初期支护

一、 工艺概述

在开敞式 TBM 上，配置了钢拱架安装器和喷锚等辅助设备，以适应地质的变化。开敞式 TBM只需要有顶护盾就可以进行安全施工，如遇有局部不稳定的围岩，由 TBM 所附带的辅助设备通过打锚杆、加钢丝网、喷混凝土、架钢拱架等方法加固，以保持洞壁稳定；当遇到局部地段特软围岩及破碎带，则 TBM 可由所附带的超前钻及灌浆设备，预先固结前方上部周边一圈岩石，待围岩强度达到能自稳后，然后再进行安全掘进。采用开敞式 TBM 施工时，永久性的衬砌待全线贯通后集中进行。

二、作业内容

作业内容：网片安装、锚杆安装、钢拱架安装、喷射混凝土

三、质量标准及验收方法

1、 验收规范

《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（ GB50086）

《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》（ TB10108）

2.主控项目

钢筋进场时，必须对其质量指标进行全面检查并按批抽取试件做屈服强度、抗拉强度、伸长率和冷弯试验，其质量应符合现行国家标准《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（ GB13013）、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499）和《低碳钢热轧圆盘条》（GB/T701）等的规定和设计要求。

检验数量：以同牌号、同炉罐号、同规格、同交货状态的钢筋，每 60t 为一批，不足 60t

按一批计。每批抽检一次。

检验方法：检查每批质量证明文件 ,并按批进行抽样做屈服强度、抗拉强度和伸长率冷弯试验。

半成品、成品锚杆的类型、规格、性能等应符合设计要求和国家现行有关技术标准的规定。

检查数量：按进场的每批次随机抽样 3%进行检验。

检验方法：检查产品合格证、出厂检验报告并进行试验。

锚杆安装的数量应符合设计要求。检验数量：全部检查。

检验方法：施工现场计数检查。

砂浆的强度等级、配合比应符合设计要求。检查数量：每一作业段检查一次。

检验方法：进行配合比设计，做砂浆强度试验。

锚杆孔内灌注砂浆应饱满密实。检验数量：全部检查。

检验方法：查施工记录，观察或采用超声波锚杆检查仪检查。

锚杆安装允许偏差应符合下列规定：

① 锚杆孔的孔径应符合设计要求。

② 锚杆孔的深度应大于锚杆长度的 10cm。

③ 锚杆孔距允许偏差为±15cm。

④ 锚杆插入长度不得小于设计长度的 95%。检验数量：全部检查。

检验方法：现场尺量。

3.一般项目

锚杆孔的方向应符合设计要求，锚杆垫板应与基面密贴。检验数量：全部检查。

检验方法：观察。

锚杆应平直、无损伤，表面无裂纹、油污、颗粒状或片状锈蚀。检验数量：全部检查。

检验方法：观察。

四、 工艺流程图

1 、支护作业流程如下：

图 4-1   支护作业流程流程图

网片施工：工艺流程如下：

图 4-2   钢筋网片的安装工艺流程图

锚杆施工：工艺见图 4-3、4-4：

图 4-3   药包式锚杆施工工艺流程图

图 4-4 注浆式锚杆施工工艺流程图

钢架施工：工艺流程如下：

图 4-5   钢架安装工艺框图

喷射混凝土施工：工艺流程如下：

图 4-6   喷射混凝土工艺流程图

五、 工序步骤及质量控制说明

1、网片施工

采用屈服强度不低于 240MPa 的光面钢筋，网格间距为 150～200mm。

钢筋在使用前除锈拉直，钢筋的直径、钢筋网的间距，符合设计要求。钢筋与岩壁面密贴，钢筋与锚杆、拱架连接牢固，喷射时钢筋不得晃动。

钢筋网与锚杆之间采用焊接连结，钢筋网片之间采用绑扎或焊接连接。

铺设钢筋网应符合下列要求：

①钢筋网宜在初喷混凝土后铺挂，使其与喷射混凝土形成一体；

②采用双层钢筋网时，第二层钢筋网应在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设，其覆盖厚度不应小于 3cm；

③钢筋网应与锚杆或其它固定装置连接牢固；岩面保持 3cm 的间隙。

④钢筋网的钢筋保护层厚度不得小于 2cm；

2、锚杆施工

在刀盘护盾后面的内凯氏机架旁边及后支

图 1   锚网支护施工

撑靴后面的内凯氏机架旁边安装有锚杆钻机。锚杆钻机在机器掘进时能进行锚杆的安装。

应根据地质条件、使用要求及锚固特性，可选用中空注浆锚杆、树脂锚杆、自钻式锚杆、砂浆锚杆和摩擦型锚杆等。锚杆杆体半成品、成品的类型、规格、性能符合设计要求和国家有关现有技术标准的规定。

