隧道初期支护工程施工方案

隧道初期支护采用锚喷支护，DK20+494.77-20+504.25桥隧相连段采用Ⅲ级围岩桥隧相连结构全断面采用格栅钢架间距1榀/1.0m，配合钢架拱部采用Φ22超前锚杆支护，环向间距50cm，外插角10-15°，搭接长度不小于一米；DK21+358-21+378隧道出口浅埋段，采用Ⅳ围岩衬砌砼结构。其余Ⅱ、Ⅲ级围岩采用一般衬砌断面。

施工顺序为：开挖面处理→初喷混凝土→打设径向锚杆→架设钢架→复喷混凝土至设计。安装锚垫板时，使垫板面与模板面贴紧，不同型号锚垫板不得安错；在灰浆达到初始设计强度后，方可上紧垫板及螺母。

7.1 锚杆施工

7.1.1 施工工艺

锚杆施工工艺图 7-1

7.1.2 施工方法

1 加工

1)杆体按设计要求长度裁截时，应使顶端断面严格垂直杆体中心线，杆体要直。

2)一端车成标准螺纹，配好螺母。

3)垫板可用钢板切割，中间打眼即可。

2 钻眼

1)钻眼布点、角度方向、钻眼深度和直径要符合设计要求，不要随意改动；要控制钻眼径；

2)钻眼完毕后，要检查质量，用水及压缩空气洗吹干净，外加塞子堵紧，防止石渣掉入。

3 安装

1)将杆体送入眼底，通过套筒用钻机冲击或锤击锚杆尾部，冲击时间和锤击次数以杆尾不产生变形为宜。

2)根据垫板大小，用快凝水泥砂浆抹平钻孔四周，平面与钻孔的轴线要垂直（或加垫片调整），不要封住杆体和岩壁之间的缝隙。

图7-1 锚杆施工工艺图

4 注浆

1)垫平的水泥砂浆凝固后，装上注浆盒，插入排气管，进行注浆。当排气管内有小水滴或注浆盒与岩壁接触部位有水滴出现时，即可随注浆慢慢往外拔出排气管，拆下注浆盒，装上垫板和螺母，防止砂浆溢出，临时装上，不能马上拧紧；

2)砂浆配合比要保证砂浆强度、粘结力足够锚杆本身强度的发挥，要减少砂浆收缩率，又要便于施工；

3)注浆工艺、设备和砂浆配合比，注浆压力等，均需通过施工前的试验，总结经验，培训人员。

5 预加拉应力

1)用测力矩扳手或定力矩扳手来控制杆体产生设计所要求的预拉力；

2)预拉力要赶在砂浆初凝前完成。

6 施工记录

1)建立锚杆安装卡片。内容包括：锚杆种类、编号、直径、长度、钻眼深度、打入后的外露长度。

2)安装时冲击时间或锤击次数，注浆情况，拧紧螺母预加应力状况等。

7.1.3 检测标准

全面检测应包括：锚杆的材质，锚杆安装的方向、深度、排间距和锚固力。其中锚杆的材质应在实验室进行。锚杆的安装方向、深度、排间距应按制度在施工过程中由检验人员检查。锚固力需要用锚杆拉力机检验。

7.1.4 施工要点

1)先注浆后插杆体时，注浆管应先插到钻孔底，开动注浆机，待砂浆以到孔底，即随砂浆的注入而徐徐均匀地将注浆管往外抽出，要始终保持注浆管口埋于砂浆内；

2)当注浆体积稍超过需要体积时，即将注浆管全部抽出，同时插入杆体；

3)用锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔；

4)根据钻孔是否有砂浆挤出来安插砂浆的密实程度；

5)杆体到位后要用木楔或小石子卡住，防止杆体滑动。砂浆未达到设计强度的70%时，不要碰撞。

6)先插杆体后注浆时，要使排气管（一般采用后壁式的塑料管），内端插到底后，抽出少许，外端可埋入桶装水中，注浆管和排气管均通过可固定于钻孔口部的橡胶赛而被定位。

7.2 中空锚杆施工

7.2.1 施工工艺

中空注浆锚杆施工工艺流程见图7-2。

7.2.2 施工方法

1 锚杆安装

采用凿岩机钻孔，钻进至设计深度后，高压风清孔；检查锚杆孔中是否有异物堵塞；若有，应清除干净后，再将锚杆插入孔内，锚杆外露孔口长度满足安装止浆塞、垫板螺栓为宜；将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口10cm左右，安装垫板及螺母，此时不宜上紧。

