学习任务 7 隧道支护施工

1. 学习任务7 隧道支护施工

2. 7.1 初期支护结构施工技术

3. 一、初期支护的基本认识 • 隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层，称为初期支护。 隧道工程中初期支护一般采用锚喷网结构形式。

4. 锚喷支护工程特点: • 1.及时性：喷射早强砼，能迅速给围岩提供支护抗力； • 2.密贴性：喷射砼与围岩能全面密贴粘结； • 3.深入性：锚杆可深入围岩一定深度加固围岩，形成承载圈。 • 4.柔性：容易调节围岩变形，可控制围岩塑性变形适度发展，发挥自承能力； • 5.封闭性：可阻止水对围岩的侵蚀而引起风化等。

5. 一般规定 • 1、隧道初期支护必须紧跟隧道开挖作业面及时施作，同时应按设计要求进行监控量测的相关作业，对位于不良地质地段的隧道，初期支护应及时封闭成环，保证施工安全。 • 2、隧道初期支护应采用喷锚支护，根据围岩特点、断面大小和使用条件等选择喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等单一或组合的支护形式。 • 3、隧道支护施工前，应确定支护紧跟开挖的时间、距离及工序搭接要求，确定喷射混凝土前基面标准和设置喷混凝土厚度控制标志；确定锚杆、钢架、钢筋网的加工、运输、安装方案。

6. 4、喷射混凝土冬期施工时，作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C。4、喷射混凝土冬期施工时，作业区的气温和混合料进入喷射机的温度均不应低于5°C。 • 5、作业区应有良好的通风和照明装置，喷射混凝土时粉尘含量不得大于2mg/m3。 • 6、岩爆地段隧道施工加强支护工作，支护的方法是在爆破后尽可能早地向拱部或侧壁进行喷射混凝土，再加设锚杆及钢丝网。衬砌工作要紧跟开挖工序进行，以尽可能减少岩层暴露时间，减少岩爆发生和确保人身安全。 • 7、膨胀岩隧道的初期支护宜采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、钢架等，以提高初期支护的整体刚度，应优先考虑采用喷射钢纤维混凝土。

7. 隧道工程优先采用锚喷的柔性支护结构目的： • 容许围岩发生有限变形 • 发挥围岩的自承能力 • 节省工程造价

8. 工序流程 • 1、初期支护施工的一般工序流程为：开挖后初喷砼→系统支护施工（锚杆、钢筋网、钢架）→复喷砼至设计厚度。

9. 2、爆破后应首先清除浮石，然后立即进行初喷混凝土封闭围岩，以期充分发挥围岩的自稳能力。出碴结束后，再根据围岩级别施作锚杆、挂网、拱架及复喷混凝土。2、爆破后应首先清除浮石，然后立即进行初喷混凝土封闭围岩，以期充分发挥围岩的自稳能力。出碴结束后，再根据围岩级别施作锚杆、挂网、拱架及复喷混凝土。

10. 3、在富水断层破碎段，支护施作前应及时排水，以预防塌方的发生。在少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位，可采用排水孔法或排水管法，布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出；也可采用金属网法，通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管排水，随即喷射混凝土。3、在富水断层破碎段，支护施作前应及时排水，以预防塌方的发生。在少量集中渗水、淋水地段，在将要通过的透水层部位，可采用排水孔法或排水管法，布置一定数量的排水孔或埋设排水管，将渗、淋水集中到排水孔内导出；也可采用金属网法，通过在钢筋网背后铺过滤层或隔水层，将其固定在围岩上，通过软管排水，随即喷射混凝土。 如涌水较大，支护时对主要涌水出水口暂不进行封堵支护，待涌水减小或无水时，再进行支护或进行固结封堵，迫使水流改变流向。

11. 4、喷射混凝土厚度必须利用断面仪检测断面或凿孔检查，喷射混凝土的平均厚度应大于设计厚度，最小厚度不得小于设计厚度的2/3。4、喷射混凝土厚度必须利用断面仪检测断面或凿孔检查，喷射混凝土的平均厚度应大于设计厚度，最小厚度不得小于设计厚度的2/3。

12. 锚杆 • 1、锚杆的支护效应 锚杆(索)是用金属或其它高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件。 (1)支承围岩； (2)加固围岩； (3)提高土层间摩阻力，形成“组合梁” (4)“悬吊”作用:

