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第四讲支护基础知识------安全支护及砼衬砌一、初期安全支护1、Ⅲ类围岩安全支护针对Ⅲ类围岩局部受断层及陡倾角裂隙切割形成的不利组合而形成的不稳岩体,拟采取随机锚杆支护的方式进行支护,锚杆采用Φ22、L=2.5m,局部出现断层破碎带及裂隙密集带时,拟采用锚杆与素喷7cm厚砼联合的方式进行支护。2、Ⅳ类围岩安全支护针对Ⅳ类围岩自稳能力偏差的地段,开挖前,首先在距掌子面20cm处布置2排Ф22、L=3.5m的超前锚杆,施工时,从开挖拱顶至两边起拱线处沿开挖线打入锚杆,间、排距为0.5m,i=100~200循环渐进。控制开挖进尺在1.5m左右。确保围岩稳定,避免发生塌方。在开挖进尺后,视围岩情况,采取系统锚喷支护的形式或只对腰线以上进行锚喷支护,以下采取随机支护的形式。必要时,采取钢格栅或型钢(16工字钢)拱架与锚喷联合支护。其有关支护参数为:锚杆Φ22、L=2.5m,间、排距1.5m×1.5m,挂网Φ6.5@20cm×20cm,喷砼15cm。钢格栅拱架采用Φ25/Φ16钢筋制作,间距1m×1m。3、)Ⅴ类围岩安全支护针对Ⅴ类围岩一般地段,支护方式同Ⅳ类自稳能力偏差地段支护;对于Ⅴ类围岩较差地段,特别是经过安宁河东支断裂带及跨紫马沟局部地段,拟采取如下安全支护程序进行支护。1)超前注浆小导管施工在顶拱范围内采用D42小导管超前注浆的支护施工方法,是不良地质隧洞常用的一种开挖辅助措施,我公司开发应用这项技术,曾多次通过不良地质地段。施工时,根据围岩的具体情况采用单排小导管或双排小导管,导管长4m,间距40cm。小导管注浆采用水泥浆,其施工工艺流程见图4-16。在管棚形成后,拟采取短进尺(1.2m左右),按上下台阶法开挖程序进行施工。2)锚喷支护施工开挖完成后,立即采用湿喷法素喷2~5cm厚砼,然后进行锚杆施工,锚杆采用Φ22、L=3m,间、排距1.0m~1.5m梅花形布置;采用早强水泥砂浆进行锚固。锚杆施工完成后进行挂钢筋网,钢筋网采用Φ6.5@20cm×20cm,再进行二次喷砼,至10~15cm厚。引水隧洞施工,按围岩类别划分安全支护请见图4-17《主洞支护体系断面图》;一般采用图中所示方法,如遇特差地质地段,则考虑其它开挖方法及超前大管棚法、灌浆法等支护施工。3)钢格栅及钢支撑拱架支护对于安宁河断裂影响带,如锚喷支护不能满足安全要求时,拟采用钢筋格栅拱架结合锚喷支护进行支护,格栅拱架间距50~100cm,每榀格栅拱架起拱线处打四根Φ22、L=3.0m的锁角锚杆,锚杆采用锚固剂进行锚固;或采用型钢支撑拱架结合锚喷支护进行。钢支撑采用16工字钢或16槽钢,每榀间距70~80cm。必要时,采用固结灌浆法进行支护处理。锚喷支护1、工程特性本标段锚喷支护分三种形式:素喷混凝土、挂网喷混凝土、钢纤维及CTA微纤维喷砼,用于永久支护。锚杆采用Φ22钢筋,长度L=2.5~3m。钢筋网拟采用Φ8@20cm×20cm的网片。2、施工方法及资源配置喷锚支护能迅速控制或限制围岩松弛变形,充分发挥围岩的自承能力,是隧洞施工的重要环节。随机锚喷支护随隧洞开挖适时进行,系统锚喷支护在洞挖后及时进行。在喷射砼之前按照施工规范和验收标准对开挖断面进行检验,合格后再开始施工。(一)、锚杆施工本工程施工过程中的临时支护及永久系统锚杆均按招标文件要求采用水泥砂浆全长注浆锚杆。1、施工方法锚杆孔采用YT-28型气腿式风钻钻孔,钻孔直径Φ42mm,钻孔深度按照设计要求及施工措施要求进行施作。自制作业台架,满足边顶拱锚杆施工要求。注浆采用KBY50/70型砂浆锚杆专用注浆泵注浆。永久支护锚杆施工每施工区计划投入风钻8台、2台备用,计划投入人力30人,注浆泵2台,作业台车每工作面一台。锚杆在钢筋加工厂进行加工。