隧道施工(第二版)-宋秀清-主编第六章 支护施工(改)

1、第六章 支护施工本章学习的内容：了解锚喷支护的支护原理，掌握锚杆、喷射混凝土、钢支撑等支护的施工工艺流程和要点；掌握隧道拱墙衬砌和仰拱衬砌施工工艺和施工要点，了解模板台车的性能；掌握隧道超前锚杆、管棚、小导管注浆的适用条件、工艺流程和施工要点，掌握隧道预注浆技术。重难点：重点：各种支护工程的工艺流程和施工要点，注浆的要求难点：注浆材料和参数选择。1 1 初期支护初期支护2 2 二次衬砌混凝土施工二次衬砌混凝土施工3 3 预支护技术预支护技术目 录自支护：围岩自身所具备的的支护能力；人工支护：在自支护能力不充分的条件下，人为采取的措施。自支护支护人工支护永久支护6.1 初期支护初期支护作为隧道开

2、挖后及时施工的人为支护又称一次支护，主要为喷锚组合体系。锚喷支护（视频）是喷混凝土、锚杆、钢筋网、喷射钢纤维混凝土、钢支撑等结构组合起来的支护形式。特点：柔性特性，使得它在与围岩体共同变形的过程中，能有效地调整围岩应力，控制围岩作有限度的变形，进而将围岩体与锚喷支护构成统一的承载体系一、喷射混凝土喷混凝土是利用压缩空气或者其他动力，将按照一定配比拌制的混凝土混合物沿管路输送至喷头处，以较高速度垂直喷射于受喷面，依赖喷射过程中水泥与骨料的连续撞击，压密而形成的一种混凝土。1、喷射混凝土支护原理（1）柔性的喷层具有相当大的徐变特性，能保证围岩在与喷层共同变形时产生一定的径向位移，确保防护带的形成；

3、（2）由于喷层与岩层非常密贴，并具有相当高的早期强度，因此能有效的控制围岩的位移，主动加固防护带，且使之组成共同的结构承受围岩荷载。（视频）一、喷射混凝土（3）支护效果与围岩的附着力、抗剪的支护效果；内压、闭合效果；外力分配效果；软弱层补强效果；被覆盖效果。一、喷射混凝土2、喷混凝土的喷射方式（1）干喷粉尘和回弹较大；操作方便一、喷射混凝土2、喷混凝土的喷射方式（2）湿喷粉尘和回弹较小；容易堵管一、喷射混凝土3、喷混凝土的材料及其组成（1）水泥 优先采用32.5号以上的普通硅酸盐水泥;掺入速凝剂后凝结快、保水性好、早期强度增加快、收缩小。（2）砂子:采用中砂 或粗中砂，含泥量不超过3%。（3）

4、石子:坚硬、耐久的卵石或碎石，最大粒径不大于15mm的瓜米石。速凝剂（4）速凝剂一般为水泥质量的2%4%（喷拱部时可用3%4%，喷边墙时可用2%3%），水泥浆初凝应不大于5min，终凝应不大于10min。（5）水灰比：一般为0.40.5一、喷射混凝土4、喷射混凝土的施工（1）施工准备湿喷场地的准备：检查隧道开挖断面的净空尺寸；冲洗受喷岩面；作喷射混凝土的厚度的标志；施工平面的布置，应满足施工工艺的要求；布置应力求紧凑，充分利用场地空间及运输线，避免施工干扰。 工、料、机的准备：人工、材料、机械（具）的准备，核实品种、质量要求、足够储备量 。喷射机械的就位，并试运转。湿喷现场湿喷现场风压风源风压

5、应稳定在0.40.65MPa一、喷射混凝土（1）施工准备距离：喷嘴与受喷岩面之间的距离以1.52.0m为宜，这个距离回弹量最小，密实度最大。 角度：垂直喷射向受喷面，困难部位倾斜不大于10。 厚度：根据喷射效率、回弹损失等因素确定，拱部一次喷射厚度610cm，侧壁为810cm。间隔时间：当采用红星一型速凝剂时可在510min以后进行下一次喷射。 喷嘴与受喷岩面之间的距离和角度 一次喷射的厚度及各喷层之间间隔时间一、喷射混凝土（2）施喷作业1.52.0m1.52.0m7 710cm10cm喷枪受喷面1010一、喷射混凝土一、喷射混凝土（3）喷射分区和顺序原则分段、分片、分层、自下而上，先墙后拱，

