《隧道工程 第3版》 課件 第5-7章 隧道支護結構計算、隧道施工方法、隧道工程設計中的有限元方法

第五章隧道支護結構計算『5.2▎隧道施工過程的力學特性『5.3▎隧道襯砌受力計算『5.4▎半襯砌結構計算隧道工程SUIDAOGONGCHENG『5.5▎直墻式襯砌結構計算『5.6▎曲墻式襯砌結構計算『5.9▎隧道洞門計算『5.8▎襯砌截面強度驗算『5.1▎隧道支護體系形成過程及其力學特性『5.7▎襯砌初期支護的剪切滑移法驗算初期支護和襯砌結構型式是否合理，對于結構的承載能力和經濟效果都有很大的影響。其中圍巖的穩(wěn)定性對于結構型式的選擇起決定的作用。隧道支護體系巖體支護結構主要承載單元初期支護二次襯砌一方面承受圍巖壓力、結構自重以及其它荷載的作用；另一方面可以防止圍巖風化、崩塌、防水。二次襯砌防水板模板臺車初期支護『5.1▎隧道支護體系形成過程及計算模式『5.1.1▎支護體系的形成過程及其對應的力學狀態(tài)施工力學

1.荷載的模糊性

2.圍巖物理力學參數難以準確獲得

3.圍巖壓力承載體系

◆圍巖不僅是荷載，同時又是承載體

◆地層壓力由圍巖和支護結構共同承受

◆充分發(fā)揮圍巖自身承載力的重要性4.設計參數受施工方法和施作時機的影響很大

5.隧道與地面結構受力的不同點—圍巖抗力的存在『5.1.2▎隧道工程受力特點

1.結構力學模型

特點：以支護結構作為承載主體；

圍巖對支護結構的作用間接地體現(xiàn)為兩點：

①圍巖壓力；②圍巖彈性抗力。

采用結構力學方法計算，如彈性連續(xù)框架（含拱形）法、假定抗力法和彈性地基梁（含曲梁和圓環(huán)）法等。

適用于：模筑砼襯砌

分為結構力學模型（荷載-結構模式）和巖體力學模型（地層模式）?！铩?.1.3▎隧道工程計算模型

2.巖體力學模型

特點：支護結構與圍巖視為一體，共同承受荷載，且以圍巖作為承載主體；

支護結構約束圍巖的變形，圍巖體現(xiàn)為形變壓力。

采用巖體力學方法計算，如解析法、收斂—約束法圖解(又叫特征曲線法)、用剪切滑移法、數值方法(有限單元法)等。

適用于：錨噴支護『5.2▎隧道施工過程的力學特性『5.2.1▎隧道洞室開挖后的應力狀態(tài)

1．基本假定

1）圍巖均質的，各向同性連續(xù)介質2）只考慮自重產生的初始應力場3）隧道形狀是規(guī)則的圓形4）深埋，簡化為無限體中的孔洞問題開挖后，圍巖中可能會出現(xiàn)兩種情況：一種圍巖仍處于彈性狀態(tài)；另一種是部分圍巖處于塑性狀態(tài)，部分處于彈性狀態(tài)。因為深埋隧道，可以認為圍巖的初始應力到處都是一樣，并取其等于隧道中心點的自重應力，即

2．隧道開挖后的彈性二次應力狀態(tài)圍巖的初始應力彈性力學中基爾西(G.Kirsch)公式，在洞室周邊上且軸對稱的情況，即r=r0處，當l

=1，有：在洞室周邊上，主應力sr和sq的差值最大(2p0)，由此衍生的剪應力最大，所以洞室周邊是最容易破壞的，實踐也證明，洞室的破壞總是從周邊開始，并逐步向深處發(fā)展的。圍巖二次應力場隨著r/r0的增大，sr和sq均迅速接近圍巖的初始應力，當r/r0超過5時，相差都在5%之內。對于非圓形隧道的圍巖二次應力場和位移場的確定，要用到復變函數擔負映射理論，公式比較繁雜，這里不詳述。

對于淺埋圓形隧道，圍巖的二次應力場和位移場就不能按以上各式確定了，應采用彈性力學中的R.D.Mindilin公式，更進一步的方法是采用有限元法等。

3．隧道開挖后的彈塑性二次應力狀態(tài)自然界的巖體很少是線彈性的，因此，開挖隧道可能使局部區(qū)域的圍巖進入塑性狀態(tài)或受拉而破壞。對于承受任意應力狀態(tài)作用的連續(xù)、均質、各向同性的巖土類材料，常采用莫爾—庫侖(Mohr—Coulomb)條件作為塑性判據，亦稱為屈服準則(圖5-4)。材料的屈服準則圖對于在洞室周邊上且軸對稱的情況，l=1時，距隧道中心某一距離的各點，其應力值是相同的，因此圍巖中的塑性區(qū)必然是個圓形區(qū)域。令這個圓形塑性區(qū)的半徑為R0，那么在塑性區(qū)與彈性區(qū)的交界面上(即在r=R0處)，塑性區(qū)的應力sp與彈性區(qū)的應力se一定保持平衡，同時，交界面上的應力既要滿足彈性條件，又要滿足塑性條件，可得到在r=R0處：(5-3)對于l

≠1的情況，圍巖彈塑性二次應力場和位移場比較復雜，這里不再詳述。圍巖彈塑性區(qū)『5.2.2▎隧道圍巖定性判據

1．強度判據只有圍巖應力狀態(tài)超過巖體的強度條件，才能造成巖體的塑性變形、剪切破壞。所以，滿足巖體的強度條件是圍巖失穩(wěn)和破壞的必要條件。

2．變形判據隧道是超靜定結構，圍巖局部區(qū)域進入塑性狀態(tài)或受拉破壞，都不一定意味著隧道圍巖就將喪失整體的穩(wěn)定性。所以，滿足圍巖的變形條件是造成圍巖失穩(wěn)破壞的充分條件。失穩(wěn)判據有強度和變形兩方面：『5.2.3▎支護結構與圍巖的相互作用

1．支護結構特性曲線洞室開挖后，洞室圍巖應力的變化狀態(tài)，稱之為三次應力狀態(tài)。洞室開挖后的應力狀態(tài)有兩種情況:

一是開挖后的二次應力狀態(tài)仍是彈性的，洞室圍巖是穩(wěn)定的。另一種是開挖后，洞室圍巖產生塑性區(qū)，此時洞室都要采用承載的支護結構，支護結構對洞室圍巖應力狀態(tài)和位移狀態(tài)產生影響。根據彈性力學和巖體力學可得，隧道壁的徑向位移與支護阻力之間的關系式：由此可見，在形成塑性區(qū)后，隧道壁徑向位移不僅與巖體的物理參數C、f、g坑道尺寸r0和隧道埋深Hc有關，而且還取決于支護阻力Pa的大小。

根據式5-4可得支護阻力與洞壁的相對徑向位移的關系曲線如圖5-6虛線所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)：1)

允許變形(位移)愈大，所需的支護阻力也愈小。2)

在形成塑性區(qū)后，無論加多大的支護阻力都不能使圍巖的徑向位移為零(Pa無論多大，u不能為零)；3)

不論支護阻力如何小(甚至不設支護)，圍巖的變形如何增大，圍巖總是可以通過增大塑性區(qū)范圍來取得自身的穩(wěn)定而不致坍塌(Pa＝0，當umax可穩(wěn)定)。圖5-6Pa-ur/r0關系曲線

umaxulimitΔghghr崩塌彈塑性分界A810642011000×r020aP/MPau51015u修正前的修正后的

后面兩點顯然與客觀實際有出入，如隧道開挖后立即支護并起作用，只要支護阻力達到一定值，圍巖內就可以不出現(xiàn)塑性區(qū)，當支護阻力等于圍巖的初始應力時，洞壁徑向位移就為零；其次，實踐證明，任何類別的圍巖都有一個極限變形量，超過這個極限值，巖體的值將急劇下降，造成巖體松弛和坍落。而在較軟弱的圍巖中，這個極限值一般都小于無支護阻力時洞壁的最大計算徑向位移量。因此，在洞壁徑向位移超過后，圍巖就將失穩(wěn)，如果此時進行支護以穩(wěn)定圍巖，無疑的，其所需的支護阻力必將增大。也就是說，這條曲線到達后不應該再繼續(xù)下降，而是上升。

