高鐵隧道初期支護(hù)課件

高速鐵路隧道工程施工1

初期支護(hù)噴射混凝土錨桿鋼筋網(wǎng)鋼架2

隧道開(kāi)挖破壞了地層的初始應(yīng)力平衡狀態(tài)，圍巖應(yīng)力、應(yīng)變發(fā)生變化，洞壁產(chǎn)生變形，變形過(guò)大將導(dǎo)致圍巖松動(dòng)甚至坍塌，在開(kāi)挖后的洞室周邊施作鋼架、混凝土等支撐物，向洞室周邊提供抗力，控制圍巖變形，這種開(kāi)挖后隧道內(nèi)的支撐體系，稱為隧道支護(hù)。為控制圍巖應(yīng)力和變形，增加結(jié)構(gòu)安全和施工方便，隧道開(kāi)挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層，稱為初期支護(hù)。初期支護(hù)一般由錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網(wǎng)等或其組合組成，是現(xiàn)代隧道工程中常用的支護(hù)形式和方法。初期支護(hù)的施工流程見(jiàn)圖6-1。

噴射混凝土134

噴射混凝土噴射混凝土是使用混凝土噴射機(jī)械按一定的混合程序，將摻有速凝劑的細(xì)石混凝土噴射到巖壁表面，并迅速固結(jié)成一層支護(hù)結(jié)構(gòu)，從而起到對(duì)圍巖的支護(hù)作用。噴射混凝土可以作為隧道工程的永久性或臨時(shí)性支護(hù)，也可以與各種形式的錨桿、鋼纖維、鋼筋網(wǎng)等構(gòu)成組合式支護(hù)結(jié)構(gòu)，其靈活性很大，可以根據(jù)需要分層次追加厚度，因此，噴射混凝土在地下工程中得到廣泛應(yīng)用。

采用噴射混凝土作隧道支護(hù)的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：5（1）噴射混凝土致密，早期強(qiáng)度高，可與圍巖牢固粘結(jié)形成整體，改傳統(tǒng)模筑混凝土的消極支護(hù)為積極支護(hù)，且薄層柔性噴射混凝土與圍巖能夠共同變形，從而減少作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的壓力；（2）能及時(shí)支護(hù)，有效地控制圍巖的有害變形，有利于安全施工；（3）不用模板、拱架，節(jié)省大量鋼木材料，相應(yīng)的降低了隧道工程造價(jià)；（4）施工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)械化程度高，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高施工效率；（5）少占作業(yè)空間為快速掘進(jìn)創(chuàng)造有利條件。67

一、噴射工藝噴射混凝土的工藝流程有：干噴、潮噴、濕噴和混合噴四種。其主要區(qū)別是各工藝流程的投料程序不同，尤其是加水和速凝劑的時(shí)機(jī)不同，其中濕噴混凝土按其輸送方式的不同，可分為風(fēng)送式、泵送式、拋甩式和混合式，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用。

1、干噴干噴是將骨料、水泥按一定的比例干拌均勻，然后投入噴射機(jī)料斗，同時(shí)加入速凝劑，用壓縮空氣使干混合料在軟管內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，壓送到噴槍，在噴頭處加入高壓水混合，以較高速度噴射到巖面上，其工藝流程見(jiàn)圖7-2。

8細(xì)骨料粗骨料水泥攪拌機(jī)干式噴射機(jī)壓縮空氣速凝劑水噴頭干噴、潮噴工藝流程9

干噴的缺點(diǎn)：是產(chǎn)生水泥與砂粉塵量較大，回彈量大，加水由噴嘴處的閥門控制，水灰比的控制程度與噴射手操作的熟練程度有直接關(guān)系，但使用的機(jī)械較簡(jiǎn)單，機(jī)械清洗和故障處理較容易。

