一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法的制作方法

1.本发明涉及隧道无钢架支护段喷射混凝土技术领域，特别涉及一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法。

背景技术：

2.随着我国交通事业的快速发展，隧道工程在公路建设中的比例逐渐增大，隧道初期支护大多为复合式衬砌结构，ⅲ级围岩初期支护无钢架支护的形式较为常见，结构较单一。在隧道工程中，初期支护作为隧道衬砌的重要结构层，能够确保隧道运营过程中整体稳定、结构安全,同时也做为施工过程中一种可靠的永久安全支护形式，在进行初期支护喷射混凝土时，有钢架支护施工段落，台阶法施工喷射混凝土一次性施工面积较小，钢拱架可作为喷射混凝土厚度控制的一种介质，也可作为喷射混凝土内轮廓线平整度控制参照物，平整度控制难度较小，喷射混凝土回弹量较少。ⅲ级围岩全断面开挖一次性喷射面积较大，支护形式为“系统锚杆+钢筋网+喷射混凝土”，无钢架支护参考系，采用湿喷台车进行喷射混凝土施工，弊端是厚度和平整度难以控制，施工过程中需反复进行厚度和初支建筑限界量测，既耗费时间，又浪费人力，工效明显降低；施工完成后，需对喷射混凝土鼓包、侵限的混凝土再次进行清理，无任何精确控制的设备和做法，造成平整度较差；多次进行人工清理，回弹量大，材料浪费严重，成本较高；初支喷射混凝土表面平整度差，凹凸不平，防水板很难与隧道初支喷射混凝土面紧密贴合，导致二衬混凝土背部形成大量空洞；防水板铺挂时松弛率过大，固定点数不足，在二衬混凝土浇筑时受冲击，防水板脱落、褶皱，导致混凝土不密实，形成空洞；防水板铺挂时松弛率不足，混凝土浇筑完成后，防水板绷紧，一是导致防水板拉裂，防水层损坏，存在严重质量隐患，二是导致防水板与喷射混凝土面之间形成空洞。防水板铺挂时松弛率不足，混凝土浇筑完成后，防水板绷紧，一是导致防水板拉裂，防水层损坏，存在严重质量隐患，二是导致防水板与喷射混凝土面之间形成空洞。从长期来看，在自然水系的作用下，二衬结构容易出现渗水等病害，二衬混凝土背部存在的空洞，会促使围岩松弛，使衬砌产生弯曲应力，损伤衬砌的功能，降低其承载力。同时，浇筑完成后，在二衬背部形成累计体积较大的初支空洞，传统注浆工艺无法进行处理，大大折减了结构稳定性，尤其是防水板背部形成的空洞，一是处理难，二是处理时易导致防水层损坏。如何实现无钢架支护段喷射混凝土快速施工、平整度精确控制，减少材料浪费、节约成本，真正保证施工安全和提高隧道结构使用寿命极为重要。
3.针对以上传统施工存在的问题,亟需研究出一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法。

技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，通过初支喷射混凝土内轮廓设计线法线方向外侧2cm处设置
环向标尺，增设激光仪，使用钢筋组合形成一种精确控制装置，减少了测量控制次数，节约了人力、物力；提高了施工工效，加快了施工进度，进一步降低了钢架支撑段围岩掉块等危大风险；降低了材料损耗率，提高了喷射混凝土平整度；减少了防水板背部初支空洞，提高了结构使寿命，减少了隧道后期运营二衬渗水等相关病害。
5.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，其特征在于，包括如下步骤：
7.步骤一、施工准备
8.在施工前，按照本工法提前准备激光仪、环向控制标尺钢筋、光束反射光板，准备完成后，必须对环向设计轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺周长进行量测检验，合格后，方可在现场进行安装；
9.步骤二、测量放样
10.在掌子面爆破前，严格按照设计图纸预留沉降量和相近段落的监控量测数据进行开挖线放样，爆破完成后，采用全站仪进行初期支护轮廓线放样，使用钢筋头进行厚度控制点埋设，沿设计线对称布置3组
×
2+1个控制点，以便于精准的安装环向控制标尺和激光仪，进行光束纵坡的精确调整；
11.步骤三、环向控制标尺安装
12.根据隧道设计横断面轮廓线和竖曲线，进行隧道设计轮廓线相关放样数据计算，精确现场放样环向标尺法线方向外侧2cm处3组
×
