公路桥梁隧道工程中喷锚支护施工技术

摘要 在我国的交通网络建设中，路桥隧道是重要的组成部分，工程的施工质量与交通安全、车辆行驶的舒适度密切相关。喷锚支护施工能够使一定高度的土体保持直立状态，使土体的支挡结构能够分散车辆荷载，以维持土体的稳定性，减少工程出现坍塌等事故。文章以某隧道工程为例，对喷锚支护施工技术进行概述，通过喷锚支护施工的多种优势，结果表明：喷锚支护施工流程以及在公路桥梁隧道工程中的应用具有优秀的支护效果与柔韧性。

关键词 公路桥梁;隧道;喷锚支护;应用

中图分类号 U455.7 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0093-03

收稿日期：2022-04-12

作者简介：余文魁（1970—），男，本科，高级工程师，研究方向：公路桥梁工程及隧道工程施工。

0 引言

喷锚支护是一种集钢筋网、锚杆、喷射混凝土三种支护方式于一体的新型施工技术，在公路桥梁与隧道等工程的开挖初期支护中广泛应用，技术含量高，加固效果好，有效解决了土质松散、土质结构不良等问题，能够充分保障施工安全[1-2]。喷锚支护施工效率高、工艺简单，具有及时性、可分性、密贴性、柔性等特点，能够起到良好的稳固围岩的效果，而且成本低、取材方便、安全可靠，应用前景十分广阔。

1 喷锚支护施工技术概述

喷锚支护是一种增强土体强度、维持土体稳定的施工技术，在粉质黏土、强风化岩、抗剪能力较差的土层中尤为适用，而且施工工艺简单、成本低廉、效率高、占地面积小，对施工器械的要求不高。喷锚支护技术有锚杆、喷射混凝土两种支护设施，前者是一种金属杆，具有固结作用，能够使岩层中形成承载岩拱，用来分担外部荷载，把多层水平层岩的岩石连接为一个整体，使之成为一个岩梁，以增强结构的稳定性[3]。后者是利用机械设备将混凝土喷射在土体表面，以起到填补裂隙、凹陷的效果，增强土体的稳固性，避免土体松动与风化，利用土体具备的自承重作用，让土体和混凝土形成一个整体的承载结构。

围岩、锚杆与混凝土喷层三部分共同构成了喷锚支护结构，能够有效增强岩体的稳定性，避免岩体在施工中出现松动，有效防范安全事故。喷锚支护具有4个特点：

（1）粘结性：抗剪力与粘结面共同将裂缝切割的隧道表面连接在一起，增强岩块的咬合力，在岩体内部嵌入锚杆，进一步提高支护效果，充分发挥加固作用[4]。

（2）密封性：喷射混凝土的水灰配比较低，抗生性能良好，密封性较强，能够增强节理的摩擦力，抑制节理间填充物流失，起到稳固岩层的效果。

（3）经济性：喷锚支护的厚度只有传统现浇混凝土支护体系的1/2～1/3，可节约10%～15%的岩土开挖量，提高2～4倍的支护施工速度，节约大量的支护施工成本。

（4）灵活性：喷锚支护的参数、类型、施工流程都可以根据工程的具体要求进行调整，以满足施工需求[5]。

2 喷锚支护技术施工前的准备

2.1 确定材料配合比

喷锚支护材料的配合比，除了要满足规范要求、支护强度等级之外，还应符合施工区域的气候特点与地理环境，以保证混凝土性能符合实际要求，增强混凝土的抗冻能力，降低水化热。低温早强喷射混凝土的水灰比约为0.4～0.5，并在反复实验中确定混凝土各种原材料的占比。