鑒于上述原因，我們可以將彈塑性狀態(tài)的洞壁徑向位移與支護阻力的理論曲線作適當修正：

1)

在彈性應力狀態(tài)時，即階段改用直線，用彈性力學中厚壁圓筒的公式來確定支護阻力與洞壁徑向位移的關系：(5-5)

2)洞壁徑向位移超過ulimit后改用一個上升的凹曲線表示，說明隨著位移的發(fā)展，所需的支護阻力將增大。

當然，在umax<ulimit的情況下，可不必做第2)項修正。

修正后的pa-ur/r0關系曲線在圖5-14中以實線表示。從圖中可以看出：

隨著ur/r0的增大Pa逐漸減小，超過后又逐漸增大；反之，隨著Pa的增大，ur/r0也逐漸減小。

可以認為這條曲線形象地表達了支護結構與隧道圍巖之間的相互作用：

在極限位移范圍內，圍巖允許的圍巖大了，所需的支護阻力就小，而應力重分布所引起的后果大部分由圍巖所承擔，如圖5-14中的A點；

圍巖允許的位移小了，則需的支護阻力就大，圍巖的承載能力則得不到充分發(fā)揮。故這條曲線可稱為“支護需求曲線”或“圍巖特性曲線”。

應該指出，上述的分析是在理想條件下進行的，例如，假定洞壁各點的徑向位移都相同，又如假定支護需求曲線與支護剛度無關等。不過，盡管存在這樣一些不準確的地方，但上述的隧道圍巖與支護結構相互作用的機理仍是有效的。

2．支護結構的補給曲線——支護特性曲線

(1)一般支護特性曲線公式

任何一種支護結構,總能對圍巖變形提供一定的約束力，即支護阻力。

混凝土或鋼支護結構的力學特性可以認為是線彈性的，也就是說作用在支護結構上的徑向均布壓力是和它的徑向位移成線性關系，即式中Ks——支護結構的剛度。

(2)幾種主要支護的剛度

1)混凝土或噴射混凝土的支護結構?？刹捎帽”谕驳墓絹碛嬎阒ёo結構的受壓剛度：它能提供的最大徑向壓力為：式中Ec、R0——混凝土或噴射混凝土的彈性模量和

抗壓強度。

2)灌漿錨桿。對圍巖變形的約束力是通過錨桿與膠結材料之間的剪應力來傳遞的，并與灌漿的質量直接有關。通過現(xiàn)場的拉拔試驗決定。圖5-7錨桿受拉

式中y——大于1的系數，表示灌漿后所增加的剛度；Es——鋼筋彈性模量；dB——錨桿的直徑；Sa——錨桿的縱向間距；Se——錨桿的橫向間距；

l——錨桿的長度(5-9)

3)組合式支護結構。如采用噴射混凝土和鋼錨桿聯(lián)合支護時，其組合的支護剛度即為：

(3)P～us/r0圖

支護結構所能提供的支護阻力是隨支護結構的剛度而增大，所以，這條曲線又稱為“支護補給曲線”，或稱為“支護特性曲線”。(5-10)3噴錨支護2噴射混凝土1錨桿105uP/MPaa0r×1000102468su圖5-8Pa-us/r0關系曲線

3．圍巖與支護結構平衡狀態(tài)的建立『5.3▎隧道襯砌受力計算『5.3.1▎隧道襯砌受力特點

脫離區(qū)彈性抗力區(qū)襯砌與圍巖相互作用，相互約束，共同作用是地下結構的重要特點，在襯砌計算中必須加以考慮。計算彈性抗力的理論有兩種：“局部變形”理論“共同變形”理論『5.3.2▎荷載的分類和組合

1．荷載的分類分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。

2．荷載的組合其最不利者作為設計荷載，求得最危險截面中所產生的最大內力值，作為選擇截面時的依據?！?.3.3▎結構自重結構自重包括墻、梁、板、柱、拱圈等結構體自重。

1．簡化為垂直的均布荷載或

2．簡化為垂直均布荷載與三角形荷載-拱腳很厚或者再簡化為：當拱圈為半園拱時，該種計算方法并不適用，因為當f

n=90°時，cosfn=0，則Dq趨于無窮大。

3．拱圈分成足夠數量的小塊-積分思想將拱圈分成足夠數量的小塊，并且折線法連接，求每塊的自重，然后用近似積分法求出拱圈內力?！?.3.4▎隧道襯砌計算有關規(guī)定采用荷載結構法計算隧道襯砌的內力和變形時，應考慮圍巖對襯砌變形的約束作用，如彈性抗力（被動荷載）。彈性抗力的大小及分布，對回填密實的襯砌構件可采用局部變形理論，其計算公式如下：σ—彈性抗力的強度（MPa);k—圍巖彈性抗力系數，無實測數據時，可按表5-1選用;δ—襯砌朝向圍巖的變形值（(m)，變形朝向洞內時，取為零。式中（1）半襯砌結構（2）直墻拱形襯砌（3）曲墻拱形襯砌『5.3.5▎隧道襯砌類型『5.4▎半襯砌結構計算『5.4.1▎計算簡圖分析半襯砌的實際工作狀態(tài)，確定計算簡圖?！?.4.2▎拱圈內力計算的基本方程式對于荷載和結構對稱的情況，取一半分析『5.4.3▎拱腳位移計算

1．單位力矩作用時a）圖

2．單位水平力作用時b）圖

3．單位豎直力作用時c）圖

4．外荷載作用時d）圖對稱，取一半，將拱圈分成偶數段，用拋物線近似積分法代替，便可得到變位積分的近似計算公式：『5.4.4▎拱圈的單位變位及荷載變位計算式中：Ds

——半拱弧長n等分后每段弧長。對稱問題的拱腳變位，根據變位疊加原理，可以得到b0、u0的表達式：對稱問題的拱腳變位qfβul/2X1X2xyu1

X=1

1+

X=1

2+b2+fb1AAAβp-upMApβ1A'u1AM=1Av1β2A'2AH=1Av2fβu2+fu1u經整理，得到未知力X1,X2的方程組求解求出半襯砌各截面的彎矩Mi和軸力Ni后，即可繪出內力圖，并確定出危險截面。同時用偏心距表示出偏心曲線圖?！?.5▎直墻式襯砌結構計算『5.5.1▎計算原理直墻式襯砌的拱圈計算原理與拱圈計算原理相同，可以參照相應公式計算?！?.5.2▎邊墻的計算直邊墻的變形和受力狀況可以作為彈性地基上的直梁計算。墻頂（拱腳）變位與彈性地基梁（邊墻）的彈性特征值及換算長度l=ahc有關，按l可以分為三種情況：邊墻為短梁(1<l<2.75)、邊墻為長梁（l≥2.75）、邊墻為剛性梁（l≤1）。墻頂在單位彎矩Mc=1單獨作用下

1．邊墻為短梁(1<l<2.75)短梁的一端受力及變形會對另一端產生影響墻頂在單位水平力Hc=1單獨作用下，墻頂的轉角b2和水平位移u2為：在主動側壓力(梯形荷載)作用下，墻頂的轉角be和水平位移ue為：當基礎無擴展時，墻頂位移為：墻頂截面的彎矩Mc、水平力Hc、轉角bc、水平位移uc為：以Mc、Hc、bc、uc為初參數，即可由初參數方程求得距墻頂為x的任一截面的內力和位移。若邊墻上無側壓力作用，即e=0，則有：墻頂的受力（除垂直之外）和變形對墻底沒有影響。

