公路橋梁隧道工程中噴錨支護施工技術

摘要 在我國的交通網絡建設中，路橋隧道是重要的組成部分，工程的施工質量與交通安全、車輛行駛的舒適度密切相關。噴錨支護施工能夠使一定高度的土體保持直立狀態，使土體的支擋結構能夠分散車輛荷載，以維持土體的穩定性，減少工程出現坍塌等事故。文章以某隧道工程為例，對噴錨支護施工技術進行概述，通過噴錨支護施工的多種優勢，結果表明：噴錨支護施工流程以及在公路橋梁隧道工程中的應用具有優秀的支護效果與柔韌性。

關鍵詞 公路橋梁;隧道;噴錨支護;應用

中圖分類號 U455.7 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0093-03

收稿日期：2022-04-12

作者簡介：余文魁（1970—），男，本科，高級工程師，研究方向：公路橋梁工程及隧道工程施工。

0 引言

噴錨支護是一種集鋼筋網、錨桿、噴射混凝土三種支護方式于一體的新型施工技術，在公路橋梁與隧道等工程的開挖初期支護中廣泛應用，技術含量高，加固效果好，有效解決了土質松散、土質結構不良等問題，能夠充分保障施工安全[1-2]。噴錨支護施工效率高、工藝簡單，具有及時性、可分性、密貼性、柔性等特點，能夠起到良好的穩固圍巖的效果，而且成本低、取材方便、安全可靠，應用前景十分廣闊。

1 噴錨支護施工技術概述

噴錨支護是一種增強土體強度、維持土體穩定的施工技術，在粉質黏土、強風化巖、抗剪能力較差的土層中尤為適用，而且施工工藝簡單、成本低廉、效率高、占地面積小，對施工器械的要求不高。噴錨支護技術有錨桿、噴射混凝土兩種支護設施，前者是一種金屬桿，具有固結作用，能夠使巖層中形成承載巖拱，用來分擔外部荷載，把多層水平層巖的巖石連接為一個整體，使之成為一個巖梁，以增強結構的穩定性[3]。后者是利用機械設備將混凝土噴射在土體表面，以起到填補裂隙、凹陷的效果，增強土體的穩固性，避免土體松動與風化，利用土體具備的自承重作用，讓土體和混凝土形成一個整體的承載結構。

圍巖、錨桿與混凝土噴層三部分共同構成了噴錨支護結構，能夠有效增強巖體的穩定性，避免巖體在施工中出現松動，有效防范安全事故。噴錨支護具有4個特點：

（1）粘結性：抗剪力與粘結面共同將裂縫切割的隧道表面連接在一起，增強巖塊的咬合力，在巖體內部嵌入錨桿，進一步提高支護效果，充分發揮加固作用[4]。

（2）密封性：噴射混凝土的水灰配比較低，抗生性能良好，密封性較強，能夠增強節理的摩擦力，抑制節理間填充物流失，起到穩固巖層的效果。

（3）經濟性：噴錨支護的厚度只有傳統現澆混凝土支護體系的1/2～1/3，可節約10%～15%的巖土開挖量，提高2～4倍的支護施工速度，節約大量的支護施工成本。

（4）靈活性：噴錨支護的參數、類型、施工流程都可以根據工程的具體要求進行調整，以滿足施工需求[5]。

2 噴錨支護技術施工前的準備

2.1 確定材料配合比

噴錨支護材料的配合比，除了要滿足規范要求、支護強度等級之外，還應符合施工區域的氣候特點與地理環境，以保證混凝土性能符合實際要求，增強混凝土的抗凍能力，降低水化熱。低溫早強噴射混凝土的水灰比約為0.4～0.5，并在反復實驗中確定混凝土各種原材料的占比。

2.2 確定噴射原料配合比

混凝土原材料主要包括水泥、外加劑、粗細骨料等，這些原材料的等級性質、質量均應符合規范要求。粗骨料通常選擇非堿活性的碎石，或者卵石混合物，混合物中不能混入冰雪和雨水。粗骨料的技術指標包括：泥塊含量為0，泥沙含量為0.6%，壓縮指標為5.1%～7.6%，堅固性指標為2.1%，不具有堿活性。細骨料則要求堿活性含量0、硬度較強的河砂。水泥選擇含堿量較低、超過32.5R的硅酸鹽水泥，用水量為26.5%，凝固時間1.5 h，終凝時間3.5 h，標準抗壓強度45.2、抗折強度8.3。

3 噴錨支護施工流程

3.1 清理開挖基面

對于已經出渣，且已經完成施工的基面，應采用凈空量測的方式，并在基面上標準量測結果，檢查基面周圍，發現不穩定的巖石，應立即清理。做好軟弱地基的維護，避免開挖施工中地基坍塌，影響基面穩定。開挖施工中遇到堅硬部位，應靈活調整施工方案，保證進孔尺寸符合要求。

