北京交通大学---隧道设计与施工---第6部分 修正设计

1、第六部分第六部分 修正设计修正设计图图5-1 5-1 隧道设计两个阶段的划分隧道设计两个阶段的划分图图2 2 已施工区段的观察调查结果的利用方法已施工区段的观察调查结果的利用方法 表表1 1 已施工区段的观察调查记录例已施工区段的观察调查记录例变变异异状状况况钢支撑变异钢支撑变异1 1无无2 2变形变形3 3屈服屈服喷混凝土变异喷混凝土变异1 1无无2 2开裂（不影开裂（不影响稳定性）响稳定性）3 3开裂（影开裂（影响稳定性）响稳定性）4 4开裂方向：纵向；开裂方向：纵向；横向；任意；横向；任意；5 5剥落剥落6 6脱落脱落锚杆变异锚杆变异1 1无无2 2头部变异头部变异3 3头部脱落头部脱落

2、4 4断裂断裂仰拱变异仰拱变异1 1无无2 2破损破损衬砌变异衬砌变异1 1无无2 2开裂（不影开裂（不影响稳定性）响稳定性）3 3开裂（影开裂（影响稳定性）响稳定性）4 4开裂方向：纵向；开裂方向：纵向；横向；任意；横向；任意；5 5剥落剥落上半断面地层变异上半断面地层变异1 1无无2 2流动化流动化3 3底鼓底鼓4 4泥土化泥土化其它变异其它变异施施工工方方法法有无增喷混凝土有无增喷混凝土1 1无无2 2有有有无增打锚杆有无增打锚杆1 1无无2 2有有掌子面正面加强掌子面正面加强1 1无无2 2正面倾斜正面倾斜3 3环形开挖环形开挖4 4正面喷混凝正面喷混凝土土5 5正面锚杆正面锚杆超前支

3、护超前支护1 1无无2 2钢背板钢背板3 3超前导管超前导管4 4超前压浆锚超前压浆锚杆杆5 5管棚管棚临时仰拱临时仰拱1 1无无2 2有有拱脚扩大支撑拱脚扩大支撑1 1无无2 2有有反复支护反复支护1 1在变形在变形富裕内富裕内2 2反复支护反复支护3 3导坑导坑围岩压浆围岩压浆1 1无无2 2有有排水排水1 1无无2 2排水钻孔排水钻孔3 3井点降水井点降水4 4排水坑道排水坑道其它其它其其它它表表2 2 设计修正的方法设计修正的方法现象现象研究事项研究事项修正方法修正方法需要减轻需要减轻设计的场设计的场合合位移值小位移值小锚杆轴力小锚杆轴力小喷混凝土应力小而且无变异喷混凝土应力小而且无变

4、异掌子面稳定掌子面稳定不连续面的间隔、状态不连续面的间隔、状态涌水的多少涌水的多少围岩强度比大围岩强度比大减轻支护结构减轻支护结构增加一次掘进长度增加一次掘进长度变更断面分部变更断面分部减小变形富裕值减小变形富裕值需要增强需要增强设计的场设计的场合合位移大位移大喷混凝土发生变异喷混凝土发生变异锚杆产生过大的轴力锚杆产生过大的轴力钢支撑发生变异钢支撑发生变异掌子面不稳定掌子面不稳定初期位移速度初期位移速度位移的收敛性位移的收敛性围岩的应力、应变状态围岩的应力、应变状态松弛区域的大小松弛区域的大小围岩强度比小围岩强度比小掌子面的自稳性掌子面的自稳性涌水的多少涌水的多少增加支护结构增加支护结构补强掌

5、子面附近补强掌子面附近断面早期闭合断面早期闭合变更断面分部变更断面分部变更开挖断面变更开挖断面增加变形富裕值增加变形富裕值图图3 3 支护结构增减的方法支护结构增减的方法表表3 3 施工中的现象和处理措施施工中的现象和处理措施 施工中的现象施工中的现象 处处 理理 措施措施 A A 处处 理理 措措 施施 B B 开开 挖挖 面面 及及 其其 附附 近近正面变得不稳定正面变得不稳定缩短缩短次掘进进尺次掘进进尺开挖时保留核心土开挖时保留核心土向正面喷混凝土向正面喷混凝土用插板或小导管用插板或小导管缩小开挖断面缩小开挖断面打正面打锚杆打正面打锚杆改善围岩状况改善围岩状况开挖面顶部掉块开挖面顶部掉块

