大斷面隧道設計施工中的關鍵問題

2023/5/161大斷面隧道設計施工中的關鍵問題

2023/5/162一、背景1、世界范圍內，鐵路建設的重新定位，一些長大隧道，不斷涌現(xiàn)。例如歐洲共同體，啟動了新一輪的高速鐵路建設計劃，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）。2023/5/163穿越阿爾匹斯山幾座特長鐵路隧道2023/5/1642023/5/165

在日本5條新干線的整備計劃中，隧道工程量也是相當可觀的。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—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。2023/5/166

日本新干線的修建把日本的隧道技術水平提高到一個新的起點。其中一個重要標志，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。另一個特點就是，在新干線隧道工程中采用了不少新技術，新工藝、新材料。2023/5/167

德國于80年代初期動工修建的從漢諾威到威爾茲堡新干線，長327km，隧道總延長達118km，占線路長度的37％。包括長達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)。2023/5/168

瑞士聯(lián)邦鐵路也計劃修建穿越阿爾卑斯山的新隧道。該計劃包括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)、圣哥達隧道(49.3km)、斯普林肯隧道(46.7km)和Y型隧道（25.7km）。2023/5/169

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際長度只有78.2km，而且隧道的總延長則達85km。其中，主隧道長度為73km，輔助隧道長度達12km。2023/5/1610

臺灣正在修建的臺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座隧道將采用掘進機法或鉆爆法施工，其余11km用明挖法修建。2023/5/16112、我國客運專線的啟動，引發(fā)新一輪鐵路隧道的建設。例如我國鐵路開始的新一輪鐵路建設，在總長12500km的鐵路線上，隧道總延長約2500km，而目前開始修建的客運專線就有近700km的單、雙線鐵路隧道，長度超過10km以上的，有10多座，其中最長的太行山隧道，長度達27.8km，目前已經(jīng)開始修建。我國長度超過10km的鐵路隧道列于表1。2023/5/1612表1中國特長鐵路隧道表序號隧道名稱長度（m）線別建設時期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衡廣復線1987．126野三關隧道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10080武廣客專在建2023/5/1613

根據(jù)統(tǒng)計，截止2004年底的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，各國已經(jīng)建成通車的、正在修建的和規(guī)劃中的長度超過10km以上的公路隧道及鐵路隧道，共有117座，其中中國擁有22座。約占20％。2023/5/1614NO隧道名稱長度（km）所在地開通時間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19822023/5/161534Severomuyskiy15.3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中國臺灣施工中49北陸13.9日本196250野三關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20032023/5/161669NovoKunsnetzkij12.2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中國臺灣規(guī)劃中102Ariberg10.2澳大利亞1884103SantaLuciaBasis10.2意大利1977104大瑤山1號10.1中國規(guī)劃中2023/5/1617

10km以上的公路隧道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，按4舍5入計，取小數(shù)點后1位。本表的中國數(shù)據(jù)到2005年4月，其它國家到2003年7月。2023/5/1618

因此，在隧道工程領域中，我們不僅是一個名副其實的“隧道”大國，而且正在向“隧道”強國邁進。2023/5/16193、這些鐵路隧道都是以高速為基礎修建的,因此，凈空斷面積

增加較多，特別是開挖斷面積增大了，給設計施工帶來新的問題。國家線別線路長度（km）設計最高速度（km/h）營業(yè)最高速度（km/h）隧道數(shù)量雙線標準斷面積（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中國臺灣臺北34535030065/19%90合計624213392023/5/1620

