隧道工程喷锚支护施工技术

周金邦

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州 贵阳 550003）

龙泉寺隧道是京石铁路客运线全线唯一一条长大山岭隧道，岩性为围岩节理发育，在开挖时稳定性很差，同时由于冻土暴露后容易融化，因此出现坍塌和掉块的现象非常频繁。能否采用湿喷混凝土作为施工临时支护，解决龙泉寺隧道围岩节理问题，以及如何保证湿喷混凝土的黏结强度及砂浆锚杆和格栅钢架施工等满足施工设计要求，是龙泉寺隧道喷锚支护施工中的一大技术难题。

1 工程概况

龙泉寺隧道全长3847m，进口里程石太DK17+330，出口里程石太DK21+177，是京石铁路客运专线唯一一条长大山岭隧道。该隧道全线位于直线之上，坡度分别为14.5%和9.5%。上坡与变坡点在石太DK20+500处。该隧道的Ⅱ级围岩长达260m，Ⅲ级围岩长达2020m。在设计时，应当尽可能地缩短开挖面暴露的时间。不过由于模筑混凝土支护无法紧跟开挖面，且施工工序较为复杂，施工时间过长，很难将围岩及时封闭，并在开挖后给上坡与变坡造成影响，容易造成融塌等质量隐患，无法保证施工的安全与进度。

喷射混凝土是借助喷射机械，利用管道将具有速凝性的混凝土拌和物输送并高速喷射至施工受喷面上，快速形成具有一定强度的混凝土，能有效减少或防止岩石松散产生的变位；对出露的裂隙和节理进行填充，使得围岩整体的稳定性及强度得到有效提高；能利用接触面的剪力及附着力，将岩石松散带的荷载向相邻稳定岩体传递[1]。同时，这种高速喷射混凝土还能及时封闭围岩岩面，避免因上坡及变坡点的变化而造成围岩坍塌的现象。此外，该喷射混凝土还能改变地下水流向，阻断水流，进一步控制岩体中的水源。大量的现场试验及室内试验表明，湿喷混凝土作为临时支护，在山岭、丘原等地形的隧道施工中取得了良好的效果。

2 喷射混凝土原料配合比及其确定

（1）喷射混凝土原料配合比

首先，水泥材料的选择。通常选择32.5R以上的低碱普通硅酸盐水泥或者硅酸盐水泥，该工程选择32.5R级普通硅酸盐水泥，主要技术指标如表1所示。

表1 水泥主要技术指标

其次，细骨料和粗骨料的选择。该工程的细骨料选择非碱活性且质地坚硬的河砂，其中不含易冻裂的矿物质、清洁且级配良好[2]。粗骨料选择非碱活性且级配良好的碎石及卵石混合物，其中不包含冰雪等冻结物，其技术指标如表2所示。

表2 粗骨料碎石主要技术指标

最后，外加剂的选择。结合低温早强喷射混凝土的特点，该工程选用多功能复合外加剂与速凝剂配合试验，前者能明显降低混凝土液相冰点，有效提高喷射混凝土的早期强度，确保混凝土不受冻害；后者能使混凝土迅速硬化，降低回弹损失，并进一步提高其在含水或潮湿岩层中使用的适应性[3]。

（2）喷射混凝土原料配合比的确定

在选择喷射混凝土配合比时，一方面要考虑设计要求的强度等级，另一方面还要将高原多年冻土地区的特殊性充分考虑在内，并有效确保混凝土的抗渗性与早强性，使得混凝土的抗冻性得到进一步提高，同时还要有效降低回弹率和水化热，因此，适宜将低温早强喷射混凝土的水灰比控制为0.4～0.5；水泥的用量控制为400～470kg/m3。经现场多次试喷试验，将风火山隧道喷射混凝土施工采用的低温早强喷射混凝土的水泥、砂和碎石的配合比设定为1∶2.33∶1.62。

3 喷锚支护主要施工技术

对于龙泉寺隧道围岩采用上下断面台阶法施工，其初期支护采取锚杆挂网、喷射沪混凝土以及钢格栅等互相结合的施工方法，具体施工方法如下。

（1）开挖面围岩处理。在隧道掌子面完全出渣后，对其进行净空量测，然后依据量测标志对其做欠挖和撬清危石处理。在欠挖处理时需要注意对软弱地段采取人工开挖，而硬质地段采用补炮的手段，直到净空尺寸符合设计要求为止[4]。