2 锚杆注浆

检查KBY50/70注浆泵及其零件是否齐备和正常，熟悉有关泵的操作程序。

用水或风检查孔体是否畅通，孔口返水或风即可。

迅速将锚杆和注浆管及泵用快速接头连接好。

配制浆液,使水灰比、和易性符合设计和规范要求。

开动泵注浆，整个过程应连续不停顿，一次完成，观察到浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，即可停泵。

当完成一根锚杆注浆后，应迅速卸下注浆软管并安装至另一根锚杆，进行注浆。

完成整个注浆后，应及时清洗及保养注浆泵。

在灰浆达到初始设计强度后，方可上紧垫板及螺母。

施工注意事项：

在软岩土层中施作时，需环向隔开一定距离隔孔钻进，避免岩体注水太多可能导致围岩面滑坍。

浆液应严格按配合比配制，并随用随配。

为保证注浆效果，止浆塞打入孔口不应小于10cm，而且待排完气后应立即用快凝水泥砂浆封闭止浆塞以外的孔隙，保证在规定压力下浆液不致窜出。

7.2.3 检测标准

1)注浆时宜选用额定工作压力不小于1MPa的注浆泵，砂浆标号不低于M20。

2)锚杆数量应符合设计要求。

3)锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。

4)锚杆安装允许偏差应符合下列规定：

⑴锚杆的孔径应符合设计要求；

⑵锚杆孔的深度应大于锚杆长度的10%；

⑶锚杆插入长度不得小于设计长度的95%，且应位于空的中心。

7.2.4 技术措施

1 中空锚杆材料应选用符合《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。

3 普通中空锚杆在用于边墙或俯角下倾的锚杆孔时，注浆可采用由锚杆内中空通孔进浆，锚杆口排气方式。用在锚杆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。

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。

5 在软岩土层中施作时，需环向隔开一定距离隔孔钻进，避免岩体注水太多可能导致围岩面滑塌。

6 浆液应严格按规范配合比配制，并随用随配。

7 为保证注浆效果，止浆塞打入孔口不应小于10cm，而且待排完气后应立即用快凝水泥砂浆封闭止浆塞以外的孔隙，保证在规定压力下浆液不致窜出。

7.3 钢架施工

7.3.1 施工工艺

钢架施工工艺框图见图“钢架安装工艺框图”如图7-3；

钢架按设计预先在洞外钢结构厂加工成型，在洞内用螺栓连接成整体。

7.3.2 施工方法

1 现场制作加工

格栅钢架采用钢筋现场加工制作，技术难度和要求并不高；对隧道断面变化适应性好。

钢架加工的焊接不得有假焊，焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。每榀钢架加工完成后放在水泥地面上试拼，周边拼装允许误差为±3cm，平面翘曲小于2cm。钢架在开挖或喷混凝土后及时架设。

图7-3 钢架安装工艺框图

2 格栅钢架架设工艺要求

安装前清除底脚下的虚碴及杂物。钢架安装允许偏差：钢架间距、横向位置和高程与设计位置的偏差不超过±5cm，垂直度误差为±2°。

钢架拼装可在开挖面以外进行，各节钢架间以螺栓连接，连接板密贴。

沿钢架外缘每隔2m用钢楔或混凝土预制块楔紧。

钢架底脚置于牢固的基础上。钢架尽量密贴围岩并与锚杆焊接牢固，钢架之间按设计纵向连接。

钢拱架拱脚打设直径为22mm的锁脚锚杆，锚杆长度不小于3.5m，数量为2～4根。下半部开挖后钢架及时落底接长，封闭成环。

钢架与喷混凝土形成一体，钢架与围岩间的间隙用喷混凝土充填密实；各种形式的钢架全部被喷射混凝土覆盖，保护层厚度不得小于50mm。

7.3.3 检测标准

钢架安装允许偏差见表7-1。

1 钢拱架应安设在隧道横向竖直平面内，其垂直度允许误差±2°；

2 钢拱架的拱脚应有一定的埋置深度，并必须落到原状土上，才能保证拱脚的稳定（即沉降量很少）。一般可以采取用垫石、垫钢板、纵向加托梁或锁脚锚杆等措施；

3 钢拱架的截面高度应与喷射混凝土厚度相适应，一般为10～20cm，且要有保护层，应在初喷混凝土后安装钢拱架，初喷混凝土厚度约为4cm。刚拱架应尽可能多地与锚杆露头及钢筋网焊接，以增强其联合支护的效应。

4 可缩性钢拱架的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；喷射混凝土时，应注意将钢拱架与岩面之间的间隙喷射饱满和达到很密实。

