隧道初期支护施工技术

一、超前小导管施工

1 施工程序与工艺流程

（1）施工程序

施工准备→风钻钻孔→顶入钢管→连接管路→压水试验→有无渗漏→注浆→检查加固效果→停止注浆→下步工序施工。

（2）工艺流程

2 施工要求

（1）注浆试验

注浆施工前应对不同水灰比、掺加不同掺和料和不同外加剂的浆液进行试验，选择适合的浆液和配比，按照配比准确计量，严格按顺序加料，搅拌后的浆液必须经筛网过滤后方可进入注浆机。

（2）超前小导管设计

超前小导管配合型钢或格栅钢架使用，应用于隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩拱部超前注浆预支护，其纵向搭接长度Ⅰ型、Ⅱ型超前小导管不小于1m，Ⅲ型超前小导管不小于1.5m。

（3）小导管的制作

小导管前端做成尖锥形，尾部焊接Φ6mm钢筋加劲箍，管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为10mm，尾度50cm不钻孔。小导管构造见下图。

3 小导管安装

A. 测量放样，在设计孔位上做好标记，用风动凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大3～5mm。

B.成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或用凿岩机直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入，钢管顶入钻孔长度≥90%管长，顶管至设计孔深后，将孔口用水泥—水玻璃胶泥将钢花管与孔壁之间的缝隙封堵。外露20cm支撑于开挖面后方的钢架上，与钢架共同组成预支护体系。

4 注浆

应按照设计要求选择单液浆或双液浆。按试验阶段确定的浆液配合比进行拌合，注浆前先喷射混凝土5～10cm厚封闭掌子面，形成止浆盘。

注浆前先冲洗管内沉积物，浆液先稀后浓，由下至上顺序进行。单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10min；且进浆速度为开始进浆速度的1/4或进浆量达到设计进浆量的80%及以上时注浆方可结束，注浆结束后管内灌入M10水泥砂浆封口。

注浆施工中认真填写注浆记录，随时分析和改进作业，并注意观察施工支护工作面的状态。注浆参数应根据注浆试验结果及现场情况调整。

注浆参数可参照以下数据进行选择；注浆压力一般为0.5～1.0MPa；浆液初凝时间一般为80～120min。

5 注浆异常现象处理

A.串浆时及时堵塞串浆孔。

B.泵压突然升高时，可能发生堵管，应停机检查。

C.进浆量很大，压力长时间不升高，应重新调整砂浓度及配合比，缩短胶凝时间。

二、钢拱架施工

1 技术要求

（1）钢架分型钢钢架与格栅钢架两种，一般应与锚杆、喷混凝土共同使用。 

（2）钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后必须进行试拼检查，严禁不合格品进场。

型钢钢架示意图

（3）钢架应在初喷混凝土后及时架设。

（4）钢架用钢材的规格、型号、材质满足设计要求和国家有关现有技术标准的规定。钢架不宜在受力较大的拱顶及其它受力较大的部位分节。格栅钢架的主筋直径不宜小于18mm，且焊接应符合设计要求。

（5）钢架安装应符合下列条件：

安装前应清除底脚的虚碴及杂物；

安装允许偏差：横向和高程为±5cm，垂直度为±2°；

各节钢架间应以螺栓连接，连接板应密切，连接板局部缝隙不超过2mm；

沿钢架外缘每隔2m应用钢楔或混凝土预制块楔紧；

钢架之间宜用直径为Φ22mm的钢筋采用焊接方式连接，环向间距符合设计要求。

格栅钢拱架构造图

2 工艺流程

3 施工要求

（1）原材料要求

钢架所用钢材）的规格、型号、材质满足设计要求和国家有关现有技术标准的规定。钢架不宜在受力较大的拱顶及其它受力较大的部位分节。格栅钢架的主筋直径不宜小于18mm，且焊接应符合设计要求。

（2）钢架制作加工

钢架按设计尺寸在洞外下料分节焊接制作，制作时严格按设计图纸进行，保证每节的弧度与尺寸均符合设计要求，每节两端均焊连接板，节点间通过连接板用螺栓连接牢靠，加工后必须进行试拼检查，严禁不合格品进场。