锚杆粘结剂的粘结强度、凝固时间、抗老化及抗侵蚀性能应满足设计要求，对环境无污染。水泥砂浆的强度等级不应低于 M20。

利用开敞式掘进机自配的锚杆钻机按设计要求在要求范围内进行锚杆作业，钻机操作手柄为电控，司钻手按照《锚杆钻机施作规程》的要求正确操作钻机进行钻孔作业，锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面并符合设计要求。钻进至设计深度后，检查锚杆孔中是否有异物堵塞；若有，应清除干净，采用高压风、水吹孔、洗孔，将锚

杆插入孔内，锚杆外露孔口长度满足安装止浆塞、垫板螺栓为宜；将止浆塞通过锚杆外露端打入孔口 10cm 左右，安装垫板及螺母，此时不宜上紧。在灰浆达到初始设计强度后，方可上紧垫板及螺母。

锚杆孔位符合设计要求，孔位偏差不大于

100mm，锚杆孔深度达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于 50mm。

钻孔完毕后用木棍或其它轻质杆状体进行

清孔，与此同时浸泡锚固剂，待锚固剂充分摄取

图 2   锚杆施工

水分后取出，用木棍或其它轻质杆状体将其顶入锚孔内，锚固剂充填量不小于锚孔深度的 3/4。 6.安装锚杆过程中，可在钻机头部套上专用的铁罩或用钻机的大臂慢慢将锚杆顶入，严禁用

钻头顶住锚杆端头使其安装到位。安装完毕的锚杆端头应紧贴岩壁，最后用锚固剂封孔。锚固剂在使用前必须检查药卷质量，受潮、变质的锚固剂严禁使用；药卷破损的必须经处理后方可使用。

为保证锚杆在安装过程中的安全，必须设专人扶住锚杆，待其剩最后约 50cm 时放可松开。

其他注意事项：

①配制浆液,使水灰比、和易性符合设计和规范要求。并随用随配。

②锚杆钻孔位置及孔深必须准确；砂浆锚杆要除去油污、铁锈和杂质；锚杆体插入孔内不小于设计长度的 95%。

③检查注浆泵及其零件是否齐备和正常。

④用水或风检查孔体是否畅通，孔口返水或风即可。

⑤迅速将锚杆和注浆管及泵用快速接头连接好。

⑥开动泵注浆，整个过程应连续不停顿，一次完成，观察到浆液从止浆塞边缘流出或压力表达到设计值，即可停泵。

3、钢拱架施工

钢拱架安装器可在 TBM 掘进过程中进行作业，在刀盘后面进行钢拱架的预组装和安装。钢拱架安装器由以下部分组成：在刀盘护盾后面的预组装槽、液压驱动的牵引链、在内凯上纵向移动的平台、钢拱架提升与伸展用的液压油缸。钢拱架安装器由装在刀盘护盾后面的控制台直接操作，由 TBM 的液压系统提供动力。

钢架利用敞开式掘进机自配的钢架安装器进行。

钢拱架安装标准是一定的，在 TBM 拼装条件一定时确定钢拱架的规格，钢架用钢材的规格、型号、材质满足设计要求和国家有关现有技术标准的规定。钢架不宜在受力较大的拱顶及其它受力较大的部位分节。格栅钢架的主筋直径不宜小于 18mm，且焊接应符合设计要求。

拼装完成后，转动拱架安装器，将拱脚转至底部，然后操作油缸，将拱架撑于预先确定的岩面位置，撑紧后，在上底部夹板上螺栓，采用鱼尾板连接。

钢架之间宜用直径为 φ22mm 的钢筋采用焊接方式连接，环向间距不应大于 1.8m。

钢架安装应符合下列条件：

①安装前应清除底脚的虚碴及杂物；

②全圆钢支撑的间距应为掘进行程的 1/2～2 倍数，在掘进机换步过程中，撑靴不得挤压拱架；

③安装允许偏差：横向和高程为：±5cm，垂直度为±2°；

④各节钢架间应以螺栓连接，连接板应密贴；

图 3 拱架安装      图 4 钢拱架支护效果

4、喷射混凝土施工

混凝土喷射系统，装于 TBM 后配套上，由砼输送泵，砼罐、液体计量泵、混凝土喷射机械手等组成一套相匹配的施工设备。为确保喷射混凝土质量，减少回弹，改善施工环境，采用湿喷法。采用强制式搅拌机，集料采用配料自动计量，混凝土搅拌运输车运输。

