隧道支护与衬砌 概述 1. 施工中，遇到软弱破碎围岩，自支护能力比较弱，需要采用预支护措施 2. 常用预支护措施：超前锚杆、小钢管、管棚、超前小导管注浆、开挖工作面和围岩预注浆、插板 3. 根据围岩条件、涌水状况、施工方法、环境要求，选择预支护措施 1. 适用： （1） 地下水较少的软弱破碎围岩隧道施工 （2） 采用中、小机械施工 （3） 例如：土砂质地层、弱膨胀地层、流变性小的地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋无显著偏压隧道 2. 施工要点： （1） 开挖掘进前，开挖面顶部一定范围内，沿坑道设计轮廓线，向岩体内打入纵向锚杆（型钢、小钢管），形成一道顶部加固的岩石棚，在此棚保护下进行开挖作业 （2） 开挖至一定距离（尚未开挖岩体内，保留一定超前长度），重复上述步骤，如此循环前进 3. 锚杆： （1） 超前锚杆采用早强砂浆锚杆，锚杆用螺纹钢筋直径＞φ22 （2） 根据具体施工条件确定，超前量、换向间距、外插角 1. 适用： （1） 围岩压力来的大又快 （2） 对围岩变形、地表下沉有严格的软弱破碎围岩隧道 （3） 例如：土砂质地层、强膨胀地层、强流变性地层、裂隙发育岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压隧道 （4） 插板封闭适用无胶结的土和砂质围岩 （5） 地下水较多，利用钢管注浆堵水和加固围岩 2. 施工要点： （1） 钻孔中出现卡钻或塌孔，应注浆后再钻 （2） 有些土质地层，可直接顶入钢管 （3） 根据地质条件、周围环境、隧道开挖断面、埋设、开挖方法决定，管棚的配置、形状、间隔、断面、施工范围 1. 小钢管长度＜10m 2. 一次超前量小，与开挖作业交替进行，占用循环时间较多 3. 钻孔安装和顶入安装容易 1. 直径较粗的钢管长度10~45m 2. 一次超前量大，单次钻孔或打入长钢管的作业时间较长 3. 安装钢管次数少，与开挖作业之间的干扰少 1. 适用： （1） 一般软弱破碎围岩 （2） 地下水丰富的软弱围岩 （3） 围岩条件特别差、变形控制严格的隧道施工，超前小导管注浆作为管棚施工的一项主要辅助措施，加固围岩 （4） 超前小导管注浆对围岩加固的范围和强度有限 2. 施工要点： （1） 在掘进前，先喷砼封闭开挖面和5m范围内的坑道 （2） 然后沿坑道周边打入带孔的纵向小导管，并通过小导管向围岩注浆 （3） 待浆液硬化后，在坑道周围形成一个加固圈，在加固圈防护下进行开挖 3. 自进式注浆锚杆（迈式锚杆）： （1） 超前锚杆结合超前小导管注浆 （2） 在小导管前端安装一次性钻头，钻孔和顶管同时完成，缩短导管安装时间 （3） 尤其适用钻孔易坍塌地层 1. 适用： （1） 有压地下水及地下水丰富地层 （2） 采用大、中型机械化施工 （3） 浅埋隧道：从地表向隧道所在区域辐射状或平行状钻孔注浆 （4） 深埋隧道：设置平行导坑，从平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆 2. 施工要点： （1） 在掌子面前方的围岩中注入浆液，提高了地层的强度、稳定性、抗渗性 （2） 形成较大范围的筒状封闭加固区，在其范围内进行开挖作业 （3） 预注浆一般超前开挖面30~50m，形成相当厚度和较长区段的筒状加固区，堵水效果更好，注浆作业次数减少 3. 施工方式： （1） 三种方式： 1) 洞内超前注浆 2) 地表超前注浆 3) 平导超前注浆 （2） 浅埋隧道：从地表向隧道所在区域辐射状或平行状钻孔注浆 （3） 深埋长大隧道：设置平行导坑，从平行导坑向正洞所在区域钻孔注浆 1. 