隧道工程噴錨支護施工技術

周金邦

（貴州橋梁建設集團有限責任公司，貴州 貴陽 550003）

龍泉寺隧道是京石鐵路客運線全線唯一一條長大山嶺隧道，巖性為圍巖節理發育，在開挖時穩定性很差，同時由于凍土暴露后容易融化，因此出現坍塌和掉塊的現象非常頻繁。能否采用濕噴混凝土作為施工臨時支護，解決龍泉寺隧道圍巖節理問題，以及如何保證濕噴混凝土的黏結強度及砂漿錨桿和格柵鋼架施工等滿足施工設計要求，是龍泉寺隧道噴錨支護施工中的一大技術難題。

1 工程概況

龍泉寺隧道全長3847m，進口里程石太DK17+330，出口里程石太DK21+177，是京石鐵路客運專線唯一一條長大山嶺隧道。該隧道全線位于直線之上，坡度分別為14.5%和9.5%。上坡與變坡點在石太DK20+500處。該隧道的Ⅱ級圍巖長達260m，Ⅲ級圍巖長達2020m。在設計時，應當盡可能地縮短開挖面暴露的時間。不過由于模筑混凝土支護無法緊跟開挖面，且施工工序較為復雜，施工時間過長，很難將圍巖及時封閉，并在開挖后給上坡與變坡造成影響，容易造成融塌等質量隱患，無法保證施工的安全與進度。

噴射混凝土是借助噴射機械，利用管道將具有速凝性的混凝土拌和物輸送并高速噴射至施工受噴面上，快速形成具有一定強度的混凝土，能有效減少或防止巖石松散產生的變位；對出露的裂隙和節理進行填充，使得圍巖整體的穩定性及強度得到有效提高；能利用接觸面的剪力及附著力，將巖石松散帶的荷載向相鄰穩定巖體傳遞[1]。同時，這種高速噴射混凝土還能及時封閉圍巖巖面，避免因上坡及變坡點的變化而造成圍巖坍塌的現象。此外，該噴射混凝土還能改變地下水流向，阻斷水流，進一步控制巖體中的水源。大量的現場試驗及室內試驗表明，濕噴混凝土作為臨時支護，在山嶺、丘原等地形的隧道施工中取得了良好的效果。

2 噴射混凝土原料配合比及其確定

（1）噴射混凝土原料配合比

首先，水泥材料的選擇。通常選擇32.5R以上的低堿普通硅酸鹽水泥或者硅酸鹽水泥，該工程選擇32.5R級普通硅酸鹽水泥，主要技術指標如表1所示。

表1 水泥主要技術指標

其次，細骨料和粗骨料的選擇。該工程的細骨料選擇非堿活性且質地堅硬的河砂，其中不含易凍裂的礦物質、清潔且級配良好[2]。粗骨料選擇非堿活性且級配良好的碎石及卵石混合物，其中不包含冰雪等凍結物，其技術指標如表2所示。

表2 粗骨料碎石主要技術指標

最后，外加劑的選擇。結合低溫早強噴射混凝土的特點，該工程選用多功能復合外加劑與速凝劑配合試驗，前者能明顯降低混凝土液相冰點，有效提高噴射混凝土的早期強度，確保混凝土不受凍害；后者能使混凝土迅速硬化，降低回彈損失，并進一步提高其在含水或潮濕巖層中使用的適應性[3]。

（2）噴射混凝土原料配合比的確定

在選擇噴射混凝土配合比時，一方面要考慮設計要求的強度等級，另一方面還要將高原多年凍土地區的特殊性充分考慮在內，并有效確保混凝土的抗滲性與早強性，使得混凝土的抗凍性得到進一步提高，同時還要有效降低回彈率和水化熱，因此，適宜將低溫早強噴射混凝土的水灰比控制為0.4～0.5；水泥的用量控制為400～470kg/m3。經現場多次試噴試驗，將風火山隧道噴射混凝土施工采用的低溫早強噴射混凝土的水泥、砂和碎石的配合比設定為1∶2.33∶1.62。

3 噴錨支護主要施工技術

對于龍泉寺隧道圍巖采用上下斷面臺階法施工，其初期支護采取錨桿掛網、噴射滬混凝土以及鋼格柵等互相結合的施工方法，具體施工方法如下。

（1）開挖面圍巖處理。在隧道掌子面完全出渣后，對其進行凈空量測，然后依據量測標志對其做欠挖和撬清危石處理。在欠挖處理時需要注意對軟弱地段采取人工開挖，而硬質地段采用補炮的手段，直到凈空尺寸符合設計要求為止[4]。

