喷锚支护施工技术在隧道工程中的应用探讨

王晋宁

（中铁十二局集团有限公司 第二工程有限公司，山西 太原030032）

1 工程概况

龙泉寺隧道位于河北省鹿泉市境内， 进口里程石太DK17+330，出口里程石太DK21+177，全长3847 米，是京石铁路客运专线全线唯一长大山岭隧道，是本管段的重难点工程，隧道全线位于直线上，坡度分别为14.5‰，9.5‰上坡，变坡点在石太DK20+500 处。隧道Ⅱ级围岩260m，Ⅲ级围岩2020m，Ⅳ级围岩1335m，Ⅴ级围岩232m。隧道工程地质主要以蚀变安山岩为主，局部夹石英砂岩及千枚状板岩，隧道洞身范围工程地质较差，地下水发育。

本标段隧道衬砌断面形式多样，主要支护形式为大管棚、超前小导管注浆、砂浆锚杆、喷混凝土、钢筋网、格栅钢架、型钢钢架等。

管棚钻孔采用管棚钻机，径向注浆、超前小导管、锚杆采用人工风枪或钻孔台车钻孔，洞内锚杆、钢筋网片在洞外加工运至洞内安装，注浆采用高压泵。

格栅钢架在洞外场地加工，型钢拱架在洞外场地加工或选专业厂家制作。

喷射混凝土支护采用TK961 湿喷机和MEYCO Potenza 喷射机进行湿喷作业。

2 喷锚支护主要施工技术

各级围岩段支护均采用喷锚支护形式， 拱部系统锚杆采用Ф25 中空注浆锚杆，边墙采用Ф22 全螺纹砂浆锚杆，锚杆孔灌浆密实，且所有锚杆均设置钢垫板，垫板采用A3 钢，垫板尺寸150mm×150mm×6mm；钢架有格栅钢架或工字钢钢架， 格栅钢架采用HRB335 和HPB235 钢筋；钢筋网采用HPB235 钢筋，Φ6 或Φ8 钢筋制作；喷射混凝土采用湿式喷射作业。

喷锚作业紧跟开挖工作面进行， 钢筋网在洞外事先焊接成网片，运至洞内铺设，固定在锚杆端部，并焊接，初喷厚度4-5cm，锚杆、格栅或型钢钢架安设完成后，再进行多次分层喷射至设计厚度，喷层表面凹凸不平处喷射平整、圆顺。

2.1 砂浆锚杆施工

2.1.1 原材料及配合比：锚杆杆体采用Φ22mm 的螺纹钢，锚杆平直、无锈，使用前先除油，砂浆采用中砂和R42.5 水泥拌制，砂最大粒径不大于2.5mm，使用前过筛清洗。

砂浆配合比控制在（水泥：砂子）1：1-1：0.5 之间，水胶比控制在0.45-0.5 之间。

砂浆拌合均匀，随拌随用，在砂浆初凝前使用完毕。

2.1.2 钻孔：采用锚杆台车钻孔，钻孔的深度、方向和布置严格按设计施工，孔深误差不超过5cm，孔径大于杆体直径15mm，钻孔完毕吹净孔内积水、积粉和岩砟。

2.1.3 灌浆、安装：采用奥地利M400 迈氏注浆泵灌浆。 灌浆开始和中途停止超过30 分钟，用水或稀水泥浆润滑注浆泵及管路。

灌浆时注浆管插入距孔底5-10 厘米处，随砂浆的注入缓慢均匀拔出，灌浆压力不大于0.4MPa。 避免孔中砂浆漏灌，保证锚杆全长锚固。

注浆完后安装锚杆， 锚杆的插入长度不小于设计长度的95%，其外露长度满足设置托板、钢筋网要求，锚杆安装后不得随意敲击。

2.2 格栅钢架（型钢钢架）施工

2.2.1 钢架加工：按照设计尺寸在平整的场地上放出1∶1 大样，把整榀钢架分7 块4 个单元，并焊好连接法兰，法兰的焊接准确周正，孔眼对应。 使用前将各单元编号预拼，无侧弯、扭曲、错台、变形等缺陷，方可使用。

2.2.2 钢架架立：首先要测量准确，架立后复核，钢架尽可能与围岩贴靠紧密（空隙小于5cm），两侧底脚使用垫块支垫牢固。 如基底松软则安装时设置垫板，防止支撑受荷载下沉，必要时用混凝土加固基底。