格栅按分部开挖情况分段、分单元制作加工，在钢筋加工场地按1：1放样，严格按照格栅图纸结构(预留变形量10cm)加工，格栅采用胎模焊接。钢格栅制作加工时严格按格栅图纸控制分段、分单元。格栅钢架钢筋的弯制和末端的弯钩严格按照设计图纸加工，格栅的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷，焊接时采用E502焊条。

格栅钢架钢筋加工满足设计要求，加工尺寸控制在允许偏差范围内，具体如下表：

钢筋焊接：U型筋与主筋连接采用双面焊接连接方式，焊接长度为5d（d为钢筋直径），焊缝高度h不小于钢筋直径的0.3倍，焊缝宽度b不小于钢筋直径的0.7倍；焊接时引弧应在搭接焊的一端开始，收弧应在钢筋的端头上，弧坑填满，第一层焊缝应有足够的熔深，主焊缝与定位焊缝应密实。钢筋焊接后应对焊渣进行清除。首榀钢架加工完成后放在平整的水泥地面上进行试拼，检查各部尺寸均符合设计要求时才可进行批量生产。拼装后允许误差为：周边拼装允许误差为±3cm，平面翘曲应小于2cm。

格栅应在开挖或初喷混凝土后及时架设。架设前应由测量人员将待架格栅的位置（里程、中线和水平）测放在岩面或喷射混凝土面上。格栅制作完成在运输过程中应避免磕碰变形。

（3）钢架安装

开挖完成后测量复核开挖断面，满足设计要求后进行安装控制点放线，准确测量出中线、水平点、里程及型钢拱架接点位置。

放线完成后清理完成底部虚碴及杂物后，机械配合人工对拱架进行现场安装。

安装时从下至上顺序安装，边墙安装后复测到位后对脚底和节点处进行固定，采用锁脚锚管进行加固，保证拱加稳定牢固。

边墙安装完成后进行拱部钢架安装，采用机械配合人工安装，顶部就位后先用螺栓连接，再对拱部和边墙处节点进行调整，达设计要求后再对拱脚处节点进行加固。然后对拱部超前小导管施工，并与钢架进行焊接，保证钢架稳固。

钢架安装时，应严格控制其内轮廓尺寸，且预留沉降量，防止侵入衬砌净空。钢架与围岩间的间隙必须用喷混凝土充填密实；钢架应全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于40mm。

钢架应按设计要求安装当拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块。安装后利用锁脚锚杆（或锚管）定位；超挖较大时,拱背喷填同级混凝土,以使支护与围岩密贴,控制围岩变形的进一步发展。两排钢架间用Φ22钢筋拉杆纵向连接牢固，环向间距1m，以便形成整体受力结构。

（4）钢架加固

整体安装完成后进行复测合格后，进行钢架间连接筋施工，使钢架、锚杆、钢筋网连接为整体。完成后进行下一工序施工。同时完成锁脚锚管施工，锚管数量及位置严格按设计要求进行。

一、系统锚杆施工

锚杆支护是指在边坡、岩土深基坑等地表工程及隧道、采场等地下硐室施工中采用的一种加固支护方式。用金属件、木件、聚合物件或其他材料制成杆柱，打入地表岩体或硐室周围岩体预先钻好的孔中，利用其头部、杆体的特殊构造和尾部托板（亦可不用），或依赖于黏结作用将围岩与稳定岩体结合在一起而产生悬吊效果、组合梁效果、补强效果，以达到支护的目的。

1.技术要求

全隧拱部系统锚杆常采用带排气装置的φ22组合中空注浆锚杆，边墙及临时支护锚杆常采用Φ22砂浆锚杆。

拱部中空注浆锚杆、边墙砂浆锚杆一般按照如下间距布置：V级围岩1.5×1.5m（环×纵），Ⅳ级围岩拱墙1.5×1.5m（环×纵），Ⅲ级围岩拱墙1.2×1.5m（环×纵）。

