御河隧道錨噴支護(hù)整體式襯砌

御河隧道錨噴支護(hù)整體式襯砌摘要文章主要論述了錨噴支護(hù)整體式襯砌產(chǎn)生的客觀條件以及復(fù)合式襯砌，現(xiàn)行整體式襯砌的區(qū)別。就這種概念的襯砌而言，在許多新建鐵路工程中巳得到了大量的運(yùn)用，說明了錨噴支護(hù)整體式襯砌是可行的，并且是符合我國國情的。新的錨噴支護(hù)整體式襯砌對襯砌斷面進(jìn)行了合理的優(yōu)化，達(dá)到了既安全乂經(jīng)濟(jì)的口的。關(guān)鍵詞錨噴支護(hù)；整體式襯砌；優(yōu)化前言近年來，將錨噴支護(hù)與整體式襯砌相結(jié)合的襯砌新形式在我國巳逐步推廣使用，該種襯砌與復(fù)合式襯砌的最大區(qū)別就是不進(jìn)行量測。與傳統(tǒng)支護(hù)比較,錨噴支護(hù)大大減少了坍方，簡化了施工工序，提高了施工進(jìn)度，同時與復(fù)合式襯砌相比，由于不進(jìn)行量測，降低了對施工隊伍的技術(shù)要求，方便了施工，一般的承包單位都可以施作。中鐵六局山西大同御河隧道采用錨噴支護(hù)整體式襯砌，并進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)合錨噴支護(hù)的特點(diǎn)，對常用的整體式襯砌斷面進(jìn)行了優(yōu)化，事實證明，運(yùn)用錨噴支護(hù)整體式襯砌是經(jīng)濟(jì)合理的。工程概況御河隧道為雙線隧道，進(jìn)口里程為DK388+080、出口里程為DK388+849,全長769m。全隧道位于山西省大同市興榮區(qū)境內(nèi)。地貌單元為低山丘陵區(qū)，地形起伏，沖溝發(fā)育。隧道進(jìn)口處自然坡度約30°?41°，出口處約45°?60°oDK388+509?DK388+524處為一沖溝，沖溝內(nèi)基巖裸露，溝底寬約1米，溝心距路肩約16米，且溝內(nèi)坡度較緩，隧道埋深小于7米。隧道進(jìn)口至DK388+225.88位于R-2000的緩和曲線上，其余洞身段位于直線上。隧道進(jìn)口線間距4.133m，出口線間距4.Omo隧道內(nèi)坡度分別為6.6%。、-3%oo隧道最大埋深48m,其基巖為片麻巖為主，未見崩塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象，坡體較穩(wěn)定。本隧道屬寒冷氣候，常年較干旱、少雨，區(qū)內(nèi)年最大降雨量587.7mm,平均氣溫為2.9°C。隧道進(jìn)口采用翼墻式洞門型式，出口采用臺階式洞門型式。本隧道III級圍巖長度291m，占38%；IV級圍巖長度191m，占25%；V級圍巖長度287m,占37%o其中：淺埋段長度為164m（15m埋深小于7m）。初期支護(hù)2.1噴射混凝土施工采用TK-961型濕噴機(jī)及配套濕噴技術(shù)?；炷敛捎脧?qiáng)制式拌合機(jī)拌和，自動計?量；III6m3攪拌運(yùn)輸車運(yùn)到現(xiàn)場后，經(jīng)濕噴機(jī)二次拌合，以高壓風(fēng)為動力，經(jīng)噴頭射至受噴面。施工程序見下圖1。0.6-1-2m 矽：sx100kg算_次水：W/C=0.33 搜井90s嘴 投料石：G*100kg纖名菱： 全部算二次水泥：100kg . 