淺談張呼鐵路劉家隧道初期支護施工

楊峰

摘 要：本文結合新建張（家口）至呼（和浩特）鐵路劉家隧道具體施工實踐，就西部地區鐵路長大隧道初期支護施工的關鍵工序和技術控制進行了簡要闡述。

關鍵詞：鐵路隧道；初期支護；關鍵工序；技術控制

由中鐵十九局集團第六工程有限公司承建的張家口至呼和浩特鐵路劉家隧道位于烏蘭察布市劉家溝村西側，臨近G110國道和京藏高速公路，地勢起伏較大。隧道進口里程為DK135+210，出口里程DK137+246，全長2036m，本隧道最大埋深80m。進口左線內軌頂面高程1412.683m，出口左線內軌頂面高程1371.963 m。

該隧道從掘進口按：測量放線（地質預報）→鉆爆→出渣、運輸→支護→仰拱或鋪底→防水層鋪設→模筑二襯混凝土→水溝、電纜槽及附屬工程，當洞身掘進一段并完成一段洞身襯砌后，在晴好季節及時安排施作洞門，洞口地質條件較差時施工完洞口段明洞后再進行暗洞開挖施工。現就該隧道初期支護施工進行介紹。

隧道初期支護由噴射混凝土、掛鋼筋網、格柵/型鋼拱架、拱部中空錨桿和邊墻砂漿錨桿組成。初期支護施工程序：超前地質預報→開挖→初噴混凝土→施工放樣→安裝鋼架及掛鋼筋網→施作系統錨桿→噴謝混凝土達到設計厚度→監控測量→反饋、調整確定支護參數。

1.砂漿錨桿

砂漿錨桿施工工藝流程：施工準備→布孔→鉆孔→清孔→注入砂漿→插入桿體→加墊板、擰緊螺栓、固定桿體→結束

普通砂漿錨桿采用螺紋鋼筋現場制做，長度根據圍巖狀況及設計確定，間距不大于桿長的二分之一，系統錨桿呈梅花形布置。

砂漿錨桿采用錨桿鉆機或風動鑿巖機鉆孔，機械配合人工安裝錨桿，水泥砂漿終凝后安設孔口墊板。鉆孔直徑大于錨桿直徑15mm，然后采用砂漿錨桿專用注漿泵往鉆孔內壓注早強水泥漿，砂漿配合比（質量比）砂灰比宜為1：1～1：2，水灰比宜為0.38～0.45），早強水泥采用硫鋁酸鹽早強水泥，并摻早強劑。注漿開始或中途超過30min時應用水潤滑注漿管路；注漿孔口壓力不得大于0.4MPa；注漿時注漿管要插至距孔底5～10cm處，隨水泥漿的注入緩緩勻速拔出，隨即迅速將桿體插入，錨桿桿體插入孔內的長度不得短于設計長度的95%。若孔口無砂漿溢出，要將桿體拔出重新注漿。

2.中空錨桿

中空注漿錨桿施工工藝流程：：施工準備→布孔→鉆孔→清孔→插入桿體組合體→安置漿塞→漿液配置→注漿

中空錨桿施工鉆孔使用錨桿臺車鉆孔，鉆孔前根據設計要求定出孔位，鉆孔保持直線并與所在部位巖層結構面盡量垂直，鉆孔直徑φ42mm，鉆孔深度大于錨桿設計長度10cm。中空注漿錨桿施工程序如下：

鉆完孔后，用高壓風吹凈孔內巖屑；將錨頭與錨桿端頭組合，戴上墊片與螺母；將組合桿體送入孔內，直達孔底；將止漿塞穿入錨桿末端與孔口取平并與桿體固緊；錨桿末端戴上墊板，然后擰緊螺母；采用錨桿專用的螺桿式注漿泵往中空錨桿內壓注水泥漿，水泥漿的配合比為：1：0.3～0.4，注漿壓力為1.2MPa ，水泥漿隨拌隨用。

3.噴射混凝土

噴射混凝土采用濕噴技術，在洞外由混凝土拌和站拌好，通過混凝土攪拌運輸車向洞內送料，空壓機供風。流程見下圖。

噴射混凝土工藝流程圖

3.1 原材料要求

砂選用顆粒堅硬、干凈的中、粗砂，符合國家二級篩分標準，細度模數大于2.5，含水率控制在5-7%；碎石選用堅硬耐久、最大粒徑不大于15mm的碎石；水泥用普通硅酸鹽水泥；使用的外加劑主要有減水劑、防水劑、速凝劑、膨脹劑及硅粉等。

