1、第二节第二节 隧道支护施工隧道支护施工Support technology 地下工程支护地下工程支护从支护时间分：从支护时间分：初期支护、一次初期支护、一次支护或临时支护支护或临时支护二次衬砌、永久二次衬砌、永久支护支护被动式支护被动式支护：木棚支架、钢筋混凝土支架、金属：木棚支架、钢筋混凝土支架、金属型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等型钢支架、料石碹、混凝土及钢筋混凝土碹等 。从支护效果分：从支护效果分：积极支护积极支护：锚喷支护、锚网支护、锚梁支护、锚：锚喷支护、锚网支护、锚梁支护、锚索支护、锚注支护索支护、锚注支护 。 施工的基本原则： “少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。一、初期
2、支护 初期支护应紧跟开挖及时施作，并应及早封闭成环。软弱围岩隧道、级围岩初期支护封闭位置距离掌子面不得大于35m。 隧道开挖过程中应严格管理施工用水，避免浸泡初期支护拱（墙）脚土体。 初期支护仰拱施工应快挖、快支、快速封闭。非爆破开挖和爆破开挖仰拱初期支护应分别于8h和12h内完成开挖、架设拱架、喷射混凝土封闭作业。 双线、级围岩隧道台阶法施工时，应设置锁脚锚杆（管）、横向临时支撑或临时仰拱等控制拱（墙）脚位移的措施。双线级围岩隧道采用台阶法施工时应设置横向临时支撑或临时仰拱，临时支撑采用型钢，纵向每2榀设1处。（ 1）定义 ：喷射混凝土支护是将一定配比的混凝土，用压 缩空气以较高速度喷射到洞
3、室岩面上，形成混 凝土支护层的一种支护形式。 （一）、方式（一）、方式1.喷射混凝土支护喷射混凝土支护(shotcrete support) 充填粘结作用充填粘结作用 高速喷射的混凝土充填到围岩的节理、裂隙及凹凸不平的岩石中，把围岩粘结成一个整体，大大提高了围岩的整体性和强度。 封闭作用封闭作用 当隧道围岩壁面喷上一层混凝土后，完全隔绝了空气、水与围岩的接触，有效地防止了风化、潮解引起的围岩破坏和强度降低。结构作用结构作用 靠喷射混凝土与围岩之间的粘结力及其自身的抗剪力，形成一个共同受力的承载结构。且喷射混凝土层将锚杆、钢筋网和围岩粘结在一起，构成一个共同作用的整体结构，从而提高了支护结构的整
4、体承载能力。（2）. 喷射混凝土作用原理喷射混凝土作用原理 水泥 基本要求是：凝结快，保水性好，早期强度增长快，收缩较少。 应优先选用普通硅酸盐水泥。水泥标号一般不得低于32.5。 砂子 中砂或粗砂，一般用细砂（易干缩、粉尘大） 细度模数：应大于2.5 含水率：57为宜 含泥量：不得大于3 （3）.喷射混凝土材料喷射混凝土材料 石子（又叫瓜子片） 坚硬耐久的卵石或碎石。 最大粒径：20mm。为减少回弹量，大于15mm粒径 的颗粒控制在20以下。 石子的含泥量不得大于1。 水 不应含有害杂质，不得使用污水及pH2S （围岩中节理间距 ） 式中 B洞室跨度，m； n围岩稳定性系数，稳定性较好0.9
5、；中等稳定1.0；稳定性较差1.1；不稳定1.2； 锚杆直径d 主要依锚杆的类型和锚固力而定，常用锚杆直径为16mm24mm。 )101.1(BnL(3).锚杆支护技术参数锚杆支护技术参数 按悬吊理论计算锚杆长度 L=KHL1L2 K安全系数，一般取2；H软弱岩层厚度（或冒落拱高度），m；L1锚杆锚入稳定岩层的深度，一般取0.250.23m；L2锚杆外露长度，一般取0.1m。 锚杆间距D（取下列两式中的最小值） D0.5L； D3 S（围岩裂隙间距 ） 一般为0.81.0m，最大不超过1.5m。 布置方式：方形、梅花形布置 锚杆方向：原则上应尽可能与层面垂直布置，或使其与岩面形成较大的角度；对
6、于倾斜的成层岩层，锚杆应与层面斜交布置，以便充分发挥锚杆的作用。 (4).锚杆施工锚杆安装允许偏差应符合下列规定锚杆孔的孔径应符合设计要求。锚杆孔的深度应大于锚杆长度的10cm。锚杆孔距允许偏差为+15cm。锚杆插入长度不得小于设计长度的95，且应位于孔的中心。砂浆锚杆的灌注砂浆饱满度应大于80。锚杆与喷锚支护： 设置锚杆(还可以张挂金属网)再加喷混凝土。（三）（三）钢拱架（格栅拱架、型钢拱架）钢拱架（格栅拱架、型钢拱架） 适用：自稳时间短的、级围岩级围岩 钢拱架可用钢拱架可用型钢型钢或或格栅钢架格栅钢架制作。型钢多制作。型钢多用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作。型钢用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作