2+1个控制点，然后进行初期支护轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺钢筋安装，各个控制点与标尺进行焊接固定，标尺轮廓要圆顺、无折角；
13.步骤四、激光仪安装
14.激光仪通过固定卡具与上循环环向标尺进行固定，固定完成后，在本循环环向标尺7个控制点端头处安装反射光板，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，确保激光仪光束坡度与设计纵坡一致；
15.步骤五、纵坡调整
16.纵坡通过环向标尺和激光仪光束进行纵坡控制，首先在本循环初轮廓标尺钢筋端头处设置反射光板，然后在上循环标尺钢筋上安装激光仪，激光仪直射光束距标尺钢筋表面2cm，直射至本循环反射光板处，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，调整至2cm，达到与设计纵坡一致；
17.步骤六、喷射混凝土施工
18.采用湿喷机喷射作业，在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度，喷射混凝土前将全面清洗待喷的工作面，清除松动岩石，并使岩石保持一定湿度。
19.步骤七、精准控制、平
20.钢筋网挂设、锚杆施工完成后，进行复喷；复喷一次性喷射至轮廓线标尺钢筋处，然后人工采用小平铲将轮廓标尺钢筋上超厚的湿喷料进行清除，对初喷面坑凹部位再次进行喷射平处理，确保复喷后喷射混凝土达到轮廓标尺钢筋处；复喷完成后，打开激光仪光束，根据带纵坡直线光束与轮廓标尺钢筋形成小单元，再次进行喷射扫面，确保最后一层的
喷射混凝土平整度符合要求，喷至各光束线处，视为平整度和厚度达到要求，不侵入初支设计轮廓线范围内。
21.优选的，在步骤三中，所述标尺使用钢筋进行制作，在标尺安装前，严禁对原材料进行弯折。
22.优选的，在步骤六中，所述喷射混凝土施工包括如下步骤：
23.步骤1、喷射混凝土；
24.(1)待喷面处理
25.检查待喷面尺寸、几何形状是否符合设计要求，拆除待喷射面影响喷射作业的障碍物，对保留物和预埋构件加以遮盖保护；
26.(2)混凝土搅拌、运输
27.喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和；湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入；湿喷由混凝土搅拌运输车运至洞内，随运随拌；多台运输车应交替运料，以满足喷砼的供应；在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象；
28.(3)喷射作业
29.在喷射混凝土中按设计量掺加入速凝剂；采用喷射机湿式喷射砼，喷头与受喷面的距离以0.8～1.2m较为适宜，并与受喷面垂直，在遇到钢筋，可适当偏一定角度，喷射时应分段(不超过6m)、分部(先下后上)、分块(2m
×
2m)，严格按先下后上的顺序进行，以减少砼因重力作用而引起的滑动或脱落现象的发生；喷射时应分层进行复喷，以防混凝土回弹量过大，最后喷至达到设计喷射厚度，喷射好的混凝土面应平整，圆顺；
30.(4)养护
31.喷射混凝土终凝2小时后，应采用雾炮进行湿润养护，养护时间不小于7d；
32.步骤2、锚杆施工
33.初喷混凝土之后进行锚杆打设，锚杆采用锚杆钻孔专用设备进行成孔，钻孔灵活，锚杆钻孔方向与开挖轮廓线垂直，钻孔前按照设计布置要求，标出钻孔位置，钻孔深度应满足设计要求。锚杆安装前，应进行锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式检查，吹洗孔内积水、岩粉；
34.步骤3、钢筋网铺设
35.钢筋网在钢筋加工厂内集中采用全自动网片机加工，洞内铺挂焊接。按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格，且不小于30倍钢筋直径。
36.与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
37.1、构造简单，安装便捷。采用环向控制标尺和激光仪新型组合结构装置，巧妙地将全断面开挖的环向初支面分割成若干个小单元，该装置仅由环向标尺，激光仪，固定卡具，角度调控旋钮4个主要部分组成，构造简单，重量轻，以便快速安装、限定，大大提高了安装和拆除效率，加快了施工进度。