2、工艺流程锚杆造孔完成后,采用风水联合进行冲洗,再进行锚固施工。边墙锚杆采用“先注浆后插杆”工艺,施工程序:造孔--清孔--注浆--锚杆安装、固定--孔口固定钻孔前根据设计要求定出孔位,钻孔时保持直线钻进,孔向按照设计要求角度钻进。注浆前用高压联合风水彻底清孔,注浆时将注浆管插入钻孔中,距孔底10cm,打开注浆机随水泥砂浆的注入缓慢均匀拔出注浆管,直至砂浆注满锚杆孔。注浆完成后,迅速将锚杆插入孔内直至孔底,并上紧垫板。砂浆随拌随用,一次拌合的砂浆在初凝前用完。顶拱锚杆采用“先插杆后注浆”工艺,施工程序:造孔--清孔--锚杆安装、固定--注浆--孔口固定钻孔前根据设计要求定出孔位,钻孔时保持直线钻进,孔向按照设计要求角度钻进。造孔完成后用高压联合风水彻底清孔,然后将锚杆插入孔中并固定,注浆时将注浆管插入孔底,打开注浆机随水泥砂浆的注入缓慢均匀拔出注浆管,直至砂浆注满锚杆孔。注浆完成后,迅速安装并上紧垫板。砂浆随拌随用,一次拌合的砂浆在初凝前用完。3.施工质量要求(1)楔缝垂直、平整、位置在锚杆中心上,缝宽误差不大于±0.5mm,缝长误差不大于±5mm。(2)锚杆长度大于孔深6-10cm,加工长度误差不大于±1cm,并除去锚杆上的油污、铁锈等杂质,杆身调直无缺损。(3)锚杆孔位置误差不大于±10cm,锚杆孔深度误差不大于±1cm。(4)水泥标号不低于425#,并采用普通硅酸盐水泥。砂子采用最大粒径小于2.5mm的中细砂。(5)水泥砂浆的强度等级不低于20Mpa,并满足施工图纸要求。(6)使用的外加剂对锚杆无腐蚀作用。(二)钢筋网施工本工程用于支护钢筋网拟采用Φ8钢筋在钢筋加工厂制作成2m×2m(Φ8@20cm×20cm)的钢筋网片,同时准备数量充足的网片以备用。钢筋网按照设计在加工厂进行加工或在施工现场制作。1、施工方法安装钢筋网前首先将基岩面冲洗干净,根据施工需要在挂网区域按规范要求打一定数量的插筋固定钢筋网。钢筋网与锚杆或插筋采用点焊连接,安装完成后对网片与岩面的距离按照规范要求进行检查,确保距离在3~5cm,距离不满足要求的用同标号的砂浆垫块垫起。2、施工质量要求(1).制作网片所使用的钢筋必须满足设计及规范的要求,网片规格必须满足设计的要求;钢筋在制作时首先必须进行拉直、除锈。钢筋网片节点需间隔焊接牢固。(2).挂网前必须按规范要求对基岩面松动岩石进行清理,基岩面经监理及设计验收合格后方可挂网,同时钢筋网与锚杆或插筋的连接必须采用焊接连接牢固。(3).钢筋保护层的厚度不小于50mm,同时网喷砼厚度不大于25cm,局部塌方地段厚度大于25cm时,必须挂双层钢筋网或按照监理的要求进行施工。(三)喷砼施工本合同工程喷砼分为素喷砼、网喷砼和钢纤维喷砼三种。喷砼拟均采用“湿喷法”工艺。喷砼料生产在洞外拌和站集中拌和,利用砼运输车运至工作面。喷砼设备采用TK-961型喷射机,每作业区上、下游各一台、人力计划安排32人分两班进行作业。施工程序:开挖--危石清理--断面尺寸检查--岩面冲洗-岩面验收--喷混凝土料运输--底层喷护(3~5cm)--挂网
--面层喷护至要求--验收--补喷处理合格--养护回弹料清理喷砼工艺流程见图4-18《喷砼施工工艺流程图》。施工技术要求:(1)选用不低于425号普通硅酸盐水泥,细度模数大于2.5的硬质洁净中砂或粗砂,粒径5-15连续级配碎(卵)石,化验合格的拌合用水。使用的外加剂如速凝剂、早强剂等符合技术规范要求,初凝时间不大于5min、终凝时间不大于10min。(2)喷射砼严格按设计的配合比进行拌和,配合比及搅拌均匀性每班检查不小于两次。拌制混合料的称量偏差符合下列规定:水泥和速凝剂:±2%砂、石:±3%(3)喷射砼前,认真检查隧洞断面尺寸,对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理,清除浮石和墙角虚碴,并用高压水或高压风冲洗岩面。