7、。型钢拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路隧道工程中的初次支护中多用格栅钢架。隧道工程中的初次支护中多用格栅钢架。格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节省钢材，优点较多。省钢材，优点较多。 钢拱架：钢材品种、规格、间距，间距允许偏差100mm。衬砌类型衬砌类型级级级加强级加强级级级加强级加强钢架类型高15022格栅高15025格栅I20a型钢I20a型钢纵距（m）1.01.00.80
8、.6 钢拱架可用钢拱架可用型钢型钢或或格栅钢架格栅钢架制作。型钢多制作。型钢多用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作。型钢用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作。型钢拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路隧道工程中的初次支护中多用格栅钢架。隧道工程中的初次支护中多用格栅钢架。格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节省钢材，优点较多。省钢材，优点较多。 图2-83 格栅钢架构造（尺寸单位：mm）a）格栅钢
9、拱架示意图；b）接头示意图；c）格栅钢架断面；d）工字钢钢架；e）钢管钢架；f）钢管钢架可塑接头 钢架安装应符合下列要求 钢架安装不得侵入二次衬砌断面，相邻钢架及各节钢架间的连接应符合设计要求。 钢架应在初喷混凝土后及时架设。 钢架安装前应清除虚渣及杂物。 安装时各节钢架连接板间应螺栓连接牢固、密贴，沿钢架外缘2m应用钢锲或混凝土预制块与初喷混凝土楔紧。 钢架应与锁脚锚杆焊接牢固，钢架之间应设纵向连接。 钢架背后的间隙应用喷射混凝土充填密实，应先喷射钢架与壁面之间的混凝土，后喷射钢架之间的混凝土。除可缩性钢架的可缩节点部位外，钢架应全部被喷射混凝土覆盖。 采用分部开挖施工时，钢架拱脚应施作锁脚
10、锚杆，下半开挖后钢架应及时落底。 仰拱底设有钢架时，应一次全幅安装并喷射混凝土覆盖，及早闭合成环。(二 )钢筋网 钢筋网的安装位置应符合设计要求，并与锚杆或其他固定装置联结牢固。 工艺要求：钢筋网应在岩面喷射一层混凝土后再铺挂，底层喷射混凝土的厚度不得小于4cm。之后再支立钢拱架。 设计要求：钢筋网应与锚杆连接牢固，且钢筋网保护层厚度不得小于3cm；喷射中当有脱落的岩块或混凝土被钢筋网架住时，应及时清除后再喷射。 钢筋网的网格间距应符合设计要求，网格尺寸允许偏差为+10；钢筋网搭接长度应为12个网孔，允许偏差为+50。 钢筋网：钢筋品种、规格、网格间距和搭接长度：衬砌类衬砌类型型级级级加强级加
11、强级级级加强级加强级级级加强级加强网格间距（cm）252525252020202020202020钢筋规格666688支护支护结构结构初期支护初期支护(一次支护一次支护)永久支护永久支护(二二次支护，二次支护，二次衬砌次衬砌)一次支护是为了保证施工的安全、加一次支护是为了保证施工的安全、加固岩体和固岩体和阻止围岩的变形阻止围岩的变形二次支护是为了保证隧道使用二次支护是为了保证隧道使用的净空和结构的安全而设置的的净空和结构的安全而设置的永久性衬砌结构永久性衬砌结构 ，承受围岩承受围岩压力压力现浇混凝土衬砌施工的主要工序有：现浇混凝土衬砌施工的主要工序有： 准备工作（材料、灌注前）准备工作（材料、
12、灌注前） 拱架与模板施工拱架与模板施工 混凝土制备与运输混凝土制备与运输 混凝土灌筑混凝土灌筑 混疑土养护与拆模等混疑土养护与拆模等 二、二、 现浇现浇（模筑）（模筑）混凝土衬砌施工混凝土衬砌施工 1.准备工作准备工作 清理场地，中线和水平测量，放线定位，架清理场地，中线和水平测量，放线定位，架设衬砌模板支架或架立拱架，衬砌材料、机具准设衬砌模板支架或架立拱架，衬砌材料、机具准备等。备等。 2.拱架与模板施工拱架与模板施工 拱架间距：拱架间距：一般可取一般可取1m，最大不应超过，最大不应超过1.5m。 拱架材料：拱架材料：宜采用金属或其它新型模板结构，宜采用金属或其它新型模板结构， 装拆方便、
