講義 公路隧道支護(hù)與襯砌技術(shù)全

講義公路隧道支護(hù)與襯砌技術(shù)一、超前支護(hù)隧道施工過程中，當(dāng)遇到軟弱破碎圍巖時(shí)，其自支護(hù)能力是比較弱的，經(jīng)常采用的超前支護(hù)措施有超前錨桿、插板、超前小導(dǎo)管、管棚及圍巖預(yù)注漿加固等。上述措施的選用應(yīng)視圍巖條件、涌水狀況、施工方法、環(huán)境要求等情況而定，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選用其中一種或幾種措施進(jìn)行治理。1.超前錨桿施工技術(shù)要點(diǎn)超前錨桿主要適用于地下水較少的軟弱破碎圍巖的隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、弱膨脹性地層、流變性較小的地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋無顯著偏壓的隧道等，也適宜于采用中小型機(jī)械施工。此法的要點(diǎn)是開挖掘進(jìn)前，在開挖面頂部一定范圍內(nèi)，沿坑道設(shè)計(jì)輪廓線，向巖體內(nèi)打入一排縱向錨桿（或型鋼，或小鋼管），以形成一道頂部加固的巖石棚，在此棚保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)，至一定距離后（在尚未開挖的巖體中必須保留一定的超前長度），重復(fù)上述步驟，如此循環(huán)前進(jìn)。超前錨桿宜采用早強(qiáng)砂漿錨桿，錨桿可用不小于φ22的熱軋帶肋鋼筋。其超前量、環(huán)向間距、外插角等參數(shù)應(yīng)視具體的施工條件而定。2.管棚和超前小導(dǎo)管注漿施工技術(shù)要點(diǎn)管棚主要適用于圍巖壓力來得快、來得大，用于對(duì)圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格限制要求的軟弱破碎圍巖隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。此外，在一般無膠結(jié)的土及砂質(zhì)圍巖中，可釆用插板封閉較為有效；在地下水較多時(shí)，則可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。管棚的配置、形狀、施工范圍、管棚間隔及斷面等應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、隧道開挖面、埋深以及開挖方法等因素來決定。管棚鋼管直徑一般為φ70~φ80,習(xí)慣上稱直徑大于φ89的管棚為大管棚，直徑小于φ89的為中管棚。管棚按長度可分為短管棚（長度小于10m的小鋼管）和長管棚（長度為10~40m,直徑較粗的鋼管），短管棚一次超前量小，基本上與開挖作業(yè)交替進(jìn)行，占用循環(huán)時(shí)間較大，但鉆孔安裝或頂入安裝較容易，長管棚一次超前量大，單次鉆孔或打入長鋼管的作業(yè)時(shí)間較長，但減少了安裝鋼管的次數(shù)，減小了與開挖作業(yè)之間的干擾。鉆孔時(shí)如岀現(xiàn)卡鉆或塌孔，應(yīng)注漿后再鉆，有些土質(zhì)地層則可直接將鋼管頂入。超前小導(dǎo)管注漿不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于地下水豐富的松軟圍巖。但超前小導(dǎo)管注漿對(duì)圍巖加固的范圍和強(qiáng)度是有限的，在圍巖條件特別差而變形又嚴(yán)格控制的隧道施工中，超前小導(dǎo)管注漿常常作為一項(xiàng)主要的輔助措施，與管棚結(jié)合起來加固圍巖。超前小導(dǎo)管注漿是在開挖掘進(jìn)前，先用噴混凝土將開挖面和5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊打入帶孔的縱向小導(dǎo)管并通過小導(dǎo)管向圍巖注漿，待漿液硬化后，在坑道周圍形成了一個(gè)加固圈，在此加固圈的防護(hù)下即可安全地進(jìn)行開挖。小導(dǎo)管一般釆用直徑φ32-φ50鋼管，常用φ42鋼管，管長一般為3~5m。自進(jìn)式注漿錨桿(又稱邁式錨桿)是將超前錨桿與超前小導(dǎo)管注漿相結(jié)合的一種超前措施，它是在小導(dǎo)管的前端安裝了一次性鉆頭，從而將鉆孔和頂管同時(shí)完成，縮短了導(dǎo)管的安裝時(shí)間，尤其適用于鉆孔易坍塌的地層。3.預(yù)注漿加固圍巖施工技術(shù)要點(diǎn)預(yù)注漿方法是在掌子面前方的圍巖中將漿液注入，從而提高了地層的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和抗?jié)B性，形成了較大范圍的筒狀封閉加固區(qū)，然后在其范圍內(nèi)進(jìn)行開挖作業(yè)。預(yù)注漿一般可超前開挖面30~50m,可以形成有相當(dāng)厚度的和較長區(qū)段的筒狀加固區(qū)，從而使得堵水的效果更好，也使得注漿作業(yè)的次數(shù)減少，它更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中，也更適用于采用大中型機(jī)械化施工。預(yù)注漿加固圍巖有洞內(nèi)超前注漿、地表超前注漿和平導(dǎo)超前注漿三種方式。對(duì)于淺埋隧道，可以從地表向隧道所在區(qū)域打輻射狀或平行狀鉆孔注漿；對(duì)于深埋長大隧道，可設(shè)置平行導(dǎo)坑，由平行導(dǎo)坑向正洞所在區(qū)域鉆孔注漿。二、初期支護(hù)1.噴射混凝土噴射混凝土是用壓力噴槍噴射混凝土的施工方法。常用于灌注隧道內(nèi)襯、墻壁、頂棚等薄壁結(jié)構(gòu)或其他結(jié)構(gòu)的襯里以及鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)層。噴射混凝土的工藝流程有干噴、潮噴和濕噴。(1)

