隧道初期支護施工技術

簡介：隧道施工過程中，隧道初期支護可快速封閉圍巖，避免圍巖長期封閉 ，風化、水化和坍塌受水和空氣的影響。隧道初期支護是保證施工安全的關鍵。它能充分發揮圍巖本身的承載能力，與二次襯砌形成結構承載能力。本專題將結合《公路隧道施工技術規范》，根據隧道不同圍巖等級涉及的不同支護方法JTG F60-2009詳細說明隧道支護施工。

關鍵詞： 超前支護 隧道初期支護 二次襯砌

隧道圍巖等級：

根據《公路隧道設計規范》JTG D70-2004將巖石硬度、巖體完整性和隧道各級圍巖自穩性分為六級……詳細見word說明

隧道初期支護及二次襯砌的作用：

與圍巖一起形成一個安全性足夠的隧道結構系統，能夠承受各種可能的荷載；保持隧道斷面凈空；防止圍巖質量進一步惡化；為空氣循環提供光滑的表面。因此，任何類型的支撐結構都應具有適合上述功能的結構、機械特性和施工的可能性。

主要的支護方式有：

先進支護、初始支護、二次襯砌支護。

第一部分：隧道預支護施工

?提前支護時，確保隧道安全進入洞穴，進入洞穴后確保洞穴安全。提前支護，也稱為預支護，對確保我們的安全尤為重要。提前支護包括：提前管棚、提前小導管、提前錨桿等。

隧道預支護-管棚支護

采用導向架，沿開挖外輪廓線，將鋼管插入開挖前方，形成開挖前圍巖的預支撐。管棚施工工藝包括管棚鉆機工作室、導墻施工、平臺、鉆機安裝、管棚鋼管安裝、灌漿。

隧道先進支護-先進小導管灌漿支護

開挖前，用噴混凝土封閉開挖面和隧道一定范圍內的位置，然后封閉隧道拱的輪廓 帶孔的鋼管，灌漿到鋼管中，漿液通過導管滲入地層，在隧道拱形成固結，加固圍巖。先進的小導管適用于自穩定時間短的弱破碎帶、淺埋段、孔偏壓段、砂層段、砂卵石段、斷層破碎帶的預支護。

隧道先進支護-先進錨桿支護

沿開挖輪廓線進入開挖工作面，形成對前圍巖的預支撐。主要適用于圍巖應力小、地下水少、巖體弱、破碎、開挖面可能坍塌的隧道。

以下先進支護施工技術說明書

管棚支護施工的適用范圍是什么？

根據國內外施工實踐，結合我國地下工程管棚支護應用的實際情況，管棚支護可適用于地質和地下水條件豐富的地下結構施工的支護，如軟砂土地層、砂礫石地層、膨脹軟流塑、硬可塑粉粘土地層、裂縫發育巖體、突泥突水段、斷層破碎帶、坍塌段、破碎土堆場、淺埋大偏壓等。也主要用于地鐵等城市地下工程的開挖和預支護，可作為現有建筑、公路、鐵路、地下結構下隧道的輔助方法；作為隧道開口段、大截面隧道施工的輔助方法和其他施工的輔助方法，也常用于淺埋但不適合開挖區域或淺埋隧道、建筑物表面或隧道接近地下結構的工程。

管棚支護施工的主要設計參數是什么？

管棚支護的設計參數主要包括：鋼管直徑、長度、間距、仰角、水平搭接長度、鋼架間距、灌漿參數等。當需要增加鋼管的強度和剛度時，可在管道內設置鋼籠，然后用水泥砂漿填充。我國《鐵路隧道施工規范》規定，管棚鋼管直徑應為φ70-φ127mm；鋼管中心間距應為管徑的2-3倍；管棚長度應根據地層情況選擇，不小于10m；縱向兩組管棚的搭接長度應大于3m。管棚支護參數可按工程類比法確定，施工時可根據實際情況進行調整。