2．邊墻為長梁(l≥2.75)墻頂單位位移可以簡化為在外力作用下只產生剛體位移，即只產生整體下沉和轉動。由于墻底摩擦力很大，所以不產生水平位移。

3．邊墻為剛性梁(l≤1)邊墻受力當邊墻向圍巖方向位移時，圍巖將對邊墻產生彈性抗力，墻底處為零，墻頂處為最大值sh，中間呈直線分布。墻底面的抗力按梯形分布。由靜力平衡條件，對墻底中點a取矩，可得：由于邊墻為剛性，故底面和側面均有同一轉角，二者應相等，所以則可以得到因此，側墻面的轉角為由此可以求出墻頂處的單位位移及荷載位移。

Mc=1作用于c點時，則Ma=1，故：

Hc=1作用于c點時，則Ma=h1，故：主動荷載作用于基本結構時，則，則：由此可以求出拱頂的多余未知力的拱腳處的內力以及邊墻任一截面的內力。按結構變形特征的抗力圖形分布

『5.6▎曲墻式襯砌結構計算『5.6.1▎計算圖式

1）下零點a在墻腳。

2）上零點b與襯砌垂直對稱中線的夾角假定近似為450。

3）最大抗力點h個假定發(fā)生在最大跨度處附近

4）拱部bh段抗力按二次拋物線分布，邊墻ha段的抗力為『5.6.2▎主動荷載作用下的力法方程和襯砌內力取基本結構示，未知力為X1p、X2p，根據拱頂截面相對變位為零的條件，可以列出力法方程式：曲墻式襯砌基本結構由于墻底無水平位移，故uap=0，整理可得求得X1p、X2p后，在主動荷載作用下，襯砌內力

曲墻式結構內力分析由溫克爾假定可以得到h點的彈性抗力與位移的關系：，可得：如果h點所對應的fh=90°，『5.6.3▎最大抗力值的計算『5.6.4▎在單位抗力作用下的內力解出X1s及X2s后，即可求出襯砌在單位抗力圖為荷載單獨作用下任一截面內力襯砌任一截面最終內力值可利用疊加原理求得校核計算結果正確性時：『5.6.5▎襯砌最終內力計算及結果校核『5.7▎初期支護的剪切滑移法驗算

20世紀60年代，奧地利的臘布塞維奇教授首先提出了剪切滑移破壞理論，指出錨噴柔性支護破壞形態(tài)主要是剪切破壞而不是撓曲破壞，且在剪切破壞前沒有出現(xiàn)撓曲開裂?！?.7.1▎原理噴射混凝土的支護阻力鋼筋網、鋼拱支撐的支護阻力錨桿拉斷破壞錨桿粘結破壞聯(lián)合支護時提供的支護阻力取小值

巖體的抗滑阻力（自承能力）由巖體和初次襯砌所提供的總支護阻力為：巖體中開挖隧道后防止產生剪切滑移破壞所需的最小支護阻力。『5.7.2▎最小支護阻力的計算（1）由現(xiàn)場實測的塑性區(qū)半徑，求最小支護壓力；（2）根據隧道周邊的極限位移值，求最小支護壓力；（3）由現(xiàn)場實測的形變壓力作為最小支護壓力；（4）根據圍巖的特征曲線求最小支護壓力。對于λ=1的情況，提出一種估算方法以塑性區(qū)作為松動區(qū)，則與此相應的最大塑性區(qū)半徑為聯(lián)合上式則可求出最小支護力及其對應的最大松動區(qū)半徑，上述2式是隱函數，需要試算求解。『5.8▎襯砌截面強度驗算1檢算內容（1）安全系數檢算（2）偏心檢算2抗壓控制檢算小偏心判斷準則：此時承載能力由抗壓強度控制：式中：e0—

軸向力偏心距，e0=M/N；

K—

混凝土和石砌結構安全系數，

M,N—

軸向力；

Ra—

混凝土或砌體的抗壓極限強度；

b,h—

截面的寬度和厚度（通常取1m）；

φ—

構件的縱向彎曲系數，對隧道襯砌拱圈及墻背緊密回填的邊墻可取1；

α—

軸向力偏心影響系數。3抗拉控制檢算大偏心判斷準則：此時承載能力由抗拉強度控制：式中：—混凝土的抗拉極限強度，其它符號意義同前。混凝土襯砌的偏心距不宜大于0.45倍截面厚度；石砌體偏心距不應大于0.3倍截面厚度；基底偏心距，對巖石地基不大于1/4倍墻底厚度，對土質地基不大于1/6倍墻底厚度。4

偏心距限制洞門視作擋土墻進行計算設計：

①主動土壓力按庫侖理論進行計算；

②無論墻背仰斜或直立，土壓力的作用方向均假定為水平；

③不考慮被動土壓力。

④取最不利位置的墻體條帶計算，稱為“檢算條帶”。條帶寬度一般為1m，最不利位置～墻體最高點。5.9.1計算原理『5.9▎隧道洞門計算5.9.2計算部位（檢算條帶）的選取及計算要點1．柱式、端墻式洞門

取Ⅰ、Ⅱ作為“檢算條帶”。檢算墻身截面偏心、強度，以及基底偏心、應力及沿基底的滑動和繞墻趾傾覆穩(wěn)定性2．有擋、翼墻的洞門

檢算翼墻時取洞門端墻墻趾前之翼墻寬1m的條帶“Ⅰ”，按擋土墻檢算偏心、強度及穩(wěn)定性；檢算端墻時取最不利部分“Ⅱ”作為“檢算條帶”，檢算其截面偏心和強度；檢算端墻與翼墻共同作用部分“Ⅲ”的滑動穩(wěn)定性。5.9.3洞門計算內容

①繞墻趾的抗傾覆性；

②沿基底滑動的穩(wěn)定性；

③基底合力偏心距的計算；

④基底壓應力；

⑤墻身偏心及強度。思考題

1.隧道結構的受力特點？

2.什么是荷載—結構模型？什么是巖體力學模型？

3.什么是圍巖彈性抗力？計算模型中有幾種處理方式？溫氏假定與它有什么關系？

4.襯砌截面強度檢算的內容？

5.洞門是如何檢算的？

隧道工程SUIDAOGONGCHENG『第六章▎隧道施工方法『6.2▎傳統(tǒng)礦山法『6.3▎新奧法『6.4▎新奧法的施工技術『6.5▎洞口段及明洞施工方法『6.6▎輔助施工方法『6.7▎特殊地質地段的施工方法『6.8▎鉆爆開挖和裝渣運輸『6.9▎隧道支護施工『6.11▎隧道施工現(xiàn)場監(jiān)控量測『6.10▎隧道掘進機施工『6.1▎隧道施工特點與施工方法6.1.1隧道工程的施工特點

1.施工全過程受制于地質條件

2.大型的隱避工程

3.施工環(huán)境較差

4.多地處偏遠山區(qū)，交通不便

5.狹長建筑物，工作面很少

6.施工不受氣候影響

『6.1▎隧道施工特點與施工方法6.1.2隧道主要施工方法1)礦山法因最早應用于礦山開采而得名，由于大多數情況下需采用鉆眼爆破，故又稱鉆爆法。習慣上將凡是采用鉆爆法施工的方法都稱為礦山法。

自20世紀60年代，新奧法NATM(新奧地利隧道施工方法——NewAustriaTunnelingMethod——的簡稱)正式問世，由于新奧法從理論到施工上都與舊的礦山法有很大不同，為明確概念，將礦山法又分為傳統(tǒng)礦山法和新奧法。2)明挖法-淺埋隧道3)盾構法-盾構機泥水/EPB土壓開挖，用于土層4)TBM法-適合山嶺硬巖施工5)沉管法-主要用于修建水底隧道6)頂進法-用于地下人行通道和市政隧道等