表7-1 钢架安装允许偏差

1 为抑制松驰围岩早期变形，开挖后须尽快采用相应强度和刚度的钢架支撑，架立后能立即发挥支撑机能；

2 钢支撑的标准施工是按“规定间隔和高度架设置→接头安装→连接螺栓的紧固→纵向联系筋的焊接”的顺序进行；

3 并要求使其在喷射作业中不产生移动；

4 钢拱架支撑脚部应座落在基岩上或用锁脚锚杆稳定，钢架与围岩之间的较大间隙部位用钢楔间隔楔紧，再用喷砼填充密实，避免留下空隙和隐患。

7.4 网喷混凝土施工

钢筋网喷射混凝土是在喷射混凝土之前，在岩面上挂设钢筋网，然后再喷射混凝土。其物理力学性能基本上同钢纤维喷射混凝土，只是其配筋均匀性较钢纤维差。主要用于软弱破碎围岩，而更多的是与锚杆或者钢拱架构成联合支护。

7.4.1 施工工艺

喷锚网支护工艺流程见图7-4。

7.4.2 施工方法

1 喷射砼骨料用强制式拌合机分次投料拌合，为减少回弹量，降低粉尘，提高一次喷层厚度，喷射砼采用TK-961型砼喷射机，湿式喷射作业。开始喷射时，应减小喷头至受喷面的距离，并调整喷射角度，钢筋保护层厚度不得小于3cm。为便于挂网安装，常将钢筋网先加工成网片，长宽可为100～200cm；

2 喷锚支护喷射砼，一般分初喷和复喷二次进行。初喷在开挖(或分部开挖)完成后立即进行，以尽早封闭暴露岩面，防止表层风化剥落。钢筋网应与锚杆或锚钉头连结牢固，并应尽可能多点连接，以减少喷射混凝土时使钢筋发生“弦振”。锚钉的锚固深度不得小于20cm；

3 复喷砼在锚杆、挂网和钢架安装后进行，尽快形成喷锚支护整体受力，以抑制围岩变位。钢架间用砼喷平，并有足够的保护层；

4 喷射砼分段、分片由下而上顺序进行，一次喷射厚度控制在6cm以下，喷射时插入长度比设计厚度大5cm铁丝，每1～2m设一根，作为施工喷层厚度控制用，后一层喷射在前层砼终凝后进行，新喷射的砼按规定洒水养护，第一次喷射不能太厚，以防起鼓剥落；

5 开始喷射时，应缩短喷头至受喷面之间的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网背面混凝土密实。

7.4.3 检测标准

1 喷射砼分层喷射时，底层喷射厚度不应小于4cm。采用湿喷方式的喷射砼拌合物的坍落度应符合设计配合比要求；

2 喷射砼原材料每盘称量的偏差应符合表表7-2要求；

3 喷射砼表面应密实、平整，无裂缝、脱落、漏喷、露筋、空鼓和渗漏水，锚杆头钢筋无外露；

4 钢筋网的网格尺寸允许偏差为±10mm，钢筋网搭接长度应为1-2个网孔，允许偏差为±50mm。

表7-2 原材料每盘称量的允许偏差

1 喷射作业前，要检查水泥、砂、石、速凝剂、水的质量，满足规范要求；喷射机、砼搅拌机、皮带运输机等使用前均应检修完好，就位前要进行试运转；并埋设好测量喷射砼厚度的标志；

2 检查开挖断面，欠挖处要补凿够，敲帮找顶、清除浮石。用高压水或高压气清除附着岩面的泥污、灰尘和细岩碴等；

3 喷射作业时，喷嘴与岩面的角度一般应垂直于岩面；适宜的一次喷射厚度在不错裂、不脱落的情况下达到的最大厚度。并使围岩的凹凸面完全被覆盖，有钢支撑时应注意使喷射砼与钢支撑结成一体，要注意在钢支撑背面不留空隙。

4 有涌水量较小，可以增加水泥用量和速凝剂掺量，变更配合比后喷射；涌水量较大的地方，可先采用集中排水措施后，再进行砼喷射。

7.5 喷射混凝土

7.5.1 施工工艺

1 工艺原理

喷射混凝土是使用混凝土喷射机。按一定的混合程序，将掺有速凝剂的混凝土拌合料与高压水混合。经过喷枪头的喷嘴喷射到围岩壁表面上，并迅速凝固结成一层支护结构。从而对围岩起到支护作用、及对钢筋网、拱架起到保护作用。

