锚喷支护在隧道施工中的应用

　　摘要：随着高等级公路建设在我国的不断深入发展，我国的公路
　　建设市场进一步扩大，山岭区修建的高速公路也越来越多。隧道作
　　为公路穿山越岭的主要构造物，也得到了长足发展。
　　
　　关键词：隧道，锚喷支护
　　
　　一、工艺原理
　　锚杆、喷射砼、挂钢筋网、钢架支撑、以及它们间的任意组合型式，统称为锚喷支护。锚喷支护就是当隧道周围围岩承载能力不足，需提高围岩自身承载能力时，采取联合支护形式，形成长期稳定的支护结构体系。锚喷支护的最大优点；及时性、与围岩密贴性、早强、柔性。
　　锚喷支护就是应用新奥法原理，即：运用各种手段（开挖方法、支护及地层预处理等）控制围岩变形，最大限度地保护和调动围岩的承载能力。
　　
　　二、施工工艺及操作要点
　　（一）、锚杆施工工艺及操作要点
　　1、原材料备制
　　（1）、锚杆材料：锚杆材料采用20锰硅钢筋或注浆锚杆，钢筋直径Φ22㎜，按设计要求规定的材质、规格备料，并进行调直、除锈、除油，以保证砂浆锚杆的施工质量和施工的顺利进行。
　　（2）、水泥；普通水泥砂浆选用普通硅酸盐水泥，在自稳时间短的围岩条件下，宜用早强水泥砂浆锚杆。
　　（3）、砂：宜采用清洁、坚硬的中细砂，粒径不宜大于3㎜，使用前应过筛。
　　（4）、配合比：普通水泥砂浆的配合比：水泥：砂宜为1：1～1：1.5（重量比），水灰比宜为0.45～0.50；
　　（5）、砂浆备制：砂浆应拌合均匀，随拌随用。一次拌和的砂浆应在初凝前用完，并严防石块杂物混入，主要为了保证砂浆本身的质量及砂浆与锚杆杆体、砂浆与孔壁的粘结强度，也就是为了保证锚杆的锚固力和锚固效果。
　　2、锚杆孔的施工
　　（1）、孔位布置：孔位应根据设计要求和围岩情况布孔并标记，偏差不得大于20㎝；
　　（2）、锚杆孔径：砂浆锚杆的锚杆孔径应大于锚杆体直径15㎜；
　　（3）、钻孔方向：锚杆孔宜沿隧道周边径向钻孔，但钻孔不宜平行岩面；
　　（4）、钻孔深度：砂浆锚杆孔深误差不应大于±10㎝；
　　（5）、锚杆孔应保持直线；
　　（6）、灌浆前清孔：钻孔内若残存有积水、岩粉、碎悄或其它杂物，会影响灌浆质量和妨碍锚杆杆体插入，也影响锚杆效果。因此，锚杆安装前，必须采用人工或高压风、水清除孔内积水和岩粉、碎悄等杂物。
　　3、锚杆安装
　　（1）、砂浆：砂浆锚杆孔内的砂浆也应采用灌浆罐和注浆管进行注浆。注浆开始或中途停止超过30min时应用水润滑灌浆罐及其管路，注浆孔口压力不得大于0.4MPa,注浆时应堵塞孔口。注浆管应插至距孔底5～10㎝处，随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，并用手将水泥纸堵住孔口。
　　（2）、锚杆安装：锚杆头就位孔口后，将堵塞孔口水泥纸掀开，随即迅速将杆体插入并安装到位。若孔口无水泥砂浆溢出，说明注入砂浆不足，应将杆体拔出重新灌注后再安装锚杆；锚杆杆体插入孔内的度度不宜小于设计规定。锚杆安设值，不得随意敲击，三天内不得悬挂重物。
　　（3）、钻孔注浆的饱满程度，是确保安装质量的关键，工艺要求注浆管插到距孔底5~10㎝，并随砂浆的注入而缓慢匀速拔出，就是为了避免拔管过快而造成孔内砂浆脱节。砂浆不足时应重注砂浆。这都是为了保证锚杆全长为足够饱满的砂浆所握裹，保证其锚固效果。
　　（4）、普通砂浆锚杆安装后不久，随意敲击杆体将影响砂浆与锚杆杆体、砂浆与孔壁的粘结强度，降低锚杆的锚固力。普通砂浆三天所能达到的强度为28天强度的40%左右，因此，规定三天内不得悬挂重物，不但是为了保证锚固质量，也是为了防止发生安全事故。
　　4、需注意事项
　　砂浆锚杆作业是注浆，后放锚杆（注浆锚杆作业是先放锚杆后注浆）。
