隧道锚杆与钢架支护施工工艺(隧道工艺标准系列之六)

'兰州交通大学博文学院课程设计（论文）6锚杆与钢架支护施工工艺6.1总则6.1.1适用范围本标准适用于采用矿山法施工的隧道。6.1.2编制参考标准及规范6.1.2.1公路工程技术标准(JTJ001－97)6.1.2.2公路隧道设计规范(JTGD70－2004)6.1.2.3公路隧道施工技术规范(JTJ042－94)6.1.2.4公路工程质量检验评定标准(第一册土建工程)(JTGF80/1-2004)6.2术语6.2.1锚杆指用于隧道支护的锚固杆体，包括初期支护锚杆和预支护锚杆。6.2.2钢架指用于隧道支护的钢制拱架，包括格栅钢架和型钢钢架。6.3施工准备6.3.1技术准备6.3.1.1锚杆支护(1)检查锚杆材料、类型、规格、质量以及性能是否与设计相符。(2)根据锚杆类型、规格及围岩情况选择钻孔机具及其他所需工具。6.3.1.2钢架支护(1)检查钢架材料、类型、规格、质量以及性能是否与设计相符。(2)钢架应在洞外进行试拼装，符合要求后方能在洞内安装。6.3.2材料准备6.3.2.1锚杆钢筋(1)全长粘结锚杆：可采用3号钢、20MnSi钢和5号钢，现场制作。(2)其它类型锚杆：由工厂生产定型产品,直接购买。6.3.2.2锚杆粘结剂(1)早强药包①树脂药包a.不饱和聚脂树脂12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）用纤维纸袋(或塑料袋)装不饱和聚脂树脂、速凝剂和填料，袋中有一玻璃管，管中装固化剂和填料。b.环氧树脂分为两个塑膜袋，外袋装环氧树脂与填料的胶泥状混合物，内袋装聚乙烯聚酰胺。②快硬水泥药包以快硬水泥为粘结剂。(2)砂浆：水泥砂浆沿锚杆杆体全长粘结。6.3.2.3锚杆垫板：厚6～10mm的钢板或铸铁，规格：150×150mm或200×200mm。6.3.2.4钢架(1)根据设计要求，按格栅、型钢分别准备材料。(2)确定钢架加工方式，有委托加工与现场加工两种。委托加工时要向加工单位提供各项设计和技术要求，组织对成品的检验，合格后方能进场。6.3.3主要机具6.3.3.1锚杆施工机具(1)钻孔机具：一般采用气腿式和向上式凿岩机。当在土层中钻孔时，宜采用干式排渣的回旋式钻机。(2)合金钻头。(3)套筒板手：用于施加预应力。(4)锚杆拉力计：作拉拔试验用。(5)风压表：用于测试注浆压力。(6)注浆泵：用于锚孔的水泥砂浆灌注。(7)打击套筒：配合锚杆安装。6.3.3.2钢架施工机具板手等现场拼装工具,冷弯机、电焊机等。6.3.4作业条件6.3.4.1锚杆应保证安设凿岩机的作业空间，且能满足锚杆的设置长度。6.3.4.2钢架应提供足够的施作空间，以保证钢架能随着开挖台阶的下落而往下延伸拼装。6.3.5劳动力组织根据施工进度安排和工程数量，按劳动定额和工班组织安排劳动组织计划。见表6.3.512 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）隧道锚杆与钢架支护施工劳动力组织表6.3.5工种人数工作地点职责范围施工队长1整个施工现场负责跟班组织施工管理工作、协助总指挥工作等工班长1初期支护现场负责跟班组织施工，协调各工种交叉作业等技术员1初期支护现场负责跟班解决施工中的技术问题、编写技术措施等安全员1初期支护现场负责跟班检查安全措施、安全操作规程的执行情况，对安全生产负责。质量检查员1初期支护现场负责跟班检查工程质量，各工种交接及质量保证措施的执行情况，对工程质量负责钻眼机械操作工25初期支护现场负责打炮眼、装药、联线爆破；找顶、打锚杆眼、装锚杆。支撑操作工8初期支护现场负责隧道掌子面安设钢支撑。