锁脚锚杆

锁脚锚杆

-

2023年2月27日发(作者：滑板的英文)

.

.

-优选

环形开挖预留核心土法施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-SD-0103-2011

第五工程阳刚

1.前言

1.1工艺工法概况

环形开挖预留核心土法施工，可以有效地防止洞身开挖造成较大的收敛和下

沉,为近早突破软弱围岩地段加快了进度。该工法在我国西客专东隧道、浙赣复

线新羊石大跨软岩隧道、盐坝高速公路B段溪涌隧道、沙坡头水利枢纽北干渠输

水隧洞等工程中都得到广泛应用。

1.2工艺原理

按照"新奥法〞原理，遵循"少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭〞原那么，着

眼于"如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护〞：一方面，"环形开挖〞

将"面〞拓展到"点〞，减少软弱围岩大围开挖而引起的扰动，加之利用"预留核

心土〞来支顶工作面，从而到达充分保护岩体的目的；另一方面，按照洞室开挖

后岩体受力特点，利用环形开挖预留的作业空间及时进展支护，充分利用支护构

造来限制岩体的变形，保证岩体不致过度松弛而丧失或降低岩体的承载能力。

2工艺工法特点

2.1施工难度小。由于"化面到点〞，工序简单，各部位开挖及初支较容易

控制，施工难度降低。

2.2降低施工本钱。与双侧壁导坑、CRD工法相比,大大节省了临时钢架和临

时喷射混凝土，省工省料。

2.3施工平安有保障。核心土支顶工作面，稳定性好；开挖均在支护的保护

下进展；短进尺及设备的利用缩短了围岩的暴露时间；工序少、工序之间距离短，

.

.

-优选

能尽早使初期支护封闭成环，发挥支护效应。

2.4加快了施工进度，容易转换工序。与双侧壁导坑、CRD工法相比，无临

时支护，节省了撤除临时支护的时间，所以当围岩变化时候，容易转换工序。

2.5本工法可灵活应用。单独使用时，错台的高度可根据实际围岩情况，进

展灵活调整，其工法核心容之一"预留核心土〞亦可广泛应用在台阶法、双侧壁

导坑法、CRD法等工法的分部施工中。

3适用围

本工艺工法适用于黄土隧道、隧道洞口、具"浅埋、富水、偏压、大跨〞特

征和典型的Ⅳ、Ⅴ级围岩软弱地段，对其他类似地下工程亦有借鉴意义。

4主要引用标准

4.1"高速铁路隧道工程施工技术指南"〔铁建立【2010】241号〕、"铁路隧

道工程施工技术指南"〔TZ204〕、"铁路隧道工程施工质量验收标准"〔TB10417〕、

"铁路工程测量规"〔TB10101〕、"公路隧道施工技术规"〔JTGF60〕、"公路工程

质量检验评定标准"〔JTGF80/1〕。

4.2设计图纸、合同文件。

5施工方法

环形开挖预留核心土法是在上部断面以弧形导坑领先，并进展支护，其次开

挖下半部两侧，再开挖中部核心土的方法。为方便采用机械化作业，提高开挖进

度，施工中应尽量采用大断面分部。本工法的实质，可以认为是在"微台阶法〞

的根底上增加"预留核心土〞容。

在施工时，环形开挖预留核心土每循环开挖进尺宜为0.5～1m，预留核心土

面积的大小应满足开挖面稳定的要求，不宜低于开挖断面面积的50%；开挖完成

.

.

-优选

后及时施作喷、锚支护，安装钢支撑，每两榀钢架之间应采用钢筋连接，并应加

锁脚锚杆〔管〕；上部弧形，左右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m平行作

业；仰拱施工紧跟下台阶，全断面初期支护完成距离拱部开挖面不宜超过30m。

当地质条件差，围岩自稳时间较短时，开挖面在拱部设计开挖轮廓线外，进展超

前支护。

6工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

施工工艺流程图见图1、施工顺序图见图2

施工准备

超前地质预报

①拱部超前支护

②环形导坑开挖

③上拱部初期支护

④核心土开挖

⑤左侧墙开挖⑤＇右侧墙开挖

⑥左侧墙支护⑥＇右侧墙支护

⑦核心土开挖

⑧仰拱开挖

⑨仰拱初期支护

⑩仰拱灌注回填混凝土

下一循环施工

监控量测，

围岩稳定性

评判，修正

支护参数

.