2.2.3 锁脚：每单元接头处施作锁脚锚杆，通过钢架或型钢钢架与锚杆的焊接，将钢架锁定到拱墙上。 锚杆打设，与水平成约45°角倾斜向下，以改善受力状态。

2.2.4 连接：法兰之间对正，用螺栓连接牢固，钢架与纵向锚杆焊牢，钢架与钢架之间用Φ22 螺纹钢焊接连成整体，起到整体支护效果。 纵向连接筋按八字型交错连接成桁架结构，结点呈不可活动绞形式。 此法抗扭性好，利于整体性和稳定性的提高。

2.2.5 加楔：在格栅与围岩间空隙加混凝土预制楔块，保证围岩压力均匀传至格栅架上。

2.3 喷射混凝土施工

2.3.1 原材料的要求

水泥：采用不低于32.5# 普通硅酸盐水泥，使用前做强度复查试验，其性能符合现行的水泥标准。

细骨料：采用硬质、洁净的中砂或粗砂，细度模数大于2.5，使用时含水率控制在5%-7%。

粗骨料：采用坚硬耐久的碎石，粒径不大于10mm，级配良好；不得使用含有活性二氧化硅的石料。

水：采用不含有影响水泥正常凝结与硬化有害杂质的水。

速凝剂：使用前与水泥做相容性试验及水泥凝结效果试验，其初凝时间不得大于5min，终凝时间不得大于10min。掺量根据初凝、终凝试验确定，一般为水泥用量的5%左右。

2.3.2 湿喷混凝土的施工

喷射机械安装好后，先注水、通风、清除管道内杂物，同时用高压风吹扫岩面，清除岩面尘埃。

保证连续上料，严格按施工配合比配料，严格控制水灰比及坍落度，保证料流运送顺畅。

操作顺序：喷射时先开液态速凝剂泵，再开风，后送料，以凝结效果好、回弹量小、表面湿润光泽为准。

2.3.3 湿喷混凝土技术控制

（1）搅拌混合料采用容量不小于400L 的强制式搅拌机，搅拌时间不小于2 分钟。 原材料的称量误差为：水泥、速凝剂±2%，砂石±3%；拌合好的混合料运输时间不得超过2 小时；混合料应随拌随用；混合料在运输、存放过程中，严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机前过筛。

（2）混凝土喷射机具360°灵活转动的机械手，接近岩面，回弹小，输送连续、均匀，技术性能满足喷射混凝土作业要求。

（3）喷射混凝土作业前，清洗受喷面并检查断面尺寸，保证尺寸符合设计要求。

（4）喷射混凝土作业分段分片进行。喷射作业自下而上，先喷格栅钢架与拱壁间隙部分，后喷两钢架之间部分。

（5）喷射混凝土分层进行，一次喷射厚度根据喷射部位和设计厚度而定，拱部为5cm-6cm，边墙为7cm-10cm，后喷一层应在先喷一层凝固后进行，若在先喷层终凝后或间隔一小时后喷射，受喷面用水清洗干净。

（6）严格控制喷嘴与岩面的距离和角度。喷嘴与岩面应垂直，有钢筋时角度适当放偏，喷嘴与岩面距离控制在0.6-1.2m 范围以内。

（7）喷射时自下而上，即先墙脚后墙顶，先拱脚后拱顶，避免死角，料束呈螺旋旋转轨迹运动，一圈压半圈，纵向按蛇形喷射，每次蛇形喷射长度为3-4m。

（8）喷射混凝土在终凝2 小时后开始洒水养护，洒水次数以能保证混凝土具有足够的湿润状态为度；养护时间不少于7 昼夜，当气温低于5℃不得喷水养护。

2.4 钢筋网施工

隧道钢筋网预先在洞外钢结构厂加工成型。钢筋类型及网格间距按设计要求施作。 钢筋冷拉调直后使用，钢筋表面不得有裂纹、油污、颗粒或片状锈蚀。 安装搭接长度为1-2 个网格，采用焊接。 砂层地段先铺挂钢筋网，沿环向压紧后再喷混凝土。钢筋网随受喷面起伏铺设，与受喷面的间隙一般不大于3cm。与锚杆或其它固定装置连接牢固。 开始喷射时，缩短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5cm。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。

3 结语

喷锚支护在隧道的洞室开挖后，支护及时，与围岩密贴，柔性好，有良好的物理力学性能。它能侵入围岩裂隙，封闭节理，加固结构面和层面，提高围岩的整体性和自承能力，抑制变形的发展。在支护与围岩的共同工作中，有效地控制和调整围岩应力的重分布，避免了围岩松动和坍塌，加强了围岩的稳定性。

［1］刘芳均.深基坑喷锚支护的施工技术[J].城市建设理论研究:电子版,2012(11).

［2］熊恩宇.隧道建设中关于喷锚支护的探讨[J].城市建设,2010(36).

［3］庄纪栋.三车道隧道喷锚支护施工技术研究[J].建筑,2011(13).