減水劑的主要作用是減少混凝土的用水量，由于濕噴混凝土坍落度指標的要求，使水灰比較大，這樣水泥水化后多余的水要蒸發，使噴層出現“干裂”現象，從而降低了噴層強度和抗滲性，因此在拌和混凝土時一般要摻入高效減水劑，使濕噴混凝土在加水量較小的情況下，提高其和易性和流動性；防水劑在混凝土拌和物中能與水泥的水化產物作用生成不溶性凝膠，阻塞混凝土的毛細管道，同時該凝膠所產生的微膨脹性還可部分抵消混凝土硬化所產生的干縮；速凝劑的作用主要是當混凝土的料束粘到受噴面后必須盡快凝固，一方面可以防止由于混凝土物料的堆集而呈塊狀掉落，減少回彈量，從而增加噴層厚度，另一方面是為了發揮噴混凝土的早強作用，盡快形成支護能力，保證結構的安全，使用液態速凝劑；加入硅粉主要是提高混凝土的抗滲性和耐久性。

速凝劑、減水劑、粘稠劑等外加劑均選擇質優、性能優良的產品。速凝劑在使用前，要做與水泥的相容性試驗及水泥凈漿凝結效果試驗，使用中初凝時間應小于5min，終凝時間小于10min。

3.2 濕噴混凝土的施工方法

根據設計要求和地質圍巖狀況，噴射混凝土分為：素噴、錨噴、格柵聯合錨網噴，均采用濕噴作業技術。

混凝土噴射機安裝調試好后，在料斗上安裝振動篩（篩孔10mm），以避免超粒徑骨料進入噴射機；噴射前首先要對巖面進行修整，清除松動巖塊，對個別欠挖突出部分進行鑿除、對個別超挖部分用噴射混凝土噴混補平；用高壓水將巖面沖洗干凈，對遇水易潮解的巖層，則用高壓風清掃巖面；檢查噴射機工作是否正常；要進行噴射試驗，一切正常后可進行混凝土噴射工作。

混凝土噴射送風之前先打開計量泵（此時噴嘴朝下，以免速凝劑流入輸送管內），以免高壓混凝土拌和物堵塞速凝劑環噴射孔；送風后調整風壓，控制在0.15～0.2MPa之間，若風壓過小，粗骨料則沖不進砂漿層而脫落，風壓過大將導致回彈量增大。可按混凝土回彈量大小、表面濕潤易粘著力度來掌握。噴射壓力根據噴射儀表反饋的信息及時調整風壓和計量泵，控制好速凝劑摻量。

為保證噴射混凝土的厚度和質量，噴射混凝土分二次完成，即初噴和復噴。噴射混凝土以濕噴為主，含水量較大地段采用潮噴工藝。噴射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土輸送車運輸。

初噴在刷幫、找頂后進行，噴射混凝土厚度4～5cm，及早快速封閉圍巖，放炮后由人工在渣堆上噴護。

復噴是在初噴混凝土層及加固后的圍巖保護下，完成立拱架、掛網、錨桿工序的作業后進行的。采用濕噴工藝，由噴射機械手施工。采用濕噴工藝可以減小回彈量及粉塵，減少環境污染。

噴射混凝土分段、分片、分層進行，由下向上，從無水、少水向有水、多水地段集中，多水處安放導管將水排出。施噴時噴頭與受噴面基本垂直，距離保持1.5～2.0m。設格柵鋼架時，鋼架與巖面之間的間隙用噴射混凝土充填密實，噴射順序先下后上對稱進行，先噴鋼架與圍巖之間空隙，后噴鋼架之間，鋼架應被噴射混凝土所覆蓋，保護層不得小于4cm。噴前先找平受噴面的凹處，再將噴頭成螺旋形緩慢均勻移動，每圈壓前面半圈，繞圈直徑約30cm，力求噴出的混凝土層面平順光滑。一次噴射厚度控制在拱部不得超過6cm，邊墻不得超10cm，過每段長度不超過6m，噴射回彈物不得重新用作噴射混凝土材料。新噴射的混凝土按規定灑水養生。回彈量的多少取決于混凝土的稠度、速凝劑的使用、噴射技術骨料級配等多種因素。施工時要將邊墻部分回彈率控制在15%以內，拱部回彈率控制在20%以下。施工前制定相應的作業指導書并在施工中根據實際情況不斷完善。在實際工作中盡快摸索掌握有關工作風壓、噴射距離、送料速度三者之間的最佳參數值，使噴射的混凝土密實、穩定、回彈最小。必要時，在混凝土中摻加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性而減少回彈。噴錨施工順序見下圖。

噴錨施工順序圖

4.結語

通過對以上關鍵工序進行了嚴格的技術控制，中鐵十九局集團六公司承建的張呼鐵路劉家隧道初期支護施工合格率達100%，優良率98%，完全滿足了設計要求。