喷射砼时用压力喷喷射砼的施工方法 2. 适用： 1) 灌注隧道内衬、墙壁、顶棚等薄壁结构 2) 其他结构的衬里 3) 钢结构的保护层 超前锚杆、小钢管 概述 管棚 短管棚 预支护 长管棚 超前小导管注浆 预注浆加固围岩 初喷期射概述 支砼 护 干喷 潮喷 湿喷 混合喷 钢钎维喷射砼 锚杆 概述 钢拱架 钢支撑 格栅钢架 1. 工艺： （1） 水泥、砂、石在干燥状态下拌匀 （2） 用压缩空气送至喷嘴和压力水混合后进行喷射 2. 特点： （1） 喷射速度大，粉尘污染、回弹严重 （2） 隧道内喷射砼施工不得采用干喷法 1. 工艺： （1） 骨料预加少量水后呈潮湿状和水泥拌和 （2） 送至喷嘴和压力水混合后进行喷射 2. 特点： （1） 与干喷法相比，在上料、拌和、喷射时的粉尘少 （2） 目前施工多采用潮喷法 （3） 潮喷、干喷法砼强度达C20 1. 工艺： （1） 水泥、砂、石、水，按比例拌和均匀 （2） 用湿喷机送至喷嘴喷射 2. 特点： （1） 粉尘和回弹量少 （2） 喷射砼的质量容易控制 （3） 对喷射机械要求较高 （4） 机械清洗和故障处理较麻烦 （5） 黄土隧道、渗水隧道适用湿喷法，不得用潮喷法 1. 工艺： （1） 两套搅拌机 （2） 第一套：一部分砂第1次加水拌湿→加入全部水泥强制搅拌→第2次加水、加减水剂拌和成SEC砂浆→用砂浆泵压送至混合管 （3） 第二套：一部分砂和石加速凝剂强制搅拌均匀→用干喷机压送至混合管 （4） 混合管内砼经喷嘴喷出 2. 特点： （1） 粉尘和回填率比干喷法大幅降低 （2） 工艺复杂，使用机械多，机械清洗和故障处理麻烦 （3） 一般只用于喷射砼量大和大断面隧道工程 （4） 湿喷、混合喷射法砼强度达C30~C35 1. 在砼中加入一定量钢纤维，制成钢钎维喷射砼 2. 钢纤维喷射砼做初期支护可代替钢筋网喷射砼 3. 可提高喷射材料和岩壁的粘结强度，提高结构耐久性，改善喷层的受力状态 1. 锚杆是用钢筋或其他高抗拉性能的材料制作的一种杆状构件 2. 按锚固形式分为4类： （1） 全长粘结型 （2） 端头锚固型 （3） 摩擦型 （4） 预应力型 3. 对地下工程稳定性起重要作用，特别是对节理裂隙岩的加固 4. 特点： （1） 结构简单 （2） 施工方便 （3） 成本低 （4） 工程适应性强 1. 具有承载能力大的特点 2. 常用于软弱破碎或土质隧道中，与锚杆、喷射砼等共同使用 1. 钢拱架是工字钢或钢轨制成的刚性拱架，刚度和强度大 2. 可作为临时支撑并单独承受较大的围岩压力，也可设于砼内作为永久衬砌的一部分 3. 最大特点：架设后能立即承载 4. 适用： （1） 需要立即控制围岩变形的场合 （2） 在Ⅴ、Ⅵ级软弱破碎围岩中或处理塌方时使用较多 5. 缺点： （1） 钢拱架与围岩的空隙喷射砼难以填充紧密 （2） 与喷射砼的粘结不好，导致钢拱架附近喷射砼出现裂缝 1. 格栅是钢筋经冷弯成型后焊接而成，断面形状有圆形、门形、三角形、四边形 2. 形式：3根主筋、4根主筋 3. 4根主筋： （1） 每根钢筋相同 （2） 在等高情况下，抗弯和抗扭惯性矩优于3根主筋形式 4. 结构： （1） 主筋直径＞φ22，采用20MnSi或A3钢制成 锚喷支护 概述 模筑砼衬砌 组装式模板 模板 整体移动式模板台车 （2） 砼喷射厚度与断面高度相适应，一般为12~18cm （3） 主筋和联系钢筋的接头形式： 1) 螺栓连接板接头：连接板焊于主筋端部，通过螺栓将两段钢架连接板紧密连在一起 2) 套管螺栓接头：套管螺栓直接套在主筋上，将两段钢架连接在一起 5. 