浅谈不良地质条件下的锚喷联合支护

浅谈不良地质条件下的锚喷联合支护

周飞

（浙江省围海建设集团股份有限公司，浙江宁波315040）

摘要：在岩体松散、软弱、破碎、断层带、高地应力、渗水涌水、偏压、岩溶发育等不良地质构造中修建隧洞工程，防止围岩坍塌和衬砌沉陷变形是关键问题。论述了不良地质条件下的锚喷联合支护

关键词：不良地质条件；锚喷联合支护；质量控制

1概述

在岩体松散、软弱、破碎、断层带、高地应力、渗水涌水、偏压、岩溶发育等不良地质构造中修建隧洞工程，防止围岩坍塌和衬砌沉陷变形是关键问题。

在地下洞室施工中，穿越不良地质条件地层是经常发生的。在隧洞开挖完成后到全封闭衬砌完成，将需要相当的施工时段。在此时段，必须保证隧洞围岩的稳定，以保证有充足的时间对围岩进行支护。及时、正确的支护是保证施工安全的重要手段，是隧洞施工成败的关键所在。锚喷支护适应性广，选择支护方式应优先考虑用锚、喷或锚喷联合支护的方式。采用单一的支护方法往往不能保证在极不稳定的围岩中成洞，需要采用预固结灌浆、锚杆、挂网喷混凝土、钢拱架等多种支护方法，使其联合发挥支护作用，直至完成混凝土衬砌。

施工期支护一般称为临时支护，而临时支护在后期支护不拆除时也就成为永久支护的组成部分。

在不良地质条件下进行地下工程施工，须根据工程特性和施工能力，采取由弱到强、由简到繁、由易到难、逐步加强的支护方法，使前期临时支护能够保证后期支护的施工安全。若围岩特别破碎，一般是先素喷混凝土，再进行系统锚杆支护，再挂网喷混凝土支护，必要时加钢拱架等，直至完成钢筋混凝土衬砌。总之，通过前期的临时支护争取后期支护安全施工的时间。

1.1在不良地层施工，应仔细了解施工区的地质情况，施工开始后，有条件时应做超前探测工作。超前探测内容应包括：

（1）地质编录和测绘。（2）探明掌子面前方地质构造、地下水涌量、水压力、地热、地应力、有毒气体、膨胀性等情况。（3）测定围岩初始应力、弹性波速度和岩石物理力学参数。（4）测定隧洞开挖后松弛范围＼围岩变形和蠕变性能等参数。（5）分析影响围岩稳定的不良地质因素，及时配合设计、施工人员研究预防措施，制定施工措施。

1.2超前勘探的方法。（1）超前钻孔（一般取岩芯）。（2）超前导洞。（3）物探法：地质雷达（电磁法）、声波法等。（4）地质分析预报法。

1.3不良地质地段施工的原则。（1）认真分析研究工程地质与水文地质资料。必要时，采用超前勘探方法进一步了解地质条件，做好地质预报。（2）采取浅钻孔、弱爆破、多循环、强支护、紧封闭等措施，尽量减少对围岩的扰动。（3）采取分部开挖，及时进行支护，并尽早进行混凝土衬砌。

在进行隧洞支护设计时，支护上部的荷载及其作用的状态是极复杂的。单一的计算方法是不能奏效的。大多数支护设计是采用类比法和经验法。

2钢筋网喷射混凝土

2.1定义及应用范围。钢筋（钢丝）网喷射混凝土，就是在喷射混凝土层内铺设钢筋（钢涂）网，使喷混凝土成为钢筋混凝土结构，以提高喷混凝土层的承载力，加强对围岩的支护能力的联合支护方法。

钢筋网喷射混凝土主要应用于破碎的、自稳能力较差的Ⅲ类～V类围岩地段的地下工程支护。

2.2材料及施工机具。

2.2.1挂网材料。支护用挂网主要材料有钢筋、钢丝等。钢筋常用的一般为直径6～12mm的工级钢筋。有特殊要求时，也可采用直径l0mm的Ⅱ级钢筋，或者用直径16mm以上的Ⅱ级钢筋作肋拱（或局部加强），相当于喷射混凝土的配筋。在围岩稳定性尚好、支护力要求较小时，一般采用直径3～5mm的铁丝（或钢丝）编成网作为喷混凝土的配筋。钢筋直径6mm以上的钢筋网，一般采用20＃～22＃细铁丝进行绑扎，对要求较高的工程部位则采用电弧焊进行点焊，焊条应按所用钢筋等级选用。

2.2.2喷射混凝土材料。喷混凝土材料应按设计要求和混凝土工程的要求选择，具体参见第四章喷射混凝土施工。

2.2.3施工机具。

（1）挂网施工机具。挂网施工的机具按设计要求选择，如有焊接要求时应配备电焊机等机具。

对直边墙和隧洞顶拱安装钢筋网，应搭设施工脚手架或采用高空作业平台车。

（2）喷射混凝土机具。喷射混凝土机具应根据设计要求、工程特性以及施工单位的施工能力进行选择。

3施工工艺

3.1工艺流程。需要采用钢筋网喷射混凝土进行支护的围岩相对比较破碎，自稳能力较差。施工时应按“喷一网一喷”程序施工，即先喷一层混凝土，厚度3～5cm；再挂网；再喷混凝土。

第一层喷射混凝土的目的是使破碎的围岩得到加固，形成相对稳定的条件，保证后序施工有一个安全的环境，同时将岩面初步找平。采用此种支护的部位通常设计有系统锚杆，在完成第一层喷混凝土后进行锚杆施工。利用锚杆作为挂网的支撑点，将钢筋网铺设在第一层喷射混凝土表面，其间应留有一定间隙，一般不大于3cm。钢筋网安装完成后，喷射第二层混凝土。第二层喷射混凝土厚度应达到5cm以上，保证钢筋网有不小于2cm的保护层。