13、表面光滑、接缝严密、装拆方便、表面光滑、接缝严密、 有足够的刚度和稳定性。有足够的刚度和稳定性。 现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工： 模板形式：模板形式：衬砌模板台车或移动式整体模架衬砌模板台车或移动式整体模架 普通钢模板或钢木混合模板（中、小长度隧道）普通钢模板或钢木混合模板（中、小长度隧道） 拱架形式：拱架形式：一般多采用钢拱架，用废旧钢轨制成。一般多采用钢拱架，用废旧钢轨制成。 拱架模板架设拱架模板架设： 位置准确，连接牢固，严防走动；位置准确，连接牢固，严防走动； 用前应先在样台上试拼装；用前应先在样台上试拼装； 拱架外缘与围岩之间加支撑顶紧；拱架外缘与围岩之间加支撑顶紧； 预留
14、沉落量；预留沉落量； 挡头板应按衬砌断面制作，与岩壁间隙应嵌堵紧密；挡头板应按衬砌断面制作，与岩壁间隙应嵌堵紧密； 拱架应在垂直于隧道中线方向架设。拱架应在垂直于隧道中线方向架设。现浇混凝土衬砌施工现浇混凝土衬砌施工： 立墙架时应做好以下工作：立墙架时应做好以下工作： 立墙架时，应对墙基标高进行检查；立墙架时，应对墙基标高进行检查； 衬砌施工时，其中线，标高、断面尺寸和净空衬砌施工时，其中线，标高、断面尺寸和净空大小均须符合隧道设计要求；大小均须符合隧道设计要求； 模筑衬砌的模板放样时，允许将设计的衬砌轮模筑衬砌的模板放样时，允许将设计的衬砌轮廓线扩大廓线扩大50mm，确保衬砌不侵入隧道建筑限
15、界；，确保衬砌不侵入隧道建筑限界； 衬砌的施工缝应与设计的沉降缝、伸缩缝结合衬砌的施工缝应与设计的沉降缝、伸缩缝结合布置，在有地下水的隧道中，所有施工缝、沉降布置，在有地下水的隧道中，所有施工缝、沉降缝和伸缩缝均应进行防水处理。缝和伸缩缝均应进行防水处理。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工：3. 混凝土制备与运送混凝土制备与运送 混凝土的配合比应满足设计要求。特别要重视掌混凝土的配合比应满足设计要求。特别要重视掌握加水量，控制水灰比和坍落度等。握加水量，控制水灰比和坍落度等。 边墙处混凝土坍落度为边墙处混凝土坍落度为lcm4cm；在拱圈及其；在拱圈及其他不便施工处为他不便施工处为2cm5c
16、m。 混凝土拌和后，应尽快浇筑。混凝土的运送时间混凝土拌和后，应尽快浇筑。混凝土的运送时间一般不得超过一般不得超过45min。 已达到初凝的剩余混凝土，不得重新搅拌使用。已达到初凝的剩余混凝土，不得重新搅拌使用。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工： 4.浇筑工艺要求浇筑工艺要求应分节段浇筑，节长在松软地层一般不超过应分节段浇筑，节长在松软地层一般不超过6m；每节段拱或边墙应连续灌注，以免产生施工缝。每节段拱或边墙应连续灌注，以免产生施工缝。 浇筑边墙混凝土浇筑边墙混凝土。浇筑前，必须将基底石渣、污物和基。浇筑前，必须将基底石渣、污物和基坑内积水排除干净，墙基松软时，应做加固处理；边墙扩坑内
17、积水排除干净，墙基松软时，应做加固处理；边墙扩大基础的扩大部分及仰拱的拱座，应结合边墙施工一次完大基础的扩大部分及仰拱的拱座，应结合边墙施工一次完成；边墙混凝土应对称浇筑，以避免对拱圈产生不良影响。成；边墙混凝土应对称浇筑，以避免对拱圈产生不良影响。 拱圈混凝土衬砌拱圈混凝土衬砌。拱圈浇筑顺序应从两侧拱脚向拱顶对。拱圈浇筑顺序应从两侧拱脚向拱顶对称进行；分段施工的拱圈合拢宜选在围岩较好处；先拱后称进行；分段施工的拱圈合拢宜选在围岩较好处；先拱后墙法施工的拱圈，混凝土浇筑前应将拱脚支承面找平。钢墙法施工的拱圈，混凝土浇筑前应将拱脚支承面找平。钢筋混凝土衬砌先做拱圈时，应在拱脚下预留钢筋接头，使筋
18、混凝土衬砌先做拱圈时，应在拱脚下预留钢筋接头，使拱墙连成整体；拱圈浇筑时，应使混凝土充满所有角落，拱墙连成整体；拱圈浇筑时，应使混凝土充满所有角落，并应充分进行捣固密实。并应充分进行捣固密实。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工： 拱圆封顶拱圆封顶。封顶应随拱圈的浇筑及时进行。墙顶封口。封顶应随拱圈的浇筑及时进行。墙顶封口应留应留7l0cm，在完成边墙灌筑，在完成边墙灌筑24h后进行，封口前必后进行，封口前必须将拱脚的浮渣清除干净，封顶、封口的混凝土均应适须将拱脚的浮渣清除干净，封顶、封口的混凝土均应适当降低水灰比，并捣固密实，不得漏水。当降低水灰比，并捣固密实，不得漏水。 仰拱施工仰拱施工