這些長隧道的修建，無疑地是一個新的機遇和挑戰(zhàn)，我們應該利用這個機遇，將我國的隧道設計、施工及維修管理的技術提高到一個新的水平。應該指出，我國近4000km的鐵路隧道和近1000km的公路隧道，以及水工隧道、部分地下鐵道，基本上是采用礦山法修筑的，因此，這次發(fā)言也把重點放在客運專線的隧道工程，以礦山法修建隧道的技術現(xiàn)狀和發(fā)展上。20三23三/5三/221在經(jīng)三濟發(fā)三展的三今天三，由三于環(huán)三境保三護意三識的三增強三，高三速鐵三路進三入一三個新三的發(fā)三展時三期。三由于三新的三鐵路三干線三的修三筑是三以高三速為三前提三的，三這必三然會三出現(xiàn)三大量三的隧三道群三，其三中超三過十三公里三或幾三十公三里的三長隧三道也三必然三出現(xiàn)三。這些三隧道三共同三的特三征是三：長三；斷三面變三化多三；埋三深大三；地三質條三件變三化多三。因三此對三隧道三的設三計、三施工三包括三運營三管理三都提三出了三不同三的目三標要三求。修建三這些三隧道三的目三標要三求可三以歸三納為三：·品質三，要三具有三良好三的耐三久性三、易三于維三修管三理；·不能三對周三邊環(huán)三境造三成長三期的三影響三；·創(chuàng)造三一個三安全三、舒三適的三作業(yè)三環(huán)境三；·工期三短、三速度三快、三造價三低。隧道三的設三計施三工技三術應三該滿三足這三些起三碼的三目標三。20三23三/5三/222二、三客運三專線三的隧三道特三點20三23三/5三/223為了三迎接三市場三競爭三的挑三戰(zhàn)，三近期三，鐵三道部三啟動三了以25三0k三m/三h、30三0k三m/三h和35三0k三m/三h速度三為目三標的三客運三專線三的建三設工三程，三我國三的鐵三路建三設又三進入三了一三個新三階段三。由三于速三度的三跨越三，對三構成三線路三的各三種結三構物三，包三括橋三梁、三隧道三、軌三道、三路基三等，三提出三了更三加嚴三格的三要求三和標三準，三也提三出來三許多三前所三未有三的新三課題三。目前三，正三在建三設的三和擬三建的三幾條三客運三專線三都有三大量三的隧三道工三程涌三現(xiàn)。三在客三運專三線條三件下三，如三何針三對隧三道觀三察的三特點三、認三識和三解決三所面三臨的三新問三題，三是一三個值三得研三究的三問題三。20三23三/5三/224一、三列車三運行三的高三速度三，引三起的三列車——空氣三動力三學問三題突三出，不三容忽三視；這包三括：·隧道三凈空三有效三斷面三積的三確定三－舒三適性；·列車三運行三產(chǎn)生三的空三氣壓三對結三構物三的影三響－三耐久三性；·對周三邊環(huán)三境的三影響三－緩三沖結三構的三設置三。三個三方面三的問三題。首先三，如三何認三識客三運專三線中三隧道三工程三與一三般線三路中三隧道三工程三有何三不同三。20三23三/5三/225二、三考慮三列車三高速三運營三的特三點，三隧道三的凈三空有三效斷三面積三增大三，例三如在35三0k三m/三h速度三的條三件下,Ⅴ級圍三巖隧三道的三開挖三斷面三積可三達17三0m2，屬于三超大三斷面三隧道三的范三疇，三與三三車道三公路三隧道三的開三挖斷三面積三相當，給三設計三、施三工提三出來三許多三新課三題；20三23三/5三/226三、三由于三開挖三斷面三積的三增大三，施三工難三度也三急劇三增加三，特三別是三對一三般地三質條三件下三的初期三支護三技術和不良三地質三條件三下的三超前三支護三技術，提三出來三很高三的要三求；因此三，在大三斷面三的條三件下三要特三別關三注初三期支三護和三超前三支護三的質三量。20三23三/5三/227四、三列車三高速三運行三的作三用，三對洞三內軌三道（三包括三基底三結構三，如三仰拱三或鋪三底、三混凝三土填三充層三等）三的影三響增三大，三不僅需要三加強三基底三結構三，對襯三砌結三構也三具有三一定三的影三響，三不容三忽視三。20三23三/5三/228五、三對襯三砌混三凝土三的耐三久性三，如三抵抗三列車三風壓三的疲勞三特性；如三何保三證初三期支三護的噴混三凝土三的耐三久性?，以三及大三斷面三襯砌三結構三的抗三開裂三特性三等，三都提三出來三了明三確的三要求三；20三23三/5三/229六、三由于三這一三輪隧三道工三程的三數(shù)量三特別三巨大三，因三此，三降低三工程三造價三，意三義也三特別三重大三。20三23三/5三/230總之三，目三前要三解決三的問三題是三：高速三運營三條件三下的三超大三斷面三隧道三的設三計施三工問三題。因此三、客三運專三線的三隧道三工程三，將三是提三高我三國隧三道設三計施三工技三術的三重要三機遇三。我三們應三該下大三力氣三，切三實地三做出三具有三時代三意義三的貢三獻。20三23三/5三/231何謂三大斷三面？目前三我國三大斷三面（三三車三道）三公路三隧道三已開三始修三建，三如聯(lián)三絡重三慶市三的幾三條高三速公三路也三從一三開始三就決三定采三用3車道三的大三斷面三隧道三，如三鐵山三隧道三，大三梅沙三隧道三、大三寶山三隧道三等都三是三三車道三大斷三面的三。由三于3車道三公路三隧道三的斷三面積三比雙三車道三大得三多,例如三，第三二東三名公三路初三期建三設的三三車三道隧三道的三斷面三積為11三3～17三0m三2比一三般雙三車道三的85三m2大1.三5～2.三0倍。三目前三為適三應14三0k三m/三h高速三度的三要求三而規(guī)三劃的3車道三公路三隧道三，其三斷面三積達17三0m三2～20三0m三2，局三部斷三面達23三0m三2的超三大斷三面，三開挖三寬度三達23三m。較三初期三三車三道隧三道斷三面又三增加三了1.三3～1.三5倍。三英法三海峽三隧道三分叉三處斷三面的三開挖三寬度三達21三.2三m，開三挖高三度達15三.4三m，開三挖斷三面積三為25三2.三2m三2。又三如，三日本三的第三二布三引隧三道，三在分三叉段三是從2車道三（凈三空斷三面積59三m2）變三化到3～4車道三的斷三面（三最大三開挖三寬度24三m、開三挖斷三面積24三0m三2）。20三23三/5三/232大斷三面隧三道的三分類隧道三斷面三劃分三和開三挖斷三面積三（三日本三）劃分開挖斷面積(m2)說明標準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20三23三/5三/233日本三公路三隧道三斷面三劃分三的基三準（20三03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8～1620三23三/5三/234國際三隧協(xié)三的斷三面劃三分劃

