一种隧道洞身初期支护的施工工艺的制作方法

本发明涉及一种隧道洞身初期支护的施工工艺。

背景技术：

近年来，随着我国交通事业的飞跃发展，大量深埋山岭隧道将穿越富水高地应力区，施工面临突泥涌水、围岩挤压大变形甚至塌方等严重问题，若支护不及时或方式不当，易导致隧道断面缩小和支护结构失稳，严重影响隧道的快速施工和日后的安全运营。隧道开挖后，为控制围岩应力适量释放和变形，增加结构安全度和方便施工，隧道开挖后立即施作刚度较小并作为永久承载结构一部分的结构层。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种隧道洞身初期支护的施工工艺，它能够及时地消除安全隐患，显著提高了施工的安全性、加快施工进度，节省工程投资。

本发明的目的是这样实现的：一种隧道洞身初期支护的施工工艺，包括以下流程：初喷混凝土、钢支撑安装、下一循环的超前支护、钢筋网安装、复喷混凝土和系统锚杆安装；

进行所述初喷混凝土流程时，采用湿喷工艺并包括混凝土制备步骤和混凝土喷射步骤；

进行混凝土制备步骤时，采用以下物料配置混凝土：水泥、砂、碎石、速凝剂和水；水泥为普通硅酸盐水泥；砂的细度模数大于2.5，含水率为5～7％；碎石的最大粒径不大于15mm；采用液体无碱速凝剂，速凝剂的速凝效果：初凝不应大于5min，终凝不应大于10min；水为清洁的饮用水；

进行混凝土喷射步骤时，分段、分片依次进行喷射，喷射顺序为自下而上；喷射作业分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行；若终凝后间隔1小时以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应采用高压风清洗干净；每次作业区段的纵向长度不超过6m；喷射时，喷射机的工作压力为0.1mpa～0.15mpa；喷射机的喷嘴应垂直岩面，且喷嘴距岩面的距离为0.6m～1.2m，喷射料束与受喷面的垂线成5°～15°夹角，且喷射料束以螺旋形运动；初喷混凝土的厚度为4～6cm；混凝土终凝2小时后，喷水养护，养护时间不少于7天，隧道内环境温度低于5℃时，不得喷水养护；

所述钢支撑安装流程包括以下步骤：钢支撑制作和钢支撑架立；

进行钢支撑制作步骤时，钢支撑由型钢拱架和格栅拱架构成；型钢拱架和格栅拱架均分节段制作，按设计要求预先在洞外结构件厂加工成型，按设计放出1：1的加工大样，放样时根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割的加工余量；型钢拱架采用冷弯法制作成型；格栅拱架按1：1的胎模控制尺寸，所有钢筋节点采用焊接；

进行钢支撑架立步骤时，在初喷混凝土流程之后进行，将钢支撑与锚杆的外端焊接；钢支撑分节段安装，相邻节段的型钢拱架之间通过连接钢板和高强度螺栓进行连接；连接钢板的平面与钢支撑的轴线垂直；相邻节段的格栅拱架之间通过角钢和高强度螺栓进行连接；钢支撑的拱脚安放在牢固的基础上，架立前，将拱脚底部的基础超挖，当拱脚标高不足时，用喷射混凝土填充；拱脚高度低于上半断面底线15～20cm，当拱脚处围岩承载力不够时，向围岩方向加设钢垫板、垫梁或浇注强度不低于c20的混凝土以加大拱脚接触面积；相邻两榀钢支撑之间用纵向连接筋连接，连接筋的间距为1.0m；钢支撑的上、下、左、右偏差为±50mm，钢支撑的倾斜度小于2°；当钢支撑和初喷混凝土之间的间隙大于50mm时采用混凝土垫块楔紧；

进行所述下一循环的超前支护流程时，为超前小导管支护；小导管沿隧道拱部开挖轮廓线均匀布设；环向间距为30cm～50cm；外插角为10°～15°；小导管的长度应大于2倍循环进尺，为3.5m～5.0m，搭接长度不应小于1.0m；小导管采用φ42mm～φ50mm的无缝钢管，小导管的前端制成圆锥状，在小导管的后端焊接钢筋箍，小导管的管壁上布设梅花形溢浆孔；小导管的安设采用引孔顶入法；钻孔方向应顺直；钻孔深度和直径与小导管匹配；钻孔采用吹孔法清孔；小导管的口部安装孔口阀门，外露长度不小于30cm；注浆采用注浆泵注浆，为加速注浆，应安装分浆器同时多管注浆；配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用；注浆顺序为由底向高、浆液先稀后浓；注浆压力应符合设计要求，使浆液充满小导管及其周围的空隙；根据地质地层条件选择单液浆或双液浆；