2、潮噴潮噴是將骨料預(yù)加少量水，使之呈潮濕狀，再加水泥拌和，從而降低上料、拌和和噴射時(shí)的粉塵，但大量的水仍是在噴頭處加入和噴出的。潮噴工藝流程和使用機(jī)械與干噴工藝相同，是目前隧道施工現(xiàn)場(chǎng)使用較多的一種工藝。103、濕噴濕噴是將骨料、水泥和水按設(shè)計(jì)的比例拌合均勻，用濕式噴射機(jī)壓送拌和好的混凝土混合料送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑噴出，其工藝流程見(jiàn)圖7-3。濕噴混凝土的質(zhì)量較容易控制，噴射過(guò)程中的粉塵和回彈量較少，塌落度應(yīng)控制在5～6cm，做到噴射時(shí)，水泥砂漿不粘管，以確保質(zhì)量。但濕噴對(duì)濕噴機(jī)械要求高，機(jī)械清洗和故障處理較困難。對(duì)于噴層較厚的軟巖和滲水隧道不易采用濕噴。

11細(xì)骨料粗骨料水泥水外加劑攪拌機(jī)濕式噴射機(jī)壓縮空氣速凝劑濕噴工藝流程124、混合噴射（SEC式噴射）混合噴射又稱水泥裹砂造殼噴射。分別由泵送砂漿系統(tǒng)和風(fēng)送混合料系統(tǒng)兩套機(jī)具組成。先是將一部分砂加第一次水拌濕，再投入全部水泥，強(qiáng)制拌和成以砂為核心外裹水泥殼的球體，然后加第二次水和減水劑，拌和成SEC砂漿；再將另一部分砂與石、速凝劑按配合比配料，強(qiáng)制攪拌成均勻的干混合料。然后再分別通過(guò)砂漿泵和干式噴射機(jī)，將拌和成的砂漿及干混合料由高壓膠管輸送到混合管混合，最后由噴頭噴出。其工藝流程見(jiàn)圖7-4。13砂漿泵攪拌機(jī)攪拌機(jī)干噴機(jī)混合管噴頭一次水水泥二次水減水劑砂石速凝劑混合噴射工藝流程14

混合式噴射是分次投料攪拌工藝與噴射工藝相結(jié)合，其關(guān)鍵是水泥裹砂（或砂、碎石）造殼工藝技術(shù)?；旌鲜絿娚涔に囀褂玫闹饕獧C(jī)械設(shè)備與干噴工藝基本相同，但混凝土的質(zhì)量較干噴混凝土的質(zhì)量好，且粉塵和回彈最大幅度降低?；旌鲜絿娚涫褂脵C(jī)械數(shù)量較多，工藝技術(shù)較復(fù)雜，機(jī)械清洗和故障處理較麻煩。因此，混合噴射工藝一般只在噴射混凝土量大和大斷面隧道工程中使用?；旌蠂娚浠炷翉?qiáng)度可達(dá)到C30～C35，而干噴和潮噴混凝土強(qiáng)較低，一般只能達(dá)到C20。以上幾種噴射方式，各有其特點(diǎn)，在施工中應(yīng)結(jié)合具體情況選用。各種噴射方式的噴射混凝土質(zhì)量、作業(yè)條件、輸送距離、粉塵、回彈、故障處理和清洗養(yǎng)護(hù)特點(diǎn)見(jiàn)表6-1

15項(xiàng)目干噴潮噴濕噴混合式噴射噴射混凝土質(zhì)量由于噴嘴處將水與干拌混合料混合，所以質(zhì)量取決于作業(yè)人員的熟練程度和能力。由于砂、石料預(yù)濕后，再在噴頭第二次加水，水化較好，所以質(zhì)量有所提高。能事先將水在內(nèi)的各種材料正確計(jì)量，充分混合，所以質(zhì)量容易管理。由于集中了干噴、濕噴的優(yōu)點(diǎn)，所以質(zhì)量好，強(qiáng)度高。作業(yè)條件由于供應(yīng)干噴混合料，所以供料作業(yè)的限制少。因在地面對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)濕，所以供料作業(yè)的限制少。供料較困難，操作也麻煩，設(shè)備占空間較大。設(shè)備的規(guī)模大，適用于大斷面隧道施工，在作業(yè)空間有限的隧道中使用時(shí)，其適用范圍是有限的，同時(shí)操作和工藝復(fù)雜。一般采用的水平輸送距離40～60m40m20～40m40m粉塵多較少少少回彈較多較少少少故障處理較容易較容易堵管后處理較困難困難清洗養(yǎng)護(hù)容易較容易麻煩很麻煩16二、原材料及配比

