隧道初期支护施工技术

简介：隧道施工过程中，隧道初期支护可快速封闭围岩，避免围岩长期封闭 ，风化、水化和坍塌受水和空气的影响。隧道初期支护是保证施工安全的关键。它能充分发挥围岩本身的承载能力，与二次衬砌形成结构承载能力。本专题将结合《公路隧道施工技术规范》，根据隧道不同围岩等级涉及的不同支护方法JTG F60-2009详细说明隧道支护施工。

关键词： 超前支护 隧道初期支护 二次衬砌

隧道围岩等级：

根据《公路隧道设计规范》JTG D70-2004将岩石硬度、岩体完整性和隧道各级围岩自稳性分为六级……详细见word说明

隧道初期支护及二次衬砌的作用：

与围岩一起形成一个安全性足够的隧道结构系统，能够承受各种可能的荷载；保持隧道断面净空；防止围岩质量进一步恶化；为空气循环提供光滑的表面。因此，任何类型的支撑结构都应具有适合上述功能的结构、机械特性和施工的可能性。

主要的支护方式有：

先进支护、初始支护、二次衬砌支护。

第一部分：隧道预支护施工

☞提前支护时，确保隧道安全进入洞穴，进入洞穴后确保洞穴安全。提前支护，也称为预支护，对确保我们的安全尤为重要。提前支护包括：提前管棚、提前小导管、提前锚杆等。

隧道预支护-管棚支护

采用导向架，沿开挖外轮廓线，将钢管插入开挖前方，形成开挖前围岩的预支撑。管棚施工工艺包括管棚钻机工作室、导墙施工、平台、钻机安装、管棚钢管安装、灌浆。

隧道先进支护-先进小导管灌浆支护

开挖前，用喷混凝土封闭开挖面和隧道一定范围内的位置，然后封闭隧道拱的轮廓 带孔的钢管，灌浆到钢管中，浆液通过导管渗入地层，在隧道拱形成固结，加固围岩。先进的小导管适用于自稳定时间短的弱破碎带、浅埋段、孔偏压段、砂层段、砂卵石段、断层破碎带的预支护。

隧道先进支护-先进锚杆支护

沿开挖轮廓线进入开挖工作面，形成对前围岩的预支撑。主要适用于围岩应力小、地下水少、岩体弱、破碎、开挖面可能坍塌的隧道。

以下先进支护施工技术说明书

管棚支护施工的适用范围是什么？

根据国内外施工实践，结合我国地下工程管棚支护应用的实际情况，管棚支护可适用于地质和地下水条件丰富的地下结构施工的支护，如软砂土地层、砂砾石地层、膨胀软流塑、硬可塑粉粘土地层、裂缝发育岩体、突泥突水段、断层破碎带、坍塌段、破碎土堆场、浅埋大偏压等。也主要用于地铁等城市地下工程的开挖和预支护，可作为现有建筑、公路、铁路、地下结构下隧道的辅助方法；作为隧道开口段、大截面隧道施工的辅助方法和其他施工的辅助方法，也常用于浅埋但不适合开挖区域或浅埋隧道、建筑物表面或隧道接近地下结构的工程。

管棚支护施工的主要设计参数是什么？

管棚支护的设计参数主要包括：钢管直径、长度、间距、仰角、水平搭接长度、钢架间距、灌浆参数等。当需要增加钢管的强度和刚度时，可在管道内设置钢笼，然后用水泥砂浆填充。我国《铁路隧道施工规范》规定，管棚钢管直径应为φ70-φ127mm；钢管中心间距应为管径的2-3倍；管棚长度应根据地层情况选择，不小于10m；纵向两组管棚的搭接长度应大于3m。管棚支护参数可按工程类比法确定，施工时可根据实际情况进行调整。