电工1初期支护现场负责现场动力、照明、通讯等电器系统的维修保护机械工1平台上、下机械维修保养总计40注：此表为一个作业班施工配备人员，未计后勤、行政等人员。6.4工艺设计和控制要求6.4.1技术要求6.4.1.1锚杆(1)钻孔①钻孔前应根据设计要求定出孔位，做好标记，孔位允许偏差为±15mm；②钻孔应圆而直，钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直；③水泥砂浆锚杆孔径应大于杆体直径15mm；其它型式锚杆孔径应符合设计要求。(2)钻孔深度①水泥砂浆锚杆孔深允许偏差为±50mm；②楔缝式锚杆孔深不应小于杆体有效长度，且不应大于杆体有效长度30mm；③早强药包锚杆孔深应与杆体长度配合恰当。(3)注浆①注浆开始或中途暂停超过30min时，应用水润滑注浆罐及其管路；②注浆孔口压力不得大于0.4MPa；③注浆管应插至距孔底50～100mm处，锚杆杆体插入孔内的长度不得短于设计长度的95％。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）6.4.1.2钢架(1)钢架结构型式及其接头，应简单牢固，并尽可能定型化。(2)钢架相互之间应用纵撑连接牢固，构成整体。(3)当施工区段很短或可能发生纵向荷载时，应设置纵向斜撑，以防钢架倾倒。(4)钢架基础上的浮渣必须清除，地层松软时应加设钢垫板。(5)钢架架设后应迅速喷射混凝土，且应保证混凝土保护层的设计厚度。(6)钢架就位后，其与围岩之间应用楔块楔紧，楔块的个数在10个左右。(7)预支护的锚杆或钢管应从钢架的腹部穿过，其尾端应与钢架焊接牢固。6.4.2材料质量要求6.4.2.1锚杆材料必须按规定逐批进行检验。钢架材料的质量必须符合设计要求。6.4.2.2砂浆锚杆(1)应优先使用普通硅酸盐水泥，条件不具备时可使用矿渣硅酸盐或火山灰硅酸盐水泥。(2)水泥砂浆强度等级不得低于C20。配合比（质量比）：水泥：砂：水宜为1：（1～1.5）：(0.45～0.5），砂的粒径不宜大于3mm；(3)砂浆应拌和均匀，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。(4)早强水泥砂浆锚杆采用硫铝酸盐早强水泥并掺早强剂；注浆作业开始或中途停止超过30min时，应测定砂浆坍落度，其值小于l0mm时，不得注入罐内使用。(5)宜采用清洁、坚硬的中细砂，粒径不宜大于3mm，使用前应过筛。(6)锚杆杆体应调平直、除锈和除油。6.4.2.3楔缝式锚杆(1)楔头与楔缝的尺寸和配合情况应符合锚固要求。(2)检查锚杆尾部螺栓和螺纹的配合情况。(3)备齐配套工具，做好螺扣的保护措施。6.4.2.4胀壳式锚杆(1)锥形螺母、内锚头(胀壳)的尺寸应符合锚固要求。(2)螺纹应配合良好，使得拧紧杆体时能顺利地将内锚头胀开。(3)备齐配套工具，做好螺扣的保护措施。6.4.2.5缝管式锚杆(1)必须检查管径，同批成品管径径差不宜超过0.5mm。(2)根据围岩情况选择钻头，使钻头直径符合设计要求。(3)安装用冲击器尾部必须淬火，硬度宜为HBC48～53。(4)钻杆长度必须大于锚杆长度。6.4.2.6早强药包锚杆(1)树脂或快硬水泥等粘结剂必须是粘液或糊状，能填满空隙、包裹杆头，并且迅速地凝为固体、卡住锚杆。(2)安装前应检查树脂卷、水泥卷等药卷的质量，变质者不得使用。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）(3)杆体可用普通3号圆钢加工而成。6.4.2.7中空注浆锚杆根据需要可选用自钻式和非自钻式。锚杆杆体、垫板、螺母、止浆塞以及注浆接头等均应符合设计要求。6.4.2.8钢架(1)所用钢材进场时按批量和型号分批试验。