PAGEPAGE21XXXX大學（XX）畢業論文設計專業：200X級土木工程題目：錨桿噴射混凝土在隧道襯砌中的應用學生：指導教師：2005年12月1日目錄TOC\o"1-3"\u中文摘要1一、前言2二、XX線隧道工程應用錨、噴襯砌概況2（一）、地質簡述2（二）、襯砌類型的選定3（三）、錨桿噴混凝土的使用原則3三、錨、噴襯砌應用的體會4（一）、錨桿設置的體會5（二）、噴混凝土施工的幾個問題6四、圍巖變形的量測13（一）、測試錨桿的安裝13（二）、圍巖變形的量測結果分析14五、結束語15參考文獻16錨桿噴射混凝土在隧道襯砌中的應用中文摘要關鍵詞：錨桿噴射襯砌錨桿噴射混凝土，是我公司在XX線隧道工程施工過程中，推廣應用的一項行之有效的新技術。它不但省工，省料，加速進度，降低成本，而巳改變了舊的隧道施工程序，主動的穩定了巖石，組成了自承作用的巖石結構，錨桿噴混凝土的施工工藝和模筑混凝土施工有著截然不同的工藝特點。從理性的概念來說，它能及時的穩定巖體，并和巖體共同工作使之成為一種自承結構。從施工特點來說，它改變模筑混凝土施工程序，開挖后不需支撐、不立拱架和模板、不用回填和壓漿等。從支護性能來說，它不但可做為永久支護的一種形式，又可作為臨時支護，它的確是一種有發展前途的技術。作為我公司推廣應用的新技術，為我公司在今后新線鐵路隧道施工采用此項技術奠定了基礎。錨桿噴射混凝土在隧道襯砌中的應用一、前言近幾年以來，我們開始在新線鐵路單線隧道施工中推廣應用了錨桿噴混凝土技術之后，又在雙線隧道上繼續推廣應用。經過幾年來的施工，證明了錨桿噴混凝土作為隧道的永久襯砌，是一項行之有效的新技術。它不但省工，省料，加速進度，降低成本，而巳改變了舊的隧道施工程序，主動的穩定了巖石，組成了自承作用的巖石結構，這是對隧道施工技術的新發展。二、XX線隧道工程應用錨、噴襯砌概況（一）、地質簡述XX線通過太行山區，主要地層為二迭系砂頁巖互層。巖層比較完整，砂巖為灰色、紫紅色，細粒狀，泥質或鈣質膠結，薄層狀至厚層狀不等，薄者5～10cm，厚者大于1m。巖石堅硬程度視膠結物及層的厚薄而不同，厚層鈣質膠結者，巖石堅硬，單體抗壓強度大于500公斤／平方cm，薄層泥質膠結者，則堅硬程度較差且易風化。頁巖為紫紅色，由薄片狀組成厚薄不等的巖體夾于砂巖層中，巖質疏松破碎，遇水很快崩解。巖層構造平緩，一般傾角為5～20○，很少有大于30○者。惟地層受構造應力的作用，“X”狀節理發育，大部成對出現，致使巖層多被截割成塊，嚴重者洞內通過處平推斷層較多，開挖出現坍方現象，降低了工程的穩定性。隧道通過區地下水系裂隙水或斷層—裂隙水，水量受裂隙斷層及山體厚度控制，埋深不大的短隧道不見地下水，如XX1號隧道，巖層裂隙較多，埋深較大的隧道則地下水較多，如XX2號隧道。一般在隧道開挖中沒有大股水流涌出，僅見沿裂隙流淌，或成水滴，或成水線，或大片潮濕等狀態。（二）、襯砌類型的選定按照巖體的結構特性，隧道在開挖后的穩定狀態，襯砌可選定如下：1.節理不太發育(閉合狀節理，間距＞1m)的無頁巖夾層的厚層砂巖f≥5，弧形導坑使用光面爆破開挖后無掉塊現象，巖體穩定。襯砌可采用噴混凝土。2．節理稍發育(閉合狀間有張開的節理，間距0．5～L0m)的無頁巖夾層的砂巖f：4～5，有微量地下水，弧形導坑如不用光面爆破法很難形成，因此成平頂的較多，個別有掉塊現象，一般不需支撐。襯砌可采用錨桿噴混凝土。