(4)喷头距岩面距离以0.6~1.0m为宜,喷头垂直受喷面,喷初期支护钢架、钢筋网时,可将喷头稍加偏斜,角度大于70º。喷射砼路线应先边墙后拱部,分区、分段“S”形运动,喷头作连续不断的圆周运动,后一圈压前一圈1/3,螺旋状喷射砼。(5)喷射砼作业采取分段、分层,自下而上的顺序进行。喷射砼时,喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动,螺旋直径约20~30cm,以保证喷射砼密实。同时掌握风压、水压及喷射砼距离,减少回弹量。(6)喷射砼时分层作业,边墙每层厚度控制在5~7cm,顶拱每层厚度控制在4~5cm,第二次喷射砼须在第一层终凝后进行,若终凝1小时后再进行喷射,需冲冼第一层喷混凝土面。初次喷射砼先找平岩面。(7)喷射砼终凝2小时后,进行喷水养护,养护时间不少于7天。(8)隧洞开挖时,爆破距上次喷射砼完成时间间隔,不小于4小时。(9)有水地段喷射砼采取如下措施:---当涌水点不多时,可设导管排水后再喷射砼;当涌水量范围较大时,可设树枝状排水导管后再喷射砼;当涌水严重时可设置泄水孔,边排水边喷。
---增加水泥用量,改变配合比,喷射砼由远而近逐渐向涌水点逼近,然后在涌水点安设导管,将水引出,再向导管附近喷射。
---当岩面普遍渗水时,可先喷砂浆,并加大速凝剂掺量,初喷后再按原配合比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施,将水引导疏出后再喷。(10)在喷射砼2小时内,离工作面50m以内禁止爆破开挖。(四)喷钢纤维砼施工1、施工方法喷钢纤维砼施工方法同普通喷砼施工工艺。2、施工技术及质量控制要点(1)使用材料必须满足下列技术要求:A)水泥与砂石的重量比为1:3~1:4;B)砂率不小于50%;C)水灰比为0.4~0.45;D)速凝剂掺量通过试验确定;同时,钢纤维的掺量及质量必须满足有关规范的要求。(2)在受喷围岩明显凹凸不平处,须先用喷射砼填平补齐,然后再喷射钢纤维喷砼;(3)在喷射钢纤维砼表面,须再喷敷厚度10mm的水泥砂浆。(五)砼衬砌1、施工工艺流程砼衬砌施工采用先绑扎钢筋后立模的方式。钢筋在钢筋加工厂严格按设计和规范要求制作,人工现场架立、绑扎、焊接成型,其施工工艺流程见图4-22《隧洞砼衬砌施工工艺流程图》。(1)施工放样:检查开挖断面,进行欠挖处理。确保衬砌厚度达到设计要求。绑扎钢筋前将隧洞底部石碴、积水及杂物清理干净。(2)钢筋在加工厂制作成型后,运抵现场人工绑扎,焊接安装钢筋的绑扎、焊接、配置、砼支撑垫块等严格按照设计图纸及施工规范的要求执行。(3)衬砌台车就位后用测量仪器进行校核,确保位置准确。(4)砼采用分层、左右交替对称连续浇筑,每层浇筑厚度控制在40~50cm,输送管口至浇筑面垂直距离控制在1.5m以内,防止砼离析。砼浇筑过程中,保持连续施工,避免停歇造成“冷缝”,如因意外必须间断则间歇时间不超过1h,否则按施工缝处理。(5)混凝土浇筑完成后12~18h内开始进行养护,养护采用喷水养护,使表面保持湿润。设专人进行养护,养护时间不少于14天。2、砼接缝处理隧洞砼衬砌分段浇筑,同一段砼边墙、拱部连续施工,以保证砼衬砌的整体性,在各浇筑段之间设置横向伸缩缝,采用橡胶止水带防水。橡胶止水带质量符合招标文件技术规范要求。现浇砼衬砌施工缝采用橡胶止水带防水,止水带搭接长度不小于10cm,上段砼浇筑前用堵头板将止水带固定在砼衬砌中部,浇筑下段前,将接缝处的堆积物、杂质等清除干净并用湿布擦净,用高压水枪冲洗,经工程师检查合格后再浇筑下一段。靠近止水带的最大骨料粒径不超过20mm。施工时,止水带的型式、位置、尺寸和材料按图纸所示或工程师的指示确定。