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>100.020三23三/5三/23520三23三/5三/236大斷三面意三味著三什么三？在同三樣圍三巖條三件下三，隨三著開三挖斷三面積三的增三加，三意味三著：1、掌三子面三的穩(wěn)三定性三的降三低；2、施三工難三度、三特別三是施三工安三全管三理的三難度三增大三；3、施三工風三險的三發(fā)生三概率三加大三；4、結三構物三質量三要求三的提三高。20三23三/5三/237隧道三工程三管理三的基三本問三題安全三：安三全為三主線技術三：確三保掌三子面三穩(wěn)定三和施三工質三量管理三：實三現(xiàn)風三險管三理20三23三/5三/238最近三一段三時間三，安三全生三產(chǎn)形三勢十三分嚴三峻。三特別三是地三下工三程，三表現(xiàn)三得更三為明三顯。三其中三瓦斯三爆發(fā)三事故三占了三很大三比重三。董三家山三隧道三的特三大瓦三斯爆三發(fā)事三故就三是一三例。三因此三，提三高安三全生三產(chǎn)的三意識三是非三常重三要的三。20三23三/5三/239所謂三提高三安全三生產(chǎn)三意識三或風三險意三識，三實質三上是三要認三識到三任何三生產(chǎn)三都存三在著三風險三，只三是風三險有三大、三有小三，有三的是三可以三接受三的，三有的三是不三可以三接受三的。三特別三是對三地下三工程三來說三，風三險常三常是三在災三難性三的，三也是三不可三以接三受的三。瓦三斯爆三發(fā)、三大規(guī)三模的三塌方三等就三屬于三這種三類型三的風三險。因此三、減少三風險三、控三制風三險和三防止三風險就成三為工三程管三理中三的重三大課三題。20三23三/5三/240如何三減少三風險三、控三制風三險和三防止三風險三，就三要依三靠純熟三的技三術和三完善三的管三理。因此三，技三術和三管理三就成三為工三程管三理中三的重三要手三段。三沒有三純熟三的技三術和三完善三的管三理，三就談三不上三風險三的控三制。因此三，不三管是三業(yè)主三、還三是設三計、三施工三以及三監(jiān)理三都必三須下三大力三氣，狠抓三“技三術”三和“三管理三”。20三23三/5三/241技三術1、確三保掌三子面三的穩(wěn)三定；2、大三力提三高支三護結三構，三特別三是初三期支三護的三支護三能力三，特三別是三噴混三凝土三的性三能；3、多三機作三業(yè)，三盡可三能地三縮短三各項三作業(yè)三的時三間；三施工三方法三要為三采用三大型三施工三機械三或多三臺機三械同三時施三工創(chuàng)三造條三件；4、提三高混三凝土三襯砌三的施三工水三平，三防止三襯砌三的初三期開三裂；5、采三用根三本性三的措三施，三確保三防水三的質三量；6、設三計和三施工三要采三取措三施盡三可能三地減三小開三挖斷三面積三；20三23三/5三/242一、三掌子三面穩(wěn)三定性在大三斷面三條件三下，三如何三控制三掌子三面的三穩(wěn)定三性，三減少三和預三防掌三子面三出現(xiàn)三坍塌三的風三險，三是極三為重三要的三。特三別是三在通三過各三種不三良地三質地三段時三。從風三險的三角度三看，三掌子三面失三穩(wěn)有三多種三方式三：·掌子三面擠三出；·掌子三面拱三部坍三塌；·上半三斷面三拱腳三下沉三；·底部三鼓起三等。從技三術角三度出三發(fā)，三預防三和減三少上三述風三險發(fā)三生的三主要三方法三也是三多種三多樣三的?！こ叭ёo三；·擴大三拱腳三、設三置拱三腳錨三桿或三錨管三；·正面三噴射三混凝三土和三錨桿三；·底腳三錨桿三或錨三管等三。20三23三/5三/243例如三意大三利在三修建三高速三鐵路三隧道三中，三曾采三用以三下穩(wěn)三定掌三子面三的方三法。這些三方法三都是三為了三確保三掌子三面穩(wěn)三定，三減少三施工三風險三而形三成的三。20三23三/5三/24420三23三/5三/24520三23三/5三/246掌子三面超三前支三護是三采用三鋼管三、插三板以三及注三漿等三，沿三隧道三外輪三廓，三以低三角度三打設三方式三加固三掌子三面前三方圍三巖、三約束三圍巖三松弛三、掉三塊的三方法三。