所述钢筋网安装流程包括钢筋网加工步骤和钢筋网铺设步骤；

进行钢筋网加工步骤时，采用直径为φ8的钢筋焊接制作；先用钢筋调直机把钢筋调直，再截成钢筋条，然后将钢筋焊接成方格形网片；钢筋网片的尺寸根据钢支撑的间距和钢筋网之间的搭接长度综合考虑确定；

进行钢筋网铺设步骤时，在初喷一层混凝土后再进行钢筋网铺设，施工时将钢筋网片运至工作面通过多功能作业台架进行铺设，由人工沿开挖岩面一环一环铺设，钢筋网片要紧贴初喷混凝土层的表面；采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被喷射混凝土全部覆盖后再进行铺设；铺设设时利用混凝土块衬垫在钢筋网和初喷混凝土之间，以保证钢筋网和初喷混凝土之间保持20～30mm的间隙；利用锚杆进行固定钢筋网，钢筋网与锚杆采用焊接连接，相邻钢筋网之间也采取点焊焊接，并保证钢筋网的搭接长度不得小于30d，d为钢筋的直径，并不得小于一个钢筋网的网孔长边的长度；

进行所述复喷混凝土流程时，也采用湿喷工艺并在钢支撑安装就位后进行，用喷射混凝土的方式将钢支撑与围岩之间的间隙充填密实，复喷时，混凝土由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢支撑覆盖，使钢支撑与混凝土形成整体；复喷混凝土的厚度：拱顶不得大于100mm，边墙不得大于150mm；

进行所述系统锚杆安装流程时，针对ⅴ级围岩段采用中空注浆锚杆；针对ⅳ级围岩段采用水泥砂浆锚杆；针对ⅲ级围岩段采用水泥砂浆锚杆；所述系统锚杆安装流程包括锚杆制作步骤、钻锚杆孔步骤、灌浆步骤和安设锚杆步骤；

进行锚杆制作步骤时，采用螺纹钢筋现场制作，长度根据围岩状况及设计确定，间距不大于锚杆长度的二分之一；

进行钻锚杆孔步骤时，采用专用锚杆机钻孔，锚杆孔应垂直岩面，钻孔直径大于锚杆直径15mm；成孔后用高压风将锚杆孔内的浮土、碎石吹干净；

进行灌浆步骤时，水泥砂浆锚杆灌浆用注浆泵将水泥砂浆压入锚杆孔，水泥砂浆的砂灰配合比为1:1～1：2，水灰配合比为0.38～0.45，早强水泥采用硫铝酸盐早强水泥，并掺早强剂；注浆孔口压力不大于0.4mpa；将注浆管插至距锚杆孔底5～10cm处，随着水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出注浆管，随即迅速将锚杆插入；

进行安设锚杆步骤时，中空砂浆锚杆采用先锚后灌方式，钻完锚杆孔后，先用高压风吹净孔内岩屑，接着将锚杆送入锚杆孔内，直达孔底，然后将止浆塞穿入锚杆的末端与锚杆孔的孔口齐平并与锚杆的杆体固紧，最后在锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；水泥砂浆锚杆采用先灌后锚方式，锚杆孔注满砂浆后迅速将锚杆插入孔底，将砂浆挤满钻孔，等砂浆达到一定强度后，安装锚杆垫板，并用螺母拧紧；锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95％；若锚杆孔口无砂浆流出，应将锚杆拔出重新注浆；

上述的隧道洞身初期支护的施工工艺，其中，所述中空砂浆锚杆采用早强水泥浆，对破碎岩层、松散土层等软弱围岩采用标号c20以上早强水泥浆，水灰比为0.7，注浆压力0.5mpa～2mpa；对整体性良好的围岩采用标号c30以上无收缩早强水泥浆，水灰比为0.3～0.5，注浆压力大于1.5mpa。

上述的隧道洞身初期支护的施工工艺，其中，所述ⅴ级围岩段采用的锚杆的直径为φ25，锚杆壁厚为5mm，锚杆长度为300cm，环向间距100cm，纵向间距60cm或80cm，锚杆垫板采用a3钢板，规格为200×200×10mm；所述ⅳ级围岩段采用的锚杆的直径为φ22，锚杆长度为250cm，环向间距100cm，纵向间距80cm或100cm，锚杆垫板采用a3钢板，规格为150×150×10mm；所述ⅲ级围岩段采用的锚杆的直径为φ22，锚杆长度为250cm，环、纵向间距均为120cm；锚杆垫板采用a3钢板，规格为150×150×10mm。