如何确定管棚钢管的环向间距？

沿隧道开挖轮廓等间距设置管棚的常规方法不科学，应根据不同情况合理设计。根据滑坡体的松动、开挖难度和施工效果，钢拱布置间距可在40-80之间cm在特殊情况下，调整范围内的选择需要加密。根据对工程实例的地质条件、工程截面尺寸、埋深等影响因素的总结和比较，得出以下经验结论，可用于地下工程支护的施工依据：

棚钢管的直径范围一般为φ70-180mm，管棚支护可按管径分为小管棚、中管棚、大管棚。小管棚管径一般为φ32~50mm管径多用于范围内φ42mm管长3的钢管.5-5m环向间距一般为0.3-0.4m，1-1水平搭接长度.5m。中管棚管径一般为φ50-φ89mm管长一般不超过20m，环向间距一般为0.3-0.4m，1-2水平搭接长度m。一般可选择大管棚φ89-φ159mm常用管径的钢管φ108mm，管长不超过40m为宜，钢管一般分节长4m或6m，用丝扣连接，丝扣长度不小于150mm，管径一般不大于3-5倍。

如何控制隧道预支护施工中管棚钻孔的轨迹？

管棚钢管钻孔一旦出现孔斜或超过设计允许偏差，会阻碍相邻钢管的钻孔，导致孔体形状不均匀，支撑效果差；如果钢管下沉到一定程度，开挖时需要拆除，导致间隔增加，容易坍塌。为此，钻孔时可采用中压给进、中速、中循环液钻孔；钻孔平面误差径向应控制在20cm角度误差小于1°避免管棚钢管因孔径过大而向下弯曲。在实际施工中，水平钻孔弯曲一般难以避免，因此，除了提高管棚的定位精度外，还可以给予适当的上升量（根据现场地质条件确定），以补偿部分钻孔下垂量。

如何确定管棚钢管的环向间距？

沿隧道开挖轮廓等间距设置管棚的常规方法不科学，应根据不同情况合理设计。根据滑坡体的松动、开挖难度和施工效果，钢拱布置间距可在40-80之间cm在特殊情况下，调整范围内的选择需要加密。根据对工程实例的地质条件、工程截面尺寸、埋深等影响因素的总结和比较，得出以下经验结论，可用于地下工程支护的施工依据：

棚钢管的直径范围一般为φ70-180mm，管棚支护可按管径分为小管棚、中管棚、大管棚。小管棚管径一般为φ32~50mm管径多用于范围内φ42mm管长3的钢管.5-5m环向间距一般为0.3-0.4m，1-1水平搭接长度.5m。中管棚管径一般为φ50-φ89mm管长一般不超过20m，环向间距一般为0.3-0.4m，1-2水平搭接长度m。一般可选择大管棚φ89-φ159mm常用管径的钢管φ108mm，管长不超过40m为宜，钢管一般分节长4m或6m，用丝扣连接，丝扣长度不小于150mm，管径一般不大于3-5倍。

如何控制隧道预支护施工中管棚钻孔的轨迹？

管棚钢管钻孔一旦出现孔斜或超过设计允许偏差，会阻碍相邻钢管的钻孔，导致孔体形状不均匀，支撑效果差；如果钢管下沉到一定程度，开挖时需要拆除，导致间隔增加，容易坍塌。为此，钻孔时可采用中压给进、中速、中循环液钻孔；钻孔平面误差径向应控制在20cm角度误差小于1°避免管棚钢管因孔径过大而向下弯曲。在实际施工中，水平钻孔弯曲一般难以避免，因此，除了提高管棚的定位精度外，还可以给予适当的上升量（根据现场地质条件确定），以补偿部分钻孔下垂量。

隧道预支施工中如何安装管棚钢管？

管棚钢管程中，应派专人对管棚钢管进行连接和加长。管棚连接时，确保管棚中线在同一轴线上，顺线拧紧，无变形，连接头与管棚钢管线扣紧密结合，无不同轴和偏心。考虑到钢管受力、整体结构和施工方便，同段钢管接头数量一般不超过50%，相邻钢管接头位置至少错开1m，常用的方法是按奇、偶编号钢管，保证钢管接头错开，钢管接头用丝扣连接。钢管的分段长度一般为4m到6m，梅花加工梅花透浆孔，管棚可手动或机械安装。

