新奥法原理及施工技术详解含典型病例

新奥法原理及施工技术（含典型病例）TheNewAustrianTunnelingMethod(NATM)isbasedonaconceptwherebytheground(rockorsoil)surroundinganundergroundopeningbecomesaloadbearingstructuralcomponentthroughactivationofaring-likebodyofsupportingground.新奥法是基于一个概念，即通过发挥围岩承载环的主动作用使隧道围岩成为承载结构。

“新奥法”定义围岩承载环—围岩应力状态HP0=γH隧道影响圈围岩地面围岩承载环—围岩应力状态rR原岩弹性区塑性区应力降低区应力升高区原岩应力区弹性状态径向应力分布曲线塑性区切向应力分布曲线弹性区径向应力分布曲线弹性状态切向应力分布曲线塑性区径向应力分布曲线弹性区径向应力分布曲线强度线：τ=c+σtanφ塑性区内任一点的应力圆均与该线相切P0rσ承载环需要激发使其成为承载环0围岩莫尔-库伦破坏准则0σττ=c+σtanφσ1σ3=0φcσ3σ3σ1σ1θστ单元体受力状态破坏状态莫尔-库伦破坏准则0σττ=c+σtanφσ1σ3φc2θσ3σ3σ1σ1θστ单元体受力状态破坏角θ=45°+φ/2极限平衡状态莫尔-库伦破坏准则σ极限平衡状态坐标下在坐标下令莫尔-库伦破坏准则极限平衡状态莫尔-库伦破坏准则0σττ=c+σtanφσ1=σ3σ3φcσ3σ3σ1σ1θστ单元体受力状态激发围岩自承能力就是增大侧向应力即σ3σ3σ3σ3σ3σ3σ3莫尔-库伦破坏准则库仑准则库仑（C.A.Coulomb）1773年提出内摩擦准则，常称为库仑强度理论。

●库仑认为：“岩石的破坏主要是剪切破坏，岩石的强度（即抗摩擦强度）等于岩石本身抗剪切摩擦的粘结力和剪切面上法向力产生的摩擦力。”若用σ和τ代表受力单元体某一平面上的正应力和剪应力，则这条准则规定：当τ达到如下大小时，该单元就会沿此平面发生剪切破坏，即：

式中：c——粘聚力；f——内摩擦系数。库仑准则引入内摩擦擦角，并定定义f=tanφ，这个准则则在τ—σ平面上是一一条直线。。●直线的斜率率为f=tanφ，截距为c。●剪切面上的的正应力和和剪应力可分分别由应力力圆给出，如如图所示。。●当此应力圆圆与式(a)所表示的直直线相切时时，即发生破坏坏。莫尔-库伦破坏准则莫尔准则莫尔(Mohr)1900年提出：材料的强度是应应力的函数，在极限时滑动面面上的剪应力达达到最大f(即抗剪强度)，并取决于法向压压力和材料的特特性。这一破坏准则可可表示为如下的的函数关系，即即：τf=f（σ）（b）●此式在τ-σ平面上是一条曲曲线，它可以由试验验确定，即在不同应力状状态下达到破坏坏时的应力圆的的包络线。●这个准则也没有有考虑σ2对破坏的影响，，这是它存在的的一个问题。莫尔-库伦破坏准则用莫尔包络线判判别材料的破坏坏根据莫尔强度理理论，在判断材材料内某点处于于复杂应力状态态下是否破坏时，只要在τ-σ平面上作出该点点的莫尔应力圆圆。●若应力圆在莫尔尔包络线内(圆1)，则该点没有破坏坏。●若应力圆刚好与与包络线相切，，则该点开始破坏坏，或者称之为为处于极限平衡状态。●而与包络线相割割的应力圆(圆3)，实质上是不存在在的，因为当应应力达到这一状态态之前，该点就就沿着一对平面面破坏了。莫尔-库伦破坏准则莫尔-库伦破坏准则莫尔包络线的型型式关于莫尔包络线线的数学表达式式，有直线型、双曲线型、抛物线型和摆线型等多种形式，但但以直线型为最通用用。直线型●表达式：●此种情况下，莫尔准则与库仑仑准则等价。正是因为这点点，在实际中常将式式（a）称为莫尔—库仑准则。●但要注意这两个个准则的物理依依据是不尽相同同的。岩石全应力应变变曲线岩石全应力应变变曲线亦称“应应力-应变图”。表示示材料在外力或或外因变化的作作用下,应力与应变变化化特征的曲线。。全应力应变曲线线，表征了岩石石从开始变形，，逐渐破坏，到到最终失去承载载能力的整个过过程。根据岩石石的变形吧全应应力应变曲线分分为6个阶段，各个个阶段的特征和和反映的物理意意义如下：（Ⅰ）OA段，应力缓慢增增加，曲线朝上上凹，岩石试件内裂隙隙逐渐被压缩闭闭合而产生非线线性变形，卸载后后全部恢复，属属于弹性变形。。