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1、隧道工程二次支护施工技术要点【摘要】：隧道工程施工过程中二次支护结构施工技术是影响隧道工程质量的重要因素。施工质量好则隧道的耐久性好，施工质量差则会严重影响隧道的耐久性，而且其安全性也存在着极大的隐患。本文从普通喷射混凝土、钢纤维喷射混凝土、高强度喷射混凝土、锚杆、以及混凝土衬砌五个方面讲述隧道工程二次施工技术的要点以保证隧道工程的安全性以及耐久性。【关键词】：支护结构、施工质量、锚杆、安全性、耐久性The secondary supporting construction techniques of tunnel engineeringAbstract: In Tunnel construc
2、tion process the secondary supporting structure construction technology has a big influence on the tunnel engineering quality. The tunnel will have a good durability if it was build in a good quality, otherwise if it is build in a poor quality the construction will seriously affect the durability of
3、 the tunnel, and its security also has a big problem. This article introduced the common jet concrete, steel fiber reinforced jet concrete, high strength sprayed concrete, anchor, and concrete lining. We will introduce secondary lining technology of the tunnel construction from the five aspects to e
4、nsure the safety and the durability of the tunnel engineering.Key words: the supporting structure, the construction quality, anchor, safety, durability近年来随着国家对基础设施建设方面的大量投入，以及隧道施工技术的不断进步，隧道在铁路、公路和水利水电工程中所占的比例越来越大，且越修越长。长大隧道往往是控制整个线路施工工期的关键工程。国内外隧道施工普遍采用钻爆法和掘进机法两种，然而。不管是钻爆法还是掘进机法，隧道施工工序大都由掘进、装碴、运碴、初期
5、支护和二次支护(包括仰拱)等组成，而掘进和衬砌是隧道施工中两个重要和主要的控制整个工程工期的关键施工工序。本文将重点讨论隧道工程中二次支护的施工技术。二次支护，也称二次衬砌，是人工支护的一种类型，是隧道工程施工在初期支护内侧施作的模筑混凝土衬砌，与初期支护共同组成复合式衬砌。在目前的设计原则中，主要是在运营期间与一次支护一起，维护坑道的长期稳定和耐久性的基本结构，又称永久支护或衬砌。根据地质条件和施工实践，二次支护的功能可分为两种情况考虑。即：1.在施工阶段，基本上是不承载的。即：在初期支护变形基本收敛后，才施做二次支护的情况，此时二次支护是不承受荷载的。一般地说，在不采用超超前支护的地质条件