6、增多增多缩短开挖时间及提早喷射缩短开挖时间及提早喷射用插板和小导管用插板和小导管缩短一次描进长度缩短一次描进长度开挖面分郭施工开挖面分郭施工加钢支撑加钢支撑改善围岩状况改善围岩状况开挖面出现涌水开挖面出现涌水或者涌水量增加或者涌水量增加使喷混疑土及早硬化使喷混疑土及早硬化喷射前作好用排水喷射前作好用排水设小网格的金属网设小网格的金属网设排水板设排水板采用排水方法采用排水方法( (如排水钻孔、如排水钻孔、井点降水等井点降水等) )改善围岩状况改善围岩状况地基承载力不足，地基承载力不足，下沉增大下沉增大注意开挖不要损伤底部围岩注意开挖不要损伤底部围岩加厚底脚处喷混凝土，增大支加厚底脚处喷混凝土，增

7、大支承面积承面积增加锚杆增加锚杆缩短台阶长度，及早闭合缩短台阶长度，及早闭合用喷混凝土作临时仰拱用喷混凝土作临时仰拱改善围岩状况改善围岩状况产生底鼓产生底鼓及早进行卵拱喷射及早进行卵拱喷射在仰拱部分打锚杆在仰拱部分打锚杆缩短台阶长度及早闭合缩短台阶长度及早闭合 喷喷 混混 凝凝 土土 喷混凝土离层或剥离喷混凝土离层或剥离开挖后尽快进行喷射开挖后尽快进行喷射加金属网加金属网解除涌水压力解除涌水压力加厚喷层加厚喷层打锚杆或增强锚杆打锚杆或增强锚杆喷混凝土应力增大，喷混凝土应力增大，产生裂缝和剪切破坏产生裂缝和剪切破坏加金属网加金属网在喷混凝土中设纵向伸缩在喷混凝土中设纵向伸缩缝缝增强锚杆增强锚杆(

8、 (如加长如加长) )加入钢支撑加入钢支撑 锚锚 杆杆锚杆轴力增大，垫板锚杆轴力增大，垫板松弛或锚杆断裂松弛或锚杆断裂增加锚杆增加锚杆( (加长加长) )采用承载大的锚杆采用承载大的锚杆视条件，为增加锚杆的变形能力视条件，为增加锚杆的变形能力可在垫板间加入可压缩构件可在垫板间加入可压缩构件 钢钢 支支 撑撑钢支撑中应力增大，钢支撑中应力增大，产生屈服产生屈服松解接头螺栓，清除喷混松解接头螺栓，清除喷混凝土，使之可伸缩凝土，使之可伸缩增强锚杆增强锚杆采用可缩式钢支撑，喷混凝土设采用可缩式钢支撑，喷混凝土设纵向收缩缝纵向收缩缝净净空空位位移移净空位移量增大，位净空位移量增大，位移速度变大移速度变大

9、缩短从开挖到支护的时间缩短从开挖到支护的时间提早打锚杆提早打锚杆缩短台阶及仰拱的一次开缩短台阶及仰拱的一次开挖长度挖长度当喷层有裂缝时，应设纵当喷层有裂缝时，应设纵向伸缩缝向伸缩缝增加锚杆增加锚杆缩短台阶长度，提早闭合时间缩短台阶长度，提早闭合时间视条件，为增加锚杆的变形能力视条件，为增加锚杆的变形能力可在垫板间加入可压缩构件可在垫板间加入可压缩构件采用超短台阶法或临时仰拱采用超短台阶法或临时仰拱表表1 1 设计的修正方法和注意事项设计的修正方法和注意事项现象现象修正方法修正方法注意事项注意事项净空净空位移位移值比值比预计预计大的大的情况情况扩大变形富裕量扩大变形富裕量应确认喷混凝土等没有开裂

10、等变异应确认喷混凝土等没有开裂等变异应确认锚杆轴力有富裕应确认锚杆轴力有富裕应确认变形是收敛的应确认变形是收敛的增强支护构件增强支护构件增加喷混凝土厚度、锚杆长度、根数增加喷混凝土厚度、锚杆长度、根数缩短支护构件间距缩短支护构件间距在破碎带、塑性化显著的围岩，提高支护构件刚性在破碎带、塑性化显著的围岩，提高支护构件刚性，有时会收到控制变形的效果，有时会收到控制变形的效果断面闭合断面闭合用仰拱或临时仰拱尽快闭合用仰拱或临时仰拱尽快闭合控制变形是最有效的措施控制变形是最有效的措施加强掌子面及掌子面前方加强掌子面及掌子面前方掌子面自稳性差的情况，采用超前支护等辅助工法掌子面自稳性差的情况，采用超前支

