浅谈京沈客专上窝铺隧道初期支护施工

黄海军

摘 要：本文结合京沈客运专线上窝铺隧道施工的具体实践，就铁路隧道初期支护施工的关键工序和技术控制进行了简要阐述。

关键词：铁路隧道；初期支护；关键工序；技术控制

中铁十九局集团第三工程有限公司承建的京沈客运专线上窝铺隧道全长3542 m，地处辽宁省朝阳市喀左县境内。地貌属低山丘陵区。测区内山体多见基岩出露，局部植被稀疏。隧道所经山脉海拔最高高程为766.99m，隧道最大埋深275.47m。围岩分级和所占比例为：Ⅱ级围岩总长为1100m，；Ⅲ级围岩总长度为1840m；Ⅳ级围岩总长度为380m，；Ⅴ级围岩总长度为222m。现就初期支护施工方法及工艺进行介绍。

隧道初期支护由喷射混凝土、挂钢筋网、格栅/型钢拱架、拱部中空锚杆、边墙砂浆锚杆组成。初期支护施工程序：超前地质预报→开挖→初喷混凝土→施工放样→安装钢架及挂钢筋网→施作系统锚杆→喷射混凝土达到设计厚度→监控量测→反馈、调整确定支护参数。

1.砂浆锚杆

普通砂浆锚杆采用螺纹钢筋现场制做，长度根据围岩状况及设计确定，间距不大于杆长的二分之一，系统锚杆呈梅花形布置。工艺流程： 施工准备→布孔→钻孔→清孔→注入砂浆→插入杆体→加垫板、拧紧螺栓、固定杆体→结束。

砂浆锚杆采用锚杆钻机或风动凿岩机钻孔，机械配合人工安装锚杆，水泥砂浆终凝后安设孔口垫板。钻孔直径大于锚杆直径15mm，然后采用砂浆锚杆专用注浆泵往钻孔内压注早强水泥浆，砂浆配合比（质量比）砂灰比宜为1：1～1：2，水灰比宜为0.38～0.45），早强水泥采用硫铝酸盐早强水泥，并掺早强剂。注浆开始或中途超过30min时应用水润滑注浆管路；注浆孔口压力不得大于0.4MPa；注浆时注浆管要插至距孔底5～10cm处，随水泥浆的注入缓缓匀速拔出，随即迅速将杆体插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。若孔口无砂浆溢出，要将杆体拔出重新注浆。

2.中空锚杆

中空锚杆施工钻孔使用锚杆台车钻孔，钻孔前依设计要求定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直，钻孔直径φ42mm，钻孔深度大于锚杆设计长度10cm。工艺流程：施工准备→布孔→钻孔→清孔→插入杆体组合体→安止浆塞→浆液配置→注浆→加垫板、拧紧螺栓、固定杆体→结束。

钻完孔后，用高压风吹净孔内岩屑；将锚头与锚杆端头组合，戴上垫片与螺母；将组合杆体送入孔内，直达孔底；将止浆塞穿入锚杆末端与孔口取平并与杆体固紧；锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；采用锚杆专用的螺杆式注浆泵往中空锚杆内压注水泥浆，水泥浆的配合比为： 1：0.3～0.4，注浆压力为1.2MPa。

3.喷射混凝土

喷射混凝土采用湿喷技术，在洞外由混凝土拌和站拌好，通过混凝土搅拌运输车向洞内送料，空压机供风。喷射混凝土分为：素喷、锚喷、格栅联合锚网喷，均采用湿喷作业技术。

混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔10mm），以避免超粒径骨料进入喷射机；喷射前首先要对岩面进行修整，清除松动岩块，对个别欠挖突出部分进行凿除、对个别超挖部分用喷射混凝土喷混补平；用高压水将岩面冲洗干净，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面；检查喷射机工作是否正常；要进行喷射试验，一切正常后可进行混凝土喷射工作。

混凝土喷射送风之前先打开计量泵，以免高压混凝土拌和物堵塞速凝剂环喷射孔；送风后调整风压，控制在0.15～0.2MPa之间，若风压过小，粗骨料则冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致回弹量增大。可按混凝土回弹量大小、表面湿润易粘着力度来掌握。喷射压力根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。

