大斷面隧道設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵問題

2023/3/101大斷面隧道設(shè)計(jì)施工中的關(guān)鍵問題

2023/3/102一、背景1、世界范圍內(nèi)，鐵路建設(shè)的重新定位，一些長大隧道，不斷涌現(xiàn)。例如歐洲共同體，啟動(dòng)了新一輪的高速鐵路建設(shè)計(jì)劃，其中在穿越阿爾匹斯山區(qū)的線路上出現(xiàn)了幾座特長鐵路隧道（圖1）。2023/3/103穿越阿爾匹斯山幾座特長鐵路隧道2023/3/1042023/3/105

在日本5條新干線的整備計(jì)劃中，隧道工程量也是相當(dāng)可觀的。北陸新干線輕井一長野段，長83.6km，隧道約占44％(36.8km)；東北新干線宮內(nèi)—八代段，長60.0km，隧道約占85％(51.5km)；九州新干線八代一西鹿兒島段，長125.2km，隧道約占70％(87.7km)。在這些線路上也出現(xiàn)了幾座長隧道，如巖手隧道長25.8km，紫尾山隧道長10.0km等。2023/3/106

日本新干線的修建把日本的隧道技術(shù)水平提高到一個(gè)新的起點(diǎn)。其中一個(gè)重要標(biāo)志，就是長隧道的涌現(xiàn)。例如日本的東北新干線在盛崗~八戶間約94.5km的線路上，有70%左右（約69km）是隧道。其中巖手隧道是長25.8km的長隧道。在東北新干線的八戶~新青森間的81.2km的線路上，隧道約占60%（49.89km）。其中八甲田隧道長26.455km，比巖手隧道（25.8km）略長一些。2000年3月所有工區(qū)都陸續(xù)開工。北陸新干線的長野~上越間隧道約占65%，其中飯山隧道長22.2km，是目前施工難度比較大的一座長隧道。長野~高琦間的五里峰隧道長15.2km也政治施工中。另一個(gè)特點(diǎn)就是，在新干線隧道工程中采用了不少新技術(shù)，新工藝、新材料。2023/3/107

德國于80年代初期動(dòng)工修建的從漢諾威到威爾茲堡新干線，長327km，隧道總延長達(dá)118km，占線路長度的37％。包括長達(dá)10.7km的蘭得呂肯隧道。另一條從曼海姆到斯圖加特線路，長100km，隧道約占30％(30km)。2023/3/108

瑞士聯(lián)邦鐵路也計(jì)劃修建穿越阿爾卑斯山的新隧道。該計(jì)劃包括4條高速鐵路比選方案。將要修建多座特長隧道。這些隧道分別是：樂琴山隧道（38.2km）、辛普郎隧道(35.4km)、圣哥達(dá)隧道(49.3km)、斯普林肯隧道(46.7km)和Y型隧道（25.7km）。2023/3/109

意大利從羅馬到佛羅倫薩的線路，長度237km，其中穿越阿爾卑斯山的線路實(shí)際長度只有78.2km，而且隧道的總延長則達(dá)85km。其中，主隧道長度為73km，輔助隧道長度達(dá)12km。2023/3/1010

臺(tái)灣正在修建的臺(tái)北到高雄的高速鐵路全長333km，共有總延長39km的50座隧道，最長的隧道約8.4km，隧道比重為11.7％。其中36座隧道將采用掘進(jìn)機(jī)法或鉆爆法施工，其余11km用明挖法修建。2023/3/6112、我國客運(yùn)專線線的啟動(dòng)，引發(fā)發(fā)新一輪鐵路隧隧道的建設(shè)。例如我國鐵路開開始的新一輪鐵鐵路建設(shè)，在總總長12500km的鐵路線上，隧隧道總延長約2500km，而目前開始修修建的客運(yùn)專線線就有近700km的單、雙線鐵路路隧道，長度超超過10km以上的，有10多座，其中最長長的太行山隧道道，長度達(dá)27.8km，目前已經(jīng)開始始修建。我國長度超過10km的鐵路隧道列于于表1。2023/3/612表1中國特長鐵路隧隧道表序號(hào)隧道名稱長度（m）線別建設(shè)時(shí)期1太行山隧道27892石太客專在建2烏鞘嶺隧道20050蘭武線20063秦嶺Ⅰ線隧道18456西康2000．54秦嶺Ⅱ線隧道18456西康2003．125大瑤山隧道14294衡廣復(fù)線1987．126野三關(guān)隧道13845宜萬線在建7北天山隧道13573精河～霍爾果斯在建8呂梁山隧道13365太原～中衛(wèi)規(guī)劃9大別山隧道13251武漢合肥規(guī)劃10霞浦隧道13124溫州福州線規(guī)劃11長梁山隧道12782朔黃2000．312東秦嶺隧道12268西合線2003．313堡鎮(zhèn)隧道11588宜萬線在建14南梁隧道11451石太客專在建15通海隧道11115玉溪蒙自鐵路規(guī)劃16圓梁山隧道11068渝懷2004．1217金寨隧道10682武漢合肥規(guī)劃18大巴山隧道10655襄渝線規(guī)劃19齊岳山隧道10469宜萬線在建20大瑤山一號(hào)10080武廣客專在建2023/3/613根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止止2004年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)據(jù)，各國已經(jīng)建建成通車的、正正在修建的和規(guī)規(guī)劃中的長度超超過10km以上的公路隧道道及鐵路隧道，，共有117座，其中中國擁擁有22座。約占20％。2023/3/614NO隧道名稱長度（km）所在地開通時(shí)間1GotthardBase57.1瑞士施工中2BasisBernner55.0澳大利亞·意大利規(guī)劃中3青函53.9北海道·青森19884BasisMondAmbin52.1法國·意大利施工中5Channel（Euro）50.5法國·英國19946LotchbergBase34.6瑞士施工中7Koralm32.8澳大利亞規(guī)劃中8Guadarrma28.4西班牙施工中9太行山27.9中國規(guī)劃中10八甲田26.5日本施工中11巖手一戶25.8日本200212PajaresBase24.7西班牙規(guī)劃中13LainzerWienerwald23.9澳大利亞規(guī)劃中14飯山22.2日本施工中15大清水22.2日本198216烏鞘嶺20.1中國施工中17Belledonne20.0法國規(guī)劃中18LaGrandeChartreuse20.0法國規(guī)劃中19LianokladeDomokos20.0希臘規(guī)劃中20Simplon（No2）19.8瑞士·意大利192221Simplon（No1）19.8瑞士·意大利190622ZimmerbergBasis19.7瑞士施工中23SemmeringBasis19.2澳大利亞竣工24Vereina19.1瑞士199925ChannelTunnelLink19.0英國施工中26新關(guān)門18.7日本197527Vaglia18.6意大利施工中28Apennino18.5意大利193429秦嶺Ⅰ－Ⅱ18.5中國200330Valico16.6意大利

31六甲16.3日本197232PurkaBase15.4瑞士198233榛名15.4日本19822023/3/61534Severomuyskiy15.3俄羅斯200135五里峰15.2日本199736Firenzuola15.1意大利施工中37MonteSantaomarco15.0意大利198738StGotthard15.0瑞士188239CeneriBasis15.0瑞士施工中40Civ415.0澳大利亞規(guī)劃中41CveneriBasis15.0瑞士規(guī)劃中42中山14.9日本198243Lotchberg14.6瑞士191344MoutMcDonaid14.6加拿大198845Romeriksporten14.6挪威199946Cikarija14.3克羅地亞規(guī)劃中47大瑤山14.3中國198748TaiwanHSRproject14.0中國臺(tái)灣施工中49北陸13.9日本196250野三關(guān)13.8中國施工中51北天山13.6中國施工中52Frejus13.5法國·意大利187153新清水13.5日本196754Savio13.5芬蘭規(guī)劃中55呂梁山13.4中國規(guī)劃中56HexRiver13.4南非

