公路橋梁隧道工程中噴錨支護(hù)施工技術(shù)

摘要 在我國的交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，路橋隧道是重要的組成部分，工程的施工質(zhì)量與交通安全、車輛行駛的舒適度密切相關(guān)。噴錨支護(hù)施工能夠使一定高度的土體保持直立狀態(tài)，使土體的支擋結(jié)構(gòu)能夠分散車輛荷載，以維持土體的穩(wěn)定性，減少工程出現(xiàn)坍塌等事故。文章以某隧道工程為例，對噴錨支護(hù)施工技術(shù)進(jìn)行概述，通過噴錨支護(hù)施工的多種優(yōu)勢，結(jié)果表明：噴錨支護(hù)施工流程以及在公路橋梁隧道工程中的應(yīng)用具有優(yōu)秀的支護(hù)效果與柔韌性。

關(guān)鍵詞 公路橋梁;隧道;噴錨支護(hù);應(yīng)用

中圖分類號 U455.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0093-03

收稿日期：2022-04-12

作者簡介：余文魁（1970—），男，本科，高級工程師，研究方向：公路橋梁工程及隧道工程施工。

0 引言

噴錨支護(hù)是一種集鋼筋網(wǎng)、錨桿、噴射混凝土三種支護(hù)方式于一體的新型施工技術(shù)，在公路橋梁與隧道等工程的開挖初期支護(hù)中廣泛應(yīng)用，技術(shù)含量高，加固效果好，有效解決了土質(zhì)松散、土質(zhì)結(jié)構(gòu)不良等問題，能夠充分保障施工安全[1-2]。噴錨支護(hù)施工效率高、工藝簡單，具有及時性、可分性、密貼性、柔性等特點，能夠起到良好的穩(wěn)固圍巖的效果，而且成本低、取材方便、安全可靠，應(yīng)用前景十分廣闊。

1 噴錨支護(hù)施工技術(shù)概述

噴錨支護(hù)是一種增強(qiáng)土體強(qiáng)度、維持土體穩(wěn)定的施工技術(shù)，在粉質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化巖、抗剪能力較差的土層中尤為適用，而且施工工藝簡單、成本低廉、效率高、占地面積小，對施工器械的要求不高。噴錨支護(hù)技術(shù)有錨桿、噴射混凝土兩種支護(hù)設(shè)施，前者是一種金屬桿，具有固結(jié)作用，能夠使巖層中形成承載巖拱，用來分擔(dān)外部荷載，把多層水平層巖的巖石連接為一個整體，使之成為一個巖梁，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[3]。后者是利用機(jī)械設(shè)備將混凝土噴射在土體表面，以起到填補(bǔ)裂隙、凹陷的效果，增強(qiáng)土體的穩(wěn)固性，避免土體松動與風(fēng)化，利用土體具備的自承重作用，讓土體和混凝土形成一個整體的承載結(jié)構(gòu)。

圍巖、錨桿與混凝土噴層三部分共同構(gòu)成了噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，能夠有效增強(qiáng)巖體的穩(wěn)定性，避免巖體在施工中出現(xiàn)松動，有效防范安全事故。噴錨支護(hù)具有4個特點：

（1）粘結(jié)性：抗剪力與粘結(jié)面共同將裂縫切割的隧道表面連接在一起，增強(qiáng)巖塊的咬合力，在巖體內(nèi)部嵌入錨桿，進(jìn)一步提高支護(hù)效果，充分發(fā)揮加固作用[4]。

（2）密封性：噴射混凝土的水灰配比較低，抗生性能良好，密封性較強(qiáng)，能夠增強(qiáng)節(jié)理的摩擦力，抑制節(jié)理間填充物流失，起到穩(wěn)固巖層的效果。

（3）經(jīng)濟(jì)性：噴錨支護(hù)的厚度只有傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土支護(hù)體系的1/2～1/3，可節(jié)約10%～15%的巖土開挖量，提高2～4倍的支護(hù)施工速度，節(jié)約大量的支護(hù)施工成本。

（4）靈活性：噴錨支護(hù)的參數(shù)、類型、施工流程都可以根據(jù)工程的具體要求進(jìn)行調(diào)整，以滿足施工需求[5]。

2 噴錨支護(hù)技術(shù)施工前的準(zhǔn)備

2.1 確定材料配合比

噴錨支護(hù)材料的配合比，除了要滿足規(guī)范要求、支護(hù)強(qiáng)度等級之外，還應(yīng)符合施工區(qū)域的氣候特點與地理環(huán)境，以保證混凝土性能符合實際要求，增強(qiáng)混凝土的抗凍能力，降低水化熱。低溫早強(qiáng)噴射混凝土的水灰比約為0.4～0.5，并在反復(fù)實驗中確定混凝土各種原材料的占比。

