隧道初期支护施工技术

隧道衬砌大多采用复合式衬砌结构，即以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护，以模筑钢筋混凝土为二次衬砌。

新奥法区间隧道初期支护有锚杆、型钢钢架或格栅钢架、挂钢筋网和喷射混凝土等几种，根据隧道断面和围岩级别选择不同的支护组合。 一、锚杆施工工艺

隧道使用的锚杆有中空注浆锚杆、砂浆锚杆、药卷锚杆和自进式对拉锚杆等类型。各类锚杆施工方法如下。

1.中空注浆锚杆

中空注浆锚杆是一种可测长排气的中空注浆锚杆。中空注浆锚杆由锚头与锚杆体连接。

锚杆体上设有止浆塞、垫板以及紧固螺母，具有沿锚杆体轴向设置、位于锚杆体外侧并与锚杆体连接的测长排气管。测长排气管前端封头与锚头平齐，测长排气管后端开口，并伸出锚杆体，测长排气管管壁上遍布可阻止水泥砂浆进入的气孔，结构简单，使用方便，既可在锚杆施工后方便地检查锚杆体真实长度，确保锚固施工质量，又可在注浆施工时排出锚孔中的空气，有利于注浆施工的进行。

工程中常采用带排气装置的φ25中空锚杆。锚杆设置钢垫板，垫板尺寸为150 mm×150 mm×6 mm。

中空锚杆孔使用手风钻或凿岩台车钻孔。钻孔前，根据设计要求定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直，钻孔直径为42 mm，钻孔深度大于锚杆设计长度10 cm。中空注浆锚杆施工程序如下：钻孔完成后，用高压风吹净孔内岩屑；将锚头与锚杆端头组合后送入孔内，直达孔底；固定好排气管，将止浆塞穿入锚杆末端与孔口齐平，并与杆体固紧；锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；采用锚杆专用注浆泵向中空锚杆内压注水泥浆，水泥浆的配合比为1∶（0.3～0.4），注浆压力为1.2 MPa，水泥浆随拌随用。

2.砂浆锚杆

系统锚杆和临时支护常采用22 mm、25 mm两种直径的砂浆锚杆。 （1）准备工作

检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。

（2）钻孔

砂浆锚杆钻孔采用手风钻或凿岩台车进行，孔眼间距、深度和布置应符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。

（3）锚杆安装及注浆

砂浆锚杆由人工配合机械安装，采用砂浆锚杆专用注浆泵往孔内压注早强水泥浆。砂浆配合比（质量比）：砂灰比宜为1∶1～1∶2，水灰比宜为0.38～0.45。注浆开始或中途停顿超过30 min时，应用水润滑注浆管路。注浆孔口压力不得大于0.4 MPa。

注浆时，注浆管要插至距孔底5～10 cm处，随水泥浆的注入缓缓匀速拔出，随即迅速将杆体插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。若孔口无砂浆溢出，将杆体拔出后重新注浆。

3.药卷锚杆

系统锚杆和临时支护有时采用25 mm直径的药卷锚杆。 （1）准备工作

检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。

（2）钻孔

药卷锚杆钻孔采用手风钻或凿岩台车进行，孔眼间距、深度和布置应符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。钻孔完成后，用高压风水洗孔。

（3）锚杆安装

安装前，先将“药卷”在水中浸泡，浸泡时间按说明书确定，不能浸泡过久，保证在初凝前使用完毕。安装时，用锚杆的杆体将“药卷”匀速地顶入锚杆安装孔，边顶边转动杆体，使“药卷”在杆体周围均布密实，但不可过度搅拌。安装好后，用楔块将锚杆固定好。

4.自进式对拉锚杆

为增强岩体的稳定性，在两条隧道间距较小的部位常设置若干根自进式对拉锚杆。

①自进式锚杆采用气腿钻或潜孔钻机钻进。自进式锚杆安装前，先检查锚杆体和钻头的水孔是否畅通。若有异物堵塞，须及时清理干净。

②锚杆体钻进至设计深度后，先用水和空气洗孔，再将钻机和连接套卸下，并及时在锚杆两端头安装垫板及螺母，临时固定杆体。

③锚杆灌浆料宜采用纯水泥浆或1∶1水泥砂浆，水灰比宜为0.4～0.5。采用水泥砂浆时，砂子粒径应不大于1.0 mm，并通过试验确定。

④自进式锚杆在确认达到施工图纸或监理人指示的钻孔要求后，及时进行注浆锚固。注浆后，在砂浆凝固前，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。浆体强度达到设计要求后，可上紧螺母，并按设计要求用扭力扳手张拉。 二、型钢钢架及格栅钢架制作安装