（2）材料选择。采用425#普通硅酸盐水泥和砂率控制在50%、含泥量小于3%的天然黄砂细骨料；粗骨料则选择尺寸为0.5～1cm、经试验各项指标均符合要求的隧道出渣的石灰岩破碎而成；速凝剂选择RH型，其最佳掺量为水泥重量的5%，初凝时间为5min，终凝时间为8min；对水灰比的控制非常重要，因为偏大或偏小均会增加混凝土的回弹量，从而造成大量材料的浪费，实践证明，混凝土的水灰比为0.48的喷射效果最佳。

（3）混凝土初喷。该工程所用的BZ—5混凝土喷射机，其压力为0.2～0.4MPa。为减少洞内粉尘污染，初喷混凝土采取潮喷的方法进行。在喷射之前，需要用水将岩壁表面的杂物和粉尘清洗干净，并利用搅拌机将粗细骨料和水泥进行干拌，然后添加按照水灰比配置混凝土应加入总量为20%的水量，搅拌均匀后输送至喷射机前由人工拌和，同时掺入水泥总量5%的速凝剂。喷射时，应当分片和分段且由下向上进行，保持每段长6cm，喷头呈螺旋形，其喷射方向与岩面偏角应当低于10°，且到喷面的距离需保持在0.6～1.0cm范围，初喷的厚度应控制在2～4cm范围内[5]。

（4）锚杆、挂网及钢格栅的设置。锚杆布置在每次循环出渣完毕和初喷混凝土之后，其材料为在洞外钢筋加工场地切割成型的Φ22螺纹钢。而锚固剂选择固化时间为5～10min、强度为52～56MPa的8604型水泥锚固剂，其规格为小卷包装的Φ22型。在完成钻眼施工后，利用高压风清孔，然后将沾水充分湿润的锚固剂塞入钻孔内，充填至孔深的三分之二，利用手风枪将锚杆送至孔内固定，并保持锚杆与锚固剂的紧密相贴。钢筋网片的材料为Φ8圆钢，尺寸为100cm×200cm，需要确保网片与锚杆之间焊接的牢固程度，且钢筋网的铺设需伴随喷面的起伏进行，并保持与喷面的间隙小于3cm。

格栅的主筋选择的材料为4根Φ25钢筋，保持每榀格栅的尺寸为500cm，并利用钢板螺栓将格栅相连，而钢筋之间则利用焊接相连。铺设的钢格栅为Φ25螺纹钢，格栅之间相距100cm，保持两榀格栅连接筋长度为108cm，并与4根主筋用点焊焊牢，将垫板设在格栅拱脚架，保持比导坑地面低20cm且与隧道中线垂直[6]。

（5）混凝土复喷。在完成锚杆支护、钢筋网片以及钢格栅之后，再进行复喷混凝土操作。与初喷混凝土工序基本一致，复喷混凝土施工也采取潮喷的方法进行，采用分片和分段且由下向上进行喷射，并保持每段长6cm，喷头呈螺旋形，喷射方向与岩面偏角低于10°，且到喷面距离保持在0.6～1.0cm，初喷厚度控制在2～4cm范围。

（6）施工质量的控制。施工过程中，需要对外加剂的质量与掺量进行严格控制；实时检测骨料温度、水温及喷射混凝土施工环境温度；当混凝土配合比由外界影响而产生变动时，需要及时进行检测，并严格检查抗冻及抗渗试件等。

4 结语

通过对河北省龙泉寺隧道的喷锚支护施工分析可知，在必要的负温混凝土施工条件下，配置低温早强抗压喷射混凝土复合外加剂，有效控制喷射混凝土的水泥、砂和碎石比，并实施在山岭地形下的隧道开挖喷锚支护施工，能够有效克服因边坡围岩层遭受扰动而给岩层整体结构带来的负面影响，进而使多年围岩层隧道的喷锚支护问题得到有效解决。

[1]王晋宁.喷锚支护施工技术在隧道工程中的应用探讨[J].科技视界，2013（2）：78-79.

[2]白小亮.隧道喷锚支护结构位移可靠性分析方法[D].北方交通大学，2001.

[3]廖腾达.浅谈锚喷支护在隧道工程中的应用[J].商品与质量·学术观察，2011（1）：35-36.

[4]彭佳林.新奥法在高速公路隧道设计与施工技术中的分析应用[J].四川建材，2010，36（2）：148-150.

[5]王双有.浅析喷锚支护施工的监理[J].价值工程，2010，29（16）：84-85.

[6]宋杨，庞家辉.公路边坡喷锚支护施工技术探讨[J].科技致富向导，2011（22）：339-339.