隧道支護與襯砌+施工要點

隧道支護與襯砌+施工要點任務七隧道支護與襯砌概述：隧道施工在地層中開挖出導坑后，出現(xiàn)了巖壁臨空面，改變了圍巖的應力狀態(tài)，產(chǎn)生了趨向隧道內(nèi)的變形位移。同時，由于開挖擾動以及隨時間推移的變形量的增長，又降低了圍巖的強度。當圍巖應力超過圍巖強度時，圍巖的變形發(fā)展過大，從而造成失穩(wěn)；其表現(xiàn)通常為圍巖向洞內(nèi)的擠入、張裂、沿結構面滑動，甚至最后發(fā)生坍塌。圍巖的變形是個動態(tài)過程。對于堅硬穩(wěn)固的圍巖，開挖成洞后其強度足以承受重分布后的應力，因而不致失穩(wěn)。但對于破碎、軟弱圍巖，開挖后隨著暴露時間的增加，變形隨著發(fā)展，就會造成失穩(wěn)。尤其是在隧道拱部、洞口、交叉洞以及圍巖呈大面積平板狀且結構面發(fā)達的部位，更易失穩(wěn)。

任務七隧道支護與襯砌為了有效地約束和控制圍巖的變形，增強圍巖的穩(wěn)定性，防止塌方，保證施工和運營作業(yè)的安全，必須及時、可靠地進行人工支護，人工支護通常又分為一次支護（初期支護）和二次支護（襯砌）兩大類。按使用目的和時間又分為臨時支護和永久支護，臨時支撐的功能是作為輔助開挖結構，或作為過渡結構，特別是用于控制局部塌落等，當臨時支撐的任務完成后常被拆除。永久支護一般是指混凝土襯砌。有時僅僅采用噴混凝土、錨桿及鋼支撐等一般人工支護方法不能保證坑道的穩(wěn)定時，還需要采取輔助的支護措施，如小導管注漿、管棚、鎖腳錨桿、圍巖注漿等支護方式。這是提高圍巖自支護能力的重要措施。一般說，這種人工支護的措施，多數(shù)是在地質條件差的情況時采取的。

任務七隧道支護與襯砌支護的合理選用與圍巖的穩(wěn)固程度有關。一般說來，Ⅰ級圍巖不需臨時支護；Ⅱ級圍巖采用錨桿支護；Ⅲ～IV級圍巖采用噴射混凝土支護、錨桿噴混凝土聯(lián)合支護、錨桿鋼筋網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合支護；Ⅴ級圍巖采用噴射混凝土鋼支撐聯(lián)合支護或其他支撐支護；Ⅵ級圍巖采用木、鋼、鋼木混合支撐或鋼筋混凝土支撐。對于Ⅰ～Ⅱ級圍巖，可以先挖后支，支護距開挖面距離一般不宜大于5～10m；Ⅳ～Ⅴ級圍巖隨挖隨支，支護需緊跟工作面；Ⅴ～Ⅵ圍巖先支后挖。施工過程中如條件合適，應盡量將臨時支護與永久支護結合采用。