图   5   喷射混凝土施 工 图   6   喷射混凝土效 果

材料 (1)水泥

采用 P.O 42.5R 水泥，所使用的水泥必须有强度检验报告，过期、潮湿、结块水泥不准用在喷砼上。

(2)速凝剂

①必须采用质量合格的产品，并对速凝剂密封保存，严防受潮。

②由于喷射砼水灰比、施工环境温度、水泥和速凝剂受潮程度对速凝剂效果均有影响。因此，使用速凝剂前必须进行速凝效果试验，以选用最佳配合比。

③速凝效果试验必须满足初凝不大于 5 分钟、终凝不大于 10 分钟、无“急凝“现象、具有良好的流动性。

④速凝剂的掺量为水泥重量的 4%～8%。 (3)砂

喷砼应采用硬质洁净的中砂或粗砂，细度模数宜为 2.5～3.0，含水率控制在 5%～7%；

表 1 喷射混凝土骨料通过各筛径的累计重量百分数（%）

(4)石：采用坚硬耐久的碎石，粒径不宜大于 10ｍｍ，级配良好。当使用碱性速凝剂时，不得使用含活性二氧化硅的石料。

(5)水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质；不得使用污水、PH 值小于 4 的酸性水和含硫酸盐是按 SO42－计超过水重 1％的水。适宜饮用的水均可使用，不使用未经处理的工业废水,拌和用水所含物质不影响混凝土的和易性和混凝土强度的增长，也不引起钢筋和混凝土的腐蚀。

施工工艺参数

工作风压应满足喷头处压力在 0.1Mpa 左右。

喷头距受喷面以 0.6—1.2ｍ为宜。

喷护作业准备

搅拌机、喷射机等机械设备，开机前须先清除混凝土余料和其它杂物，然后检查各操作手把、开关、按扭、仪表是否灵活可靠，试运转后电机、泵体及传动部分是否正常，各密封部位、各管阀有无漏风、漏水、漏油现象，如有故障必须事先排除，严禁机械带病作业。

检查供风、供水、供电管线路的布置是否合理、是否安全。检查混凝土喷咀的供水孔是否有堵塞现象，软管是否过度磨损，接头是否安全可靠。

在开挖面上进行初次喷护，应先检查危石、浮碴和岩粉是否清除干净、石质好坏、有无渗水、超欠挖情况等，通过检查确定当班工作量和喷射作业时的安全措施。

喷护前用高压风、水冲（吹）工作面，清除浮尘、浮石。

3.喷护作业作业程序：

①倒罐至输送泵后部

②开仓口、转罐、放料

③起泵、开风、设置风压\设置泵送流量(3～8m/小时)\确认速凝剂参量(4%)

④试喷

⑤逐层连续喷射砼

⑥完成 1 罐砼喷射工作,停止供风、停泵,加水洗罐

⑦空罐倒罐至罐车平板

(2)喷射机操作好坏对整个喷射作业连续施工影响很大，因此操作司机应有高度的责任心，并做好下列工作：

①开始时先给风、再开机、后给料，结束时待料喷完、先停机、后关风。供料连续均匀，机械正常运转时，料斗内要保持足够的存料。

②随时注意压力表变化，熟练地判断是否发生堵管，有主动防止堵管的经验；

③按砼输送距离和喷射方向，随时调整工作风压；

④坚持工作后清洗泵体和进行必要的机械维护保养；

⑤积极配合作好喷射机的防尘、除尘和预防处理堵管时突然发生喷出伤人事故。

喷头操作：

①开始时先给水、再给料，结束时先停料、后关水。根据喷出料束情况适当调节风压，喷头处的水压应大于风压。

②喷头与受喷面最佳距离为 0.6—1.2ｍ，当风压波动时，该距离可适当调整；喷射方向与受喷面的角度以垂直角为最佳；事实上仰脸喷射拱部很难做到垂直，此时力求垂直为宜。