.

-优选

图1环形开挖预留核心土法施工工艺流程图

1超前支护

2弧形开挖

7拉槽分部开挖核心土

8仰拱开挖

5

侧

墙

开

挖

4核心土开挖

3上拱部

初期支护

6

侧

墙

支

护

9仰拱初期支护

10仰拱灌注及回填

10仰拱灌注及回填

循环

进尺

4上部弧形核心土

7分部核心土

7分部核心土

5侧墙开挖

6侧墙支护

5＇

侧

墙

开

挖

6＇

侧

墙

支

护

1超前支护

全断面初期支护

图2环形开挖预留核心土法施工顺序图

6.2操作要点

6.2.1施工准备

1风水管、电线敷设，施工便道、施工场地布置，机械设备、人员配置，材

料准备，修建环保、水保、防排水设施。

2根据设计资料，详细分析、了解工程地质、当地水文情况，制定合理的施

工方案和施工措施，制定施工监控量测方案及沉降观测方案。

3按照设计或规要求做好超前地质预报工作，指导现场施工。

6.2.2超前支护

采用的超前支护方式有超前大管棚、超前小导管〔预注浆〕、超前锚杆等，

超前大管棚多用在洞口段施工，洞因受操作空间的限制，非必需情况下一般不提

倡采用。洞一般采用超前小导管或超前锚杆。施工时，应严格按照技术要求布眼，

掌握好超前外插角度，根据现场实际情况，调整外插角度。相邻段的搭接长度应

符合设计及规要求，支护尾部必须与钢支撑焊接结实，注浆施工应严格按照设计

配合比施工，并控制好注浆压力。

.

.

-优选

6.2.3开挖

环形开挖预留核心土法施工，主要采用挖掘机开挖，人工及风镐或解小炮配

合修整开挖面。

1拱部环形开挖。核心土顶面距离开挖拱顶高度宜控制在1.5m左右，核心

土断面宜按照环形开挖断面积50%、方便人员操作进展控制；环形开挖高度根据

实际围岩情况，结合钢支撑加工尺寸自行拟订，应方便人员操作，宜控制在3.5～

4.0m；开挖循环进尺宜按照2榀钢支撑间距进展控制，一般0.5～1m。

2开挖拱部核心土。

3侧墙开挖，左右错开，错开距离宜为3～5m；单侧一次开挖进尺不大于1.5

m，宜按照2榀钢支撑间距控制；开挖作业宽度1.5～2.0m，中间暂留核心土。

4开挖中间核心土。

5开挖仰拱。全幅开挖，采用栈桥保持通行。仰拱钢支撑和边墙下部钢支撑

通过焊接连接结实。

6.2.4初期支护

每次开挖后都应及时进展初期支护，做到"早喷锚〞。初期支护施工顺序为：

初喷混凝土→打设系统锚杆→挂网→架立钢支撑→打设锁脚锚杆〔管〕→复喷混

凝土至设计厚度。

初喷混凝土厚度4～5cm，用于找平、封闭岩面，防止围岩应力集中及松弛

变形。喷射混凝土进展时，应连续进展，并掌握好风、水压，以确保喷射混凝土

强度及整体性。

锚杆施工时，应通过测量定位，保证其纵向间距与钢支撑间距一致，并处于

同一法线，以便锚杆安装好后与钢支撑焊接在一起，形成整体受力构造。锁脚锚

.

.