上述的隧道洞身初期支护的施工工艺，其中，所述初喷混凝土的坍落度和复喷混凝土的坍落度均为80mm～120mm。

本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺，结构整体性强，基础稳固，能对隧道围岩进行有效加固处理，快速地约束隧道变形，达到隧道永久支护的目的。能够及时地消除安全隐患，显著提高了施工的安全性、加快施工进度，节省工程投资。

附图说明

图1是本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺中的钢支撑安装的流程图；

图2是本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺中的钢筋网安装的流程图；

图3是本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺中的中空注浆锚杆施工的流程图；

图4是本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺中的水泥砂浆锚杆施工的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图4，本发明的隧道洞身初期支护的施工工艺，包括以下流程：初喷混凝土、钢支撑安装、下一循环的超前支护、钢筋网安装、复喷混凝土和系统锚杆安装；

进行初喷混凝土流程时，采用湿喷工艺并包括混凝土制备步骤和混凝土喷射步骤；

进行混凝土制备步骤时，采用以下物料配置混凝土：水泥、砂、碎石、速凝剂和水；水泥为普通硅酸盐水泥；砂的细度模数大于2.5，含水率为5～7％；碎石的最大粒径不大于15mm；采用液体无碱速凝剂，速凝剂的速凝效果：初凝不应大于5min，终凝不应大于10min；水为清洁的饮用水；

进行混凝土喷射步骤时，分段、分片依次进行喷射，喷射顺序为自下而上；喷射作业分层进行，后一层喷射应在前一层混凝土终凝后进行；若终凝后间隔1小时以上且初喷表面已蒙上粉尘时，受喷面应采用高压风清洗干净；每次作业区段的纵向长度不超过6m；喷射时，喷射机的工作压力为0.1mpa～0.15mpa；喷射机的喷嘴应垂直岩面，且喷嘴距岩面的距离为0.6m～1.2m，喷射料束与受喷面的垂线成5°～15°夹角，且喷射料束以螺旋形运动；初喷混凝土的厚度为4～6cm；混凝土终凝2小时后，喷水养护，养护时间不少于7天，隧道内环境温度低于5℃时，不得喷水养护；初喷混凝土的坍落度为80mm～120mm。

钢支撑安装流程(见图1)包括以下步骤：钢支撑制作和钢支撑架立；

进行钢支撑制作步骤时，钢支撑由型钢拱架和格栅拱架构成；型钢拱架和格栅拱架均分节段制作，按设计要求预先在洞外结构件厂加工成型，按设计放出1：1的加工大样，放样时根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割的加工余量；型钢拱架采用冷弯法制作成型；格栅拱架按1：1的胎模控制尺寸，所有钢筋节点采用焊接；

进行钢支撑架立步骤时，在初喷混凝土流程之后进行，将钢支撑与锚杆的外端焊接；钢支撑分节段安装，相邻节段的型钢拱架之间通过连接钢板和高强度螺栓进行连接；连接钢板的平面与钢支撑的轴线垂直；相邻节段的格栅拱架之间通过角钢和高强度螺栓进行连接；钢支撑的拱脚安放在牢固的基础上，架立前，将拱脚底部的基础超挖，当拱脚标高不足时，用喷射混凝土填充；拱脚高度低于上半断面底线15～20cm，当拱脚处围岩承载力不够时，向围岩方向加设钢垫板、垫梁或浇注强度不低于c20的混凝土以加大拱脚接触面积；相邻两榀钢支撑之间用纵向连接筋连接，连接筋的间距为1.0m；钢支撑的上、下、左、右偏差为±50mm，钢支撑的倾斜度小于2°；当钢支撑和初喷混凝土之间的间隙大于50mm时采用混凝土垫块楔紧。

进行下一循环的超前支护流程时，为超前小导管支护；小导管沿隧道拱部开挖轮廓线均匀布设；环向间距为30cm～50cm；外插角为10°～15°；小导管的长度应大于2倍循环进尺，为3.5m～5.0m，搭接长度不应小于1.0m；小导管采用φ42mm～φ50mm的无缝钢管，小导管的前端制成圆锥状，在小导管的后端焊接钢筋箍，小导管的管壁上布设梅花形溢浆孔；小导管的安设采用引孔顶入法；钻孔方向应顺直；钻孔深度和直径与小导管匹配；钻孔采用吹孔法清孔；小导管的口部安装孔口阀门，外露长度不小于30cm；注浆采用注浆泵注浆，为加速注浆，应安装分浆器同时多管注浆；配制好的浆液应在规定时间内注完，随配随用；注浆顺序为由底向高、浆液先稀后浓；注浆压力应符合设计要求，使浆液充满小导管及其周围的空隙；根据地质地层条件选择单液浆或双液浆。