1 投招水：W/C=0.14 90s憂拌機(jī) 噴|兮坯輸■孚1 殮輸送笛迷凝j 學(xué)握風(fēng)壓與進(jìn)/ 料量匹配J濕噴機(jī)轉(zhuǎn)子凸輪喂料機(jī)構(gòu)劑管路加系含充圖：L噴磴施工程序圖2.1.1栓噴射前應(yīng)認(rèn)真檢查隧道斷面尺寸，清除雜物，沖洗受噴面。全面檢查調(diào)試噴射作業(yè)系統(tǒng)。2.1.2栓生產(chǎn)繪在洞外自動計量拌和站，采用分次投料工藝，按配比集中生產(chǎn)。碗中摻加高效減水劑改善栓性能，坍落度控制在8?15cm之間。攪拌時間不宜小于180so2.1.3噴射作業(yè)成品繪采用6m3繪攪拌運(yùn)輸車運(yùn)至TK-961型濕噴機(jī)轉(zhuǎn)子活塞凸輪喂料斗,TX-1型液態(tài)速凝劑在濕噴機(jī)專用入口添加，山計量泵將速凝劑通過膠管壓入噴咀，依靠噴射管中壓縮空氣將速凝劑霧化與物料充分混合后噴出。濕噴機(jī)工作時要求系統(tǒng)風(fēng)壓不小于0.5Mpa,風(fēng)量不小于10m3/min,工作風(fēng)壓一般控制在0.4?0.5Mpa<>（1） 分段、分片，由下而上噴射作業(yè)，每段長度不超過6m。（2） 一次噴射厚度據(jù)設(shè)汁厚度和噴射部位確定，初噴卑度4cm。初噴栓著重填平補(bǔ)齊，將小的凹坑噴圓順。巖面有嚴(yán)重坑洼處采用錨桿吊模模噴繪處理。一次噴射栓厚度拱部不超過10cm，邊墻不得超過15cm。（3） 后一層噴射在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。若終凝后間隔lh以上且初噴表面巳蒙上粉塵時，受噴面應(yīng)用高壓風(fēng)水清洗干凈。（4） 作業(yè)開始時，先送風(fēng)，后開機(jī)，再給料，待碓從噴嘴噴出后，再供給速凝劑；結(jié)束時，先關(guān)閉速凝劑計量泵，之后停止供料，待噴嘴殘留的少量栓和速凝劑完全吹凈后，再停風(fēng)。噴射時，噴頭距巖面距離以0.6m?1.2m為宜，與受噴面基本垂直；噴射料束螺旋形運(yùn)動，環(huán)形旋轉(zhuǎn)水平移動并一圈壓半圈，環(huán)形旋轉(zhuǎn)直徑0.3mo噴射行間搭接2?3cm；噴磴厚度用標(biāo)志鋼筋外露長度控制；表面平整度U測平順為宜。（5） 鋼架噴射碓先噴鋼架與壁面之間的混凝土，后噴鋼架之間的混凝土，山兩側(cè)拱腳向上對稱噴射，將鋼架覆蓋。噴射栓表面平整，無空鼓、裂縫、松酥。噴栓終凝2h后，應(yīng)噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不少于14d。2.2系統(tǒng)錨桿施工本隧道系統(tǒng)錨桿拱部<1）25CD反循環(huán)注漿錨桿和邊墻20MnSi<1>22藥卷錨桿兩種類型。施工采用鑿巖機(jī)鉆孔，人工將錨桿推送入孔內(nèi)，注漿泵注漿。錨桿孔開孔偏差及鉆孔角度偏差不得大于規(guī)范要求，以充分發(fā)揮錨桿的穿連和楔形分塊的作用。錨桿鉆孔應(yīng)圓而直，孔口巖面整平，并使巖面與鉆孔方向垂直。中空注漿錨桿的注漿壓力控制在0.7Mpa?1.OMpa,持續(xù)15min終止。2.2.1砂漿錨桿采用20MnSi"22mm螺紋鋼筋。檢查錨桿類型、規(guī)格、質(zhì)量及其性能是否與設(shè)訃其安設(shè)步驟如下:(DYT-28風(fēng)鉆開孔，方向垂直于巖層層面，開孔直徑為50mm,并用吹管將砂石吹出(風(fēng)壓0.5?0.6Mpa)鉆孔深度不小于錨桿設(shè)計長度。檢查孔內(nèi)有無充填物，如有充填物，用吹管吹出或掏勾勾出。