①新奥法隧道工程施工所用钢拱架可采用型钢、工字钢、钢管或钢筋制成。现场通常采用工字钢和φ25钢筋制作。

②钢拱架安装工艺。钢架按设计要求预先在洞外钢构件场地加工成型，在洞内用螺栓连接成整体。型钢钢架采用冷弯成型；格栅钢架采用胎模焊接。钢架加工焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。每榀钢架加工完成后，放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3 cm，平面翘曲小于2 cm，施工图纸有要求时按图纸要求执行。钢架在初喷混凝土后应及时架设。钢架安装前清除基底虚渣及杂物。钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5 cm，垂直度允许误差为±2°，施工图纸有要求时按图纸要求执行。钢架拼装可在开挖面以外进行，各节钢架间以螺栓连接，连接板密贴。沿钢架外缘每隔2 m用混凝土预制块楔紧。钢架底脚置于牢固的基础上。钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固，钢架之间按设计要求设置纵向连接筋连接。

③采用分部开挖法施工时，钢拱架拱脚打设锁脚锚杆或锁脚锚管。下半部开挖后，钢架及时落底接长，封闭成环。钢架与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实；钢架全部喷射混凝土覆盖，保护层厚度应满足设计要求。

④除应控制好安装误差，保证节点连接平顺并打好锁脚锚杆外，还应注意以下几点：

a.钢拱架的安设应在开挖后的2 h内完成；

b.钢拱架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护效应； c.可缩性钢拱架的可缩性节点不宜过早喷射混凝土，待其收缩合拢后，再补喷射混凝土；

d.喷射混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙喷射密实；

e.喷射混凝土应分层分次完成。初喷混凝土应尽早进行，复喷混凝土应在量测指导下进行，以保证其适时、有效。

⑤钢筋网施工：挂网使用的钢筋须经试验检测合格，使用前除锈，在洞外钢筋加工场区制作成钢筋网片，用起重机经施工竖井吊入，然后用汽车运输到工作面，采用机械配合人工安装，安装时搭接长度为1～2个网格。钢筋网应贴近岩面铺设，并与锚杆和钢架焊接牢固。按照设计图纸要求，钢筋网焊接在钢架靠近岩面一侧或内外双层布置，以确保整体结构受力合理。喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹。钢筋网喷混凝土的内外保护层厚度须符合设计要求。

⑥喷射混凝土：喷射混凝土料采用商品混凝土，通过混凝土搅拌运输车直接向洞内送料，或用混凝土搅拌运输车运输到洞口后，用起重机械经施工竖井吊入，转由小型汽车运输至洞内。喷射混凝土量较少时，在业主授意下，也可在工点生产区适当位置设立混凝土搅拌机，现场拌制喷射混凝土料。喷射混凝土采用湿喷工艺。

a.原材料要求：砂选用颗粒坚硬、干净的中、粗砂，符合国家二级筛分标准，细度模数应大于2.5，含水率控制在5%～7%，含泥量不大于3%；碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于15 mm的碎石，含泥量不大于1%；水泥用42.5R普通硅酸盐水泥；使用的外加剂根据设计要求确定。速凝剂等外加剂选择质量优良、性能稳定的产品。速凝剂在使用前，要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，保证喷射混凝土凝结时间控制在规范要求范围内。

b.湿喷混凝土施工方法：混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛，以避免超粒径骨料进入喷射机；喷射前首先清除基面松动岩块，对个别欠挖部分进行凿除、对个别超挖部分喷射混凝土补平；用高压水冲洗基面，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面；检查喷射机工作是否正常；要进行喷射试验，一切正常后可进行混凝土喷射工作。混凝土喷射送风之前先打开计量泵（此时喷嘴

朝下，以免速凝剂流入输送管内），以免高压混凝土拌和物堵塞速凝剂环喷射孔；送风后调整风压，将风压控制在0.45～0.7 MPa，若风压过小，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致回弹量增大。可按混凝土回弹量大小、表面湿润易黏着力度来掌握。喷射压力根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。

c.为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土分两次完成，即初喷和复喷。初喷在刷帮、找顶后进行，喷射混凝土厚度4～5 cm，及早快速封闭围岩，开挖后由人工在渣堆上喷护。复喷是在初喷混凝土层加固后的围岩保护下，完成立拱架、挂网、锚杆步骤等作业后进行的。

喷射混凝土分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中。在有水或多水段，采用干喷止水或用小导管引流后再喷混凝土。施喷时，喷头与受喷面基本垂直，距离保持为1.5～2.0 m，并根据喷射效果适时调整。

设钢架时，钢架与岩面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射顺序为先下后上，对称进行，先喷钢架与围岩之间的空隙，后喷钢架之间部分，钢架应被喷射混凝土覆盖，保护层不得小于4 cm或符合设计要求。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头呈螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30 cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。一次喷射厚度控制在5 cm以下，每段长度不超过6 m，喷射回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。新喷射的混凝土按规定洒水养生。回弹量取决于混凝土的稠度、喷射技术、骨料级配等多种因素。要将边墙部分回弹率控制在15%以内，拱部回弹率控制在20%以下。施工前应制定作业指导书，并在施工中根据实际情况不断完善。

在实际工作中，应尽快摸索掌握有关工作风压、喷射距离、送料速度三者之间的最佳参数值，使喷射的混凝土密实、稳定、回弹最小。必要时，在混凝土中掺加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性，以减少回弹。