如何確定管棚鋼管的環向間距？

沿隧道開挖輪廓等間距設置管棚的常規方法不科學，應根據不同情況合理設計。根據滑坡體的松動、開挖難度和施工效果，鋼拱布置間距可在40-80之間cm在特殊情況下，調整范圍內的選擇需要加密。根據對工程實例的地質條件、工程截面尺寸、埋深等影響因素的總結和比較，得出以下經驗結論，可用于地下工程支護的施工依據：

棚鋼管的直徑范圍一般為φ70-180mm，管棚支護可按管徑分為小管棚、中管棚、大管棚。小管棚管徑一般為φ32~50mm管徑多用于范圍內φ42mm管長3的鋼管.5-5m環向間距一般為0.3-0.4m，1-1水平搭接長度.5m。中管棚管徑一般為φ50-φ89mm管長一般不超過20m，環向間距一般為0.3-0.4m，1-2水平搭接長度m。一般可選擇大管棚φ89-φ159mm常用管徑的鋼管φ108mm，管長不超過40m為宜，鋼管一般分節長4m或6m，用絲扣連接，絲扣長度不小于150mm，管徑一般不大于3-5倍。

如何控制隧道預支護施工中管棚鉆孔的軌跡？

管棚鋼管鉆孔一旦出現孔斜或超過設計允許偏差，會阻礙相鄰鋼管的鉆孔，導致孔體形狀不均勻，支撐效果差；如果鋼管下沉到一定程度，開挖時需要拆除，導致間隔增加，容易坍塌。為此，鉆孔時可采用中壓給進、中速、中循環液鉆孔；鉆孔平面誤差徑向應控制在20cm角度誤差小于1°避免管棚鋼管因孔徑過大而向下彎曲。在實際施工中，水平鉆孔彎曲一般難以避免，因此，除了提高管棚的定位精度外，還可以給予適當的上升量（根據現場地質條件確定），以補償部分鉆孔下垂量。

如何確定管棚鋼管的環向間距？

沿隧道開挖輪廓等間距設置管棚的常規方法不科學，應根據不同情況合理設計。根據滑坡體的松動、開挖難度和施工效果，鋼拱布置間距可在40-80之間cm在特殊情況下，調整范圍內的選擇需要加密。根據對工程實例的地質條件、工程截面尺寸、埋深等影響因素的總結和比較，得出以下經驗結論，可用于地下工程支護的施工依據：

棚鋼管的直徑范圍一般為φ70-180mm，管棚支護可按管徑分為小管棚、中管棚、大管棚。小管棚管徑一般為φ32~50mm管徑多用于范圍內φ42mm管長3的鋼管.5-5m環向間距一般為0.3-0.4m，1-1水平搭接長度.5m。中管棚管徑一般為φ50-φ89mm管長一般不超過20m，環向間距一般為0.3-0.4m，1-2水平搭接長度m。一般可選擇大管棚φ89-φ159mm常用管徑的鋼管φ108mm，管長不超過40m為宜，鋼管一般分節長4m或6m，用絲扣連接，絲扣長度不小于150mm，管徑一般不大于3-5倍。

如何控制隧道預支護施工中管棚鉆孔的軌跡？

管棚鋼管鉆孔一旦出現孔斜或超過設計允許偏差，會阻礙相鄰鋼管的鉆孔，導致孔體形狀不均勻，支撐效果差；如果鋼管下沉到一定程度，開挖時需要拆除，導致間隔增加，容易坍塌。為此，鉆孔時可采用中壓給進、中速、中循環液鉆孔；鉆孔平面誤差徑向應控制在20cm角度誤差小于1°避免管棚鋼管因孔徑過大而向下彎曲。在實際施工中，水平鉆孔彎曲一般難以避免，因此，除了提高管棚的定位精度外，還可以給予適當的上升量（根據現場地質條件確定），以補償部分鉆孔下垂量。

隧道預支施工中如何安裝管棚鋼管？

管棚鋼管程中，應派專人對管棚鋼管進行連接和加長。管棚連接時，確保管棚中線在同一軸線上，順線擰緊，無變形，連接頭與管棚鋼管線扣緊密結合，無不同軸和偏心。考慮到鋼管受力、整體結構和施工方便，同段鋼管接頭數量一般不超過50%，相鄰鋼管接頭位置至少錯開1m，常用的方法是按奇、偶編號鋼管，保證鋼管接頭錯開，鋼管接頭用絲扣連接。鋼管的分段長度一般為4m到6m，梅花加工梅花透漿孔，管棚可手動或機械安裝。