2.2 确定喷射原料配合比

混凝土原材料主要包括水泥、外加剂、粗细骨料等，这些原材料的等级性质、质量均应符合规范要求。粗骨料通常选择非碱活性的碎石，或者卵石混合物，混合物中不能混入冰雪和雨水。粗骨料的技术指标包括：泥块含量为0，泥沙含量为0.6%，压缩指标为5.1%～7.6%，坚固性指标为2.1%，不具有碱活性。细骨料则要求碱活性含量0、硬度较强的河砂。水泥选择含碱量较低、超过32.5R的硅酸盐水泥，用水量为26.5%，凝固时间1.5 h，终凝时间3.5 h，标准抗压强度45.2、抗折强度8.3。

3 喷锚支护施工流程

3.1 清理开挖基面

对于已经出渣，且已经完成施工的基面，应采用净空量测的方式，并在基面上标准量测结果，检查基面周围，发现不稳定的岩石，应立即清理。做好软弱地基的维护，避免开挖施工中地基坍塌，影响基面稳定。开挖施工中遇到坚硬部位，应灵活调整施工方案，保证进孔尺寸符合要求。

3.2 喷射混凝土

清洗岩壁表面，将粉尘、颗粒等杂物冲刷干净。用搅拌机均匀地将水泥、粗细骨料搅混合在一起，按确定的配比加水，含水量约为20%。正常搅拌混凝土，加入水泥重量5%的速凝剂。第一次喷射混凝土，压力设置为0.2～0.4 MPa，采用潮喷方式，避免洞内被粉尘污染。把喷射面均匀地分成长度约5 cm的若干份，喷射厚度约3 cm，喷射方向和喷射面之间的夹角控制在10%以内，喷射距离0.5～1.0 cm，使用螺旋状喷头。

3.3 配套材料和锚杆

F22螺纹钢管成型后进行切割，并设置锚杆。使用8604型水泥锚固剂锚固锚杆，强度控制在52～56 MPa，固化时间为5～10 min。使用高压风将孔洞内的杂物清理干净，开挖基层钻孔前，用水充分湿润锚固剂，使用量约为孔深的2/3，然后用手风枪把锚杆放进孔内并固定，以充分提高锚杆和锚固剂的密实度。使用规格为100 cm

×200 cm的钢筋网片，把钢筋网片和锚杆焊接牢固，裁剪钢筋网片，使其形状与喷面相符，然后再铺设。喷面和钢筋网片之间的距离不超过3 cm。配套材料包含格栅，主要材料是规格为F25的钢筋，以5根为一组焊接牢固，使用钢板螺栓把格栅连接起来，尺寸约500 cm。格栅的铺设间距约为100 cm，用点焊的方式将5根主筋焊接为一组，连接筋的长度约为110 cm。

初期支护连续施工两层，共同抵御围岩应力，保證支护体系不会变形。根据外层钢架内的轮廓大小来确定内层钢架及其半径。内层钢架首选118型钢，两个钢架之间的距离为4 cm，内层钢架保护层为3 cm，两层初期支护的总厚度为49 cm。双层支护体系的制作方法与外层钢架相同，锁脚、连接筋、网片的施作方式相同，以维持受力体系的稳定。若无法很好地控制变形，则可以将内层初支钢架换成120b型钢，出于对两个钢架之间距离4 cm、内层钢架保护层厚度3 cm的考虑，更换钢材型号后，两层初支的总厚度应为51 cm。

4 喷锚支护施工技术的应用

某项隧道工程总长度为3.2 km，隧道中有Ⅱ级、Ⅲ级围岩，坡度比较平缓。隧道所处的区域地质特点比较复杂，施工时很容易受到坡度、土体的影响，为避免坍塌事故，保障施工安全，需要采用喷锚支护施工技术。施工中应尽量减少对周边环境的影响，尽可能少的开挖地面，减少挖面的暴露。