57大別山13.3中國規(guī)劃中58Bosporus13.3土耳其規(guī)劃中59CaponeroCapoverde13.3意大利200160Sciliar13.2意大利199361霞浦13.1中國規(guī)劃中62安蕓13.0日本197563Peloritana12.8意大利200164長梁山12.8中國200265Inntal12.7澳大利亞199466NewCascade12.5美國192967Lainzer12.3澳大利亞施工中68東秦嶺12.3中國20032023/3/61669NovoKunsnetzkij12.2俄羅斯195770Bussolenobypass12.1意大利規(guī)劃中71JammuUdhapur12.0印度規(guī)劃中72Epine－Ⅱ12.0法國規(guī)劃中73筑紫11.9日本施工中74北九州11.7日本197575福島11.7日本198276Wienerwald11.6澳大利亞施工中77堡鎮(zhèn)11.6中國施工中78RadfeidWiesing11.4澳大利亞施工中79頸城11.4日本196980Flathead11.3美國197081南梁11.2中國規(guī)劃中82鹽澤11.2日本198283藏王11.2日本198284通海11.1中國規(guī)劃中85Monterotond11.1意大利施工中86圓梁山11.1中國200587SanDonand11.0意大利198688ParisCDG10.8法國規(guī)劃中89Landruckenn10.8德國198890金寨10.7中國規(guī)劃中91大巴山10.7中國規(guī)劃中92Lierasen10.7挪威197393Pianoro10.7意大利施工中94Finse10.6挪威199395StansTerfens10.6澳大利亞施工中96Mundener10.6德國199197齊岳山10.5中國施工中98Raticosa10.4意大利施工中99生田10.4日本1976100赤倉10.3日本1997101NewKuanying10.3中國臺(tái)灣規(guī)劃中102Ariberg10.2澳大利亞1884103SantaLuciaBasis10.2意大利1977104大瑤山1號(hào)10.1中國規(guī)劃中2023/3/61710km以上的公路隧隧道NO隧道名稱長度所在地開通1Laerdal24.5挪威20002終南山18.0中國施工中3StGotthard16.9瑞士19804Ariberg14.0澳大利亞19785雪山12.9中國臺(tái)灣施工中6Frejus12.9法國·意大利19807MontBranc11.6法國·意大利19658Gudvanga11.4挪威19919Folgefonn11.2挪威199110關(guān)越（上）11.1日本199111飛彈10.7日本施工中12GranSasso10.2意大利198413LetunnelEst10.1法國施工中注：隧道長度度，按4舍5入計(jì)，取小數(shù)數(shù)點(diǎn)后1位。本表的中國數(shù)數(shù)據(jù)到2005年4月，其它國家家到2003年7月。2023/3/618因此，在隧道道工程領(lǐng)域中中，我們不僅僅是一個(gè)名副副其實(shí)的“隧道”大國，而且正在向向“隧道”強(qiáng)國邁進(jìn)。2023/3/6193、這些鐵路隧隧道都是以高高速為基礎(chǔ)修修建的,因此，凈空斷斷面積增增加較多，特特別是開挖斷斷面積增大了了，給設(shè)計(jì)施施工帶來新的的問題。國家線別線路長度（km）設(shè)計(jì)最高速度（km/h）營業(yè)最高速度（km/h）隧道數(shù)量雙線標(biāo)準(zhǔn)斷面積（m2）日本東海道51521027069/13%63.5山陽563250300268/47%63.5東北593260275184/63.4上越275260275107/39%63.5北陸11726026063/54%63.5九州12826026085/69%63.5法國南東410300300－－大西洋28435030016/6%71北歐333350300－100地中海250350300（320）13/5%100德國ICE9930028030/30％82哈諾法327300330120/37%82法蘭克22%92意大利羅馬23730025071/30%西班牙馬德里47130030016/3%75英國CTRL10930030026/24%韓國KTX412350300189/46%107中國臺(tái)灣臺(tái)北34535030065/19%90合計(jì)624213392023/3/620這些長隧道的的修建，無疑疑地是一個(gè)新新的機(jī)遇和挑挑戰(zhàn)，我們應(yīng)應(yīng)該利用這個(gè)個(gè)機(jī)遇，將我我國的隧道設(shè)設(shè)計(jì)、施工及及維修管理的的技術(shù)提高到到一個(gè)新的水水平。應(yīng)該指出，我我國近4000km的鐵路隧道和和近1000km的公路隧道，，以及水工隧隧道、部分地地下鐵道，基基本上是采用用礦山法修筑筑的，因此，，這次發(fā)言也也把重點(diǎn)放在在客運(yùn)專線的的隧道工程，，以礦山法修建隧隧道的技術(shù)現(xiàn)現(xiàn)狀和發(fā)展上。2023/3/621在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的今今天，由于環(huán)境境保護(hù)意識(shí)的增增強(qiáng)，高速鐵路路進(jìn)入一個(gè)新的的發(fā)展時(shí)期。由由于新的鐵路干干線的修筑是以以高速為前提的的，這必然會(huì)出出現(xiàn)大量的隧道道群，其中超過過十公里或幾十十公里的長隧道道也必然出現(xiàn)。。這些隧道共同的的特征是：長；；斷面變化多；；埋深大；地質(zhì)質(zhì)條件變化多。。因此對隧道的的設(shè)計(jì)、施工包包括運(yùn)營管理都都提出了不同的的目標(biāo)要求。修建這些隧道的的目標(biāo)要求可以以歸納為：·品質(zhì)，要具有良良好的耐久性、、易于維修管理理；·不能對周邊環(huán)境境造成長期的影影響；·創(chuàng)造一個(gè)安全、、舒適的作業(yè)環(huán)環(huán)境；·工期短、速度快快、造價(jià)低。隧道的設(shè)計(jì)施工工技術(shù)應(yīng)該滿足足這些起碼的目目標(biāo)。2023/3/622二、客運(yùn)運(yùn)專線的的隧道特特點(diǎn)2023/3/623為了迎接接市場競競爭的挑挑戰(zhàn)，近近期，鐵鐵道部啟啟動(dòng)了以以250km/h、300km/h和350km/h速度為目目標(biāo)的客客運(yùn)專線線的建設(shè)設(shè)工程，，我國的的鐵路建建設(shè)又進(jìn)進(jìn)入了一一個(gè)新階階段。由由于速度度的跨越越，對構(gòu)構(gòu)成線路路的各種種結(jié)構(gòu)物物，包括括橋梁、、隧道、、軌道、、路基等等，提出出了更加加嚴(yán)格的的要求和和標(biāo)準(zhǔn)，，也提出出來許多多前所未未有的新新課題。。目前，正正在建設(shè)設(shè)的和擬擬建的幾幾條客運(yùn)運(yùn)專線都都有大量量的隧道道工程涌涌現(xiàn)。在在客運(yùn)專專線條件件下，如如何針對對隧道觀觀察的特特點(diǎn)、認(rèn)認(rèn)識(shí)和解解決所面面臨的新新問題，，是一個(gè)個(gè)值得研研究的問問題。2023/3/624一、列車車運(yùn)行的的高速度度，引起起的列車車——空氣動(dòng)力力學(xué)問題題突出，不容忽忽視；這包括：：·隧道凈空空有效斷斷面積的的確定－－舒適性性；·列車運(yùn)行行產(chǎn)生的的空氣壓壓對結(jié)構(gòu)構(gòu)物的影影響－耐耐久性；；·對周邊環(huán)環(huán)境的影影響－緩緩沖結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)置置。三個(gè)方面面的問題題。首先，如如何認(rèn)識(shí)識(shí)客運(yùn)專專線中隧隧道工程程與一般般線路中中隧道工工程有何何不同。。2023/3/625二、考慮慮列車高高速運(yùn)營營的特點(diǎn)點(diǎn)，隧道道的凈空空有效斷斷面積增增大，例例如在350km/h速度的條條件下,Ⅴ級圍巖隧隧道的開開挖斷面面積可達(dá)達(dá)170m2，屬于超大大斷面隧隧道的范范疇，與與三車道道公路隧隧道的開開挖斷面面積相當(dāng)當(dāng)，給設(shè)計(jì)計(jì)、施工工提出來來許多新新課題；；2023/3/626三、由于于開挖斷斷面積的的增大，，施工難難度也急急劇增加加，特別別是對一一般地質(zhì)質(zhì)條件下下的初期支護(hù)護(hù)技術(shù)和不良地質(zhì)質(zhì)條件下下的超前前支護(hù)技技術(shù)，提出來來很高的的要求；；因此，在大斷面面的條件件下要特特別關(guān)注注初期支支護(hù)和超超前支護(hù)護(hù)的質(zhì)量量。2023/3/627四、列車車高速運(yùn)運(yùn)行的作作用，對對洞內(nèi)軌軌道（包包括基底底結(jié)構(gòu)，，如仰拱拱或鋪底底、混凝凝土填充充層等））的影響響增大，，不僅需要加強(qiáng)強(qiáng)基底結(jié)結(jié)構(gòu)，對襯砌結(jié)結(jié)構(gòu)也具具有一定定的影響響，不容容忽視。。2023/3/628五、對襯襯砌混凝凝土的耐耐久性，，如抵抗抗列車風(fēng)風(fēng)壓的疲勞特性性；如何保保證初期期支護(hù)的的噴混凝土土的耐久久性?，以及大大斷面襯襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)的抗開開裂特性性等，都都提出來來了明確確的要求求；2023/3/629六、由于于這一輪輪隧道工工程的數(shù)數(shù)量特別別巨大，，因此，，降低工工程造價(jià)價(jià)，意義義也特別別重大。。2023/3/630總之，目前要要解決的問題題是：高速運(yùn)營條件件下的超大斷斷面隧道的設(shè)設(shè)計(jì)施工問題題。因此、客運(yùn)專專線的隧道工工程，將是提提高我國隧道道設(shè)計(jì)施工技技術(shù)的重要機(jī)機(jī)遇。我們應(yīng)應(yīng)該下大力氣，切切實(shí)地做出具具有時(shí)代意義義的貢獻(xiàn)。2023/3/631何謂大斷面？？目前我國大斷斷面（三車道道）公路隧道道已開始修建建，如聯(lián)絡(luò)重重慶市的幾條條高速公路也也從一開始就就決定采用3車道的大斷面面隧道，如鐵鐵山隧道，大大梅沙隧道、、大寶山隧道道等都是三車車道大斷面的的。由于3車道公路隧道道的斷面積比比雙車道大得得多,例如，第二東東名公路初期期建設(shè)的三車車道隧道的斷斷面積為113～170m2比一般雙車道道的85m2大1.5～2.0倍。目前為適適應(yīng)140km/h高速度的要求求而規(guī)劃的3車道公路隧道道，其斷面積積達(dá)170m2～200m2，局部斷面達(dá)達(dá)230m2的超大斷面，，開挖寬度達(dá)達(dá)23m。較初期三車車道隧道斷面面又增加了1.3～1.5倍。英法海峽峽隧道分叉處處斷面的開挖挖寬度達(dá)21.2m，開挖高度達(dá)達(dá)15.4m，開挖斷面積積為252.2m2。又如，日本本的第二布引引隧道，在分分叉段是從2車道（凈空斷斷面積59m2）變化到3～4車道的斷面（（最大開挖寬寬度24m、開挖斷面積積240m2）。2023/3/632大斷面隧道的的分類隧道斷面劃分分和開挖斷面面積（日本本）劃分開挖斷面積(m2)說明標(biāo)準(zhǔn)斷面大斷面超大斷面70~80100~120>140雙車道有人行道的雙車道車道與路面寬相同的三道2023/3/633日本公路隧道道斷面劃分的的基準(zhǔn)（2003年）通常斷面大斷面小斷面凈空寬度（m）8.5～12.512.5～14.03.0～5.0凈空形狀上部斷面為單心園上半斷面為三心園上半斷面為單心園，側(cè)壁為直墻凈空縱橫比約0.6以上約0.57以上約0.8以上凈空斷面積（m2）約40～80約80～100約8～162023/3/634國際隧協(xié)的斷斷面劃分劃