原材料

水泥

粗骨料

細(xì)骨料

外加劑17配合比：膠骨比、砂率、水灰比18三、噴射混凝土機(jī)械設(shè)備(1)噴射機(jī)。干式噴射機(jī)濕式噴射機(jī)19(2)機(jī)械手。噴頭的移動(dòng)和噴射方向、距離的控制，可采用人力直接控制或機(jī)械手控制。(3)噴射混凝土的拌制宜用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。(4)壓縮空氣機(jī)。20四、施工作業(yè)21噴射混凝土作業(yè)前，應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作：（1）檢查開(kāi)挖斷面凈空尺寸。（2）清除松動(dòng)巖塊和墻腳巖渣、堆積物，并向料斗加水沖洗受噴面，若巖面受水容易潮解、泥化時(shí)，只能用高壓風(fēng)清掃。（3）設(shè)置控制噴射混凝土厚度的標(biāo)志。一般采用埋設(shè)鋼筋頭做標(biāo)志，亦可在噴射時(shí)插入長(zhǎng)度比設(shè)計(jì)厚度大5cm的鐵絲，每1～2m設(shè)一根，作為施工控制用。（4）檢查機(jī)具設(shè)備和風(fēng)、水、電等管線路，并試運(yùn)轉(zhuǎn)，噴射機(jī)應(yīng)具有良好的密封性能，受料連續(xù)、均勻，附屬機(jī)具的技術(shù)條件應(yīng)能滿足噴射作業(yè)需要。

22（5）巖面如有滲漏水，應(yīng)予妥善處理。對(duì)于大股涌水，采用注漿堵水后再噴射混凝土，一般情況下，可順涌水出漏點(diǎn)打孔，壓注速凝漿液（水泥—水玻璃漿液）進(jìn)行封堵。對(duì)于小股涌水或裂隙滲漏水，視具體情況宜進(jìn)行巖面注漿（布孔宜密，鉆孔宜淺），或采用小導(dǎo)管沿隧道周邊環(huán)形注漿進(jìn)行封堵。對(duì)于集中出水點(diǎn)，可順?biāo)罚ü?jié)理、裂隙）設(shè)排水半管或線形排水板，將水引到隧底水溝或縱向排水管23

噴射作業(yè)：（1）初次噴射混凝土應(yīng)在開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行，噴射厚度約5cm。（2）噴射操作程序應(yīng)為：打開(kāi)速凝劑輔助風(fēng)→緩慢打開(kāi)主風(fēng)閥→啟動(dòng)速凝劑計(jì)量泵、主電機(jī)、振動(dòng)器→向料斗加混凝土。（3）噴射混凝土作業(yè)應(yīng)采用分段、分片、分層依次進(jìn)行，噴射順序應(yīng)自下而上，分段長(zhǎng)度不宜大于6m。噴射時(shí)先將低洼處大致噴平，再自下而上順序分層、往復(fù)噴射。