38.2、精确控制，保证质量。隧道初支轮廓线标尺，一是对初支喷射混凝土的厚度进行了精确控制，二是可作为喷射混凝土内轮廓线平整度控制参照物。激光仪对喷射混凝土面沿纵向分割成若干个小单元，初支喷射混凝土厚度和平整度得到了精确控制，通过旋钮调
节激光仪的角度，实现不同纵坡段落的初期支护施工，喷射混凝土施工质量大幅提升，二衬混凝土背部空洞显著减少，彻底解决了防水板背部孔洞传统的二次注浆技术不能解决的顽疾。
39.3、节能环保，安全可靠。喷射混凝土平整度控制装置具有制作简单，重量轻，省时省力，可以反复循环使用，工作安全可靠，加快了施工进度，减少了施工人员洞内作业时间，保护了施工人员身体健康，经济、环保效益显著。
附图说明
40.图1为本发明的新型组合装置三维设计图；
41.图2为本发明的施工工艺流程图。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.实施例1
44.一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，其特征在于，包括如下步骤：
45.步骤一、施工准备
46.在施工前，按照本工法提前准备激光仪、环向控制标尺钢筋、光束反射光板，准备完成后，必须对环向设计轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺周长进行量测检验，合格后，方可在现场进行安装；
47.步骤二、测量放样
48.在掌子面爆破前，严格按照设计图纸预留沉降量和相近段落的监控量测数据进行开挖线放样，爆破完成后，采用全站仪进行初期支护轮廓线放样，使用钢筋头进行厚度控制点埋设，沿设计线对称布置3组
×
2+1个控制点，以便于精准的安装环向控制标尺和激光仪，进行光束纵坡的精确调整；
49.步骤三、环向控制标尺安装
50.根据隧道设计横断面轮廓线和竖曲线，进行隧道设计轮廓线相关放样数据计算，精确现场放样环向标尺法线方向外侧2cm处3组
×
2+1个控制点，然后进行初期支护轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺钢筋安装，各个控制点与标尺进行焊接固定，标尺轮廓要圆顺、无折角；述标尺使用钢筋进行制作，在标尺安装前，严禁对原材料进行弯折；
51.步骤四、激光仪安装
52.激光仪通过固定卡具与上循环环向标尺进行固定，固定完成后，在本循环环向标尺7个控制点端头处安装反射光板，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，确保激光仪光束坡度与设计纵坡一致；
53.步骤五、纵坡调整
54.纵坡通过环向标尺和激光仪光束进行纵坡控制，首先在本循环初轮廓标尺钢筋端头处设置反射光板，然后在上循环标尺钢筋上安装激光仪，激光仪直射光束距标尺钢筋表
面2cm，直射至本循环反射光板处，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，调整至2cm，达到与设计纵坡一致；
55.步骤六、喷射混凝土施工
56.采用湿喷机喷射作业，在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度，喷射混凝土前将全面清洗待喷的工作面，清除松动岩石，并使岩石保持一定湿度；所述喷射混凝土施工包括如下步骤：
57.步骤1、喷射混凝土；
58.(1)待喷面处理
59.检查待喷面尺寸、几何形状是否符合设计要求，拆除待喷射面影响喷射作业的障碍物，对保留物和预埋构件加以遮盖保护；
60.(2)混凝土搅拌、运输
61.喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和；湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入；湿喷由混凝土搅拌运输车运至洞内，随运随拌；多台运输车应交替运料，以满足喷砼的供应；在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象；
62.(3)喷射作业