隧道预支施工中如何灌浆管棚？

管棚灌浆是管棚施工的关键环节之一，灌浆效果也影响了整个管棚系统的施工质量。因此，灌浆应根据地质条件选择合适的浆液、压力和合理的流量。在灌浆过程中，如果压力小，则无法注入。如果压力过大，会导致地面鼓包和裂缝，影响城市浅埋地段的地面建筑。灌浆时，一般采用低压、中流量注入，灌浆过程压力逐渐升高，灌浆流量逐渐减少；当压力升至较终压力时，继续压5min，灌浆结束。

为保证施工质量，应在实际灌浆施工前进行现场原位注入试验，确定较佳灌浆参数，指导灌浆效果。为防止坍塌或灌浆孔，可在孔位钻孔，增加孔与孔之间的距离，在灌浆凝固后钻孔，有效保证钻孔和灌浆质量，管棚和灌浆混凝土形成厚拱，实现管棚纵向梁、横向拱的承载作用。

隧道提前支护施工中如何使用提前小导管进行灌浆施工？

采用先进的小导管Φ42mm，壁厚3.5mm无缝钢管。钢管进入岩石部分梅花布局Φ6mm灌浆孔间距12cm。导管前端加工成尖锥形，尾部焊接Φ6.5.加强强筋。液压灌浆机用于灌浆机。施工时，用仪器测量放线，画出开挖外轮廓线，确定小导管中心线的位置。钻孔时，导管的孔深应大于导管的长度；锤击或钻机顶入时，顶入长度不小于管长的90%。液压灌浆机用于灌浆。灌浆前应喷涂混凝土封闭作业面，防止漏浆，喷涂层厚度不小于5cm。导管灌浆时，尾部应设置封堵，灌浆时应设置封堵孔和排气孔。灌浆时，排气孔出浆后应立即停止灌浆。

锚杆施工在隧道提前支护施工中应注意什么？

①孔位按设计布置，偏差小于10cm，孔深误差±10cm。钻直径大于锚直径15mm。锚杆插入长度不小于设计长度。

②钻孔本身是直线，不弯曲。方向沿隧道周围径向，但不平行于岩面。

③锚杆施工时，同时预埋格栅钢架的定位锚杆。插入锚杆后不得随意敲击，三天内不得悬挂重物。

④灌孔前，用高压风清除孔内积水、岩粉、碎屑等杂物。

⑤灌浆罐和灌浆管用于灌浆，孔口压力小于0.4MPa。沿锚杆孔灌浆，直至孔口有浆液流出。砂浆随时使用，砂浆初凝前使用

⑥每100根锚杆随机抽样三根，进行拉拔试验，了解锚杆的锚固质量。

隧道预支护相关工程案例：

隧道入口先进支护施工方案、隧道先进锚杆支护施工方案、隧道先进小导管施工技术方案、隧道进口先进管棚支护是工程方案。

第二部分:隧道初期支护施工技术

隧道初始支护是由喷射混凝土、锚杆、钢架组成的联合支护系统，是隧道衬砌的主要施工步骤。

喷混凝土施工要点：

喷涂混凝土应具有必要的早期强度，以尽快支撑围岩拱，24小时抗压强度不得低于10MPa。喷混凝土应具有足够的后期强度，强度等级不得低于C25.与围岩应具有足够的粘附强度，使喷涂混凝土和围岩尽快形成一个整体，防止围岩松动，与围岩的粘结强度不得低于0.5MPa。