3、施工质量控制要求1、施工材料:拌和混凝土使用的原材料及水泥需附有厂家的试验报告同时必须经过试验,试验质量满足设计及规范的要求后方可使用。水泥检测取样以200~400t同品种、同标号水泥为一个取样单位,检测项目包括:水泥标号、凝结时间、体积安定性、稠度、细度模数、比重等试验。对使用的外加剂质量必须满足质量要求。在施工过程中,对外加剂溶液的浓度,每班检查两次。骨料在质量满足要求的前提下,在施工过程中其含水量、超逊径及砂的细度模数等常规试验项目必须按照水工规范的要求进行施作,以便及时调整配合比、以确保混凝土的拌和质量。钢筋在使用前必须进行冷拉及冷弯等性能的试验,合格后方可使用,下料前,必须对有锈迹的钢筋进行除锈等工作。钢筋工程质量控制方法请见图4-23《钢筋工程质量控制程序图》(含网喷砼使用钢筋)。混凝土的拌和要严格按现场试验室提供并经监理工程师批准的配料单进行配料,对拌和秤量系统坚持定期校核,确保配料误差在允许范围内;混凝土拌和时间不小于3min,确保混凝土拌和均匀。混凝土在运输过程中,尽量缩短运输时间,保证不发生分离、漏浆和严重泌水现象。2、施工过程控制混凝土浇筑之前,首先对施工缝老混凝土面严格按水工施工规范的要求进行凿毛处理,模板涂刷脱模剂;浇筑过程中,设专职技术员现场检查和监督。混凝土间歇时间、振捣均严格按照水工规范、技术条款进行,避免初凝及漏振现象发生,同时严格控制不合格混凝土入仓或往仓内加水。边墙混凝土两侧上升必须同时进行,每次上升高度控制在50cm以内。底板混凝土施工前基岩面必须经监理工程师验收合格后,方可进行混凝土浇筑工作。在浇筑第一层混凝土前,必须先铺一层2~3cm厚的水泥砂浆,砂浆水灰比与混凝土的浇筑强度相适应,铺设施工工艺要确保混凝土与基岩的良好结合。浇筑混凝土底板的基岩上的杂物、泥土及松动石均要清除,同时冲洗干净并排干积水,如遇有承压水、则必须制定引排措施并报监理工程师批准,处理完毕,经监理工程师认可后,方可浇筑混凝土。清洗后的基础岩面在混凝土浇筑前必须保持洁净和湿润。砼施工质量控制方法请见图4-24《模注砼工程质量控制程序图》。(六)灌浆施工1、工程特性本标段灌浆工程分为回填灌浆、固结灌浆和钢衬段接触灌浆,回填灌浆在衬砌拱顶60º范围布置,排距300cm、单、双孔交替布置、深入基岩10cm;固结灌浆为全断面布置,排距300cm、深入基岩400cm、梅花型布置。回填灌浆待衬砌混凝土达到70%设计强度后进行,固结灌浆在该部位回填灌浆结束7天后进行。接触灌浆一般在砼浇筑完成60d后进行,特殊情况不少于28d。主要工程量:回填灌浆:24900m2,固结灌浆:3670m,接触灌浆:2200m2。2、施工方法及资源配置灌浆施工采用YT-28气腿式风枪配自制钻孔台车沿混凝土衬砌预埋的孔口管进行钻孔,风水管路自开挖引入的主管上接入。灌浆设备采用SGB6-10型灌浆泵,浆液在现场采用ZJ-400型高速搅拌机拌制、低速搅拌机储浆,采用泥浆泵输浆。灌浆钻孔完成后,用高压风水联合进行冲洗,清洗干净灌浆孔。准备工作就绪后,安装灌浆管及灌浆塞进行灌浆。灌浆工作每作业区计划投入钻孔风枪8台,上、下游各4台;SGB6-10型灌浆泵2台,上、下游各1台;ZJ-400型制浆机2台,上下游各1台;BM-250型泥浆泵2台,上下游各一台;每工区共投入人力30人,分三班工作制。3施工工艺流程3.1回填灌浆1)钻孔本标钢筋混凝土衬砌段,回填灌浆孔钻孔采取在衬砌中预埋孔口管,钢衬段采取预留孔的方法;利用钻孔台车按灌浆程序,分段分序进行,孔深深入岩石10cm。灌浆孔纵向间距3m,顶部60º范围内单双孔交替布置,开孔孔位与设计位置的偏差不得大于10cm,钻孔时保证孔向准确。2)灌浆①灌浆分序根据工程实际情况及设计需要,回填灌浆作
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