19、。应结合拱圈和边墙施工抓紧进行，使结构。应结合拱圈和边墙施工抓紧进行，使结构尽快封闭；仰拱浇筑前应清除积水、杂物、虚渣；应使尽快封闭；仰拱浇筑前应清除积水、杂物、虚渣；应使用拱架模扳浇筑仰拱混凝土。用拱架模扳浇筑仰拱混凝土。 拱墙背后回填拱墙背后回填。拱墙背后的空隙必须回填密实，边墙。拱墙背后的空隙必须回填密实，边墙基底以上基底以上lm范围内的超挖，宜用与边墙相同标号混凝土范围内的超挖，宜用与边墙相同标号混凝土同时浇筑；超挖大于规定时，宜用片石混凝土或同时浇筑；超挖大于规定时，宜用片石混凝土或10号砂号砂浆砌片石回填，不得用渣体随意回填，严禁片石侵入衬浆砌片石回填，不得用渣体随意回填，严禁片石
20、侵入衬砌断面（或仰拱断面）。砌断面（或仰拱断面）。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工：5. 衬砌混凝土养护与拆模衬砌混凝土养护与拆模衬砌混凝土灌筑后衬砌混凝土灌筑后l012h应开始洒水养护，以应开始洒水养护，以保持混凝土良好的硬化条件。保持混凝土良好的硬化条件。养护时间应根据衬砌施工地段的气温、空气相对养护时间应根据衬砌施工地段的气温、空气相对湿度和使用的水泥品种确定，使用硅酸盐水泥湿度和使用的水泥品种确定，使用硅酸盐水泥时，养护时间一般为时，养护时间一般为714d。寒冷地区应做好衬砌混凝土的防寒保温工作。寒冷地区应做好衬砌混凝土的防寒保温工作。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工：拱架
21、、边墙支架和模板的拆除时间，应满足下列拱架、边墙支架和模板的拆除时间，应满足下列要求：要求： 不承受荷载的拱、墙、混凝土强度达到不承受荷载的拱、墙、混凝土强度达到5.0MPa，或拆模时混凝土表面及棱角不致损，或拆模时混凝土表面及棱角不致损坏，并能承受自重；坏，并能承受自重； 承受较大围岩压力的拱、墙，应当封口或封承受较大围岩压力的拱、墙，应当封口或封顶混凝土达到设计强度顶混凝土达到设计强度100时；时； 受围岩压力较小的拱和墙，一般当封顶或封受围岩压力较小的拱和墙，一般当封顶或封口混凝土达到设计强度的口混凝土达到设计强度的70时；时； 围岩较稳定，地压很小的拱圈，一般封顶混围岩较稳定，地压很小
22、的拱圈，一般封顶混凝土达到设计强度的凝土达到设计强度的40时，可以拆模。时，可以拆模。现浇混凝土衬砌施工：现浇混凝土衬砌施工：三、监控量测三、监控量测 - -据现场监测数据指导施工据现场监测数据指导施工 由于锚喷支护理论目前还不成熟，故需依靠现场监控量由于锚喷支护理论目前还不成熟，故需依靠现场监控量测来掌握围岩动态、修正设计，指导施工和支护效果作出正测来掌握围岩动态、修正设计，指导施工和支护效果作出正确地评价。确地评价。 隧道内目测观察隧道内目测观察 隧道目测观察的目的隧道目测观察的目的 预测开挖面前方的地质条件预测开挖面前方的地质条件 为判断围岩稳定性提供地质依据为判断围岩稳定性提供地质依据
23、 根据喷层表面状态及锚杆工作状态分析支护结构可靠度根据喷层表面状态及锚杆工作状态分析支护结构可靠度 隧道目测观察的主要内容隧道目测观察的主要内容 了解开挖工作面的工程地质，包括地质种类及分布状态，岩了解开挖工作面的工程地质，包括地质种类及分布状态，岩石颜色、成分、结构等，节理状况，断层特征等石颜色、成分、结构等，节理状况，断层特征等 水文地质条件：地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水水文地质条件：地下水类型，涌水量大小，涌水位置，涌水压力，水的化学成分等压力，水的化学成分等 绘制开挖工作面的素描剖面图绘制开挖工作面的素描剖面图 开挖支护后的观察：初期支护的裂缝状况，锚杆端头情况，开挖支护后的
24、观察：初期支护的裂缝状况，锚杆端头情况，钢拱架是否被压曲，是否有底鼓现象钢拱架是否被压曲，是否有底鼓现象 隧道目测观察中围岩破坏形态分析隧道目测观察中围岩破坏形态分析 危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一危险性不大的破坏：构筑仰拱后在拱肩部出现的剪切破坏一般进展缓慢，危险性不大般进展缓慢，危险性不大 危险性较大的破坏：在未构筑仰拱前拱顶混凝土因受弯曲压危险性较大的破坏：在未构筑仰拱前拱顶混凝土因受弯曲压缩而产生的裂隙常常进展急剧，伴随有碎片飞散，危险性较缩而产生的裂隙常常进展急剧，伴随有碎片飞散，危险性较大大 塌方征兆的破坏：拱顶喷层出现对称的向下滑落的剪切破坏塌方征兆的破坏：