检验内容包括对标志、厂家、品种、数量、外观检查，并按规定抽样做力学性能试验，进口钢材还需做化学试验分析，符合要求才能使用。(2)钢筋工、电焊工应持证上岗，以保证钢架制作质量。(3)现场制作时，经对设计图重新确认无误后，进行实地放样，先加工一榀完整的钢架，进行现场拼装，检查其尺寸、焊接质量等，符合要求后再批量加工。(4)加工完毕后，对成品尺寸，质量进行检查，发现问题，及时解决处理，保证产品合格。(5)钢架成品应编号，并按顺序码放。6.4.3职业健康安全要求(1)作业时应保证足够的通风与照明。爆破后在掌子面上形成的危石应清除干净，以保证施作锚杆与钢架时的安全。(2)指定专人按规定进行锚杆抗拔力试验，防止锚杆滑脱造成事故。(3)粘结式锚杆施工时，注浆人员必须穿带防护用具(胶皮手套、口罩、眼镜、防护罩等).(4)在注浆作业开始前和结束后，应认真检查、清洗机械管路及接头。检查后，应经过试运转方可开始正式作业，以防止发生剧烈振动、管路堵塞现象。(5)当发生注浆管路或接头堵塞时，需在消除压力之后，方可进行拆卸及维修。6.4.4环境要求锚杆与钢架在现场制作时，应及时清理剩余的边角材料。粘结式锚杆施工时，应按工艺规程施作，保证粘结剂不外泄，避免污染环境。6.5施工工艺6.5.1工艺流程6.5.1.1锚杆不同类型的锚杆，其工艺流程有所不同。(1)砂浆锚杆钻孔注浆插入锚杆封堵孔口(最好用垫板与螺帽，也可用废水泥纸袋塞堵，以防止浆液外流)。(2)楔缝式锚杆钻孔插入锚杆在锚杆尾端施加冲击力上好垫板拧紧螺帽。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）(3)胀壳式锚杆钻孔插入锚杆旋转杆体，使锥形螺母将内锚头胀开上好垫板拧紧螺帽。(4)缝管式锚杆钻孔在锚杆尾端安装冲击器将锚杆打入孔眼。(5)早强药包锚杆钻孔将药包与锚杆放入孔眼旋转锚杆、捅破药包，形成粘结力上好垫板拧紧螺帽。(6)中空注浆锚杆①自进式锚杆自带钻头、钻孔往锚杆的中空眼内注浆上好垫板拧紧螺帽。②非自进式钻孔插入锚杆往中空眼注浆上好垫板拧紧螺帽。(7)锚杆预应力的施加钻孔及清洗孔眼将药包置入孔底插入杆体张拉杆体紧固杆体尾部垫板螺帽。6.5.1.2钢架掌子面出碴完毕喷射混凝土打设系统锚杆架设钢架设置纵向连接钢筋喷射混凝土覆盖。图6.5.2.1水泥砂浆锚杆6.5.2操作工艺6.5.2.1砂浆锚杆(1)砂浆锚杆结构见图6.5.2.1。(2)钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。孔钻好后用高压水将孔眼冲洗干净（若是向下钻孔，须用高压风吹净水），并用塞子塞紧孔口，防止石渣或泥土掉入孔内。(3)先注浆后插杆体时，注浆管应先插到钻孔底；开始注浆后，徐徐均匀地将注浆管往外抽出，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞。图6.5.2.2楔缝式锚杆(4)锚杆杆体宜对中插入，插入后应在孔口将杆体固定。(5)注浆时应堵塞孔口，随着水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出注浆管，随即迅速将杆体插入，可锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔。(6)注浆是否饱满，可根据孔口是否有砂浆挤出来判断，若孔口无砂浆流出，应将杆体拔出重新注浆。(7)注浆体积应略多于需要体积。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）6.5.2.2楔缝式锚杆(1)楔缝式锚杆结构见图6.5.2.2。