4.1 支护施工前的准备工作

4.1.1 确定喷射混凝土原料的配合比

首先要考虑施工设计中的强度等级要求，其次是要考虑施工地区的气候特点，比如冻土的特殊性。要想混凝土的抗冻性能达到施工要求，首先要保证混凝土的抗渗性和早强性，在此基础上减少水化热，降低混凝土的回弹率。以低温早强喷射混凝土为例，配置过程中，水灰比应保持0.4～0.5，每立方米的水泥使用量为400～470 kg。严格做好试喷实验，根据实验结果确定混凝土配合比：水泥（1）：砂（2.33）：碎石（1.62）。

4.1.2 混凝土原材料的质量要求

（1）水泥：以32.5R级的普通硅酸盐水泥为例，技术指标见表1。

（2）粗细骨料：粗骨料为非碱活性、级配良好的碎石，或者卵石混合物。细骨料选择质地坚硬的、清洁、级配良好的河砂。粗细骨料中都不可含有冻结物。粗骨料碎石的技术指标如表2所示。

（3）外加剂：基于对低温早强喷射混凝土特点的考虑，此工程选择多功能复合外加剂，并进行速凝剂配合实验。多功能复合外加剂的优势是可以降低混凝土的液相冰点，增强喷射混凝土时的初期强度，避免混凝土遭受冻害。速凝剂配合实验可以加速混凝土的硬化，减少回弹损失，让混凝土更好地适应含水或者较为潮湿的岩层环境。

4.2 喷锚支护施工技术的应用

（1）处理开挖面的围岩：当隧道掌子面完全出渣以后进行净空量测，根据量测结果处理危石，欠挖且土质比较松软的区域，采用人工开挖方式。地质坚硬的地段采用补炮处理，保证净空尺寸满足设计要求。

（2）施工材料：使用425#的普通硅酸盐水泥;细骨料为天然黄砂（含砂率<50%、含泥量<3%）;粗骨料尺寸0.5～1 cm。经试验检验，各种施工材料的指标均符合设计要求。速凝剂为RH型，掺入量为水泥重量的5%，初凝与终凝时间分别为5 min、8 min。混凝土的回弹量与水灰比密切相关，若无特殊要求，以0.48的水灰比为宜，可以达到理想的喷射效果。

（3）混凝土初喷：施工选择BZ-5混凝土喷射机，压力设置0.2～0.4 MPa。初喷施工中，采用潮喷方式能够减少洞内的粉尘污染。喷射混凝土之前冲刷岩壁，清理岩壁上的杂物，用搅拌机按照确定的配合比，均匀搅拌水泥、粗骨料、细骨料等混凝土原料，加入20%左右的水。搅拌均匀后，把混凝土运送到喷射机前，一边人工拌和，一边加入速凝剂（约占水泥总量的5%）。按照从下到上，分片、分段的方式喷射混凝土，每段长度约6 cm，喷头为螺旋形，喷射式，喷头与喷面保持0.6～1.0 cm的距离，喷射厚度3 cm左右。

（4）设置锚杆、挂网、钢格栅：循环出渣和初喷混凝土之后，需要布置锚杆，锚杆材料为Ф22螺纹钢，提前在加工厂切割成型。锚固剂选择8604型水泥锚固剂，强度52～56 MPa，固化时间5～10 min。钻眼施工结束后，使用高风压清理孔洞，把湿润后的锚固剂置入孔洞，置入深度为2/3，然后用手风枪把锚杆送入孔洞，固定牢固，让锚杆和锚固剂充分结合。选择Ф8圆钢作为制作钢筋网片的原材料，尺寸100 cm×200 cm。網片和锚杆之间焊接牢固，随着喷面的起伏铺设钢筋网，喷射间隙控制在3 cm以内。格栅主筋材料为Ф25钢筋，每榀格栅尺寸500 cm，使用钢筋螺栓连接，钢筋之间相互焊接。钢格栅材料为Ф25螺纹钢，格栅间距100 cm，两榀格栅的连接筋长约108 cm，用点焊将其和4根主筋焊接在一起，在格栅的拱脚架处铺设垫板，垫板要低于导坑地面20 cm，并和隧道中线保持垂直。