隧道預支施工中如何灌漿管棚？

管棚灌漿是管棚施工的關鍵環節之一，灌漿效果也影響了整個管棚系統的施工質量。因此，灌漿應根據地質條件選擇合適的漿液、壓力和合理的流量。在灌漿過程中，如果壓力小，則無法注入。如果壓力過大，會導致地面鼓包和裂縫，影響城市淺埋地段的地面建筑。灌漿時，一般采用低壓、中流量注入，灌漿過程壓力逐漸升高，灌漿流量逐漸減少；當壓力升至較終壓力時，繼續壓5min，灌漿結束。

為保證施工質量，應在實際灌漿施工前進行現場原位注入試驗，確定較佳灌漿參數，指導灌漿效果。為防止坍塌或灌漿孔，可在孔位鉆孔，增加孔與孔之間的距離，在灌漿凝固后鉆孔，有效保證鉆孔和灌漿質量，管棚和灌漿混凝土形成厚拱，實現管棚縱向梁、橫向拱的承載作用。

隧道提前支護施工中如何使用提前小導管進行灌漿施工？

采用先進的小導管Φ42mm，壁厚3.5mm無縫鋼管。鋼管進入巖石部分梅花布局Φ6mm灌漿孔間距12cm。導管前端加工成尖錐形，尾部焊接Φ6.5.加強強筋。液壓灌漿機用于灌漿機。施工時，用儀器測量放線，畫出開挖外輪廓線，確定小導管中心線的位置。鉆孔時，導管的孔深應大于導管的長度；錘擊或鉆機頂入時，頂入長度不小于管長的90%。液壓灌漿機用于灌漿。灌漿前應噴涂混凝土封閉作業面，防止漏漿，噴涂層厚度不小于5cm。導管灌漿時，尾部應設置封堵，灌漿時應設置封堵孔和排氣孔。灌漿時，排氣孔出漿后應立即停止灌漿。

錨桿施工在隧道提前支護施工中應注意什么？

①孔位按設計布置，偏差小于10cm，孔深誤差±10cm。鉆直徑大于錨直徑15mm。錨桿插入長度不小于設計長度。

②鉆孔本身是直線，不彎曲。方向沿隧道周圍徑向，但不平行于巖面。

③錨桿施工時，同時預埋格柵鋼架的定位錨桿。插入錨桿后不得隨意敲擊，三天內不得懸掛重物。

④灌孔前，用高壓風清除孔內積水、巖粉、碎屑等雜物。

⑤灌漿罐和灌漿管用于灌漿，孔口壓力小于0.4MPa。沿錨桿孔灌漿，直至孔口有漿液流出。砂漿隨時使用，砂漿初凝前使用

⑥每100根錨桿隨機抽樣三根，進行拉拔試驗，了解錨桿的錨固質量。

隧道預支護相關工程案例：

隧道入口先進支護施工方案、隧道先進錨桿支護施工方案、隧道先進小導管施工技術方案、隧道進口先進管棚支護是工程方案。

第二部分:隧道初期支護施工技術

隧道初始支護是由噴射混凝土、錨桿、鋼架組成的聯合支護系統，是隧道襯砌的主要施工步驟。

噴混凝土施工要點：

噴涂混凝土應具有必要的早期強度，以盡快支撐圍巖拱，24小時抗壓強度不得低于10MPa。噴混凝土應具有足夠的后期強度，強度等級不得低于C25.與圍巖應具有足夠的粘附強度，使噴涂混凝土和圍巖盡快形成一個整體，防止圍巖松動，與圍巖的粘結強度不得低于0.5MPa。