63.在喷射混凝土中按设计量掺加入速凝剂；采用喷射机湿式喷射砼，喷头与受喷面的距离以0.8～1.2m较为适宜，并与受喷面垂直，在遇到钢筋，可适当偏一定角度，喷射时应分段(不超过6m)、分部(先下后上)、分块(2m
×
2m)，严格按先下后上的顺序进行，以减少砼因重力作用而引起的滑动或脱落现象的发生；喷射时应分层进行复喷，以防混凝土回弹量过大，最后喷至达到设计喷射厚度，喷射好的混凝土面应平整，圆顺；
64.(4)养护
65.喷射混凝土终凝2小时后，应采用雾炮进行湿润养护，养护时间不小于7d；
66.步骤2、锚杆施工
67.初喷混凝土之后进行锚杆打设，锚杆采用锚杆钻孔专用设备进行成孔，钻孔灵活，锚杆钻孔方向与开挖轮廓线垂直，钻孔前按照设计布置要求，标出钻孔位置，钻孔深度应满足设计要求。锚杆安装前，应进行锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式检查，吹洗孔内积水、岩粉；
68.步骤3、钢筋网铺设
69.钢筋网在钢筋加工厂内集中采用全自动网片机加工，洞内铺挂焊接。按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格，且不小于30倍钢筋直径。
70.步骤七、精准控制、平
71.钢筋网挂设、锚杆施工完成后，进行复喷；复喷一次性喷射至轮廓线标尺钢筋处，然后人工采用小平铲将轮廓标尺钢筋上超厚的湿喷料进行清除，对初喷面坑凹部位再次进行喷射平处理，确保复喷后喷射混凝土达到轮廓标尺钢筋处；复喷完成后，打开激光仪光束，根据带纵坡直线光束与轮廓标尺钢筋形成小单元，再次进行喷射扫面，确保最后一层的喷射混凝土平整度符合要求，喷至各光束线处，视为平整度和厚度达到要求，不侵入初支设计轮廓线范围内。
72.实施例2
73.清傅四标自2020年5月正式使用“隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制施工工法”以来，通过不断地优化和改进施工工艺，不仅确保了喷射混凝土的平整度和厚度，而且加快了施工进度，减少了洞内施工人员的工作时间，质量、经济效果显著。
74.11.2工程名称：g312线清水驿至傅家窑公路qftj-4合同段
75.11.2.1工程地点：甘肃省兰州市皋兰县什川镇
76.11.2.2施工工期：2020年6月至2023年12月。
77.11.2.3工程造价：17.91亿元。
78.11.2.4工程概况：本项目路线全长13.566km，合同造价17.91亿元。共设置桥梁3960.6m/13座，其中大桥3710.1m/10座，中桥250.5m/3座(包含立交区匝道桥)；隧道单洞18762.12m/6座，其中特长隧道单洞11020.12m/2座，长隧道单洞7742m/4座，其中冰草湾隧道ⅲ级围岩长度5101.73m。隧道地处陇西黄土高原的西部，是青藏高原向黄土高原的过渡带，陇西黄土高原与青藏高原、内蒙古高原交会于此。项目区域地表覆盖黄土状粉土，可塑-硬塑状，厚度较大。主要地貌有构造侵蚀黄土梁峁沟壑地貌与构造侵蚀低中山丘陵地貌。
79.在喷射混凝土施工中采用“隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制施工工法”，切实提高了喷射混凝土平整度，解决了传统备注浆技术无法解决防水板背部初支空洞无法注浆的弊端，解决了防水板应力集中破裂问题，减少防水板背部空洞产生，极大的加快了施工进度，保护了施工人员的身体健康。
80.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、施工准备在施工前，按照本工法提前准备激光仪、环向控制标尺钢筋、光束反射光板，准备完成后，必须对环向设计轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺周长进行量测检验，合格后，方可在现场进行安装；步骤二、测量放样在掌子面爆破前，严格按照设计图纸预留沉降量和相近段落的监控量测数据进行开挖线放样，爆破完成后，采用全站仪进行初期支护轮廓线放样，使用钢筋头进行厚度控制点埋设，沿设计线对称布置3组
×
2+1个控制点，以便于精准的安装环向控制标尺和激光仪，进行光束纵坡的精确调整；步骤三、环向控制标尺安装根据隧道设计横断面轮廓线和竖曲线，进行隧道设计轮廓线相关放样数据计算，精确现场放样环向标尺法线方向外侧2cm处3组
×