2 湿喷

将细骨料、粗骨料和水按设计比例拌合均匀，用湿式喷射机压风将拌合好的混凝土混合料押压送到喷头处，再在喷头处添加速凝剂后喷射到岩面上。（其施工工艺流程见湿喷工艺流程图如下图7-5：

湿喷混凝土的质量好、强度高、回弹少、粉尘少。但受场地及作业空间条件的限制。同时操作和工艺复杂。故障处理及清洗也很复杂。

7.5.2 喷射混凝土的操作特点

1 喷射混凝土前的准备工作

a 材料方面

水泥、粗骨料、细骨料、速凝剂、水进行质量检验。

粗骨料、细骨料过筛并冲洗干净。

粗骨料、细骨料的含水率应符合要求。设置防雨棚（布）控制含水率。如果过于干燥应适当洒水。

b 机械及管线方面。

喷浆机、混凝土搅拌机等机械使用前检修完好。

管线及接头保持完好，要求不漏风、不漏水，每隔50m接一阀门接头，以便喷浆机移动、联结风管和水管。

c 其他方面

检查受喷岩面开挖尺寸，清理危石、浮石及欠挖的局部处理。

受喷岩面的泥污应冲洗干净。

根据受喷岩面的潮湿程度，适当调整水灰比。

埋设喷射混凝土厚度的检查标志。

喷射混凝土作业面要准备充足的照明。

喷头作业面与喷浆机保持30m以上的距离。

做好回弹物的回收工作。

2 喷射混凝土的施工要点

1)严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀，喷射时，喷射手严格控制水灰比，使喷层表面平整光滑，无干斑或滑移流淌现象。

2)在未上混凝土拌合料之前，先开高压风和高压水，如喷嘴风压正常，喷出来的水和高压风呈雾状。风压控制在0.1～0.15MPa，喷射机开动电动机，先进行空转，待喷射机运转正常才开始投料、搅拌和喷射。

3)喷射混凝土应先分段、分部、分块、按先墙后拱，自下而上进行喷射，喷嘴需对受喷岩面作均匀的顺时针方向的螺旋转动。一圈压半圈的横向移动。螺旋直径为20cm～30cm，以使混凝土喷射密实。

4)为保证喷射混凝土质量，减少骨料回弹量和降低粉尘，作业时应注意。

（1）喷射时分段长度不大于3m，分块大小为1m×1m，并严格按先墙后拱，先下后上的顺序喷射，以减少混凝土因重力作用而引起的滑动或脱落。

（2）控制并掌握好喷嘴与受喷岩面的距离和角度。

喷嘴与受喷岩面的距离为0.8m～1.2m。

喷嘴与受喷岩面保持垂直，并稍微偏向刚喷射的部位，倾斜角度小于10°。

（3）对于受喷岩面凹陷处应先喷和多喷，而凸出处应后喷或少喷。

（4）混凝土喷射程序：

可采用螺旋形移动前进。也可采用S形往返移动前进。

5)调节好水压和风压。

（1）水压

为保证高压水能从喷头内壁的小孔高速射出，把拌合料迅速拌合均匀，水压应稍微高于风压。也就是说，水压至少比风压高10N/cm2～15N/cm2

（2）风压

风压与喷射混凝土质量有密切的关系，风压大，会造成回弹量大，损失水泥、风压小，会使喷射混凝土的喷射力减弱，从而造成混凝土喷射不密实。

鉴于此，根据喷射情况，及结合输料管长度，应适当调整风压见表7-3。

表7-3 输料管长度与风压表

喷射混凝土作业应分层进行，喷射的太薄或太厚，主要与喷射混凝土层与受喷岩面之间的粘结力和受喷部位有关。

一次喷射太厚，会在自重的作用下，喷层出现裂纹或大片脱落。

一次喷射太薄，会加大骨料的回弹，使受喷岩面上仅留下一层薄薄的混凝土或砂浆。而影响喷射混凝土的效果和工程质量。

一般情况下，一次喷射混凝土厚度为：

边墙 6cm～8cm；拱部4cm～6cm。

7) 分层喷射混凝土的间隔时间

分层喷射混凝土，一般分2～3层喷射。合理的间隔时间应根据水泥品种、速凝剂种类及掺量、施工温度、水灰比的大小等种种因素，并最终看喷射混凝土的终凝情况而定。一般情况下可在10min～30min，才能进行复喷。