（Ⅱ）AB段，线弹性变形形阶段，曲线接接近直线，应力应变属线性性关系，卸载后后可完全恢复。。（Ⅲ）BC段，曲线偏离线线性，出现塑性性变形。从B点开始，试件内内部开始出现平平行于最大主应应力方向的微裂隙隙。随应力增大大，数量增多，，表征着岩石的破坏已已经开始。（Ⅳ）CD段，岩石内部裂裂纹形成速度增增快，密度加大，D点应力到达峰值值，到达岩石最最大承载能力。岩石全应力应变变曲线（Ⅴ）DE段，应力继续增增大，岩石承载载力降低，表现出应变变软化特征。此此阶段内岩石的的微裂隙逐渐贯通。（Ⅵ）残余强度。强强度不再降低，，变形却不断增增大。传统“新奥法””的不足以及围围岩松动圈的存存在传统的“新奥法”理论基础是围岩处于弹性-塑性状态，实测表明，隧道围岩存在破坏状态——即存在松动圈。围岩松动圈的存在具有客观性及普遍性，围岩松动圈是开挖后，隧道周边客观存在着的物理状态，其对应于岩石全应力—应变曲线峰后阶段的岩石状态。只有当围岩强度大于围岩的应力时，隧道周边不产生松动圈，此时称松动圈值为零，隧道实际不存在支护问题。围岩支护对象就是围岩松动范围的松动荷载。rR围岩原岩松动圈应力降低区应力升高区原岩应力区P00σ承载环隧道围岩状态对应于岩石的全全应力—应变曲曲线ε塑性区破裂膨胀稳定区区应变软化区弹性区隧道围岩周边环环向应力状态λ＜1/3时，洞顶、底将出现拉拉应力，其值为而两侧壁将出现现压应力集中，其其值为隧道围岩周边环环向应力状态λ＞1/3时，洞壁围岩均为压应力集中中，顶、底的压应为而两侧壁压应力力值为当σθ大于围岩的单轴轴抗压强度σc时，洞壁围岩就要破坏（洞洞壁的径向应力力σr=0）。隧道围岩周边环环向应力状态对于Ⅳ、Ⅴ级围岩，通常λ=1/4～1/2，所以对于这两两种围岩，拱部部中心夹角约60°范围围岩处于拉拉应力状态，锚锚杆的支护效果果较差，最理想想的支护是钢架架；而侧壁的应应力状态，不论论何时，均大于于初始应力2倍以上，围岩必必然处于松动-塑性状态，其最最理想的支护是是锚固，且锚固固应加强。软岩隧道围岩的的破坏首先从侧侧壁开始，所以以，保证侧壁稳稳定即可保证隧隧道整体的稳定定。根据隧道围岩应应力状态进行有有效支护隧道围岩破坏坍坍塌Ⅱ、Ⅲ级隧道围岩应力状状态及施工要点rRP0rσ0应力升高区围岩承载环弹性状态原岩围岩切向应力曲线σ1径向应力曲线σ3Ⅱ、Ⅲ级围岩为弹性状态，其变形为弹性变形，且在爆破之后基本完成，施工时重点注意局部的吊块或坍塌，喷射混凝土以平、顺为要点，避免应力集中产生，围岩量测也重点监控局部超挖、坍塌、裂缝等部位。Ⅳ、Ⅴ级隧道围岩应力状状态及施工要点rRP0rσ0应力升高区围岩承载环弹性状态原岩围岩切向应力曲线σ1径向应力曲线σ3Ⅳ、Ⅴ级围岩由外→内，为弹性→塑性→松动状态，其变形主要为围岩碎胀变形，只有在初期支护闭合之后方可结束，施工时注意支护要及时，极力控制围岩应力释放，以锚杆、钢架、喷混凝土为主要措施与围岩形成组合拱作为承载结构；围岩量测以监控钢架为目标。应力降低区塑性-松动破坏状态根据围岩应力状态态进行有效支护因为施工作业空间间的原因，锚杆的的方向向下此范围内的锚杆可可以取消此锁铰锚杆是关键键侧壁的应力最大，，应加强锚固及时闭合，是初期期支护成环60°“新奥法”与“矿矿山法”矿山法——是基于一个概念，，即以钻孔爆破为为开挖隧道的主要要方法、并以经典典土力学理论进行行隧道支护设计。。矿山法与新奥法一一样，不是施工方方法，是一个概念念或原理，是一种种修建隧道的“哲哲学”。矿山法与新奥法是是一对并列的概念念，而非从属概念念。矿山法定义的的重点不是“钻爆爆”施工方法，而而是“以经典土力力学理论”进行的的隧道支护设计，，经典土力学主要要指太沙基理论，，其内涵是——围岩是荷载，不作作为支护结构的一一部分。而新奥法法对待围岩，其不不仅是荷载，而且且作为支护结构的的一部分。太沙基理论图示“新奥法”与“矿矿山法”对照钻爆法开挖喷锚支护矿山法新奥法以经典土力学理论论为理论基础，不不考虑围岩的自承承能力以弹塑性力学理论论为理论基础，利利用围岩自承能力力喷锚支护考虑围岩岩自承能力的，则则为“新奥法”，，反之为“矿山法法”。不考虑围岩自承能能力的支护措施是是偏于安全的，但但是，这种支护措措施圬工量大，受受到作业空间、设设备、材料以及对对结构的质量等要要求的限制，难以以实现，此时，必必须考虑围岩自承承能力。