◆工程地質和水文地質條件

這是決定施工方法的最關鍵因素◆施工技術條件和機械裝備狀況◆工期要求◆投資狀況◆其它因素如環(huán)保等對施工單位很重要6.1.3選擇施工方法的影響因素『6.2▎傳統(tǒng)礦山法『6.2.1▎上下導坑先拱后墻法下導坑上導坑上導坑落底擴大立模板，灌澆混凝土養(yǎng)生7-10d挖中層挖馬口砌邊墻16344279ⅦⅤX123467Ⅶ9XV5015~2015~2015~2015~2020~1015~2020~50下導坑先拱后墻法有出渣方便，施工安全的優(yōu)點。缺點是：消耗的木材鋼軌較多，棚架易因爆破受損，挖馬口還影響施工進度，襯砌的整體性也差?！?.2.2▎下導坑先拱后墻法名詞解釋：

挖馬口～在“先拱后墻法”施工中，開挖邊墻的工序。開挖兩個導坑增加工程造價；開挖馬口時施工干擾大；襯砌整體性差；工序多，不便于施工管理。優(yōu)點在拱圈保護下進行拱下作業(yè)，施工安全；工作面多，便于拉開工序和安排較多的勞力，加快施工進度；當地質發(fā)生變化時，改變施工方法容易。缺點上下導坑法『6.3▎新奧法『6.3.1▎新奧法名稱由來與產生的歷史背景

(1)錨桿支護在20世紀初出現(xiàn)

(2)噴射混凝土機在20世紀40年代末研制成功

(3)巖石力學的理論發(fā)展為新奧法提供了科學依據

新奧法全稱是新奧地利隧道工程方法，NewAustrianTunnelingMethod，縮寫為NATM.

由奧地利學者L.V.Rabcewiez、L.Muller等教授創(chuàng)建于上世紀五十年代。產生背景：『6.3.2▎新奧法的基本概念核心內容是充分發(fā)揮圍巖的自承能力。對新奧法的誤解新奧法以控制爆破（光面爆破、預裂爆破等）為開挖方法；以噴錨作為主要支護手段；通過監(jiān)測控制圍巖變形，動態(tài)修正設計參數和變動施工方法。把新奧法理解為隧道開挖與支護的方法誤以為采用了錨噴支護就是新奧法對施工監(jiān)控量測不夠重視對新奧法正確認識新奧法是修建隧道一種基本理論，是包含設計于施工內容的隧道工程新概念。新奧法使用錨噴支護是為了達到保護圍巖強度、控制圍巖變形、實現(xiàn)發(fā)揮圍者自承能力的目的。只有采用施工監(jiān)控量測才能掌握圍巖變形動態(tài)，做到控制變形。錨桿、噴射混凝土和施工量測是新奧法的三大要素。『6.3.3▎新奧法施工的要點◆圍巖為主要承載單元◆盡可能減輕圍巖擾動◆允許圍巖部分變形◆復合式襯砌：初期支護+防水層+二次襯砌◆初期支護為柔性的，以便與圍巖緊密接觸，共同變形和共同承載◆斷面要圓順，盡早閉合(封底)『6.3.4▎新奧法施工方法

1.全斷面法全斷面法常適用于Ⅰ~Ⅲ級硬巖的石質隧道。全斷面法全稱為“全斷面一次開挖法”，即按隧道設計斷面輪廓一次開挖成型的方法。掘進方向2312311-全斷面開挖；2-錨噴支護；3-模筑混凝土圖6-3全斷面施工方法

優(yōu)點：有利于采用大型配套機械化作業(yè)，提高施工速度，工序少，干擾少。缺點：是由于開挖面較大，圍巖相對穩(wěn)定性降低。1)

加強對開挖面前方的工程地質和水文地質的調查。2)

各工序機械設備要配套。3)

加強各種輔助施工方法的設計和施工檢查。4)

重視和加強對施工操作人員的技術培訓。5)在選擇支護類型時，應優(yōu)先考慮錨桿和噴射混凝土、掛網、拱架等支護型式。全斷面施工注意問題

三條主要作業(yè)線：開挖作業(yè)線鉆孔臺車、裝藥臺車、大型裝碴機與運載車…錨噴作業(yè)線混凝土噴射機、噴射機械手、運輸進料設施…模注混凝土襯砌作業(yè)線混凝土拌合及輸送、防水層作業(yè)、襯砌模板…

2.臺階法是新奧法中適用性最廣的施工方法，多適用于Ⅳ、Ⅴ級圍巖中。有長臺階法、短臺階法和超短臺階法三種方式。優(yōu)點：開挖具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度，有利于穩(wěn)定，上部開挖支護后，下部作業(yè)較安全。缺點：上下部作業(yè)互相干擾，臺階開挖會增加對圍巖的擾動次數等。1—上半部開挖2—拱部噴錨支護3—下半部中央部開挖4—邊墻部開挖5—邊墻部噴錨支護6—二次襯砌2513446圖6-4臺階施工方法4)施工工序

1)長臺階法

當隧道長度較短時，亦可先將上半斷面全部挖通后，再進行下半斷面施工，習慣上又稱為“半斷面法”。特點：進度快，僅次于全斷面法。適用于：Ⅲ～Ⅰ級圍巖。（2）短臺階法

短臺階法能縮短支護結構閉合的時間，改善初期支護的受力條件。特點：①支護閉合時間加快，圍巖穩(wěn)定性增加；②臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。適用于：Ⅴ、Ⅳ級圍巖

(3)超短臺階法

在軟弱圍巖中采用超短臺階法施工時應特別注意開挖工作面的穩(wěn)定性，必要時可對圍巖采用預加固或預支護措施。特點：更有利于控制圍巖變形,但上下臺階相隔太近,

施工干擾大.適用于：軟弱破碎圍巖(Ⅴ、Ⅵ級圍巖)1)

臺階數不宜過多，臺階長度要適當，一般以一個臺階垂直開挖到底，保持平臺長2.5m~3m為好。2)

個別破碎地段可配合噴錨支護和掛網施工。3)

上部開挖時，因臨空面較大，易使爆破面渣塊較大，不利于裝渣，應適當密布中小炮孔。4)

采用臺階法開挖關鍵問題是臺階的劃分形式。臺階劃分要求做到爆破后渣量較大，鉆孔作業(yè)面與出渣運輸干擾少。臺階法注意問題

3.分部開挖法

(1)臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法特點：①留核心土支頂工作面，穩(wěn)定性優(yōu)于超短臺階法：②進度慢。適用于：土質或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機具。優(yōu)點：與超短臺階法相比，臺階的長度可以加長，相當于短臺階法的臺階長度，減少了上下臺階的施工干擾，施工速度可加快。而且較側臂導坑法的機械化程度高。缺點：開挖中圍巖要經受多次擾動，而且斷面分塊多，支護結構形成全斷面封閉的時間長，將可能使圍巖變形增大，需要結合輔助施工措施對開挖工作面及其前方巖體進行預支護或預加固。核心土工字鋼臨時工作平臺一線辛苦吃得苦霸得蠻負重前行歲月靜好補充討論——三臺階七步流水作業(yè)法-國家級工法面向工程用心創(chuàng)新應變解決歷練能力(2)單側壁導坑法特點：①減小洞室開挖跨度，有利于圍巖穩(wěn)定；②導坑要閉合，增加了材料用量；③進度慢.適于：斷面跨度大，對地表沉陷有控制要求的軟弱.