任務七隧道支護與襯砌一、錨噴支護錨噴支護：是一種組合支護，它是將噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土、鋼纖維、鋼拱架組合起來的支護形式?？梢愿鶕?jù)不同圍巖的穩(wěn)定狀況，采用錨噴支護中的一種或幾種結構的組合。錨噴支護是目前通常采用的一種圍巖支護手段。采用錨噴支護可以充分發(fā)揮圍巖的自承能力，并有效地利用洞內(nèi)的凈空，既提高了作業(yè)的安全性，又提高了作業(yè)效率；它能適應軟弱巖層和膨脹性巖層中隧道的開挖；它能用于整治坍方和隧道襯砌的裂損。任務七隧道支護與襯砌一、錨噴支護錨噴支護包括：噴射混凝土支護、錨桿支護、噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護、噴射混凝土鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護、噴射混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護、噴鋼纖維混凝土支護、噴鋼纖維混凝土錨桿聯(lián)合支護，以及上述幾種類型加設型鋼（或鋼拱架）而成的聯(lián)合支護。前五種為常用的基本類型，后兩類較少使用。任務七隧道支護與襯砌錨噴支護優(yōu)越性：能及時支護和有效地控制圍巖的變形，防止巖塊墜落和坍塌的產(chǎn)生，充分發(fā)揮圍巖的自承能力；能大量節(jié)省混凝土、木材和勞動力，加快施工進度，工程造價可大幅度降低，并有利于施工機械化程度的改進和勞動條件的改善等。是一種符合巖體加固原理的積極支護方法，加固體具有良好的物理力學性能。即它能及時地支護和加固圍巖，與圍巖密貼并封閉巖體的張性裂隙和節(jié)理，加固圍巖結構面，有效地發(fā)揮和利用巖塊問的鑲嵌咬合和自鎖作用，從而提高巖體自身的強度、自承能力和整體性。任務七隧道支護與襯砌錨噴支護優(yōu)越性：支護結構柔性好，它能同圍巖共同變形，構成一個共同工作的承載體系。在變形過程中，它能調(diào)整圍巖應力，抑制圍巖變形的發(fā)展，避免巖體坍塌的產(chǎn)生，防止過大的松散壓力出現(xiàn)。錨噴支護結構不再把圍巖僅僅視作荷載(松散壓力)，同時還把它視為承載結構的組成部分。

任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的作用與效果：

任務七隧道支護與襯砌噴射混凝土的作用與效果：

任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的工藝與流程：有干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。它們之間的主要區(qū)別是：各工藝流程的投料程序不同，尤其是加水和速凝劑的時機不同。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護人工噴射混凝土的場景任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土原料及配合比：噴射混凝土的原材料包括:水泥、碎石或卵石(礫石)、砂、水和外加劑(速凝劑)等。優(yōu)先選用425號以上的普通硅酸鹽水泥，其次是礦渣硅酸鹽水泥和火山灰質硅酸鹽水泥；在地質條件復雜的隧道中應用早強水泥；使用前均應做強度鑒定試驗。為防止噴射混凝土過程中的堵塞管道，減少回彈量及保證混凝土支護結構的強度，應采用堅固耐久的碎石或卵石，粒徑不宜大于15mm(細卵石好)。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土原料及配合比：為保證噴射混凝土的強度和減少施工作業(yè)時的粉塵，以及減少混凝土硬化時的收縮裂紋，應采用堅硬耐久的中、粗砂，細度模數(shù)一般宜大于，含水率宜控制在5%～7%，若超過7%，噴射時易造成堵管。為保證噴射混凝土正常凝結和硬化，保證強度和穩(wěn)定性，飲用水可作噴射用水，不得使用污水以及PH值小于4的酸性水和含硫酸鹽量(SO4計算)超過水量1%的水，也不得使用含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質的水。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土原料及配合比：外加劑主要是速凝劑，應采用符合質量要求，并對人體危害性很小的外加劑。摻外加劑之前，應做與水泥的相溶性試驗及水泥凈漿速凝效果試驗，初凝不應大于5min，終凝不應大于10min，注意速凝劑平時保持干燥勿受潮變質。在噴射混凝土中添加速凝劑的目的是使噴射混凝土速凝，以減少回彈量及早強。因此，摻外加劑后的噴射混凝土性能必須滿足設計要求。一般速凝劑最佳摻量約為水泥重量的2%～4%，實際使用時拱部可用2%～4%，邊部可用2%，過多的摻量對噴射混凝土反而不利。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土原料及配合比：任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

噴射混凝土前要做相應的檢查和準備工作。噴射作業(yè)施工準備工作做好后，嚴格掌握規(guī)定的速凝劑摻量，并添加均勻。噴射時，噴射手應嚴格控制水灰比，使噴層表面平整光滑，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象。在未上混凝土拌和料之前，先開高壓風及高壓水，對噴射機械進行調(diào)試。

噴射應分段、分部、分塊，按先墻后拱、自下而上地進行噴射。噴嘴需對受噴巖面作均勻的順時針方向的螺旋轉動，一圈壓半圈的橫向移動，螺旋直徑約為20～30cm，以使混凝土噴射密實。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