处理特殊地质地段段时，如果在保证证结构的质量前提提下，将围岩完全全看作荷载的措施施可以安全实现，，那么，这种不考考虑围岩自承能力力的支护方案是一一个比较理想的方方案。反之，就是是糟糕的方案。比比如在处理支护变变形采取的“支撑撑”方案，开始进进行的“强支撑””，由于衬砌结构构“全断面”方方可保证质量的要要求，所以在衬砌砌之前必有拆除““支撑”的工序，，这将是十分危险险的。“支撑”是是矿山法的理念，，其配套的施工方方法是“替换支撑撑”，即以二次衬衬砌替换临时支撑撑，这种工法的缺缺点是防水质量差差，衬砌结构整体体性差，特别是混混凝土接头，无法法满足对结构的耐耐久性要求。正常情况下，不考考虑围岩自承能力力的施工理念必然然是不经济的，是是“不用脑筋用钢钢筋”解决问题的的思想。“新奥法”与“矿矿山法”对照按“新奥法”理念念处理隧道支护变变形，会同时从加加强支护和减小荷荷载两个方面入手手；按“矿山法””理念处理隧道支支护变形，就一味味加强支护。“新奥法”与“矿矿山法”对照“新奥法”处理支支护变形——第一阶段“矿山法”处理支支护变形——第一阶段以渣土回填隧道下下半断面，以稳定定侧壁、减小开挖挖断面，是最及时时、最安全、最经经济的施工措施的的施作临时仰拱加强侧壁锚固加强侧壁锚固构件支撑不论是经典土力学学理论还是弹塑性性力学理论，虽然然荷载计算公式各各异，但都有一个个共同点——荷载与隧道开挖断断面直径（或宽度度）成正比，所以以减小隧道断面→→减小隧道直径→→减小荷载→减少少支护量的思路来来处理支护变形，，会更安全、更快快捷、更经济。“新奥法”与“矿矿山法”对照“新奥法”处理支支护变形——第二阶段“矿山法”处理支支护变形——第二阶段分部清除渣土侧壁锚固分部拆除临时仰拱拱全断面施作二次衬衬砌施作拱部衬砌拆除拱部临时支撑撑施作下部衬砌拆除下部临时支撑撑新奥法光面开挖喷锚支护围岩量测激发围岩承载环的主主动作用设计施工量测『新奥法的施工技术术『1▎新奥法施工程序否修改施工方案改变开挖挖步骤、、顺序修正支护护参数是确定施工工方法施工准备备开挖挖现场监控控量测初期支护护防水层二次衬砌砌竣工采用新奥奥法施工工的隧道道，施工工时应视视其规模模、地质质条件以以及安全全合理施施工的要要求，充充分利用用现场量量测信息息指导施施工，根根据已建建立的量量测管理理基准，，对隧道道的施工工方法、、断面开开挖步骤骤及顺序序、初期期支护的的参数等等进行合合理调整整。其主主要施工工程序如如图6-9所示。图6-9新奥法施施工程序序是否符合合管理基基准『2▎新奥法施施工基本本原则少扰动新奥法施施工基本本原则早支护勤量测紧封闭在进行隧隧道开挖挖时，要要尽量减减少对围围岩的扰扰动次数数、扰动动强度、、扰动范范围和扰扰动持续续时间；；是指开挖挖后及时时施作初初期喷锚锚支护，，使围岩岩的变形形进入受受控制状状态；指以直观观、可靠靠的量测测方法和和量测数数据来准准确评价价围岩的的稳定状状态，或或判断其其动态发发展趋势势，以便便及时调调整支护护形式和和开挖方方法，确确保施工工得以安安全和顺顺利地进进行；指要尽快快形成对对围岩的的封闭形形支护，，这样做做可以有有效控制制围岩变变形，使使得支护护和围岩岩共同进进入良好好的工作作状态。。『3▎锚杆1.锚杆的支支护效应应是利用金金属或其其他高抗抗拉性能能的材料料制作的的一种杆杆状构件件。使用用机械装装置、粘粘结介质质，将其其安设在在地下工工程的围围岩或其其他工程程体中，，形成能能承受荷荷载，阻阻止围岩岩变形的的锚杆支支护。。把隧道洞洞壁附近近具有裂裂隙、节节理的不不稳定岩岩体，用用锚杆固固定在深深层的坚坚固稳定定的岩体体上，将将不稳定定岩体的的重量传传递给深深层坚固固岩体承承担，起起到悬吊吊效应，，如图6-10所示。(1)悬吊效应应图6-10悬吊效应应图(2)组合梁效效应锚杆可将将若干层层层状岩岩体串联联在一起起，增大大层间的的摩阻力力形成组组合梁效效应，如如图6-11所示。图6-11组合梁效效应图(3)加固梁效效应按一定间间距在隧隧道周边边呈放射射状布置置的成组组锚杆(或称系统统锚杆)，可使一一定厚度度范围内内有节理理、裂隙隙的破裂裂岩体或或软弱岩岩体紧压压在一起起形成连连续压缩缩带。这这种加固固效应在在使用预预应力锚锚杆时显显得十分分明显，，如图6-12所示。在在锚杆预预张应力力P的作用下下，每根根锚杆周周围都形形成一个两头头呈圆锥锥形的筒筒状压缩缩区，各各锚杆所所形成的的压缩区区彼此搭搭接，形形成锚杆一条厚度度为W的均匀压压缩带。。