25、拱顶喷层出现对称的向下滑落的剪切破坏现象，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏并伴随有底鼓现象，现象，或侧墙发生向内侧滑动的剪切破坏并伴随有底鼓现象，都会引起塌方事故的破坏形态都会引起塌方事故的破坏形态 隧道收敛量测隧道收敛量测 净空相对位移测试（收敛测试）：洞壁上两点两次测量的净空相对位移测试（收敛测试）：洞壁上两点两次测量的位移差位移差 测试频率：根据位移速度和离工作面的距离确定测试频率：根据位移速度和离工作面的距离确定位移速度距开挖面距离量测频率10mm/d以上01B12次/日10mm5mm/d12B1次/日5mm1mm/d25B1次/2日1mm/d以下5B以上1次/周 拱顶下沉量测：测量方法
26、，可采用水平仪计、挠度计等拱顶下沉量测：测量方法，可采用水平仪计、挠度计等 围岩内部位移量测：通常采用钻孔伸长计或位移计，它由锚围岩内部位移量测：通常采用钻孔伸长计或位移计，它由锚固、传递、孔口装置、测试仪器等组成固、传递、孔口装置、测试仪器等组成 地表下沉量测地表下沉量测 用水平仪在地表进行。量测范围的确定和不动点选取，量用水平仪在地表进行。量测范围的确定和不动点选取，量测频率：距开挖面距离测频率：距开挖面距离2D2D时，时，1-21-2次次/ /天；天；2D-5D2D-5D时，时，1 1次次/ /天，天，大于大于5D5D时，时，1 1次次/ /周周 位移反分析，指导施工位移反分析，指导施工
27、 根据量测位移反分析围岩应力重分布情况根据量测位移反分析围岩应力重分布情况 反分析围岩力学参数反分析围岩力学参数 反分析围岩原始地应力反分析围岩原始地应力 根据反分析结果指导施工根据反分析结果指导施工 根据地质条件及围岩稳定性的不同，它们可以根据地质条件及围岩稳定性的不同，它们可以单独使用也可联合使用。联合使用时即为联合支单独使用也可联合使用。联合使用时即为联合支护，具体的支护形式依所用的支护材料而定，如护，具体的支护形式依所用的支护材料而定，如锚杆锚杆+喷射混凝土支护，称锚喷联合支护，简称锚喷射混凝土支护，称锚喷联合支护，简称锚喷支护；锚杆喷支护；锚杆+注浆支护，简称锚注支护；锚杆注浆支护，
28、简称锚注支护；锚杆+钢筋网钢筋网+喷射混凝土支护，简称锚网喷联合支护等。喷射混凝土支护，简称锚网喷联合支护等。四、四、几种常见的联合支护形式：几种常见的联合支护形式： 联合支护在设计与施工中应遵循以下原则：联合支护在设计与施工中应遵循以下原则： （1）有效控制围岩变形，尽量避免围岩松动，以最）有效控制围岩变形，尽量避免围岩松动，以最大限度地发挥围岩自承载能力。大限度地发挥围岩自承载能力。 （2）保证实现围岩、喷层和锚杆之间具有良好的粘）保证实现围岩、喷层和锚杆之间具有良好的粘结和接触，使三者共同受力，形成共同体；结和接触，使三者共同受力，形成共同体； （3）选择合理的支护类型与参数并充分发挥其
29、功效；）选择合理的支护类型与参数并充分发挥其功效； （4）合理选择施工方法和施工顺序，以避免对围岩）合理选择施工方法和施工顺序，以避免对围岩产生过大扰动，缩短围岩暴露时间；产生过大扰动，缩短围岩暴露时间； （5）加强现场监测，以指导设计与施工。）加强现场监测，以指导设计与施工。 （1）锚喷支护）锚喷支护锚喷支护是同时采用锚杆和喷射混凝土进行支护的形式，适锚喷支护是同时采用锚杆和喷射混凝土进行支护的形式，适用于用于、类围岩和部分类围岩和部分类围岩。它同时能发挥锚杆类围岩。它同时能发挥锚杆和喷射混凝土的作用，并且能取长补短，二者合一，形和喷射混凝土的作用，并且能取长补短，二者合一，形成了联合支护结
30、构，是一种有效的支护形式，得到了广成了联合支护结构，是一种有效的支护形式，得到了广泛应用。泛应用。开挖开挖锚杆和锚杆和喷射混凝土喷射混凝土现浇现浇钢筋混凝土钢筋混凝土初期支护初期支护二次支护二次支护初期支护：初期支护：锚杆和喷射混凝土锚杆和喷射混凝土二次支护：二次支护：现浇钢筋混凝土台车现浇钢筋混凝土台车（2）锚网喷支护）锚网喷支护锚杆、金属网和喷射混凝土联合形成的一种支护结锚杆、金属网和喷射混凝土联合形成的一种支护结构。金属网的介入，提高了喷射混凝土的抗剪、构。金属网的介入，提高了喷射混凝土的抗剪、抗拉及其整体性，使锚喷支护结构更趋于合理，抗拉及其整体性，使锚喷支护结构更趋于合理，在较为松软