錨固卷浸水前上端扎3-5個小孔(孔徑1mm)。浸水后通過濾紙進(jìn)入錨固卷中的水占據(jù)了錨固卷中的小空間，原微小空間的空氣被擠出排出，直到小孔不冒泡即浸水結(jié)束，這時水灰比約為0.34-0.35最理想范圍，立即取出安裝使用。浸水時間為1?1.5min,浸水過少，水泥水化不完全,影響錨固力；浸水過多，水泥漿易流動，充實不足也影響錨固力。將浸好的兒個錨固卷裝入眼內(nèi)，用炮棍送至眼底，將錨桿插入。其位置盡量居中，端部外露長度為5?13cm。錨桿插入過程中，注意旋轉(zhuǎn)，使粘結(jié)劑充分?jǐn)嚢?。錨桿安設(shè)后，其填充砂漿終凝后立即安裝托板，檸緊螺帽。圖3砂漿錨稈施工工藝流程圖吝插入錨桿和排氣＞錨桿抗拔力檢查施工準(zhǔn)XElV ?鉆孔-吝插入錨桿和排氣＞錨桿抗拔力檢查施工準(zhǔn)XElV ?鉆孔-?吹洗f檢驗*配料—注漿2.2.2中空注漿錨桿A,中空注漿錨桿施工流程YT-28風(fēng)鉆鉆孔、清孔一錨桿插入錨孔一錨桿尾端安裝止?jié){塞、墊板、螺母一連接錨桿尾端和注漿泵一注漿B.中空注漿錨桿構(gòu)造桿尾：與YT-28風(fēng)鉆連接，可與注漿膠管套接。錨桿禮待布警錨桿禮待布警鉆錨桿禮一篇桿中美錨桿禮待布警錨桿禮待布警鉆錨桿禮一篇桿中美桿體：中空厚壁全螺紋桿體，外徑25mm，內(nèi)徑15mm?？扇我馇懈?，便于安裝配件，同時作為錨桿，齒峰凹槽進(jìn)一步提高錨固力。聯(lián)結(jié)套：使錨桿能邊鉆進(jìn)邊加長到設(shè)計長度，使用聯(lián)結(jié)套接長到設(shè)計長度。錨桿安裝采用YT-28型風(fēng)鉆，孔眼間距、深度和布置符合設(shè)計參數(shù)的要求，其方向垂直于巖層層面。鉆孔完成后，將中空錨桿打入巖體。注漿用塑膠泥封堵桿體周圉及孔口，工作面上的裂紋也用塑膠泥封堵塞。管端外露20cm,以便安裝注漿管。注漿采用注漿泵進(jìn)行。圖4(p25CD反循環(huán)注漿錨稈施工工藝流程圖講入下淆T講入下淆T序講入下淆T序裝液配制注漿屆量綜合檢杳合格戴桿頭封堵帽整體式襯砌優(yōu)化于復(fù)合式襯砌整體式襯砌相比復(fù)合式襯砌有以下優(yōu)點(diǎn)：整體式襯砌計算原理相對簡單，按圉巖壓力考慮則可，而復(fù)合式襯砌則需要

達(dá)到基本穩(wěn)定后施作的，則汁算的重點(diǎn)是確定初期支護(hù)的應(yīng)力狀態(tài)和圍巖的穩(wěn)定性；如果二次襯砌是在初期支護(hù)變形穩(wěn)定前施作的，則二次襯砌將和初期支護(hù)共同承受圍巖的后續(xù)變形所產(chǎn)生的形變壓力。這樣，不僅需要確定初期支護(hù)的應(yīng)力狀態(tài)和禺巖的穩(wěn)定性，還要確定二次襯砌的應(yīng)力狀態(tài)，在計算模式和參數(shù)的選取等方面存在很大的不確定性。整體式襯砌不需要量測，只需一般的觀察即可：而復(fù)合式襯砌必須量測，量測項LI較多，分A類一般項LI量測和B類特殊項LI量測，測點(diǎn)的布置和量測頻率隨意性大，量測難度較大，對施工干擾較嚴(yán)重，在量測資料的利用上也存在一定的難度。這是整體式襯砌相比復(fù)合式襯砌的最大優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合式襯砌需要更多的人力和物力，施工單位需配備專門的技術(shù)人員進(jìn)行量測項U的規(guī)劃，測點(diǎn)的布置，量測元件的埋設(shè)，量測結(jié)果的分析整理和反饋工作，而整體式襯砌則不需要。