为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土分二次完成，即初喷和复喷。喷射混凝土以湿喷为主，含水量较大地段采用潮喷工艺。喷射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土输送车运输。

初喷在刷帮、找顶后进行，喷射混凝土厚度4～5cm，及早快速封闭围岩，放炮后由人工在渣堆上喷护。

复喷是在初喷混凝土层及加固后的围岩保护下，完成立拱架、挂网、锚杆工序的作业后进行的。采用湿喷工艺，由喷射机械手施工。采用湿喷工艺可以减小回弹量及粉尘，减少环境污染。

喷射混凝土分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直，距离保持1.5～2.0m。设格栅钢架时，钢架与岩面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射顺序先下后上对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土所覆盖，保护层不得小于4cm。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头成螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。一次喷射厚度控制在拱部不得超过6cm，边墙不得超10cm，过每段长度不超过6m，喷射回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。新喷射的混凝土按规定洒水养生。回弹量的多少取决于混凝土的稠度、速凝剂的使用、喷射技术骨料级配等多种因素。施工时要将边墙部分回弹率控制在15%以内，拱部回弹率控制在20%以下。施工前制定相应的作业指导书并在施工中根据实际情况不断完善。在实际工作中尽快摸索掌握有关工作风压、喷射距离、送料速度三者之间的最佳参数值，使喷射的混凝土密实、稳定、回弹最小。必要时，在混凝土中掺加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性而减少回弹。

3.钢筋网施工

3.1钢筋网施工

钢筋网按要求加工成方格网片，纵横钢筋相交处可点焊成块。钢筋网在初喷混凝土、锚杆完工之后安设，施工时运至工作面进行敷设，网片要紧贴初喷面，混凝土保护层厚度必须满足设计要求。网片与网片间、网片与锚杆间要焊接牢固。

3.2技术要点

钢筋网节点与锚杆间采用电焊焊接牢固，网片间用铁丝扎紧或焊接，在喷射作业时不得走动；钢筋网铺设随混凝土初喷面起伏，并与壁面接触密实；复喷混凝土后，将钢筋网完全覆盖，且要有3～5cm厚保护层。复喷后喷混凝土面应平整。

4.格栅/工字钢拱架施工

本工程所用的拱架支撑主要有工字钢拱架、格栅钢架两种形式。

格栅/工字钢拱架在洞外按设计加工成型。在初喷混凝土之后进行安装，并与定位系筋、锚杆联接。钢支撑间设纵向连接筋，拱架支撑间以喷混凝土填平。拱架拱脚安放在牢固的基础上，架立时垂直隧洞中线，当拱架支撑和围岩之间间隙过大时设置垫块，用喷混凝土喷填。

拱架架设工艺要求：

为保证拱架支撑设在稳固的地基上，施工中在拱架支撑基脚部位预留0.15～0.2m原地基；架立拱架支撑时挖槽就位，软弱围岩地段在拱架支撑基脚处设锁脚锚杆和垫槽钢以增加基底承载力

拱架支撑平面垂直于隧洞中线，倾斜度不大于2°。拱架支撑的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。

为保证拱架支撑的稳定性，两拱脚处和两边墙脚处加设锁脚锚杆，锁脚锚杆由2～4根锚杆组成。

拱架支撑按设计位置安设，在安设过程中，当拱架支撑和初喷层之间有较大间隙时设骑马垫块，钢支撑与围岩（或垫块）之间的间隙不大于50mm。

为增强拱架支撑的整体稳定性，将拱架支撑与锚杆联接在一起。沿钢支撑设直径为ф22mm的纵向连接钢筋。

为使拱架支撑准确定位，拱架支撑架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与拱架支撑联接在一起，另一端锚入围岩中0.5～1m并用砂浆锚固。

拱架支撑架立后尽快喷混凝土，并将拱架支撑全部覆盖，使拱架支撑与喷混凝土共同受力。喷射混凝土先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚（墙脚）不密实，造成强度不够，拱脚（墙脚）失稳。

5.结语

通过对以上关键工序进行了严格的技术控制，上窝铺隧道初期支护施工合格率达100%，完全满足了设计要求。