干噴法是將水泥、砂、石在干燥狀態(tài)下拌合均勻，用壓縮空氣送至噴嘴并與壓力水混合后進(jìn)行噴射的方法。因噴射速度大，粉塵污染及回彈情況較嚴(yán)重，質(zhì)量不穩(wěn)定，很多地方已禁止使用干噴法施工。(2)潮噴法是將骨料預(yù)加少量水，使之呈潮濕狀，再加水泥拌合，送至噴嘴處并與壓力水混合后進(jìn)行噴射的方法。與干噴相比，上料、拌合及噴射時(shí)的粉塵少，潮噴混凝土強(qiáng)度可達(dá)到C20。(3)濕噴法是將水泥、砂、石和水按比例拌合均勻，用濕噴機(jī)壓送至噴嘴進(jìn)行噴射的方法。濕噴法的粉塵和回彈量少，噴射混凝土的質(zhì)量容易控制，但對(duì)噴射機(jī)械要求較高，機(jī)械清洗和故障處理較麻煩。目前施工現(xiàn)場(chǎng)濕噴法使用的較多。2.錨桿錨桿是用鋼筋或其他高抗拉性能的材料制作的一種桿狀構(gòu)件。按照錨固形式可劃分為全長粘結(jié)形、端頭錨固形、摩擦形和預(yù)應(yīng)力形四種。錨桿對(duì)地下工程的穩(wěn)定性起著重要的作用，尤其是在節(jié)理裂隙巖體中，錨桿對(duì)巖體的加固作用十分明顯，具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、成本低和對(duì)工程適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。3.鋼支撐鋼支撐具有承載能力大的特點(diǎn)，常常用于軟弱破碎或土質(zhì)隧道中，并與錨桿、噴射混凝土等共同使用。鋼支撐按其材料的組成，可分為鋼拱架和格柵鋼架。(1)鋼拱架鋼拱架是工字鋼或鋼軌制造而成的剛性拱架。這種鋼拱架的剛度和強(qiáng)度大，可作臨時(shí)支撐并單獨(dú)承受較大的圍巖壓力，也可設(shè)于混凝土內(nèi)作為永久襯砌的一部分。鋼拱架的最大特點(diǎn)是架設(shè)后能夠立即承載。因此，多設(shè)在需要立即控制圍巖變形的場(chǎng)合，在V、VI級(jí)軟弱破碎圍巖中或處理塌方時(shí)使用較多。鋼拱架與圍巖間的空隙難以用噴射混凝土緊密充填，與噴射混凝土粘結(jié)也不好，導(dǎo)致鋼拱架附近噴射混凝土易出現(xiàn)裂縫。（2）格柵鋼架格柵鋼架是由鋼筋經(jīng)冷彎成形后焊接而成，其斷面形狀有圓形、門形、三邊形、四邊形等。格柵鋼架斷面有3根和4根主筋組成的兩種形式。4主筋式的每根鋼筋相同，在等高情況下，其抗彎和抗扭慣性矩大于3主筋式。主筋直徑不宜小于22mm,并宜釆用20MnSi或Q235A鋼制成鋼筋；斷面高度應(yīng)與噴射混凝土厚度相適應(yīng)，一般為120~180mm;主筋和聯(lián)系鋼筋的連接方式較多，接頭形式一般有連接板焊于主筋端部，通過螺栓將兩段鋼架連接板緊密地連在一起的螺栓連接板接頭，以及套管螺栓直接套在主筋上，將兩段鋼架連接在一起的套管螺栓接頭。格柵鋼架能夠很好地與噴射混凝土一起與圍巖密貼，噴射混凝土能夠充滿格柵鋼架及其圍巖的空隙，且能和錨桿、超前支護(hù)結(jié)構(gòu)連成一體，支護(hù)效果好。4.