采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度，提高附着力。

喷混凝土施工要求：

喷涂混凝土应采用湿喷涂工艺。湿喷涂法喷涂混合物进入喷射机前，按规定加水均匀混合。因此，干喷涂工艺具有水灰比能准确控制、水泥水化、施工粉尘小、回弹少、混凝土均匀性好、强度高的优点。

喷涂混凝土必须与岩面密封，不得有空洞，以确保良好的共同应力状态

喷混凝土必须快速及时施工。

围岩锚杆施工要点：

锚杆的布置一般沿孔室周围径向均匀布置，必要时在底部加锚杆；为保证加固厚度，锚杆长度与间距比一般为2:1；为防止锚杆间围岩坍塌，还应配合网喷混凝土，喷涂层主要承担锚杆间局部坍塌荷载。

围岩锚杆施工要求：

锚杆锚固可靠，全长粘结；垫板应使用，垫板应靠近岩面。

钢拱施工要点：

格栅钢架一般采用工字钢或八字结形连接钢筋；钢架间距一般为0.6～1.0m。为了提高钢架的完整性，应在每个钢架之间设置纵向连接构件。钢拱拱脚和墙脚应控制钢架的位移和下沉。

钢拱施工要求：

接头是整个钢框架的薄弱环节，必须加强；钢框架应直立安装，混凝土预制块应与围岩顶紧密相连；型钢框架应预留灌浆孔，喷涂混凝土层后及时回填灌浆，确保与围岩紧密相连；分支开挖钢框架长时，注意防止不稳定。

二次衬：

一是承载，二是安全储备，保证运行安全。

二次衬砌施工要点：

原则上，应及时进行二次衬砌。弱围岩二次衬砌应带仰拱，与边墙顺畅连接，减少应力集中。为了达到设计目的，软弱围岩二次衬砌施工要求做到：二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注 。二次衬砌背后空洞应回填密实。

以下隧道初期支护施工技术说明：

隧道初期支护钢拱架施工应做到？

接头是整个钢架的薄弱环节，必须加强;

钢架应直立安装，并用混凝土预制块与围岩顶紧；

型钢钢架应预留注浆孔，及时对喷混凝土层后回填注浆，保证与围岩密贴；

分部开挖钢架落底接长时，要注意防止失稳。

隧道初期支护钢拱架的施工要点是什么？

一般采用工字钢，或“八字结”形联系钢筋的格栅钢架；

钢拱架间距一般为0.6～1.0m。

为增加钢拱架的整体性，每榀钢架间应设纵向连接构件；

钢拱架拱脚及墙脚应有控制钢架位移和下沉的措施。

隧道初期支护喷射混凝土的施工要点是什么？

喷射混凝土应具有必要的早期强度，以尽快对围岩提拱支承力，24小时抗压强度不应低于10MPa。

喷混凝土应有足够的后期强度，强度等级不应低于C25。与围岩应具有足够的粘附强度，使喷混凝土与围岩尽快形成整体，阻止围岩松动下滑，与围岩的粘结强度不应低于0.5MPa。

软弱围岩采用钢筋网喷混凝土，增强喷混凝土的抗剪强度、提高粘附性。

围岩中锚杆在隧道初期支护中的作用是什么？

在围岩中单凭喷射混凝土往往难以抵抗围岩的巨大形变压力，不能有效地保证支护的可靠性。在这种情况下，需要将喷射混凝土与锚杆联合使用，并把锚杆作为主要的支护措施。

围岩中锚杆的主要作用是通过形成具有一定厚度的“加固圈”来“加固围岩”。 “加固圈”承担外层围岩传来的荷载，使得最后传到喷射混凝土层的荷载大为减小。

隧道初期支护中，围岩锚杆施工要点是什么？

锚杆的布置一般沿洞室周边径向均匀布置，必要时底部也要加锚杆；

为保证加固带有一定厚度，锚杆的长度与间距之比一般为2:1；

为防止锚杆间围岩坍落，还应配合网喷混凝土，喷层主要承担锚杆间的局部坍塌荷载；

隧道初期支护，软弱围岩锚杆施工中应做到什么？

锚杆锚固可靠，全长粘结；

要用垫板，且垫板要求与岩面紧贴。

隧道初期支护中钢拱架的作用是什么？

钢拱架的作用有四点：

一是喷混凝土发挥作用前支撑围岩；

二是对喷射混凝土进行补强；

三是作为超前支护的支点；

四是与锚杆、喷射混凝 同发挥初期支护的作用。

隧道初期支护中钢拱架的适用范围是什么?