同時，從控制投資來說，也不可能將一條鐵路的所有隧道都設(shè)訃成復(fù)合式，除長大、重點(diǎn)隧道設(shè)計為復(fù)合式外，一般隧道都按整體式襯砌設(shè)計，整體式襯砌隧道的數(shù)量及長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合式襯砌。作以上比較，并不是說復(fù)合式襯砌就沒有優(yōu)點(diǎn)，整體式襯砌就沒有缺點(diǎn)，上述只是從實際出發(fā)而不是從理論上作比較。錨噴支護(hù)的優(yōu)越性4.1錨噴支護(hù)的作用錨噴支護(hù)的出現(xiàn)，使人類對支護(hù)機(jī)理的認(rèn)識以及克服不良地質(zhì)的手段都躍上了一個新臺階。錨噴支護(hù)的作用機(jī)理簡述如下(1)噴混凝土的作用噴混凝土能對節(jié)理、裂隙起充填作用，將不連續(xù)的巖層層面膠結(jié)起來，并產(chǎn)生楔效應(yīng)而增加巖塊間的摩擦系數(shù)，防止巖塊沿軟弱面滑移，促使表面巖塊穩(wěn)定，提高圍巖的整體性能。噴混凝土有一定的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度，能做到與巖層密貼，共同變形，類似疊合梁結(jié)構(gòu)，從而形成統(tǒng)一的承載體系。噴混凝土能同時分層噴施，噴層雖薄，但具有較高的早期強(qiáng)度對圉巖的變形能起到控制作用，能讓圍巖承擔(dān)一部分初始應(yīng)力，但乂不至于產(chǎn)生過度的松弛，可有效地阻止坍塌的發(fā)生噴混凝土能使坑道周邊圍巖盡早封閉，防止圍巖風(fēng)化，維護(hù)圍巖的物力力學(xué)性能，對那些暴露在空氣中即風(fēng)化的圍巖尤其有利。4.2錨噴支護(hù)的特點(diǎn)錨噴支護(hù)之所以比傳統(tǒng)的支護(hù)優(yōu)越，主要是由于它在機(jī)理和工藝上具有一些獨(dú)特的性能，概括起來主要有及時性、粘貼性、深入性、靈活性。及時性.由于錨噴支護(hù)工藝本身的原因，使得它能作到支護(hù)及時迅速，甚至可在開挖前進(jìn)行超前支護(hù)，加之噴混凝土的早強(qiáng)和全面密貼性能，因而更保證了支護(hù)的及時性和有效性粘貼性.噴混凝上周圉圍巖能全面密貼粘結(jié)，從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)來看，可以認(rèn)為噴層與圍巖是連續(xù)多點(diǎn)支座接觸，在同樣荷載作用下彎距植大為減少。深入性.所謂深入性是指錨桿能深入巖體內(nèi)部一定深度加固圉巖的特性，按一定方式和間距布置的系統(tǒng)錨桿，可以提高圍巖錨固區(qū)的強(qiáng)度和整體性，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)。靈活性.靈活性是錨噴支護(hù)十分重要的工藝特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在錨噴支護(hù)的類型和參數(shù)，可根據(jù)各段不同的地質(zhì)條件而隨時調(diào)整施工工藝的可見性，廣泛的適用性等。