6、两侧最后在拱部会合。分段长度基本段长:6m 分三小段长:2m 、高:1.5m要点喷头均匀缓慢地按顺时针方向作螺旋形移动 绕圈直径为2030cm一、喷射混凝土（4）堵管问题原因：粗集料过大；水泥硬块或其它杂物；干喷时混合料湿度过大致使摩擦力增大；输料软管弯头过小及风压偏低等均能引起堵管。处理：关闭马达，随后关闭风源，喷射手将软管拉直，然后用手锤敲击以寻找堵管处；将风压升到0.30.4MPa（不超过0.5MPa），并用锤击堵塞部位，使其畅通。排除堵管时，喷嘴前方严禁站人，以免被喷伤。喷混凝土终凝后2h起即应开始洒水养护；洒水次数以能保持混凝土具有足够的湿润状态为度；养护期不得少于14d。一、喷射混

7、凝土（5）喷枪头的操作突然断水、断料时，喷头应移开受喷面；严禁用高压风、高压水冲击刚喷好的混凝土。受喷面敷设有金属网时，水灰比宜稍大，喷咀与受喷面的距离也要相应缩短到0.7m左右。（6）喷枪头的操作一、喷射混凝土（7）喷射混凝土强度、厚度检验1）用喷大板切割试块（100mm的立方体），在标准养护条件下进行养护，喷射混凝土3h强度应达到1.5MPa，24h应达到10.0Mpa，28d用测得的极限抗压强度乘以0.95。2）当不具备制作抗压强度标准块条件时，可喷制混凝土大板，在标准条件下养护7d后，用钻芯机取芯制作试块，芯样边缘至大板周边最小距离不小于50mm。3）可直接向边长150mm的无底标准试

8、模内喷混凝土制作试块，抗压加载方向应与试块喷射成型方向垂直，其抗压强度换算系数应通过试验确定。4）喷层厚度的检查。可用插针、凿孔等方法检查。喷射时可插入长度比设计厚度大5cm的粗铁丝，纵、横向12m设一根作为施工控制用。二、钢纤维喷混凝土1、钢纤维喷混凝土是在普通砂浆或混凝土中掺入分布均匀且离散的钢纤维，依靠压缩空气高速喷射在结构表明的一种新型复合材料。2、喷射优点全自动化的喷射机械用活塞泵可达到25m3/h的喷射能力；仅5%10%的回弹率，比干喷低的多；混凝土质量均一，通常强度可达55MPa,弯曲拉伸及抗剪强度大；耐冲击、抗冻融性好。二、钢纤维喷混凝土3、钢纤维喷混凝土的原材料及其配合比钢纤

9、维：直径一般为0.30.5mm，长为2025mm，长径比为4060，掺量：混合料重量的3.06.0。水泥：标号不得低于42.5号普通硅酸盐水泥；砂子：干净中砂为宜，砂率一般在6080；石子：石子最大粒径不超过10mm为佳。4、钢纤维搅拌可使用强制式搅拌机或自落式搅拌机搅拌。要求钢纤维在混合料中分布均匀，不得有成团现象，以确保施工的顺利和混凝土质量。三、锚杆（视频）（1）悬吊效果把隧道洞壁上由于爆破开挖后而松动的岩块，用锚杆固定在深层的坚固稳定的岩体上，防止掉落以起到悬吊效应。（2）组合效应锚杆可将隧道周边的层状岩体或节理发育的岩体串联在一起，形成组合梁效应以阻止岩层的滑移和坍塌。（3）加固（内

