B050407格栅钢架与模喷联合支护在国防工程中的应用

格栅钢架与模喷混凝土联合支护在国防工程中的应用鄢常舒蒋荣君张仁民【海军1206工程建设办公室】摘要介绍格栅钢架与模喷混凝土联合支护在国防工程中的应用，并结合工程实例介绍了利用干喷机与普通模板土法上马进行“简易模喷”的成功经验。关键词格栅钢架模喷混凝土联合支护国防工程应用格栅钢架是由多根钢筋按坑道硐室的断面形状焊接而成的。它刚柔相济，既具有型钢支架的及时支撑作用及较大的承载力，又克服了型钢支架支撑刚性过大的缺点而具备较好的柔性。而且格栅钢架相对型钢钢架更易于在工地现场加工。所以对于自稳时间短的复杂岩层，使用格栅钢架具有独特的优越性，在国防工程中逐步得到广泛应用。但格栅钢架因其承载力有限、暴露的钢架易于锈蚀，一般不单独使用。格栅钢架与模喷混凝土联合支护则弥补了以上不足，在新奥法施工中常常把它用作初次支护而将现浇钢筋混凝土作为二次支护，两个支护层统称为复合式衬砌。1格栅钢架与模喷混凝土1.1格栅钢架格栅钢架可用HRB335或HPB235普通建筑用钢筋经冷弯成形后焊接而成。究竟采用何种钢筋，需要综合分析围岩的岩体结构、构造影响程度、结构面发育情况和组合状态等，从而推测出支护需要向围岩提供的强度和刚度，然后决定采用钢筋型号。格栅钢架的外形可根据使用要求和坑道硐室断面形状而定，常用的有圆形、半圆形、马蹄形和直墙拱顶形等（见图1），断面形状有正方形、长方形、梯形和三角形等（见图2）。图1格栅钢架外形示意图图2格栅钢架的断面示意图1.2模喷混凝土模喷混凝土是喷射混凝土的改进工艺，可分为吹入式、压涂式、流入式和涂敷式等数种，但就其施工原理来说是一致的，就是将拌和好的高塑性早强混凝土喷注在便于装卸移动的模板内，一次形成硐室的衬砌断面。我国虽已研制出了第一代模喷机样机，但不少问题仍未得到有效的解决。近年来，随着国防工程的大量展开，施工一线技术人员参考国内外相关资料，利用干喷机、普通模板、格栅钢架和锚杆等进行了被称之为“简易模喷”的施工，取得了较好的效果。在国防施工中，当遇到围岩软弱破碎、破碎带交替出现的情况时，采用这项技术能成功地解决施工难题，有很强的实用性。图3是在某国防工程中所采用的模喷混凝土施工示意图。锚杆；固定钢丝；模板（木模或钢模）；固定钢筋；干喷机头；喷射混凝土；格栅钢架；围岩；第三层第二层第一层图3模喷施工示意图（1-围岩2-格栅钢架3-喷射混凝土4-干喷机喷头5-固定钢筋6-模板7-固定钢丝8-锚杆）图3模喷混凝土施工示意图2联合支护的工艺流程格栅钢架与模喷混凝土联合支护的工艺流程见图4。格栅钢架一方面作支护用，另一方面固定模板。模板用10＃铁丝与固定钢筋绑扎，并注意模板与格栅钢架之间留出一定厚度的混凝土保护层。图4联合支护工艺流程3联合支护的优缺点及其构造要求3.1优点与不足与钢筋混凝土衬砌相比，格栅钢架与模喷混凝土联合支护只需安装简易模板，具有支护速度快、柔性好的优点。但因其表面光滑度不及钢筋混凝土衬砌，故其在要求较高的硐室中，只能用于初期支护，面层还需要二次衬砌。与传统干喷法相比，采用这种工艺方法施工几乎没有混凝土回弹损失，粉尘浓度亦可降至1～2mg/m3，表面相对光滑平整，利于防水工程施工。格栅钢架与模喷混凝土联合支护是近些年来工程技术人员在施工实践中总结出来的成果，在软弱围岩、断层破碎带及硐室构造复杂的地段能够快速提供支护力，及时限制围岩变形急剧发展，避免围岩强度急剧降低从而保证围岩的自稳能力，对加快施工进度有着非常现实的优点。但目前它只是局部施工实践经验的总结，系统理论的建立尚须在地下施工实践中不断进行研究探索并加以完善，对于不同的围岩，其结构参数——格栅钢架的间距、模喷混凝土的强度与厚度、钢筋级别与规格以及结构构造等仍靠经验确定。3.2构造要求在格栅钢架与模喷混凝土联合支护中，钢架间距一般不大于1.20m，钢架之间应设置纵向钢拉杆（直径16～20mm）；钢架的立柱埋入底板的深度不应小于250mm。