喷锚衬砌施工质量检测与评价方法

隧道衬砌的主要形式有喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。

(1)喷锚衬砌是喷射混凝土支护、锚杆支护、喷射混凝土+锚杆支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网支护、喷射混凝土+锚杆+钢筋网+钢架支护的统称,是一种加固围岩、控制围岩变形、能充分利用和发挥围岩自承能力的衬砌形式,具有支护及时、柔性、紧贴围岩、与围岩共同工作等特点。在施工过程中,要求初期支护在隧道开挖后及时施作,以控制围岩变形、防止围岩坍塌、发挥围岩结构作用。锚喷支护施工灵活、经济,目前广泛应用在隧道工程中。

锚杆支护是预先在围岩钻好的锚孔内插入一定长度的锚杆体(通常多用钢筋),并采用机械方法或锚固剂黏结的方法将锚杆体与围岩锚固在一起,形成锚杆支护结构。锚杆支护是利用锚杆的悬吊作用、组合拱作用、挤压作用,将围岩中被节理、裂隙切割的岩块串为一体,填补缝隙,起到改善围岩的力学性能,约束围岩内部和周边变形,调整围岩的受力状态,实现加固围岩、维护围岩稳定的作用。保证锚杆对围岩支护作用的前提是将锚杆体与围岩锚固在一起,与围岩连成整体,对永久性锚杆要保证锚杆孔内全长注浆饱满和锚杆有效锚固深度,避免锚杆松弛和锈蚀。

喷射混凝土支护是用高压将掺有速凝剂的混凝土拌合料,通过混凝土喷射机直接喷射到隧道开挖壁面上,形成喷射混凝土支护结构。喷射混凝土支护具有不需要模板、施作速度快、早期强度高、密实度好、与围岩紧密黏结、不留空隙的突出优点,隧道开挖后及时施作喷射混凝土支护,可以起到封闭岩面,防止围岩风化松动,填充凹坑及裂隙,维护和提高围岩的整体性,帮助围岩发挥自身结构能力,调整围岩应力分布,防止应力集中,控制围岩变形,防止掉块、坍塌的作用。

喷射混凝土的施工工艺有干喷、潮喷和湿喷三种。潮喷工艺与干喷工艺相近,在干喷的拌合料中适量加水即是潮喷,隧道施工中要求采用湿喷工艺,不允许采用干喷。

为了提高喷射混凝土的抗剪强度和抗弯强度,提高喷射混凝土的抗冲切能力、抗弯曲能力,提高喷射混凝土的整体性,减少喷射混凝土的收缩裂纹,可在喷射混凝土层中设置钢筋网,或在喷射混凝土混合料中加入钢纤维、化学纤维。

钢架支护(即钢拱架支护),由于自身刚度较大,故可提高喷射混凝土层的刚度和强度,安装后即可发挥一定支撑能力。钢架包括钢筋格栅钢架和型钢钢架。钢筋格栅钢架是由钢筋焊接加工而成的;型钢钢架是由型钢加工成型的。根据采用的型钢种类,又分为工字钢钢架、U 型钢钢架和H 型钢钢架,工程中多采用工字钢钢架。钢架主要用于自稳时间短、初期变形大或对地表下沉量有严格限制的地层中,是控制围岩变形与松弛、提高喷锚衬砌支护能力、维持围岩稳定的有效措施。

喷锚衬砌施工质量检测主要包括锚杆施工质量检查、喷射混凝土的质量检验、钢筋网施工质量检测、钢架施工质量检测、内净空断面质量检测等。

(2)整体式衬砌包括砌体衬砌和模筑混凝土衬砌,可以单独采用,早期隧道多采用这种衬砌。

(3)在复合式衬砌中,第一层衬砌采用喷锚衬砌,通常称为初期支护;第二层衬砌采用拱墙整体浇筑的模筑混凝土衬砌,也称为二次衬砌。复合式衬砌断面图如图4.3-1所示。(www.xing528.com)

图4.3-1　复合式衬砌断面图

初期支护施工一般要求如下:

(1)初期支护必须紧跟开挖及时施作,尽早封闭成环,并应按设计要求进行监控量测等相关作业。

(2)采用分部开挖法施工时,应在初期支护喷射混凝土强度达到设计强度的70%及以上时进行下一部分的开挖。

(3)软弱围岩隧道Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩初期支护封闭位置距离掌子面不得大于35m。

(4)黄土隧道在开挖过程中,应严格管理施工用水,避免浸泡初期支护拱(墙)脚土体。

(5)双线Ⅳ、Ⅴ级围岩隧道台阶法施工时,应设置锁脚锚杆(管)、横向临时支撑或临时仰拱等控制拱(墙)脚位移的措施。

喷锚衬砌背后和内部状态等隐蔽检测可通过地质雷达等无损检测技术进行,将在课题五中介绍。