噴混凝土局部表面潮濕。3.節理發育(閉合及張開節理，交叉節理一組張開一組閉合，間距<0．5m)的砂巖，偶有薄層頁巖夾層，無裂隙水，f≤4，弧形導坑開挖難于成型，爆破時，往下帶石頭，開挖后危石較多，需加強找頂處理，巖石潮濕。一般用模筑整體襯砌，個別也用加強錨桿或用鋼筋網噴混凝土。4.斷層帶：在錨噴混凝土區段遇有坍方落石的斷層帶，如XX2號隧道、XX3號隧道，采用噴混凝土做為臨時支護或加強錨噴通過。這種斷層帶寬度不大于1m，無坍落現象，及時噴混凝土即可穩定，隨后再進行加厚補噴處理或模筑支護處理。（三）、錨桿噴混凝土的使用原則XX線隧道采用錨噴襯砌，起初曾研究制定幾個原則為：1．拱部開挖后為砂巖層；2．錨桿頂端應錨固在堅硬的砂巖中；3．沒有地下水外流；4．拱部開挖后縱向張開節理不超過三條，環向張開節理間距為3～5m；5．拱部開挖采用光面爆破，使其基本成拱形。但在開挖過程中，根據巖體結構特性及當時施工條件，遇到下列情況，在f=4-5的砂巖中也使用了錨桿或密排錨桿噴混凝土襯砌：1）．開挖后頂部超挖過大，呈深槽狀，輪廓雖不規則，但自拱性較好，如圖1所示。圖1圖22）．開挖后，頂部出現乎板狀，沿層理面平整光滑，寬3～5m不等，但其穩定性較好，無坍方及落石現象，如圖2所示。3）．開挖后，輪廓線基本成型，圍巖基本穩定。但局部范圍內有頁巖破碎帶或小錯動計充填泥狀物裂隙。如圖3所示。圖3圖4XX線使用錨、噴襯砌的隧道共計6座，延長1.415m，列如表1：三、錨、噴襯砌應用的體會錨桿噴混凝土的施工工藝和模筑混凝土施工有著截然不同的工藝特點。從理性的概念來說，它能及時的穩定巖體，并和巖體共同工作使之成為一種自承結構。從施工特點來說，它改變模筑混凝土施工程序，開挖后不需支撐、不立拱架和模板、不用回填和壓漿等。從支護性能來說，它不但可做為永久支護的一種形式，又可作為臨時支護，它的確是一種有發展前途的技術。茲將應用中的體會介紹如下：（一）、錨桿設置的體會1.錨桿的數量問題：過去曾按吊掛作用的計算法來確定錨桿的數量。按照這種計算往往不是不足就是多余。如XX5號隧道的水平頂板按計算間距1.2mX1.2m而實際開挖形成如圖4的情況。如按計算布置，顯然A處巖石便要張裂而掉坍，為此就必須在A處增加錨桿。另外在這種傾斜成層地層中，錨桿應力求垂直巖層(圖4中虛線是合適的，實線則不合適)，如在厚層和節理不發育的巖層則不受計算的限制，可酌量減少。關于錨桿的長度問題，現在一些資料上只強調錨桿的吊掛作用，并引出一些計算方法，實際上錨桿的組合作用在層狀巖層內相當顯著，因此按吊掛理論計算在f=5塊狀石灰巖層內錨桿長度l=1．2m全打在一個層內時，所起的作用顯見甚微，但如果這1．2m長的錨桿錨固在同樣是f=5層厚0．4m的層狀巖層內，則三層被“串納”起來，其結構作用就要大得多。雖然按組合理論來考慮錨桿的計算目前尚無一定辦法可資利用，然而考慮錨桿長度時不應拘泥于吊掛理論，而應根據巖層的實際情況進行選擇。2.當開挖遇見裂隙和斷層且有滑動或坍落的可能時，應用錨桿穿層(面)加固。3.巖層節理發育并夾有頁巖層，拱部開挖潮濕或有滲水時，局部地段可采用錨桿掛網加固。如XX3號隧道5+95～6+05、4+92～35+37、4+45～4+55三段遇到上述情況便采用錨桿掛網加固(鋼筋網用φ6. 5mm盤條，間距50X50cm)。4.