優(yōu)點：是通過形成閉合支護的側導坑將隧道斷面的跨度一分為二，有效地避免了大跨度開挖造成的不利影響，明顯地提高了圍巖的穩(wěn)定性。

缺點：是因為要施作側壁導坑的內側支護，隨后又要拆除，增加了工程造價。(3)雙側壁導坑法又稱眼鏡工法。特點：①雙導坑減小洞室最大開挖跨度，增加穩(wěn)定性；②耗材增加-臨時支護多；③進度慢。適于：對地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。雙側壁導坑法特點：

但每個分塊都是在開挖后立即各自閉合的，所以在施工期間變形幾乎不發(fā)展。該法施工安全，但進度慢，成本高。1、開挖斷面分塊多，2、圍巖擾動次數增加，3、初期支護全斷面閉合的時間延長。CD法—

中隔墻法

CenterDiaphragm

一般用于城市地下鐵道施工中，對于控制地表沉陷有很好的效果。CD法施工示意圖7CRD法—

交叉中隔墻法CenterCrossDiaphragm

可采用增設臨時仰拱的措施封閉成環(huán)，CD法即變成CRD法，其余同CD法。CRD法施工示意圖

(c)上臺階可用小型挖機，中下臺階用大型挖機(d)上臺階左側留核心土的開挖施工中現(xiàn)象措施A措施B凈空位移量增大，位移速度加快，圍巖出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)。1.縮短掘進長度2.向正面或隧底噴射混凝土，以封閉支護。1.縮小開挖斷面，改變施工方法。2.預支護圍巖(打超前導管等)3.必要時設置鋼支撐開挖面頂部出現(xiàn)掉塊立即施噴混凝土和打錨桿1.加鋼支撐2.預支護圍巖3.改變施工方法開挖面出現(xiàn)涌水或涌水量增加1.加速混凝土硬化(增加速凝劑等)2.噴射混凝土前作好排水3.設置鋼筋網，或將鋼筋網格加密。1.加強排水措施(井點降水等)2.注漿止水3.改變施工方法注：A指進行比較簡單的改變就可解決問題的措施；

B指包括需要改變支護方法等比較大的變動才能解決問題的措施。6.3.5

新奧法施工中可能發(fā)生的問題及處理措施

注：A指進行比較簡單的改變就可解決問題的措施；

B指包括需要改變支護方法等比較大的變動才能解決問題的措施。施工中現(xiàn)象措施A措施B

地基承載力不足，下沉增大或產生底鼓。1.加厚底腳處的噴射混凝土，增加支撐面積。2.盡快形成閉合支護1.縮短掘進長度2.預加固地層3.改變施工方法

噴混凝土層出現(xiàn)明顯裂縫、脫離甚至塌落

開挖后盡快噴射混凝土，并適當加厚噴層，或封閉支護。1.掛鋼筋網2.打局部錨桿3.設置系統(tǒng)錨桿

錨桿軸力增大，墊板松弛或錨桿斷裂。1.增補錨桿(根數、直徑、密度)2.改變錨桿型號或類型(如將砂漿錨桿改為中空錨桿)1.縮短掘進長度，盡快閉合支護。2.改變施工方法6.3.6

新奧法與傳統(tǒng)礦山法的區(qū)別相同：均屬于鉆爆法。不同：對圍巖的認識和處理上不同，表6-2。思考題新奧法的定義？新奧法法的施工方法有哪些？

6.4新奧法的施工技術

6.4.1

新奧法施工程序

6.4.2

新奧法施工基本原則少擾動新奧法施工基本原則早支護勤量測緊封閉在進行隧道開挖時，要盡量減少對圍巖的擾動次數、擾動強度、擾動范圍和擾動持續(xù)時間；是指開挖后及時施作初期噴錨支護，使圍巖的變形進入受控制狀態(tài)；

以監(jiān)測數據來準確評價圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)，以便及時調整支護形式和開挖方法，確保施工得以安全和順利地進行；

指要盡快形成對圍巖的封閉形支護，以有效控制圍巖變形，使得支護和圍巖共同進入良好的工作狀態(tài)。6.4.3

錨桿

1.錨桿的支護效應

(1)懸吊效應

將不穩(wěn)定巖體的重量傳遞給深層堅固巖體承擔，起到懸吊效應。圖6-10懸吊效應圖

(2)組合梁效應

將若干層層狀巖體串聯(lián)在一起，增大層間的摩阻力形成組合梁效應。圖6-11組合梁效應圖錨桿

(3)加固梁效應

布置系統(tǒng)錨桿，使一定厚度范圍內有節(jié)理、裂隙的破裂巖體或軟弱巖體緊壓在一起形成連續(xù)壓縮帶，使圍巖接近于三向受力狀態(tài)，增加了圍巖的穩(wěn)定性。加固效應錨桿間松動帶拱效應0r+Lr0θσrσWDD

2.錨桿的種類1)全長粘結型錨桿，包括普通水泥砂漿錨桿、早強水泥砂漿錨桿、樹脂錨桿、水泥卷錨桿、中空注漿錨桿和自鉆式注漿錨桿等。2)端頭錨固型錨桿，包括機械錨固錨桿、樹脂錨固錨桿、快硬水泥端頭錨桿等。3)摩擦型錨桿包括縫管錨桿、楔管錨桿、水脹錨桿等。4)預應力錨桿和自鉆錨桿等。錨桿種類3.

錨桿的布置

錨桿的布置分為局部布置(Ⅰ-Ⅲ)和系統(tǒng)布置(Ⅳ-Ⅵ)

1）局部布置

錨桿局部布置的原則：

拱腰以上部位錨桿方向應有利于錨桿的受拉.

拱腰以下及邊墻部位錨桿宜逆向不穩(wěn)定巖塊滑動方向.

2）系統(tǒng)布置

應沿隧道周邊徑向布置，應與巖體主結構面或巖層層面呈大角度布置。按梅花形排列，間距≯1.5m。間距較小時，可用長短錨桿交錯布置兩車道隧道錨桿長度≮2.0m，三車道隧道錨桿長度一般≮2.5m。

錨桿的質量檢查

錨桿質量檢查，包括長度、間距、角度、方向、抗拔力等。其中主要是抗拔力試驗，對于重要工程可增作灌漿密度試驗。

如抗拔力不符合要求時，一般可用加密錨桿予以補強。6.4.4鋼架

對于自穩(wěn)時間很短的Ⅴ、Ⅵ級圍巖隧道；

淺埋偏壓隧道；隧道處于粉細砂、大面積淋水等地段；為了抑制圍巖過大的變形。使用條件：

架設后立即受力，且強度和剛度均較大，可承受開挖時引起的松動壓力。鋼架的最大特點：鋼架可分為：型鋼鋼架和格柵鋼架兩種類型。6.4.4鋼架1.

型鋼鋼架

工程上采用的型鋼鋼架有：工字型鋼、H型鋼、槽鋼、U型鋼、鋼管及鋼軌等材料。缺點：

鋼架較重，架設困難；不便于加工制作；鋼架與噴射混凝土結合不良，粘結力較小.目前現(xiàn)場只有十分必要時才使用。

工字型鋼拱架格柵網構鋼架

『6.4.5▎噴射混凝土

1.噴射混凝土的特點◆充填裂隙加固圍巖◆封閉圍巖壁面防止風化◆噴射混凝土與圍巖組成共同承載體系優(yōu)點:◆早期強度高，可與圍巖緊密結合共同變形◆降低工程造價◆工藝簡單，機械化程度高

2.噴射混凝土的噴射方式

(1)干噴將砂、石、水泥按一定比例干拌均勻投入噴射機，同時加入速凝劑，用高壓空氣將混合料送到噴頭，再在該處與高壓水混合后以高速噴射到巖面上。其工藝流程如圖6-13所示。