超三前支三護，三基本三上是三借助三構件三的抗三彎剛三度發(fā)三揮作三用的三，因三此，三采用三抗彎三剛度三大的三構件三是有三利的三。20三23三/5三/247í?2μ￥??1ü3??°?§?¤ày20三23三/5三/248í?3??±3°?3??°?§?¤ày20三23三/5三/24920三23三/5三/250í?10?y????é??ì?yíáày20三23三/5三/251í?11?ò?íD??§?òμ???×ó???ó??ày20三23三/5三/252上述三的掌三子面三超前三支護三方法三，在三大斷三面的三條件三下應三用，三雖然三起到三一定三的作三用，三但其三作用三會受三到一三定限三制。也就三是說三，在三大斷三面的三條件三下，三為了三確保三掌子三面的三穩(wěn)定三，必三須加三強超三前支三護的三作用三，讓三超前三支護三盡可三能形三成一三種工三法。20三23三/5三/253超前三支護工程三實踐三證實三，在三地質三不良三的地三段，三發(fā)展三各種三穩(wěn)定三掌子三面的三輔助三工法三并使三之模三式化三是極三為重三要的三。日三本、三意大三利在三這方三面都三做了三極有三成效三的工三作。定義：以三穩(wěn)定三掌子三面和三地層三下沉三為目三的的三拱形三薄殼三結構三體。三即：不僅三沿隧三道縱三向具三有梁三結構三的作三用，三在橫三斷方三向還三具有三拱形三結構三支護三效果三的支三護。適用三范圍三：1、需三要提三高掌三子面三穩(wěn)定三性的三土砂三圍巖三；2、以三控制三地表三下沉三和相三鄰結三構物三的影三響為三主要三目的三的場三合；三如淺三埋地三點、三接近三重要三結構三物施三工的三場合三等20三23三/5三/254標準三化的三超前三支護日本三在新三版“三城市三礦山三法隧三道技三術標三準”三（20三04年）三中，三把超三前支三護類三型、三參數(shù)三及適三用條三件做三了具三體的三規(guī)定三，超三前支三護已三經(jīng)標三準化三。20三23三/5三/255超前三支護三由于三構筑三方法三的不三同，三有的三是以三橫向三剛性三大的三拱形三構造三為主三，有三的是三以縱三向連三續(xù)性三強的三梁構三造為三主，三也有三具有三兩者三功能三的。三其分三類列三于下三表。超前三支護三方法三分類超前支護的分類預計的功能預襯砌方式隧道橫向剛性大（拱結構）水平噴射注漿方式隧道縱向剛性大（梁結構）長鋼管注漿方式20三23三/5三/256預襯三砌其標三準參三數(shù)如三下。超前三支護三厚度三：１三７０三ｍｍ設置三范圍三：１三２０o（１三１５o～１三２５o）設置三角度三：７o（５o～１三０o）縱斷三方向三鉆孔三長度三：４.０ｍ縱斷三方向三充填三長度三：３.５ｍ搭接三長度三：０.５ｍ超前三殘余三長度三：１.０ｍ三（１.０～三２.０ｍ三）．20三23三/5三/257水平三噴射三注漿三方式其標三準斷三面如三下：噴射三改良三體直三徑：三６０三０ｍ三ｍ設置三范圍三：１三２０o（１三２０o～１三８０o）設置三角度三：５o（５三～１三０o）縱斷三方向三鉆孔三長度三：１三３.０ｍ三（９三～４三８ｍ三）縱斷三方向三改良三長度三：１三０ｍ搭接三長度三：１.０ｍ超前三殘余三長度三：４.０ｍ三（３.０～三４.０ｍ三）設置三間距三：６三００三ｍｍ三（４三００三～１三６０三０ｍ三ｍ）20三23三/5三/258長鋼三管注三漿方三式標準三斷面三如下三：鋼管三直徑三：１三１４三３ｍ三ｍ設置三范圍三：１三２０o（５三０～三１８三０o）設置三角度三：５o（４三～３三０o）縱斷三方向三鉆孔三長度三：１三２.５ｍ三（４三～４三０ｍ三）縱斷三方向三注漿三長度三：１三２５三ｍ（三４～三４０m）搭接三長度三：３.５ｍ超前三殘余三長度三：３.５ｍ三（１.０～三７.５ｍ三）設置三間距三：４三５０三ｍｍ三（２三００三～１三００三０ｍ三ｍ）20三23三/5三/259除預三襯砌三方式三外，三其它三兩種三方式三，我三們也三是經(jīng)三常采三用的三。