在均匀匀压缩带带中产生生了径向向压应力力sr，给压缩缩外的围围岩提供供了径向向支护抗抗力，使使围岩接接近于三三向受力力状态，，增加了了围岩的的稳定性性。图6-12加固效应应2.锚杆的种种类锚杆须具具备的两两个基本本条件：：①受力力后产生生变形，，且其本本身不受受破坏；；②与围围岩保持持紧密接接触。锚杆间松松动带拱效应0r+Lr0θσrσWDD1)全长粘结型锚锚杆，包括普通水水泥砂浆锚杆杆、早强水泥泥砂浆锚杆、、树脂锚杆、、水泥卷锚杆杆、中空注浆浆锚杆和自钻钻式注浆锚杆杆等。2)端头锚固型锚锚杆，包括机械锚锚固锚杆、树树脂锚固锚杆杆、快硬水泥泥端头锚杆等等。3)摩擦型锚杆包括缝管锚杆杆、楔管锚杆杆、水胀锚杆杆等。4)预应力锚杆和自钻锚杆等。锚杆种类3.锚杆的布置和和质量检查锚杆的布置分分为局部布置和系统布置。局部布置主主要用在坚硬硬而裂隙发育育或有潜在龟龟裂及节理的的围岩，重点点加固不稳定定块体。锚杆杆局部布置时时，拱腰以上上部位锚杆方方向应有利于于锚杆的受拉拉，拱腰以下下及边墙部位位锚杆宜逆向向不稳定岩块块滑动方向。。系统布置的的锚杆应用在在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级围岩条件下下，并符合下下列规定：1）锚杆一般应沿沿隧道周边径径向布置，当当结构面或岩岩层层面明显显时，应与岩岩体主结构面面或岩层层面面呈大角度布布置。2）锚杆应按矩形形排列或梅花花形排列。3）锚杆间距不得得大于1.5m。间距较小时，可采采用长短锚杆杆交错布置。。4）两车道隧道系统锚杆长度度一般不小于于2.0m，三车道隧道道系统锚杆长长度一般不小小于2.5m。锚杆质量检查查，包括长度、间距、、角度、方向向、抗拔力等。其中主要是抗拔力力试验，对于重要工工程可增加灌灌浆密度试验验。『4▎钢拱架在围岩条件较较差地段或地地面沉降有严严格限制时，，应在初期支支护内增设钢钢拱架。常用用的钢拱架有有：钢筋格栅拱架架、工字形型钢拱拱架、U形型钢拱架和H形型钢拱架。1）钢拱架支护必必须有足够的的刚度和强度度，能够承受受隧道施工期期间可能出现现的荷载。2）钢拱架支护间间距宜为0.5~1.5m。钢拱架应分分节制作，节节段与节段之之间通过钢板板用螺栓连接接或焊接。3）采用钢拱架支支护的地段连连续使用钢拱拱架的数量不小于3榀；钢拱架支支护榀与榀之之间必须用直直径18~22mm的钢筋连接，，连接筋的间间距不大于1m，并在钢拱架架支护内缘、外缘交错不不置。4）钢拱架与围岩岩之间混凝土土保护层厚度度不应小于40mm；临空一侧的的混凝土保护护层厚度不应应小于20mm。『5▎喷射混凝土1.喷射混凝土的的特点喷射混凝土是是用喷射机把把渗有速凝剂剂的粗细骨料料混凝土以适适当的压力，，高速喷射到到隧道岩壁表表面凝结而成成的混凝土。。由于混凝土土颗粒在高速速度喷射的猛猛烈冲击下，，混凝土被连连续地捣固和和压实，具有有密实的结构构和较好的物物理力学性能能。喷射混凝凝土具有充填裂隙加固固围岩、封闭围岩壁面面防止风化和喷射混凝土与与围岩组成共共同承载体系系等特点。喷射混凝土与与普通模筑混混凝土比较有有如下优越性性：1）喷射混凝土致致密，早期强强度高，可与与围岩牢固粘粘结形成整体体，改传统模模筑混凝土的的消极支护为为积极支护，，且薄层柔性性喷射混凝土土与围岩能够够共同变形，，从而减少作作用在支护结结构上的压力力；2）能及时支护，，有效地控制制围岩的有害害变形，有利利于安全施工工；3）不用模板、拱拱架，节省大大量钢木材料料，相应的降降低了隧道工工程的造价；；施工工艺简简单，操作方方便，机械化化程度高，减减轻劳动强度度，提高施工工效率。2.喷射混凝土的的喷射方式(1)干喷将砂、石、水水泥按一定比比例干拌均匀匀投入喷射机机，同时加入入速凝剂，用用高压空气将将混合料送到到喷头，再在在该处与高压压水混合后以以高速喷射到到岩面上。其其工艺流程如如图6-13所示。(2)潮喷将砂、石料预预加水，使其其浸润成潮湿湿状，再加水水泥拌合均匀匀，从而降低低上料和喷射射时的粉尘，，其工艺流程程同干喷。(3)湿喷用湿喷机压送送拌合好的混混凝土，在喷喷头处添加液液态速凝剂，，再喷到岩面面上。工艺流流程如图6-14所示。细骨料粗骨料水泥搅拌机干式喷射机速凝剂压缩空气喷头水图6-13干喷、潮喷工工艺流程细骨料粗骨料水泥搅拌机湿式喷射机速凝剂压缩空气喷头水外加剂图6-14湿喷工艺流程程3.