喷射物流在受喷面上应呈螺旋轨迹移动，即一圈压半圈按顺序横移，螺旋半径取 10－20 Cｍ为宜。

③喷射手与喷射司机要事先规定好联络信号，操作时要密切配合，协同动作。

④喷射手要随时掌握给水情况，注意喷射效果，使喷射物表面达到有光泽、粘聚好、有塑弹性、粉尘少、无干斑或流滑淌现象。

⑤当喷咀不出料时，检查是否堵塞，一定要把喷头避开有人方向，严防喷出物、高压水、高压风突然喷出伤人。

⑥喷射作业完成后，必须将输料管和喷咀清洗干净，排除各种堵塞因素。

⑦突然断水或断料时，喷头应迅速移离受喷面；严禁用高压风、水冲击尚未终凝的混凝土。

4、喷混凝土终凝后 2 小时起，即应开始洒水养护，洒水次数以能保持混凝土具有足够的湿

润状态为度，养护期不得小于 14 天。

六、 施工机械及工艺装备

表 6-1 施工机械表

七、 作业组织

表 7-1 作业组织表

八、 材料消耗

表 8-1 作业组织表

九、 生产效率

网片安装速度 1 分钟/张（2m×1.2m），锚杆施工速度 4 分钟/根(L=2.5m)，拱架安装 20 分钟/榀，喷射混凝土施工速度 3～10m3/小时；

十、安全生产及环境保护

1、安全生产注意事项

初期支护不仅是临时支护，而且加强了围岩自承力，形成一个支护体系，也是符合衬砌的重要组成部分，必须认真作好喷射混凝土厚度检查和锚杆实验，并加强监控量测，及时反馈资料，如出现量测资料大于允许值，及时调整初期支护参数，以加强洞身稳定。

对锚杆支护体系的监控量测中发现支护体系变形、开裂等险情时，应采取补救措施。当险情危急时，应将人员撤出危险区。

若已锚地段有较大变形或锚杆失效，立即在该地段增设加强锚杆，长度不小于原锚杆长度的 1.5 倍。

对施工的机械设备和施工设施进行全面的安全检查，不符合安全规定的必须立即整改完善。同时在施工现场设置必要的护拦、安全标志和警告牌。

经常保养施工机具，保证安全装置灵敏可靠，防护罩完好无损；同时搞好安全用电管理。

作业中如发生风、水、输料管路堵塞或爆裂时，必须依次停止风、水、料的输送。

喷射作业中，除应加强通风、照明、采取防尘措施降低粉尘浓度外，还应注意以下事项： (1)作业人员均须配带必要的防护用品。

机具设备应置于安全地段。喷射机、灌浆机、水箱必须装置压力表和安全阀，定期进行耐压试验，合格后方可使用。

发生堵管时，应尽快疏通。处理堵管时喷咀前方严禁站人。

经常检查管道和节头是否有松脱和击穿可能。发现问题应立即处理。

十一、 其他

开敞式掘进机初期支护参数可参照表 11-1 选用。

表   11- 1 掘进机施工段隧道初期支护方 式

在地层稳定性很差地段，应在工作面或和围岩一定范围进行超前预注浆加固处理。

锚喷支护需要仔细施工才能达到设计要求，并且施作后成为隐蔽工程，因此需要在施工过程中对控制施工质量的参数和过程进行记录，同时必须进行地质素描，并对支护的主要力学行为进行监控量测并记录。

为了保证施工安全并提高支护效果，开挖后应迅速喷射混凝土和安装锚杆。 (1)锚杆安装的位置、方向、深度应符合设计要求。

(2)树脂药包受潮后对锚固质量影响很大，过期或变质药包都不得使用。水泥药包和树脂药包在安装时都需要搅拌以便化学反应能够充分进行，形成均匀的胶结体才能确保获得预期的锚固效果，因此，安装杆体过程中应注意搅拌。

采用双层钢筋网时，第一层钢筋网被混凝土覆盖后，再铺设第二层钢筋网，有利于减少喷射中的回弹，增加混凝土的密实性。

锚杆尾部作为钢筋网的支点时，钢筋网应与锚杆端头通过垫板 +螺栓将钢筋网固定住。

在开始向钢筋网喷射混凝土时，应适当减少喷头至受喷面的距离，这样可提高喷射料流的冲击力，迫使混凝土挤入钢筋背后，以保证钢筋能被混凝土完全包裹及喷层的密实性。

钢架在开挖后立即架设能起到立即支护的作用，且有较大的承载能力，可以在喷射混凝土施作前和施作后早期强度形成以前及单独使用时单独承载。

用钢筋焊成的格栅钢架与型钢钢架相比，有受力好、质量轻、刚度可调节、省钢材、易制造、易安装等有点。型钢架的刚度和强度大，在软弱破碎围岩中施工或处理坍方时使用较多，但与混凝土粘结不好，与围岩间的空隙难于用喷混凝土紧密充填，导致钢架附近喷混凝土出现裂缝。为提高钢架支护能力，应避免在钢架受力较大处分节。

为确保钢架的支护效果，钢架和喷混凝土应形成一体尤其是格栅钢架本身刚度不大，如若不被喷射混凝土包裹，则起不到应有的作用。为此钢架背后不能有空隙，要仔细地喷射。

钢架与钢架之间的沿隧道纵向采用钢筋焊接方式连接，是为了提高钢架整体稳定性，在坍方地段或大变型地段应更加重视纵向连接。