錨噴支護(hù)與整體式襯砌結(jié)合是可行的也是必然的5.1在毛噴支護(hù)條件下，對現(xiàn)行整體式襯砌的優(yōu)化(1)錨噴支護(hù)的類型巳發(fā)展成多種多樣，但應(yīng)用最多的是常規(guī)錨噴支護(hù)，即混凝土為普通混凝土200號混凝土，錨桿為＜1)22普通砂漿錨桿?？紤]臺階法開挖，拱部混凝土比邊墻厚，本次研究包括1【、IIIIV類圉巖，這兒類圍巖是常見的，本參數(shù)作為計算初始參數(shù)見表1表］錨噴支護(hù)參數(shù)支護(hù)參數(shù)噴混凝上/cm錨桿/cm拱部鋼月力網(wǎng)/cmII拱12墻7拱部L二300間距100墻頂<I>8X"6@25X25III拱10墻7IV拱5拱部L二250間距120(2)本次研究的圉巖條件為深埋隧道為便于對比，圍巖的物理力學(xué)參數(shù)采用規(guī)范中對結(jié)構(gòu)不利的值，各類圍巖物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表2表2各類圍巖物理力學(xué)參數(shù)圍巖類別各項系數(shù)重度/(kN/n?)變形系數(shù)/GPa泊松比內(nèi)摩擦角/(°)粘結(jié)力/(kN/nr)彈性抗力系金寸(MPa/m)n200.60.403()25120m221.00.3535100300IV255.00.3040400500將圉巖按連續(xù)體，各項同性考慮，通過平面有限元分析，主要部位的位移見表3表3各主要部位的位移比較施工方法圍巖類別拱頂下沉拱腰收斂拱腳收斂墻中收斂無錨噴有錨噴無錨噴有錨噴無錨噴有錨噴無錨噴有錨噴全斷面IV類圍巖1.41.10.250.120.460.260.60.48III類圍巖5.91.43.30.565」2.06.54.3臺階法I【類圍巖8.54.62」0.534」0.944.73.3主要有以下兒點(diǎn)結(jié)論：沒有錨噴支護(hù)時，隧道周邊一定范圍內(nèi)的圉巖從表面上看，處在單向受壓狀態(tài)，且壓力比圉巖深處的大，圉巖越差，差值越大。分析表明，隧道開挖后引起周邊BI巖應(yīng)力重分布，臨空面方向(徑向)應(yīng)力為零，切向應(yīng)力增大。因為拱形結(jié)構(gòu)為推力結(jié)構(gòu)，所以拱腳附近增加幅度最大，這也說明了圉巖易沿拱腳剪切滑出的原因。圉巖中拱效應(yīng)的存在，說明圉巖在通常惜況下確實為承載單元。采用錨噴支護(hù)后，周邊圍巖山單向受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向受壓狀態(tài)，因支護(hù)約束了圍巖的徑向變形，給圍巖提供了一定的徑向應(yīng)力，切向應(yīng)力的增加幅度減小，拱腳附近尤其明顯，切向應(yīng)力向圍巖深處轉(zhuǎn)移。同時圍巖中的不同方向應(yīng)力趨于均衡，這些變化都將促使更好地利用圍巖的自承能力。在采用錨噴支護(hù)后，圉巖的位移減小，圍巖越差，減小的幅度越大，說明軟弱圍巖對支護(hù)的依賴性較強(qiáng)，施加錨噴支護(hù)后，能較大幅度地利用圍巖的抗壓性能，減小圍巖強(qiáng)度的降低幅度。II類圍巖處于不封閉隧底與封閉隧底兩種情況下，封閉隧底時位移減小，支護(hù)內(nèi)力略有降低，說明甩巖承擔(dān)的初始應(yīng)力增大。因為支護(hù)封閉后，形成一個貫通的承力體系，周邊圉巖應(yīng)力的相互傳遞和相互作用的性能增強(qiáng)，對更好地利用圍巖的抗壓能力，支護(hù)結(jié)構(gòu)起到了“傳力”的作用；同時，對圍巖增加了約束。