13. 2、锚杆种类 （1）普通水泥砂浆锚杆 施工顺序：施工准备 初喷砼面上标注孔位 钻孔 清孔 往孔中注入 砂浆 插入杆体 固定杆体、待强 安装垫板

14. 设计、施工要点 • ①钻孔：钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。钻孔孔径比杆径大15mm。孔位允许偏差为±15～50mm钻孔深度应大于锚杆设计长度10cm，孔深允许偏差为±50mm。清孔：孔钻好后用高压水(风)将孔眼冲洗干净，用塞子塞紧孔口，防止石渣掉入。

15. ②水泥砂浆：水泥一般选用普通硅酸盐水泥，砂子粒径不大于3mm，并过筛；砂浆强度不低于M20；配合比一般为水泥:砂:水＝1:(1~1.5):(0.45 ~0.5)。粘结砂浆应拌和均匀，并调整其和易性，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。

16. ③注浆管应插至距孔底5~10cm位置，随砂浆注入缓慢匀速拔出。注浆体积应略多于需要体积，将注浆管全部抽出后，应立即迅速插入杆体，可用锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔。③注浆管应插至距孔底5~10cm位置，随砂浆注入缓慢匀速拔出。注浆体积应略多于需要体积，将注浆管全部抽出后，应立即迅速插入杆体，可用锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔。

17. ④杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，实际粘结长度亦不应短于设计长度的95%。④杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%，实际粘结长度亦不应短于设计长度的95%。 • ⑤杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡住，防止杆体滑出。锚杆安设后不得随意敲击；终凝以前不得在端部悬挂重物；水泥砂浆终凝以后安装垫板。

18. (2)中空注浆锚杆 • 组成：由中空锚杆杆体和垫板、螺母、排气管等附件组成。主要设在开挖断面的拱部及围岩较差地段的拱墙。 • 施工顺序：施工准备 布孔 钻孔、清孔 组装中空锚杆体、排气管、止浆塞 安装锚杆 连接注浆管、注浆 锚杆杆体孔口回浆 浆体待强、安装垫板螺栓

19. 设计、施工要点 ①中空锚杆体材料应选用符合《中空锚杆技术条件》的无缝钢管轧制。 ②锚杆体及附属结构的内外表面不得有裂缝、折叠、轧折、离层、结疤和锈斑等缺陷，存放及使用中材料内外表面必须除去油污。

20. ③普通中空锚杆在用于边墙或俯角下倾的锚孔时，注浆可采用由锚杆内中空通孔进浆，锚杆口排气方式。用在锚孔向上倾斜的仰角时，锚杆注浆必须自锚杆体外钻孔中注浆，锚杆的中空通孔作为排气的注浆方式。 ③普通中空锚杆在用于边墙或俯角下倾的锚孔时，注浆可采用由锚杆内中空通孔进浆，锚杆口排气方式。用在锚孔向上倾斜的仰角时，锚杆注浆必须自锚杆体外钻孔中注浆，锚杆的中空通孔作为排气的注浆方式。

21. ④锚杆孔位、孔深及布置形式符合设计要求，锚杆用的水泥浆或砂浆强度不低于M20，单管达到设计注浆量时注浆结束，当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满，注浆质量合格后将锚杆头封堵，避免浆液倒流。④锚杆孔位、孔深及布置形式符合设计要求，锚杆用的水泥浆或砂浆强度不低于M20，单管达到设计注浆量时注浆结束，当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆，并保证锚杆孔浆液注满，注浆质量合格后将锚杆头封堵，避免浆液倒流。

22. 3、锚杆的布置 分为局部布置和系统布置。 局部布置 • 它主要用在裂隙围岩。重点加固不稳定块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。 布置原则：拱腰以上部位锚杆方向应有利于锚杆的受拉；拱腰以下及边墙部位锚杆宜逆向不稳定岩块滑动方向。

23. 系统布置 • 在破碎和软弱围岩中，一般采用系统布置的锚杆，对围岩起到整个加固作用。对于局部很破碎、软弱围岩部位或可能出现过大变形的部位，应加设长锚杆。

24. 布置的原则： (1)在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置，对水平成层岩层，应尽可能与层面垂直布置，或使其与层面呈斜交布置。

25. (2)在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵、横间距为0.6~1.5m，其密度约为0.6~3.6根/m2；(2)在岩面上锚杆宜成菱形排列，纵、横间距为0.6~1.5m，其密度约为0.6~3.6根/m2； (3) 锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2，在Ⅳ、Ⅴ级围岩中，锚杆间距宜为0.5~1.2m，但当锚杆长度超过2.5m时，若仍按间距不大于1/2锚杆长度的规定，则锚杆间的岩块可能因咬合和连锁不良而导致掉块坠落，为此，其间距不宜大于1.25m。