采用鋼筋網噴混凝土，增強噴混凝土的抗剪強度，提高附著力。

噴混凝土施工要求：

噴涂混凝土應采用濕噴涂工藝。濕噴涂法噴涂混合物進入噴射機前，按規定加水均勻混合。因此，干噴涂工藝具有水灰比能準確控制、水泥水化、施工粉塵小、回彈少、混凝土均勻性好、強度高的優點。

噴涂混凝土必須與巖面密封，不得有空洞，以確保良好的共同應力狀態

噴混凝土必須快速及時施工。

圍巖錨桿施工要點：

錨桿的布置一般沿孔室周圍徑向均勻布置，必要時在底部加錨桿；為保證加固厚度，錨桿長度與間距比一般為2:1；為防止錨桿間圍巖坍塌，還應配合網噴混凝土，噴涂層主要承擔錨桿間局部坍塌荷載。

圍巖錨桿施工要求：

錨桿錨固可靠，全長粘結；墊板應使用，墊板應靠近巖面。

鋼拱施工要點：

格柵鋼架一般采用工字鋼或八字結形連接鋼筋；鋼架間距一般為0.6～1.0m。為了提高鋼架的完整性，應在每個鋼架之間設置縱向連接構件。鋼拱拱腳和墻腳應控制鋼架的位移和下沉。

鋼拱施工要求：

接頭是整個鋼框架的薄弱環節，必須加強；鋼框架應直立安裝，混凝土預制塊應與圍巖頂緊密相連；型鋼框架應預留灌漿孔，噴涂混凝土層后及時回填灌漿，確保與圍巖緊密相連；分支開挖鋼框架長時，注意防止不穩定。

二次襯：

一是承載，二是安全儲備，保證運行安全。

二次襯砌施工要點：

原則上，應及時進行二次襯砌。弱圍巖二次襯砌應帶仰拱，與邊墻順暢連接，減少應力集中。為了達到設計目的，軟弱圍巖二次襯砌施工要求做到：二次襯砌應先施工仰拱，分段整體澆注 。二次襯砌背后空洞應回填密實。

以下隧道初期支護施工技術說明：

隧道初期支護鋼拱架施工應做到？

接頭是整個鋼架的薄弱環節，必須加強;

鋼架應直立安裝，并用混凝土預制塊與圍巖頂緊；

型鋼鋼架應預留注漿孔，及時對噴混凝土層后回填注漿，保證與圍巖密貼；

分部開挖鋼架落底接長時，要注意防止失穩。

隧道初期支護鋼拱架的施工要點是什么？

一般采用工字鋼，或“八字結”形聯系鋼筋的格柵鋼架；

鋼拱架間距一般為0.6～1.0m。

為增加鋼拱架的整體性，每榀鋼架間應設縱向連接構件；

鋼拱架拱腳及墻腳應有控制鋼架位移和下沉的措施。

隧道初期支護噴射混凝土的施工要點是什么？

噴射混凝土應具有必要的早期強度，以盡快對圍巖提拱支承力，24小時抗壓強度不應低于10MPa。

噴混凝土應有足夠的后期強度，強度等級不應低于C25。與圍巖應具有足夠的粘附強度，使噴混凝土與圍巖盡快形成整體，阻止圍巖松動下滑，與圍巖的粘結強度不應低于0.5MPa。