分凈空斷面積(m2)超小斷面小斷面中等斷面大斷面超大斷面<3.03.0~10.010.0~50.050.0~100.0>100.02023/3/6352023/3/636大斷面意味著著什么？在同樣圍巖條條件下，隨著著開挖斷面積積的增加，意意味著：1、掌子面的穩(wěn)穩(wěn)定性的降低低；2、施工難度、、特別是施工工安全管理的的難度增大；；3、施工風(fēng)險(xiǎn)的的發(fā)生概率加加大；4、結(jié)構(gòu)物質(zhì)量量要求的提高高。2023/3/637隧道工程管理理的基本問題題安全：安全為為主線技術(shù)：確保掌掌子面穩(wěn)定和和施工質(zhì)量管理：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)管理理2023/3/638最近一段時(shí)時(shí)間，安全全生產(chǎn)形勢勢十分嚴(yán)峻峻。特別是是地下工程程，表現(xiàn)得得更為明顯顯。其中瓦瓦斯爆發(fā)事事故占了很很大比重。。董家山隧隧道的特大大瓦斯爆發(fā)發(fā)事故就是是一例。因因此，提高高安全生產(chǎn)產(chǎn)的意識(shí)是是非常重要要的。2023/3/639所謂提高安安全生產(chǎn)意意識(shí)或風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)意識(shí)，實(shí)實(shí)質(zhì)上是要要認(rèn)識(shí)到任任何生產(chǎn)都都存在著風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)，只是是風(fēng)險(xiǎn)有大大、有小，，有的是可可以接受的的，有的是是不可以接接受的。特特別是對地地下工程來來說，風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)常常是在在災(zāi)難性的的，也是不不可以接受受的。瓦斯斯爆發(fā)、大大規(guī)模的塌塌方等就屬屬于這種類類型的風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)。因此、減少風(fēng)險(xiǎn)、、控制風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)和防止風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)就成為工程程管理中的的重大課題題。2023/3/640如何減少風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)、控制制風(fēng)險(xiǎn)和防防止風(fēng)險(xiǎn)，，就要依靠靠純熟的技術(shù)術(shù)和完善的的管理。因此，技術(shù)術(shù)和管理就就成為工程程管理中的的重要手段段。沒有純純熟的技術(shù)術(shù)和完善的的管理，就就談不上風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的控制制。因此，不管管是業(yè)主、、還是設(shè)計(jì)計(jì)、施工以以及監(jiān)理都都必須下大大力氣，狠抓“技術(shù)術(shù)”和“管管理”。2023/3/641技