钢拱架的较大特点是刚度大，架设后能够立即承载受力。因此，多用于软弱破碎或土质围岩中，需要控制围岩变形迅速发展的场合。如浅埋、偏压及土层隧道等。

隧道二衬混凝土露筋原因有哪些？

（1）钢筋骨架放偏，没有钢筋垫块或垫块数量放置不够，位置不正确，致使钢筋紧贴模板而外露。

（2）粗骨料粒径大于钢筋间距，或者杂物在钢筋骨架中被搁住，同时又混凝土漏振，形成严重蜂窝和孔洞而使钢筋外露。

（3）混凝土泵管、振动棒等机械的反复冲击、工人踩踏或振动器碰触钢筋，引起钢筋变形位移而外露。

（4）混凝土配合比不当，产生离析，靠模板部位缺浆或模板严重漏浆；

（5）木模板未浇水湿润，吸水粘结或拆模过早，拆模时缺棱掉角，导致露筋。

隧道二衬混凝土表面出现露筋的处理措施是什么？

避免表面露筋的有效措施是使用高度责任感的工人，提高工人的质量意识，加强监控力度，保证钢筋布位准确，绑扎牢靠，保护层垫块安置稳固，在混凝土浇筑过程中操作细致。如果表面出现露筋，首先应分析露筋的原因和严重程度，再考虑修补所要达到的目的。修补后不得影响混凝土结构的强度和使用。

露筋的修补一般都是先用锯切槽，划定需要处理的范围，形成整齐而规则的边缘，再用冲击工具对处理范围内疏松混凝土进行清除。

（1）拆模后发现部位较浅的露筋缺陷（表面漏筋），须尽快进行修补。先用钢丝刷洗刷基层，充分湿润后用1:2～1:2.5水泥砂浆抹灰，抹灰厚度在1.5～2.5cm之间，并注意结构表面的平整度和后期养护。

（2）如果露筋较深，应将薄弱的混凝土和突出的颗粒凿去，洗刷干净后，用比原来高一强度等级的细石混凝土填塞密实，或采用喷射混凝土工艺或压力灌浆技术进行修补，并认真养护。

隧道二衬混凝土出现麻面的处理措施是什么？

先将麻面处凿除到密实处，用清水清理干净，再用喷壶向混凝土表面喷水直至吸水饱和，将配置好的水泥干灰均匀涂抹在表面，此过程应反复进行，直至有缺陷的地方全部被水泥灰覆盖。待24h凝固后用镘刀将凸出于衬砌面得水泥灰清除，然后按照涂抹水泥灰方法进行细部的修复，保证混凝土表面平顺、密实。

用水泥灰修复的具体操作过程如下：

1、首先是调配水泥灰。一般情况下，黑、白水泥的配比采用5:2的比例，可掺入石粉或双飞粉。用喷壶对调制好配比的水泥灰进行层层洒水，保证握在手里成团，放手后能松散开。

2、用水把需要修补的部分充分湿润，待两个小时后即可修复。戴号橡胶水套，将水泥灰握于掌心，对着麻面进行涂抹填充。填充时要保证一定的力度，先是顺时针方向，后转换为逆时针方向对同一处麻面进行揉搓，反复进行，直至麻面内填充密实，密实的概念是用手指对着缺陷处按压时，不出现深度的凹陷。