-优选

杆的作用是防止拱墙脚初期支护受力后下沉及移，在施工中不能减少，应加强。

网片按照设计要求加工，挂设结实。

钢支撑架立，应按照设计尺寸架立，接头用螺栓连接固定，必要时候进展焊

接连接。纵向连接钢筋的间距、焊接严格按照设计及规要求进展，以保证初支的

整体性，在特别松软地层，拱墙脚可设置型钢托梁，以增强整体性及防止不均匀

沉降引起初期支护开裂或变形过大。

6.2.5仰拱灌注及回填

隧道拱部压力大，初期支护成环后，拱部压力通过初期支护向下传递，仰拱

中部受力最大，仰拱开挖后，及时进展仰拱灌注及回填是改变仰拱受力的主要手

段，同时也是保证洞运输的需要，因此仰拱二衬应紧跟开挖进展。

6.2.6监控量测

监控量测，可掌握围岩变化规律及支护构造的力学状态和稳定程度，判断支

护参数设置是否合理，因此必须加强监控量测，切实做到"勤量测〞。主要施工

监测工程见下表1：

表1监控量测工程表

序

号

量测工程量测方法和仪器测点布置测量频率

测量

精度

1水平收敛量测

收敛计、反射膜片

配合全站仪

每10～30m一个断

面，上下2条基线4

个点

υ≥5mm〔0～1B〕2次/d；1

≤υ＜5〔1～2B〕1次/d；

0.5≤υ＜1〔1～2B〕1次

/2～3d；0.2≤υ＜0.5〔2～

5B〕1次/3d；υ＜0.2〔＞

5B〕1次/7d。

0.1mm

2拱顶下沉

水准测量的方法，

水准仪、钢尺等

每10～30m一个断

面，1个点

1mm

注：B—隧道开挖宽度，υ—变形速速

7劳动力组织

采用环形开挖预留核心土法施工，由于循环进尺短，工序衔接紧凑，合理地

.

.

-优选

配置人员可以起到减少资源、加快工序施工的作用。某单个工作面劳动力单班作

业配置见表2，供参考。

表2某单工作面作业劳动组织表〔单班〕

序号工作工程作业容人数

1开挖

风镐手6

矿用电钻手2

挖掘机司机2

自卸车司机6

2初期支护

型钢加工6

钢筋网片加工2

钢架安装8

喷射混凝土15

混凝土搅拌运输罐车司机4

3混凝土生产

混凝土搅拌机司机3

装载机司机2

机械修理工1

4测量及其他

技术员2

测工4

5其他

队长1

技术负责人1

质检工程师1

专职平安员1

试验员2

电工3

修理工2

空压机司机3

调度3

辅助人员5

8主要机具设备

环形开挖预留核心土法施工，合理安排机械不但可以加快施工进度同时还

可以节约施工本钱。

根据机械工作能力和实际工作量，某单个工作面单班作业主要机械配备如

表3，供参考。

表3单个开挖面机械设备配备表

序号作业机具设备名称规格型号单位数量备注

1施工通风轴流式通风机SDF〔c〕-NO110台1通风

.

.

-优选

序号作业机具设备名称规格型号单位数量备注

2施工照明低压变压器24v,10kw台2掌子面及二衬施工平台

3施工用电

发电机250kw台1备用

变压器500kw台1施工及生活用电

4开挖

挖掘机PC-300-6台1开挖

自卸车

15t辆3出碴

空压机LWJ-20/7-1台3高压供风

风镐台10

矿用电钻φ50台5掘进打锚管、锚杆

5初期支护

工字钢弯曲机GW1-200台1型钢加工

钢筋弯曲机GW台1钢筋加工

钢筋切断调直机GQ台1钢筋加工

等离子切割机GW台1钢板切割

交流电焊机BX1-500台6钢架、网片加工及安装

台式钻床24025台1钢板加工

压浆机台1锚杆注浆

混凝土湿喷机TK-500台3喷浆

6

量测及测

量仪器

全站仪莱卡402台1方向控制

水准仪莱卡N2台1标高控制

塔尺5m个2标高控制

精细水准仪莱卡N2台1

沉降观测

铟瓦尺个2

收敛仪JSS30A个2量测

锚杆拉拔仪BL—150B个1锚杆拉拔

应力测试仪套1应力测试

9质量控制

9.1易出现的质量问题

9.1.1富水等地段容易发生坍塌掉块，变形大。

9.1.2钢支撑安装，连接质量不牢靠、锁脚质量差、设计净空尺寸不能保证。

分部施工,增加了对支护的扰动频率，钢支撑易产生下沉。

9.1.3开挖步距过大，闭环时间过长，钢架发生变形。

9.1.4超前注浆效果较差造成局部坍塌；超前支护搭接长度缺乏造成局部坍

塌；管棚〔导管〕角度控制不好造成局部坍塌。

9.2保证措施

9.2.1施工中对有缝隙水出露地段，应加强引排，绝不允许浸泡基底。

9.2.2视情况通过采用放大拱脚、墙脚，增加沉降预留量等来保证净空尺寸

.

.