術(shù)1、確保掌子子面的穩(wěn)定定；2、大力提高高支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，特別是是初期支護(hù)護(hù)的支護(hù)能能力，特別別是噴混凝凝土的性能能；3、多機(jī)作業(yè)業(yè)，盡可能能地縮短各各項(xiàng)作業(yè)的的時(shí)間；施施工方法要要為采用大大型施工機(jī)機(jī)械或多臺(tái)臺(tái)機(jī)械同時(shí)時(shí)施工創(chuàng)造造條件；4、提高混凝凝土襯砌的的施工水平平，防止襯襯砌的初期期開裂；5、采用根本本性的措施施，確保防防水的質(zhì)量量；6、設(shè)計(jì)和施施工要采取取措施盡可可能地減小小開挖斷面面積；2023/3/642一、掌子面面穩(wěn)定性在大斷面條條件下，如如何控制掌掌子面的穩(wěn)穩(wěn)定性，減減少和預(yù)防防掌子面出出現(xiàn)坍塌的的風(fēng)險(xiǎn)，是是極為重要要的。特別別是在通過過各種不良良地質(zhì)地段段時(shí)。從風(fēng)險(xiǎn)的角角度看，掌掌子面失穩(wěn)穩(wěn)有多種方方式：·掌子面擠出出；·掌子面拱部部坍塌；·上半斷面拱拱腳下沉；；·底部鼓起等等。從技術(shù)角度度出發(fā)，預(yù)預(yù)防和減少少上述風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)發(fā)生的主主要方法也也是多種多多樣的?！こ爸ёo(hù)；；·擴(kuò)大拱腳、、設(shè)置拱腳腳錨桿或錨錨管；·正面噴射混混凝土和錨錨桿；·底腳錨桿或或錨管等。。2023/3/643例如意大利利在修建高高速鐵路隧隧道中，曾曾采用以下下穩(wěn)定掌子子面的方法法。這些方法都都是為了確確保掌子面面穩(wěn)定，減減少施工風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)而形成成的。2023/3/6442023/3/6452023/3/646掌子面超前支護(hù)護(hù)是采用鋼管、、插板以及注漿漿等，沿隧道外外輪廓，以低角角度打設(shè)方式加加固掌子面前方方圍巖、約束圍圍巖松弛、掉塊塊的方法。超前前支護(hù)，基本上上是借助構(gòu)件的的抗彎剛度發(fā)揮揮作用的，因此此，采用抗彎剛剛度大的構(gòu)件是是有利的。2023/3/647í?2μ￥??1ü3??°?§?¤ày2023/3/648í?3??±3°?3??°?§?¤ày2023/3/6492023/3/650í?10?y????é??ì?yíáày2023/3/651í?11?ò?íD??§?òμ???×ó???ó??ày2023/3/652上述的掌子面超超前支護(hù)方法，，在大斷面的條條件下應(yīng)用，雖雖然起到一定的的作用，但其作作用會(huì)受到一定定限制。也就是說，在大大斷面的條件下下，為了確保掌掌子面的穩(wěn)定，，必須加強(qiáng)超前前支護(hù)的作用，，讓超前支護(hù)盡盡可能形成一種種工法。2023/3/653超前支護(hù)工程實(shí)踐證實(shí)，在在地質(zhì)不良的地段段，發(fā)展各種穩(wěn)定定掌子面的輔助工工法并使之模式化化是極為重要的。。日本、意大利在在這方面都做了極極有成效的工作。。定義：以穩(wěn)定掌子面和和地層下沉為目的的的拱形薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)體。即：不僅沿隧道縱向具具有梁結(jié)構(gòu)的作用用，在橫斷方向還還具有拱形結(jié)構(gòu)支支護(hù)效果的支護(hù)。適用范圍：1、需要提高掌子面面穩(wěn)定性的土砂圍圍巖；2、以控制地表下沉沉和相鄰結(jié)構(gòu)物的的影響為主要目的的的場合；如淺埋埋地點(diǎn)、接近重要要結(jié)構(gòu)物施工的場場合等2023/3/654標(biāo)準(zhǔn)化的超前支護(hù)護(hù)日本在新版“城市市礦山法隧道技術(shù)術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”（2004年）中，把超前支支護(hù)類型、參數(shù)及及適用條件做了具具體的規(guī)定，超前前支護(hù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化化。2023/3/655超前支護(hù)由于構(gòu)筑筑方法的不同，有有的是以橫向剛性性大的拱形構(gòu)造為為主，有的是以縱縱向連續(xù)性強(qiáng)的梁梁構(gòu)造為主，也有有具有兩者功能的的。其分類列于下下表。超前支護(hù)護(hù)方法分分類超前支護(hù)的分類預(yù)計(jì)的功能預(yù)襯砌方式隧道橫向剛性大（拱結(jié)構(gòu)）水平噴射注漿方式隧道縱向剛性大（梁結(jié)構(gòu)）長鋼管注漿方式2023/3/656預(yù)襯砌其標(biāo)準(zhǔn)參參數(shù)如下下。超前支護(hù)護(hù)厚度：：１７００ｍｍ設(shè)置范圍圍：１２２０o（１１５５o～１２５５o）設(shè)置角度度：７o（５o～１０o）縱斷方向向鉆孔長長度：４４.０ｍ縱斷方向向充填長長度：３３.５ｍ搭接長度度：０.５ｍ超前殘余余長度：：１.０ｍ（１１.０～２.０ｍ）．．2023/3/657水平噴射射注漿方方式其標(biāo)準(zhǔn)斷斷面如下下：噴射改良良體直徑徑：６０００ｍｍｍ設(shè)置范圍圍：１２２０o（１２００o～１８００o）設(shè)置角度度：５o（５～１１０o）縱斷方向向鉆孔長長度：１１３.０ｍ（９９～４８８ｍ）縱斷方向向改良長長度：１１０ｍ搭接長度度：１.０ｍ超前殘余余長度：：４.０ｍ（３３.０～４.０ｍ）設(shè)置間距距：６０００ｍｍｍ（４０００～１１６０００ｍｍ））2023/3/658長鋼管注注漿方式式標(biāo)準(zhǔn)斷面面如下：：鋼管直徑徑：１１１４３ｍｍｍ設(shè)置范圍圍：１２２０o（５０～～１８００o）設(shè)置角度度：５o（４～３３０o）縱斷方向向鉆孔長長度：１１２.５ｍ（４４～４００ｍ）縱斷方向向注漿長長度：１１２５ｍｍ（４～～４０m）搭接長度度：３.５ｍ超前殘余余長度：：３.５ｍ（１１.０～７.５ｍ）設(shè)置間距距：４５５０ｍｍｍ（２０００～１１００００ｍｍ））2023/3/659除預(yù)襯砌方方式外，其其它兩種方方式，我們們也是經(jīng)常常采用的。。也取得不不少的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，因此，，當(dāng)務(wù)之急急是如何提提高超前支支護(hù)技術(shù)的的水平，一一個(gè)重要措措施就是首首先要建立立模式化的的、標(biāo)準(zhǔn)的的超前支護(hù)護(hù)工法體系系，在此基基礎(chǔ)上，根根據(jù)我們的的實(shí)踐確立立各種超前前支護(hù)的類類型、設(shè)計(jì)計(jì)參數(shù)及使使用機(jī)械的的配套。2023/3/660預(yù)襯砌工法法的機(jī)械預(yù)襯砌工法法采用的機(jī)機(jī)械，有2大類：1、排鉆。示示于下圖。。用其鉆設(shè)設(shè)槽形孔，，中央的鉆鉆用于壓注注砂漿或混混凝土，形形成拱形混混凝土殼體體。2023/3/6612、裝備有切切槽鉆頭的的專用機(jī)械械，用于鉆鉆孔，同時(shí)時(shí)充填混凝凝土。其機(jī)機(jī)械概況示示于下圖。。2023/3/662腳部的施工機(jī)械之之一2023/3/663腳部施工機(jī)械之二二2023/3/664二、支護(hù)結(jié)構(gòu)在大斷面的條件下下，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)需要加強(qiáng)。加強(qiáng)的程度應(yīng)與標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)斷面的作用相相同。加強(qiáng)的途徑有二。。其一是改變過去采用的支支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如如增加噴混凝土厚厚度，加密鋼支撐撐間距等；這是我們目前采用用的主要方法。另另一個(gè)方法就是改變材料的規(guī)格，，例如高強(qiáng)度噴混混凝土、高承載力力錨桿等。第1種方法的后果，就就是：加大了開挖挖斷面積，這也是是在同樣凈空斷面面積的條件下，我我們的開挖斷面積積比較大的原因之之一。第2種方法，是其他國國家采用的主要方方法。結(jié)果不僅提提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的的效果，也縮短了了作業(yè)的時(shí)間。2023/3/665支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)包包括：初期支護(hù)；噴混凝土、錨桿、鋼支撐或或格柵超前支護(hù)；預(yù)襯砌砌、長鋼管等二次襯砌：包括仰仰拱及底板；臨時(shí)支護(hù)：需要拆拆除的支護(hù)構(gòu)件，，如中隔壁等。2023/3/666初期支護(hù)在初期支護(hù)中，，噴混凝土具有有獨(dú)特的作用。。是如何情況下下，都是不可缺缺少的支護(hù)手段段。因此，在大大斷面隧道中，，對不斷提高噴噴混凝土的性能能，寄予極大的的期望。2023/3/667噴混凝土的幾個(gè)個(gè)關(guān)鍵性的性能能指標(biāo)1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度度2、初期強(qiáng)度：3、附著強(qiáng)度；4、附著配比；5、回彈率；6、粉塵量。2023/3/6681、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度度噴混凝土不僅是是初期支護(hù)的一一個(gè)重要構(gòu)件，，也是永久支護(hù)護(hù)的一個(gè)重要組組成部分。因此此在許多國家都都規(guī)定噴混凝土的設(shè)計(jì)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度，采用與襯砌混凝凝土同等的強(qiáng)度度。不僅如此，考考慮到材料、配配比或者施工機(jī)機(jī)械的技術(shù)進(jìn)展展，噴混凝土穩(wěn)穩(wěn)定的高強(qiáng)度已已經(jīng)成為可能，，因此噴混凝土的設(shè)計(jì)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度有向向高強(qiáng)度方向發(fā)發(fā)展的趨勢。例如，日本第第二東名·名神高速公路，，在大斷面隧道中，采用材齡28天的抗壓強(qiáng)度36N/mm2作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)強(qiáng)度。也有的國國家規(guī)定在不良地質(zhì)條件下下采用高強(qiáng)度噴混混凝土的建議。。2023/3/669在一般般地質(zhì)質(zhì)條件件下的的隧道道，噴噴混凝凝土設(shè)設(shè)計(jì)基基準(zhǔn)強(qiáng)強(qiáng)度采采用與與襯砌砌混凝凝土強(qiáng)強(qiáng)度相相當(dāng)?shù)牡慕ㄗh議是可可行的的。另另外應(yīng)應(yīng)該指指出，，在歐歐洲一一些國國家的的噴混混凝土土規(guī)定定中，，很少少有采采用小小于C25等級的的噴混混凝土土。在不良良地質(zhì)質(zhì)條件件下的的隧道道，應(yīng)應(yīng)該提提高噴噴混凝凝土的的強(qiáng)度度等級級，采采用高高強(qiáng)度度混凝凝土也也是合合適的的。2023/3/670噴混凝凝土抗抗壓強(qiáng)強(qiáng)度劃劃分