3.处理完一处面积后，用手背（不能用手指）对修复过的混凝土表面进行拂扫，抚平应按从上而下的方向进行，其目的一是消除因涂抹形成的不均匀的痕迹，使颜色和线条一致。

4.另外，对于局部凸出混凝土面得湿润水泥灰应该用镘刀铲平。

隧道二衬混凝土出现裂缝的主要原因是什么？

（1）混凝土温控措施不到位；

（2）养护不到位；

（3）有外力作用于混凝土结构，如受爆破震动影响或基础不均匀沉降等。

隧道二衬混凝土拆模之后出现蜂窝缺陷的主要原因是什么？

（1）模板安装不密实，局部漏浆严重。或模板表现不光滑、漏刷隔离剂、未浇水湿润而引起模板吸水、黏结砂浆等。

（2）混凝土拌合物配合比设计不当，水泥、水、砂、石子等计量不准，造成砂浆少，石子多。

（3）新拌混凝土和易性差，严重离析，砂浆石子分离，或新拌混凝土流动度太小，粗骨料太大，配筋间距过密，加之又漏振、振捣不实、振捣时间不够等。

（4）混凝土下料不当（未分层下料、分层振捣）或下料过高，未设串筒、溜槽而使石子集中，造成石子砂浆离析。

（5）输送到施工层面的砼料偏干时，工人直接向砼料随意大量冲水，将砂石洗得干干净净，水泥浆大量流走。

隧道二衬混凝土出现蜂窝的处理措施是什么？

1.对于小蜂窝：用镘刀将调好的砂浆压入蜂窝面，同时刮掉多余的砂浆：注意养护，待修补的砂浆达到一定强度后，使用角磨机打磨一遍；对于要求较高的地方可用砂纸进行打磨。

2.对于大一点的蜂窝：先凿去蜂窝处薄弱松散的混凝土和突出的颗粒，用钢丝刷洗刷干净后支模，再用高一强度的等级的细石混凝土（粒径10-20mm）仔细强力填塞捣实，并认真养护。对较深的蜂窝，影响承载力而又难于清除时，可埋压浆管、排气管，表面砂浆或浇筑混凝土封闭后，在放水泥砂浆。把蜂窝的实在包裹起来，填满缝隙结成整体，必要时可进行水泥灌浆处理。

隧道二衬混凝土出现空洞的主要原因是什么？

（1）在钢筋较密的部位或预留孔洞和预埋件处，混凝土下料被搁住，未振捣就继续浇注上层混凝土。

（2）混凝土离析，砂浆分离，石子成堆，严重跑浆，又未进行振捣，或者竖向结构干硬性混凝土一次下料过多、过厚，下料过高，振捣器振动不到，形成松散孔洞。

（3）混凝土包含水、泥土或其他杂物。

隧道二衬混凝土出现孔洞应该怎么处理？

孔洞修补方法：

1.先将孔洞凿去松散部分，使其形成规则形状；

2.用钢丝刷将破损处得尘土，碎屑清除；3.用压缩空气吹干净修补面；4、用水冲洗修补面，使修补面周边混凝土充分湿润。

5.填上所选择的修补材料，振捣、压实。抹平。推荐可选择的材料有:HGM高强无收缩灌浆料、HGM100无收缩环氧灌浆料等；

6.按所用材料的要求进行养护。

隧道二次衬砌的施工要点是什么？为达到设计目的，软弱围岩二次衬砌施工要求做到哪些？

二次衬砌原则上应适时施做。

软弱围岩二次衬砌应带仰拱，与边墙应圆顺连接，减少应力集中。

软弱围岩二次衬砌施工要求做到：

二次衬砌应先施工仰拱，分段整体浇注。

二次衬砌背后空洞应回填密实。

隧道初期之后相关工程实例：

隧道衬砌喷射混泥土支护施工方案，隧道锚杆支护施工方案，隧道钢拱架加工及安装方案技术交底，隧道二衬砌施工方案。