钢筋网安装流程(见图2)包括钢筋网加工步骤和钢筋网铺设步骤；

进行钢筋网加工步骤时，采用直径为φ8的钢筋焊接制作；先用钢筋调直机把钢筋调直，再截成钢筋条，然后将钢筋焊接成方格形网片；钢筋网片的尺寸根据钢支撑的间距和钢筋网之间的搭接长度综合考虑确定；网孔尺寸分别为15cm×15cm、20cm×20cm、25cm×25cm；

进行钢筋网铺设步骤时，在初喷一层混凝土后再进行钢筋网铺设，施工时将钢筋网片运至工作面通过多功能作业台架进行铺设，由人工沿开挖岩面一环一环铺设，钢筋网片要紧贴初喷混凝土层的表面；采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被喷射混凝土全部覆盖后再进行铺设；铺设设时利用混凝土块衬垫在钢筋网和初喷混凝土之间，以保证钢筋网和初喷混凝土之间保持20～30mm的间隙；利用锚杆进行固定钢筋网，钢筋网与锚杆采用焊接连接，相邻钢筋网之间也采取点焊焊接，并保证钢筋网的搭接长度不得小于30d，d为钢筋的直径，并不得小于一个钢筋网的网孔长边的长度。

进行复喷混凝土流程时，也采用湿喷工艺并在钢支撑安装就位后进行，用喷射混凝土的方式将钢支撑与围岩之间的间隙充填密实，复喷时，混凝土由两侧拱脚向上对称喷射，并将钢支撑覆盖，使钢支撑与混凝土形成整体；复喷混凝土的厚度：拱顶不得大于100mm，边墙不得大于150mm；复喷混凝土的坍落度均为80mm～120mm。

进行系统锚杆安装流程时，针对ⅴ级围岩段采用中空注浆锚杆(见图3)；针对ⅳ级围岩段采用水泥砂浆锚杆(见图4)；针对ⅲ级围岩段采用水泥砂浆锚杆；所述系统锚杆安装流程包括锚杆制作步骤、钻锚杆孔步骤、灌浆步骤和安设锚杆步骤；

进行锚杆制作步骤时，采用螺纹钢筋现场制作，长度根据围岩状况及设计确定，间距不大于锚杆长度的二分之一；ⅴ级围岩段采用的锚杆的直径为φ25，锚杆壁厚为5mm，锚杆长度为300cm，环向间距100cm，纵向间距60cm或80cm，锚杆垫板采用a3钢板，规格为200×200×10mm；ⅳ级围岩段采用的锚杆的直径为φ22，锚杆长度为250cm，环向间距100cm，纵向间距80cm或100cm，锚杆垫板采用a3钢板，规格为150×150×10mm；ⅲ级围岩段采用的锚杆的直径为φ22，锚杆长度为250cm，环、纵向间距均为120cm；锚杆垫板采用a3钢板，规格为150×150×10mm；

进行钻锚杆孔步骤时，采用专用锚杆机钻孔，锚杆孔应垂直岩面，钻孔直径大于锚杆直径15mm；成孔后用高压风将锚杆孔内的浮土、碎石吹干净；

进行灌浆步骤时，中空砂浆锚杆采用早强水泥浆，对破碎岩层、松散土层等软弱围岩采用标号c20以上早强水泥浆，水灰比为0.7，注浆压力0.5mpa～2mpa；对整体性良好的围岩采用标号c30以上无收缩早强水泥浆，水灰比为0.3～0.5，注浆压力大于1.5mpa；用注浆泵将水泥砂浆压入锚杆孔，水泥砂浆的砂灰配合比为1:1～1：2，水灰配合比为0.38～0.45，早强水泥采用硫铝酸盐早强水泥，并掺早强剂；注浆孔口压力不大于0.4mpa；将注浆管插至距锚杆孔底5～10cm处，随着水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出注浆管，随即迅速将锚杆插入；

进行安设锚杆步骤时，中空砂浆锚杆采用先锚后灌方式，钻完锚杆孔后，先用高压风吹净孔内岩屑，接着将锚杆送入锚杆孔内，直达孔底，然后将止浆塞穿入锚杆的末端与锚杆孔的孔口齐平并与锚杆的杆体固紧，最后在锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；水泥砂浆锚杆采用先灌后锚方式，锚杆孔注满砂浆后迅速将锚杆插入孔底，将砂浆挤满钻孔，等砂浆达到一定强度后，安装锚杆垫板，并用螺母拧紧；锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95％；若锚杆孔口无砂浆流出，应将锚杆拔出重新注浆。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。