26. 我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定： • 在围岩条件较好的I~Ⅲ级岩层，可以采用喷锚支护，锚杆长度为1.5~3.0m； • 在围岩条件中等和较差的Ⅲ~Ⅵ级岩层中，作为复合衬砌中初期支护的锚杆，单线隧道锚杆长度为2.0~3.0m，双线隧道锚杆长度为2.0~3.5m。

27. 4、锚杆间距和布置 锚杆最大间距不应超过锚杆长度之半；隧道跨度之半(跨度小于6m)；岩体中平均断裂面间距所确定的不稳定岩块宽度的1.5倍。 • 我国《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》规定，锚杆的间距不宜大于锚杆长度的1/2，以有利于相邻锚杆共同作用。

28. 新奥法对锚杆布置的设计，从支护应使围岩形成自承拱出发，锚杆间距规定为：硬岩的锚杆间距取1.5m；软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取1.0~0.8m；膨胀性地层的锚杆间距取1.0~0.8m。新奥法对锚杆布置的设计，从支护应使围岩形成自承拱出发，锚杆间距规定为：硬岩的锚杆间距取1.5m；软岩、破碎岩体和土砂质地层的锚杆间距取1.0~0.8m；膨胀性地层的锚杆间距取1.0~0.8m。

29. 喷射混凝土 喷射混凝土既是一种新型的支护结构，又是一种新的施工工艺。它是使用混凝土喷射机，按一定的混合程序，将掺有速凝剂的细石混凝土，喷射到岩壁表面上，并迅速固结成一层支护结构，从而对围岩起到支护作用。

30. 砼工喷射艺流程 施工准备 受喷面处理 埋设喷层厚 度标钉 机具到位 接通风水电、 试机 初喷混凝土作业 复喷混凝 土作业 质量检查

31. 1、喷混凝土的作用 (1)支撑围岩 (2)“卸载”作用 (3)填平补强围岩

32. (4)覆盖围岩表面 (5)阻止围岩松动 (6)分配外力

33. 2、喷混凝土的特点 (1)喷射混凝土具有强度增长快、粘结力强、密度大、抗渗性好的特点。它能较好地填充岩块间的裂隙的凹穴，增加围岩的整体性，防止自由面的风化和松动，并与围岩共同工作。 (2)与普通模筑混凝土相比，喷射混凝土施工将输送、浇注、捣固几道工序合而为一，更不需模板，因而施工快速、简捷。

34. (3)喷射混凝土能及早发挥承载作用。它能在10min左右终凝，一般2h后即具有强度，8h后可达2MPa，16h后达5MPa,一天后可达7 ~8 MPa，四天达到28d强度的70%左右。 (4)试验表明，喷射混凝土与模筑混凝土相比，密实性和性能稳定性要差。

35. 3、喷射工艺种类 • 喷射混凝土的工艺流程有干喷、潮喷、湿喷和混合喷四种。 主要区别是各工艺的投料程序不同，尤其是加水和速凝剂的时机不同。

38. 干喷的缺点是产生的粉尘量大，回弹量大，加水是由喷嘴处的阀门控制的，水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有关。但使用的机械较简单，机械清洗和故障处理容易。干喷的缺点是产生的粉尘量大，回弹量大，加水是由喷嘴处的阀门控制的，水灰比的控制程度与喷射手操作的熟练程度有关。但使用的机械较简单，机械清洗和故障处理容易。 潮喷是将骨料预加少量水，使之呈潮湿状，再加水泥拌和，从而降低上料、拌和和喷射时的粉尘。但大量的水仍是在喷头处加入和喷出的。

39. 湿喷混凝土质量容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量很少。但对喷射机械要求较高，机械清洗和故障处理较麻烦。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道，则不易使用湿喷。湿喷混凝土质量容易控制，喷射过程中的粉尘和回弹量很少。但对喷射机械要求较高，机械清洗和故障处理较麻烦。对于喷层较厚的软岩和渗水隧道，则不易使用湿喷。 混合喷射又称水泥裹砂造壳喷射法，是将一部分砂加第一次水拌湿，再投入全部水泥强制搅拌造壳；然后加第二次水和减水剂拌和成SEC砂浆；将另一部分砂和石、速凝剂强制搅拌均匀。然后分别用砂浆泵和干式喷射机压送到混合管混合后喷出。