10、压、拱）效应按一定间距在隧道周边呈放射状布置的系统锚杆，可使一定厚度范围内有节理、裂隙的破裂岩体或软弱岩体紧压在一起形成连续压缩带。1、锚杆的支护机理钢管钢筋锚索锚杆材料（1）机械式锚固锚杆 楔缝式锚杆 胀壳式锚杆三、锚杆2、锚杆杆的种类胀壳式锚杆三、锚杆（2）粘结式锚固锚杆 端部粘结式锚固锚杆 全长粘结式锚固锚杆三、锚杆2、锚杆杆的种类（3）混合式锚杆 先把锚杆锚固在岩孔中 再全长上灌浆粘结三、锚杆2、锚杆杆的种类（4）摩擦式锚固锚杆 开缝管式锚杆 膨胀管式锚杆三、锚杆2、锚杆杆的种类三、锚杆迈式中空自钻式锚杆三、锚杆CDZ自进式中空注浆锚杆三、锚杆CDZ自进式中空注浆锚杆配件图三、锚杆预应

11、力锚杆三、锚杆三、锚杆3、锚杆的布置（1）局部布置加固不稳块体，隧道拱顶受拉破坏区为重点加固区域。（2）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。1）在隧道横断面上，锚杆宜垂直隧道周边轮廓布置；2）在岩面上锚杆宜成菱形排列；3）间距不宜大于锚杆长度的1/2。系统锚杆三、锚杆三、锚杆4、锚杆施工（1）砂浆锚杆施工1） 材料及配合比钢筋：锚杆杆体宜用HRB335 、HRB400级带肋钢筋，杆径直径不宜小于22mm，使用前应平直、除锈、除油；水泥：选用不低于32.5号的普通硅酸盐水泥；砂子：宜用中细砂，粒径不应大于2.5mm使用前严格过筛；速凝剂：速凝剂使用前应作速

12、凝效果试验，一般要求初凝不大于5分钟；砂浆配合比：水泥砂浆强度等级不应低于M20，砂胶比宜为1：11：2（重量比），水灰比：0.380.45；三、锚杆u 注浆设备灌注水泥砂浆通常采用牛角形灌浆器，它由伞形阀门、牛角形罐体、注浆器等组成。罐体上部设有进风管和排气管，进风端装有气压表。 牛角形灌桨器三、锚杆4、锚杆施工（1）砂浆锚杆施工2） 钻孔 按锚杆支护的设计用凿岩机进行钻孔。孔径应大于锚杆直径1520mm。3）注浆注浆前应用高压风将孔眼吹净；注浆时将注浆管插入到距孔底50100mm，在注浆的同时，将注浆管徐徐向外拔出，待注浆管口距钻孔口2030 cm时，停止注浆。4）安装锚杆然后将锚杆插入至

13、孔底部将砂浆挤满钻孔。三、锚杆4、锚杆施工（1）砂浆锚杆施工5）安装垫板 垫板一般用610mm的钢板或铸铁制成，规格150mm150mm或,200mm200mm。6）锚杆的质量检查包括长度、间距、角度、方向、抗拔力等。作抗拔力试验，对于重要工程可增作灌浆密度试验。如抗拔力不符合设计要求时，一般用加密锚杆予以补强。施工准备初喷混凝土面上标注孔位钻 孔清 孔不合格合格安装垫板质量检验补强处理结束砂 浆锚 杆孔中压入砂浆插入锚杆体固定锚杆体、待强早强药包锚 杆浸湿药包孔中塞入药包顶入锚杆体、待强原材料检验锚杆加工砂浆配比砂浆锚杆施工工艺早强药包：是指快硬水泥卷、早强砂浆卷或树脂作为锚固剂三、锚杆三、

14、锚杆4、锚杆施工（2）中空注浆锚杆施工1）类型普通中空注浆锚杆；组合式中空注浆锚杆；自进式中空注浆锚杆2）锚杆直径和长度锚杆目前常用的型号：20、22mm、25mm；长度一般为23.5m。三、锚杆4、锚杆施工（2） 中空注浆锚杆施工3）钻孔：用锚杆钻机或风枪钻孔。4）锚杆安装：锚杆由人工安设，应保持锚杆的外露长度1015cm，然后安装孔口帽（止浆塞）。5）注浆准备：为了保证连续不间断注浆，注浆前认真检查注浆泵的状况是否良好；检查制浆的原材料是否备齐，质量是否合格。6）注浆作业：将锚杆、注浆管及注浆泵用快速接头连接好。开动注浆泵注浆，直至浆液从孔口周边溢出或压力表达到设计压力值为止。原材料检验确