2.施工工艺流程

砂浆锚杆施工工艺流程图 中空锚杆施工工艺流程图

3.施工要求

3.1原材料备制

A锚杆材料：材料选用时应根据设计要求、地质条件、使用要求及锚固特性等；锚杆材料应满足设计要求并符合如下要求：锚杆杆体宜选用HRB335、HRB400钢，杆体直径20-28mm，杆体屈服抗拉力大于或等于150KN，强屈比fu/fy≥1.2；通常拱部系统锚杆采用Ф22mm中空锚杆，边墙系统采用Ф22mm砂浆锚杆。中空锚杆材料应根据设计要求采用定型产品，砂浆锚杆材料宜采用螺纹钢筋做锚杆，杆体直径应满足设计要求；施工现场常采用直径Ф22mm。按设计要求规定的材质、规格备料，并进行调直、除锈、除油，以保证砂浆锚杆的施工质量和施工的顺利进行。半成品、成品锚杆根据进场的批次，每批次随机抽样3%进行检验。

砂浆锚杆构造图

双管注浆锚杆构造图

B水泥：普通水泥砂浆选用普通硅酸盐水泥，在自稳时间短的围岩条件下，宜用早强水泥砂浆锚杆。同一生产厂家、同一等级、同一品种、同一批号且连续进场的水泥，散装水泥每500t为一批，袋装水泥每200t为一批，当不足上述数量时，也按一批计。每批抽样不少于一次。

C砂：采用清洁、坚硬的河砂，料径不宜大于2.5mm，使用前过筛。

D配合比：中空锚杆采用纯水泥浆，水灰比为0.4～0.5。砂浆锚杆宜采用水泥砂浆，配合比：水泥：砂为1：1（重量比），水灰比宜为0.38～0.45。砂浆强度为M20。

E砂浆备制：砂浆应拌合均匀，随拌随用。一次拌合的砂浆应在初凝前用完，并严防石块杂物混入，主要为了保证砂浆本身的质量及砂浆与锚杆体、砂浆与孔壁的粘结强度，也就是为了保证锚杆的锚固力和锚固效果。

3.2锚杆孔的施工

锚杆施工应在初喷砼后进行，以保证锚杆垫板有平整的基面，选择钻孔机具应考虑以下因素：侧墙及拱腰部位锚杆杆孔可采用气腿式凿岩机钻孔，拱部锚杆孔应采用锚杆机或钻孔台车钻孔。当只有气腿式凿岩机钻孔时，作业台架必须设有钻拱顶锚杆孔的作业平台，钻孔前应按照设计要求，并结合岩层主要结构面、岩层层面定出位置，做出标记。

A孔位布置：孔位应根据设计要求和围岩情况布孔并标记，偏差不得大于15cm；

B锚杆孔径：砂浆锚杆的锚杆孔径应大于锚杆体直径15mm；

C钻孔方向：钻孔应保持直线，系统锚杆钻孔方向宜与开挖面垂直，当岩层层面或主要结构面明显时，尽可能与其成较大角度，但与开挖面的垂直偏差不应大于20°；局部锚杆应尽可能与岩层层面或主要结构面成大角度相交。

D钻孔深度：砂浆锚杆孔深应大于设计长度10cm；

E灌浆前清孔：钻孔内若残存有积水、岩粉、碎屑或其它杂物，会影响灌浆质量和防碍锚杆体插入，也影响锚杆效果。因此，锚杆安装前，采用高压风、水清除孔内积水和岩粉、碎屑等杂物。

3.3锚杆安装

A 砂浆锚杆

注浆：先将水注入泵内，水占泵体积的2/3，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内，将注浆管应插至距孔底5～10cm处，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开风阀开始注浆，在气压推动下，水在前，砂浆在后，水湿润泵体和管路，引导砂浆进入锚孔中。随着砂浆不断压入眼底，（灌浆管应插入至距孔底50-100mm处，并随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，灌浆压力不宜大于0.4MPa）注浆管跟着慢慢退出眼孔，直至砂浆注满眼孔后，立即把锚杆插入眼孔（锚杆杆体插入孔内长度应满足设计要求）。接着用推和锤击的方法，把锚杆插入眼底，然后用木楔堵塞眼口，防止砂浆流失。砂浆不足时应重注砂浆，保证锚杆全长被砂浆所握裹，保证其锚固效果。

随意敲击杆体将影响砂浆与锚杆杆体、砂浆与孔壁的粘结强度，降低锚杆的锚固力。锚杆拉拔力检测不得小于180kN。 

B 中空锚杆

中空注浆锚杆应有锚头、垫板、螺母、止浆塞等配件；

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。

 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。

二、钢筋网片施工

1.技术要求

除在砂土地层中开挖隧道外，钢筋网宜在喷一层混凝土后铺挂，使其与喷混凝土形成一体。砂层地段应先铺挂钢筋网沿环向压紧后再喷混凝土。采用双层钢筋网时第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设，其覆盖厚度应不小于3cm。喷混完毕后钢筋网保护层厚度不得小于2cm。