(2)潮噴將砂、石料預加水，使其浸潤成潮濕狀，再加水泥拌合均勻，從而降低上料和噴射時的粉塵，其工藝流程同干噴。

(3)濕噴用濕噴機壓送拌合好的混凝土，在噴頭處添加液態(tài)速凝劑，再噴到巖面上。工藝流程如圖6-14所示。

細骨料粗骨料水泥攪拌機干式噴射機速凝劑壓縮空氣噴頭水圖6-13干噴、潮噴工藝流程細骨料粗骨料水泥攪拌機濕式噴射機速凝劑壓縮空氣噴頭水外加劑圖6-14濕噴工藝流程3.噴射混凝土的材料及其組成摻入速凝劑后凝結快、保水性好、早期強度增加快、收縮小。水泥噴射混凝土的材料砂子石子速凝劑水應符合普通混凝土所要求的用砂標準。采用堅硬、耐久的卵石或碎石。石子的最大粒徑與混凝土噴射機的輸料管直徑有關，一般不宜超過管內徑的1/3。

加速混凝土的凝結、硬化，提高早期強度；減少回彈量；防止因重力作用而引起的流淌或脫落；增大一次噴射厚度，縮短分層噴射的時間間隔。用水的要求與普通混凝土相同，水中不應含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質。

(1)噴射混凝土的材料

(2)噴射混凝土的配合比和水灰比

1)配合比指每1m3噴射混凝土中水泥、砂子和石子的重量比例?！磸姸冗M行設計。

2)水灰比一般為0.4～0.5

若水灰比過小，不僅料束分散，回彈量增多，粉塵大，而且噴層上會出現(xiàn)干斑，蜂窩等現(xiàn)象，影響噴射混凝土的密實度。當水灰比過大時，會造成噴層流淌、滑移，甚至大片坍落，影響混凝土強度?；炷羾娚錂C4噴射混凝土主要機具◆混凝土噴射機◆攪拌機◆混凝土運送攪拌車◆混凝土噴射三聯(lián)機◆空壓機空壓機攪拌機

5.噴射混凝土的施工工藝(干式噴射)（1）噴射混凝土的施工準備材料、機械(具)的準備

施噴場地準備

（2）施噴作業(yè)（指干式噴射）1）風、水壓

風壓：風源風壓應穩(wěn)定在0.4～0.65MPa。

若風壓過小，則噴射動能太小，粗骨料沖不進砂漿層而脫落；若風壓過大，則噴射動能大，粗骨料會碰撞巖面而回彈。

水壓：規(guī)定噴射作業(yè)區(qū)的系統(tǒng)水壓應大于0.4MPa，使拌合料充分潤濕水化。

2）噴嘴與受噴巖面之間的距離和角度

距離：噴嘴與受噴巖面之間的距離以0.8～1.2m為宜——使水泥充分水化，且噴射混凝土束集中及回彈石子不致傷害噴射手。角度：垂直向剛噴射過的混凝土部位傾斜不大于10°——以使回彈物收到噴射束的約束，抵消部分彈回的能量而減少回彈量。噴射拱部時應沿徑向噴射。3）一次噴射的厚度及各噴層之間間隔時間

厚度：根據噴射效率、回彈損失等因素確定.

間隔時間：當采用紅星一型速凝劑時可在5～10min以后進行下一次噴射。一次噴射厚度(cm)部位摻速凝劑不摻速凝劑邊墻7～105～7拱部5～63～4

4)噴射分區(qū)與噴射順序

為了減少噴射混凝土因重力作用而引起的滑動或脫落現(xiàn)象，噴射時應按照分段、分部、分塊、由下而上，先邊墻后拱墻和拱腰，最后噴拱頂的原則進行。

6.噴射混凝土堵管問題的處理粗集料過大；混合料濕度過大致使摩擦力增大；輸料軟管彎頭過小及風壓偏?。凰緳C操作不對，如先開馬達后給風；混合料未吹完就停風；誤開放氣閥而停風等。噴射機司機立即關閉馬達，隨后關閉風源，噴射手將軟管拉直，然后用手錘敲擊以尋找堵管處。當找到堵管部位后，可將風壓升到0.3～0.4Mpa(不超過0.5Mpa)，并用錘擊堵管部位，使其暢通。排出堵管時，噴嘴前方嚴禁站人，以免被噴傷。原因解決7鋼纖維噴射混凝土工藝

鋼纖維噴射混凝土是指在噴射混凝土中加入一定數量的鋼纖維。為混凝土提供了非連續(xù)性的微型配筋，從而改善其物理力學性能。鋼纖維噴射混凝土抗拉、抗彎、抗沖擊、抗拉拔強度項目抗拉強度(MPa)抗彎強度(MPa)抗沖擊(次)抗拉拔強度(MPa)素噴射混凝土28.44.810～406.9鋼纖維噴射混凝土46.86.9～7.6100～50012.4一般鋼纖維的摻入量為噴射混凝土體積的1％～2％鋼纖維噴射混凝土配合比材料細骨料鋼纖維噴射混凝土(kg/m3)9mm骨料鋼纖維噴射混凝土(kg/m3)水泥446～558445砂子1679～1483880～6979mm骨料700～875鋼纖維39～15739～150水灰比0.4～0.450.4～0.45鋼纖維噴射混凝土和素噴射混凝土早期強度比較齡期素噴射混凝土(MPa)鋼纖維噴射混凝土(MPa)20.0040.02740.0180.05980.1140.197243.816409977211.0912.3112013.9515.7216815.7817.42

8.噴射混凝土的質量檢查為了確保噴射混凝土的質量，應作如下幾方面檢查：

1）每批原材料進庫(場)，均用進行質量檢查與驗收。

2）噴射混凝土強度檢查。

3）噴層與圍巖粘結情況的檢查。

4）噴層厚度的檢查。

6.4.6

復合式襯砌

由初期支護/二次襯砌/防水層組成,規(guī)定：

1）初期支護宜用錨噴支護，即由噴射混泥土、錨桿、鋼筋網和鋼拱架等單獨或組合使用，錨桿宜用全長粘結錨桿。

2）二襯宜用模筑素砼或RC，截面宜用連接圓順等厚襯砌斷面，仰拱厚度宜與拱墻厚度相同。

3）應考慮預留適當的變形量?！?.5▎洞口段及明洞施工方法『6.5.1▎洞口段施工方法

1.洞口段的概念

指隧道開挖可能給洞口地表造成不良影響(下沉、塌穴等)的洞口范圍。一般情況下，可將洞口淺埋段劃分為洞口段。洞口段特點：覆蓋淺、地質差，地表水匯集。進洞順利與否，對工程的展開影響甚大。

隧道洞口工程主要包括：

邊仰坡土石方、邊仰坡防護、路塹擋護、洞門圬工、洞口排水系統(tǒng)、洞口檢查設備安裝和洞口段洞身襯砌等。洞門結構一般在暗洞施工一段以后再做。邊仰坡防護應及時作好。

2.進洞方法影響進洞施工方法的因素：●施工機具配備情況●洞外相鄰建筑的影響●地形條件●地質條件---最為重要！按地質條件，有以下幾種施工方法：（1）全斷面法進洞適應于：Ⅰ、Ⅱ級圍巖。注意事項：初始10～20m區(qū)段的開挖，應短進尺。視地質條件，嚴格控制爆破進尺：①Ⅳ、Ⅲ級圍巖～短臺階爆破進尺1.5m～2.5m；網、錨、噴支護。②Ⅴ、Ⅳ級圍巖～短臺階爆破進尺在1.5m以內；超前錨桿(或小導管)，鋼拱架。③Ⅵ、Ⅴ級圍巖～超短臺階進尺0.5～1.0m；不爆破，人工或機械挖掘。問題：Ⅰ、Ⅱ級圍巖能否用臺階法進洞？答：可以，前提是在不具備全斷面進洞的條件下；用長臺階法，但初始段爆破進尺仍應控制在2～3m內。（2）臺階法進洞當圍巖很差，超短臺階法往往還不夠安全，可用:①環(huán)形開挖留核心土法(前已述)②側壁導坑法(前已述)③下導坑法（3）其它進洞方法

超前錨桿

超前小導管

管棚等預支護法進洞現(xiàn)場管棚：管棚及套拱管棚及套拱立鋼拱架施做管棚導向管鋪設套拱模板『6.5.2▎明洞施工方法適用于：覆蓋層薄、邊仰坡不穩(wěn)、偏壓等。方法：在洞口處先作一段明洞，抵緊仰坡坡腳→及時回填以加固仰坡→暗挖進洞。6.5.2

明洞施工方法

1.先墻后拱法全稱“全部明挖先墻后拱法”。

適用：臨時邊坡能暫時穩(wěn)定的對稱式明洞。優(yōu)點：襯砌整體性好，施工空間大，有利于施工。缺點：土方開挖量大，刷坡較高。圖6-16明洞先墻后拱法圖1-臺階1開挖2-臺階2開挖3-臺階3開挖4-襯砌施作3213211：n1：m44

2.先拱后墻法又稱明拱暗墻法

適用：不宜大范圍開挖邊仰坡的情況。

優(yōu)點：土石方開挖量較小，刷坡較低。

缺點：襯砌整體性較差，邊墻防水層施作不方便.

