隧道工程支护技术讲义

隧道施工支护技术讲义目次TOC\o"1-1"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc116882273"第一讲新奥法设计施工的原理3HYPERLINK\l"_Toc116882274"第二讲隧道的支护体系与围岩的稳定性11HYPERLINK\l"_Toc116882275"第三讲支护施工的几点说明21HYPERLINK\l"_Toc116882276"第四讲隧道支护部分规范与说明25HYPERLINK\l"_Toc116882277"第五讲监控量测与支护32HYPERLINK\l"_Toc116882278"附录：乌鞘岭隧道9#斜井及正洞监控量测数据分析及其对支护施工的指导38第一讲新奥法设计施工的原理一、隧道设计施工的两大理论及其发展过程二十世纪以来，人类对地下空间的需求越来越多，因而对地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展。在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，隧道及地下洞室工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护：若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。在隧道及地下洞室工程中，围绕着以上核心问题的实践和研究，在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系，每一种理论体系都包含和解决（或正在研究解决）了从工程认识（概念）、力学原理，工程措施到施工方法（工艺）等一系列工程问题。一种理论是二十世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”。其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论，其代表人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思想，至今仍被广泛的应用着。另一种理论是二十世纪50年代提出的现代支护理论，或称“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒-菲切尔、芬纳-塔罗勃和卡斯特奈等人。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理：而后一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。二、新奥法新奥法是应用岩体力学的理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时地进行支护，控制围岩的变形（松弛），使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。（光爆+锚喷支护+量测）新奥法与传统施工方法的区别：传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩。而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构（以喷射混凝土、锚杆为主要手段）并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏。新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是NewAustrianTunnellingMethod,简称为NATM。它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施工法的基本原则一致。新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近40年来，铁路等部门通过科研、设计、施工三结合，在许多隧道修建中，根据自己的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据，现已进入推广应用阶段。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益是明显的。新奥法的基本要点可归纳如下：1．岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部分，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施。减少对围岩的震动，以保全其整体性。同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中。2．为了充分发挥岩体的承载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合时间）来控制岩体的变形。新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩紧密结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力。3．为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。4．允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度。同时巷道的支护结构，也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力。

围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳。支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载。新奥法施工过程中量测工作的特殊性

由于岩体生成条件与地质作用的复杂性，施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，得要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测。并用监测结果修改初步设计，指导施工。

量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据，因而能够预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然提到施工的安全程度。通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。5．新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施：构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围筵强度。使其与人工支护结构共同承受巷道压力。为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。6．二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。由上所述，新奥法的支护原则是：围岩不仅是载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务。上述新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。三、用一个弹簧来理解新奥法原理1．洞室边缘某一点A在开挖前具有原始应力（自重应力和构造应力）处于一个平衡状态。如同一根弹性刚度为K的弹簧，在P0作用下处于压缩平衡状态。2．洞室开挖后，A点在临空面失去约束，原始应力状态要调整，如果围岩的强度足够大，那么经过应力调整，洞室可处于稳定状态（不需支护）。然而大多数的地质情况是较差的，即洞室经过应力调整后，如不支护，就会产生收敛变形，甚至失稳（塌方），所以必须提供支护力PE，才能防止塌方失稳。等同于弹簧产生了变形u后，在PE作用又处于平衡状态。3．由力学平衡方程可知，弹簧在P0作用时处于平衡状态；弹簧在发生变形u后，在PE的作用下又处于平衡状态，假设弹簧的弹性系数为K，则有：P0=PE+Ku讨论：（1）当u=0时，P0=PE即不允许围岩变形，采用刚性支护，不经济；（2）当u↑时，PE↓；当u↓时，PE↑。即围岩发生变形，可释放一定的荷载（卸荷作用），所以要允许围岩产生一定的变形，以充分发挥围岩的自承能力。是一种经济的支护措施，围岩的自稳能力P=P0-PE=Ku；（3）当u=umax时，发生塌方，产生松驰荷载，不安全。四、要点1．围岩是受洞室开挖影响的那一部分岩（土）体，围岩是三位一体的即：产生荷载、承载结构、建筑材料。2．隧道是修筑在应力岩体中的，具有特殊的建筑环境，不能等同于地面建筑。3．隧道结构体系=围岩+支护体系。五、新奥法施工特点