-优选

满足设计要求。

9.2.3钢架连接必要时采用焊接连接，锁脚锚杆〔管〕采用加设、增长、尽

量径向打设，尾部与钢架焊接，钢架脚板必要时设置混凝土根底。

9.2.4错台开挖时，钢架脚板位置，尽量采用人工处理，防止机械碰撞扰动。

9.2.5严格控制错台长度和工序循环开挖进尺。

9.2.6严格施工技术交底制,对作业人员定期进展质量教育和考核,教育作

业队人员严格按设计及规要求施工,确保施工工程质量。

9.2.7加强监控量测，及时反应信息，提高应变能力。

9.2.8钢架、锚喷网支护要紧跟开挖进展，确保施工平安。

9.2.9钢架安装间距误差要求在±10cm，锚杆间距误差在±15cm，锚杆长度不

小于设计长度的95%，钢筋网片搭接长度误差在±5cm，钢架安装垂直度误差在±

2°，型钢、网片、连接收之间焊接的焊缝应饱满且不应有假焊、漏焊现象。

9.2.10掌子面与仰拱之间距离不大于30m，仰拱与衬砌之间距离不大于30m。

9.2.11严格按配合比施工，控制好水灰比，控制和使用各种添加剂。

9.2.12施工时应做好防水和引排水工作，防止钢架脚板被水软化，引起过

大下沉。

10平安措施

10.1主要平安风险分析

隧道开挖要注重塌方、突水〔泥、石〕、大变形等平安风险的评估，提出相

应的风险处理措施，编制施工应急预案。

10.2保证措施

10.2.1每次开挖后应派专人进展检查，处理危石、悬石，并设人监护。确

.

.

-优选

认平安后，其他人员方准进入作面。做好洞防尘，降低粉尘浓度。

10.2.2施工中应严格控制循环进尺和施工步距，掌子面到仰拱距离保持不

超过30m，仰拱到二衬距离保持不超过30m。

10.2.3施工时应严格按照设计要求挖大拱脚并安装好锁脚锚杆〔管〕，严格

控制钢架下沉。

10.2.4施工中发现不平安因素时，应暂停开挖，加强支护措施。

10.2.5认真做好临时支护变形的观察、量测，并认真做好记录和数据处理

工作，及时反应，做好信息化施工。

10.2.6加强洞电力、通风、排水管线路的管理，防止漏电、漏风伤人。

10.2.7认真落实施工应急预案，现场配备必要的抢险机械、物资，并应进

展针对性演练，出现问题迅速采取措施，减少影响和损失。

11环保措施

11.1控制炸药爆炸产生的有害气体和粉尘含量，减少对空气的污染，节约

炸药等能源的消耗。

11.2采用分部开挖，充分利用人力和小型机具，减少大型设备数量，从而

减少油料的消耗，到达节能、减排的要求。

11.3优化设计支护参数，节约锚杆和混凝土的数量，从而节约建筑材料，

起到节约能源的目的。

11.4隧道洞口和弃土场等及时修建挡护和排水系统，做到先挡后弃，防止

水土流失，对环境造成影响。

11.5施工废水采取沉淀、过滤后达标排放。

12应用实例

.

.

-优选

12.1工程简介

本工法在西铁路客运专线东隧道和宁武高速西铭隧道都有运用。

西铁路客运专线东隧道全长7684m，设计为双线大跨黄土隧道，开挖宽度

15.2m，开挖高度13.18m，开挖面积163.08㎡，隧道围岩为黄土地质。东隧道

设计DK333+520～DK338+620、DK338+670～DK338+690段共计5120m为Ⅳ级围岩，

该段上台阶采用环形开挖预留核心土法施工。

宁武高速公路西铭隧道全长1243m，设计为别离式单向双车道双线隧道，开

挖宽度12.40m，开挖高度10.10m，开挖面积102.8㎡，该隧道左右线洞口段均

采用了环形开挖预留核心土法施工。

12.2施工情况

东隧道设计DK333+520～DK338+620、DK338+670～DK338+690段共计5120m

为Ⅳ级围岩，采用环形开挖预留核心土法施工，2005年8月开工，2008年10

月竣工。

宁武高速公路西铭隧道2009年9月开工，历时1个月完成了洞口段约100m

的施工任务。

12.3工程结果评价

该工法在上述两个隧道施工中均加快了施工进度，确保了施工平安，在东隧

道应用中，克制了黄土隧道沉降变形，加快了施工进度。

在西铭隧道施工过程中，顺利的穿越了洞口浅埋段，为进洞施工创造了有力

条件。

12.4建立效果及施工图片

.

.

-优选

图3环形开挖预留核心土法开挖整体效果