拱部開挖后，在錨桿施工過程中，應在鉆孔時探測有無軟弱巖層存在，如發現巖體內有頁巖夾層，、則應將錨桿加長使其通過軟弱帶，如圖5。圖55.層狀巖層節理發育時，在鉆孔過程中容易將圍巖擾動，當鉆孔和壓漿完成后，安裝錨桿時往往頂不進去，因此造成錨桿外露過長，降低錨桿的效能。遇到這種情況時，應將鋼釬在孔中來回拉幾次，掃除擾動之巖石再進行注漿或安裝藥卷和錨桿安裝。（二）、噴混凝土施工的幾個問題1.施工組織與準備工作：XX線噴混凝土施工中，對準備工作的重要性和施工組織工作認識不足，施工控制與檢驗制度不嚴格，機械檢修與配套不齊，往往單純追求進度，沒有將施工步序拉開，致使各工序不協調，互相干擾，造成開挖不整齊，噴射質量不良等。經過多次檢查認為噴混凝土地段必須有嚴密的施工組織和檢查。噴射前的檢查重點為：XX線隧道使用錨噴襯砌表表1厚地穩體個巖掉小0其拱邊凝后大噴未噴有后規噴不方掉挖則有滲噴地模層開定穩有成1）．做好斷面檢查與修整，并詳細記錄巖石種類，構造特征和地下水情況等；2）．機械設備與管線的檢查；3）．清除松動的巖塊，用高壓水沖洗巖面；4）．檢查錨桿數量與位置，特別是外露部分是否合乎規定，以便正確掌握噴層厚度；5）．對噴射地段的地下水要認真妥善處理；噴射時的檢查重點為：（1）厚度檢查：除利用錨桿外露部分作厚度標志外，還用8＃鐵線的插釬辦法控制；（2）．材料、配合比及施工控制；（3）．噴混凝土施工取樣；噴射混凝土施工要點：（1）．噴射作業施工準備工作做好后，嚴格掌握規定的速凝劑摻量，并添加均勻。噴射時，噴射手應嚴格控制水灰比，使噴層表面平整光滑，無干斑或滑移流淌現象。（2）．在未上伴和料之前，先開高壓風及高壓水，如噴嘴風壓正常，噴出來的水和高壓風呈霧狀。如噴嘴風壓不足(適宜的風壓一般為0．1～0．15MPa)，可能是出料口堵塞；如噴嘴不出風，可能是輸料管堵塞。這些故障都應及時排除，再開電動機，先進行空轉，待噴機運轉正常后才開始投料、攪拌和噴射。（3）．噴射應分段、分部、分塊，按先墻后拱、自下而上的進行噴射，（如圖6－1所示）。噴嘴需對受噴巖面作均勻的順時針方向的螺旋轉動，一圈壓半圈的橫向移動，螺旋直徑為20cm～30cm，（如圖6－2所示）。以使混凝土噴射密實。（4）．為保證噴射混凝土質量，減少回彈量和降低粉塵，作業時還應注意以下事項：圖6-1圖6-2圖6-3①．噴射時應分段段長度不超超過6m，分部部為先下后后上，分塊塊大小為22m×2m，并嚴嚴格按先墻墻后拱，先先下后上的的順序進行行噴射，以以減少混凝凝土因重力力作用而引引起滑動或或脫落現象象的發生；；②．掌握好噴嘴與與受噴巖面面的距離和和角度；噴噴嘴至巖面面的距離為為0．8m～1．2m，過大大和過小都都會增加回回彈量；噴噴嘴與受噴噴巖面垂直直，并稍微微偏向剛噴噴射的部位位（傾角不不大于10○），責回回彈量最小小、噴射質質量和效果果最佳。對對于巖面凹凹陷處應先先噴和多噴噴，而凸出出處應后噴噴和少噴。③．混凝土噴射程程序，（如如圖6－3所示）。即即噴射時噴噴射移動可可以采用螺螺旋形移動動前進（如如圖6－2所示），也也可采用S形往返移移動前進（如如圖6－3所示）。噴射后的檢查：：（1）．混凝土表面面干濕情況況、疏松現現象以及灑灑水養生的的情況；（2）．普遍用錘擊擊檢查是否否有空鼓響響聲；（3）．檢查是否有有裂紋；（4）．檢查是否有有漏水，滲滲水及露筋筋；（5）．檢查是否侵侵入凈空；；（6）．