為保證噴射混凝土質量，減少回彈量和降低粉塵，作業(yè)時還應注意以下事項：①噴射時應分段長度不超過6m，分部為先下后上，分塊大小為2m×2m，并嚴格按先墻后拱，先下后上的順序進行噴射，以減少混凝土因重力作用而引起滑動或脫落現(xiàn)象的發(fā)生；②掌握好噴嘴與受噴巖面的距離和角度，噴嘴至巖面的距離為～，過大或過小都會增加回彈量。噴嘴與受噴面垂直，并稍微偏向剛噴射的部位(傾斜角不宜大于100)，則回彈量最小、噴射效果和質量最佳。對于巖面凹陷處應先噴和多噴，而凸出處應后噴和少噴。回彈混凝土不得再次利用。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

風壓與噴射質量有密切的關系，過大的風壓會造成噴射速度太高而加大回彈量，損失水泥，風壓過小會使噴射力減弱，則混凝土密實性差。因此，根據(jù)噴射情況應適當調(diào)整風壓、輸料管長度進行調(diào)節(jié)風壓。噴射作業(yè)應分層進行。一次噴射厚度不得太厚或太薄，它主要與噴射混凝土層與受噴面之間的粘結力和受噴部位等有關，并且應根據(jù)摻與不摻速凝劑、噴射效率，回彈損失率等因素而定。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

根據(jù)工程經(jīng)驗，通常噴層支護的最小厚度一般不能小于5cm，而在有較大圍巖壓力的破碎軟弱巖體中，噴層厚度以不小于8～10cm為宜，噴層總厚度不宜大于25cm，只有三車道以上大斷面隧道才允許適當增大噴射厚度，但不宜大于30cm。一般規(guī)定按照表2-7-4確定噴射厚度。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

一次噴射太厚，在自重作用下，噴層會出現(xiàn)錯裂而引起大片坍落。一次噴射太薄，大部分粗骨料會回彈，使受噴面上僅留下一層薄薄的混凝土或砂漿，勢必影響效果及工程質量。分層噴射厚度，一般為粗骨料最大粒徑的兩倍，如一次噴射厚度小于5cm時，使用石子的最大粒徑也要求相應減小。分層噴射，一般分2～3層噴射。分層噴射合理的間隔時間應根據(jù)水泥品種、速凝劑種類及摻量、施工溫度(最低不宜低于5℃)和水灰比大小等因素，并視噴射的混凝土終凝情況而定。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護噴射混凝土的施工要點

分層噴射間隔時間不得太短，一般要求在初噴混凝土終結以后，再進行復噴。當間隔時間較長時，復噴前應將初噴混凝土表面清洗干凈，且復噴時應將凹陷處進一步找平。一般在常溫下(15℃～20℃)，采用紅星一型速凝劑時，可在5min～10min后，進行下一次噴射；而采用碳酸鈉速凝劑時，最少要在30min后，才能進行復噴。為使水泥充分水化，使噴混凝土的強度均勻增長，減少或防止混凝土的收縮開裂，確保噴混凝土質量。因此，噴射后特別需要有良好的養(yǎng)護，應在其終凝1h～2h后進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間應不少于7天。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工要點如下：

①鋼筋使用前，應清除污銹。鋼筋網(wǎng)宜在施工現(xiàn)場預制點焊成網(wǎng)片，也可就地綁扎相結合。②鋼筋網(wǎng)通常應環(huán)向和縱向布置。環(huán)向筋一般為受力筋，由設計計算確定，鋼筋直徑Φ12mm左右；縱向筋一般為構造筋，直徑一般為Φ6～Φ10；網(wǎng)格尺寸一般為20×20cm，20×25cm，25×25cm，25×30cm，30×30cm，圍巖松散破碎較嚴重時，或土質和砂質隧道，可采用直徑小于Φ6mm，網(wǎng)格尺寸一般為10×10cm，10×15cm，15×15cm。15×20cm，20×20cm。鋼筋網(wǎng)安設時，其搭接長度不小于30d（d為鋼筋直徑），并不小于一個網(wǎng)格長邊尺寸；采用雙層鋼筋網(wǎng)時，第二層鋼筋網(wǎng)應在第一層鋼筋網(wǎng)被混凝土覆蓋后鋪設。