軟弱圍巖采用鋼筋網噴混凝土，增強噴混凝土的抗剪強度、提高粘附性。

圍巖中錨桿在隧道初期支護中的作用是什么？

在圍巖中單憑噴射混凝土往往難以抵抗圍巖的巨大形變壓力，不能有效地保證支護的可靠性。在這種情況下，需要將噴射混凝土與錨桿聯合使用，并把錨桿作為主要的支護措施。

圍巖中錨桿的主要作用是通過形成具有一定厚度的“加固圈”來“加固圍巖”。 “加固圈”承擔外層圍巖傳來的荷載，使得最后傳到噴射混凝土層的荷載大為減小。

隧道初期支護中，圍巖錨桿施工要點是什么？

錨桿的布置一般沿洞室周邊徑向均勻布置，必要時底部也要加錨桿；

為保證加固帶有一定厚度，錨桿的長度與間距之比一般為2:1；

為防止錨桿間圍巖坍落，還應配合網噴混凝土，噴層主要承擔錨桿間的局部坍塌荷載；

隧道初期支護，軟弱圍巖錨桿施工中應做到什么？

錨桿錨固可靠，全長粘結；

要用墊板，且墊板要求與巖面緊貼。

隧道初期支護中鋼拱架的作用是什么？

鋼拱架的作用有四點：

一是噴混凝土發揮作用前支撐圍巖；

二是對噴射混凝土進行補強；

三是作為超前支護的支點；

四是與錨桿、噴射混凝 同發揮初期支護的作用。

隧道初期支護中鋼拱架的適用范圍是什么?

鋼拱架的較大特點是剛度大，架設后能夠立即承載受力。因此，多用于軟弱破碎或土質圍巖中，需要控制圍巖變形迅速發展的場合。如淺埋、偏壓及土層隧道等。

隧道二襯混凝土露筋原因有哪些？

（1）鋼筋骨架放偏，沒有鋼筋墊塊或墊塊數量放置不夠，位置不正確，致使鋼筋緊貼模板而外露。

（2）粗骨料粒徑大于鋼筋間距，或者雜物在鋼筋骨架中被擱住，同時又混凝土漏振，形成嚴重蜂窩和孔洞而使鋼筋外露。

（3）混凝土泵管、振動棒等機械的反復沖擊、工人踩踏或振動器碰觸鋼筋，引起鋼筋變形位移而外露。

（4）混凝土配合比不當，產生離析，靠模板部位缺漿或模板嚴重漏漿；

（5）木模板未澆水濕潤，吸水粘結或拆模過早，拆模時缺棱掉角，導致露筋。

隧道二襯混凝土表面出現露筋的處理措施是什么？

避免表面露筋的有效措施是使用高度責任感的工人，提高工人的質量意識，加強監控力度，保證鋼筋布位準確，綁扎牢靠，保護層墊塊安置穩固，在混凝土澆筑過程中操作細致。如果表面出現露筋，首先應分析露筋的原因和嚴重程度，再考慮修補所要達到的目的。修補后不得影響混凝土結構的強度和使用。

露筋的修補一般都是先用鋸切槽，劃定需要處理的范圍，形成整齊而規則的邊緣，再用沖擊工具對處理范圍內疏松混凝土進行清除。

（1）拆模后發現部位較淺的露筋缺陷（表面漏筋），須盡快進行修補。先用鋼絲刷洗刷基層，充分濕潤后用1:2～1:2.5水泥砂漿抹灰，抹灰厚度在1.5～2.5cm之間，并注意結構表面的平整度和后期養護。

（2）如果露筋較深，應將薄弱的混凝土和突出的顆粒鑿去，洗刷干凈后，用比原來高一強度等級的細石混凝土填塞密實，或采用噴射混凝土工藝或壓力灌漿技術進行修補，并認真養護。

隧道二襯混凝土出現麻面的處理措施是什么？

先將麻面處鑿除到密實處，用清水清理干凈，再用噴壺向混凝土表面噴水直至吸水飽和，將配置好的水泥干灰均勻涂抹在表面，此過程應反復進行，直至有缺陷的地方全部被水泥灰覆蓋。待24h凝固后用鏝刀將凸出于襯砌面得水泥灰清除，然后按照涂抹水泥灰方法進行細部的修復，保證混凝土表面平順、密實。

用水泥灰修復的具體操作過程如下：

1、首先是調配水泥灰。一般情況下，黑、白水泥的配比采用5:2的比例，可摻入石粉或雙飛粉。用噴壺對調制好配比的水泥灰進行層層灑水，保證握在手里成團，放手后能松散開。

2、用水把需要修補的部分充分濕潤，待兩個小時后即可修復。戴號橡膠水套，將水泥灰握于掌心，對著麻面進行涂抹填充。填充時要保證一定的力度，先是順時針方向，后轉換為逆時針方向對同一處麻面進行揉搓，反復進行，直至麻面內填充密實，密實的概念是用手指對著缺陷處按壓時，不出現深度的凹陷。