（2）材料選擇。采用425#普通硅酸鹽水泥和砂率控制在50%、含泥量小于3%的天然黃砂細骨料；粗骨料則選擇尺寸為0.5～1cm、經試驗各項指標均符合要求的隧道出渣的石灰巖破碎而成；速凝劑選擇RH型，其最佳摻量為水泥重量的5%，初凝時間為5min，終凝時間為8min；對水灰比的控制非常重要，因為偏大或偏小均會增加混凝土的回彈量，從而造成大量材料的浪費，實踐證明，混凝土的水灰比為0.48的噴射效果最佳。

（3）混凝土初噴。該工程所用的BZ—5混凝土噴射機，其壓力為0.2～0.4MPa。為減少洞內粉塵污染，初噴混凝土采取潮噴的方法進行。在噴射之前，需要用水將巖壁表面的雜物和粉塵清洗干凈，并利用攪拌機將粗細骨料和水泥進行干拌，然后添加按照水灰比配置混凝土應加入總量為20%的水量，攪拌均勻后輸送至噴射機前由人工拌和，同時摻入水泥總量5%的速凝劑。噴射時，應當分片和分段且由下向上進行，保持每段長6cm，噴頭呈螺旋形，其噴射方向與巖面偏角應當低于10°，且到噴面的距離需保持在0.6～1.0cm范圍，初噴的厚度應控制在2～4cm范圍內[5]。

（4）錨桿、掛網及鋼格柵的設置。錨桿布置在每次循環出渣完畢和初噴混凝土之后，其材料為在洞外鋼筋加工場地切割成型的Φ22螺紋鋼。而錨固劑選擇固化時間為5～10min、強度為52～56MPa的8604型水泥錨固劑，其規格為小卷包裝的Φ22型。在完成鉆眼施工后，利用高壓風清孔，然后將沾水充分濕潤的錨固劑塞入鉆孔內，充填至孔深的三分之二，利用手風槍將錨桿送至孔內固定，并保持錨桿與錨固劑的緊密相貼。鋼筋網片的材料為Φ8圓鋼，尺寸為100cm×200cm，需要確保網片與錨桿之間焊接的牢固程度，且鋼筋網的鋪設需伴隨噴面的起伏進行，并保持與噴面的間隙小于3cm。

格柵的主筋選擇的材料為4根Φ25鋼筋，保持每榀格柵的尺寸為500cm，并利用鋼板螺栓將格柵相連，而鋼筋之間則利用焊接相連。鋪設的鋼格柵為Φ25螺紋鋼，格柵之間相距100cm，保持兩榀格柵連接筋長度為108cm，并與4根主筋用點焊焊牢，將墊板設在格柵拱腳架，保持比導坑地面低20cm且與隧道中線垂直[6]。

（5）混凝土復噴。在完成錨桿支護、鋼筋網片以及鋼格柵之后，再進行復噴混凝土操作。與初噴混凝土工序基本一致，復噴混凝土施工也采取潮噴的方法進行，采用分片和分段且由下向上進行噴射，并保持每段長6cm，噴頭呈螺旋形，噴射方向與巖面偏角低于10°，且到噴面距離保持在0.6～1.0cm，初噴厚度控制在2～4cm范圍。

（6）施工質量的控制。施工過程中，需要對外加劑的質量與摻量進行嚴格控制；實時檢測骨料溫度、水溫及噴射混凝土施工環境溫度；當混凝土配合比由外界影響而產生變動時，需要及時進行檢測，并嚴格檢查抗凍及抗滲試件等。

4 結語

通過對河北省龍泉寺隧道的噴錨支護施工分析可知，在必要的負溫混凝土施工條件下，配置低溫早強抗壓噴射混凝土復合外加劑，有效控制噴射混凝土的水泥、砂和碎石比，并實施在山嶺地形下的隧道開挖噴錨支護施工，能夠有效克服因邊坡圍巖層遭受擾動而給巖層整體結構帶來的負面影響，進而使多年圍巖層隧道的噴錨支護問題得到有效解決。

[1]王晉寧.噴錨支護施工技術在隧道工程中的應用探討[J].科技視界，2013（2）：78-79.

[2]白小亮.隧道噴錨支護結構位移可靠性分析方法[D].北方交通大學，2001.

[3]廖騰達.淺談錨噴支護在隧道工程中的應用[J].商品與質量·學術觀察，2011（1）：35-36.

[4]彭佳林.新奧法在高速公路隧道設計與施工技術中的分析應用[J].四川建材，2010，36（2）：148-150.

[5]王雙有.淺析噴錨支護施工的監理[J].價值工程，2010，29（16）：84-85.

[6]宋楊，龐家輝.公路邊坡噴錨支護施工技術探討[J].科技致富向導，2011（22）：339-339.