錨噴支護(hù)錨噴支護(hù)是目前通常采用的一種圍巖支護(hù)手段，包括錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護(hù)、噴射混凝土鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、噴射混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、噴鋼纖維混凝土支護(hù)、噴鋼纖維混凝土錨桿聯(lián)合支護(hù)，以及上述幾種類型加設(shè)型鋼（或鋼拱架）而成的聯(lián)合支護(hù)。作為初期支護(hù)，目前在隧道工程中使用最多的組合形式是錨桿加噴射混凝土、錨桿加鋼筋網(wǎng)再加噴射混凝土、鋼架加錨桿加鋼筋網(wǎng)再加噴射混凝土。錨噴聯(lián)合支護(hù)的施工中各分次施作的支護(hù)彼此要牢固相連，如超前錨桿與系統(tǒng)錨桿及鋼拱架的連接、鋼筋網(wǎng)及鋼拱架要盡可能多地與錨桿頭焊連，以充分發(fā)揮聯(lián)合支護(hù)效應(yīng)；錨桿要有適量的露頭。鋼筋網(wǎng)及鋼拱架要被噴射混凝土所包裹、覆蓋，即噴射混凝土要將鋼筋網(wǎng)和鋼拱架包裹密實(shí)。三、模筑混凝土襯砌單層襯砌中的現(xiàn)澆整體式混凝土襯砌常用于Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖中。復(fù)合式襯砌中的二次襯砌，除了起飾面和增加安全度的作用外，也承受了在其施工后發(fā)生的外部水壓，軟弱圍巖的蠕變壓力，膨脹性地壓，或者淺埋隧道受到的附加荷載等。模筑混凝土的材料和級(jí)配，應(yīng)符合隧道襯砌的強(qiáng)度和耐久性要求，同時(shí)必須重視其抗凍、抗?jié)B和抗侵蝕性。模筑混凝土襯砌的施工技術(shù)要點(diǎn)如下：襯砌施工順序，目前多釆用由下到上、先墻后拱的順序連續(xù)澆筑。在隧道縱向，則需分段進(jìn)行，分段長度一般為8~12m。在全斷面開挖成形或大斷面開挖成形的隧道襯砌施工中，則應(yīng)盡量使用金屬模板臺(tái)車灌注混凝土整體襯砌。1.襯砌施工的準(zhǔn)備工作（1）整體移動(dòng)式模板臺(tái)車整體移動(dòng)式模板臺(tái)車采用大塊曲模板、機(jī)械或液壓脫模、背附式振搗設(shè)備集裝成整體，并在軌道上行走，有的還設(shè)有自行設(shè)備，從而縮短立模時(shí)間，墻拱連續(xù)澆筑，加快襯砌施工速度。模板臺(tái)車的長度即一次模筑段長度應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度要求，混凝土生產(chǎn)能力和澆筑技術(shù)要求以及曲線隧道的曲線半徑等條件來確定。整體移動(dòng)式模板臺(tái)車的生產(chǎn)能力大，可配合混凝土輸送泵聯(lián)合作業(yè)，是較先進(jìn)的模板設(shè)備。(2)襯砌模板施工襯砌模板施工應(yīng)符合下列規(guī)定：①混凝土襯砌模板及支架必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，模板不凹凸、支架不偏移、不扭曲。保證混凝土成型規(guī)整，滿足多次重復(fù)使用，不變形。②澆筑模板混凝土前應(yīng)將模板內(nèi)的雜物、積水和鋼筋上的油污清除干凈；鋼模板應(yīng)涂脫模劑，木模板應(yīng)用水濕潤；模板接縫不應(yīng)漏漿。③