3.處理完一處面積后，用手背（不能用手指）對修復過的混凝土表面進行拂掃，撫平應按從上而下的方向進行，其目的一是消除因涂抹形成的不均勻的痕跡，使顏色和線條一致。

4.另外，對于局部凸出混凝土面得濕潤水泥灰應該用鏝刀鏟平。

隧道二襯混凝土出現裂縫的主要原因是什么？

（1）混凝土溫控措施不到位；

（2）養護不到位；

（3）有外力作用于混凝土結構，如受爆破震動影響或基礎不均勻沉降等。

隧道二襯混凝土拆模之后出現蜂窩缺陷的主要原因是什么？

（1）模板安裝不密實，局部漏漿嚴重。或模板表現不光滑、漏刷隔離劑、未澆水濕潤而引起模板吸水、黏結砂漿等。

（2）混凝土拌合物配合比設計不當，水泥、水、砂、石子等計量不準，造成砂漿少，石子多。

（3）新拌混凝土和易性差，嚴重離析，砂漿石子分離，或新拌混凝土流動度太小，粗骨料太大，配筋間距過密，加之又漏振、振搗不實、振搗時間不夠等。

（4）混凝土下料不當（未分層下料、分層振搗）或下料過高，未設串筒、溜槽而使石子集中，造成石子砂漿離析。

（5）輸送到施工層面的砼料偏干時，工人直接向砼料隨意大量沖水，將砂石洗得干干凈凈，水泥漿大量流走。

隧道二襯混凝土出現蜂窩的處理措施是什么？

1.對于小蜂窩：用鏝刀將調好的砂漿壓入蜂窩面，同時刮掉多余的砂漿：注意養護，待修補的砂漿達到一定強度后，使用角磨機打磨一遍；對于要求較高的地方可用砂紙進行打磨。

2.對于大一點的蜂窩：先鑿去蜂窩處薄弱松散的混凝土和突出的顆粒，用鋼絲刷洗刷干凈后支模，再用高一強度的等級的細石混凝土（粒徑10-20mm）仔細強力填塞搗實，并認真養護。對較深的蜂窩，影響承載力而又難于清除時，可埋壓漿管、排氣管，表面砂漿或澆筑混凝土封閉后，在放水泥砂漿。把蜂窩的實在包裹起來，填滿縫隙結成整體，必要時可進行水泥灌漿處理。

隧道二襯混凝土出現空洞的主要原因是什么？

（1）在鋼筋較密的部位或預留孔洞和預埋件處，混凝土下料被擱住，未振搗就繼續澆注上層混凝土。

（2）混凝土離析，砂漿分離，石子成堆，嚴重跑漿，又未進行振搗，或者豎向結構干硬性混凝土一次下料過多、過厚，下料過高，振搗器振動不到，形成松散孔洞。

（3）混凝土包含水、泥土或其他雜物。

隧道二襯混凝土出現孔洞應該怎么處理？

孔洞修補方法：

1.先將孔洞鑿去松散部分，使其形成規則形狀；

2.用鋼絲刷將破損處得塵土，碎屑清除；3.用壓縮空氣吹干凈修補面；4、用水沖洗修補面，使修補面周邊混凝土充分濕潤。

5.填上所選擇的修補材料，振搗、壓實。抹平。推薦可選擇的材料有:HGM高強無收縮灌漿料、HGM100無收縮環氧灌漿料等；

6.按所用材料的要求進行養護。

隧道二次襯砌的施工要點是什么？為達到設計目的，軟弱圍巖二次襯砌施工要求做到哪些？

二次襯砌原則上應適時施做。

軟弱圍巖二次襯砌應帶仰拱，與邊墻應圓順連接，減少應力集中。

軟弱圍巖二次襯砌施工要求做到：

二次襯砌應先施工仰拱，分段整體澆注。

二次襯砌背后空洞應回填密實。

隧道初期之后相關工程實例：

隧道襯砌噴射混泥土支護施工方案，隧道錨桿支護施工方案，隧道鋼拱架加工及安裝方案技術交底，隧道二襯砌施工方案。