15、定浆液配比浆液制备组装锚头、钢筋锚杆体、连接套、中空锚杆体、排气管、止浆塞组装中空锚杆体、排气管、止浆塞安装锚杆、锚固端头安装锚杆组合中空锚杆普通中空锚杆补强处理连接注浆管、注浆锚杆杆体孔口回浆浆体待强，安装垫板、螺栓质量检验结束不合格合格施工准备布 孔钻孔、清孔三、锚杆钢支撑（立即受力）材料： 钢筋（格栅钢架）型钢钢架：工字型钢、H型钢、槽钢四、钢支撑 型式：工字型钢、H型钢、槽钢、U型钢、钢管及钢轨。 适用：及早承担荷载，有较大刚度阻止围岩变形。四、钢支撑1. 型钢钢架型钢格栅四、钢支撑四、钢支撑 特点 对隧道断面变化的适应性好； 可提供较大的早期支护刚度； 易与超前锚杆、小导管形成整体，

16、进一步增强支护作用。 可与喷砼、钢筋网、锚杆良好结合，构成联合支护 ；四、钢支撑2. 格栅钢架（花拱）格栅钢架格栅四、钢支撑（1）钢架加工1）加工场地用砼硬化，精确抹平，按设计放出1：1加工大样。2）采用型钢弯制机按照隧道断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼。四、钢支撑3、钢架施工四、钢支撑3、钢架施工3）各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺。要求沿隧道周边轮廓误差不大于3cm；型钢钢架平放时，平面翘曲小于2cm。4）型钢钢架各单元必须明确标出类型和单元号，并分单元堆放于地面干燥的防雨蓬内。四、钢支撑u钢架安装通常在开挖初喷完成后立即进行。u根据测设的位置，各节钢架以螺栓连

17、接，连接板应密贴。u为保证各节钢架在全环封闭之前置于稳固的地基上，安装前应清除各节钢架底脚下的虚碴及杂物。u钢架初步就位后，加固前，现场架设测量仪器检查钢架各节点处设计高程，达到要求后才能进行钢架加固。u架立钢架后应尽快进行喷砼作业，以使钢架与喷砼共同受力。喷射砼分层进行，先从拱脚或墙角处由下向上喷射，防止上层喷射料虚掩拱脚（墙角）不密实，造成强度不够，拱脚（墙角）失稳。（2）钢架安装 四、钢支撑1）每侧安设根锁脚锚管将其锁定；采用22，环向间距1m的纵向连接钢筋；2）落底接长和仰拱相连并及时喷射砼。3）接长钢架和上部钢架通过垫板用螺栓牢固准确连接。（3）钢架联结、加固四、钢支撑1）加强对钢架

18、的锁脚固定措施；2）加设钢架基础连接纵梁，扩大开挖底脚，防止钢架悬空；3）及时喷射混凝土进行覆盖；4）防止施工过程中的碰撞和损坏。（4）土质隧道防止钢架下沉的措施四、钢支撑（钢拱架加工视频）1）钢拱架的截面高度应与喷射砼厚度相适应，一般为1018cm ，最大不超过20cm ，且要有一定保护层。2）为便于架设，每榀钢拱架一般分26节。3）钢拱架可以采用固定型，亦可选用可缩型，可缩结点宜设置在拱顶节点处。4）采用垫石、垫板、纵向托梁、锁脚锚杆等措施，保证拱架脚的稳定。（5） 施工要点四、钢支撑（钢拱架连接视频）5）钢拱架的安设应在开挖后的2h内完成。6） 应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强

19、其联合支护效应。7）可缩性节点不宜过早喷射混凝土。应待其收缩合拢后，再补喷混凝土。8）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。（5） 施工要点6.2 二次衬砌混凝土施工一、概述1、作用初期支护按主要承载结构设计，二次衬砌按安全储备；或按承受后期围岩压力设计，并均应满足构造要求。2、施做时间对提供安全储备的二次衬砌，应在围岩或围岩加初期支护稳定后施作；对于要求承载的二次衬砌，则应根据量测数据及时施作。二、 混凝土材料及模板的选择1、水泥：宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥强度等级不应低于42.5级。2、砂子：拌制混凝土的细骨料应选用坚硬耐久、粒径在5mm以下的天然砂或机制砂。3