3.2 噴射混凝土

清洗巖壁表面，將粉塵、顆粒等雜物沖刷干凈。用攪拌機均勻地將水泥、粗細骨料攪混合在一起，按確定的配比加水，含水量約為20%。正常攪拌混凝土，加入水泥重量5%的速凝劑。第一次噴射混凝土，壓力設置為0.2～0.4 MPa，采用潮噴方式，避免洞內被粉塵污染。把噴射面均勻地分成長度約5 cm的若干份，噴射厚度約3 cm，噴射方向和噴射面之間的夾角控制在10%以內，噴射距離0.5～1.0 cm，使用螺旋狀噴頭。

3.3 配套材料和錨桿

F22螺紋鋼管成型后進行切割，并設置錨桿。使用8604型水泥錨固劑錨固錨桿，強度控制在52～56 MPa，固化時間為5～10 min。使用高壓風將孔洞內的雜物清理干凈，開挖基層鉆孔前，用水充分濕潤錨固劑，使用量約為孔深的2/3，然后用手風槍把錨桿放進孔內并固定，以充分提高錨桿和錨固劑的密實度。使用規格為100 cm

×200 cm的鋼筋網片，把鋼筋網片和錨桿焊接牢固，裁剪鋼筋網片，使其形狀與噴面相符，然后再鋪設。噴面和鋼筋網片之間的距離不超過3 cm。配套材料包含格柵，主要材料是規格為F25的鋼筋，以5根為一組焊接牢固，使用鋼板螺栓把格柵連接起來，尺寸約500 cm。格柵的鋪設間距約為100 cm，用點焊的方式將5根主筋焊接為一組，連接筋的長度約為110 cm。

初期支護連續施工兩層，共同抵御圍巖應力，保證支護體系不會變形。根據外層鋼架內的輪廓大小來確定內層鋼架及其半徑。內層鋼架首選118型鋼，兩個鋼架之間的距離為4 cm，內層鋼架保護層為3 cm，兩層初期支護的總厚度為49 cm。雙層支護體系的制作方法與外層鋼架相同，鎖腳、連接筋、網片的施作方式相同，以維持受力體系的穩定。若無法很好地控制變形，則可以將內層初支鋼架換成120b型鋼，出于對兩個鋼架之間距離4 cm、內層鋼架保護層厚度3 cm的考慮，更換鋼材型號后，兩層初支的總厚度應為51 cm。

4 噴錨支護施工技術的應用

某項隧道工程總長度為3.2 km，隧道中有Ⅱ級、Ⅲ級圍巖，坡度比較平緩。隧道所處的區域地質特點比較復雜，施工時很容易受到坡度、土體的影響，為避免坍塌事故，保障施工安全，需要采用噴錨支護施工技術。施工中應盡量減少對周邊環境的影響，盡可能少的開挖地面，減少挖面的暴露。

4.1 支護施工前的準備工作

4.1.1 確定噴射混凝土原料的配合比

首先要考慮施工設計中的強度等級要求，其次是要考慮施工地區的氣候特點，比如凍土的特殊性。要想混凝土的抗凍性能達到施工要求，首先要保證混凝土的抗滲性和早強性，在此基礎上減少水化熱，降低混凝土的回彈率。以低溫早強噴射混凝土為例，配置過程中，水灰比應保持0.4～0.5，每立方米的水泥使用量為400～470 kg。嚴格做好試噴實驗，根據實驗結果確定混凝土配合比：水泥（1）：砂（2.33）：碎石（1.62）。

4.1.2 混凝土原材料的質量要求

（1）水泥：以32.5R級的普通硅酸鹽水泥為例，技術指標見表1。

（2）粗細骨料：粗骨料為非堿活性、級配良好的碎石，或者卵石混合物。細骨料選擇質地堅硬的、清潔、級配良好的河砂。粗細骨料中都不可含有凍結物。粗骨料碎石的技術指標如表2所示。

（3）外加劑：基于對低溫早強噴射混凝土特點的考慮，此工程選擇多功能復合外加劑，并進行速凝劑配合實驗。多功能復合外加劑的優勢是可以降低混凝土的液相冰點，增強噴射混凝土時的初期強度，避免混凝土遭受凍害。速凝劑配合實驗可以加速混凝土的硬化，減少回彈損失，讓混凝土更好地適應含水或者較為潮濕的巖層環境。

4.2 噴錨支護施工技術的應用

（1）處理開挖面的圍巖：當隧道掌子面完全出渣以后進行凈空量測，根據量測結果處理危石，欠挖且土質比較松軟的區域，采用人工開挖方式。地質堅硬的地段采用補炮處理，保證凈空尺寸滿足設計要求。

（2）施工材料：使用425#的普通硅酸鹽水泥;細骨料為天然黃砂（含砂率<50%、含泥量<3%）;粗骨料尺寸0.5～1 cm。經試驗檢驗，各種施工材料的指標均符合設計要求。速凝劑為RH型，摻入量為水泥重量的5%，初凝與終凝時間分別為5 min、8 min。混凝土的回彈量與水灰比密切相關，若無特殊要求，以0.48的水灰比為宜，可以達到理想的噴射效果。