任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工要點如下：

③鋼筋網(wǎng)應據(jù)根被支護圍巖面上的實際起伏形狀鋪設，應在初噴一層混凝土后再掛設在巖面上的，然后再噴混凝土。鋼筋網(wǎng)與受噴面的最大間隙應不宜大于30mm。④為便于掛網(wǎng)安裝，常將鋼筋網(wǎng)先加工成網(wǎng)片，長寬尺寸可以為100cm～200cm。⑤鋼筋網(wǎng)應與鋼拱架、錨桿或錨釘頭連結牢固，并應盡可能多點連接，以減少噴混凝土的使網(wǎng)筋發(fā)生“弦振”現(xiàn)象。錨釘?shù)腻^固深度不得小于20cm，以確保連接牢固、安全、可靠。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工要點如下：

⑥在開始時，應適當縮短噴頭至受噴面的距離，并適當調(diào)整噴射角度，使鋼筋網(wǎng)背面混凝土達到密實。對于干燥土質隧道，第一次噴射一定不能太厚，否則會鼓起及剝落等。⑦在砂層地段，應注意要緊貼砂層鋪掛細鋼筋網(wǎng)，并用Φ12mm環(huán)向鋼筋壓緊，再噴射混凝土。在正式噴射前先噴一層加大速凝劑摻量的砂漿，適當減少噴射機的工作風壓。⑧在有水地段，應改變配合比，增加水泥用量；先噴干混合料，待其與涌水融合后，再逐漸加水噴射。噴射時由遠而近，逐漸向涌水點逼近，然后在涌水點安設導管將水引出，再在導管附近噴射。任務七隧道支護與襯砌（一）噴射混凝土支護鋼筋網(wǎng)噴射混凝土施工要點如下：

當涌水范圍較大時，可設樹枝狀排水盲溝再噴射；當涌水嚴重時，可設置泄水孔，邊排水邊噴射；當涌水點不多時，可用開縫摩擦錨桿進行導水處理后再噴射。當有鋼架時，鋼架與圍巖之間的間隙必須用噴射混凝土充填密實，噴射混凝土應將鋼架覆蓋，避免鋼架銹蝕，并應由兩側拱腳向拱頂方向噴射。為防止噴射混凝土開裂，當采用鋼纖維噴射混凝土時，鋼纖維在混合料中應分布均勻，不得結成團。任務七隧道支護與襯砌（二）鋼纖維噴射混凝土支護鋼纖維噴混凝土主要在通過韌性發(fā)揮其作用，在隧道洞口段和斷層破碎帶或膨脹性圍巖等圍巖惡劣的場合、大土壓作用的地點和隧道交叉段、擴大段等構造上產(chǎn)生很大應力的地點等使用?；烊肜w維后與金屬網(wǎng)一樣可起到防止剝落的效果。一般采用的鋼纖維，其長度在40mm以下，纖維直徑為～0.6mm,長徑比為40～60左右，混入率在0.5%～1.0%左右。任務七隧道支護與襯砌（二）鋼纖維噴射混凝土支護其他纖維有聚丙烯纖維、尼龍纖維、碳纖維等,這些纖維的力學性能有的是鋼纖維不具備的。在實踐中聚丙烯纖維采用較多，與鋼纖維比較其密度為，比較輕，材料運送、混入比較容易。纖維噴混凝土有鋼纖維、玻璃纖維、尼龍纖維等。鋼纖維噴混凝土是纖維噴混凝土的應用最多的一種。任務七隧道支護與襯砌（二）鋼纖維噴射混凝土支護纖維噴混凝土與普通噴混凝土的最大區(qū)別為:(1)彎曲拉伸及抗剪強度大；(2)最大強度后的殘留強度大；(3)峰值強度后的變形能力及韌性大，開裂發(fā)生后也能傳遞拉力；(4)耐沖擊、抗凍融性好。任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護1．錨桿作用機理任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護1．錨桿作用機理任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型錨桿類型按照作用原理可劃分為全長粘結型、端頭錨固型、摩擦型和預應力型四種。全長粘結型錨桿可分為普通水泥砂漿錨桿、樹脂錨桿、水泥卷錨桿、早強水泥砂漿錨桿、中空注漿錨桿、自鉆式注漿錨桿等。端頭錨固型錨桿按結構又可分為：①機械式內(nèi)錨頭：楔縫式錨桿、倒楔式錨桿、脹殼式錨桿。②粘結式內(nèi)錨頭：如水泥砂漿內(nèi)錨頭，快硬水泥卷內(nèi)錨頭，樹脂錨固錨桿。任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型摩擦型錨桿可分為縫管式錨桿、楔管式錨桿、水脹錨桿。預應力錨桿按內(nèi)錨頭的結構型式有機械式內(nèi)錨頭和膠結式內(nèi)錨頭；按錨固段的應力分布有集中型和分散型；按巖層的受力性質有拉力型、壓力型、剪力型和混合型。目前使用最廣的是拉力集中型，但近年壓力分散型錨桿發(fā)展很快。任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型隧道工程的永久支護必須采用全長粘結型錨桿和預應力注漿錨桿。自穩(wěn)時間短的圍巖，宜采用全粘結型樹脂錨桿或早強水泥砂漿錨桿。局部不穩(wěn)定的巖塊宜設置局部錨桿，可采用全長粘結型錨桿、端頭錨固型錨桿、預應力錨桿，錨固端應置于穩(wěn)定巖體內(nèi)，錨桿參數(shù)應通過計算確定。軟巖、收斂變形較大的圍巖地段，可采用預應力錨桿，預應力錨桿的預加應力應小于100kPa。預應力錨桿的錨固端必須錨固在穩(wěn)定巖層內(nèi)。巖體破碎、成孔困難的圍巖，宜采用白進式錨桿。錨桿通常只能作為臨時支護，只有證明全孔注漿飽滿的才能用于永久支護。任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型⑴錨桿類型①全長粘結型⑴錨桿類型②端頭錨固型⑴錨桿類型