喷射混凝土的的材料及其组组成掺入速凝剂后后凝结快、保保水性好、早早期强度增加加快、收缩小小。水泥喷射混凝土的的材料砂子石子速凝剂水应符合普通混混凝土所要求求的用砂标准准。采用坚硬、耐耐久的卵石或或碎石。石子子的最大粒径径与混凝土喷喷射机的输料料管直径有关关，一般不宜宜超过管内径径的1/3。加速混凝土的的凝结、硬化化，提高早期期强度；减少少回弹量；防防止因重力作作用而引起的的流淌或脱落落；增大一次次喷射厚度，，缩短分层喷喷射的时间间间隔。用水的要求与与普通混凝土土相同，水中中不应含有影影响水泥正常常凝结与硬化化的有害杂质质。(1)喷射混凝土的的材料(2)喷射混凝土的的配合比和水水灰比1)配合比指每1m3喷射混凝土中水泥、砂子子和石子的重重量比例。2)水灰比它也是影响喷喷射混凝土地地强度和其他他物理力学性性能的重要因因素。若水灰灰比过小，不不仅料束分散散，回弹量增增多，粉尘大大，而且喷层层上会出现干干斑，砂窝等等现象，影响响喷射混凝土土的密实度。。当水灰比过过大时，会造造成喷层流淌淌、滑移，甚甚至大片坍落落，影响混凝凝土强度。4.喷射混凝土的的机械(具)设备喷射作业的机机械(具)设备主要包包括：混凝土喷射射机、上料机、搅拌机、机械手、混凝土运送送搅拌车、混凝土喷射射三联机等。混凝土喷射射机空压机搅拌机5.喷射混凝土土的施工工工艺(干式喷射)在喷射作业业中要掌握握好几个问问题：(1)风压、水压压参考风压与与混合料水水平运送长长度(输料管长度度)的简单关系系初步选择择风压，一一般要求风风源风压应应稳定在0.4～0.65Mpa才能在喷嘴嘴处使风压压稳定在0.1～0.25Mpa范围内。若若风压过小小，则喷射射动能太小小，粗骨料冲冲不进砂浆浆层而脱落落；若风压压过大，则则喷射动能能大，粗骨骨料会碰撞撞岩面而回回弹。为保证高压压水从水环环孔眼中告告诉射出形形成水雾，，使干拌合合料充分湿湿润水化，，水压要比比风压高0.1～0.15MPa。一般规定定喷射作业业区的系统统水压应大大于0.4Mpa。(2)喷嘴与受喷喷岩面之间间的距离和和角度通常在喷头头上接一个个直径为100mm长为0.8～1.0m的塑料拢料料管。它使使水泥充分分水化，且且喷射混凝凝土束集中中及回弹石石子不致伤伤害喷射手手。当风压压适宜时，，喷嘴与受受喷岩面之之间的距离离以0.8～1.2m为宜。喷嘴与受喷喷岩面的角度，一般般应垂直或或稍微向刚刚喷射过的的混凝土部部位倾斜（（不大于10°），以使回弹物物收到喷射射束的约束束，抵消部部分弹回的的能量而减减少回弹量量。喷射拱拱部时应沿沿径向喷射射。(3)一次喷射的的厚度及各各喷层之间间间隔时间间当喷层较厚厚时需分层层喷射。一一次喷射的的厚度应根根据喷射效效率、回弹弹损失、混混凝土颗粒粒之间的凝凝聚力和喷喷层与受喷喷面间的粘粘着力等因因素确定。。(4)喷射分区与与喷射顺序序为了减少喷喷射混凝土土因重力作作用而引起起的滑动或或脱落现象象，喷射时时应按照分分段、分部部、分块、、由下而上上，先边墙墙后拱墙和和拱腰，最最后喷拱顶顶的原则进进行。6.喷射混凝土土堵管问题题的处理粗集料过大大；混合料料湿度过大大致使摩擦擦力增大；；输料软管管弯头过小小及风压偏偏；司机操操作不对，，如先开马马达后给风风；混合料料未吹完就就停风；误误开放气阀阀而停风等等。喷射机司机机立即关闭闭马达，随随后关闭风风源，喷射射手将软管管拉直，然后用手锤锤敲击以寻寻找堵管处处。当找到到堵管部位位后，可将将风压升到到0.3～0.4Mpa(不超过0.5Mpa)，并用锤击击堵管部位位，使其畅畅通。排出出堵管时，，喷嘴前方严严禁站人，，以免被喷喷伤。原因解决7.钢纤维喷射射混凝土工工艺喷射混凝土土在抗拉、、抗弯、抗抗裂、抗冲冲击性等方方面都存在在明显的不不足，喷层层开裂、剥剥落时有发发生，并导导致落石、、渗水等一一系列病害害。钢纤维喷射射混凝土是是指在喷射射混凝土中中加入一定定数量的钢钢纤维。由由于钢纤维维均匀分布布在混凝土土中，为混混凝土提供供了非连续续性的微型型配筋，从从而提高了材料料的抗拉、、抗弯、抗抗冲击和耐耐磨性以及及早期强度度、韧性和和延展性，，并改善了了其他物理理力学性能能。钢纤维喷射射混凝土的的物理力学学性能，受受到钢纤维维的形状、、长径比、、掺入量及及在混凝土土中的分布布状态，排排列方向等等各种因素素的影响。。