6、情况下，都可以按照不承载的原则进行设计和施工。2在有些情况下，如需要控制地表面下沉，控制较长时间内的初期支护变形不收敛，特别是线性修筑仰拱的情况下，二次支护在初期支护变形没有收敛的情况下就要修筑。在这种情况下，二次支护也需要在施工期间发挥其作用，承受相应的荷载。一般说，在采用超前人工支护的情况下，二次支护应按承受一定荷载的情况下设计和施工。应该指出，两种支护手段都是重要的，在选择时必须通盘考虑。实质上，支护措施常常是采取自支护和人工支护的组合形式。原则上，在充分利用和发挥围岩自支护能力的条件下，配合采取不同的人工支护方式，共同的进行有效的支护。根据坑道稳定性的分级和构筑支护方式的组合情况，人工
7、支护类型大体上分为以下4类。1.饰面支护或防护支护：利用威严的自支护能力。2.构造支护：利用围岩的自支护能力，为防止围岩在长期使用过程中，自支护能力的降低，而采取的构造上的措施。3.承载支护：由围岩自支护能力和一般人工支护构成，二次支护是不承载的。4.特殊承载支护：由围岩自支护能力、一般人工支护和超前支护构成，二次支护是承载的。我们要求隧道初期支护和永久衬砌作到“内实外美”，这也是我们评价衬砌施工质量的重要指标。而“内实外美”主要决定于随到初期支护和衬砌的施工质量。应该说，由于隧道施工条件和施工环境的限制，隧道内的施工条件比露天的施工条件要差，有一定的难度。因此，隧道工程技术人员要经常想到这一
8、点，是很重要的。从总体上看，只要严格按照施工工艺施工，初期支护和衬砌强度是完全可以保证的。而在施工中出现的一些问题是：经常出现衬砌厚度不足、衬砌背后留有空洞、回填不密实，二次衬砌与初期支护不密贴和衬砌过早开裂以及漏水等问题。出现这些问题，有多方面的原因，如：施工中出现异常事故（如大塌方、突泥、突水等），处理作业极度困难；抢进度，忽视质量；监理缺乏有效地监控方法；更有甚者是偷工减料造成的。在技术上，因混凝土配比不当而出现蜂窝麻面、强度不足、施工缝处理不当漏水、防水板破损、衬砌表面不平整以及先拱后墙的施工方法等等。因此，在施工中要关注这些问题的解决。施工要点一 普通喷射混凝土在矿山法中，喷射混凝土
9、作为威严开挖后的主要支护构件起着相当大的作用，但在实际工作中，常常忽视它的存在和作用。因而时常发生喷射量不足、喷射厚度不均匀、喷射配合比不合适以及基底处理不当等现象，使混凝土不能充分发挥其应有的作用。作为隧道支护构件的喷射混凝土的支护作用，如表1所示，可以简要归纳为以下几点：（1）首先，要认识到混凝土是唯一地能够与围岩大面积的、牢固接触的一种支护方式，是其它的方式所不能代替的。从力学意义上说，它既能传递径向应力也能够传递切向应力。（2）喷射混凝土与岩层的附着力可以把作用在喷射混凝土的外力分散到围岩上，同时也提供了隧道周边的裂隙和节理等以剪切阻力保持块体的平衡，防止局部掉块，在隧道壁面附近形成一
10、承载环。在裂隙多的硬岩中这种效果是比较大的。（3）比较厚的混凝土是作为一个连续构件支护围岩的，给予约束围岩变形的支护力，使围岩保持近于三维应力状态，控制了围岩的应力释放。（4）具有能够将混凝土传递到钢支撑和锚杆上的作用。（5）填平围岩的凹面，覆盖弱层，防止应力集中，而加强了软弱层。（6）开挖后，因立即被覆壁面，具有防止围岩风化、止水和微颗粒流出等的效果。喷射混凝土的作用与效果概念图支承围岩作用由于喷层能与围岩密贴和粘结，并给围岩表面以抗力和剪力，从而使围岩处于三向受力状态，防止围岩强度恶化；此外，喷层本身的抗冲切能力阻止不稳定块体的塌滑“卸载”作用由于喷层属柔性，能有控制地使围岩再不出现有害变
11、形的前提下，进入一定程度的塑形，从而使围岩卸载；同时喷层的柔性也能使喷层中的弯曲应力减小，有利于混凝土承载力的发挥填平补强围岩喷射混凝土可射入围岩张开的裂隙，填充表面凹穴，使裂隙分割的岩块层面粘联在一起，保持岩块间的咬合、镶嵌作用，提高其间的粘结力、摩阻力，有利于防止围岩松动，并避免或缓和围岩应力集中覆盖围岩表面喷层直接粘贴岩面，形成防风化和止水的防护层；并阻止节理裂隙中充填物质流失阻止围岩松动喷层是紧跟开挖、及时进行支护的，早期强度较高，因而能及时向围岩提供抗力，阻止围岩松动分配外力通过喷层把外力传给锚杆、网架等，使支护结构受力均匀表1喷射混凝土的作用与效果 能够发挥上述效果的喷射混凝土，要