圖6-17明洞先拱后墻法1-上臺階開挖2-灌注拱部3-下臺階中央開挖4-左側馬口開挖5-灌注左側邊墻6-右側馬口開挖7-灌注右側邊墻641：m12357思考題新奧法施工的基本原則是什么？錨桿的作用有哪些？噴射混凝土的噴射方式有哪幾種？何為洞口段？進洞方法有哪些？『6.6▎輔助施工方法預留核心土噴射混凝土封閉開挖工作面超前錨桿(亦可用小鋼管)管棚臨時仰拱封底。預支護措施輔助施工方法預加固措施預注漿加固地層地表噴錨預加固超前小導管注漿等預支護與預加固雙重作用『6.6.1▎超前錨桿圖6-18超前錨桿設置方式適用條件：主要適用于土砂質地層、膨悵性地層、裂隙發(fā)育的巖體以及斷層破碎帶等。布設范圍：拱部一定范圍，并搭接1m。過去砂漿錨桿，現(xiàn)在多用中空注漿錨桿。超前錨桿超前錨桿設計遵循的原則：

1）超前錨桿設置范圍，對于拱部宜為隧道拱部外弧全長的1/6~1/2。

超前錨桿主要適用于土砂質地層、膨脹性地層、裂隙發(fā)育的巖體以及斷層破碎帶等。

2）錨桿長度定為3~5m，拱部超前錨桿縱向兩排之間應有1m以上的水平搭接段；錨桿間距，Ⅳ級圍巖定為40~60cm，Ⅴ級圍巖宜為30~50cm。

3）充填砂漿宜采用早強砂漿，不應低于M20。適用條件:◆隧道位于松軟地層中◆需要從塌方體中穿過◆淺埋隧道要求限制地表沉陷量◆進洞時地質條件很差布設范圍：拱部，搭接3m。特點：管徑粗(外徑為70～180mm)，在所有預支護措施中，支護能力最強大；但施工技術較復雜，造價較高。6.6.2

管棚管棚設置示意圖施作要點：(1)單根長4～6m，總長可至數十米。(2)一環(huán)管棚長度一般不小于10m。(3)可向管內注入水泥砂漿，以增加其剛度。(4)鋼管的尾部需架設在鋼拱架上，并焊死；(5)相鄰兩榀鋼拱架間以拉筋相連。(6)與巖壁之間，環(huán)向每隔2m應用楔子楔緊

鋼管構造:管壁上須留注漿孔，孔徑為10～16mm，孔眼間距為100～200mm，呈梅花形布置。鋼管注漿方式，一種是通過管壁上的注漿管向地層內注漿，另一種主要是為了增加鋼管剛度，向鋼管內注入混凝土。管棚鋼管構造f

70～f

180200200100100100100

鋼管注漿孔鋼筋籠f10～f16注漿孔『6.6.3▎超前小導管注漿小導管(鋼管)縱向連接筋鋼拱架10°～15°小導管(f38～f42)適用：軟弱破碎地層。特點：預支護+預加固，支護效果強于超前錨桿，往往與鋼拱架一起設置。搭接長度大于1m。步驟：噴砼封閉開挖面,鉆孔→插入小導管→導管注漿.超前小導管鋼管構造f37～42鋼管錐頭注漿孔預留止?jié){段鐵箍≥30cm注漿孔管壁梅花型布置注漿小導管構造：φ38～42mm無縫鋼管，單根長3～5m，管壁注漿孔，孔徑φ6～8mm,孔距15～20cm。

小導管注漿以加固圍巖為主，因此通常壓注水泥砂漿，水灰比為0.5~1.0。當巖體破碎，圍巖止?jié){效果不好時，亦可采用水泥～水玻璃雙液注漿。小導管鋼拱架

在開挖之前，先往地層中注漿以加固圍巖，使得開挖能夠安全穩(wěn)妥地進行，稱之為預注漿加固地層。

注漿方式：l.滲入性注漿2.劈裂性注漿3.壓密性注漿4.高壓噴灌注漿現(xiàn)代注漿技術都是采用定壓和定量相結合的方法。6.6.4

預注漿加固地層為加長注漿段，專門在開挖工作面上打超前長導管注漿

適用條件：◆

在淺埋洞口地段進洞困難；◆

在偏壓洞口段一側邊坡開挖過高。

(1）地表錨噴預加固類型與加固方法

1）洞口邊仰坡表層預加固

先按設計坡度刷坡，然后沿坡面噴射混凝土，必要時加設鋼筋網。適用:松軟砂土質地層坡面的加固，可防止表層的剝落和滑塌。加固范圍一般為刷坡范圍。6.5.5

地表錨噴預加固地表網錨噴2）洞門上方陡坎加固和仰坡加固陡坎中水平錨桿(或小導管)布置寬度以隧道洞寬為準,并噴混凝土將陡坎面封閉,必要時加設鋼筋網.地表錨桿可以垂直于坡面打入。3）洞口淺埋段預加固當洞口自然坡面較平緩、圍巖軟弱、覆蓋層淺，以錨桿加固為主，最好將錨桿伸至襯砌拱圈外緣，以增加錨桿鎖固圍巖的能力.(2）錨桿加固范圍的確定①經驗方法

加固寬度B≥(1～2)b，

b為隧道開挖寬度；

加固長度為淺埋段長度。②破裂面估算法：破裂角法。①噴層厚5～10cm；②錨桿直徑16～22cm，長度3～6m，間距1～2m；③鋼筋網：筋徑6～8mm，40cm×40cm的網格；④在洞門一定范圍內，宜盡量將地表錨桿插入拱部襯砌中。

（3）地表錨噴加固經驗參數思考題隧道輔助施工措施有哪些？『6.7▎特殊地質地段施工方法特殊地質地段：膨脹地層、軟弱黃土層、塌方、巖溶、巖爆、流砂、高地溫、瓦斯等地層。特殊地質地段隧道特點：1）巖層的地質條件成因復雜;2）地質條件具有突變性，事故具有突發(fā)性;

3）對隧道施工的危害極大。因此除了應遵守一般技術要求外，還應采取針對性較強的輔助施工方法。其中，塌方不屬于地質，只是一種隧道事故，塌方在任何地質地層中均可發(fā)生，如上述的膨脹地層、軟弱黃土等地層均可發(fā)生塌方?！?.7.1▎膨脹性圍巖

1.膨脹性圍巖的特性膨脹土圍巖常常具有明顯的塑性流變特性，膨脹土圍巖因吸水而膨脹，失水而收縮，都將破壞圍巖的穩(wěn)定性。

2.膨脹土圍巖對隧道施工的危害施工中常見的現(xiàn)象：圍巖裂縫、隧道下沉、圍巖膨脹突出和坍塌、底鼓以及襯砌變形和破壞等。

3.隧道在膨脹土圍巖中的施工要點加強對圍巖壓力及流變的調查和量測合理選擇施工方法加強支護

案例：新七里溝隧道，全長只有235米，但屬襄渝鐵路全線最長的膨脹土隧道，這種膨脹土見水就膨脹，失水就收縮，見風就開裂，一裂就崩塌，在隧道施工史上尚無先例，中鐵20局奮戰(zhàn)了16個月?！?.7.2▎黃土1黃土地層對隧道施工的影響◆