2.施工工艺流程

3.施工要求

3.1钢筋网片加工

钢筋网片在钢筋加工场内集中加工。先用钢筋调直机把钢筋调直，再截成与网片尺寸相同的钢筋条，钢筋网片尺寸根据拱架间距和网片之间搭接长度综合考虑确定。

钢筋焊接前要先将钢筋表面的油渍、漆污、水泥浆和用锤敲击能剥落的浮皮、铁锈等均清除干净；加工完毕后的钢筋网片应平整，钢筋表面无削弱钢筋截面的伤痕。

3.2成品的存放

制作成型的钢筋网片必须轻抬轻放，避免摔地产生变形。钢筋网片成品应远离加工场地，堆放在指定的成品堆放场地上。存放和运输过程中要避免潮湿的环境，防止锈蚀、污染和变形。

3.3挂网

按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格。

3.4施工要点

钢筋网在初喷混凝土4cm以后铺挂，且保护层厚度不得小于2cm；砂层地段应先加铺钢筋网，沿环向压紧后再喷射混凝土；钢筋网应随初喷面的起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm；开始喷射时，应减小喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度；喷射中如有脱落的石块或混凝土块被钢筋网卡住时，应及时清除后再喷射混凝土。

三、隧道喷射混凝土施工

1.技术要求

隧道初期支护喷射混凝土采用湿喷工艺。喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和，由混凝土搅拌运输车运至洞内，采用湿喷机喷射作业。在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、架立钢架、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度。

2.施工工艺

施工准备→混凝土拌制→混凝土运输→初喷→施作锚杆、钢筋网片、架立钢架→冲洗受喷面表层→复喷至设计厚度→清理施工机具→混凝土养生。

3.施工要求

3.1喷射混凝土运输

喷射混凝土运输采用砼运输罐车，随运随拌。在进行混凝土喷射作业时，应至少三台砼运输罐车交替运料，以满足湿喷混凝土的供应，且拌合料的停放时间不得大于30min。在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失，坍落度变化以及产生初凝现象。液体速凝剂在喷射泵喷头处与混凝土汇合。

3.2混凝土喷射作业

A施工准备

对设备、风、电和管线路进行检查，并试运行；喷射作业台架搭设应牢固可靠；对受喷岩面进行处理，清理岩面危石和墙角的岩碴、堆积物，采用高压水、高压风冲洗吹净岩面；岩面有集中渗水出露，应先引排，妥善处理；设置喷射混凝土厚度标志，一般采用埋设钢筋头做标志，亦可在喷射时插入长度比设计厚度大5cm的铁丝，每间隔2m设置1根，作为施工控制混凝土厚度所用；喷射作业的环境温度不得低于5℃；施工作业人员佩戴好防护用品。

B开机作业

喷射机一定要放置在围岩稳定地段，喷射机操作应遵循：开始时，先送风→再开机→再供料；结束时，先停料→再关机→最后停风的原则。且喷射机应实行定人、定机、定岗，认真做到安全操作、保养和交制度。选用的空压机应满足喷射机工作风压和耗风量的要求，压风进入喷射机前必须进行油水分离；输料管应能承受0.8MPa以上的压力，并具有良好的耐磨性能。

C喷设混凝土作业应符合如下要求：

1. 喷射作业应分段、分片由下而上顺序进行，每次作业区段纵向长度不宜超过6m；

2. 一次喷射厚度应根据设计厚度和喷射部位确定，粗喷厚度宜控制在40-60mm；

3. 岩面有较大凹洼时，应在初喷时找平；

4. 前一层喷射混凝土终凝后1h以上且喷层表面已蒙上粉层时，后一层喷射作业前应该清洗干净受喷面；

5. 喷射混凝土作业时喷嘴应垂直岩面。喷射混凝土必须直接喷在岩石上面。喷头到喷射面距离宜为0.6-1.2m，喷射机工作压力应控制在0.1-0.15MPa。