也三取得三不少三的經(jīng)三驗，三因此三，當三務之三急是三如何三提高三超前三支護三技術三的水三平，三一個三重要三措施三就是三首先三要建三立模三式化三的、三標準三的超三前支三護工三法體三系，三在此三基礎三上，三根據(jù)三我們三的實三踐確三立各三種超三前支三護的三類型三、設三計參三數(shù)及三使用三機械三的配三套。20三23三/5三/260預襯三砌工三法的三機械預襯三砌工三法采三用的三機械三，有2大類三：1、排三鉆。三示于三下圖三。用三其鉆三設槽三形孔三，中三央的三鉆用三于壓三注砂三漿或三混凝三土，三形成三拱形三混凝三土殼三體。20三23三/5三/2612、裝三備有三切槽三鉆頭三的專三用機三械，三用于三鉆孔三，同三時充三填混三凝土三。其三機械三概況三示于三下圖三。20三23三/5三/262腳部三的施三工機三械之三一20三23三/5三/263腳部三施工三機械三之二20三23三/5三/264二、支護三結構在大三斷面三的條三件下三，隧三道支三護結三構需三要加三強。加強三的程三度應三與標三準斷三面的三作用三相同三。加強三的途三徑有三二。三其一三是改變三過去三采用三的支三護結三構參三數(shù)，三如增三加噴三混凝三土厚三度，三加密三鋼支三撐間三距等；這是三我們三目前三采用三的主三要方三法。三另一三個方三法就三是改變三材料三的規(guī)三格，三例如三高強三度噴三混凝三土、三高承三載力三錨桿等。第1種方三法的三后果三，就三是：三加大三了開三挖斷三面積三，這三也是三在同三樣凈三空斷三面積三的條三件下三，我三們的三開挖三斷面三積比三較大三的原三因之三一。第2種方三法，三是其三他國三家采三用的三主要三方法三。結三果不三僅提三高了三支護三結構三的效三果，三也縮三短了三作業(yè)三的時三間。20三23三/5三/265支護三結構三的構三成隧道三的支三護結三構包三括：初期三支護三；噴混三凝土、錨三桿、三鋼支三撐或三格柵超前三支護三；預三襯砌三、長三鋼管三等二次三襯砌三：包三括仰三拱及三底板三；臨時三支護三：需三要拆三除的三支護三構件三，如三中隔三壁等三。20三23三/5三/266初期三支護在初三期支三護中三，噴三混凝三土具三有獨三特的三作用三。是三如何三情況三下，三都是三不可三缺少三的支三護手三段。三因此三，在三大斷三面隧三道中三，對三不斷三提高三噴混三凝土三的性三能，三寄予三極大三的期三望。20三23三/5三/267噴混三凝土三的幾三個關三鍵性三的性三能指三標1、設三計基三準強三度2、初三期強三度：3、附三著強三度；4、附三著配三比；5、回三彈率三；6、粉三塵量三。20三23三/5三/2681、設三計基三準強三度噴混三凝土三不僅三是初三期支三護的三一個三重要三構件三，也三是永三久支三護的三一個三重要三組成三部分三。因三此在三許多三國家三都規(guī)三定噴混三凝土三的設三計基三準強三度，采用三與襯三砌混三凝土三同等三的強三度。不三僅如三此，三考慮三到材三料、三配比三或者三施工三機械三的技三術進三展，三噴混三凝土三穩(wěn)定三的高三強度三已經(jīng)三成為三可能三，因三此噴混三凝土三的設三計基三準強三度有三向高三強度三方向三發(fā)展三的趨三勢。例三如，三日本三第二三東名·名神三高速三公路三，在大斷三面隧三道中，三采用三材齡28天的三抗壓三強度36三N/三mm2作為三設計三基準三強度三。也三有的三國家三規(guī)定三在不良三地質三條件三下采用三高強三度噴三混凝三土的三建議三。20三23三/5三/269在一三般地三質條三件下三的隧三道，三噴混三凝土三設計三基準三強度三采用三與襯三砌混三凝土三強度三相當三的建三議是三可行三的。三另外三應該三指出三，在三歐洲三一些三國家三的噴三混凝三土規(guī)三定中三，很三少有三采用三小于C2三5等級三的噴三混凝三土。在不三良地三質條三件下三的隧三道，三應該三提高三噴混三凝土三的強三度等三級，三采用三高強三度混三凝土三也是三合適三的。20三23三/5三/270噴混三凝土三抗壓三強度三劃分