在涂刷模板隔離劑時(shí)，不應(yīng)污染鋼筋。④

擋頭板應(yīng)按襯砌斷面制作，定位準(zhǔn)確、安裝牢固，擋頭板與巖壁間隙應(yīng)嵌堵緊密。施工縫擋頭板應(yīng)設(shè)預(yù)留槽成型條，并滿足止水產(chǎn)品要求。(3)主洞模板施工主洞模板施工應(yīng)滿足下列要求：①

隧道主洞模筑混凝土襯砌施工宜采用全斷面襯砌模板臺(tái)車。②全斷面襯砌模板臺(tái)車支架應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，便于整體移動(dòng)、準(zhǔn)確就位。③襯砌模板應(yīng)表面光滑、接縫嚴(yán)密，有足夠的剛度。④全斷面襯砌模板臺(tái)車模板應(yīng)留振搗窗，振搗窗間距縱向不宜大于3m,橫向不宜大于2.5m,振搗窗不宜小于0.45mx0.45m,振搗窗周邊應(yīng)加強(qiáng)，防止周邊變形，窗門應(yīng)平整、嚴(yán)密、不漏漿。⑤

全斷面襯砌模板臺(tái)車就位應(yīng)以隧道中線為準(zhǔn)，按路線方向垂直架設(shè)。⑥頂模設(shè)置通氣孔、注漿管。(4)特殊洞室模板施工特殊洞室模板施工應(yīng)滿足下列要求：①對(duì)車行橫洞、人行橫洞、緊急停車帶等特殊洞室，宜采用移動(dòng)式模架和拼裝模板施工。②采用拼裝模板施工時(shí)，應(yīng)采用先墻后拱或全斷面澆筑，不得采用先拱后墻澆筑。③采用拼裝模板施工時(shí)，拱、墻模板拱架的間距，應(yīng)根據(jù)襯砌地段的圍巖情況、隧道寬度、襯砌厚度及模板長度確定。④

架設(shè)拱、墻支架和模板安裝時(shí)，應(yīng)位置準(zhǔn)確，連接牢固，嚴(yán)防移位。圍巖壓力較大時(shí)，拱架、墻架應(yīng)增設(shè)支撐或縮小間距。⑤移動(dòng)式模架或拼裝模板重復(fù)使用時(shí)，應(yīng)注意檢査，如有變形應(yīng)及時(shí)修整。⑥在拱架外緣應(yīng)采用沿徑向支撐與圍巖頂緊，以防混凝土澆筑時(shí)拱架變形、移位。⑦拱架、支架應(yīng)與隧道中線垂直方向架設(shè)。拱架的螺栓、拉桿、斜撐等應(yīng)安裝齊全。拱架(包括模板)高程應(yīng)預(yù)留沉落量，施工中應(yīng)隨時(shí)測(cè)量、調(diào)整。2.混凝土施工混凝土施工應(yīng)滿足下列要求：(1)澆筑混凝土節(jié)段長度應(yīng)根據(jù)圍巖狀況、襯砌厚度、施工部位、機(jī)具設(shè)備能力等確定。(2)混凝土拌制前，應(yīng)測(cè)定砂、石含水率，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果調(diào)整材料用量，提出施工配合比。(3)冬期施工的防水混凝土，應(yīng)摻用加氣劑降低原有的水膠比，并按冬期施工有關(guān)要求施工。(4)調(diào)制混凝土拌合物時(shí)，水泥質(zhì)量偏差不得超過±1%,集料質(zhì)量偏差不得超過±2%,水及外加劑質(zhì)量偏差不得超過±1%。(5)混凝土應(yīng)采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，應(yīng)確?；炷猎谶\(yùn)送中不產(chǎn)生離析、撒落及混入雜物。(6)混凝土澆筑應(yīng)采用混凝土泵送入模。(7)采用拼裝模板施工時(shí)，邊墻基礎(chǔ)宜結(jié)合邊墻一次施工完成。(8)

邊墻基礎(chǔ)與邊墻分次澆筑時(shí)，邊墻基礎(chǔ)頂面應(yīng)鑿毛、清洗。(9)

釆用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d,有抗?jié)B要求的混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。(10)應(yīng)對(duì)地下水做水質(zhì)分析，隧道通過含有侵蝕性地下水地段時(shí)，襯砌應(yīng)釆用抗侵蝕混凝土。(11)二次模筑混凝土襯砌的施工，應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后進(jìn)行。當(dāng)圍巖變形較大，流變特性明顯時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)初期支護(hù)或采用其他輔助工程措施。(12)對(duì)已完成襯砌地段，應(yīng)繼續(xù)觀察襯砌的穩(wěn)定狀態(tài)，注意變形、開裂、侵入凈空等現(xiàn)象，及時(shí)記錄。3.仰拱和底板施工仰拱和底板施工應(yīng)滿足下列要求：(1)仰拱混凝土超前拱墻混凝土施工的超前距離，宜保持3倍以上襯砌循環(huán)作業(yè)長度。仰拱施工宜整斷面一次成型，不宜左右半幅分次澆筑。底板混凝土可半幅澆筑，但接縫應(yīng)平順，做好防水處理。(2)隧道底部(包括仰拱)，超挖在允許范圍內(nèi)應(yīng)采用與襯砌相同強(qiáng)度等級(jí)混凝土澆筑；超挖大于規(guī)定時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求回填，不得用洞渣隨意回填，嚴(yán)禁片石侵入襯砌斷面(或仰拱斷面)。(3)

仰拱以上的混凝土或片石混凝土應(yīng)在仰拱混