20、、石子：宜选用级配合理、粒性良好、质地均匀坚固、线膨胀系数晓得洁净碎石、碎卵石或两者的混合物。4、外加剂和混合材：为了改善和提高混凝土的各种技术性能，以满足施工工艺和工程质量要求，可在拌制混凝土时适当掺入各种类型的化学外加剂。5、水：普通混凝土用水的要求与喷混凝土相同三、模板类型1、整体移动式模板台车2、分体移动式模板台车3、 拼装式拱架模板四、模筑衬砌施工准备工作1、断面检查根据隧道中线和水平测量，检查开挖断面是否符合设计要求，欠挖部分按规范要求进行凿除。四、模筑衬砌施工准备工作2、放线定位根据隧道中线、标高及断面设计尺寸，测量确定衬砌立模位置，并放线定位。3、清除浮碴，整平墙脚基面墙脚地基

21、应挖至设计标高，并在灌筑前清除虚碴、排除积水、找平支承面。4、拱架模板整备立模前应在洞外样台上将拱架和模板进行试拼，检查其尺寸、形状，不符合要求的应予修整。5、立模根据放线位置，架设安装拱架模板或模板台车就位五、混凝土浇筑施工1、保证捣固密实，使衬砌具有良好的抗渗防水性能；2、整体模筑时，应注意对称浇筑，两侧同时或交替进行；3、衬砌混凝土浇筑应分段进行，自由倾落高度不宜超过2m；4、混凝土应分层浇筑，一般为1530cm；5、1m范围内的超挖，应用同级混凝土进行回填灌筑； 6、混凝土浇筑必须保证其连续性；7、衬砌的分段施工缝应与设计沉降缝、伸缩缝及设备洞位置统一考虑，合理确定位置；8、达到规定强

22、度方能拆模，养护时间不得少于14天。六、机械设备1、模板台车混凝土集中搅拌站六、机械设备2、搅拌设备（1）采用混凝土在运输过程中不得发生分层离析、漏浆、严重的泌水现象，以免破坏混凝土的和易性； （2）拌运送至浇筑地点时，混凝土的坍落度损失值不得超过原规定的30，使其仍具有较好的流动性；（3）途中运输时间45min。混凝土运输车六、机械设备3、运输设备混凝土输送泵注意事项：（1）泵管管路尽可能的少用弯管，尽量顺直，安装良好，不漏气；（2）混凝土输送泵使用之前，先压注1m3左右的水，再压注2 m3左右的砂浆用于湿润泵管，润滑管路，然后再进行混凝土的浇筑，防止堵管。六、机械设备4、输送设备施工准备防

23、水板铺设钢筋绑扎台车就位涂脱模剂台车检修钢筋弯制及运输安注浆管安止水带不合格合格灌筑混凝土脱模混凝土养生输送泵就位混凝土运输 隐蔽检查制作试件拱墙衬砌施工工艺流程（视频）七、压浆、仰拱和底板1、 压浆只在拱顶部位进行压浆，可采用注浆导管法（预留注浆孔法、纵向预留管道法）或者防水板焊接注浆底座法。2、仰拱和底板无仰拱，则底板通常是在开挖完毕且拱墙修筑好后进行。有仰拱，仰拱应超前拱墙衬砌施工。仰拱栈桥七、压浆、仰拱和底板七、压浆、仰拱和底板七、压浆、仰拱和底板七、压浆、仰拱和底板养护：衬砌混凝土灌筑后1020h即应开始浇水养护。使用普通硅酸盐水泥时一般应连续养护714d。拆模：在围岩及初期支护变形