2425①噴射混凝土分段施工時(shí)，上次噴混凝土應(yīng)預(yù)留斜面，斜面寬度為200～300mm，斜面上需用壓力水沖洗潤(rùn)濕后再行噴射混凝土。②分片噴射要自下而上進(jìn)行并先噴鋼架與壁面間混凝土，再噴兩鋼架之間混凝土。邊墻噴混凝土應(yīng)從墻腳開(kāi)始向上噴射，使回彈不致裹入最后噴層。③分層噴射時(shí)，后一層噴射應(yīng)在前一層混凝土終凝后進(jìn)行，若終凝1h后再進(jìn)行噴射時(shí)，應(yīng)先用風(fēng)水清洗噴層表面。一次噴混凝土的厚度以噴混凝土不滑移不墜落為度，既不能因厚度太大而影響噴混凝土的粘結(jié)力和凝聚力，也不能太薄而增加回彈量。邊墻一次噴射混凝土厚度控制在7～10cm，拱部控制在5～6cm，并保持噴層厚度均勻。頂部噴射混凝土?xí)r，為避免產(chǎn)生墮落現(xiàn)象，兩次間隔時(shí)間宜為2～4h。26（4）噴射速度要適當(dāng)，以利于混凝土的壓實(shí)。風(fēng)壓過(guò)大，噴射速度增大，回彈增加；風(fēng)壓過(guò)小，噴射速度過(guò)小，壓實(shí)力小，影響噴混凝土強(qiáng)度。因此在開(kāi)機(jī)后要注意觀察風(fēng)壓，起始風(fēng)壓達(dá)到0.5MPa后，才能開(kāi)始操作，并據(jù)噴嘴出料情況調(diào)整風(fēng)壓。一般工作風(fēng)壓：邊墻0.3～0.5MPa，拱部0.4～0.65MPa。（5）噴射時(shí)使噴嘴與受噴面間保持適當(dāng)距離，噴射角度盡可能接近90°，以使獲得最大壓實(shí)和最小回彈。噴嘴與受噴面間距宜為0.6～1.8m；噴嘴應(yīng)連續(xù)、緩慢作橫向環(huán)行移動(dòng)，一圈壓半圈，噴射手所畫的環(huán)形圈，橫向40～60cm，高15～20cm；若受噴面被鋼架、鋼筋網(wǎng)覆蓋時(shí)，可將噴嘴稍加偏斜，但不宜小于70°。如果噴嘴與受噴面的角度大小，會(huì)形成混凝土物料在受噴面上的滾動(dòng)，產(chǎn)生出凹凸不平的波形噴面，增加回彈量，影響噴混凝土的質(zhì)量。27（6）對(duì)有滲水和大面積潮濕的巖面與噴混凝土不易粘結(jié)，為了增加粘結(jié)性，初噴在巖面上的混凝土可適當(dāng)增加水泥用量。（7）噴射混凝土終凝2小時(shí)后，應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，石質(zhì)隧道采用噴霧養(yǎng)護(hù)，黃土隧道采用養(yǎng)護(hù)液養(yǎng)護(hù)養(yǎng)護(hù)時(shí)間不小于14d。當(dāng)氣溫低于+5℃時(shí)，不得灑水養(yǎng)護(hù)。施工控制要點(diǎn)：（1）噴射混凝土原材料先檢驗(yàn)合格后才能使用，速凝劑應(yīng)妥善保管，防止受潮變質(zhì)。嚴(yán)格控制拌合物的水灰比，經(jīng)常檢查速凝劑注入環(huán)的工作狀況。噴射混凝土的坍落度宜控制在8～13cm，過(guò)大混凝土?xí)魈?，過(guò)小容易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。噴射過(guò)程中應(yīng)及時(shí)檢查混凝土的回彈率和實(shí)際配合比。噴射混凝土的回彈率：側(cè)壁不應(yīng)大于15%，拱部不應(yīng)大于25%。28（2）噴射混凝土拌合物的停放時(shí)間不得大于30min。（3）必須在隧道開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行施作。噴射混凝土嚴(yán)禁選用具有潛在堿活性骨料。噴混凝土厚度應(yīng)預(yù)埋厚度控制標(biāo)志，嚴(yán)格控制噴射混凝土的厚度。（4）噴射前應(yīng)仔細(xì)檢查噴射面，如有松動(dòng)土塊應(yīng)及時(shí)處理。噴射機(jī)應(yīng)布置在安全地帶，并盡量靠近噴射部位，便于掌機(jī)人員與噴射手聯(lián)系，隨時(shí)調(diào)整工作風(fēng)壓。（5）噴射完成后應(yīng)檢查噴射混凝土與巖面粘結(jié)情況，可用錘敲擊檢查。同時(shí)測(cè)量其平整度和斷面，并將此斷面與開(kāi)挖斷面對(duì)比，確認(rèn)噴射混凝土厚度是否滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。當(dāng)有空鼓、脫殼時(shí)，應(yīng)及時(shí)鑿除，沖洗干凈進(jìn)行重噴，或采用壓漿法充填。29（6）在噴射側(cè)壁下部時(shí)，需將上半斷面噴射時(shí)的回彈物清理干凈，防止將回彈物卷入下部噴層中形成“蜂窩”而降低支護(hù)強(qiáng)度。（7）經(jīng)常檢查噴射機(jī)出料彎頭、輸料管和管路接頭，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。管路堵塞時(shí)，必須先關(guān)閉主機(jī)，然后才能進(jìn)行處理。（8）噴射完成后應(yīng)先關(guān)主機(jī)，再依次關(guān)閉計(jì)量泵、震動(dòng)棒和風(fēng)閥，然后用清水將機(jī)內(nèi)、輸送管路內(nèi)殘留物清除干凈。（9）噴射混凝土冬期施工時(shí)，洞口噴射混凝土的作業(yè)場(chǎng)合應(yīng)有防凍保暖措施；作業(yè)區(qū)的氣溫和混合料進(jìn)入噴射機(jī)的溫度均不應(yīng)低于5°C；在結(jié)冰的層面上不得進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)；混凝土強(qiáng)度未達(dá)到6MPa前，不得受凍。30