所以，越是軟弱圍巖，越應(yīng)強(qiáng)調(diào)快速封閉成環(huán)的重要性和必要性。從周邊圍巖應(yīng)力重分布的范用來看，錨桿的長度是適合的，開挖對巖層擾動的范圍一般在2、2.5范圍；錨桿的應(yīng)力表現(xiàn)為中間大或尾部大，與實際量測的錨桿應(yīng)力趨勢相同?；炷恋膽?yīng)力局部比較大。IV類圍巖可以自穩(wěn)，能承擔(dān)初始應(yīng)力的全部；IH類和II類圍巖在施作錨噴支護(hù)后，雖然使周邊圉巖由單向受壓狀態(tài)轉(zhuǎn)化為雙向受壓狀態(tài)，但山于圉巖的自身強(qiáng)度過低，承擔(dān)不了因重力重分布引起的初始應(yīng)力，普通錨噴支護(hù)抵抗圍巖的變形能力有限，所以位移持續(xù)增長，在施作混凝土襯砌后位移收斂迅速。臺階法開挖中，在開挖下半斷面時，位移、應(yīng)力有急劇變化。若采用先拱后墻襯砌，易使拱腰開裂和掉拱，并引發(fā)塌方。盡管洞口段、淺埋段和深埋段的圍巖變形悄況不同，但仍可以說明先拱后墻襯砌存在著明顯的不足。【【類圍巖在采取注漿等提高巖性的加固措施后，位移和應(yīng)力減小，應(yīng)在拱部采取超前支護(hù)、格柵鋼架等措施，以保證開挖下半斷面的安全。5.2 錨噴支護(hù)整體式襯砌參數(shù)的確定計算及實踐表明，錨噴支護(hù)對圍巖受力狀態(tài)的改善是明顯的，其本身的支護(hù)能力也是比較強(qiáng)的。在此基礎(chǔ)上，借鑒復(fù)合式襯砌的成功經(jīng)驗，對現(xiàn)行整體式襯砌進(jìn)行優(yōu)化是可能的，也是現(xiàn)實的。錨噴支護(hù)整體式襯砌要求襯砌緊跟，而不是等待支護(hù)收斂，所以支護(hù)參數(shù)可以比復(fù)合式襯砌的初期支護(hù)弱（因為荷載來不及釋放，山體壓力?。?。而模筑襯砌承受的不是坍方荷載，故可比傳統(tǒng)整體式襯砌要薄。經(jīng)過計算比較和根據(jù)專家評議，最后確定的錨噴支護(hù)整體式襯砌參數(shù)如表4、表5所示。錨桿采用中空注漿錨桿，并將該種型式的襯砌稱為錨噴支護(hù)整體式襯砌。采用上述參數(shù)的錨噴支護(hù)整體式襯砌，可以達(dá)到既安全乂經(jīng)濟(jì)的U的。表4整體式襯砌參數(shù)部位圍巖類別IV類圍巖、直墻/cmIII類01巖曲墻/cmHI類圍巖直墻/cmII類圍巖/cm拱頂25355040拱腳25355040墻中25355040表5錨噴支護(hù)參數(shù)囤巖類別支護(hù)參數(shù)噴混凝土/cm鋼架中空注漿錨桿/cm鋼筋，網(wǎng)格/cmII拱15,墻15拱墻設(shè)置拱墻頂:L=300，間距100拱部:<l)8x<1>6@25x25III拱15,墻15必要時設(shè)置拱部:L=250，間距100<I>8X4)6@25x25IV拱5局部:L=2505.3錨噴支護(hù)整體式襯砌的要求5.3.1對施工工序的要求重視爆破設(shè)計，使開挖輪廓線平整圓滑，盡量采用先墻后拱襯砌；對臺階法施工開挖，在拱部穩(wěn)定或接近穩(wěn)定時，才能開挖下半斷面;對［|類圉巖，下半斷面拉槽長度不得過長，以滿足施作襯砌的場地條件為宜，混凝土襯砌應(yīng)緊跟;對襯砌背后超挖部分，應(yīng)用同級混凝土回填密實；在上部結(jié)構(gòu)完成后，應(yīng)及時施作仰拱，條件允許應(yīng)優(yōu)先施作仰拱。5.3.2施工中的觀察項目施工期間應(yīng)經(jīng)常仔細(xì)地觀