8.喷射混凝土土的质量检检查为了确保喷喷射混凝土土的质量，，应作如下下几方面检检查：1）每批原材料料进库(场)，均用进行行质量检查查与验收。。2）喷射混凝土土强度检查查。3）喷层与围岩岩粘结情况况的检查。。4）喷层厚度的的检查。复合式衬砌砌复合式衬砌砌是由初期支护和二次衬砌及中间夹防水水层组合而而成的衬砌形式式。复合式式衬砌要以以下规定：：1）初期支护护宜采用锚锚喷支护，即由喷射射泥土、锚锚杆、钢筋筋网和钢拱拱架等支护护形式单独独或组合使使用，锚杆杆支护宜采采用全长粘粘结锚杆。。2）二次衬砌砌宜采用模模筑混凝土土或模筑钢钢筋混凝土土结构，衬砌截面面宜采用连连接圆顺等等厚衬砌断断面，仰拱拱厚度宜与与拱墙厚度度相同。3）在确定开开挖断面时时，除应满满足隧道净净空和结构构尺寸外，，还应考虑虑初期支护护并预留适适当的变形形量。根据地质条条件也有用用喷射混凝凝土做为二二次混凝土土衬砌的，，就是采用用二次喷射射混凝土作作为永久衬衬砌。在喷喷射混凝土土中安装了了钢筋网，，还加入了了钢钎维。。但普遍的的做法是采采用模筑混混凝土衬砌砌作为二次次衬砌，使使用模板台台车进行混混凝土灌注注。『▎隧道施工现现场监控量量测▎监控量测的的目的和任任务在隧道的施施工过程中中，使用各各种仪器设设备和量测测元件，对对地表沉降、围岩与支护护结构的变变形、应力、应变进行量测，，据此来判判断隧道开开挖对地表表环境的影影响范围和和程度、围围岩的稳定定性和支护护的工作状状态，这种种工作称为为新奥法的的现场监控控量测。采用新奥法法设计和施施工的隧道道，应将监监控量测项项目列入文文件，并在在施工中实实施。1.监控量测的的目的提供监控设设计的依据据和信息监控量测目目的预报及监视视险情校核隧道工工程理论计计算结果、、完善工程程类比法①掌握围岩力力学形态的的变化规律律；②掌握支支护的工作作状态信息息并及时反反馈，指导导施工作业业。①作出工程预预报，确定定施工对策策与措施；；②监视险险情，以确确保安全施施工。①为理论解析析、数值分分析提供计计算数据与与对比指标标；②为工程程类比提供供参考依据据；③为隧道道工程设计计和施工积积累经验资资料。2.监控量测的的任务1）通过对围岩岩与支护的的观察和动动态量测，，以达到合合理安排隧隧道施工程程序、日常常施工管理理、确保施施工安全、、修改设计计参数和积积累资料。。2）通过对围岩岩和支护的的变位、应应力量测，，掌握围岩岩的支护的的动态信息息并及时反反馈，修改改支护系统统设计，指指导施工作作业和管理理等。3）经监测数据据的分析处处理与必要要的计算和和判断后，，进行预测测和反馈，，以保证施施工安全和和隧道围岩岩及支护衬衬砌结构的的稳定。4）对已有的隧隧道工程的的监测结果果，可以分分析和应用用到其他类类似工程中中，作为指指导设计和和施工的重重要依据。。『2▎监控量测的的内容和方方法1.监控量测项项目选择根据围岩条条件、隧道道工程规模模、支护类类型和施工工方法等进进行监控量量测项目的的选择。监控量测项项目可分为为必测项目和选测项目。不同级别别的围岩必必测项目和和选测项目目也不同。。《公路隧道施施工规范》（JTJ042-94）对复合式式衬砌隧道道规定见表表6-6：(1)必测项目是隧道施工工时必须进进行监控量量测的项目目，是用以以判断围岩岩的变化情情况，测定定支护结构构工作状态态经常进行行的量测项项目，也是是为设计、、施工中确确保围岩稳稳定，并通通过判断围围岩的稳定定性来指导导设计、施施工的经常常性量测。。必测项目对监视视围岩稳定性、、指导设计与施施工有直接意义义。围岩弹性波测试支护、衬砌内应力、表面应力及裂缝量测钢支撑内力及外力围岩压力及层间支护间压力围岩体内位移（洞内设点）围岩体内位移（地表设点）地表下沉选测项目锚杆或锚索内力及抗拔力拱顶下沉周边位移洞内地质和支护状况观察必测项目项