　　具体操作是：
　　先将水注入牛角泵内，水占泵体积的2/3，并倒入少量砂浆，初压水和稀浆湿润管路，然后再将已调好的砂浆倒入泵内，将注浆管插至锚孔眼底，将泵盖压紧密封，一切就绪后，慢慢打开风阀开始注浆，在气压推动下，水在前，砂浆在后，水湿润泵体和管路，引导砂浆进入锚孔中。随着砂浆不断压入眼底，注浆管跟着用推和锤击的方法，把锚杆插入眼底，然后用木楔堵塞眼口，防止砂浆流失。
　　注浆压力不宜过大，保持在2㎏/㎝2为好；
　　压注砂浆时，必须密切注意压力表，发现压力过高，须立即停风，排除堵塞；
　　注浆管不准对人放置，注浆管在未打开风阀前，不准搬动，关节闭密封盖，以防高压喷出物射击伤人。
　　掺速凝剂砂浆时，一次拌制砂浆数量不应多于三个孔，以免时间过长使砂浆在泵管中凝结。
　　锚注完成后，及时清洗机具。
　　（二）、挂钢筋网施工
　　钢筋网使用Φ6.5，（III类围岩仰拱采用Φ16钢筋网15×15㎝），网格为20㎝×20㎝，固结在锚杆端头上。
　　钢筋须调直除锈，按规定长度下料、安扎、焊、顺序堆放在工作面上使用。
　　钢筋必须安装顺直，紧贴初喷砼表面，钢筋网成形后，每根钢筋都应绑扎，在二次喷砼时，钢筋极少颤动。
　　在有钢筋的工作面上复喷砼，其喷射作业与无钢筋情况要求不同，前者要求将钢筋背后喷护密实，钢筋表面不残留回弹物，以使钢筋有较大的握着力，有钢筋时，如果对着直喷，反而加大回弹量，因此在钢筋网外喷护，喷砂应保持一个角度，既能使钢筋背后勤部密实充填，又可使回弹减少。
　　钢筋网表面保护层厚度不小于2㎝，不允许将锚杆、钢筋头外露。
　　钢筋网的铺设应设在第一次喷射砼和锚杆施工后进行。
　　钢筋网应随喷射砼面的起伏进行铺设。钢筋网现场绑扎，可以利用单根钢筋挠度大，当有格栅拱时，应与格栅拱联接牢固。
　　（三）、格栅拱（钢拱架）施工
　　格栅拱是具有结构简单、用钢量少、受力结构条件好、加工制造方便、架设工艺简单等优点，对于隧道软弱破碎围岩加强地段的施工和处理险情、坍方处理都是一种能应急而有效的施工措施和手段。
　　格栅拱架设应做到：
　　1、按设计位置安设，一般在第一次喷射砼后进行。对局部欠挖部位应予凿除，以保证格栅拱施工位置和结构尺寸的正确性；
　　2、格栅拱应垂直于隧道中丝。上下、左右偏差应小于±5㎝，钢架倾斜度小于2○。
　　3、格栅拱之间必须按设计要求进行纵向联接。以保证格栅拱之间处于良好的联合受力状态，采用格栅拱加强地段，一次使用格栅拱的数量不应少于5榀。
　　4、格栅拱应与钢筋网联接，可知栅拱必须与锚杆焊接牢固，以保证格栅拱、钢筋网、喷射砼和锚杆与围岩形成联合受力结构。因此，锚杆布置与断面方向均应与格栅拱的安设相适用。并应留有不小于20㎝的锚杆头部与格栅拱联接。局部位置与锚杆错开时采增加纵向钢筋或调整纵向钢筋位置进行间接联接，确保该范内的每根锚杆发挥其作用。
　　5、拱脚、边墙脚联接槽钢应按正确位置置平于原状土（石）上，并与格栅拱焊接牢固。当拱脚、墙脚标高不准时，只能用片石垫平槽钢或设置钢板调整。
　　6、格栅拱喷射砼保护层厚度不小于2㎝。
　　（四）、喷射砼施工
　　用压缩空气将掺有速凝剂的砼拌合料通过砼喷射机高速喷射到开挖成型的隧道岩面上迅速凝固而起支护使用。
　　喷射砼可分为干喷、潮喷、湿喷三种方式。
　　喷射砼作业需要的机具设备：砼喷射机、空气压缩机、搅拌机、上拌机具、供水设施。
　　1、喷射砼的原材料和配合比
　　（1）、原材料：①水泥采用325#普硅水泥；②砂一般用坚硬耐久的中砂或粗砂，砂的含水率以5～7%为宜；③石子采用坚固耐久的碎石或卵石，粒径小于15㎜；④水：用洁净水；⑤速凝剂：采用BR型外加剂。