EFNARC的標(biāo)準(zhǔn)

強(qiáng)度劃分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60圓柱體試件24283236404448立方體試件303540455055802023/3/671挪威的的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)噴噴混混凝土土抗壓壓強(qiáng)度度劃分分抗壓強(qiáng)度(MPa)C30C35C40C45C50C55立方體試件的最小抗壓強(qiáng)度303540455055取樣試件的最小抗壓強(qiáng)度19.222.425.628.832.035.22023/3/6722、初期強(qiáng)度度一般說，噴噴混凝土是是最先施設(shè)設(shè)的，都希希望它盡快快地發(fā)揮作作用，這是是我們要求求噴混凝土土具有一定定初期強(qiáng)度度的目的。。設(shè)定噴混凝凝土初期強(qiáng)強(qiáng)度的場合合，應(yīng)考慮慮隧道開挖挖條件及隨隨掌子面進(jìn)進(jìn)展產(chǎn)生的的圍巖動(dòng)態(tài)態(tài)，以充分分確保掌子子面及其附附近圍巖的的穩(wěn)定，取24小時(shí)以內(nèi)的的強(qiáng)度為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。初期強(qiáng)度，，應(yīng)根據(jù)圍圍巖條件和和施工條件件，可以取取24小時(shí)以外的的強(qiáng)度為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，有的的國家就是是以3小時(shí)的強(qiáng)度度作為基準(zhǔn)的的。2023/3/673初期強(qiáng)度的的設(shè)定值與與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)強(qiáng)度一樣樣，因隧道道功能、斷斷面形狀等等構(gòu)造條件件、荷載條條件及設(shè)計(jì)計(jì)方法等而而異。下表表是日本各各單位的初初期強(qiáng)度設(shè)設(shè)定事例。。2023/3/674日本噴混混凝土初期期強(qiáng)度設(shè)定定事例單位類別材齡3小時(shí)抗壓強(qiáng)度（N/mm2）材齡24小時(shí)抗壓強(qiáng)度（N/mm2）道路協(xié)會(huì)噴混凝土－5鐵道建設(shè)·運(yùn)輸設(shè)施高品質(zhì)噴混凝土1.58道路公團(tuán)噴混凝土－5高強(qiáng)度噴混凝土210高強(qiáng)度纖維噴混凝土2102023/3/675歐洲，根根據(jù)掌子子面的進(jìn)進(jìn)展，考考慮確保保掌子面面及其附附近的圍圍巖穩(wěn)定定的重要要性，要要求噴混混凝土具具有圖示示的初期期強(qiáng)度。。2023/3/676J1：（A~B）：適用用于干燥燥圍巖、、薄層施施工的場場合J2：(B~C)：適用于于厚層施施工和有有涌水，，受到后后續(xù)作業(yè)業(yè)直接作作用的場場合J3：(C以上)：只適用用于特殊殊條件的的場合（（例如，，大量涌涌水的場場合）2023/3/6773、附著強(qiáng)強(qiáng)度噴混凝土土與圍巖巖及其它它物體的的附著，，是發(fā)揮揮噴混凝凝土支護(hù)護(hù)作用的的關(guān)鍵指指標(biāo)。許許多國家家都有明明確的規(guī)規(guī)定。2023/3/678噴凝土的歐洲洲標(biāo)準(zhǔn)（EFNARC)G規(guī)定的附著強(qiáng)強(qiáng)度如下表所所示，通過附附著試驗(yàn)核查查。附著強(qiáng)度最小小值（MPa)附著的劃分與混凝土的附著與巖體的附著非結(jié)構(gòu)物0.50.1結(jié)構(gòu)物1.00.5挪威規(guī)定附著著強(qiáng)度在0.2～1.8MPa之間。2023/3/679巖類等礦物粒子大小附著強(qiáng)度