31、破碎的围岩中得到广泛应用。在较为松软破碎的围岩中得到广泛应用。 金属网网格尺寸：金属网网格尺寸：150mml50mm 金属网钢筋直径金属网钢筋直径: 5mm10mm（3）锚喷钢架支护）锚喷钢架支护对于松软破碎严重的围岩，其自稳性差，开挖后要对于松软破碎严重的围岩，其自稳性差，开挖后要求早期支护具有较大的刚度，以阻止围岩的过度变求早期支护具有较大的刚度，以阻止围岩的过度变形和承受部分松弛荷载。此时，就需要采用刚度较形和承受部分松弛荷载。此时，就需要采用刚度较大的钢拱架支护。另外，在浅埋、偏压隧道，当早大的钢拱架支护。另外，在浅埋、偏压隧道，当早期围岩压力增长快，需要提高初期支护的强度和刚期围岩压
32、力增长快，需要提高初期支护的强度和刚度时，也多采用钢拱架支护。度时，也多采用钢拱架支护。钢拱架的整体刚度较大，能很好地与锚杆、钢筋网、钢拱架的整体刚度较大，能很好地与锚杆、钢筋网、喷射混凝土相结合，构成联合支护，受力性能较好；喷射混凝土相结合，构成联合支护，受力性能较好；钢拱架的安装架设比较方便。钢拱架的安装架设比较方便。 钢拱架可用钢拱架可用型钢型钢或或格栅钢架格栅钢架制作。型钢多制作。型钢多用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作。型钢用槽钢、工字钢、钢管或钢筋制作。型钢拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路拱架重量大，消耗钢材多，在公路、铁路隧道工程中的初次支护中多用格栅钢架。隧道工程中的初次支护中
33、多用格栅钢架。格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅格栅钢架一般与锚喷支护联合采用。格栅钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安钢架由钢筋焊接而成，受力性能较好，安装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节装方便，并能和喷射混凝土结合较好，节省钢材，优点较多。省钢材，优点较多。 图2-83 格栅钢架构造（尺寸单位：mm）a）格栅钢拱架示意图；b）接头示意图；c）格栅钢架断面；d）工字钢钢架；e）钢管钢架；f）钢管钢架可塑接头 （4）钢筋网壳锚喷支护）钢筋网壳锚喷支护用钢筋在地面焊接成板壳结构，内部是立体纵横用钢筋在地面焊接成板壳结构，内部是立体纵横交叉的钢筋网架支撑着外层钢筋网。交叉的钢筋网架支撑着外层钢
34、筋网。每架支架由数块构件对头拼装，用螺栓连接。每架支架由数块构件对头拼装，用螺栓连接。一架紧接一架安装，架间不留间隔。一架紧接一架安装，架间不留间隔。先进行锚杆支护，然后架设网壳板块，最后喷射先进行锚杆支护，然后架设网壳板块，最后喷射混凝土。每棚支架可为混凝土。每棚支架可为46片，每片宽片，每片宽0.8-1.0m，厚度厚度100-150mm。适用于高地应力软弱、膨胀、破碎岩体的一项新适用于高地应力软弱、膨胀、破碎岩体的一项新型支护技术。型支护技术。（5）锚注喷射混凝土支护）锚注喷射混凝土支护这是在破碎软岩中应用的一种支护结构，即在掘进后先这是在破碎软岩中应用的一种支护结构，即在掘进后先利用内注
35、式注浆锚杆及喷射混凝土进行锚喷初次支护，利用内注式注浆锚杆及喷射混凝土进行锚喷初次支护，滞后迎头一定距离再进行注浆二次支护。滞后迎头一定距离再进行注浆二次支护。锚注支护技术利用锚杆兼作注浆管，实现了锚注一体化。锚注支护技术利用锚杆兼作注浆管，实现了锚注一体化。注浆可改善更深层围岩的松散结构，提高岩体强度，并注浆可改善更深层围岩的松散结构，提高岩体强度，并为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆与围岩形成整体，为锚杆提供可靠的着力基础，使锚杆与围岩形成整体，从而形成多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区从而形成多层有效组合拱，即喷网组合拱、锚杆压缩区组合拱、浆液扩散加固拱，提高了支护结构的整体性和组合
36、拱、浆液扩散加固拱，提高了支护结构的整体性和承载能力。承载能力。锚注喷射混凝土机理图锚注喷射混凝土机理图辅助施工措施：对地层进行预支护或预加固。预支护： 预留核心土 超前锚杆 管棚，等。预加固： 地层注浆 地表锚喷加固。预支护兼预加固：超前小导管注浆 五、辅助施工措施五、辅助施工措施（一）超前支护（一）超前支护1.隧道管棚超前支护隧道管棚超前支护 管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插管棚是利用钢拱架沿开挖轮廓线以较小的外插角、向开挖面前方打入钢管构成的棚架来形成对开角、向开挖面前方打入钢管构成的棚架来形成对开挖面前方围岩的预支护挖面前方围岩的预支护 采用长度小于采用长度小于10m的钢管的称
