淺談張呼鐵路劉家隧道初期支護(hù)施工

楊峰

摘 要：本文結(jié)合新建張（家口）至呼（和浩特）鐵路劉家隧道具體施工實(shí)踐，就西部地區(qū)鐵路長大隧道初期支護(hù)施工的關(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

由中鐵十九局集團(tuán)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(cè)，臨近G110國道和京藏高速公路，地勢起伏較大。隧道進(jìn)口里程為DK135+210，出口里程DK137+246，全長2036m，本隧道最大埋深80m。進(jìn)口左線內(nèi)軌頂面高程1412.683m，出口左線內(nèi)軌頂面高程1371.963 m。

該隧道從掘進(jìn)口按：測量放線（地質(zhì)預(yù)報(bào)）→鉆爆→出渣、運(yùn)輸→支護(hù)→仰拱或鋪底→防水層鋪設(shè)→模筑二襯混凝土→水溝、電纜槽及附屬工程，當(dāng)洞身掘進(jìn)一段并完成一段洞身襯砌后，在晴好季節(jié)及時安排施作洞門，洞口地質(zhì)條件較差時施工完洞口段明洞后再進(jìn)行暗洞開挖施工?，F(xiàn)就該隧道初期支護(hù)施工進(jìn)行介紹。

隧道初期支護(hù)由噴射混凝土、掛鋼筋網(wǎng)、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(hù)施工程序：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)→開挖→初噴混凝土→施工放樣→安裝鋼架及掛鋼筋網(wǎng)→施作系統(tǒng)錨桿→噴謝混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)厚度→監(jiān)控測量→反饋、調(diào)整確定支護(hù)參數(shù)。

1.砂漿錨桿

砂漿錨桿施工工藝流程：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、固定桿體→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，間距不大于桿長的二分之一，系統(tǒng)錨桿呈梅花形布置。

砂漿錨桿采用錨桿鉆機(jī)或風(fēng)動鑿巖機(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%。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(zhǔn)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(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：1：0.3～0.4，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(shù)，在洞外由混凝土拌和站拌好，通過混凝土攪拌運(yùn)輸車向洞內(nèi)送料，空壓機(jī)供風(fēng)。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(jiān)硬、干凈的中、粗砂，符合國家二級篩分標(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，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，使?jié)駠娀炷猎诩铀枯^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(chǎn)物作用生成不溶性凝膠，阻塞混凝土的毛細(xì)管道，同時該凝膠所產(chǎn)生的微膨脹性還可部分抵消混凝土硬化所產(chǎn)生的干縮；速凝劑的作用主要是當(dāng)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(fā)揮噴混凝土的早強(qiáng)作用，盡快形成支護(hù)能力，保證結(jié)構(gòu)的安全，使用液態(tài)速凝劑；加入硅粉主要是提高混凝土的抗?jié)B性和耐久性。

速凝劑、減水劑、粘稠劑等外加劑均選擇質(zhì)優(yōu)、性能優(yōu)良的產(chǎn)品。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)，使用中初凝時間應(yīng)小于5min，終凝時間小于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)。

混凝土噴射機(jī)安裝調(diào)試好后，在料斗上安裝振動篩（篩孔10mm），以避免超粒徑骨料進(jìn)入噴射機(jī)；噴射前首先要對巖面進(jìn)行修整，清除松動巖塊，對個別欠挖突出部分進(jìn)行鑿除、對個別超挖部分用噴射混凝土噴混補(bǔ)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(fēng)清掃巖面；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。

混凝土噴射送風(fēng)之前先打開計(jì)量泵（此時噴嘴朝下，以免速凝劑流入輸送管內(nèi)），以免高壓混凝土拌和物堵塞速凝劑環(huán)噴射孔；送風(fēng)后調(diào)整風(fēng)壓，控制在0.15～0.2MPa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?？砂椿炷粱貜椓看笮?、表面濕潤易粘著力度來掌握。噴射壓力根據(jù)噴射儀表反饋的信息及時調(diào)整風(fēng)壓和計(jì)量泵，控制好速凝劑摻量。

為保證噴射混凝土的厚度和質(zhì)量，噴射混凝土分二次完成，即初噴和復(fù)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(yùn)輸。

初噴在刷幫、找頂后進(jìn)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(hù)。

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)行的。采用濕噴工藝，由噴射機(jī)械手施工。采用濕噴工藝可以減小回彈量及粉塵，減少環(huán)境污染。

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，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，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(guī)定灑水養(yǎng)生?；貜椓康亩嗌偃Q于混凝土的稠度、速凝劑的使用、噴射技術(shù)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(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。在實(shí)際工作中盡快摸索掌握有關(guān)工作風(fēng)壓、噴射距離、送料速度三者之間的最佳參數(shù)值，使噴射的混凝土密實(shí)、穩(wěn)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(jié)語

通過對以上關(guān)鍵工序進(jìn)行了嚴(yán)格的技術(shù)控制，中鐵十九局集團(tuán)六公司承建的張呼鐵路劉家隧道初期支護(hù)施工合格率達(dá)100%，優(yōu)良率98%，完全滿足了設(shè)計(jì)要求。