（3）混凝土初噴：施工選擇BZ-5混凝土噴射機，壓力設置0.2～0.4 MPa。初噴施工中，采用潮噴方式能夠減少洞內的粉塵污染。噴射混凝土之前沖刷巖壁，清理巖壁上的雜物，用攪拌機按照確定的配合比，均勻攪拌水泥、粗骨料、細骨料等混凝土原料，加入20%左右的水。攪拌均勻后，把混凝土運送到噴射機前，一邊人工拌和，一邊加入速凝劑（約占水泥總量的5%）。按照從下到上，分片、分段的方式噴射混凝土，每段長度約6 cm，噴頭為螺旋形，噴射式，噴頭與噴面保持0.6～1.0 cm的距離，噴射厚度3 cm左右。

（4）設置錨桿、掛網、鋼格柵：循環出渣和初噴混凝土之后，需要布置錨桿，錨桿材料為Ф22螺紋鋼，提前在加工廠切割成型。錨固劑選擇8604型水泥錨固劑，強度52～56 MPa，固化時間5～10 min。鉆眼施工結束后，使用高風壓清理孔洞，把濕潤后的錨固劑置入孔洞，置入深度為2/3，然后用手風槍把錨桿送入孔洞，固定牢固，讓錨桿和錨固劑充分結合。選擇Ф8圓鋼作為制作鋼筋網片的原材料，尺寸100 cm×200 cm。網片和錨桿之間焊接牢固，隨著噴面的起伏鋪設鋼筋網，噴射間隙控制在3 cm以內。格柵主筋材料為Ф25鋼筋，每榀格柵尺寸500 cm，使用鋼筋螺栓連接，鋼筋之間相互焊接。鋼格柵材料為Ф25螺紋鋼，格柵間距100 cm，兩榀格柵的連接筋長約108 cm，用點焊將其和4根主筋焊接在一起，在格柵的拱腳架處鋪設墊板，墊板要低于導坑地面20 cm，并和隧道中線保持垂直。

（5）混凝土復噴：復噴的工序、噴射方法、噴射方向、噴頭和噴面的距離、噴射厚度與初噴基本一致。復噴在錨桿支護、鋼筋網、鋼格柵施工完成后進行。

（6）施工質量控制：嚴格控制外加劑的使用量與質量;檢測水溫、骨料溫度、噴射混凝土時的環境溫度。在混凝土配合比因外界因素的影響而發生改變時，需要重新檢測，同時還要檢查各種抗滲、抗凍試件的質量。

5 噴錨支護施工的優勢

（1）增強與加固圍巖的二次強度：開挖洞室后很短的時間內立刻噴射薄薄的一層混凝土，封閉圍巖，將圍巖與空氣隔絕，避免圍巖風化，防止巖體強度因風化作用而迅速下降。速凝劑的應用能夠增強噴射混凝土的初期強度，在圍巖被破壞之前提供支護能力，控制圍巖的變形，讓巖體結構面的粘結力盡量不發生改變，以增強圍巖的穩定性。

（2）混凝土通過高壓射流噴射后，部分砂漿被噴到巖體的結構面，讓原本聯系較弱甚至無任何聯系的巖塊結合為整體。錨桿從各個角度穿過結構面，使其抗剪與抗拉能力得到提升。錨桿、噴層所提供的約束力與支護力，讓圍巖的受力情況得到優化——從二向受力轉變為三向受力，增強了圍巖的穩定性。

（3）石洞開挖后，圍巖會形成二次應力，即徑向應力減小或者消失，切向應力增加。此為一向應力解除與集中狀態，也是洞室穩定性被破壞的原因。噴錨支護具有兩大特點：其一是及時性，可爭取更多的時間;其二是柔性，可提供有效的支護力，降低圍巖的蠕變速度。在蠕變過程中有控制地釋放部分能量，然后再利用塑性把另一部分能量轉到深部巖體中。采用噴錨支護施工，能夠在圍巖受到破壞前進行加固，控制了圍巖受到的破壞程度，為調整二次應力掙取了更多時間。然后再利用噴錨支護的柔性以適應圍巖的蠕變狀態，隨著變形的發展，噴層的徑向抗力與切向抗力不斷增加，兩種力共同支護圍巖，進一步延緩其變形速度，為更好地利用巖體塑性創造了有利條件。圍巖的塑性讓應力隨著時間而持續調整，過于集中的二次應力會逐漸分散，在二次應力大于二次強度的情況下，會使洞室周圍將更大的切向應力轉移至深部巖體，深部圍巖具有良好的承載能力，有效緩解了噴錨支護的負擔。

6 結束語

綜上所述，路橋隧道工程的施工環境比較復雜，經常遇到不良地質或者惡劣天氣，不僅施工量大、施工強度高，而且還潛藏了各種施工風險，對施工技術與施工人員的綜合能力提出嚴峻考驗。噴錨支護施工在公路、橋梁、隧道工程中的應用非常廣泛，具有優秀的支護效果與柔韌性，充分保障了施工安全，提高了工程結構的穩定性。施工人員在規范應用施工技術、落實施工流程的同時，還應嚴格控制材料質量，以延長工程的使用壽命。

參考文獻

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