37、为短管棚；采用的钢管的称为短管棚；采用长度为长度为1045m且较粗的钢管的称为长管棚。且较粗的钢管的称为长管棚。特点：管径粗(外径为70180mm) 。施作要点：(1) 单根长46m，总长可至数十米。(2) 一环管棚长度一般不小于10m。(3) 可向管内注入水泥砂浆，以增加其刚度。(4) 钢管的尾部需架设在钢拱架上，并焊死；(5) 相邻两榀钢拱架间以拉筋相连 。(6)与岩壁之间，环向每隔2m应用楔子楔紧。优点：在所有预支护措施中，管棚支护能力最强。缺点：施工技术较复杂，造价较高。 适用条件：管棚因采用钢管或钢插板作纵向预支撑，又采用钢拱架作环向支撑，其整体刚度较大，对围岩变形的限制能力较强，且
38、能提前承受早期围岩压力。因此管棚主要适用于围岩压力来得快来得大、对围岩变形及地表下沉有较严格要求的软弱、破碎围岩隧道工程中。如土砂质地层、强膨胀性地层、强流变性地层、裂隙发育的岩体、断层破碎带、浅埋有显著偏压等围岩的隧道中。此外，采用插板封闭较为有效；在地下水较多时，可利用钢管注浆堵水和加固围岩。 特点：短管棚一次超前量少，基本上与开挖作业交替进行，占用循环时间较多，但钻孔安装或顶入安装较容易。 长管棚一次超前量大，虽然增加了单次钻孔或打入长钢管的作业时间，但减少了安装钢管的次数，减少了与开挖作业之间的干扰。在长钢管的有效超前区段内，基本上可以进行连续开挖，也更适于采用大中型机械进行大断面开挖
39、。洞口段长管棚图6-12 管棚设置示意图纵向连接钢筋钢拱架12钢管(70180mm)钢管(70180mm)单根钢管构造：单根钢管构造：现场管棚：管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱管棚及套拱（二）超前小导管注浆特点：预支护+预加固，支护效果强于超前锚杆。适用于：软弱破碎地层。步骤：喷砼封闭开挖面；钻孔；插入小导管；导管注浆。小导管(钢管) 小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架1015（二）超前小导管注浆 前注浆小导管是在开挖前，沿坑道周边向前方围岩内打入带孔小导管，并通过小导管向围岩压注起胶结作用的浆液，待浆液硬化后，坑道周围岩体就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固
40、圈的保护下即可安全地进行开挖等作业。若小导管前端焊一个简易钻头，则可钻孔、插管一次完成，称为自进式注浆锚杆。小导管(钢管) 小导管(3842mm)图6-14 超前小导管设置示意图纵向连接筋钢拱架1015 钢管采用外径42mm，厚3.5mm，在小导管的前端做成约20cm长的圆锥状，在尾端焊接直径6mm钢筋箍。距后端100cm内不开孔，剩余部分按2030cm梅花形布设直径10mm的注浆孔的热扎无缝钢管制作。为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成尖锥状，尾部焊上箍筋,导管环向间距为40cm根，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，级衬砌每3m设置一环，级加强衬砌段每3m设置一环，级衬砌
41、每2.4m设置一环。 外插角;510打入围岩。每根长度4.5米，级围岩、级加强围岩、级围岩，每环数量各45根。小 导 管 (钢 管 ) 小 导 管( 38 42mm)图 6-14 超 前 小 导 管 设 置 示 意 图纵 向 连 接 筋钢 拱 架10 15 1.小导管钻孔安装前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射510cm厚的混凝土封闭。 2.小导管一般采用32mm的焊接管或40mm的无缝钢管制作，长度宜为36m，前端做成尖锥形，前段管壁上每隔1020cm交错钻眼，眼孔直径宜为68mm。 3.钻孔直径应较管径大20mm以上，环向间距应按地层条件而定，一般采用2050cm；外插角应控制在1030之