②端頭錨固型⑴錨桿類型

②端頭錨固型⑴錨桿類型

③摩察型⑴錨桿類型

③摩察型任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型中空注漿錨桿圖片

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型中空注漿錨桿圖片

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型縫管錨桿,

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型墊板

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護2．錨桿類型要發(fā)揮錨桿的效果，墊板的設置是十分重要的。試驗表明：設墊板比不設墊板，加載應力提高了倍；墊板面積越大，頭部軸力提高也越多。例如，墊板面積增加1倍，頭部軸力可提高倍。其次，有墊板時，錨桿軸向應變的最大值的位置，向內(nèi)部移動。這說明錨桿的三維約束效果得以發(fā)揮。

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護3．采用錨桿的條件錨桿的錨固力受到錨桿和錨固材的附著力和錨固材和圍巖的附著力兩方面的影響：具體地說，就是受到錨桿的材質和表面形狀、錨固材的強度、圍巖的強度、孔壁的狀況及錨固材的充填狀況等的影響。因此，為獲得較好的圍巖錨固效果，要求錨桿和圍巖間要有適當?shù)腻^固力；在不連續(xù)圍巖中錨桿要橫切（穿）不連續(xù)面；在不連續(xù)性圍巖中，設置錨桿的范圍內(nèi)，圍巖位移差要大。

任務七隧道支護與襯砌（三）錨桿支護3．采用錨桿的條件不滿足這些條件的圍巖，錨桿的作用是比較小的，甚至沒有效果。例如：①在含水的粘性土中，錨固材和圍巖間產(chǎn)生滑動，錨固力有時不充分；②松砂等因圍巖的強度小，也不能獲得錨固力，但如對圍巖進行改良，也有可能產(chǎn)生效果；③在連續(xù)性圍巖中，變形小，幾乎也不產(chǎn)生塑性變形的圍巖。但在這種圍巖中，因主要是不連續(xù)面支配圍巖的動態(tài)，作為不連續(xù)面的對策，也會產(chǎn)生一定的效果；④塑性區(qū)域超過錨桿設置范圍以外的