2.2 確定噴射原料配合比

混凝土原材料主要包括水泥、外加劑、粗細(xì)骨料等，這些原材料的等級性質(zhì)、質(zhì)量均應(yīng)符合規(guī)范要求。粗骨料通常選擇非堿活性的碎石，或者卵石混合物，混合物中不能混入冰雪和雨水。粗骨料的技術(shù)指標(biāo)包括：泥塊含量為0，泥沙含量為0.6%，壓縮指標(biāo)為5.1%～7.6%，堅固性指標(biāo)為2.1%，不具有堿活性。細(xì)骨料則要求堿活性含量0、硬度較強(qiáng)的河砂。水泥選擇含堿量較低、超過32.5R的硅酸鹽水泥，用水量為26.5%，凝固時間1.5 h，終凝時間3.5 h，標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度45.2、抗折強(qiáng)度8.3。

3 噴錨支護(hù)施工流程

3.1 清理開挖基面

對于已經(jīng)出渣，且已經(jīng)完成施工的基面，應(yīng)采用凈空量測的方式，并在基面上標(biāo)準(zhǔn)量測結(jié)果，檢查基面周圍，發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定的巖石，應(yīng)立即清理。做好軟弱地基的維護(hù)，避免開挖施工中地基坍塌，影響基面穩(wěn)定。開挖施工中遇到堅硬部位，應(yīng)靈活調(diào)整施工方案，保證進(jìn)孔尺寸符合要求。

3.2 噴射混凝土

清洗巖壁表面，將粉塵、顆粒等雜物沖刷干凈。用攪拌機(jī)均勻地將水泥、粗細(xì)骨料攪混合在一起，按確定的配比加水，含水量約為20%。正常攪拌混凝土，加入水泥重量5%的速凝劑。第一次噴射混凝土，壓力設(shè)置為0.2～0.4 MPa，采用潮噴方式，避免洞內(nèi)被粉塵污染。把噴射面均勻地分成長度約5 cm的若干份，噴射厚度約3 cm，噴射方向和噴射面之間的夾角控制在10%以內(nèi)，噴射距離0.5～1.0 cm，使用螺旋狀噴頭。

3.3 配套材料和錨桿

F22螺紋鋼管成型后進(jìn)行切割，并設(shè)置錨桿。使用8604型水泥錨固劑錨固錨桿，強(qiáng)度控制在52～56 MPa，固化時間為5～10 min。使用高壓風(fēng)將孔洞內(nèi)的雜物清理干凈，開挖基層鉆孔前，用水充分濕潤錨固劑，使用量約為孔深的2/3，然后用手風(fēng)槍把錨桿放進(jìn)孔內(nèi)并固定，以充分提高錨桿和錨固劑的密實度。使用規(guī)格為100 cm

×200 cm的鋼筋網(wǎng)片，把鋼筋網(wǎng)片和錨桿焊接牢固，裁剪鋼筋網(wǎng)片，使其形狀與噴面相符，然后再鋪設(shè)。噴面和鋼筋網(wǎng)片之間的距離不超過3 cm。配套材料包含格柵，主要材料是規(guī)格為F25的鋼筋，以5根為一組焊接牢固，使用鋼板螺栓把格柵連接起來，尺寸約500 cm。格柵的鋪設(shè)間距約為100 cm，用點焊的方式將5根主筋焊接為一組，連接筋的長度約為110 cm。

初期支護(hù)連續(xù)施工兩層，共同抵御圍巖應(yīng)力，保證支護(hù)體系不會變形。根據(jù)外層鋼架內(nèi)的輪廓大小來確定內(nèi)層鋼架及其半徑。內(nèi)層鋼架首選118型鋼，兩個鋼架之間的距離為4 cm，內(nèi)層鋼架保護(hù)層為3 cm，兩層初期支護(hù)的總厚度為49 cm。雙層支護(hù)體系的制作方法與外層鋼架相同，鎖腳、連接筋、網(wǎng)片的施作方式相同，以維持受力體系的穩(wěn)定。若無法很好地控制變形，則可以將內(nèi)層初支鋼架換成120b型鋼，出于對兩個鋼架之間距離4 cm、內(nèi)層鋼架保護(hù)層厚度3 cm的考慮，更換鋼材型號后，兩層初支的總厚度應(yīng)為51 cm。

4 噴錨支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用

某項隧道工程總長度為3.2 km，隧道中有Ⅱ級、Ⅲ級圍巖，坡度比較平緩。隧道所處的區(qū)域地質(zhì)特點比較復(fù)雜，施工時很容易受到坡度、土體的影響，為避免坍塌事故，保障施工安全，需要采用噴錨支護(hù)施工技術(shù)。施工中應(yīng)盡量減少對周邊環(huán)境的影響，盡可能少的開挖地面，減少挖面的暴露。

