10.5.5 初期支护施工方法及工艺
隧道初期支护由喷射混凝土、挂钢筋网、格栅/型钢钢架、拱部φ22组合中空锚杆、边墙φ22砂浆锚杆组成。初期支护施工程序见图10.24。
图10.24 初期支护施工程序图
1.喷射混凝土
为了减少粉尘、喷锚料回弹量及提高初期支护的质量，喷混凝土采用湿喷工艺，在洞外由混凝土拌和站拌好，通过混凝土搅拌运输车向洞内送料，空压机供风。喷射混凝土施工程序详见图10.25。
1）原材料要求
砂选用颗粒坚硬、干净的中、粗砂，符合国家二级筛分标准，细度模数大于2.5，含水率控制在5%～7%；碎石选用坚硬耐久、最大粒径不大于15mm的碎石；水泥用42.5R普通硅酸盐水泥；使用的外加剂根据设计要求确定。
图10.25 喷射混凝土施工程序图
速凝剂等外加剂选择质量优良、性能稳定的产品。速凝剂在使用前，要做与水泥的相容性试验及水泥净浆凝结效果试验，保证喷射混凝土凝结时间控制在规范要求范围内。
2）湿喷混凝土的施工方法
根据设计要求和地质围岩状况，喷射混凝土分为素喷、锚喷、钢架联合锚网喷，本工程采用湿喷作业技术。
混凝土喷射机安装调试好后，在料斗上安装振动筛（筛孔10mm），以避免超粒径骨料进入喷射机；喷射前首先清除基面松动岩块，对个别欠挖部分进行凿除、对个别超挖部分喷射混凝土补平；用高压水冲洗基面，对遇水易潮解的岩层，则用高压风清扫岩面；检查喷射机工作是否正常；要进行喷射试验，一切正常后可进行混凝土喷射工作。
混凝土喷射送风之前先打开计量泵（此时喷嘴朝下，以免速凝剂流入输送管内），以免高压混凝土拌和物堵塞速凝剂环喷射孔；送风后调整风压，控制在0.45～0.7MPa，若风压过小，则粗骨料冲不进砂浆层而脱落，风压过大将导致混凝土回弹量增大。可按混凝土回弹量大小、表面湿润易黏着力度来掌握。喷射压力根据喷射仪表反馈的信息及时调整风压和计量泵，控制好速凝剂掺量。
为保证喷射混凝土的厚度和质量，喷射混凝土分二次完成，即初喷和复喷。喷射料由洞外的混凝土拌和站拌和，混凝土输送车运输。
初喷在刷帮、找顶后进行，喷射混凝土厚度4～5cm，及早快速封闭围岩，放炮后由人工在渣堆上喷护。
复喷是在初喷混凝土层加固后的围岩保护下，完成立拱架、挂网、锚杆工序等作业后进行的。
喷射混凝土分段、分片、分层进行，由下向上，从无水、少水向有水、多水地段集中，多水处安放导管将水排出。施喷时喷头与受喷面基本垂直，距离保持1.5～2.0m。设钢架时，钢架与岩面之间的间隙用喷射混凝土充填密实，喷射顺序先下后上对称进行，先喷钢架与围岩之间空隙，后喷钢架之间，钢架应被喷射混凝土覆盖，保护层不得小于4cm。喷前先找平受喷面的凹处，再将喷头呈螺旋形缓慢均匀移动，每圈压前面半圈，绕圈直径约30cm，力求喷出的混凝土层面平顺光滑。一次喷射厚度控制在6cm以下，每段长度不超过6m，喷射回弹物不得重新用作喷射混凝土材料。新喷射的混凝土按规定洒水养生。
回弹量的多少取决于混凝土的稠度、喷射技术、骨料级配等多种因素。要将边墙部分回弹率控制在15%以内，拱部回弹率控制在20%以下。施工前制定作业指导书并在施工中根据实际情况不断完善。在实际工作中尽快摸索掌握有关工作风压、喷射距离、送料速度三者之间的最佳参数值，使喷射的混凝土密实、稳定、回弹最小。必要时，在混凝土中掺加硅粉或粉煤灰，以增加混凝土的和易性而减少回弹。
2.组合中空锚杆
本标段隧道拱部系统锚杆采用φ22组合中空锚杆，锚杆设置钢垫板，垫板尺寸150mm×150mm×60mm。锚杆位置、长度和数量据所处围岩地段的不同情况设置。组合中空锚杆施工示意图见图10.26。
中空锚杆施工钻孔使用风枪钻孔，钻孔前根据设计要求定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直，钻孔直径φ42，钻孔深度大于锚杆设计长度10cm。中空注浆锚杆施工程序如下。
图10.26 组合中空锚杆施工示意图
钻孔完成后，用高压风吹净孔内岩屑；将锚头与锚杆端头组合后送入孔内，直达孔底；将止浆塞穿入锚杆末端与孔口取平并与杆体固紧；锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；采用锚杆专用注浆泵向中空锚杆内压注水泥浆，水泥浆的配合比为1∶（0.3～0.4），注浆压力为1.2MPa，水泥浆随拌随用。组合中空锚杆注浆时，砂浆经中空锚杆杆体的中空内孔从连接套上的出浆口进入锚孔壁与钢筋杆体间的空隙，锚孔内的砂浆由上向下充盈，锚孔内的空气从排气管排出直至回浆，注浆完成后立即安装堵头。