3.2钢筋网施工。钢筋网一般在支护工作面现场编网、安装。为提高工效，可在加工厂内编制一定尺寸的网片，运到现场安装。两种方法各有优缺点：前一种方法工期相对较长，但网的连续性和与岩面的间距控制比较好，材料消耗量也比较小；后一种方法，由于各种因素的限制，网片的尺寸不宜过大（一般4m2左右），安装时必须做到各网片间的钢筋有一定的搭接长度，相应增加了钢筋接头量。再者，由于网片已定型，双向钢筋相互约束，安装时如岩面不平整，其与岩面的间距较难控制，可能有的部位此间距较大，使喷层厚度加大，提高工程造价。

钢筋网形式：

（1）由铁（钢）丝编织的金属网在生产厂家制作，具有柔性好、强度较高、方便安装、方便运输等优点。这种金属网的编制方法与防洪工程的铁丝笼编制方法相同，即将铁（钢）丝制成一定尺寸的似螺旋状单体，将其展开编成相互索结的网片。铁（钢）丝网编网片规格一般为2m×2m，孔眼尺寸为10cm×10cm。此种金属网片作为喷混凝土配筋不是十分理想，因其网孔较小，而且比较柔软，喷射混凝土料不易通过网孔，而且在网的弹性作用下，回弹量较大。

为克服金属网的弹性，可在网外设置钢筋直径8～12mm、间排距lm×lm的钢筋网作为压网。

（2）焊接或绑扎钢筋网一般采用直径6～12mm的钢筋制作，网孔尺寸通常为20cm×20cm。这种钢筋网作为喷混凝土配筋比较适宜，在工程中普遍采用。钢筋网通过锚杆固定在岩面上。如锚杆的间距较大，可以采用短锚杆或膨胀螺栓加密进行固定；也可以按一定间距采用较粗钢筋作架立钢筋加以固定。钢筋网与锚杆之间采用铁线绑扎，形成整体，以控制网孔的尺寸。

钢筋网施工前，应将钢筋拉直，并除锈。拉直钢筋时要控制拉伸力，使钢筋伸长率在规范允许范围内，一般应控制伸长率在4％以内。钢筋网的绑扎应根据支护工作面情况分块分片进行。

钢筋网安装完成后，应尽快喷射混凝土覆盖，不应在空气中长期裸露，以免锈蚀。安装好的钢筋网应避免爆破飞石破坏。因此，一般应在爆破飞石距离以外安装钢筋网。但对于围岩稳定性较差的部位，需要早安装钢筋网时，应在下一次爆破之前喷射混凝土进行覆盖。

3.3喷射混凝土施工。喷射混凝土施工工艺见第四章喷射混凝土施工。

挂网喷混凝土和素喷混凝土在施工工艺上有一定的差别。挂网喷混凝土在喷射过程中尤其是钢筋网将要被覆盖的时候应适当调整喷射角度（在与岩面呈60～80°范围内调整），以使钢筋背面能被填实。也可以将喷嘴与岩面之间的距离拉近一些，以提高喷射料对前期喷层的冲击力，起到加强振捣的作用，将钢筋背面的混凝土通过振捣填实，以保证挂网喷混凝土的质量。

喷射混凝土施工应通过工艺试验，不断地总结经验，提高施工工艺水平，取得高质量的挂网喷混凝土支护。

4质量控制

4.1岩面（基层面）。对喷混凝土基础面（含岩面和喷混凝土面），在安装钢筋网之前应进行清基。一般清基应按混凝土仓面标准进行施工，清除松动岩块、锈膜、钙质膜等，对污染面应清洗，对光滑表面应进行打毛，打毛标准应达到每平方厘米至少有一个点露出新鲜岩石，点的面积应为不少于直径5mm的圆。对原喷射混凝土的表面，应采用风水枪进行冲洗。在喷射混凝土前应保持施喷表面的湿润。

4.2钢筋网。钢筋网应选择满足要求的钢筋，按设计要求进行施工。

钢筋调直应控制伸长率在规范规定值之内，不得有严重径缩现象。严重锈蚀的钢筋不得使用。

钢筋网安装质量应按钢筋混凝土工程的钢筋质量标准进行控制。

钢筋网的网格尺寸应满足设计和规范要求，并分布均匀。网格的交叉点应固定牢固。

网的安装位置距岩石（或已喷混凝土表面）2～3cm，不宜过大。钢筋网铺设时，两次施工的钢筋网的钢筋搭接长度不应小于30倍钢筋直径。

4.3喷射混凝土。

喷射混凝土前，应对施工机具进行检查，保证在施工过程中能正常运行，不致因机具故障而中断施工，影口向喷混凝土质量。喷射混凝土材料应按混凝土材料质量要求控制，具体要求见第四章喷射混凝土施工。对钢筋网喷射混凝土除严格按规范和第四章要求进行施工外，应结合工程特性进行生产性试验，以取得最佳施工参数，如风压、喷嘴距岩面的距离、一次喷层厚度、第二层覆盖时间等。

严禁远距离喷射。严禁喷头与岩面之间角，度小于45°。在喷射施工过程中应保证连续供料，如因故不能连续，应将机械和管路内的混合料喷完或清除，重新喷射时应按重新开机处理。喷射料喷完后应及时将喷嘴移离喷射面。如喷射混凝土已经凝固超过1h，再喷之前应对喷混凝土表面用风水清洗。