粗糙面破壞面片巖粘土礦物、綠泥石非常細(xì)0.24±0.180.28±0.11云母片巖石英、長石、云母中位0.58±0.190.85±0.35片麻巖（葉狀構(gòu)造）石英、斜長石、云母、角閃石中位0.19±0.050.51±0.11片麻巖（葉狀構(gòu)造）石英、斜長石、云母、角閃石中位1.53±0.281.8砂巖（裂隙多）石英、長石細(xì)（1.1）破壞面（1.1）破壞面砂巖石英、長石細(xì)1.81.8泥灰?guī)r方解石、粘土礦物細(xì)1.491.84石灰?guī)r方解石細(xì)1.58±0.121.54±0.30大理巖方解石中位1.38±0.301.52±0.28花崗巖、閃綠巖石英、斜長石、黑云母粗0.34±0.121.12±0.20花崗巖、閃綠巖石英、斜長石、黑云母中位1.04±0.321.40±0.26花崗巖、閃綠巖石英、斜長石。黑云母細(xì)～中位1.48±0.451.71±0.14輝綠巖斜長石、輝石細(xì)～中位1.56±0.251.7木版－－1.71.7噴混凝土表面－－1.71.72023/3/6804、附著配比對工程來說，，噴混凝土的的附著配比是是最有意義的的。附著配比指的的是：噴混凝凝土噴射后附附著在圍巖上上的配比。它它與噴射配比、噴射工藝以及及噴射工的技技術(shù)熟練程度度有直接的關(guān)系系，不容忽視視。下表是歐歐洲的一個(gè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。噴射后噴混凝土強(qiáng)度（附著配比）C30C35C40C45C50C55噴射前噴混凝土強(qiáng)度（噴射配比）C38C43C48C54C60C652023/3/6815、回彈率及粉粉塵濃度回彈意味著粗粗骨料的損失失，而粉塵則則意味著微細(xì)細(xì)顆粒的損失失。這兩者對對附著的噴混混凝土質(zhì)量，，具有重要的的影響。因此，噴射施施工中，如何何控制回彈和和減少粉塵的的發(fā)生是很重重要的課題。。也是確保噴噴混凝土質(zhì)量量的重要課題題。在質(zhì)量控制中中，有的國家家規(guī)定：回彈彈不能大于20％，粉塵濃度度不能大于5mg/m3，否則，就是是不合格。2023/3/6826、噴射機(jī)械噴射機(jī)械的性性能和能力是是減少噴混凝凝土質(zhì)量離散散性的重要保保證。特別是是，在大斷面面隧道中，一一次噴射混凝凝土的數(shù)量有有所增加，同同時(shí)為了縮短短噴射時(shí)間，，采用大容量量，高性能的的噴射機(jī)械，，已是大勢所所趨。因此許許多國家都規(guī)規(guī)定了噴射機(jī)機(jī)的要求性能能。如單位時(shí)時(shí)間的噴射量量等。有的更更明確規(guī)定，，噴射機(jī)的生生產(chǎn)效率應(yīng)在在10m3/h以上。許多施施工單位也都都認(rèn)識(shí)到這一一點(diǎn)，開始采采用大容量的的噴射機(jī)，是是非常英明的的決策。2023/3/683錨桿錨桿的支護(hù)作作用是不能忽忽視的。特別別是在大斷面面隧道的條件件下。錨桿是隧道施施工過程中，，維護(hù)圍巖穩(wěn)穩(wěn)定，保證施施工安全的重重要手段之一一。施工完成成后，在一定定程度上，它它還可以作為為永久支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的一部分分發(fā)揮作用。。因此，在施施工中，如何何保證和檢查查錨桿的施工工質(zhì)量，是極極為重要的。。但從目前的的施工狀況看看，錨桿長度度不足、不配配置墊板、配配置不合理、、砂漿充填不不密實(shí)，甚至至“長錨短打打”的現(xiàn)象也也時(shí)有發(fā)生。。造成這種現(xiàn)現(xiàn)象的原因雖雖然是多方面面的，但主要要還是對錨桿桿在隧道施工工中的作用認(rèn)認(rèn)識(shí)不足，不不能完全按照照要求施工，，而且缺乏有有效的檢測手手段。2023/3/684歸納起起來，，目前前錨桿桿施工工中應(yīng)應(yīng)該注注意的的幾個(gè)個(gè)問題題是：：·建立有有效的的錨桿桿質(zhì)量量檢測測方法法，及及時(shí)檢檢測；；·不能忽忽視錨錨桿拉拉拔試試驗(yàn)的的作用用；·合理確確定錨錨桿的的參數(shù)數(shù)，充充分發(fā)發(fā)揮群群錨的的作用用；·進(jìn)一步步認(rèn)識(shí)識(shí)錨桿桿與圍圍巖之之間的的關(guān)系系；·大力提提高錨錨桿的的商品品化程程度等等。2023/3/685在什么么情況況下采采用錨錨桿？？能夠發(fā)發(fā)揮錨錨桿效效果的的圍巖巖條件件，一句句話，，就是是能夠夠發(fā)揮揮支護(hù)護(hù)效果果的圍圍巖。。為此此，要要具備備以下下條件件：·錨桿和和圍巖巖間要要有適適當(dāng)?shù)牡腻^固固力；；·在不連連續(xù)圍圍巖中中錨桿桿要橫橫切不不連續(xù)續(xù)面設(shè)設(shè)置；；·在連續(xù)續(xù)性圍圍巖中中，在在設(shè)置置錨桿桿的范范圍內(nèi)內(nèi)，圍圍巖位位移差差要大大。2023/3/686不滿足足這些些條件件的圍圍巖，，錨桿桿的作作用是是比較較小的的，甚甚至沒沒有效效果。。例如如以下下條件件的圍圍巖。?！ぴ诤恼痴承酝镣林?，，錨固固材和和圍巖巖間產(chǎn)產(chǎn)生滑滑動(dòng)，，錨固固力有有時(shí)不不充分分；·松砂等等因圍圍巖的的強(qiáng)度度小，，也不不能獲獲得錨錨固力力，但但如對對圍巖巖進(jìn)行行改良良，也也有可可能產(chǎn)產(chǎn)生效效果；；·在連續(xù)續(xù)性圍圍巖中中，變變形小小，幾幾乎也也不產(chǎn)產(chǎn)生塑塑性變變形的的圍巖巖。但但在這這種圍圍巖中中，因因主要要是不不連續(xù)續(xù)面支支配圍圍巖的的動(dòng)態(tài)態(tài)，作作為不不連續(xù)續(xù)面的的對策策，也也會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生一一定的的效果果；·塑性區(qū)區(qū)域超超過錨錨桿設(shè)設(shè)置范范圍以以外的的場合合。但但此時(shí)時(shí)可加加長錨錨桿長長度（（圖1）·有可能能發(fā)生生整體體下沉沉的場場合，，如淺淺埋隧隧道等等2023/3/6872023/3/688如何發(fā)揮錨桿的的群錨的作用？？錨桿是屬于點(diǎn)狀狀支護(hù)的類型。。除了隨機(jī)配置置的錨桿外，絕絕大多數(shù)都應(yīng)呈呈網(wǎng)狀配置，以以便發(fā)揮群錨的的作用。這是非非常重要的。因因此，錨桿的配配置參數(shù)（長度度、間距）要注注意符合群錨的的工作原則。要想充分發(fā)揮錨錨桿的效果，就就必須發(fā)揮群錨錨的作用。也就就是說要解決好好圍巖條件和錨錨桿長度、間隔隔的關(guān)系。決定定錨桿長度、間間隔時(shí)應(yīng)考慮的的圍巖條件如下下：·連續(xù)性、不連續(xù)續(xù)性的程度；·不連續(xù)面的分布布特性（間隔、、寬度、方向等等）；·塑性區(qū)域產(chǎn)生的的范圍。2023/3/6892023/3/690墊板的設(shè)置要發(fā)揮錨桿的的效果，墊板板的設(shè)置是十十分重要的。。我們在施工工中，多數(shù)是是不設(shè)置墊板板的。因?yàn)樵鲈黾訅|板，不不僅增加了施施工成本，對對工期也有一一定影響。但但從效果上看看，這是得不不償失的。日日本對此曾進(jìn)進(jìn)行了試驗(yàn)研研究。試驗(yàn)表表明：設(shè)墊板板比不設(shè)墊板板，加載應(yīng)力力提高了2.5倍；墊板面積積越大，頭部部軸力提高也也越多。例如如，墊板面積積增加1倍，頭部軸力力可提高1.25倍等。其次有有墊板時(shí)，錨錨桿軸向應(yīng)變變的最大值的的位置，向內(nèi)內(nèi)部移動(dòng)。這這說明錨桿的的3維約束效果，，得以發(fā)揮。。圖5是有墊板和無無墊板的的軸軸力分布的變變化。從圖中中可以看出，，有墊板時(shí)時(shí)，錨桿的口口部也發(fā)生了了軸力、而且且軸力的最大大值也增加了了10%~20%。由此可見，，墊板的作用用是不容忽視視的。在錨桿桿施工中，必必須設(shè)置墊板板，這在規(guī)范范中也有了明明確的規(guī)定。。2023/3/6912023/3/6922023/3/693我們在錨桿施工中中，最大的問題是是錨桿的商品化問問題?？梢哉f，在在許多國家，錨桿桿已經(jīng)是一種商品品。只要選擇合適適，拿過來用就可可以了。而我們的的錨桿，目前絕大大多數(shù)是就地用鋼鋼筋自制的。因此此，質(zhì)量的離散性性相當(dāng)大、施工工工藝也不能標(biāo)準(zhǔn)化化，不能充分發(fā)揮揮錨桿的支護(hù)效果果，有時(shí)就成為一一種計(jì)價(jià)的“擺設(shè)設(shè)”。當(dāng)然，也有有一些商品化的錨錨桿開始工廠化的的生產(chǎn)。但還沒有有完全得到業(yè)主、、設(shè)計(jì)和施工人員員的認(rèn)可。原因之之一，就是商品錨錨桿的成本高。因因此，大力降低錨錨桿的制造成本，，提高商品化的速速度，徹底改變錨錨桿施工的現(xiàn)狀是是非常重要的。2023/3/694因此，錨桿不是可可有、可無的問題題，而是如何確保保錨桿錨固的質(zhì)量量，充分發(fā)揮錨桿桿效果的問題。特別是，在大斷面面的條件下，錨桿桿對控制局部掉塊塊具有重要的作用用。2023/3/695格柵與鋼支撐（（鋼架）鋼支撐和格柵在在初期支護(hù)中主主要用于軟弱破破碎或土質(zhì)圍巖巖中，很少單獨(dú)獨(dú)使用。多數(shù)上上與錨桿、噴混混凝土等共同使使用。格柵與鋼支撐，，很少單獨(dú)使用用，多數(shù)場合是是與噴混凝土、、錨桿等組合使使用的。使用鋼鋼架的目的有四四點(diǎn)。一是作為噴混凝凝土支護(hù)功能發(fā)發(fā)現(xiàn)前的支持物物；二是對噴混凝土土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；三是作為超前支支護(hù)的支點(diǎn)；最后是與噴混凝凝土、錨桿共同同發(fā)揮初期支護(hù)護(hù)的作用。鋼支撐的最大特特點(diǎn)是架設(shè)后能能夠立即承載。。因此，多在需需要立即控制圍圍巖繼續(xù)松弛和和塑性區(qū)繼續(xù)擴(kuò)擴(kuò)大，或變形迅迅速發(fā)展的場合合采用。2023/3/696支撐形式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)鋼支撐·架設(shè)后能夠立即承載，充分發(fā)揮其力學(xué)作用；·加工比較容易，但需要較大的加工設(shè)備；·安裝及構(gòu)件連接，比較簡潔、方便