按規定檢查查噴混凝土土的抗壓強強度。（三）、關于施施工工藝的的幾點體會會：1.巖面清洗的干凈凈程度是噴噴混凝土與與巖石粘結結的關鍵。所所以在噴射射前必須嚴嚴格地用高高壓水、風風沖洗干凈凈。起初由由于我們對對施工控制制不嚴，巖巖面沒有清清洗干凈，使使得混凝土土與巖面粘粘結不牢或或沒有粘結結，用錘擊擊檢查發出出空鼓聲。XX2號隧道由于粘結不良，加上滲水，致成片狀脫落，這就降低了噴混凝土的結構作用，后來鑿除重噴，才保證了質量。2.調節好風壓與水水壓風壓與噴射質量量有密切的的關系，過過大的風壓壓會造成噴噴射速度太太高而加大大回彈量，損損失水泥，風風壓過小會會使噴射力力減弱，則則混凝土密密實性差。因因此，根據據噴射情況況應適當調調整風壓，如如表2。風壓調節節參數表表2輸料管長度m204080120160200風壓（10N//cm2）10～152030405060為保證高壓水能能從噴槍混混合室內壁壁小孔高速速射出，把把干拌和料料迅速拌均均勻，水壓壓應稍高于于風壓。濕濕式噴射時時，風壓及及水壓均較較干噴時高高。一般水水壓實比輸輸料管的壓壓力至少高高10N//cm2～15N//cm2，同時要要求供水系系統的水壓壓不應大于于40N//cm2，供水系系統水壓不不足時，需需要采用壓壓力水箱提提供穩定的的水壓，才才能保證噴噴射混凝土土施工質量量。3.噴射時的間隔時時間分層噴射，因噴噴層較厚一一次不能完完成，往往往須要分2～3層噴射，分分層噴射合合理的間隔隔時間應根根據水泥品品種、速凝凝劑種類及及摻量、施施工溫度（最最低不宜低低于＋5○C）和水灰灰比大小等等因素，并并視噴射的的混凝土終終凝情況而而定。分層噴射間隔時時間不得太太短，一般般要求在初初噴混凝土土終凝以后后，在進行行復噴；但但時間間隔隔過長如果果超過1小時，則則兩層噴混混凝土粘結結便受到影影響，因為為經過1小時后，噴噴層表面上上粘附一層層未水化完完全的水泥泥顆粒和粉粉塵，再噴噴時便形成成一道隔層層，造成兩兩層不能充充分粘結。XX3號隧道便出現此種現象：用錘擊檢查有空鼓響聲，后鑿除重噴。在常溫下（15○C～20○C）采用紅星一型速凝劑時，間隔時間最好在10～15分鐘即噴第二層。而采用碳酸鈉速凝劑時，至少要在30分鐘后，才能進行復噴。這樣不致造成“兩層皮”現象，也不會；影響第一層混凝土的凝結與強度的發展。4.噴混凝土除與巖巖石有緊密密的粘結外外，再就是是它經高壓壓空氣的噴噴射，密實實度高，具具有良好的的抗滲性。如如XX2號隧道在在開挖導坑坑時漏水嚴嚴重，擴大大后，水流流分散，表表現為巖石石表面滲水水及局部滴滴水，經噴噴混凝土后后至今，在在季節水旺旺盛時期，僅僅出現兩處處滴水和局局部邊墻潮潮濕，大部部分干燥。XX2號隧道開挖過程中拱部和邊墻大部滲水，經噴混凝土后至今，混凝土面干燥無水。但XX3號隧道卻由于事先堵水不好，噴混凝土后仍有集中水流，且造成冬季結冰。實踐證明，只要嚴格掌握噴混凝土的質量，其止水，抗滲效果要比模筑襯砌優越。5.噴混凝土厚度關于噴混凝土的的厚度，是是個比較難難掌握的問問題。因為為巖石開挖挖凹凸不平平，凹處可可噴的很厚厚，而凸處處就很薄，即即便采用光光面爆破，巖巖石的凹凸凸和棱角仍仍然會存在在，這種厚厚度的不均均勻性對結結構的影響響如何，現現在還無法法求證，為為此，厚度度怎么規定定，尚須研研究。