淺談九景衢鐵路王剛村隧道初期支護(hù)施工

趙川波

摘 要：本文結(jié)合新建九景衢鐵路王剛村隧道施工實(shí)踐，就復(fù)雜地質(zhì)條件下的鐵路隧道初期支護(hù)的關(guān)鍵工序和技術(shù)控制進(jìn)行了簡要闡述。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；初期支護(hù)；關(guān)鍵工序；技術(shù)控制

王剛村隧道位于湖口縣張青鄉(xiāng)王剛村附近，穿越殘丘區(qū)，全長284m，進(jìn)口地面高程51m，出口地面高程為56m。隧道最大埋深70m。全隧道5.9‰上坡。隧道初期支護(hù)采用噴錨網(wǎng)為主的支護(hù)方式，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖拱墻設(shè)格柵或型鋼鋼架，淺埋、偏壓、斷層破碎帶拱部設(shè)超前小導(dǎo)管預(yù)注水泥漿加固巖層。隧道進(jìn)、出口段段全段面設(shè)型鋼鋼架。在隧道拱部設(shè)置中空錨桿和邊墻設(shè)置砂漿錨桿。

1 砂漿錨桿

砂漿錨桿施工工藝流程為：施工準(zhǔn)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→結(jié)束.

普通砂漿錨桿采用螺紋鋼筋現(xiàn)場制做，長度根據(jù)圍巖狀況及設(shè)計(jì)確定，系統(tǒng)錨桿呈梅花形布置。砂漿錨桿采用鑿巖機(jī)鉆孔，機(jī)械配合人工安裝錨桿，水泥砂漿終凝后安設(shè)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(nèi)壓注早強(qiáng)水泥漿，砂漿配合比（質(zhì)量比）砂灰比宜為1：1～1：2，水灰比宜為0.38～0.45），早強(qiáng)水泥采用硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥，并摻早強(qiáng)劑。注漿開始或中途超過30min時(shí)應(yīng)用水潤滑注漿管路；注漿孔口壓力不得大于0.4Mpa；注漿時(shí)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(nèi)的長度不得短于設(shè)計(jì)長度的95%。

2 中空注漿錨桿

中空注漿錨桿施工工藝流程： 施工準(zhǔn)備→布孔→鉆孔→清孔→插入桿體→安止?jié){塞→漿液配置→注漿→加墊板、擰緊螺栓、固定桿→結(jié)束。

鉆孔前根據(jù)設(shè)計(jì)要求定出孔位，鉆孔保持直線并與所在部位巖層結(jié)構(gòu)面盡量垂直，鉆孔直徑φ42mm，鉆孔深度大于錨桿設(shè)計(jì)長度10cm。中空注漿錨桿施工程序如下：

鉆完孔后，用高壓風(fēng)吹凈孔內(nèi)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(nèi)，直達(dá)孔底；將止?jié){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(nèi)壓注水泥漿，水泥漿的配合比為： 1：1，注漿壓力為1MPa。

3 噴射混凝土

噴混凝土采用濕噴技術(shù)，在洞外由混凝土拌和站拌好，通過混凝土拌和運(yùn)輸車向洞內(nèi)送料，空壓機(jī)供風(fēng)。噴射混凝土施工程序：

3.1 原材料要求

砂選用顆粒堅(jiān)硬、干凈的中、粗砂，符合國家二級(jí)篩分標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)度模數(shù)大于2.5，含水率控制在5-7%；碎石選用堅(jiān)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，提高早期強(qiáng)度，由于濕噴混凝土坍落度指標(biāo)的要求，使水灰比較大，這樣水泥水化后多余的水要蒸發(fā)，使噴層出現(xiàn)“干裂”現(xiàn)象，從而降低了噴層強(qiáng)度和抗?jié)B性，因此在拌和混凝土?xí)r一般要摻入高效減水劑提高其和易性和流動(dòng)性；防水劑在混凝土拌和物中能與水泥的水化產(chǎn)物作用生成不溶性凝膠，阻塞混凝土的毛細(xì)管道；速凝劑在使用前，要做與水泥的相容性試驗(yàn)及水泥凈漿凝結(jié)效果試驗(yàn)，使用中初凝時(shí)間應(yīng)小于5min，終凝時(shí)間小于10min。

3.2 濕噴混凝土的施工方法

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和地質(zhì)圍巖狀況，噴射混凝土分為：素噴、錨噴、格柵聯(lián)合錨網(wǎng)噴，均采用濕噴作業(yè)技術(shù)。采用濕噴工藝可以減小回彈量及數(shù)量，減少環(huán)境污染，并保證噴射砼物理材質(zhì)要求。

① 混凝土噴射機(jī)安裝調(diào)試好后，在料斗上安裝振動(dòng)篩，以避免超粒徑骨料進(jìn)入噴射機(jī)；噴射前首先要對(duì)巖面進(jìn)行修整，清除松動(dòng)巖塊，對(duì)個(gè)別欠挖突出部分進(jìn)行鑿除、對(duì)個(gè)別超挖部分用噴射混凝土噴混補(bǔ)平；檢查噴射機(jī)工作是否正常；要進(jìn)行噴射試驗(yàn)，一切正常后可進(jìn)行混凝土噴射工作。

② 混凝土噴射送風(fēng)之前先打開計(jì)量泵（此時(shí)噴嘴朝下，以免速凝劑流入輸送管內(nèi)）；送風(fēng)后調(diào)整風(fēng)壓，控制在0.45～0.7Mpa之間，若風(fēng)壓過小，粗骨料則沖不進(jìn)砂漿層而脫落，風(fēng)壓過大將導(dǎo)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。

③噴射混凝土分二次完成，即初噴和復(fù)噴。噴射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土輸送車運(yùn)輸。