2+1个控制点，然后进行初期支护轮廓线法线方向外侧2cm的环向标尺钢筋安装，各个控制点与标尺进行焊接固定，标尺轮廓要圆顺、无折角；步骤四、激光仪安装激光仪通过固定卡具与上循环环向标尺进行固定，固定完成后，在本循环环向标尺7个控制点端头处安装反射光板，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，确保激光仪光束坡度与设计纵坡一致；步骤五、纵坡调整纵坡通过环向标尺和激光仪光束进行纵坡控制，首先在本循环初轮廓标尺钢筋端头处设置反射光板，然后在上循环标尺钢筋上安装激光仪，激光仪直射光束距标尺钢筋表面2cm，直射至本循环反射光板处，通过调整反射光板处激光点距标尺钢筋表面的距离，调整至2cm，达到与设计纵坡一致；步骤六、喷射混凝土施工采用湿喷机喷射作业，在隧道开挖完成后，先喷射4cm厚混凝土封闭岩面，然后打设锚杆、挂钢筋网，对初喷岩面进行清理后复喷至设计厚度，喷射混凝土前将全面清洗待喷的工作面，清除松动岩石，并使岩石保持一定湿度；步骤七、精准控制、平钢筋网挂设、锚杆施工完成后，进行复喷；复喷一次性喷射至轮廓线标尺钢筋处，然后人工采用小平铲将轮廓标尺钢筋上超厚的湿喷料进行清除，对初喷面坑凹部位再次进行喷射平处理，确保复喷后喷射混凝土达到轮廓标尺钢筋处；复喷完成后，打开激光仪光束，根据带纵坡直线光束与轮廓标尺钢筋形成小单元，再次进行喷射扫面，确保最后一层的喷射混凝土平整度符合要求，喷至各光束线处，视为平整度和厚度达到要求，不侵入初支设计轮廓线范围内。2.根据权利要求1所述的一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，其特征在于，在步骤三中，所述标尺使用钢筋进行制作，在标尺安装前，严禁对原材料进行弯折。
3.根据权利要求1所述的一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，其特征在于，在步骤六中，所述喷射混凝土施工包括如下步骤：步骤1、喷射混凝土；(1)待喷面处理检查待喷面尺寸、几何形状是否符合设计要求，拆除待喷射面影响喷射作业的障碍物，对保留物和预埋构件加以遮盖保护；(2)混凝土搅拌、运输喷射混凝土在洞外拌和站集中拌和；湿喷砼搅拌采取全自动计量强制式搅拌机，施工配料应严格按配合比进行操作，速凝剂在喷射机喂料时加入；湿喷由混凝土搅拌运输车运至洞内，随运随拌；多台运输车应交替运料，以满足喷砼的供应；在运输过程中，要防止混凝土离析、水泥浆流失、坍落度变化以及产生初凝等现象；(3)喷射作业在喷射混凝土中按设计量掺加入速凝剂；采用喷射机湿式喷射砼，喷头与受喷面的距离以0.8～1.2m较为适宜，并与受喷面垂直，在遇到钢筋，可适当偏一定角度，喷射时应分段(不超过6m)、分部(先下后上)、分块(2m
×
2m)，严格按先下后上的顺序进行，以减少砼因重力作用而引起的滑动或脱落现象的发生；喷射时应分层进行复喷，以防混凝土回弹量过大，最后喷至达到设计喷射厚度，喷射好的混凝土面应平整，圆顺；(4)养护喷射混凝土终凝2小时后，应采用雾炮进行湿润养护，养护时间不小于7d；步骤2、锚杆施工初喷混凝土之后进行锚杆打设，锚杆采用锚杆钻孔专用设备进行成孔，钻孔灵活，锚杆钻孔方向与开挖轮廓线垂直，钻孔前按照设计布置要求，标出钻孔位置，钻孔深度应满足设计要求。锚杆安装前，应进行锚杆孔位、孔径、孔深及布置形式检查，吹洗孔内积水、岩粉；步骤3、钢筋网铺设钢筋网在钢筋加工厂内集中采用全自动网片机加工，洞内铺挂焊接。按图纸标定的位置挂设加工好的钢筋网片，钢筋片随初喷面的起伏铺设，绑扎固定于先期施工的系统锚杆之上，再把钢筋片焊接成网，网片搭接长度为1～2个网格，且不小于30倍钢筋直径。

技术总结

本发明涉及隧道无钢架支护段喷射混凝土技术领域，特别涉及一种隧道无钢架支护段喷射混凝土平整度精确控制的施工工法，通过初支喷射混凝土内轮廓设计线法线方向外侧2cm处设置环向标尺，增设激光仪，使用钢筋组合形成一种精确控制装置，减少了测量控制次数，节约了人力、物力；提高了施工工效，加快了施工进度，进一步降低了钢架支撑段围岩掉块等危大风险；降低了材料损耗率，提高了喷射混凝土平整度；减少了防水板背部初支空洞，提高了结构使寿命，减少了隧道后期运营二衬渗水等相关病害。减少了隧道后期运营二衬渗水等相关病害。减少了隧道后期运营二衬渗水等相关病害。