有觀觀點提出用用個別巖石石突出處的的最小厚度度要求，這這不能說明明普遍的厚厚度情況，更更不好檢查查；我們的的觀點認為為還是用平平均厚度(算術平均均，統計平平均都可)要求比較較全面，也也容易檢查查、控制。一次噴射厚度，應應考慮噴射射效率、回回彈量及工工藝水平。一一次噴厚太太大時，會會因重力作作用使噴層層內聚力誡誡弱而掉落落，尤其是是噴頂時更更嚴重，但但也不宜過過小，過小小了回彈量量會增加。我我們體會—次噴厚拱拱部以3～5cm，邊墻以5～7cm為宜。6.噴射混凝土的養養護為使水泥充分水水化，使噴噴射混凝土土的強度均均勻增長，減減少或防止止混凝土的的收縮開裂裂，確保噴噴混凝土質質量。因此此，噴射后后特別需要要有良好的的養護，應應在其終凝凝1小時～2小時后進進行灑水養養護，養護護時間不應應少于7天。7.噴射混凝土強度度噴射混凝土的強強度，應根根據現場28天齡期抗抗壓強度的的試驗結果果，繪制強強度圖以便便采用強度度控制。噴噴射混凝土土是由非勻勻質材料所所組成的，施施工中又受受到各種因因素的影響響，如噴射射混凝土原原材料的規規格與質量量、水泥用用量與水灰灰比、外加加劑的品種種與摻入量量、配合比比與拌制質質量、機具具設備與噴噴射技術水水平、施工工工藝技術術與控制水水平、現場場溫度與養養護條件、強強度試驗頻頻率與質量量管理等因因素的影響響，導致噴噴射混凝土土強度有時時大、有時時小，有較較大的離散散性。但是是，如果實實行嚴格的的質量管理理與控制，噴噴射混凝土土的質量是是可以保證證的。8.關于開挖問題，XX線施工中，對于開挖曾一律要求采用光面爆破，使拱部開挖基本成拱形，這樣受力條件好，拱部噴混凝土的結構作用也明顯。同時可減少超挖挖及運輸的的負擔，節節省材料。光光面爆破對對一定巖石石來講，其其效果還好好，如石灰灰巖，厚層層砂巖等，但但對層間聯聯結弱或夾夾有破碎頁頁巖的節理理裂隙的巖巖層，則效效果很差，如如層狀砂巖巖夾頁巖層層。XX2號、XX1號隧道噴噴錨區段石石質為厚層層砂巖，光光面爆破后后大體成拱拱形(圖7—1，7—2），XX5號、XX3號隧道為為砂巖夾頁頁巖層，爆爆破后就造造成了平頂頂板形狀(圖7—3，7—4），噴混混凝土時難難于將平頂頂板這種形形狀改造過過來，這就就在外觀上上形成了不不整齊，不不美觀和不不安全感，但但從XX5號平頂板板隧道至今今穩定情況況看，經過過檢查未出出現有何不不安全因素素，用鉆孔孔做檢查，發發現混凝土土和巖石結結合緊密，很很難分辯，這這便提出這這么一個問問題，即平平頂板巖層層中，能否否使用錨噴噴襯砌，是是待解決和和重視的。圖7-1圖7-2圖7-3圖7-49.施工防塵噴射混凝土的粉粉塵和回彈彈，特別是是機械的反反風，使隧隧道內空氣氣大受污染染，嚴重地地危害操作作人員的身身體健康。我我們在XXX線噴混凝凝土施工中中采取了一一些簡易措措施，收到到一定的效效果。10.利用錨噴噴作臨時支支護XX2號隧道進進洞1400m附近拱拱部擴大后后發生坍方方，坍方長長度約155m，高3～4m，圍巖巖是砂巖夾夾頁巖，坍坍方后將拱拱部全部堵堵塞，因為為坍體四壁壁潮濕，如如暴露時間間過長，會會產生更大大的坍塌，曾曾想采用先先清除坍方方虛碴，然然后用排架架支護的方方法，但因因坍方落石石而且虛碴碴堆滿拱部部，人員難難于進入坍坍區處理，隨隨即采用噴噴混凝土辦辦法來封閉閉坍方巖面面，將噴射射機置于下下導，噴頭頭拉到坍方方面進行噴噴射，抑制制了坍方和和掉塊后，及及時清理下下部坍方虛虛碴，并續續坍方落石石，效果良良好。