24、基本稳定条件下施做的二次衬砌，可在混凝土强度达到8MPa以上拆模；初期支护未稳定提前施做的二次衬砌的混凝土应在强度达到设计强度100%以后拆模。七、压浆、仰拱和底板混凝土的养护与拆模测量隧底开挖不合格合格清底、检查施作混凝土找平层隧底防水处理仰拱（底板）钢筋绑扎（如有）混凝土标高控制点埋设不合格合格混凝土浇筑前检查浇筑混凝土混凝土养护施工缝处理七、压浆、仰拱和底板仰拱施工工艺流程6.3 预支护技术一、超前锚杆1、构造组成超前锚杆是沿开挖轮廓线，以稍大的外插角，向开挖面前方安装锚杆，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。u 用于支托上部围岩u 柔性大，刚度小一、超

25、前锚杆2、特点u 应力不太大，地下水较少的软弱破碎围岩3、适用条件一、超前锚杆4、超前锚杆设计参数(1)参数(2)型式长度:(35)m间距:(0.31.0)m方向:(1030)m搭接:超前长度的40%60%u 全长粘结式锚杆，22螺纹钢，u 早强水泥砂浆一、超前锚杆5、施工技术要点u 开挖后及时喷射混凝土；u 及时将超前锚杆尾端与系统锚杆、钢筋网焊接；u 根据围岩情况，调整参数。u 安装误差：孔位偏差10cm，外插角1-2锚入长度设计长度96%；超前锚杆施工工艺流程一、超前锚杆长度：小于10m的小钢管的称为短管棚；采用长度为10m45m且较粗的钢管的称为长管棚；位置：洞口管棚和洞身管棚。二、管

26、棚1、构造组成管棚是利用钢拱架与沿开挖轮廓线，以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管或钢插板构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护。2、分类洞口管棚二、管棚洞身管棚二、管棚二、管棚特点：其整体刚度加大，对围岩变形的限制能力较强，且能提前承受早期围岩压力。适用条件：适用于围岩压力来得快来得大，用于对围岩变形及地表下沉有较严格限制要求的软弱破碎围岩隧道工程中。二、管棚3、性能特点及适用条件参数直径：长度L：环向间距：方向：搭接：(2080)cm(12)m(1045)m(70180)mm1.5m 纵向连接： 焊接或丝扣连接二、管棚 4、洞口管棚施工管棚导向墙二、管棚洞口段长管棚设计图二、管棚开挖作业

27、平台开挖作业平台测量放样测量放样施做导向墙、安导向管施做导向墙、安导向管钻孔钻孔安装管棚钢管安装管棚钢管注注 浆浆钢管制作钢管制作双液注浆泵双液注浆泵进洞开挖、支护进洞开挖、支护二、管棚5、管棚施工工艺导向墙施工二、管棚二、管棚钢管的安装Page 93 钢管制作u 钢架应安装稳固；钢管应从工字钢腹板圆孔穿过，或穿过花钢拱架；钻孔方向应用侧斜仪检查控制，钢管不得侵入开挖轮廓线。u 第一节钢管前端要加工成尖锥状，以利于导向插入。u 长钢管应用3m6m的管节逐段接长，钢管接头应纵向错开。u 当需增加管棚刚度时，可在安装好的钢管内注入水泥砂浆。u 水泥砂浆应用牛角泵或其它能满足要求的设备灌注。u 钻孔

28、时如出现卡钻或坍孔，应注浆后再钻，有些土质地层则可直接将钢管顶入。二、管棚5、施工要点在开挖前，先用喷射砼将开挖面和5m范围内的坑道封闭，然后沿坑道周边向前方围岩打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了一个有一定厚度的加固圈。三、超前小导管注浆1、构造组成特点：加固作用；堵水作用。适用条件：不仅适用于一般软弱破碎围岩，也适用于地下水丰富的软弱破碎围岩。三、超前小导管注浆2、性能特点及适用条件三、超前小导管注浆（布置视频）3、小导管布置图 注浆孔孔径： 68mm 注浆孔间距：1020cm 注浆孔布置：管壁上呈梅花状 设置止浆段：30cm三、超前小导管注浆u 注浆孔布置三、超前小导管注浆4、施工（1）开挖面5m范围内封闭，施作止浆墙（2）安装小导管 参数直径：长度L：环向间距：方向：32焊接钢管、40无缝钢管(35)m(2050)mm(1030)m注浆孔布置三、超前小