优点： （1） 和喷射砼、围岩密贴 （2） 喷射砼能够充满格栅及其与围岩的空隙，且能和锚杆、超前支护结构连接成一体，支护效果好 1. 锚喷支护时常用的一种围岩支护手段，锚杆+喷射砼组合是使用最多的初期支护形式 2. 类型： （1） 锚杆支护 （2） 喷射砼支护、喷射砼+锚杆联合支护、喷射砼+钢筋网联合支护、喷射砼+锚杆+钢筋网联合支护 （3） 喷射钢纤维砼支护、喷射钢纤维砼+锚杆联合支护 3. 工艺要求： （1） 锚喷联合支护的施工中，各分次施工的支护要彼此连接牢固 （2） 超前锚杆+系统锚杆+钢拱架的连接、钢筋网+钢拱架，要尽可能多的和锚杆头焊连，充分发挥联合支护效应 （3） 锚杆要适量露头 （4） 喷射砼要严密包裹、覆盖钢筋网、钢拱架 1. 作用： （1） 单次衬砌中的现浇整体式砼衬砌常用于Ⅱ、Ⅲ级围岩 （2） 复合式衬砌中的二次衬砌的作用： 1) 饰面、增加安全度 2) 承受施工后发生的外部水压、软弱围岩蠕变压力、膨胀性地压、浅埋隧道的附加荷载 2. 质量要求： （1） 模筑砼的材料、级配，符合隧道衬砌的强度、耐久性要求 （2） 必须重视抗冻、抗渗、抗侵蚀性 3. 施工技术要点： （1） 衬砌施工顺序：自下而上、先墙后拱、连续浇筑 （2） 纵向分段长度：8~12m （3） 全断面或大断面开挖成形的隧道衬砌，尽量使用金属模板台车灌注砼整体衬砌 1. 衬砌开始前： （1） 中线、水平测量，检查开挖断面 （2） 修凿欠挖部分 （3） 放线定位，架设衬砌模板支架或拱架 2. 先墙后拱： （1） 按线路中线确定边墙模板位置，搭设工作平台灌注边墙砼 （2） 支架模板系统必须牢靠，防止灌注砼过程中变形、移位、倾倒，特别要防止，支架模板系统向隧道内凸出，使衬砌侵入限界 （3） 灌注前，清除边墙基底的虚渣、污物，排净积水 （4） 拱架架设在墙架的立柱上 3. 先拱后墙： （1） 复核检查中线及拱部净空无误后，架设拱架 （2） 拱脚放线定位，直接支撑在地层上 （3） 现场广泛采用，38㎏/m的旧钢轨弯制成钢拱架 （4） 为运输、拆装方便，每根钢拱架分层左右两片，架立时在拱顶处用钢夹板和螺栓连接起来 （5） 采用不同长度的夹板，就能得到不同加宽值W的衬砌断面 4. 拱架预留量： （1） 拱架标高：先墙后拱＜5cm，并在施工过程中按实际情况校正 （2） 拱脚每侧加宽：5~10cm （3） 拱矢加高：5cm 5. 拱架和边墙模板支架间距： （1） 根据衬砌地段围岩情况、拱圈跨度、衬砌厚度，结合模板长度确定 （2） 一般1m，最大＜1.5m （3） 各拱架和边墙模板之间，设置纵向拉杆，最后一排应加设斜撑，并联结牢固 6. 边墙模板多采用钢模，注意使用中尺寸型号的配套，经常修整变形的钢模 7. 拱架使用： （1） 整榀拱架常分解为2-4节，现场组装 （2） 为减少安装和拆卸工作量，可做成简易移动式拱架，将几榀拱架连成整体，在简易轨道上滑移 8. 优点：灵活性大、适用性强、尤其适用曲线地段 9. 缺点：安装架设费时费力，生产能力比模板台车低 10. 适用： （1） 中、小型隧道及分部开挖，使用较多 （2） 传统施工方法中，受开挖方法、支护条件，衬砌施工多采用拼装式拱架模板 1. 模板台车构造：集成大块曲模板、机械或液压脱模、背附式振捣设备，在轨道上行走，有的还采用自行设备 2. 优点： （1） 立模时间短 （2） 墙拱连续浇筑 砼拌制和运输 砼灌注 （3） 生产能力大，可配合砼输送泵联合作业，是较先进的模板设备 （4） 衬砌施工速度快 3. 根据是施工进度要求、砼生产能力、浇筑技术要求、曲线隧道半径，确定模板台车长度（即一次性模筑段长度） 1. 