　　（2）、配合比的选定：施工中选定
　　2、喷射砼施工
　　注：冬季施工时，水需加热50～60℃
　　（1）、场地布置：
　　搅拌机一般布置在洞外，通过运输车运入洞内，然后给料于喷射机，同时应设晴雨棚，以控制砂石的含水率。
　　（2）、清理工作面
　　喷射砼前，应认真检查开挖断面尺寸，欠挖处应予以凿除，修整断面，清理浮石及拱脚的虚碴等。
　　（3）、喷射砼作业
　　①、混合料的备制
　　a.混合时，各种材料应按配合比准确称量；
　　b.采用强制式密封搅拌，时间不少于90秒；
　　②、机具就位
　　机具安装在围岩稳定地段，保证输送线路通畅。未上料前，先进行砼喷射机试运转：开启高压风及高压水，如喷嘴风压正常喷出的风水呈雾状，如喷嘴风压不足，可能出料口堵塞，如喷嘴不出风，则可能输料管堵塞。有故障及时排除，待喷射机运转正常后才能进行喷射作业。
　　③、喷射砼作业要点
　　a、喷前应用高压风或高压水清洗岩面，将附着在岩面上的粉尘、硝屑冲洗干净，以保证砼与岩面粘结牢固。若用高压水清洗会引起岩面软化时，只能用高压风清扫岩面杂物（视地质情况而定）。
　　b、严格掌握规定的速凝剂掺量，并添加均匀；
　　c、喷射机工作风压一般控制在0.2～0.4MPa；
　　d、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；
　　e、喷嘴的方向应与受喷岩面垂直，喷嘴与受喷岩面距离保持在0.6～1.0米范围；
　　f、喷嘴移动轨迹应因地制宜，横条、竖条、圆圈等应交替使用，移动速度要慢，让砼“堆”起来，有了一定厚度再移开，然后逐块扩大其喷射范围；
　　g、喷射顺序一般采用先下后上，先墙后拱；
　　h、一次喷射厚度一般拱部为3～5㎝，边墙为6～8㎝；
　　i、凹凸不平时应先将凹处喷平，按正常顺序喷射，以减少回弹；
　　j、有钢筋网时，宜使喷嘴靠近钢筋，喷射角度也可适当偏一些，喷射砼应覆盖钢筋；
　　k、有钢架时，钢架与围岩间隙必须以喷射砼充填密实，喷射砼应将钢架覆盖，并应由两侧拱脚向上喷射；
　　l、喷完或间歇时，喷嘴应向低处放置，一工班结束，要拆开喷头，取出水环，用水清洗干净，疏通水眼，以备下一班使用。喷完后，喷射机具均应清洗、保养，以保证机具处于完好状态。
　　④、喷射砼的工艺参数：
　　a、工作风压：一般为0.2～0.4MPa；
　　b、喷射角度与喷射距离
　　喷射料束与受喷面垂直时，回弹量最小；
　　喷头与受喷面距离一般宜保持在0.6～1.0m；
　　c、一次喷射砼的厚度：一般拱部为3～5㎝，边墙为6～8㎝；
　　d、水灰比：喷射手应把水灰比控制在0.4～0.45，使喷层平整光滑，无干斑或滑移流淌现象；
　　e、两次喷射的间隔：
　　两层砼的喷射时间间隔太短，会由于前一层砼未达到强度而拉裂坠落，间隔时间过长，又会影响施工效率，较合理的间隔时间是前一层砼终凝，并达到一定强度后再复喷，一般可在20分钟以后进行。
　　f、养护（干燥处）：喷射砼由于喷层内外部分干燥条件有异，必须进行养护，《规则》规定：喷射砼终凝后两小时起即开始养护，养护不得少于7天。
　　g、水压：喷头处水压控制在0.15～0.2MPa；
　　h、速凝剂：掌握规定的掺量，并添加均匀。
　　（4）、需注意的问题
　　①、喷射机的合理使用
　　启动喷射机时，应先送风再开机，并应在机械运转正常后送料，供料均匀连续。作业结束时，先停止送料，待罐内余料喷完，再停机，然后关风。停止喷射作业后，喷射机和输料管内的积料应及时清除干净，以避免混合料结块堵管。
　　②、输料管堵塞问题
　　堵管的一般原因不外乎以下几种：
　　a、混合料中混入超规定粒径的石子、水泥硬块或其它杂物。