目类别表6-6必测项目和选测测项目(2)选测项目是应进行或必要要时进行监控量量测的项目，是是用以判断围岩岩松动状态，喷喷锚支护效果和和积累技术资料料为目的的量测测，对一些有特特殊意义和具有有代表性的区段段进行补充测试，以求更更深入地掌握稳稳定状态与锚喷喷支护的效果，，对未开挖区的的设计与施工具具有指导意义。。选测项目量测项项目较多，一般般只根据需要选选择其中部分项项目进行测试。。2.量测方法(1)洞内观察与地质质素描在开挖后及初期期支护后进行观观察并描述隧道道围岩地质、地地下水情况、初初期支护情况。。它与隧道施工工进展同步进行行的，是隧道设设计和施工过程程中不可缺少的的一项重要地质质详勘工作。主要仪器：地质罗盘、照照相机等。(2)周边位移(收敛)在开挖后的洞壁壁上及时安设测测点，用收敛计（如图6-55）量测两测点间的的距离，两次测测定的距离之差差为该时段的收收敛值。根据收收敛值或位移速速度，可判断围围岩与支护是否否稳定。图6-55收敛计每10~50m一个断面，每断断面2~3对测点，相应量量测的基线就有有1条、2条、3条、6条等，如图6-56所示。图6-56周边位移测线布布置锚头套点钢尺拉手测力计手轮螺杆测微计套点锚头(3)拱顶下沉隧道拱顶内壁点点垂直方向的绝绝对位移值称为为拱顶下沉量。。在开挖后的拱顶顶壁面上及时安安设测点，通过过已知的高程水水准点，用悬吊吊钢尺和水准仪仪测出测点高程程，如图6-57所示，两次测定定的高程之差即即为拱顶下沉量量，根据拱顶下下沉量和下沉速速度，可准判断断围岩的稳定状状态和支护效果果。图6-57拱顶下沉量测(4)地表下沉在隧道浅埋段，，每5~50m一个断面，每断断面7~11个测点，如图6-67所示。用水准仪仪和塔尺进行量测测。每10~50m一个断面，每断断面1个或3个测点。一般与与周边位移布设设在同一断面上上，以便使两项测测试结果能够相相互验证，协同同分析与应用。。2~5m间隔地表测点不动点不动点图6-58地表下沉量测测(5)围岩内部位移移在测试断面处处打孔，安放放位移计（图6-59）进行量测，，每5~100m一个断面，每每断面2~11个测点。图6-59机械式位移计计5.2m多点位移计固定点固定点千分表(6)围岩压力及层层间支护压力力在围岩与初期支护之间间（图6-60）、初期支护护与二次衬砌砌之间（如图图6-61）安放压力盒盒，进行量测测。每一断面面布设多个测测点，宜15~20个测点。图6-60围岩与初期支支护间压力量量测图6-61初期支护与二二衬间压力量量测(7)锚杆内力在测试断面打打孔，安放焊焊接好的钢筋筋和钢筋应力力计（如图6-62），进行量测测。了解锚杆杆轴力及其应应力分布状态态；再配合以以岩体内位移移的量测结果果就可以设计计锚杆长度及及锚杆根数，，掌握岩体内内应力重分布布的过程。每每10m一个断面，每一断断面布设多个个测点。围岩钢筋计对焊焊接钻孔（填充锚固剂）钢筋图6-62锚杆内力量测测及钢筋应力力计(8)钢支撑内力在钢支撑侧面面焊接钢筋应应力计或表面面应变计，或或在横断面上上安放压力盒盒，进行量测测。每一断面面布设多个测测点。一般与与围岩压力相相应布设。(9)支护、衬砌内内力在初期支护内内（如图6-63）及二次衬砌内内部（如图6-64）安放应变计，，二次衬砌内内钢筋用钢筋筋应力计焊接接，进行量测测。每一断面面布设多个测测点，宜11个测点。图6-63喷射混凝土内内部应力量测测图6-64二次衬砌内部部应力量测(10)围岩声波测试试每一个断面布布设多对或个个测孔，如图图6-65所示，钻孔深深度大于锚杆杆长度，钻孔孔内每隔0.2~0.5米测试一个点点。用超声波波仪测试围岩岩松动圈及破碎等情况况。发射接收1接收2超声波仪围岩塞子水电缆图6-65围岩声波测试试(11)爆破振动测试试爆破震动测试试是为了以下下目的：①洞洞口附近地地表的震动监监测；②浅浅埋隧道地表表建筑物的震震动监测；③③双洞小间间距隧道爆破破监测；④连连拱隧道中中隔墙的震动动监测；⑤为为改善爆破破效果、降低低震动效应所所需的震动监监测。爆破震震动测试传感感器布置如图图6-66所示。图6-66爆破振动测试试(12)地质超前预报报地质雷达是利利用电磁波在在不同介质中中传播速度不不同，传播时时间也不同。。当开挖面前方有有断层或破碎碎带等时，将将产生相应的的信号异常，，如图6-67两线间信号。。也可用较先先进的TSP系统。3.量测频率32次1～3次/月1～2次/周1次/2天1～2次/天监测频率L>5B2B<L<5BL<2B地表埋设项目量测次数大于3个月1～3个月16d～1个月1～15d洞内埋设项目表6-7量测频率图6-67地质雷达检测测信号0距离/m1.02.0100200300400500600102030时间/nsv=0.1m/ns时的深度/m当观测值相对对稳定时，可可适当降低观观测频率；当当出现下列任任一条件时，，应当加密观观测：①实实际开挖地质质条件变差；；②观测值值达到报警指指标；③观观测值变化速速率加快；④④出现危险险事故征兆时时。