黃土節(jié)理

—極易產生“塌頂”或引起較大的坍塌◆黃土沖溝地段

—容易發(fā)生較大的坍塌或滑坡現(xiàn)象◆黃土溶洞與陷穴

—基礎下沉、發(fā)生冒頂或承受偏壓◆

水的影響

—黃土干燥和濕潤時強度、變形性質顯著差異←黃土的濕陷性分布于陜西、甘肅等地

2.黃土隧道施工要點

1）做好黃土中構造節(jié)理的產狀與分布狀況的調查。

2）遵循“短開挖、少擾動、強支護、實回填、嚴治水、勤量測”的施工原則。

3）采用短臺階法或環(huán)形開挖留核心法，初期支護應緊跟開挖面施作。

4）做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程，并妥善處理好陷穴、裂縫，以免地面積水浸蝕洞體周圍，造成土體坍塌。

3.黃土隧道的洞門設計應遵循的原則1）考慮地表水沖刷防護；2）對端、翼墻地基采取適當的換填夯實措施；3）壓力可按庫侖理論計算；4）進行相關演算。

1.溶洞的類型死、干、小型溶洞：較容易處理活、濕、大型溶洞：較難處理『6.7.3▎溶洞巖溶：可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等，在水的作用下產生溝槽、空洞以及地表陷穴等現(xiàn)象。溶洞：溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。

分布極廣，如廣西、湖南、云南、貴州等地。

對隧道施工影響溶洞巖質破碎，容易發(fā)生坍塌；溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理；溶洞涌泥危及施工。

應查明溶洞分布范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，據以確定施工方法。在巖溶地段，隧道常用處理溶洞的方法，有“引、堵、越、繞”四種。(1)引◆注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵.◆方法：暗管、涵管或小橋等，見圖6-24。圖6-24橋涵宣泄水流

2.隧道溶洞處理措施(2)堵◆對象：已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞?！舴椒ǎ孩倩炷痢{砌或干砌片石回填封閉，見圖6-25②隧頂溶洞，錨噴加固，必要時注漿加固與堵水，并加設隧道護拱及拱頂回填，見圖6-26。圖6-25溶洞堵填圖6-26錨桿加固與護拱干砌片石混凝土填實漿砌片石漿砌片石錨桿漿砌片石或混凝土護拱片石、碎石回填密實(3)越隧道一側遇到狹長較深的溶洞，可加深該側邊墻基礎；溶洞較大并有流水時，可在隧底以下砌筑圬工承重墻跨越隧道邊墻部位遇到較大較深的溶洞，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過。圖6-27加深邊墻基礎圖6-28在承重墻內設涵管圖6-29筑拱跨越溶洞(4)繞

若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續(xù)隧道前方的施工,同時處理溶洞。3.溶洞地段施工的注意事項1)多作物探超前預報，如地質雷達.2)穿過溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石.3)嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動.4)在溶洞松軟充填體中掘進，可用超前支護施工.5)溶洞末做出處理方案前，不要將棄碴傾填于溶洞中.

6.7.4

塌方★

塌方不是特殊地層，而是一種施工事故，是隧道常見的一種風險。在前面所講的黃土、膨脹土等地層都易發(fā)生塌方。1塌方的主要原因

◆

不良地質及水文地質條件◆

隧道設計考慮不周◆

施工方法和措施不當

(1)不良地質及水文地質條件1）穿過斷層及其破碎帶，一經開挖，應力迅速釋放、圍巖失穩(wěn)，輕則引起圍巖掉塊、坍落，重則引起塌方。2）通過各種堆積體時，由于圍巖結構松散，顆粒間無膠結或膠結差，開挖后引起坍塌。3）在軟弱結構面發(fā)育或泥質充填物過多的地層中，均易產生較大的坍塌。4）穿越地層覆蓋過薄地段，如在沿河傍山、偏壓地段、溝谷凹地淺埋和丘陵淺埋地段極易發(fā)生塌方。5）巖層軟硬相間或有軟弱夾層的巖體，在地下水的作用下，軟弱面的強度大為降低，因而發(fā)生滑坍。6）地下水的軟化、浸泡、沖蝕、溶解等作用加劇了巖體的失隱和坍落。

(2)隧道設計考慮不周1）隧道選定位置時，地質勘查不細;沒有繞開可以繞避的不良地質地段，使得隧道選址不合理。

2）設計本身可能存在不合理的地方。1）施工方法與地質條件不相適應；地質條件發(fā)生變化時，沒有及時改變施工萬法；工序間距安排不當，致使支護應該盡快閉合而沒有閉合。

2）噴錨支護不及時，圍巖暴露時間過久。噴射混凝土的質量、厚度不符合要求。3）按新奧法施工的隧道，沒有按規(guī)定進行量測，或信息處理失誤、或反饋不及時，導致決策失誤，喪失了對圍巖的有效控制。4沒有科學地進行控制爆破，圍巖爆破用藥量過多，因而擾動過度，引起坍塌。5對危石檢查不重視、不及時，或處理危石措施不當，引起巖層坍塌。

(3)施工方法和措施不當★

2.塌方前的預兆

1）量測信息所反應的變形速度或數值超過警戒值。

2）噴射混凝土產生縱橫向裂紋或龜裂。

3）在坑頂或坑壁發(fā)現(xiàn)不斷掉下土塊、小石塊或構件支撐間隙不斷漏出砂、石屑。

4）巖層層理、節(jié)理縫或裂隙變大、張開。

5）隧道內滲水、滴水突然加劇或變渾。

3.預防塌方的施工措施選擇安全合理施工方法加強塌方預測預防塌方施工措施先排水—治塌先治水短開挖弱爆破強支護快襯砌勤量測觀察法一般量測法微地震學測量法和聲學測量法加強初期支護噴錨支護鋼拱架鋼筋網

處理塌方應先加固末坍塌地段，防止繼續(xù)發(fā)展。處理時必須詳細觀測塌方的范圍、形狀及塌穴的地質構造，查明塌方發(fā)生的原因和地下水活動情況，制定切實可行的處理方案。根據塌方規(guī)模和位置不同，可按下列方法進行處理?！?/p>

小塌方◆

大塌方◆

塌方冒頂◆

洞口塌方◆

防排水的處理措施—“治塌應先治水”

4.隧道塌方的處理措施三亞市繞城高速迎賓隧道塌方救援最新圖片（2009-06-05）

4.隧道塌方的處理措施

(1)小塌方

首先加固塌體兩端洞身→抓緊噴射混凝土或采用錨噴聯(lián)合支護封閉塌穴頂部和側部→進行清碴。

在確保安全的前提下，也可在塌碴上架設臨時支架，穩(wěn)定頂部→然后清碴。

臨時支架的拆除須待灌筑襯砌混凝土達到要求強度后方可進行。最后要用漿砌片石或干砌片石將塌穴填滿。

(2)大塌方

宜采取先護后挖的方法。

在查清塌穴規(guī)模大小和穴頂位置后→可采用管棚法和注漿固結法穩(wěn)固圍巖和碴體，待其基本穩(wěn)定后→按先上部后下部的順序清除碴體→并盡快完成模注混凝土襯砌(加強型).

對襯砌背后的空穴，可先用漿砌片石回填一定厚度，再以棄碴填實。

當塌穴很大，全部填滿有困難時，也可考慮采用噴錨支護等方法穩(wěn)定塌穴洞壁，或請設計單位共同做出處理。

(3)塌方冒頂指一直塌到了地表。在清碴前應先支護陷穴口，地表陷穴要用雨布遮蓋，周圍開挖臨時排水溝，以