(2)楔缝式锚杆的安装是先将楔头插入楔缝，轻轻敲击使其固定于缝中，然后插入孔底；并以适当的冲击力冲击锚杆尾端，使楔头全部插入楔缝为止。打紧楔头时应注意丝扣不被损坏。为了防止杆尾受冲击力变形，可采用打击套筒保护。(3)锚杆送入孔内时不得偏斜。安设后应立即上好托板，并拧紧螺帽。(4)要求锚杆具有一定的预张力，施加预拉力时，其拧紧力矩不应小于100N·m,可采用测力矩扳手或定力矩扳手来拧紧螺帽，以控制锚固力。(5)一昼夜后应再次紧固螺母，以后还要定期检查，如发现有松弛情况，应及时紧固。(6)楔缝式锚杆一般作为临时支护，其杆体可以回收。(7)如作为永久支护，楔缝式锚杆应补注水泥砂浆，且锚杆施加预张力应在砂浆初凝前完成，并注意减少砂浆的收缩率。图6.5.2.3胀壳式锚杆6.5.2.3胀壳式锚杆(1)胀壳式锚杆结构见图6.5.2.3。(2)将锥形螺母、胀壳式内锚头及杆体组装好，插入孔眼，此时锥形螺母通过其端部的尖角抵住孔眼底岩石，不发生转动，旋转杆体，使胀壳式内锚头与锥形螺母之间发生相对转动，内锚头随之胀开并紧紧地顶住了岩石，然后安装垫板、拧紧螺帽。(3)一昼夜后应再次紧固，以后还要定期检查，如发现有松弛情况，应及时紧固。(4)胀壳锚杆一般作为临时支护，其杆体可以回收。(5)如作为永久支护，应补注水泥砂浆，且锚杆施加预张力应在砂浆初凝前完成，并注意减少砂浆的收缩率。图6.5.2.4缝管式锚杆6.5.2.4缝管式锚杆(1)缝管式锚杆结构见图6.5.2.4。(2)锚杆端头为锥形，尾部有一凸出的挡环，以便与风动凿岩机连接，冲击打入钻孔。锚杆受挤压后，开缝缩小，杆体表面与孔壁岩面形成摩擦阻力，以此提供锚固力，且随着围岩的变形，锚固力还会增大。(3)当有环境水腐蚀时，锚杆摩擦力会逐渐减小，此时就只能作为临时支护。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）6.5.2.5早强药包锚杆(1)锚杆结构见图6.5.2.5。图中，a)为采用树脂粘结剂时的锚杆全图；b)为不饱和聚脂树脂粘结剂；c)为快硬水泥粘结剂。它们的施作工艺是相同的。(2)安装时，应在杆体上做出孔深标记，先将药包送入孔内，再将杆体插入孔中将药包送到孔底，用锚杆捅破药包，并搅拌，形成端头粘结力。快硬水泥粘结剂则是先吸水软化，再装入孔眼内，然后迅速插入或打入杆体。(3)安装完毕后，为避免杆体自重下滑，应在孔口用楔子楔紧杆体。图6.5.2.6中空注浆锚杆图6.5.2.5早强药包锚杆(4)应注意温度变化对粘结剂的影响。6.5.2.6中空注浆锚杆(1)锚杆结构见图6.5.2.6。(2)自进式与非自进式的区别在于锚杆是否自带钻头。自带钻头能克服孔眼卡钎的弊病，保证锚杆的设计锚固长度，但一根锚杆要用掉一个钻头，造价偏高。(3)通过中空眼注浆，浆液从杆体与孔眼之间的空隙反流出来，可以判定浆液已经饱满。6.5.2.7钢架(1)钢架结构见图6.5.2.7。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）图6.5.2.7钢架结构(2)掌子面应有明显的中线标记，避免钢架偏离中线，现场设交叉十字线控制。(3)架设钢架时，每个断面一侧至少测5组支距，与设计支距相比较，差值超过l0mm时应进行调整。(4)沿边墙距底板一定距离拉1根横线，依据此线，测3组数据，边墙2组，中线1组，与设计值比较，差值超过20mm的应进行调整。(5)隧道开挖了一个循环进尺时，应检查开挖断面的净空，合格后立即架格栅钢架(或型钢钢架)。(6)每榀钢架由数段节段拼装而成，其接头是施工薄弱处，节段的长度应在方便工人搬运与架立的前提下，尽量长一点，以减少接头的数量。(7)每榀钢架节段之间的连接直接影响到钢架的安全性。一般采用连接垫板对接，将螺栓孔对齐，穿上螺栓，拧紧。