④ 初噴在出砟、刷幫、找頂后進(jìn)行，噴射混凝土厚度4cm，及早快速封閉圍巖。

復(fù)噴是在初噴混凝土層及加固后的圍巖保護(hù)下，完成立拱架、掛網(wǎng)、錨桿工序的作業(yè)后進(jìn)行。

⑤ 噴射混凝土分段、分片、分層進(jìn)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(dǎo)管將水排出。施噴時(shí)噴頭與受噴面基本垂直，距離保持1.5～2.0m。設(shè)格柵鋼架時(shí)，鋼架與巖面之間的間隙用噴射混凝土充填密實(shí)，噴射順序先下后上對(duì)稱進(jìn)行，先噴鋼架與圍巖之間空隙，后噴鋼架之間，鋼架應(yīng)被噴射混凝土所覆蓋，保護(hù)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(dòng)，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，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(guī)定灑水養(yǎng)生。

⑥ 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(shù)骨料級(jí)配及噴射距離、角度等多種因素。施工時(shí)要將邊墻部分回彈率控制在15%以內(nèi)，拱部回彈率控制在20%以下。施工前制定相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書并在施工中根據(jù)實(shí)際情況不斷完善。

4 鋼筋網(wǎng)施工

鋼筋網(wǎng)按照設(shè)計(jì)要求加工成方格網(wǎng)片，縱橫鋼筋相交處可點(diǎn)焊成塊。鋼筋網(wǎng)一般在初噴混凝土終凝之后安設(shè)，施工時(shí)運(yùn)至工作面進(jìn)行敷設(shè)，網(wǎng)片要緊貼初噴面，混凝土保護(hù)層厚度必須滿足設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)片與網(wǎng)片間、網(wǎng)片與錨桿間要焊接牢固。

鋼筋必須經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)性能合格；使用前要作鋼筋除銹和去污處理；鋼筋網(wǎng)節(jié)點(diǎn)與錨桿間采用電焊焊接牢固，網(wǎng)片間用鐵絲扎緊或焊接，在噴射作業(yè)時(shí)不得走動(dòng)；鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)隨混凝土初噴面起伏，并與壁面接觸密實(shí)；復(fù)噴混凝土后，將鋼筋網(wǎng)完全覆蓋，鋼筋網(wǎng)不得外露，而且要有4cm厚保護(hù)層。復(fù)噴后噴混凝土面應(yīng)平整、圓順。

5 格柵鋼架施工

洞身Ⅳ級(jí)圍巖一般支護(hù)采用格柵鋼架錨噴支護(hù)，Ⅳ級(jí)加強(qiáng)以及Ⅴ級(jí)圍巖采用采用工字鋼拱架支護(hù)。拱架支撐施工工藝流程：初噴→中線標(biāo)高測(cè)量→清除底腳浮渣→安裝拱架→隱蔽工程檢查驗(yàn)收→復(fù)噴混凝土。

拱架支撐在洞外按設(shè)計(jì)加工成型，洞內(nèi)安裝在初噴混凝土之后進(jìn)行，與定位系筋、錨桿聯(lián)接。鋼支撐間設(shè)縱向連接筋，拱架支撐間以噴混凝土噴平。拱架支撐拱腳安放在牢固的基礎(chǔ)上，架立時(shí)垂直隧洞中線，鋼架背后必須用噴射混凝土噴實(shí)。

5.1 現(xiàn)場加工制作

拱架支撐按設(shè)計(jì)要求預(yù)先在洞外結(jié)構(gòu)件廠加工成型。先將加工場地用C15混凝土硬化，按設(shè)計(jì)放出1：1的加工大樣。放樣時(shí)根據(jù)工藝要求預(yù)留焊接收縮余量及切割的加工余量。將格柵鋼筋冷彎成形，要求尺寸準(zhǔn)確，弧形圓順。

5.2 拱架支撐架設(shè)工藝要求

為保證拱架支撐設(shè)在穩(wěn)固的地基上，施工中在拱架支撐基腳部位預(yù)留0.15～0.2m原地基；架立拱架支撐時(shí)挖槽就位，軟弱圍巖地段在拱架支撐基腳處設(shè)鎖腳錨桿和墊槽鋼以增加基底承載力。

拱架支撐平面垂直于隧道中線，傾斜度不大于2°。拱架支撐的任何部位偏離鉛垂面不大于5cm。

為保證拱架支撐的穩(wěn)定性、有效性，兩拱腳處和兩邊墻腳處加設(shè)鎖腳錨桿或鎖腳鋼管，鎖腳錨桿由2～4根錨桿組成，鎖腳鋼管采用φ50鋼管。拱架支撐按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，在安設(shè)過程中，當(dāng)拱架支撐和初噴層之間有較大間隙時(shí)設(shè)騎馬墊塊，鋼支撐與圍巖（或墊塊）之間的間隙不大于50mm。

為增強(qiáng)拱架支撐的整體穩(wěn)定性，將拱架支撐與錨桿聯(lián)接在一起。沿鋼支撐設(shè)直徑為ф22mm的縱向連接鋼筋，環(huán)向間距為1m，內(nèi)外側(cè)交叉布置。

拱架支撐架立后盡快噴混凝土，并將拱架支撐全部覆蓋，使拱架支撐與噴混凝土共同受力。噴射混凝土先從拱腳或墻腳處向上噴射以防止上部噴射料虛掩拱腳（墻腳）不密實(shí)，造成強(qiáng)度不夠，拱腳（墻腳）失穩(wěn)。

6.結(jié)語

通過對(duì)以上關(guān)鍵工序進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)控制，九景衢鐵路王剛村隧道初期支護(hù)施工合格率100%，完全滿足了設(shè)計(jì)要求。