　　b、操作程序有误，如先开马达后送风，或砂子含水率过高，操作阀错开，致使高压风大量泄出，使工作室内风压急剧下降，也会引韦输料管堵塞。
　　c、如遇堵客，应立即关闭马达，随后关闭风源，并将软管拉直，然后以手锤敲击找到堵塞位置，可将风压开到0.3~0.4MPa，同时继续敲击堵塞部位，使其排除堵塞物而畅通。排除堵管现象时，应注意喷嘴前方严禁站人，以免发生伤人事故。
　　③、回弹问题
　　影响回弹率的各种因素有：混合料配合比、水灰比、砂子含水率、工作风压、水压、喷射距离、喷射角度、操作方法及熟练程度等。针对各种因素，采取相应的措施降低回弹率。《规则》规定正常情况下的回弹率，一般拱部为20～30%，边墙为10～20%。
　　④、粉尘问题
　　a、控制砂石料含水率：当含水率控制在5～7%时，作业时的粉尘浓度可控制在15mg/m3以下；
　　b、加强通风；
　　c、加长拢料管：即在喷嘴水环到出口之间接一段0.5～1m长的管子，使干料与水混合后有一个充分湿润和混合的过程，这对降尘和提高砼质量都较为有利。
　　d、严格控制工作风压：风压过高，进料速度过快，在喷头处加水不容易均匀，风压过高不仅增加回弹量，而且也会提高粉尘浓度。
　　⑤、安全及劳动保护：
　　施工中注意喷嘴不准对人，以免喷射伤人，喷射前先进行清理浮石、危石等必要的排险作业；喷射机一定要安放在围岩稳定或已衬砌地段。
　　喷射砼施工人员必须佩戴防尘口罩等，操作喷头和注浆管的工人应佩戴防护眼罩，夹胶工作服、长筒乳胶手套等。
　　三、质量要求
　　锚喷支护的质量要求：
　　1、抗压强度必须合格，不合格时，查明原因，并采取措施，可用加厚喷层或增设锚杆的办法予以补强。
　　2、喷层与围岩粘结情况，用锤敲击，如有空响应凿除喷层，洗净重喷。必要时应进行粘接力测试。
　　3、喷层平均厚度不得少于设计厚度。
　　4、喷射砼表面有裂缝、脱落、露筋、渗漏水等情况时，应予补修，凿除喷层重喷或进行整治。
　　5、锚杆抗拔力应满足设计要求。
　　6、格栅拱垂直于隧道中线，上下左右允许偏差±5㎝，倾斜度不得大于2○。
　　
　　四、安全措施
　　锚喷施工中，全员参与安全文明施工。
　　（一）、锚杆施工安全措施
　　1、锚杆作业中，要密切注意观察围岩或喷射砼的剥落、坍塌。清理浮石要彻底，施工中，要及早发现危险征兆，及时处理。
　　2、杆种类及锚固方式要选择得当，严防锚固用的砂浆流失锚固力不够，导致锚杆脱落而造成事故，因此要指定专人负责，定期检查锚杆抗拔力。
　　（二）、喷射砼安全措施
　　1、喷射前要检查作业地段的围岩，并进行清理浮石、危石等必要的排险作业。
　　2、喷射机要安放在围岩稳定或已衬砌地段内，同时喷射作业地段应加强照明和通风。
　　3、喷射时严格掌握好风、水压，加强综合防尘措施。
　　4、注意风嘴不准对人，以免射伤人。
　　（三）、格栅施工安全措施
　　1、搬运过程中，应将格栅拱构件绑扎牢固。以免发生碰撞伤人。
　　2、格栅拱脚槽钢的连接必须置于原状土（石）上，并与格栅拱焊接牢固。
　　3、格栅拱尽量与系统锚杆焊接，必要时须设锁脚锚杆，以免格栅拱倾覆伤人。
　　五、结束语
　　随着高等级公路建设在我国的不断深入发展，我国的公路建设市场进一步扩大，山岭区修建的高速公路也越来越多。隧道做为公路穿山越岭的主要构造物，在施工过程中应严格按照规范及设计施工，遇到的各种问题要及时处理。
　　　参考文献:
　　[1]中华人民共和国交通部.公路隧道设计规范(JTJ026-90).人民交通出版社.1990
　　[2]中华人民共和国交通部.公路隧道施工技术规范(JTJ042-94).人民交通出版社.1995
　　[3]<<公路隧道>>.人民交通出版社.1995