4.1 支護(hù)施工前的準(zhǔn)備工作

4.1.1 確定噴射混凝土原料的配合比

首先要考慮施工設(shè)計中的強(qiáng)度等級要求，其次是要考慮施工地區(qū)的氣候特點，比如凍土的特殊性。要想混凝土的抗凍性能達(dá)到施工要求，首先要保證混凝土的抗?jié)B性和早強(qiáng)性，在此基礎(chǔ)上減少水化熱，降低混凝土的回彈率。以低溫早強(qiáng)噴射混凝土為例，配置過程中，水灰比應(yīng)保持0.4～0.5，每立方米的水泥使用量為400～470 kg。嚴(yán)格做好試噴實驗，根據(jù)實驗結(jié)果確定混凝土配合比：水泥（1）：砂（2.33）：碎石（1.62）。

4.1.2 混凝土原材料的質(zhì)量要求

（1）水泥：以32.5R級的普通硅酸鹽水泥為例，技術(shù)指標(biāo)見表1。

（2）粗細(xì)骨料：粗骨料為非堿活性、級配良好的碎石，或者卵石混合物。細(xì)骨料選擇質(zhì)地堅硬的、清潔、級配良好的河砂。粗細(xì)骨料中都不可含有凍結(jié)物。粗骨料碎石的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

（3）外加劑：基于對低溫早強(qiáng)噴射混凝土特點的考慮，此工程選擇多功能復(fù)合外加劑，并進(jìn)行速凝劑配合實驗。多功能復(fù)合外加劑的優(yōu)勢是可以降低混凝土的液相冰點，增強(qiáng)噴射混凝土?xí)r的初期強(qiáng)度，避免混凝土遭受凍害。速凝劑配合實驗可以加速混凝土的硬化，減少回彈損失，讓混凝土更好地適應(yīng)含水或者較為潮濕的巖層環(huán)境。

4.2 噴錨支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用

（1）處理開挖面的圍巖：當(dāng)隧道掌子面完全出渣以后進(jìn)行凈空量測，根據(jù)量測結(jié)果處理危石，欠挖且土質(zhì)比較松軟的區(qū)域，采用人工開挖方式。地質(zhì)堅硬的地段采用補(bǔ)炮處理，保證凈空尺寸滿足設(shè)計要求。

（2）施工材料：使用425#的普通硅酸鹽水泥;細(xì)骨料為天然黃砂（含砂率<50%、含泥量<3%）;粗骨料尺寸0.5～1 cm。經(jīng)試驗檢驗，各種施工材料的指標(biāo)均符合設(shè)計要求。速凝劑為RH型，摻入量為水泥重量的5%，初凝與終凝時間分別為5 min、8 min?；炷恋幕貜椓颗c水灰比密切相關(guān)，若無特殊要求，以0.48的水灰比為宜，可以達(dá)到理想的噴射效果。

（3）混凝土初噴：施工選擇BZ-5混凝土噴射機(jī)，壓力設(shè)置0.2～0.4 MPa。初噴施工中，采用潮噴方式能夠減少洞內(nèi)的粉塵污染。噴射混凝土之前沖刷巖壁，清理巖壁上的雜物，用攪拌機(jī)按照確定的配合比，均勻攪拌水泥、粗骨料、細(xì)骨料等混凝土原料，加入20%左右的水。攪拌均勻后，把混凝土運送到噴射機(jī)前，一邊人工拌和，一邊加入速凝劑（約占水泥總量的5%）。按照從下到上，分片、分段的方式噴射混凝土，每段長度約6 cm，噴頭為螺旋形，噴射式，噴頭與噴面保持0.6～1.0 cm的距離，噴射厚度3 cm左右。

（4）設(shè)置錨桿、掛網(wǎng)、鋼格柵：循環(huán)出渣和初噴混凝土之后，需要布置錨桿，錨桿材料為Ф22螺紋鋼，提前在加工廠切割成型。錨固劑選擇8604型水泥錨固劑，強(qiáng)度52～56 MPa，固化時間5～10 min。鉆眼施工結(jié)束后，使用高風(fēng)壓清理孔洞，把濕潤后的錨固劑置入孔洞，置入深度為2/3，然后用手風(fēng)槍把錨桿送入孔洞，固定牢固，讓錨桿和錨固劑充分結(jié)合。選擇Ф8圓鋼作為制作鋼筋網(wǎng)片的原材料，尺寸100 cm×200 cm。網(wǎng)片和錨桿之間焊接牢固，隨著噴面的起伏鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，噴射間隙控制在3 cm以內(nèi)。格柵主筋材料為Ф25鋼筋，每榀格柵尺寸500 cm，使用鋼筋螺栓連接，鋼筋之間相互焊接。鋼格柵材料為Ф25螺紋鋼，格柵間距100 cm，兩榀格柵的連接筋長約108 cm，用點焊將其和4根主筋焊接在一起，在格柵的拱腳架處鋪設(shè)墊板，墊板要低于導(dǎo)坑地面20 cm，并和隧道中線保持垂直。