EFNARC的標準

強度劃分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60圓柱體試件24283236404448立方體試件3035404550558020三23三/5三/271挪威三的標三準三噴三混凝三土抗三壓強三度劃三分抗壓強度(MPa)C30C35C40C45C50C55立方體試件的最小抗壓強度303540455055取樣試件的最小抗壓強度19.222.425.628.832.035.220三23三/5三/2722、初三期強三度一般三說，三噴混三凝土三是最三先施三設的三，都三希望三它盡三快地三發(fā)揮三作用三，這三是我三們要三求噴三混凝三土具三有一三定初三期強三度的三目的三。設定三噴混三凝土三初期三強度三的場三合，三應考三慮隧三道開三挖條三件及三隨掌三子面三進展三產(chǎn)生三的圍三巖動三態(tài)，三以充三分確三保掌三子面三及其三附近三圍巖三的穩(wěn)三定，取24小時三以內三的強三度為三標準三。初期三強度三，應三根據(jù)三圍巖三條件三和施三工條三件，三可以三取24小時三以外三的強三度為三標準三，有三的國三家就三是以3小時三的強三度作為三基準三的。20三23三/5三/273初期三強度三的設三定值三與設三計基三準強三度一三樣，三因隧三道功三能、三斷面三形狀三等構三造條三件、三荷載三條件三及設三計方三法等三而異三。下三表是三日本三各單三位的三初期三強度三設定三事例三。20三23三/5三/274日本三噴三混凝三土初三期強三度設三定事三例單位類別材齡3小時抗壓強度（N/mm2）材齡24小時抗壓強度（N/mm2）道路協(xié)會噴混凝土－5鐵道建設·運輸設施高品質噴混凝土1.58道路公團噴混凝土－5高強度噴混凝土210高強度纖維噴混凝土21020三23三/5三/275歐洲三，根三據(jù)掌三子面三的進三展，三考慮三確保三掌子三面及三其附三近的三圍巖三穩(wěn)定三的重三要性三，要三求噴三混凝三土具三有圖三示的三初期三強度三。20三23三/5三/276J1：（A~三B）：三適用三于干三燥圍三巖、三薄層三施工三的場三合J2：(B三~C三)：適三用于三厚層三施工三和有三涌水三，受三到后三續(xù)作三業(yè)直三接作三用的三場合J3：(C以上)：只三適用三于特三殊條三件的三場合三（例三如，三大量三涌水三的場三合）20三23三/5三/2773、附三著強三度噴混三凝土三與圍三巖及三其它三物體三的附三著，三是發(fā)三揮噴三混凝三土支三護作三用的三關鍵三指標三。許三多國三家都三有明三確的三規(guī)定三。20三23三/5三/278噴凝三土的三歐洲三標準三（EF三NA三RC三)G規(guī)定三的附三著強三度如三下表三所示三，通三過附三著試三驗核三查。附著三強度三最小三值（MP三a)附著的劃分與混凝土的附著與巖體的附著非結構物0.50.1結構物1.00.5挪威三規(guī)定三附著三強度三在0.三2～1.三8M三Pa之間三。20三23三/5三/279巖類等礦物粒子大小附著強度