1）锚杆材质
锚杆材质采用φ22螺纹钢筋，垫板厚度不小于60mm。施工前，锚杆按设计长度截取。
2）锚杆施工前准备工作
检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。
组合中空锚杆施工工艺流程见图10.27。
3.砂浆锚杆
边墙锚杆采用φ22砂浆锚杆，施工工艺流程见图10.28。
1）钻孔(https://www.daowen.com)
锚杆钻孔采用手持风钻钻孔，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。
2）锚杆安装及注浆
砂浆锚杆由人工配合机械安装，采用砂浆锚杆专用注浆泵往孔内压注早强水泥浆，砂浆配合比（质量比）∶砂灰比宜为1∶（1～2），水灰比宜为0.38～0.45。
早强水泥采用硫铝酸盐早强水泥，并掺早强剂。
注浆开始或中途超过30min时应用水润滑注浆管路。
注浆孔口压力不得大于0.4MPa。
图10.27 组合中空锚杆施工工艺流程图
注浆时注浆管要插至距孔底5～10cm处，随水泥浆的注入缓缓匀速拔出，随即迅速将杆体插入，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。若孔口无砂浆溢出，将杆体拔出重新注浆。
4.钢筋网施工
钢筋网施工工艺流程见图10.29。
1）钢筋网施工
钢筋网按照设计要求加工成方格网片，安装时搭接长度1～2个网格，纵横钢筋相交处可点焊成块。钢筋网一般在初喷混凝土、锚杆完工之后安设，施工时运至工作面进行敷设，网片要紧贴初喷面，混凝土保护层厚度必须满足设计要求。网片与网片间、网片与锚杆间要焊接牢固。
图10.28 砂浆锚杆施工工艺流程图
图10.29 钢筋网施工工艺流程图
2）技术要点
钢筋必须经试验检测性能合格；使用前要做钢筋除锈和去污处理；钢筋网节点与锚杆间采用电焊焊接牢固，网片间用铁丝扎紧或焊接，在喷射作业时不得走动；钢筋网铺设随混凝土初喷面起伏，并与壁面接触密实；复喷混凝土后，将钢筋网完全覆盖，钢筋网不得外露，而且要有3～5cm厚保护层。复喷后喷混凝土面应平整。
5.格栅/型钢钢架施工
本工程所用的拱架支撑主要有格栅钢架、型钢钢架两种形式。
格栅/型钢钢拱架施工工艺流程见图10.30。
图10.30 格栅/型钢钢架施工工艺流程图
格栅/型钢钢架在洞外按设计加工成型，洞内安装在初喷混凝土之后进行，与定位系筋、锚杆连接。钢支撑间设纵向连接筋，拱架支撑间以喷射混凝土填平。拱架支撑拱脚安放在牢固的基础上，架立时垂直隧道中线，当拱架支撑和围岩之间间隙过大时设置垫块，用喷射混凝土喷填。
拱架按设计要求预先在洞外结构件厂加工成型。先将加工场地用C15混凝土硬化，按设计放出1∶1的加工大样。放样时根据工艺要求预留焊接收缩余量及切割的加工余量。将格栅钢筋冷弯成形，要求尺寸准确，弧形圆顺。
为保证拱架支撑设在稳固的地基上，施工中在拱架支撑基脚部位预留0.15～0.2m原地基；架立拱架支撑时挖槽就位，软弱围岩地段要夯实拱脚，在拱架支撑基脚处设锁脚锚管和垫槽钢以增加基底承载力。
拱架支撑平面垂直于隧道中线，倾斜度不大于2°。拱架支撑的任何部位偏离铅垂面不大于5cm。
为保证拱架支撑的稳定性、有效性，两拱脚处和两边墙脚处加设锁脚锚管，每个接头连接处设置2～4根。
拱架支撑按设计位置安设，在安设过程中，当拱架支撑和初喷层之间有较大间隙时采用同级混凝土回填密实，钢支撑与围岩（或垫块）之间的间隙不大于50mm。
为增强拱架支撑的整体稳定性，将拱架支撑与锚杆连接在一起。沿钢支撑设直径为φ22的纵向连接钢筋。
为使拱架支撑准确定位，拱架支撑架设前均需预先打设定位系筋。系筋一端与拱架支撑连接在一起，另一端锚入围岩中0.5～1m并用砂浆锚固，当拱架支撑架设处有锚杆时尽量利用锚杆定位。
拱架支撑架立后尽快喷射混凝土，并将拱架支撑全部覆盖，使拱架支撑与喷混凝土共同受力。喷射混凝土先从拱脚或墙脚处向上喷射以防止上部喷射料虚掩拱脚不密实，造成强度不够，拱脚（墙脚）失稳。