（5）混凝土復(fù)噴：復(fù)噴的工序、噴射方法、噴射方向、噴頭和噴面的距離、噴射厚度與初噴基本一致。復(fù)噴在錨桿支護(hù)、鋼筋網(wǎng)、鋼格柵施工完成后進(jìn)行。

（6）施工質(zhì)量控制：嚴(yán)格控制外加劑的使用量與質(zhì)量;檢測水溫、骨料溫度、噴射混凝土?xí)r的環(huán)境溫度。在混凝土配合比因外界因素的影響而發(fā)生改變時，需要重新檢測，同時還要檢查各種抗?jié)B、抗凍試件的質(zhì)量。

5 噴錨支護(hù)施工的優(yōu)勢

（1）增強(qiáng)與加固圍巖的二次強(qiáng)度：開挖洞室后很短的時間內(nèi)立刻噴射薄薄的一層混凝土，封閉圍巖，將圍巖與空氣隔絕，避免圍巖風(fēng)化，防止巖體強(qiáng)度因風(fēng)化作用而迅速下降。速凝劑的應(yīng)用能夠增強(qiáng)噴射混凝土的初期強(qiáng)度，在圍巖被破壞之前提供支護(hù)能力，控制圍巖的變形，讓巖體結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)力盡量不發(fā)生改變，以增強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定性。

（2）混凝土通過高壓射流噴射后，部分砂漿被噴到巖體的結(jié)構(gòu)面，讓原本聯(lián)系較弱甚至無任何聯(lián)系的巖塊結(jié)合為整體。錨桿從各個角度穿過結(jié)構(gòu)面，使其抗剪與抗拉能力得到提升。錨桿、噴層所提供的約束力與支護(hù)力，讓圍巖的受力情況得到優(yōu)化——從二向受力轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴芰?，增?qiáng)了圍巖的穩(wěn)定性。

（3）石洞開挖后，圍巖會形成二次應(yīng)力，即徑向應(yīng)力減小或者消失，切向應(yīng)力增加。此為一向應(yīng)力解除與集中狀態(tài)，也是洞室穩(wěn)定性被破壞的原因。噴錨支護(hù)具有兩大特點：其一是及時性，可爭取更多的時間;其二是柔性，可提供有效的支護(hù)力，降低圍巖的蠕變速度。在蠕變過程中有控制地釋放部分能量，然后再利用塑性把另一部分能量轉(zhuǎn)到深部巖體中。采用噴錨支護(hù)施工，能夠在圍巖受到破壞前進(jìn)行加固，控制了圍巖受到的破壞程度，為調(diào)整二次應(yīng)力掙取了更多時間。然后再利用噴錨支護(hù)的柔性以適應(yīng)圍巖的蠕變狀態(tài)，隨著變形的發(fā)展，噴層的徑向抗力與切向抗力不斷增加，兩種力共同支護(hù)圍巖，進(jìn)一步延緩其變形速度，為更好地利用巖體塑性創(chuàng)造了有利條件。圍巖的塑性讓應(yīng)力隨著時間而持續(xù)調(diào)整，過于集中的二次應(yīng)力會逐漸分散，在二次應(yīng)力大于二次強(qiáng)度的情況下，會使洞室周圍將更大的切向應(yīng)力轉(zhuǎn)移至深部巖體，深部圍巖具有良好的承載能力，有效緩解了噴錨支護(hù)的負(fù)擔(dān)。

6 結(jié)束語

綜上所述，路橋隧道工程的施工環(huán)境比較復(fù)雜，經(jīng)常遇到不良地質(zhì)或者惡劣天氣，不僅施工量大、施工強(qiáng)度高，而且還潛藏了各種施工風(fēng)險，對施工技術(shù)與施工人員的綜合能力提出嚴(yán)峻考驗。噴錨支護(hù)施工在公路、橋梁、隧道工程中的應(yīng)用非常廣泛，具有優(yōu)秀的支護(hù)效果與柔韌性，充分保障了施工安全，提高了工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。施工人員在規(guī)范應(yīng)用施工技術(shù)、落實施工流程的同時，還應(yīng)嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，以延長工程的使用壽命。

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