『3▎监控量测数据据处理与应用用1.量测数据的整整理在量测数据的的整理时，要要绘制观测值F与观测时间t、观测值F与距离L、观测值变化化率dF/dt与观测时间t的散点图或曲曲线图，如图图6-68和图6-69（CB、CD为两侧线，BD为水平线）。。当观测数据趋趋于平缓时，进行回归归分析，推算算出最终值和和变化规律。。回归曲线方方程函数有对对数型、指数数型和双曲型型等，如图6-70。图6-68收敛-时间关系图收敛变化率-时间关系-1.00-0.500.000.501.003月4日3月8日3月12日3月16日3月20日t/ddΔ/dt(mm/d)CBCDBD图6-69收敛变化率-时间关系图收敛—时间关系0.001.002.003.004.003月2日3月6日3月10日3月14日3月18日t/dΔ/mmCBCDBD图6-70拱顶下沉量-时间关系图u=0.8095Ln(t)+1.4171R2=0.78850.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.001月1日1月6日1月11日1月16日1月21日1月26日1月31日2月5日2月10日t/du/mm拱顶下沉拱顶下沉回归归方程在量测数据的的整理时，要要绘制观测值F与观测时间t、观测值F与距离L、观测值变化化率dF/dt与观测时间t的散点图或曲曲线图，如图图6-68和图6-69（CB、CD为两侧线，BD为水平线）。。1)对数函数，如如(6-2)(6-3)2)指数函数，如如(6-4)(6-5)3)双曲函数，如如(6-6)(6-7)式中a、b——回归常数；t——初始读数后的的时间(d)；u——位移值(mm)。2.量测数据的分分析与应用(1)地质预报探测掌子面前前方几米至几几十米，甚至至几百米的围围岩的工程地地质和水文地地质情况，如如图6-71所示。图6-71隧道超前地质质预报掌子面前方约10m处有异常521041562083003123644165101520(2)周边位移作出位移与时时间及与距掌掌子面的距离离的关系图，，其正常曲线线和反常曲线线如图6-72所示。现场量测测主要以围岩岩周边位移作作为围岩稳定定性评价及围围岩稳定状态态判断的标准：图6-72位移正常曲线线和反常曲线线表示围岩趋于于稳定，其支支护结构是安安全的；变形速率较长长时间保持不不变，应发出出警告，及时时加强支护系系统；反常曲线正常曲线反常曲线位移/mmO距掌子面的距距离/m正常曲线时间/dO位移/mm表示已进入危险状状态，须立即停工工，采取有效的工工程措施进行加固固。(3)围岩内位移围岩内位移观测是是为了准确判断围围岩的变形发展趋趋势，当总位移量量和位移变化率过过大时，必须加强强支护或调整施工工措施，以控制围围岩的松动范围，，如加密锚杆数量或加大锚杆长度等。(4)锚杆内力锚杆内力是检验锚锚杆效果与锚杆强强度的依据，若锚锚杆轴力超过锚杆杆的屈服强度时，，应改用高强钢材材加工锚杆或增加加锚杆数量或加大大直径。(5)围岩压力围岩压力大时，根根据变形量有两种种：①变形量也也很大时，应加强强支护，以限制围围岩变形和控制围围岩压力的增长；；②变形量不是是很大时，表明支支护时间和支护封封底时间可能过早早，或支护尺寸及及刚度太大，应适适当调整修正支护护设计参数。围岩压力很小但变变形量很大时，表表明围岩将失去稳稳定，应立即停止止开挖，加强围岩岩支护和采取辅助助施工措施进行加加固处理。而围岩岩压不大，变形量量也不大表明围岩岩和支护自稳性好好。(6)喷层压力喷层应力太大，或或出现明显裂损或或剥落、起鼓等现现象时，应作处理理，一般是适当增增加喷层厚度。喷喷层已较厚，仍然然出现明显裂损、、起鼓等现象时，，则不一定再增加加喷层厚度，而应应采取下列措施：：①增强锚杆的的长度和直径等；；②改变封底时时间；③调整施施工措施；④选选择二次衬砌的最最佳时机；并且要要继续加强监控量量测。(7)地表下沉正常情况是地表下下沉量不大，且出出现稳定，在没有有出现稳定时，应应继续进行观测，，直至稳定。而地地表下沉量较大，，或出现增加的趋趋势时，应采取措措施：①适当增加喷混凝土土厚度；②增加加锚杆数量；③加加挂钢筋网；④④增加钢支撑数数量；⑤超前支支护；⑥缩短开开挖循环进尺；⑦⑦提前封闭仰拱拱；⑧预注浆加加固围岩。