1.1及时性

新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻止围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性因而保证了支护的及时性和有效性。

在巷道爆破后立即施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性。

1.2封闭性

由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度。

巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加上原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或塌落。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度。（提高围岩的粘聚力C和内摩擦角）。同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。

1.3粘结性

喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用：

①联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或片帮。开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以抵抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性。

②复和作用，即围岩与支护构成一个复合体（受力体系）共同支护围岩。喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点。

③增加作用。开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C和内摩擦角，也就是提高了围岩的强度。

1.4柔性

喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥。另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏。2、新奥法的主要支护手段与施工顺序

新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩紧密粘结的可缩性支护结构，允许围岩又一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力。

施工顺序可以概括为：开挖→一次支护→二次支护。

2.1开挖

开挖作业的内容依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行。为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破（控制爆破）或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些。一般在中硬岩中长度约为2-2.5米，在膨胀性地层中大约为0.8-1.米。

2.2第一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土

在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土（3-5mm），为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣。

按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起临时支护作用，同时又是永久支护的一部分。复喷后应达到设计厚度（一般为10-15mm）,并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内。

完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定。

在地质条件非常差的破碎带或膨胀性地层（如风华花岗岩）中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护（预支护），然后再开挖。

在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或测点，进行围岩位移和应力的现场测量：依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度。

一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护（或是补喷射混凝土，或是浇注混凝土内拱），起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到。

对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定。3、新奥法适用范围

①具有较长自稳时间的中等岩体；

②弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩；

③强风化的岩石；

④刚塑性的粘土泥质灰岩和泥质灰岩；

⑤坚硬粘土，也有带坚硬夹层的粘土；

⑥微裂隙的，但很少粘土的岩体；

⑦在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石；

在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合

①有强烈地压显现的岩体；

②膨胀性岩体（要与仰拱与底部锚杆相配合）；

③在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合；

④在蠕动性岩体中，要与冻结法或预加固法等配合；

在下列场合中应用应慎重

①大量涌水的岩体；

②由于涌水会产生流砂现象的围岩；

③极为破碎，锚杆钻孔、安装都极为困难的岩体；

④开挖面完全不能自稳的岩体等。4、新奥法的缺点主要有：

①实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的仔细操作有关。

②开挖暴露出的地质会立即改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题；

③用能控制的施工量测，往往给施工带来不便；

④干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的损害必须加强防护，尤其是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体。

新奥法施工是从实际经验中总结出来的，又在不断实践经验中得以丰富其内容和进一步发展，新澳法施工在我国推广以来，经过几十年的发展，通过科研、设计、施工三结合，在修建下坑、西坪、大瑶山、军都山等铁路隧道以及中梁山、二郎山等多座公路隧道中，应用新奥法远离及其相应的技术，取得了较大的成就。