8) 喷射混凝土的养护

为使水泥充分水化，使喷射混凝土的强度均匀增长，在喷射混凝土终凝后1h～2h后进行洒水养护，养护时间应不少于7d。

7.6 监控量测

7.6.1 量测项目

根据本标段工程的地形地质条件、支护类型和施工方法等特点，初步选择确定本隧道监控量测必测项目和选测项目见表7-4。

表7-4 监控量测项目及方法一览表

施工中将按照设计文件设置量测断面并布点。结合本隧道具体情况，初步拟定必测项目量测断面间距与每断面测点数量见表。为掌握各级围岩位移变化规律，在各级围岩起始地段增设量测断面。

监控量测选测项目见表7-5；必测项目量测断面间距和每断面测点数量见表7-6。

表7-5 监控量测选测项目

2、各选测项目量测断面的数量，宜在每级围岩内选有代表性的1～2个。

必测项目监控测量断面间距

表7-7 围岩断面间距

洞内观察分为开挖工作面观察和支护表面状况观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行，地质情况基本无变化时，可每天进行一次。对支护的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的表面外观状况等。洞外观察包括边仰坡稳定、地表水渗透等观察。

净空水平收敛量测和拱顶下沉量测采用相同的量测频率。量测频率见表7-7，实际量测频率从表中根据变形速度和距开挖工作面距离选择较高的一个量测频率。

表7-8 按距开挖面距离确定的监控频率

监测方法与要求见表7-11。

为确保量测精度和加快量测速度，在隧道拱顶下沉和水平收敛量测中采用目前比较先进的无接触围岩量测技术。它具有快速、准确、灵活方便等优点。

量测方法：无接触法围岩量测观测方案见图。测量人员按量测频率要求对隧道断面上布设的观测点进行全自动多测回全圆观测，得到这些点的收敛信息。

7.6.6 监测资料整理、数据分析及反馈

在取得监测数据后，及时由专业监测人员整理分析监测数据。结合围岩、支护受力及变形情况，进行分析判断，将实测值与允许值进行比较，及时绘制各种变形或应力～时间关系曲线，预测变形发展趋向及围岩和隧道结构的安全状况，及时向项目总工程师及监理工程师汇报。无法接触围岩测量监测方案如图7-12。

表7-11 监控量测方法及要求表

检查喷射混凝土有无开裂及发展，锚杆有无松动，钢架支护状态等，并做好相应记录；

7.6.7 监控量测管理

1 监测控制标准

根据有关规范、规程、设计资料及类似工程经验，制定本工程监控量测变形管理等级见表，据此指导施工。

变形管理等级见表7-13。

表7-13 变形管理等级

2 监控量测体系

施工监测管理流程见图7-14。

图7-14 施工监测管理流程图

①监控量测计划

工程施工前，根据现场实际情况及施工进度，编制详细的监测实施计划，并确定监测技术标准，报监理工程师及业主批准。

②监控量测小组

为了真实反映监测结果，本标段施工监测由工程技术管理中心组成专门监测小组，具体负责各项监测工作。

③监测管理

积极配合监理工程师做好对监测工作的检查、监督和指导，工程完成后，根据监测资料整理出本标段的监测分析总报告纳入竣工资料中。

④现场量测要求

净空变化、拱顶下沉量测应在每次开挖后12h内取得初读数，最迟不得大于24h，且在下循环开挖前必须完成。

测试前检查仪表设备是否完好，发现故障及时修理或更换；确认测点是否松动或人为损坏，当测点状态良好时方可进行测试工作。

测试中按各项量测操作规程安装好仪器仪表，每测点一般测读三次，取算术平均值作为观测值；每次测试都要认真做好原始数据记录，并记录开挖里程、支护施工情况以及环境温度等，保持原始记录的准确性。

测试完毕后检查仪器、仪表，做好养护、保管工作。及时进行资料整理及信息反馈。

⑤保证措施

将监测管理及监测实施计划纳入施工生产计划中，作为一个重要的施工工序来抓，并保证监测有确定的时间和空间。

制定切实可行的监测实施方案和相应的测点埋设保护措施，并将其纳入工程的施工进度控制计划。

施工监测紧密结合施工步骤，监控每一施工步骤对周围环境、围岩、支护结构、变形的影响，据此优化施工方案。

监测组与监理工程师密切配合工作，及时向监理工程师报告情况和问题，并提供有关切实可靠的数据记录。

量测项目人员要相对固定，保证数据资料的连续性。量测仪器专人使用、专业机构保养、专业机构检校。量测设备、元器件等在使用前均经过检校，合格后方可使用。

各监测项目在监测过程中必须严格遵守相应的实施细则，量测数据均要经现场检查、室内两级复核后方可上报。

量测数据的存储、计算、管理均采用计算机系统进行。

针对施工各关键问题开展相应的QC小组活动，及时分析、反馈信息，指导设计和施工。