监理工程师考试辅导：隧道工程质量的控制2

　　B、钢架构造和安装要求

　　（a）钢架与锚喷支护联合使用时，应保证钢架（或格栅钢架主筋）与围岩之间的混凝土厚度不小于40mm.

　　（b）钢架的纵向间距，一般在0.6~1.2m，且不宜大于1.2m，两榀钢架之间应设置直径为20~22mm的钢拉杆，沿钢架每1~2m设一根。

　　（c）围岩压力一般通过楔子传到钢架上，故钢架与围岩间应楔紧。从试验资料看，单线隧道加9个楔子时，钢架强度可发挥100%，加5个楔子时，只能发挥强度的80%，故楔子间距宜为1.2m左右。

　　（d）接头是钢架的弱点，因此应减少接头数量。据双线隧道上半断面钢架试验，两节钢架（在对称和偏压荷载作用下）较四节钢架承载力提高近一倍。考虑施工要求，拱部和边墙部分宜采用四~六节钢架。

　　（e）钢架接头通常用连接板和螺栓连接，并要求易于安装。

　　（f）为防止钢架承载而下沉，钢架下端应设在稳固地层上，或设在为扩大承压面的钢板、混凝土垫块止，钢架立柱埋入底板深度不应小于15mm，当有水沟时不应高于水沟底面。

　　（g）开挖下台阶时，为防止钢架拱脚下沉、变形，根据需要在拱脚下可设纵向托梁，把几排钢架连为一整体。

　　C、刚性钢架和格栅钢架、可缩性钢架等类型以往我国多用工字钢、旧钢轨和钢管制造，这种刚架的刚度和强度大，可作临时支撑并单独承受较大的围岩压力，也可设于混凝土内作永久衬砌。在Ⅰ、Ⅱ类软弱破碎围岩中施工或处理坍方时使用较多，但这类钢架与喷射混凝土粘结不好，与围岩间的空隙难于用喷射混凝土紧密充填，导致钢架附近喷射混凝土出现裂缝。

　　工字钢的垂直和水平方向不是等强度和等刚度的，容易横向失稳、扭曲破坏。钢管钢架断面的各向强度和刚度相同，抗压、抗扭曲强度高，钢管内充填砂浆或混凝土时，其强度更高。

　　刚性钢架常用10~20号工字钢，11~24kg/m轻轨或38、43kg/m钢轨，φ100~φ180mm钢管。

　　D、格栅钢架

　　1）格栅钢架的特点

　　（a）格栅钢架是由钢筋焊接而成的格栅构架，其断面形状和尺寸，能根据需要而设计，对大跨度坑道特别适用。

　　（b）钢架安装后可立即承受部分松动荷载，当锚杆喷射混凝土达到一定强度后，便能共同承受逐渐增长的围岩压力，这就符合新奥法先柔后刚的支护原则。

　　（c）与喷射混凝土粘结较好，能形成钢筋混凝土结构，更好地发挥支护作用。

　　（d）钢架与围岩间的空隙，能被喷射混凝土填实，有利于结构受力。

　　2）钢筋网喷砼：钢筋网可提高喷砼的抗剪和与围岩的粘结强度，有利于抵抗岩石塌落掉块和承受冲击荷载，能提高喷砼的整体性，使其应力分布均匀，从而减少砼的收缩和裂缝，在变形较大而自稳性较差的软弱围岩中，应设1~2层钢筋网。

　　钢筋网一般采用φ4~φ10的Ⅰ号钢筋，其网眼间距一般15~30cm，当小于15cm时，回弹增加；当大于30cm将大减弱钢筋网在喷砼中的作用。钢筋网的保护层厚应≥20cm.当设双层钢筋网时，当第一层的喷砼基本覆盖后再铺设第二层。

　　3）钢纤维喷砼：钢纤维喷砼的力学性能优于不掺钢纤维的砼，从大量的国内外试验证明，掺钢纤维后喷砼的抗弯强度提高30%~90%；拉强度提高30%~60%；压强度提高5%~10%；冲击能力提高8倍以上，其韧性提高10倍以上，但钢纤维喷砼的成本高、工艺复杂、喷射机械和管路磨损率大。

　　（4）锚杆与支护结构的主要作用及和种类：

　　A、锚杆的主要作用

　　1）对围岩的加固作用；软弱围岩开挖后，形成的洞窑的沿空面开始变形，当沿坑道周边布设系统锚杆并注浆后，其浆液很快填充顺空面周边的围岩的裂隙增加围岩的内摩擦力，并向围岩施加压力而形成承载拱后，使与喷砼钢架等支护共同承受围岩变形压力，以减少围岩的变形，提高围岩整体稳定性。