配料： （1） 严格按照选定的原材料重量配合比配制 （2） 严格控制加水量，保证水灰比正确 （3） 砼硬化后能获得设计所要求的强度和耐久性 （4） 拌和物具备施工要求的和易性 （5） 坍落度：边墙1~4cm；拱圈及其他不便施工处2~5cm 2. 采用自落式鼓筒搅拌机，容量400、800、1200、2400L等规格 3. 搅拌站设置及砼运输： （1） 搅拌站可设置在隧道洞口外，隧道较长可设置在洞内，可用临时搅拌站进行拌和工作 （2） 运输工具结合工地情况采用 （3） 常用：斗车、手推车、自卸汽车、砼搅拌车、吊桶、吊斗、带式输送机、输送泵 1. 质量要求： （1） 灌注前，清理检查灌注段；灌注后，做好振捣工作，保证衬砌砼密实性和整体性 （2） 拆模后，要求砼表面平整光滑，无蜂窝、麻面，内实外光，衬砌轮廓线满足净空限界要求 2. 边墙砼灌注： （1） 要求两侧砼保持分层对称的均匀上升 （2） 避免两侧边墙模板受力不均而倾斜或移位 3. 拱圈砼灌注： （1） 灌注顺序：从两侧拱脚开始，同时向拱顶分层对称的灌注，层面保持辐射状 （2） 活封口： 1) 灌注到拱顶后，改为沿隧道纵向灌注 2) 边灌注边铺封口模板 （3） 死封口： 1) 灌注到最后一个节段 2) 在拱顶留50×50cm缺口，进行封顶 （4） 整体移动式模板台车在适当位置设置45×45cm检查窗，用于确认砼捣固状态，也可从检查窗灌注边墙、拱下部（除拱顶部）砼，并从附近的检查窗和上面的检查窗进行捣固 4. 拱顶砼灌注： （1） 模板台车拱顶部设仰角45°~60°的向上灌注口，拱顶砼从灌注口进行灌注 （2） 为确实填充拱顶部，采用具有自填充性，且难以离析的高流动性砼 5. 衬砌砼施工使用最多的是插入式振动器 6. 衬砌砼养护： （1） 砼灌注后24h内，根据气候条件，使用适当的材料覆盖砼外露面，洒水养护 （2） 防止早期干缩裂缝，保证砼良好的硬化条件，做好防冻害的防寒保温工作 7. 根据围岩应力、衬砌部位、环境温度、水泥品种和强度等级，确定拱架、墙架、模板拆除时间 8. 衬砌砼灌注施工中若干问题的处理： （1） 墙拱接口处理： 1) 先拱后墙施工，注意墙顶和拱脚间的接口封填 2) 边墙用塑性砼：接近拱脚处留7~10cm缺口，24h后，待先灌注的边墙充分收缩后，经施工间歇处理，用较干的砼紧密填实. 3) 边墙用干硬性砼：墙顶封口可连续完成 （2） 墙背回填和压浆： 1) 拱圈和边墙背后的空隙必须回填密实，并与砼灌注同步进行 2) 先拱后墙法施工： a) 拱脚以上1m范围内，使用和拱圈同级砼一起灌注 b) 边墙基底以上1m范围内，使用和边墙同级砼一起灌注 c) 其余部位的回填，根据围堰稳定情况、空隙大小确定 3) 超挖回填不很密实部分，特别是拱顶背后一定范围内，应压浆 4) 压浆使衬砌与围岩密贴，防止围岩进一步变形 5) 压浆作业： a) 在衬砌砼强度达到设计强度后或拱架拆除前进行 b) 每段压浆长度20~30m，在衬砌两侧同时自下而上压注 （3） 仰拱灌注： 1) 设计无仰拱：铺底施工在拱墙修筑好且开挖完毕后进行，避免与拱圈衬砌和开挖作业互相干扰 2) 设计有仰拱（说明侧压或地压较大）：及时修筑仰拱使衬砌环形封闭，防止边墙挤入造成开裂或失稳 3) 合理安排：仰拱和底板的施工时间、分块施工顺序、与运输车干扰问题 4) 灌注前，清理隧道底部虚渣、杂物、淤泥 5) 仰拱超挖部分： a) 在允许范围内，使用和仰拱同级砼回填 b) 超出允许范围，使用浆砌片石或片石砼回填密实 6) 为施工方便，仰拱、底板砼可合并浇筑，保证仰拱砼强度符合设计要求 7) 仰拱、底板纵向贯通，且砼强度达到要求后，方可允许车辆通行