12、求具有初期强度特性、长期强度特性、防止喷射后围岩崩落的良好的附着性、施工性等优良的品质，考虑隧道洞内的温度、湿度、爆破震动等，到目前为止，多采用水泥用量比较多、添加速凝剂的特殊的混凝土。为了充分发挥喷射混凝土的支护效果，最重要的是要解决好喷射混凝土施工的四要素。l 强度：具有足够的强度，特别是初期强度；l 厚度：要确保附着层的厚度，或者使喷射表面平滑；l 附着：与围岩牢固附着成为一体，相互间就能够传递力和变形；l 密实：附着层密实、均质、耐久。（1）喷射方式的选择喷射混凝土的喷射方式，从拌合方法、压送方法看，大体上分为干式和湿式两种。干喷方式，是在水泥和骨料拌合后加入速凝剂，用压缩空气压送，在
13、喷嘴处加压力水喷射的方式。而湿喷方式，与通常的混凝土制造相同，事先将包括水压内的各种材料正确的计量、充分的拌合，而后用压缩空气或泵压送，在喷嘴处加速凝剂的方式。图1是两种作业方式的系统图，各有特点，应根据现场规模、状况和喷射量分别使用。因此，选择喷射方式时，要充分研究喷射厚度、隧道长度、断面大小、开挖方法及涌水的有无等。对于涌水，一般说，干喷是比较好的。对于速凝剂的添加位置，液体速凝剂和粉体速凝剂是不同的。图1喷射方式的系统图（2）喷射混凝土的配合比设计在配合比设计中，从喷射口出来的混凝土配比和附着在围岩表面上的配比是不一样的，前者是喷射配比后者是附着配比。设计规定的喷射混凝土强度，如C20、
14、C25等，应该是由附着配比决定的，但因现场对附着配比管理比较困难，因此一般都按照设计配比进行管理。与喷混凝土强度、耐久性、水密性、抵抗开裂性、保护钢材的性能有最大关系的是：水灰比、单位用水量及单位水泥量，还有使喷射混凝土在短时间凝结的速凝剂用量。喷混凝土的配比强度，与通常的灌注混凝土不同，受到施工条件的影响极大，离散性也大。为此，决定喷混凝土的配比强度时，应满足施工条件要求的初期强度和结构物要求的设计基准强度，根据经验和实验求出合适的值。（3）喷射面的事前处理喷射基面的处理对保证混凝土与围岩紧密接触（附着）是非常重要的。因此喷射的第一步是：为确保喷射作业的安全和喷射混凝土与围岩成为一体，要事先
15、把可能落下的浮石等仔细地清除。第二步是：对围岩表面凹凸显著的部位填平补齐，为防止板的张挂创造良好条件。第三步是：设置金属网或钢筋时，如固定不好，喷射作业中会发生移动，也会因金属网振动而产生开裂。因此设置的金属网、钢筋等必须用混凝土钉、锚栓、锚杆、钢支撑等充分固定好。喷射混凝土与干喷或湿喷无关，因添加速凝剂而急剧硬化。因此，在速凝剂添加后尽早喷射是很重要的。（4）初期强度的检查（见表 2 ）混凝土与一般混凝土相比其离散性比较大，在初期强度检查中要加以注意。喷混凝土一般不用圆柱模打试件，原则上向板内喷射混凝土取试件进行试验。项目检查方法时期次数判定基准喷混凝土初期强度国标施工开始前及施工中，所定配比条件变化的场合不在规定值以下表2初期强度的检查（5）喷射厚度等的检查喷射厚度及混凝土变异的检查，根据表3进行项目试验、检查方法时期、次数判定基准喷射厚度检查钉、钻孔检测等施工中急施工完成后应在设计厚度以上喷混凝土的变异同上不产生有害的开裂等表3喷射厚度的检查测定喷射厚度的方法有埋置检测钉的方法和喷射后向刚喷射的混凝土中插入检测钉的方法以及喷射后钻孔检测的方法。施工要点二 钢纤维喷射混凝土钢纤维喷射混凝土在工程实践中得到的越来越多。特别是挪威法出现后，钢纤维喷混凝土作为单独支护结构的作用也越来越明显。挪威法（简称NTM）的最大特点就是采用湿喷钢纤维混凝