（5）混凝土复喷：复喷的工序、喷射方法、喷射方向、喷头和喷面的距离、喷射厚度与初喷基本一致。复喷在锚杆支护、钢筋网、钢格栅施工完成后进行。

（6）施工质量控制：严格控制外加剂的使用量与质量;检测水温、骨料温度、喷射混凝土时的环境温度。在混凝土配合比因外界因素的影响而发生改变时，需要重新检测，同时还要检查各种抗渗、抗冻试件的质量。

5 喷锚支护施工的优势

（1）增强与加固围岩的二次强度：开挖洞室后很短的时间内立刻喷射薄薄的一层混凝土，封闭围岩，将围岩与空气隔绝，避免围岩风化，防止岩体强度因风化作用而迅速下降。速凝剂的应用能够增强喷射混凝土的初期强度，在围岩被破坏之前提供支护能力，控制围岩的变形，让岩体结构面的粘结力尽量不发生改变，以增强围岩的稳定性。

（2）混凝土通过高压射流喷射后，部分砂浆被喷到岩体的结构面，让原本联系较弱甚至无任何联系的岩块结合为整体。锚杆从各个角度穿过结构面，使其抗剪与抗拉能力得到提升。锚杆、喷层所提供的约束力与支护力，让围岩的受力情况得到优化——从二向受力转变为三向受力，增强了围岩的稳定性。

（3）石洞开挖后，围岩会形成二次应力，即径向应力减小或者消失，切向应力增加。此为一向应力解除与集中状态，也是洞室稳定性被破坏的原因。喷锚支护具有两大特点：其一是及时性，可争取更多的时间;其二是柔性，可提供有效的支护力，降低围岩的蠕变速度。在蠕变过程中有控制地释放部分能量，然后再利用塑性把另一部分能量转到深部岩体中。采用喷锚支护施工，能够在围岩受到破坏前进行加固，控制了围岩受到的破坏程度，为调整二次应力挣取了更多时间。然后再利用喷锚支护的柔性以适应围岩的蠕变状态，随着变形的发展，喷层的径向抗力与切向抗力不断增加，两种力共同支护围岩，进一步延缓其变形速度，为更好地利用岩体塑性创造了有利条件。围岩的塑性让应力随着时间而持续调整，过于集中的二次应力会逐渐分散，在二次应力大于二次强度的情况下，会使洞室周围将更大的切向应力转移至深部岩体，深部围岩具有良好的承载能力，有效缓解了喷锚支护的负担。

6 结束语

综上所述，路桥隧道工程的施工环境比较复杂，经常遇到不良地质或者恶劣天气，不仅施工量大、施工强度高，而且还潜藏了各种施工风险，对施工技术与施工人员的综合能力提出严峻考验。喷锚支护施工在公路、桥梁、隧道工程中的应用非常广泛，具有优秀的支护效果与柔韧性，充分保障了施工安全，提高了工程结构的稳定性。施工人员在规范应用施工技术、落实施工流程的同时，还应严格控制材料质量，以延长工程的使用寿命。

参考文献

[1]金锋. 喷锚支护施工技术在公路桥梁隧道工程中的应用浅析[J]. 城镇建设， 2020（10）： 157.

[2]刘祺. 公路隧道工程中喷锚支护施工技术的应用[J]. 中华建设， 2020（29）： 246-247.

[3]杨柏轩， 隆威. 预应力锚杆（锚索）在湖南某高速公路高边坡支护中的应用[J].  中外建筑， 2019（9）： 169-171.

[4]方苗苗， 李梦瑶， 王刚， 等. 基于差分原理的喷锚支护水工隧洞稳定可靠度分析[J].  水力发电， 2021（12）： 31-34+41.

[5]程喜贵. 喷锚支护施工技术在隧道工程中的应用探究[J]. 中国公路， 2021（5）： 111+113.