覆盖钢架的模喷混凝土保护层厚度不应小于40mm。钢筋可采用HRB335或HPB235级别，直径宜在16～32mm；钢架半成品应在加工场分段制备，现场主装，可焊接亦可用法兰连接，同时吊焊在预先安装好的锚杆上。在格栅钢架上由下向上安装部分模喷模板并进行喷射混凝土，模板随着喷射混凝土的上升而上升，直至拱顶。模喷混凝土中需加入适量（通过试验确定）的速凝剂，模喷2小时后方可拆模。一次模喷段长度以1～2m为宜，可根据格栅钢架的间距来确定。4工程示例下面的工程实例对推动格栅钢架与模喷混凝土联合支护在国防工程上的应用具有一定的示范作用。4.1工程概况某海防工程中3号硐跨度8.1m、高度6.5m，断面为直墙拱顶形。在断层影响区中掘进，岩体成散块状结构，构造影响严重，为风化卸载带。结构面为3组并发育，平均间距0.4～0.6m，以构造节理、卸荷、风化裂隙为主，贯通性好，多数微张、夹泥，咬合力弱，构成较多的不稳定块体。硐室开挖一小时后即出现局部掉块、塌落现象。硐室开挖后立即喷射50mm厚C20混凝土封闭围岩表面。在安设锚杆的过程中，围岩变形继续发展，一周后出现较大面积冒落现象。为确保安全，现场有关技术人员经反复研究决定采用格栅钢架模喷混凝土方案进行初次支护。5.2施工技术参数与施工程序格栅钢架断面如图5所示，其主筋为4根直径25mm的HRB335钢筋，箍筋为直径10mm的HPB235钢筋，间距200mm，骨架筋为直径16mm的HRB335钢筋，间距600mm。图5格栅钢架断面示意图格栅钢架的加工安装要求：每榀钢架分三段加工——拱弧一段和两边墙各一段。先安装拱弧段，再安装边墙立柱，立柱埋入地坪以下的深度为300mm。立柱与拱弧段的连接采用双面绑条焊。为便于格栅钢架与锚杆[1500×1500（mm）梅花形布置]连接，钢架间隔为750mm。同时，钢架与钢架之间用直径16mm钢筋焊牢。混凝土中水泥与砂、石之重量比为1︰4，水灰比为0.5，砂率为58%。ZPS-1型速凝剂掺量为水泥用量的3%。4.3质量控制坑道轴线偏移量控制在20mm以内，高程控制偏差为15mm，立柱垂直度控制偏差为8mm。向模内喷射混凝土要连续作业，间隙停待时间不能超过初凝时间，否则要做施工缝处理。4.4效果评价拆模后及时布点进行了监控量测，一周后周边位移量和拱顶下沉量的累计值分别稳定在0.51mm和0.32mm，第二周内监测结果仍无变化，初步判断围岩已呈稳定状态。三个月后监测结果仍无变化。这表明此次采用的格栅钢架与模喷混凝土联合支护的各项参数设计和施工过程控制是科学合理的，联合支护是成功的。5结束语模喷混凝土支护技术系参考了国内外资料，利用干喷机与普通模板进行的。它虽然是局部的成功经验，但已表现出了相当乐观的技术前景。与普通干喷法相比，它几乎不存在回弹问题，可以适当减少速凝剂的掺量。这样既可以降低成本又可以延长混凝土的初凝时间，使喷射施工可连续进行。适当增大混凝土的水灰比，以提高混凝土的流动性，使喷射混凝土均匀、密实，提高其强度。因喷射距离短，可适当降低风压以减少能耗。本文的目的在于引起广大地下工程建设者的兴趣，共同探讨和完善这项支护技术，使之在地下工程建设中得到有效的应用。参考文献[1]陈建平,吴立.地下建筑工程设计与施工.中国地质大学出版社,2000[2]李世辉.隧道支护设计新论.科学出版社,1999[3]中华人民共和国国家标准,GB50086—2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范.中国计划出版社,2001,第一作者简介鄢常舒男，1963年12月生，1987年毕业于中国人民解放军理工大学工程兵工程学院防护工程系。现任海军司令部作战部1206工程总工程师，高级工程师。先后发表论文多篇。通讯地址：北京市三环中路海军司令部作战部1206办，邮政编码：100841。（收稿日期：2005-03-16；责任编辑：胡林）