种浓度压力保持不变、吸浆率随压浆时间延长而逐渐减少，或吸浆率不变而压力却逐渐升高时，不需改变浆液浓度。遇有冒浆或岩层破碎带、大裂隙、裂隙发育地层时，应越级加浓，或采用间歇注浆、水泥一水玻璃双液注浆等措施。
在岩溶发育的石灰岩地层注浆，可利用下表所列数据进行选择。
4．注浆压力控制
注浆过程中，严格地选择与控制注浆压力，选用合适的浆液，适当地变换浆液配合比，是保证注浆质量的重要因素。以水泥浆为例，注浆过程中控制压力的方法一般有两种：
（1）一次升压法
注浆一开始就在短时间内将压力升到设计规定值，并一直保持到注浆结束。在规定压力下，每一级浓度浆液的累计吸浆率达到一定限度后，调换浆液配合比，逐渐加浓；随着浆液浓度增加．地层裂隙逐渐被填充，吸浆率逐渐减少，直至达到结束标准，即结束注浆。
(2)分级升压法
注浆过程中，将压力分为几个阶段，逐渐升到设计规定值。开始阶段，以最低压力开始注浆，当吸浆率下降到一定限度时则将压力升高一级，当吸浆率又减少到下限时再提高一级压力，直到在规定压力下吸浆率减少到结束阶段标准时止。
5．注浆量
注浆量可根据扩散半径及岩层裂隙率进行粗略估算，作为施工参考。
6．注浆结束标志
注浆结束标准通常考虑两个指标：达到设计压力(即终压)时的持续时间和进浆速度小于规定值。一般结束标准是：注浆压力达到设计终压；双液(水泥～水玻璃浆液)吸浆率为18～35L／min，单液(水泥浆)为7～20L／min，即可结束。
注浆工艺：1．注浆方案初选原则
(1)对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生严重突水突泥地段，预测地下水压力≥3.０MPa时，采用超前预注浆方案。预注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外5～8m。
(2)对可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带及向斜核部预测水压大、极可能产生较严重突水突泥地段，预测地下水压力＜3.0MPa但≥2.0MPa时，采用超前预注浆方案。预注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外3～5m。
(3)对不同年代地层岩层接触带、物探异常区、预测水压大、可能产生突水突泥地段，预测地下水压力＜2.0MPa但≥1.0MPa时，正洞采用超前帷幕注浆。预注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外2～3m。
(4)对岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但大面积淌水且流量大于控制排水量，且预测地下水压力＜1.0MPa时，实施开挖后全断面径向注浆。注浆加固圈固结范围为开挖轮廓线外3～5m。
(5)岩体完整，其结构性能可保证开挖安全，但局部出水且流量大于控制排水量时，仅对出水处实施局部注浆。
(6)注浆后流量仍大于控制排水量、注浆固结圈综合渗透系数大于设计控制值或仍有局部出水点时，实施补注浆。
2．注浆设计
(1)注浆钻孔布置
注浆钻孔的布置，需根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围、岩溶(岩层裂隙)发育情况、含水层分布情况、开挖轮廓大小和钻孔作业要求而定。超前预注浆注浆钻孔宜长短结合，并呈伞形辐射状布置；全断面径向注浆注浆，钻孔按梅花状布置。
注浆钻孔一般布置为双圈(内外圈钻孔按梅花状布置)或三圈，如岩层裂隙不甚发育则可布置成单圈。注浆孔孔底间距可按单个注浆钻孔作用范围(经试验所得)进行确定，一般为3～5m。基岩裂隙比较发育、涌水量较大时，孔底间距可适当加大。
(2)超前预注浆注浆方式与分段长度的确定
注浆钻孔的注浆方式分为前进式注浆、后退式注浆和一次全孔注浆。为使浆液在岩层裂隙中均匀扩散，保证注浆质量，提高注浆堵水率，对于单个注浆钻孔，宜采用分段注浆方式。注浆段分段长度应根据岩层裂隙发育程度和涌水量确定。为实现分段注浆，可采用分段前进式注浆或分段后退式注浆两种方式。
①.分段前进式注浆
这种方式是注浆钻孔钻进一段注浆一段，由外向里依次推进。分段前进式注浆宜用于裂隙发育或破碎岩层。其优点是堵水效果好，缺点是注浆钻孔钻进重复、工程量较大。
②.后退式注浆
这种方式是将注浆钻孔一次钻完，由孔底向外分段注浆。分段后退式注浆宜用于裂隙不甚发育的岩层。其优点是注浆钻孔无重复钻进，工程量相对较小。
(3)注浆工艺及要求
①.在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆液填充率、注浆率、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标。
②.应准确定位，与设计位置的容许偏差为±5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段检查一段，纠偏，孔底位置应小于30cm。
③.孔开孔直径不小于108mm,终孔直径不小于90mm。
④.与注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工。
⑤.破碎容易造成坍孔或钻孔涌水量过大时，应采取前进式注浆．否则采取后退式注浆。
⑥.设3m长的φ108mm(热轧无缝钢管，壁厚5mm)孔口管。孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。
⑦.孔段的注浆作业一般应连续进行，不宜中断。应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成被迫中断。因实行问歇注浆、制止串浆冒浆等而有意中断时，则应先扫孔至原设计深度以后进行复注。
(4)注浆设备
注浆设备宜采用高压、大流量单液和双液注浆泵。注浆泵压力宜大于10MPa，注浆量宜为50～200L／min。
总之，洞内注浆是一项十分复杂的技术，隧道所处的工程地质条件对施工方案、施工工艺影响较大。若注浆后围岩局部仍存在软弱区域，开挖时还应加强支护，如采用超前大管棚及密排小导管加强支护、型钢格栅拱支护，短进尺开挖，及时封闭等。