·背后的混凝土不易填充密實(shí)，留有空隙；·重量大，架設(shè)安裝困難；·鋼支撐的變形與混凝土變形不協(xié)調(diào)，混凝土易開裂；

格柵·架設(shè)后不能立即承載，必須與噴混凝土配合，才能發(fā)揮其力學(xué)作用；·加工容易，且不需要大型加工設(shè)備·重量小，易于架設(shè)安裝；·因具有一定的柔性，能夠適應(yīng)圍巖的變形·噴混凝土完全包裹格柵，整體性好，背后不易留下空隙；·架設(shè)后不能立即承載，一次支護(hù)作用?。弧ぴ趪鷰r變形大的場合，不能有效地控制圍巖的變形

2023/3/697因此，在大大斷面隧道道施工中，，應(yīng)更多地地采用鋼支支撐。2023/3/698大斷面隧道道如果仍然然采用一般般隧道的支支護(hù)結(jié)構(gòu)，，必然會(huì)加加大開挖斷斷面積、從從而延長工工期和增加加成本。為為了解決這這個(gè)問題，，日本從修修建第2東名高速公公路起，就就開始研究究對策。研研究和實(shí)踐踐獲得如下下的成果。。2023/3/699日本第二東東名高速公公路隧道事事例凈空斷面積積：約150m2開挖斷面積積：最大200m2采用高強(qiáng)噴噴混凝土：：比采用普普通噴混凝凝土的厚度度，減少30％；錨桿采用高高強(qiáng)錨桿（（設(shè)計(jì)承載載力28kN)，錨桿數(shù)量量減少30％；采用高規(guī)格格鋼支撐（（HH－154）；二次襯砌采采用高強(qiáng)噴噴混凝土，，設(shè)計(jì)厚度度減少10cm不設(shè)變形富富余量。2023/3/61001、噴混凝土土的高強(qiáng)度度化主要研究高高強(qiáng)度噴混混凝土和鋼鋼纖維噴混混凝土。高強(qiáng)度噴混混凝土要求求的強(qiáng)度列列于下表。。種類