11、护等辅助工法变更开挖工法变更开挖工法即使采用环形开挖和辅助工法也不能使隧道和周边即使采用环形开挖和辅助工法也不能使隧道和周边围岩稳定的情况下采用围岩稳定的情况下采用因多要变更机械设备，也要研究采用其他辅助工法因多要变更机械设备，也要研究采用其他辅助工法的可能性的可能性净空净空位移位移值比值比预计预计小的小的情况情况减少支护构件减少支护构件应确认锚杆轴力小应确认锚杆轴力小与喷混凝土比，应优先减少锚杆数量与喷混凝土比，应优先减少锚杆数量缩小变形富裕量缩小变形富裕量以充分的精度研究之以充分的精度研究之表表1 法国拱顶下沉评价标准（绝对位移）法国拱顶下沉评价标准（绝对位移）埋深（埋深（m）拱顶下沉值（

12、拱顶下沉值（mm）硬岩硬岩软岩软岩10501225505002610205006122040表表2 法国拱顶下沉评价标准（相对位移）法国拱顶下沉评价标准（相对位移）埋深（埋深（m）ua/a（%）硬岩硬岩软岩软岩10500.20.40.41.0505000.41.22.04.05001.22.44.08.0表表3 净空绝对位移值的管理基准净空绝对位移值的管理基准围岩级别围岩级别净空位移值净空位移值单线单线双线、新干线双线、新干线S或特或特S 75mm150mmL25mm75mm50mm150mmNN25mm2.73.15L0.92.71.053.15NN0.91.05表表5 5 拱顶下沉的管理基

13、准值拱顶下沉的管理基准值( (隧道半径：隧道半径：5m)5m)注：注：1 1）位移基准值是开挖引起的总位移，量测拖后时应注意；）位移基准值是开挖引起的总位移，量测拖后时应注意； 2 2）本基准是指埋深大的情况下的，埋深小时，要采用比表列更小的数值；）本基准是指埋深大的情况下的，埋深小时，要采用比表列更小的数值； 3 3）岩块硬、裂隙影响显著的围岩，采用时要注意。）岩块硬、裂隙影响显著的围岩，采用时要注意。等级等级ABC水准水准I0.30,50.51.01.03.0II1.01.51.54.04.09.0III3.04.04.011.011.027.0图图1 1 极限应变和水准极限应变和水准表表

14、6 顿巴斯矿山的量测管理基准顿巴斯矿山的量测管理基准埋深（埋深（m）h/Rbua（cm）ua/a（%）4007500.45303557表表7 我国单线铁路隧道初期支护极限位移控制值我国单线铁路隧道初期支护极限位移控制值围岩级别围岩级别埋深（埋深（m）5050300300500拱脚水平相对收敛拱脚水平相对收敛0.301.000.803.503.005.000.200.700.502.602.403.500.100.500.400.700.601.500.200.60拱顶相对下沉拱顶相对下沉0.060.120.100.600.501.200.030.070.060.150.100.600.010.

15、040.030.110.100.250.010.050.040.08表表8 我国双线铁路隧道初期支护极限位移控制值我国双线铁路隧道初期支护极限位移控制值围岩级别围岩级别 埋深（埋深（m）5050300300500拱脚水平相对收敛拱脚水平相对收敛0.200.500.402.001.803.000.100.300.200.800.701.200.030.100.080.400.300.600.010.030.010.08拱顶相对下沉拱顶相对下沉0.080.160.141.100.801.400.060.100.080.400.300.800.030.060.040.150.120.300.030.