圍巖內(nèi)應(yīng)力大和內(nèi)應(yīng)力變化大的地段，變形量大，素混凝土容易開(kāi)裂、掉塊，摻入一定量的鋼纖維或聚合物纖維，可以改善噴射混凝土的抗拉、抗壓及抗剪性能，增加噴層的柔性和抗裂性。鋼纖維噴射混凝土的一個(gè)主要特點(diǎn)是具有良好的韌性，即在基體混凝土開(kāi)裂后產(chǎn)生較大塑性變形時(shí)能保持承載力不明顯降低，可適應(yīng)巖爆和大變形情況下的應(yīng)力釋放，具有吸收變形的能力。作為初期支護(hù)，控制一定程度的開(kāi)裂是允許的，而鋼纖維混凝土的韌性可使與巖面緊密貼合的噴層不但具有一定的柔性，而且在與圍巖共同變形過(guò)程中持續(xù)有效地提供支護(hù)抗力，從而有效地適應(yīng)和控制圍巖的變形。五、鋼纖維噴射混凝土3132原材料要求：（1）鋼纖維內(nèi)不得含有明顯的銹蝕、油脂及其他妨礙鋼纖維與水泥粘結(jié)的雜質(zhì)，其中因加工不良造成的粘連片、鐵屑及雜質(zhì)不應(yīng)超過(guò)鋼纖維重量的1%。鋼纖維內(nèi)不得含有妨礙水泥硬化的化學(xué)成分。（2）鋼纖維宜用普通碳素鋼制成，抗拉強(qiáng)度不得小于600MPa，應(yīng)能承受一次彎折90°不斷裂。鋼纖維斷面直徑（或等效直徑）應(yīng)為0.3mm～0.8mm，長(zhǎng)度應(yīng)為20mm～35mm，并不得大于輸料軟管以及噴嘴內(nèi)徑的0.7倍，長(zhǎng)徑比為30～80，長(zhǎng)度偏差不應(yīng)超過(guò)長(zhǎng)度公稱值的±5%。

333）鋼纖維摻量宜根據(jù)彎曲韌度指標(biāo)確定，并應(yīng)考慮到噴射時(shí)鋼纖維混凝土各組分回彈率不同的影響，以噴射到巖面上的鋼纖維混凝土中鋼纖維的實(shí)際含量作為依據(jù)。鋼纖維噴射混凝土的鋼纖維實(shí)際含量不宜大于78.5kg/m3（體積率1.0%）。鋼纖維的長(zhǎng)徑比404550556065707580最小實(shí)際含量（kg/m3）655040353025202020最小實(shí)際體積0.830.640.510.450.380.320.250.250.2534（4）鋼纖維噴射混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25，并應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的要求。（5）鋼纖維噴射混凝土用骨料應(yīng)采用連續(xù)級(jí)配，粗骨料最大粒徑不宜大于10mm，砂率不應(yīng)小于50%。（6）鋼纖維噴射混凝土的原材料中宜加入礦渣粉或粉煤灰等活性摻和料。設(shè)計(jì)無(wú)要求時(shí)，礦渣粉的摻量可為水泥重量的5%～15%，粉煤灰的摻量可為水泥重量的15%～30%。摻和料摻量的選擇應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。（7）鋼纖維噴射混凝土宜采用無(wú)堿速凝劑，其摻量應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)確定，通常為水泥用量的2%～5%；如摻入高效減水劑或增塑劑，其品種和劑量應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定，并應(yīng)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試噴檢驗(yàn)。35配合比設(shè)計(jì)原則：（1）根據(jù)鋼纖維噴射混凝土抗壓強(qiáng)度要求確定水膠比。（2）根據(jù)彎曲韌度比和彎拉強(qiáng)度要求確定鋼纖維摻量。（3）根據(jù)和易性和輸料性能確定