要求強(qiáng)度目標(biāo)強(qiáng)度3小時(shí)1天28天28天高強(qiáng)度配比2以上10以上36以上50以上一般強(qiáng)度配比－5以上18以上－2023/3/6101高強(qiáng)度噴噴混凝土土的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)配比列列于下表表要求強(qiáng)度（N/mm2）塌落度（cm）粗骨料最大尺寸（mm）單位水泥用量（kg）單位速凝劑對水泥的用量（％）見上表1810450102023/3/6102高強(qiáng)度鋼鋼纖維噴噴混凝土土主要用用于裂隙隙發(fā)育的的圍巖，，標(biāo)準(zhǔn)的的鋼纖維維混入率率為體積積比的0.75％。其標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)配比比列于下下表。要求強(qiáng)度（N/mm2）28天彎曲韌性（cm）塌落度（cm）粗骨料最大尺寸（mm）單位水泥用量（kg）單位速凝劑對水泥用量（％）見表1如圖所示1810450102023/3/61032、高承載載力錨桿桿在清水進(jìn)進(jìn)行了下下表的試試驗(yàn)施工工。噴混凝土鋼支撐厚度（cm）強(qiáng)度（N/mm2）規(guī)格間距（m）標(biāo)準(zhǔn)2018H－2001.5高強(qiáng)度12.540、SFRC－－長度（m）橫向間距（m）縱向間距（m）承載力（kN）標(biāo)準(zhǔn)6.01.21.51801組6.02.01.53102組4.0和6.01.01.5180和3103組4.00.81.51802023/3/6104從試驗(yàn)施施工結(jié)果果看，第第1組的施工工循環(huán)、、成本最最理想。。第3組最差。。因此，，把第1組作為標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)組合合。2023/3/61053、高規(guī)格格鋼支撐撐采用了與與過去鋼鋼材有相相同延伸伸率的，，抗拉強(qiáng)強(qiáng)度590N/mm2、破斷延延伸率17％以上的的高規(guī)格格鋼支撐撐。屈服點(diǎn)（N/mm2）抗拉強(qiáng)度（N/mm2）破斷延伸率（％）拉伸試驗(yàn)片炭素當(dāng)量Ceg高規(guī)格鋼≥440≥590≥171A≥0.47一般規(guī)格鋼≥245400~510≥171A－2023/3/6106與過去采用的的鋼支撐比，，可以小型化化，其比較列列于下表過去采用的高規(guī)格鋼NH-250x250x9x14HH-200x201x9x12NH-200x200x8x12HH-154x151x8x12NH-150x150x7x10HH-123x125x6.5x82023/3/61074、二次襯砌同樣地，二次次襯砌也采用用高強(qiáng)度混凝凝土。根據(jù)試試驗(yàn)，二次襯襯砌的混凝土土的強(qiáng)度等級級從18N/mm2提高到30N/mm2。其結(jié)果是，，采用18N/mm2時(shí)的襯砌厚度度在B~D2級圍巖中，為為50cm，在D級圍巖中為60cm，而采用30N/mm2時(shí)相應(yīng)的厚度度分別為40cm和50cm。減少了10cm。2023/3/61085、施工方法的的研究在總長度83km的隧道中，用用臺(tái)階法修建建了80％的隧道。臺(tái)臺(tái)階法已經(jīng)成成為修建大斷斷面隧道的主主流方法。另另外一種方法法就是中央導(dǎo)導(dǎo)坑超前開挖挖法。兩種開開挖方法的示示意圖如下。。2023/3/61092023/3/6110第二東名、名名神高速公路路隧道的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)支護(hù)結(jié)構(gòu)參參數(shù)(臺(tái)階法)圍巖級別支護(hù)結(jié)構(gòu)級別一次掘進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)長度m錨桿噴混凝土厚度cm高強(qiáng)度鋼支撐襯砌厚度（cm）變形富余量長度m承載力kN橫向間距m縱向間距m上半斷面下半斷面拱、邊墻仰拱BB2.0上半4.0下半4.0上半170下半1702.02.0上半10纖維補(bǔ)強(qiáng)－－40－0C1C11.5上半6.0下半4.0上半290下半1702.01.515HH－154－40550C2C21.2上半6.0下半4.0上半290下半1.61.61.215HH-154HH-15440550D1D11.0上半6.0下半6.0上半290下半1701.51.020HH-154HH-15450700D2個(gè)別設(shè)計(jì)D3洞口段設(shè)計(jì)注：1、錨桿注漿采采用速硬砂漿漿；2、上半斷面錨錨桿設(shè)計(jì)承載載力采用290kN；3、鋼支撐采用用高規(guī)格鋼；；4、D1襯砌采用單筋筋混凝土；5、5、二次次襯砌砌、噴噴混凝凝土的的設(shè)計(jì)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)強(qiáng)度度均采采用36MPa。2023/3/6111第二東東名、、名神神高速速公路路隧道道的標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)參參數(shù)(TBM導(dǎo)坑超超前擴(kuò)擴(kuò)挖法法)圍巖級別支護(hù)結(jié)構(gòu)級別一次掘進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)長度m錨桿噴混凝土厚度cm鋼支撐襯砌厚度（cm）變形富余量長度m承載力kN橫向間距m縱向間距m上半斷面下半斷面拱、邊墻仰拱BB2.5上半4.0下半4.0上半170下半1703.02.0上半10纖維－－40－0C1C12.0上半6.0下半4.0上半290下半1701.52.0上半15纖維補(bǔ)強(qiáng)－－40550C2C21.5上半6.0下半4.0上半290下半1.61.21.515HH-154HH-15440550D1D11.2上半6.0下半6.0上半290下半1701.21220HH-154HH-15450700D2個(gè)別設(shè)計(jì)D3洞口段設(shè)計(jì)注：1、錨桿桿注漿漿采用用速硬硬砂漿漿；2、上半半斷面面錨桿桿設(shè)計(jì)計(jì)承載載力采采用290kN；3、鋼支支撐采采用高高規(guī)格格鋼；；4、D1襯砌采采用單單筋混混凝土土；5、二次次襯砌砌、噴噴混凝凝土的的設(shè)計(jì)計(jì)基準(zhǔn)準(zhǔn)強(qiáng)度度均采采用36MPa。2023/3/6112三、多機(jī)作業(yè)在大斷面隧道中，，為了縮短作業(yè)時(shí)時(shí)間，，應(yīng)充分利利用作業(yè)空間較大大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快快速施工?！げ捎枚鄼C(jī)作業(yè)的方方式，盡可能地隧隧道單項(xiàng)作業(yè)的時(shí)時(shí)間；例如，在大斷面面隧道中，機(jī)械配配套如下：鉆孔：2臺(tái)三臂液壓鉆孔臺(tái)臺(tái)車；找頂?shù)龋?300kg的大型液壓鏟1臺(tái)；裝碴：3m3側(cè)卸式裝碴機(jī)1臺(tái)；出碴：30t卡車噴混凝土：20m3/h噴射機(jī)2臺(tái)。2023/3/6113施工劃分機(jī)種規(guī)格單位數(shù)量摘要鉆孔鉆孔臺(tái)車隧道用排出氣體型、液壓、3臂、鑿巖機(jī)重量150kg級臺(tái)1找頂大型破碎機(jī)液壓、1300kg級臺(tái)1出碴裝載機(jī)隧道用排氣型、容積2.3m3臺(tái)1裝碴側(cè)卸汽車帶凈化裝置的、10t或20t臺(tái)N運(yùn)碴反鏟隧道用排氣型、容積0.5m3臺(tái)1輔助裝碴與一般雙車道公路路隧道中的機(jī)械配配套（下表）增強(qiáng)強(qiáng)很多。2023/3/6114·采用改變材料規(guī)格格，減少單項(xiàng)作業(yè)業(yè)的工作量；如前所述，改變材材料規(guī)格，采用高高強(qiáng)度噴混凝土、、高承載力錨桿、、高規(guī)格鋼支撐以以及高強(qiáng)度襯砌混混凝土，在同樣進(jìn)進(jìn)尺的條件下，可可以減少單項(xiàng)作業(yè)業(yè)的工作量，更為為重要的是，減小小了開挖斷面積。。2023/3/6115四、改善隧道防水水技術(shù)，提高防水水質(zhì)量應(yīng)該指出：對隧道道工程來說，地下下水的影響和處理理是至關(guān)重要的。。大家都有體會(huì)，，有水無水、水大大水小、一般涌出出和異常涌出，在在設(shè)計(jì)施工上的處處理是完全不同的的。此外，隧道運(yùn)運(yùn)營期間，結(jié)構(gòu)物物耐久性的降低，，在許多場合，都都與地下水有關(guān)。。因此，切實(shí)地提提高隧道的防水技技術(shù)，是當(dāng)務(wù)之急急。2023/3/6116在隧道設(shè)計(jì)和施工工中，一定要區(qū)分分：運(yùn)營隧道結(jié)構(gòu)的防防水和排水；施工中的止水和排排水。這是兩個(gè)不同的概概念。防水是對結(jié)構(gòu)物性性能的基本要求。。不是主次的問題題。國內(nèi)外的施工實(shí)踐踐指出：設(shè)置防水水板的隧道，都能能夠滿足隧道結(jié)構(gòu)構(gòu)物防水的基本要要求。關(guān)鍵在于防水板的鋪設(shè)質(zhì)量量。因此，在防水板板鋪設(shè)工藝上，都都是采用機(jī)械鋪設(shè)設(shè)的方法。此外也也在試驗(yàn)確保隧道道防水性能的新工工藝。2023/3/6117對防水板板的鋪設(shè)設(shè)要求：：要與初期期支護(hù)密密貼，不不留有空空隙；也要與二二次襯砌砌密貼，，不留有有空隙。。2023/3/6118防水板鋪鋪設(shè)工藝藝的改善善為了解決決防水問問題，一一個(gè)最切切實(shí)可行行的方法法，就是是從改善善防水板板的鋪設(shè)設(shè)工藝著著手。目目前我們們采用的的人工鋪鋪設(shè)方法法，很難難避免對對防水板板的損傷傷，而且且工藝復(fù)復(fù)雜、費(fèi)費(fèi)時(shí)、費(fèi)費(fèi)力。最最近，我我們收集集到日本本的幾個(gè)個(gè)專利和和日本“礦山法法隧道道防水水指南南”，說的的都是是防水水板機(jī)機(jī)械鋪鋪設(shè)方方法。。這些些鋪設(shè)設(shè)機(jī)械械的構(gòu)構(gòu)造并并不復(fù)復(fù)雜，，那個(gè)個(gè)工程程局都都有條條件制制造。。2023/3/6119山嶺隧隧道的的防水水方法法，一一般是是采用用在噴噴混凝凝土和和襯砌砌間設(shè)設(shè)置防防水板板的方方法。。但因因噴混混凝土土的表表面多多數(shù)凹凹凸不不平，，鋪設(shè)設(shè)防水水板時(shí)時(shí)，為為適應(yīng)應(yīng)凹凸凸表面面要考考慮有有適當(dāng)當(dāng)?shù)馗桓挥唷?。如果果富余余不足足或過過于富富余，，防水水板會(huì)會(huì)發(fā)生生拉伸伸或撓撓曲，，其結(jié)結(jié)果會(huì)會(huì)妨礙礙混凝凝土的的充填填。為為此。。在山山嶺隧隧道襯襯砌施施工中中，強(qiáng)強(qiáng)烈要要求開開發(fā)不不妨礙礙混凝凝土的的充填填，而而且與與噴混混凝土土密著著的防防水構(gòu)構(gòu)造。。2023/3/6120新的鋪鋪設(shè)方方法試驗(yàn)施施工是是：把把通常常1.5m寬的防防水板板在工工廠加加工成成寬6.0m（長跨跨）的的防水水板。。沿專用的的活動(dòng)動(dòng)模板板臺(tái)車車的外周周將防防水板板展開開，并并設(shè)置置在規(guī)規(guī)定的的位置置固定定好，，向防防水板板和噴噴混凝凝土間間的灌注回回填的的充填填材。之后后，組