粗糙面破壞面片巖粘土礦物、綠泥石非常細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（1.1）破壞面（1.1）破壞面砂巖石英、長石細1.81.8泥灰?guī)r方解石、粘土礦物細1.491.84石灰?guī)r方解石細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～中位1.48±0.451.71±0.14輝綠巖斜長石、輝石細～中位1.56±0.251.7木版－－1.71.7噴混凝土表面－－1.71.720三23三/5三/2804、附三著配三比對工三程來三說，三噴混三凝土三的附三著配三比是三最有三意義三的。附著三配比三指的三是：三噴混三凝土三噴射三后附三著在三圍巖三上的三配比三。它三與噴射三配比、噴射三工藝三以及三噴射三工的三技術三熟練三程度有直三接的三關系三，不三容忽三視。三下表三是歐三洲的三一個三標準三。噴射后噴混凝土強度（附著配比）C30C35C40C45C50C55噴射前噴混凝土強度（噴射配比）C38C43C48C54C60C6520三23三/5三/2815、回三彈率三及粉三塵濃三度回彈三意味三著粗三骨料三的損三失，三而粉三塵則三意味三著微三細顆三粒的三損失三。這三兩者三對附三著的三噴混三凝土三質量三，具三有重三要的三影響三。因此三，噴三射施三工中三，如三何控三制回三彈和三減少三粉塵三的發(fā)三生是三很重三要的三課題三。也三是確三保噴三混凝三土質三量的三重要三課題三。在質三量控三制中三，有三的國三家規(guī)三定：三回彈三不能三大于20％，三粉塵三濃度三不能三大于5m三g/三m3，否三則，三就是三不合三格。20三23三/5三/2826、噴三射機三械噴射三機械三的性三能和三能力三是減三少噴三混凝三土質三量離三散性三的重三要保三證。三特別三是，三在大三斷面三隧道三中，三一次三噴射三混凝三土的三數(shù)量三有所三增加三，同三時為三了縮三短噴三射時三間，三采用三大容三量，三高性三能的三噴射三機械三，已三是大三勢所三趨。三因此三許多三國家三都規(guī)三定了三噴射三機的三要求三性能三。如三單位三時間三的噴三射量三等。三有的三更明三確規(guī)三定，三噴射三機的三生產(chǎn)三效率三應在10三m3三/h以上三。許三多施三工單三位也三都認三識到三這一三點，三開始三采用三大容三量的三噴射三機，三是非三常英三明的三決策三。20三23三/5三/283錨桿錨桿三的支三護作三用是三不能三忽視三的。三特別三是在三大斷三面隧三道的三條件三下。錨桿三是隧三道施三工過三程中三，維三護圍三巖穩(wěn)三定，三保證三施工三安全三的重三要手三段之三一。三施工三完成三后，三在一三定程三度上三，它三還可三以作三為永三久支三護結三構的三一部三分發(fā)三揮作三用。三因此三，在三施工三中，三如何三保證三和檢三查錨三桿的三施工三質量三，是三極為三重要三的。三但從三目前三的施三工狀三況看三，錨三桿長三度不三足、三不配三置墊三板、三配置三不合三理、三砂漿三充填三不密三實，三甚至三“長三錨短三打”三的現(xiàn)三象也三時有三發(fā)生三。造三成這三種現(xiàn)三象的三原因三雖然三是多三方面三的，三但主三要還三是對三錨桿三在隧三道施三工中三的作三用認三識不三足，三不能三完全三按照三要求三施工三，而三且缺三乏有三效的三檢測三手段三。20三23三/5三/284歸納三起來三，目三前錨三桿施三工中三應該三注意三的幾三個問三題是三：·建立三有效三的錨三桿質三量檢三測方三法，三及時三檢測三；·不能三忽視三錨桿三拉拔三試驗三的作三用；·合理三確定三錨桿三的參三數(shù)，三充分三發(fā)揮三群錨三的作三用；·進一三步認三識錨三桿與三圍巖三之間三的關三系；·大力三提高三錨桿三的商三品化三程度三等。20三23三/5三/285在什三么情三況下三采用三錨桿三？能夠三發(fā)揮三錨桿三效果三的圍三巖條三件，一三句話三，就三是能三夠發(fā)三揮支三護效三果的三圍巖三。為三此，三要具三備以三下條三件：·錨桿三和圍三巖間三要有三適當三的錨三固力三；·在不三連續(xù)三圍巖三中錨三桿要三橫切三不連三續(xù)面三設置三；·在連三續(xù)性三圍巖三中，三在設三置錨三桿的三范圍三內，三圍巖三位移三差要三大。20三23三/5三/286不滿三足這三些條三件的三圍巖三，錨三桿的三作用三是比三較小三的，三甚至三沒有三效果三。例三如以三下條三件的三圍巖三。·在含三水的三粘性三土中三，錨三固材三和圍三巖間三產(chǎn)生三滑動三，錨三固力三有時三不充三分；·松砂三等因三圍巖三的強三度小三，也三不能三獲得三錨固三力，三但如三對圍三巖進三行改三良，三也有三可能三產(chǎn)生三效果三；·在連三續(xù)性三圍巖三中，三變形三小，三幾乎三也不三產(chǎn)生三塑性三變形三的圍三巖。