郦洪晨
(哈尔滨铁道职业技术学院,黑龙江 哈尔滨 150081)
隧道开挖后,除围岩完全能够自稳而无须支护以外,在围岩稳定能力不足时则必须加以支护才能使其进入稳定状态,称为初期支护。它是隧道施工中重要的安全稳定措施,一般指锚杆和喷射砼来支护围岩,必要时采用钢纤维喷射砼或配合使用钢筋网、钢架或采用辅助施工措施(如超前锚杆、超前小钢管、管棚、地面砂浆锚杆、超前小导管注浆等)和锚喷支护相结合的支护。以下结合工程实例根据不同方案从施工方法及施工要点加以阐述。
锚杆支护是通过锚杆插入岩体来加固围岩的承载能力而起到支护作用的,具有支护能力强、节省材料、工艺简单、机械施工、施工干扰小等特点,使用较为广泛。
1.1 施工方法
洞身开挖完经初喷砼后,先由测量人员用油漆按设计标定锚杆位置。锚杆采用手持风钻进行钻孔,钻孔完成后,需进行检查,发现不合格的孔应补钻。
锚杆必须与岩体主结构面成较大角度布置,当主结构面不明显时,与隧道周边轮廓垂直呈梅花形布置。
锚杆的钻孔及其安装方法应经监理工程师批准,锚杆的钻孔应圆直,空口岩面应平整,钻孔应于岩面垂直。注浆锚杆的注浆材料、所使用的外加剂、拌和方法、注浆压力、设备和注浆方法都应严格按监理工程师批准,一般注浆压力为 0.5-1.0Mpa,终压为 2.0-2.5Mpa。
在孔中锚定锚杆后,将锚杆伸至规定的轴向荷载。每根锚杆的抗拔力不得低于设计规定,并不应低于50KN,每300 根锚杆必须抽样一组进行抗拔立试验,每组不少于3 根,并符合《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GBJ-85)的规定。
1.2 施工要点
锚杆及粘结剂材料应符合设计要求,锚杆应按设计要求的尺寸截取,并整直、除锈和除油,外端不用垫板的锚杆应先弯制弯头。
粘结砂浆应拌合均匀,并调整其和易性,随拌随用,一次拌合的砂浆应在初凝前用完。
先灌后锚时,注浆管应先插到钻孔底,开始注浆后,徐徐均匀地将注浆管往外抽出,并始终保持注浆管口埋在砂浆内,以免浆中出现空洞。
注浆体积应略多于需要体积,将注浆管全部抽出后,应立即迅速插入杆体,可用锤击或通过套管用风钻冲击,使杆体强行插入钻孔。
杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%,实际粘结长度亦不应短于设计长度的95%。注浆是否饱满,可根据孔口是否有实砂浆挤出来判断。
杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡住,防止杆体滑出。砂浆未到达设计强度的70%时,不得随意碰撞,一般规定3d 内不得悬挂重物。
喷射混凝土是以压缩空气为动力,将掺有速凝剂的混凝土直接喷射在岩面上,迅速凝结硬化而成。喷射混凝土早期强度高,能及时支护,节省大量钢木材料,提高施工效率,为快速掘进创造有利条件。
2.1 施工方法
隧道开挖完成后应立即对岩面喷射砼,以防岩体发生松驰。喷射砼采用湿喷工艺,在喷射砼前用压缩空气或压力水将所的待喷面吹净,吹除喷砼面上的松散杂质或石粉。
砼由预制厂生产采用强制搅拌机拌合,砼输送车运输送入湿喷机料斗由砼喷射手向待待喷面喷射。喷射要用先下后上S 型喷射方式分层喷射,并在喷射砼达到凝后方可喷射下一层。喷射时要注意严格控制风压同时保证喷射速度适当,使喷嘴与受喷面保持适当距离(0.6~1.2m),喷射角度尽量接近90°,正确掌握喷射顺序,不使角隅钢筋前面出现蜂窝或砂襄,发现出现此现象时,及时清除受喷面上的砂襄或下垂的混凝土,以便重新喷射,喷射砼质量及厚度不小于现行规范规定和设计要求,喷射工作结束后要认真清洗喷嘴。
2.2 施工要点
一次喷射厚度应根据喷射效率、回弹损失、混凝土颗粒间的凝聚力和喷射层与岩层面间的粘着力等因素而定。一次喷射太厚,会使混凝土颗粒之间凝聚力减弱,特别是喷射拱顶时,更容易因混凝土的自重作用分层(喷射层与岩层分开)或脱落。喷射厚度也不能太薄,最小厚度应不小于最大骨料的粒径尺寸的两倍,否则将会使回弹量猛增,同时降低混凝土的质量。混凝土的一次喷射厚度,边墙一般为5-7cm,拱部一般为3-5cm。掺入速凝剂后,一次喷射厚度可适当增大,现场多采用拱部5-7cm,边墙7-10cm。
若设计喷射混凝土太厚,则喷射作业应分层进行,一般分2~3层喷射。两次喷射的时间间隔应根据水泥品种、施工时温度和有无速凝剂等因素视混凝土的凝结情况而定,不能太短,一般要在前一次喷射层混凝土终凝之后再进行复喷。间隔时间较长时,复喷应将前一喷射层混凝土表面清洗干净,复喷应将凹陷处进一步找平。
对于一些特殊的岩石,要注意用喷射数需来保证混凝土能粘牢岩面。当岩面起伏比较大时,应先喷多喷凹处,后喷少喷凸处,然后找平。
由于喷射混凝土衬砌厚度较薄,特别是掺有速凝剂后,凝结时间缩短,对干燥条件变化的反映甚为敏感。因此,喷射混凝土施工1~2h 应派专人进行洒水养护,养护时间一般不少于7d。
按设计架立拱部钢架经检查合格后,施作定位锚杆之后,在钢架上标定小导管施作位置,利用手持风造孔,并按设计严格控制外插角,再用风钻将已加工好的钢花管顶入,尾部与钢架焊成整体;用塑料胶泥封堵孔口及周转裂隙,必要时注浆前先行应对工作面及5m 内坑道进行喷砼封闭做止液墙,然后采用单液注浆泵进行注浆,水泥浆标号不小于30号,注浆压力0.5~1.0Mpa,达到设计压力时持续15 分钟时即可结束。注浆过程中要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化,分析注浆,防止堵管、跑浆、漏浆,做好注浆记录,以便分析注浆效果,结束5h的进行研究。利用前次注浆的1.0m左右未开挖的加固段做为止浆墙再进行小导管注浆,重复以上工作。
4.1 严格按设计要求预留和顶埋消防供电、照明、维修电源插座等营运设施使用所需的洞室和线路管、孔、槽。
4.2 边墙基底虚碴、污物和基坑积水必须清除干净。严禁向有积水的基坑内倾到混凝土干拌和物。边墙基底的埋置深度应符合设计要求,扩大基础的扩大部分及仰拱的拱座应结合边墙施工一次完成。
4.3 复合式衬砌施工前严格按设计铺设防水层和顶埋排水管,并应在初期支护基本稳定后进行。浇筑混凝土时不得损坏防水层。
4.4 隧道衬砌混凝土浇筑的施工方法程序,就经监理工师批准。衬砌施做时间,根据围岩稳定情况和支护情况确定,必须注意开挖爆破不得危害已经衬砌的混凝土。
[1]孙海涛,刘东燕等.隧道支护时机智能决策方法研究[J].重庆建筑大学学报,2007-06-15.