　　2）组合作用：在水平式岩层倾角较小的层状岩体中，锚杆能使岩层紧密结合起来，形成类似组合架的结构，能增加层间摩擦力和抗剪强度，从而提高围岩的稳定。

　　3）悬吊作用：由于隧道围岩被断层、节理、裂隙切割，开挖爆破余力可能引起局部岩块失稳，此时用锚杆将不稳定的岩块悬吊在稳定的岩块上或者将侧壁防止不稳定的岩块滑移。

　　B、锚杆的种类：

　　1）目前在国内使用的锚杆类型较多。主要以全长锚固锚杆和端头锚固锚杆两种。全长锚固锚杆不论是锚杆的构造如何，都是水泥砂浆或树脂类粘结剂锚杆和孔壁紧密结合以增加锚杆的抗剪、抗拉和防腐蚀作用，其锚固性能可靠，具有较强的长时期的锚固力，有利于约束围岩的位移。目前在地下工程中使用最广的类型。这种锚杆依不同的围岩条件不同的用途及注浆方式，安装方式方面又分出了实体锚杆、中空锚杆、自进式组合锚杆等。

　　2）端头锚固型锚杆。这种锚杆是通过锚杆端头与围岩用机械式或粘结式锚固，再通过孔口的托盘板及螺母使锚杆受拉，锚杆的受力状态取决于锚杆端头的锚固力。这种锚杆由于受地下水和潮湿空气的作用使锚杆易锈蚀，围岩蠕动后降底锚固力，故这种锚杆只适于临时支护中，这类锚杆的类型有楔缝式锚杆、胀壳式锚杆、倒楔式锚杆。

　　3）摩擦型锚杆。这是将杆体全长开缝且管径比锚杆孔稍大的钢管强行压入锚杆孔中，使岩体孔壁与锚杆固壁产生较大的摩擦力，从而改变或改善围岩的受力状态。这种锚杆在实践中用的不多，所以不多讲。

　　（三）二次衬砌设计

　　目前山岭隧道一般增色采用新奥法施工，复合式结构及初期支护和二次砼模筑衬砌相互结合的结构物，适用于各种围岩条件。

　　1、二次衬砌的主要作用

　　（1）Ⅱ~Ⅳ类围岩：因初期支护的变形很小，很快超手稳定，故二次衬砌不受地层压力，故其主要作用是防水，利于通风和修饰面层。

　　（2）Ⅳ类围岩：虽然初期支护的变形较小，二次初砌承受不大的围岩压力，但考虑到运营后外露钢件锈蚀，初期支护质量不佳有缺陷等原因故应施做二次衬砌，以提高初期支护的安全度，当然也有防水，利于通风装饰方面的作用。

　　（3）对于Ⅰ~Ⅲ类围岩，由于围岩变形较大有膨胀压力，运营中重载车的震动或由于山体浅埋偏压及施工缺陷等原因使围岩变形未趋于稳定。需提前施做二衬时，则二衬是主要的承载结构，需要承受后期围岩变形压力。

　　2、次衬砌的施做要求：

　　（1）初期支护与二衬之间的密贴程度，对复合式陈砌受力状态产生较大的影响。当初支与二衬之间有空隙尤其拱顶灌注砼不密实，或由于砼的收缩产生空隙时，其拱部形成马鞍形围岩压力，拱部小（或无）而拱腰大，此时二衬的拱顶外缘受拉、内缘受挤压，严重者拱顶内缘分层掉皮，而破坏二衬应有的支护作用。所以施做二衬后。一般应向二衬拱顶压注水泥砂浆填充，使二衬与初衬之间尽量不留空隙，这种措施在Ⅰ~Ⅲ类围岩中的衬砌尤为重要。

　　（2）二衬的截面厚度必须达到设计要求。二衬的截面厚度及结构形式取决于围岩压力的大小，当断面形状确定以后，保证二衬的厚度是保证复合式衬砌结构安全的重要因素，这是通过力学计算或大量的实践类比出来的重要参数。其厚度的误差，特别是欠厚的误差，一定要控制在验收规范规定的范围内。

　　（3）二衬砼的强度必须达到设计要求。保证砼的设计强度是保证二衬厚度的前提，故在一次衬砌砼的配制中一定要采用能达到设计强度的合理的配合比，严格控制水泥和标号、用量及粗细骨料的质量。

　　（4）二衬的密实度是保证砼质量及防水标准的重要措施之一，故从应从工作出发砼的配制，运送、灌注、振捣等方面严格把关，使已灌注的砼各项指标达到设计要求。

　　（5）二次衬砌内部结构一定要符合设计要求。在本项目各隧道工程中，对于Ⅰ~Ⅲ类围岩及Ⅲ类围岩的洞口浅埋段，偏压段及围岩较差的地段及特殊要求的结构物段（如紧急行车带等）均设计了钢筋砼的二衬结构，这是加强二衬承载能力的重要措施，所以二衬中所用的钢筋型号、规格、布置及钢筋和绑扎、焊接等工艺一定要符合设计及规范规定的要求。

　　（6）在应施做仰拱的地段必须先施工仰拱的初衬及二衬，拱墙的二衬紧跟使二衬能及时的成环状结构，以在很短的时间内，二衬约束围岩变形。

　　（7）在施做二衬前必须对初衬的质量进行检查验收。

　　（8）在施做二衬前必须对二衬所有的排水设施进行检查，以确保防排水各设备的质量，固二衬后，此部分已成隐蔽工程，一但出差错将适成严重的后果。

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