42、间，一般采用15。 4.极破碎围岩或处理坍方时可采用双排管；地下水丰富的松软层，可采用双排以上的多排管；大断面或注浆效果差时，可采用双排管。 5.小导管插入后应外露一定长度，以便连接注浆管，并用塑胶泥(40Be水玻璃拌525号水泥)将导管周围孔隙封堵密实。 注浆材料种类及适用条件注浆材料种类及适用条件 在断层破碎带及砂卵石地层(裂隙宽度或颗粒粒径大于1mm，渗透系数k510-4m/s)等强渗透性地层中，应采用料源广且价格便宜的注浆材料。一般对于无水的松散地层，宜优先选用单液水泥浆；对于有水的强渗透地层，则宜选用水泥水玻璃双浆液，以控制注浆范围。 断层带，当裂隙宽度(或粒径)小于1mm，或渗透系
43、数k10-5m/s时，注浆材料宜优先选用水玻璃类和木胺类浆液。 细、粉砂层、细小裂隙岩层及断层地段等弱渗透地层中，宜选用渗透性好、低毒及遇水膨胀的化学浆液，如聚胺脂类，或超细水泥浆。 对于不透水的粘土层，则宜采用高压劈裂注浆。 注浆 1.注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求，并应进行现场试验运转。 2.小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力一般为0.51.0MPa，止浆塞应能经受注浆压力。注浆压力与地层条件及注浆范围要求有关，一般要求单管注浆能扩散到管周0.51.0m的半径范围内。 3.要控制注浆量，即每根导管内已达到规定注入量时，就可结束；若孔口压
44、力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。 4.注浆结束后，应做一定数量的钻孔检查或用声波探测仪检查注浆效果，如未达到要求，应进行补注浆。 5.注浆后应视浆液种类，等待4h(水泥水玻璃浆)8 h(水泥浆)方可开挖，开挖长度应按设计循环进尺的规定，以保留一定长度的止浆墙(亦即超前注浆的最短超前量)。小导管构造：3842mm无缝钢管，单根长35m，管壁注浆孔，孔径68mm,孔距1520cm。超前小导管（三）超前锚杆特点：形成超前于工作面的围岩加固棚。适用于：软弱破碎地层。510开挖面超前锚杆图6-11 超前锚杆设置方式示意图超前锚杆 超前锚杆是沿开挖轮廓线，以较大的外插角，向开挖面前方安装
45、锚杆，形成对前方围岩的预锚固(预支护)，在提前形成的围岩锚固圈的保护下进行开挖、装渣、出渣和衬砌等作业。 超前锚杆采用直径25mm的钢筋制作，环向间距40cm，向上倾角15 打入围岩，长度320cm，搭接长度109cm，每环数量33跟。超前锚杆超前锚杆表表6-3 6-3 超前锚杆超前锚杆( (或小钢管或小钢管) )设计参数设计参数围岩级别围岩级别锚杆直径锚杆直径(mm)小钢管直径小钢管直径(mm)锚杆长度锚杆长度(m)环向间距环向间距(cm)外插角外插角锚杆锚杆小钢管小钢管2020252532323 35 5303050505 510105 510101818222240406060注：外插角
46、指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角；注：外插角指锚杆或小钢管与隧道纵向开挖轮廓线的夹角； 锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑；锚杆或小钢管的长度应与实际掘进循环长度一起考虑； 中空锚杆目前的最小直径为中空锚杆目前的最小直径为25mm25mm。目的：稳定边仰坡。适用于：覆盖层薄或高大边仰坡。1. 地表锚喷预加固类型与加固方法 洞边仰坡网、锚、喷(相片)地表网锚喷地表网锚喷（四）地表锚喷加固（四）地表锚喷加固 洞门上方陡坎加固锚杆加固范围： 经验方法 加固宽度B(12)b，b为隧道开挖宽度； 加固长度为浅埋段长度。 破裂面估算法：用一院法计算破裂角。 喷层厚喷层厚5 510cm10cm； 锚杆直径锚杆直径161622cm22cm，长度，长度3 36m6m， 间距间距1 12m2m； 钢筋网：筋径钢筋网：筋径6 68mm8mm，40cm40cm40cm40cm的网格；的网格；(4)(4)在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱在洞门一定范围内，宜尽量将地表锚杆插入拱部衬砌中。部衬砌中。 2. 2. 地表锚喷加固经验参数地表锚喷加固经验参数 超前支护 隧道管棚超前支护 超前小导管 超前锚杆 初期支护 锚杆 钢筋网 钢拱架（格栅拱架、型钢拱架） 锁脚锚杆 喷射混凝土 初期支护 二次衬砌-模筑混凝土 隧道支护施工安全知识