另外，XX2號號隧道出口口開挖后出出現一橫切切隧道斷面面的斷層，斷斷層寬約11m左右，斷斷層內，為為破碎石塊塊。開挖過過程中有落落石，開挖挖過去后，突突出的石塊塊彼此相嵌嵌，大有搖搖搖欲墜之之勢，本欲欲支護處理理，因后面面噴混凝土土已接近此此處，來不不及支護，便便先噴了一一層混凝土土，結果坍坍方被穩定定了。雖然然表面仍露露有突出的的石塊，但但被不足11cm的混混凝土給封封閉住，巳巳無坍落之之虞，最后后決定該段段仍采用加加厚噴混凝凝土支護(未設錨桿)至今，特特別是雨季季也未見滲滲水及其它它變化，成成為穩定的的襯砌斷面面。四、圍巖變形的的量測因隧道開挖后破破壞了巖體體原有的平平衡狀態，進進行新的應應力調整，圍圍巖產生不不同程度的的變形。在在堅硬的地地層中，經經過一定時時間后，即即使不用支支護也可以以達到新的的平衡而穩穩定，但比比較松軟的的巖層，若若無及時的的支護，變變形逐漸發發展到最終終可能導致致坍塌，圍圍巖的變形形與坍塌，構構成對隧道道支護的荷荷載――圍巖壓力力，為了探探索隧道開開挖后圍巖巖的變形規規律與支護護效果，錨錨噴試驗小小組曾在XXX2號隧道、XXX3號隧道內內試用了空空心錨桿，內內部裝設電電測元件，通通過砂幕錨錨桿的施工工，將測試試錨桿一起起安裝在圍圍巖中與巖巖體共同變變形，再通通過電測儀儀器的量測測，即可比比較準確地地將圍巖的的變形過程程反映出來來。（一）、測試錨錨桿的安裝裝裝設測試錨桿與與安裝普通通砂漿錨桿桿大體相同同，唯壓注注的砂漿稠稠度要比普普通砂漿為為稀(如漿糊狀狀即可)，裝設時時用手徐徐徐推入孔中中(切忌用風風鉆或錘，以以免損傷原原件)。為使測測試錨桿及及早工作，在在試驗中采采用雙快水水泥，這種種水泥快凝凝早強，具具微膨脹性性，能保證證錨桿砂漿漿與孔壁緊緊密粘結。測試錨桿裝設完完成后，將將導線引出出，用255mm膠管管套好，引引至安全地地點后即可可測讀初讀讀數，以后后每進行一一道施工工工序或間隔隔一定時間間測讀一次次，同時用用兆歐表檢檢查測點的的絕緣度。間間隔時間的的長短，視視變形速度度的快慢而而定，變形形發展快，測測讀次數相相應增加。（二）、圍巖變變形的量測測結果分析析1．試驗段測試錨錨桿布置XX2號隧道試試驗段地層層為三疊系系砂頁巖互互層，以砂砂巖為主夾夾有頁巖。薄薄厚不等，薄薄者5—10cmm，厚者有有大于1mm的，層間間夾有薄泥泥層，構造造平緩，巖巖層產狀N1300○／N6～20○E，主要節節理兩組交交割一組N1000○，另一組組走向正北北傾角接近近垂直。無無滲水滴水水現象。拱拱部擴大有有落石現象象。鑒定f＝3～4。XX3號隧道試試驗段地層層為三疊系系砂頁巖互互層，以砂砂巖為主，其其間夾有頁頁巖，砂巖巖層厚20～40cmm，巖質堅堅硬，頁巖巖則松軟，遇遇水軟化，巖巖層產狀N10○EE／S14○W，節理發發育，主要要節理兩組組呈銳角相相交，一組組為N10○E／90○；另一組EW／90○，節理間間距10～70cmm，節理面面內無充填填，但多白白色淋漓物物，開挖后后頂板有滴滴水現象，鑒鑒定f＝3。2．量測結果分析析兩試驗段工點的的地質情況況，施工方方法及量測測方法均大大致相同，經經過測試現現如下結果果1）．圍巖變形沿沿深度的分分布：拱頂頂徑向拉應應變沿深度度的分布是是兩頭小中中間大，呈呈鼓肚形分分布，最大大拉應變的的位置在0．2～1.0m