(8)每榀钢架拼装完成并检查无误后，焊接钢架纵向连接筋(φ18～22)，其环向间距不大于1m。(9)钢架与围岩之间的混凝土保护层厚度不应小于40mm，临空一面的保护层厚度不应小于20mm。(10)为防止钢架承载后下沉，其下端应设在稳固的地层上，或设在为扩大承压面的钢板、混凝土垫块上，格栅底脚埋入隧道基底的深度不应小于15mm，当有水沟时不应高于水沟底面。(11)开挖下台阶时，为防止钢架拱脚下沉，可考虑在拱脚下设置纵向托梁，把几榀钢架连为一整体，或者施作锁脚锚杆。6.6质量标准6.6.1锚杆支护6.6.1.1锚杆的材质、类型、质量、规格、数量和性能必须符合设计和规范的要求。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）6.6.1.2锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%。6.6.1.3砂浆锚杆和注浆锚杆的灌浆强度应不小于设计和规范要求，锚杆孔内灌浆应密实饱满6.6.1.4锚杆垫板应满足设计要求，垫板应紧贴围岩，围岩不平时要用M10砂浆填平。锚杆支护实测项目表6.6.1.66.6.1.5锚杆应垂直于开挖轮廓线布设。对沉积岩，锚杆应尽量垂直于岩层面。6.6.1.6必须通过实测来保证锚杆支护的质量。见表6.6.1.6。6.6.2钢架支护6.6.2.1钢架的拼装允许误差为：沿隧道周边轮廓误差不应大于±30mm；平面翘曲应小于±20mm。6.6.2.2钢架应垂直于隧道中线，上、下、左、右偏差应小于±50mm；钢架倾斜度应小于2°；拱脚高度应低于上半断面底线以下150～200mm。6.7成品保护6.7.1锚杆6.7.1.1砂浆锚杆安设后不得随意敲击，其端部3天内不得悬挂重物。6.7.1.2各类端部固定的锚杆，应按规定及时紧固螺帽，保证锚固力。6.7.2钢架6.7.2.1格栅钢架比较柔性，在运至掌子面的过程中，为使其不变形，应轻搬轻放，严禁乱扔或用重物敲打。6.7.2.2型钢钢架多用工字钢，其垂直和水平方向的强度和刚度是不相同的，未加工时的钢材都较长，容易发生扭曲变形，应注意保护。其制作工艺比格栅钢架要求要高，如工地加工条件不理想，一般都委托加工，在运输过程中应注意成品的保护。6.7.2.3钢架在掌子面拼装完毕后，应尽快喷射混凝土予以保护。6.8安全环保措施12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）洞内支护完成后，及时清理现场；在洞外制作锚杆与钢架时，应符合环境保护规定，不得遗留下废弃材料；未用完的材料应进行登记；新、旧材料清理后应堆放在便于运出现场的地方。6.9质量记录6.9.1锚杆支护填写锚杆支护施工记录。见表6.9.1。锚杆施工记录表6.9.1序号项目内容填写形式4.1.1工点及地段编号工点编号—地段编号数字4.1.2起止里程指地段的起止里程数字4.1.3锚杆类型全长粘结型，端头锚固型，磨擦型（按本指南第3.4.7条的分类）文字4.1.4胶结材料快凝水泥浆，一般水泥砂浆，树脂文字4.1.5锚杆参数拱部拱墙4.1.5.1长锚杆长度×直径（m×mm）数字4.1.5.2短锚杆长度×直径（m×mm）数字4.1.5.3横向间距×纵向间距（m×m）数字6.9.2钢架支护填写钢架支护隐蔽工程记录。见表6.9.2。12 兰州交通大学博文学院课程设计（论文）钢架支护施工记录表6.9.2序号项目内容填写形式4.4.1共点及地段编号共点编号—地段编号数字4.4.2起止里程指地段的起止里程数字4.4.3参数4.3.3.1类型文字4.3.3.2间距（m）数字4.3.3.3安设方式文字4.3.3.4每环分块数数字12'