40. 由于喷射工艺的不同，喷射混凝土强度不同，干喷和潮喷混凝土强度较低，一般只能达到C20，而混合喷射和湿喷则可达到C30~C35。由于喷射工艺的不同，喷射混凝土强度不同，干喷和潮喷混凝土强度较低，一般只能达到C20，而混合喷射和湿喷则可达到C30~C35。

41. 4、喷混凝土设计与施工 设计要点 (1)喷射混凝土设计的最低强度不应低于15MPa，一般设计强度为20MPa，一天龄期抗压强度不应低于5MPa 。对Ⅱ~Ⅲ级围岩，喷射混凝土与岩面的粘结强度不应低于0.8MPa，对Ⅳ级围岩，喷射混凝土与岩面的粘结强度不应低于0.5MPa。

42. (2)一次喷射混凝土厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，一般分2~3次喷至设计厚度，初喷厚度一般为4~6cm，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应用高压气体、水清洗干净。岩面有较大凹洼时，应结合初喷予以找平。(2)一次喷射混凝土厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，一般分2~3次喷至设计厚度，初喷厚度一般为4~6cm，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行。若终凝后间隔1h以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应用高压气体、水清洗干净。岩面有较大凹洼时，应结合初喷予以找平。

43. (3)喷射混凝土中含有较多的大小适中、分布均匀、彼此不串通的气泡，故提高了抗渗性。一般若水灰比不超过0.55时，抗渗性可以达到P8。要求有较高的抗渗性时，水灰比最好不超过0.45~0.50。(3)喷射混凝土中含有较多的大小适中、分布均匀、彼此不串通的气泡，故提高了抗渗性。一般若水灰比不超过0.55时，抗渗性可以达到P8。要求有较高的抗渗性时，水灰比最好不超过0.45~0.50。 (4)采用水泥裹砂喷射工艺时，造壳水灰比与砂子的细度模数关系很大，砂子越细，其表面需水量越大，则需要较大的造壳水灰比。一般在0.15~0.35范围内。

44. 原料 • (1) 水泥 要求掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。一般优先采用425号以上的普通硅酸盐水泥， • (2) 砂子（细骨料） 一般采用坚硬耐久的中砂或粗砂，细度模数一般宜大于2.5。砂的含泥量不大于3％，砂中小于0.075mm的颗粒不应大于20%。

45. (3) 石子（粗骨料） 应采用坚硬耐久的卵石或碎石。石子的最大粒径与混凝土喷射机的输料管直径有关，一般不宜超过管内径的1/3。 • (4) 水。 水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。不得使用污水、海水、PH值小于4.5的酸性水和含硫酸盐量(按SO42-计算)超过水的重量1%的水。

46. (5) 速凝剂 目的：加速喷射混凝土的凝结、硬化，提高早期强度；减少喷射混凝土的回弹量；防止因重力作用而引起喷射混凝土的流淌或脱落；增大一次喷射厚度，缩短分层喷射的时间间隔。 要求：掺用后，喷射混凝土能快凝早强（初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min），收缩变形小，对温度和水灰比变化不敏感，对混凝土后期的物理力学性能无显著不良等，对混凝土和钢筋无腐蚀作用。

47. 配比 (1)干集料中水泥与砂石重量比，一般为1:4~1:4.5，每立方米干集料中，水泥用量约为400kg。 (2)砂率一般为45%~55%。实践证明，低于45%或高于55%时，均易造成堵管，且回弹大，强度降低，收缩加大。

48. (3)水灰比一般为0.4~0.45。采用水泥裹砂喷射工艺时，还应试验选择最佳造壳水灰比。(3)水灰比一般为0.4~0.45。采用水泥裹砂喷射工艺时，还应试验选择最佳造壳水灰比。 (4)速凝剂和其它外加剂的掺量，由试验来确定最佳掺量，并达到各龄期的设计强度要求。 (5)喷射混凝土搅拌时间及搅拌后临时存放时间均应按规范规定进行。

49. 喷前检查及准备 (1) 开挖断面尺寸检查，清除松动危岩，欠挖超标严重的应予处理。 (2)根据石质情况，用高压风或水清洗受喷面。 (3)受喷岩面有集中渗水时，作好排水引流处理，无集中水时，根据岩面潮湿程度，适当调整水灰比。

50. (4)埋设喷层厚度检查标志，一般是在石缝处钉铁钉，或用快硬水泥安设钢筋头，并记录其外露长度。(4)埋设喷层厚度检查标志，一般是在石缝处钉铁钉，或用快硬水泥安设钢筋头，并记录其外露长度。 (5)检查调试好各机械设备的工作状态。