16、060.050.12表表1 施工阶段的围岩分级基准施工阶段的围岩分级基准围岩围岩级别级别最大位移最大位移值值mmA:掌子掌子面状态面状态B:毛开挖毛开挖面状态面状态I:水水劣化劣化其它其它洞内的围岩状态洞内的围岩状态V单线单线 25双线双线 50111 几乎没有裂隙、而且密着，没有掉几乎没有裂隙、而且密着，没有掉块的可能块的可能IV111裂隙部裂隙部分张开分张开有裂隙、开口夹有黏土，局部掉块、有裂隙、开口夹有黏土，局部掉块、有涌水有涌水2 III121 裂隙发育、不密着，随时会发生松裂隙发育、不密着，随时会发生松弛、可能掉块，但掌子面稳定；弛、可能掉块，但掌子面稳定；岩质软、裂隙少、密着、随时

17、间可岩质软、裂隙少、密着、随时间可能松弛，正面稳定能松弛，正面稳定II12、32、3 裂隙发育、开挖后要及早支护；裂隙发育、开挖后要及早支护；岩质软、随时间会松弛、壁面可能岩质软、随时间会松弛、壁面可能挤出；挤出；正面面积大时，稳定性稍差正面面积大时，稳定性稍差 1、22、32、3 岩片坚硬，但破碎、混有黏土等，岩片坚硬，但破碎、混有黏土等，或风化、脆弱开挖或需立即支护、或风化、脆弱开挖或需立即支护、掌子面松弛，要保留核心；掌子面松弛，要保留核心；均质、软弱，周边围岩有挤出趋势均质、软弱，周边围岩有挤出趋势，掌子面松弛，需保留核心，掌子面松弛，需保留核心IN单线单线25 501、2、32、32

18、、3围岩围岩级别级别最大位移值最大位移值mmA:掌子掌子面状态面状态B:毛开挖毛开挖面状态面状态I:水的水的劣化劣化其它其它洞内的围岩状态洞内的围岩状态Il单线单线25 501、21、23、4 即使涌水很小，也要保即使涌水很小，也要保留核心土，为保证掌子留核心土，为保证掌子面稳定，在开挖前，要面稳定，在开挖前，要先行支护，开挖后立即先行支护，开挖后立即支护。支护。IS单线：单线： 15075双线、新干线：双线、新干线： 300150 32、33、4一开始虽然没有看到开一开始虽然没有看到开口，但随时间，分离显口，但随时间，分离显著，挤出显著，产生剥著，挤出显著，产生剥离。正面挤出、剥离也离。正面

19、挤出、剥离也显著。显著。特特L特特S单线：单线：150双线、新干线：双线、新干线：300444 伴随涌水，围岩流动、伴随涌水，围岩流动、挤出，掌子面清楚不能挤出，掌子面清楚不能自稳。自稳。注：注：A A：1.1.稳定；稳定；2.2.掌子面掉块；掌子面掉块；3.3.掌子面挤入；掌子面挤入；4.4.掌子面不能自稳、崩塌、流失；掌子面不能自稳、崩塌、流失； B B：1.1.稳定（不用支护）；稳定（不用支护）；2.2.经过一定时间后掉块（及时支护）；经过一定时间后掉块（及时支护）；3.3.自稳困难，开挖自稳困难，开挖 后要及时支护（超前支护）；后要及时支护（超前支护）；4.4.开挖前要先加固围岩；开挖

20、前要先加固围岩； I I：1.1.无；无；2.2.产生松弛；产生松弛；3.3.软化；软化；4.4.崩塌、流失；崩塌、流失； N N：一般围岩；：一般围岩；L L：松散围岩；：松散围岩；S S：膨胀围岩。：膨胀围岩。 图图1 1 变更支护构件时的处理例变更支护构件时的处理例图图2 2 最大位移值和最大位移速度的关系最大位移值和最大位移速度的关系图图3 23 2倍时差法倍时差法表表2 m值值施工方法施工方法断面断面M M相关系数相关系数全断面法全断面法双线双线2.822.820.790.79全断面法全断面法单线单线2.072.070.930.93台阶法台阶法双线双线7.247.240.890.89

21、台阶法台阶法单线单线5.015.010.640.64表表3 围岩级别与位移速度、荷载等级围岩级别与位移速度、荷载等级支护类别支护类别位移速度位移速度（mm/d）10.0荷载等级荷载等级小小中中大大很大很大极大极大非常大非常大 由此可见由此可见, ,通过位移信息通过位移信息, ,可以反馈出若干与施工、设计可以反馈出若干与施工、设计有密切关联的信息有密切关联的信息, ,藉以进行施工管理。藉以进行施工管理。表表4 地中位移模式地中位移模式表表1 1 锚杆轴力分布模式锚杆轴力分布模式图图3 3 围岩强度比和最终位移值围岩强度比和最终位移值图图4 4 位移构成位移构成图图7 7 位移速度监控曲线位移速度监控曲线图图9 9 反推围岩反推围岩弹性系数的方法弹性系数的方法图图10 u10 ua a/a-p/a-p