三但在三這種三圍巖三中，三因主三要是三不連三續(xù)面三支配三圍巖三的動三態(tài)，三作為三不連三續(xù)面三的對三策，三也會三產(chǎn)生三一定三的效三果；·塑性三區(qū)域三超過三錨桿三設置三范圍三以外三的場三合。三但此三時可三加長三錨桿三長度三（圖1）·有可三能發(fā)三生整三體下三沉的三場合三，如三淺埋三隧道三等20三23三/5三/28720三23三/5三/288如何三發(fā)揮三錨桿三的群三錨的三作用三？錨桿三是屬三于點三狀支三護的三類型三。除三了隨三機配三置的三錨桿三外，三絕大三多數(shù)三都應三呈網(wǎng)三狀配三置，三以便三發(fā)揮三群錨三的作三用。三這是三非常三重要三的。三因此三，錨三桿的三配置三參數(shù)三（長三度、三間距三）要三注意三符合三群錨三的工三作原三則。要想三充分三發(fā)揮三錨桿三的效三果，三就必三須發(fā)三揮群三錨的三作用三。也三就是三說要三解決三好圍三巖條三件和三錨桿三長度三、間三隔的三關系三。決三定錨三桿長三度、三間隔三時應三考慮三的圍三巖條三件如三下：·連續(xù)三性、三不連三續(xù)性三的程三度；·不連三續(xù)面三的分三布特三性（三間隔三、寬三度、三方向三等）三；·塑性三區(qū)域三產(chǎn)生三的范三圍。20三23三/5三/28920三23三/5三/290墊板三的設三置要發(fā)三揮錨三桿的三效果三，墊三板的三設置三是十三分重三要的三。我三們在三施工三中，三多數(shù)三是不三設置三墊板三的。三因為三增加三墊板三，不三僅增三加了三施工三成本三，對三工期三也有三一定三影響三。但三從效三果上三看，三這是三得不三償失三的。三日本三對此三曾進三行了三試驗三研究三。試三驗表三明：三設墊三板比三不設三墊板三，加三載應三力提三高了2.三5倍；三墊板三面積三越大三，頭三部軸三力提三高也三越多三。例三如，三墊板三面積三增加1倍，三頭部三軸力三可提三高1.三25倍等三。其三次有三墊板三時，三錨桿三軸向三應變三的最三大值三的位三置，三向內三部移三動。三這說三明錨三桿的3維約三束效三果，三得以三發(fā)揮三。圖5是有三墊板三和無三墊板三的的三軸力三分布三的變三化。三從圖三中可三以看三出，三有墊三板三時，三錨桿三的口三部也三發(fā)生三了軸三力、三而且三軸力三的最三大值三也增三加了10三%~三20三%。由三此可三見，三墊板三的作三用是三不容三忽視三的。三在錨三桿施三工中三，必三須設三置墊三板，三這在三規(guī)范三中也三有了三明確三的規(guī)三定。20三23三/5三/29120三23三/5三/29220三23三/5三/293我們三在錨三桿施三工中三，最三大的三問題三是錨三桿的三商品三化問三題。三可以三說，三在許三多國三家，三錨桿三已經(jīng)三是一三種商三品。三只要三選擇三合適三，拿三過來三用就三可以三了。三而我三們的三錨桿三，目三前絕三大多三數(shù)是三就地三用鋼三筋自三制的三。因三此，三質量三的離三散性三相當三大、三施工三工藝三也不三能標三準化三，不三能充三分發(fā)三揮錨三桿的三支護三效果三，有三時就三成為三一種三計價三的“三擺設三”。三當然三，也三有一三些商三品化三的錨三桿開三始工三廠化三的生三產(chǎn)。三但還三沒有三完全三得到三業(yè)主三、設三計和三施工三人員三的認三可。三原因三之一三，就三是商三品錨三桿的三成本三高。三因此三，大三力降三低錨三桿的三制造三成本三，提三高商三品化三的速三度，三徹底三改變三錨桿三施工三的現(xiàn)三狀是三非常三重要三的。20三23三/5三/294因此三，錨三桿不三是可三有、三可無三的問三題，三而是三如何三確保三錨桿三錨固三的質三量，三充分三發(fā)揮三錨桿三效果三的問三題。特別三是，三在大三斷面三的條三件下三，錨三桿對三控制三局部三掉塊三具有三重要三的作三用。20三23三/5三/295格柵三與鋼三支撐三（鋼三架）鋼支三撐和三格柵三在初三期支三護中三主要三用于三軟弱三破碎三或土三質圍三巖中三，很三少單三獨使三用。三多數(shù)三上與三錨桿三、噴三混凝三土等三共同三使用三。格柵三與鋼三支撐三，很三少單三獨使三用，三多數(shù)三場合三是與三噴混三凝土三、錨三桿等三組合三使用三的。三使用三鋼架三的目三的有三四點三。一是三作為三噴混三凝土三支護三功能三發(fā)現(xiàn)三前的三支持三物；二是三對噴三混凝三土進三行補三強；三是三作為三超前三支護三的支三點；最后三是與三噴混三凝土三、錨三桿共三同發(fā)三揮初三期支三護的三作用三。鋼支三撐的三最大三特點三是架三設后三能夠三立即三承載三。因三此，三多在三需要三立即