浅谈张呼铁路刘家隧道初期支护施工

杨峰

摘 要：本文结合新建张（家口）至呼（和浩特）铁路刘家隧道具体施工实践，就西部地区铁路长大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

由中铁十九局集团第六工程有限公司承建的张家口至呼和浩特铁路刘家隧道位于乌兰察布市刘家沟村西侧，临近G110国道和京藏高速公路，地势起伏较大。隧道进口里程为DK135+210，出口里程DK137+246，全长2036m，本隧道最大埋深80m。进口左线内轨顶面高程1412.683m，出口左线内轨顶面高程1371.963 m。

该隧道从掘进口按：测量放线（地质预报）→钻爆→出渣、运输→支护→仰拱或铺底→防水层铺设→模筑二衬混凝土→水沟、电缆槽及附属工程，当洞身掘进一段并完成一段洞身衬砌后，在晴好季节及时安排施作洞门，洞口地质条件较差时施工完洞口段明洞后再进行暗洞开挖施工。现就该隧道初期支护施工进行介绍。

隧道初期支护由喷射混凝土、挂钢筋网、格栅/型钢拱架、拱部中空锚杆和边墙砂浆锚杆组成。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→喷谢混凝土达到设计厚度→监控测量→反馈、调整确定支护参数。

1.砂浆锚杆

砂浆锚杆施工工艺流程：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

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。

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

中空注浆锚杆施工工艺流程：：施工准备→布孔→钻孔→清孔→插入杆体组合体→安置浆塞→浆液配置→注浆

中空锚杆施工钻孔使用锚杆台车钻孔，钻孔前根据设计要求定出孔位，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。中空注浆锚杆施工程序如下：

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 ，水泥浆随拌随用。

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。流程见下图。

喷射混凝土工艺流程图

3.1 原材料要求

砂选用颗粒坚硬、干净的中、粗砂，符合国家二级筛分标准，细度模数大于2.5，含水率控制在5-7%；碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于15mm的碎石；水泥用普通硅酸盐水泥；使用的外加剂主要有减水剂、防水剂、速凝剂、膨胀剂及硅粉等。

减水剂的主要作用是减少混凝土的用水量，由于湿喷混凝土坍落度指标的要求，使水灰比较大，这样水泥水化后多余的水要蒸发，使喷层出现“干裂”现象，从而降低了喷层强度和抗渗性，因此在拌和混凝土时一般要掺入高效减水剂，使湿喷混凝土在加水量较小的情况下，提高其和易性和流动性；防水剂在混凝土拌和物中能与水泥的水化产物作用生成不溶性凝胶，阻塞混凝土的毛细管道，同时该凝胶所产生的微膨胀性还可部分抵消混凝土硬化所产生的干缩；速凝剂的作用主要是当混凝土的料束粘到受喷面后必须尽快凝固，一方面可以防止由于混凝土物料的堆集而呈块状掉落，减少回弹量，从而增加喷层厚度，另一方面是为了发挥喷混凝土的早强作用，尽快形成支护能力，保证结构的安全，使用液态速凝剂；加入硅粉主要是提高混凝土的抗渗性和耐久性。

速凝剂、减水剂、粘稠剂等外加剂均选择质优、性能优良的产品。速凝剂在使用前，要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，使用中初凝时间应小于5min，终凝时间小于10min。

3.2 湿喷混凝土的施工方法

根据设计要求和地质围岩状况，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（此时喷嘴朝下，以免速凝剂流入输送管内），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勻移动，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。喷锚施工顺序见下图。

喷锚施工顺序图

4.结语

通过对以上关键工序进行了严格的技术控制，中铁十九局集团六公司承建的张呼铁路刘家隧道初期支护施工合格率达100%，优良率98%，完全满足了设计要求。