不可否认，新奥法也存在不少缺点，不过经过工程技术人员和科技工作者的共同努力一定可以把新奥法不断完善，在我国的现代化建设进程中发挥更加重要的作用第二讲隧道的支护体系与围岩的稳定性1隧道围岩的稳定性1.1利用围岩是支护的要点1.1.1从支撑围岩压力的概念到利用围岩的概念1.1.2新奥法的基本原理腊布兹维奇从弹塑性理论出发，以一个弹性薄板挖一个圆孔的力学解为基础，作为原理作了一个概念性的阐述。即洞子开挖后，周边应力集中，集中系数为3，超过岩体弹性极限，形成塑性区。在N= 1的情况下，有一薄壁圆环作支护，则—支护抗力R—塑性区半径—原岩应力C—岩体粘滞系数—岩体内摩擦角r—隧道半径图1.1图1.2腊布兹维奇又进一步研究不加支护的破坏形式。对圆形洞室，若垂直方向初始应力为主，将在两侧墙出现剪切破坏楔体，喷锚支护加强、加固剪切楔体，防止破坏。1.1.3不同结构岩体的破坏实际上，岩体是一个结构体，不同的岩体破坏形式不同完整岩体厚板体板裂效应薄板体薄板弯张、脱层破坏块状岩体不稳定结构体的滑移破坏土质岩体塑性变形，流变松散体普氏理论软硬相间岩体软质岩的破坏、挤出、滑动等膨胀性岩体1.1.4隧道围岩中的自承体系及其变化隧道开挖是个4维问题：3维空间+时间在掌子面前方1~4倍洞径远，岩体已经变形，沿切向、径向都受压缩。隧道开挖断面是在已经被压缩的岩体状况下进一步变形。隧道一开挖，周边岩体向洞内移动，发生张性变形，这样就在隧道周边岩体中形成由外向内的一个自承结构，最外层为松弛带，中间经过一个过渡带到压密区，然后是未受扰动的原岩（图1.3）。图1.3隧道周边围岩自承体系（某隧道，由形变—电阻率法、声波法、位移计、地面预埋应变计等测定）最外层的松弛带岩体无论是沿切向还是径向都发生了张性变形，实际上可以分为两层，即最外面靠近临空面的部分，岩体受爆破、施工、自重影响，变形最严重；靠里的一部分，则主要是受应力解除影响的变形。松弛带岩体在隧道刚开始时并未松动，除局部或特殊情况外还是自稳的。而压密区的岩体，是在三维空间中受压缩的。在有围压情况下，岩体强度远大于单轴抗压强度。因此，压密区岩体有很高的强度，形成一个厚壁圆桶，或很厚的岩拱，与原岩应力相平衡或承载原岩压力。压密区通过过渡带受松弛带的支护，如果松弛带不破坏，不发展，压密区就会渐趋完善，保护岩体整体稳定。松弛带、过渡带、压密区，广义的加上支护，形成一个围岩自承体系。自承体系随时间如何变化？由支护，即对自承体系的保护来决定。如果不作支护，松弛带岩体张性变形将继续发展，直至由松弛带发展到松动，同时松弛带向深部发展，不仅使过渡带变成松弛带，而且使压密区逐渐消失，岩体因承载力大大减弱，而出现整体失稳（图1.4）。图1.4围岩自承体系随时间的破坏A为压密区B为松弛带如果及时做支护，及时保护了松弛带，随着对岩体径向和切向变形的约束，松弛带就可能情况改善，张性变形减少，松弛带缩小，过渡带成为压密区的一部分，压密区扩大并均匀化，最后达到稳定（图1.5）。图1.5在喷锚支护下自承体系的完善A为压密区B为松弛带C为过渡带这里可以看到几个现象：每一个开挖步骤都可引起围岩中的一次调整，所以每一个步骤的影响是好是坏，要作评估；洞形可以影响一开挖就形成的自承体系的形态，自承体系形态好，调整得就快，所以开挖的洞形是能促进围岩自承体系的手段之一；开挖速度体现在4维中的t这一坐标，要考虑到围岩自承体系产生和调整需要时间；开挖断面附近，在刚开挖时松弛带一般还有自稳能力，此时还有掌子面的支撑，产生桥跨作用，此时如及时支护对巩固松弛带的作用很大；对于中小跨度的的隧道和地地下工程，加加固松弛带带，尤其是是加固松弛弛带的最外外层，能起起到保护自自承体系的的作用；浅埋情况，自承承体系不完完整。浅埋土质隧道，由由于自承体体系不完整整，拱部以以上土体靠靠原生结构构，靠土、砂砂的粘滞性性和摩擦维维持。附录二.1软岩隧道围岩中中自承体系系的形成和和发展除浅埋隧道外，一一般情况下下，隧道的的稳定，需需要围岩的的稳定。关关于隧道围围岩稳定的的机制和理理论，以往往大多是在在二维或三三维的条件件下进行的的。而隧道道的开挖和和支护，是是在四维（三三维空间加加时间）的的条件下发发生的；隧隧道从开挖挖到稳定，也也要经历一一段相当的的时间。作作者通过大大量在现场场对围岩变变形规律的的实测后发发现，有许许多现象需需要从隧道道的开挖和和支护是四四维问题这这一条件去去解释，否否则难以理理解。实测测资料还发发现，隧道道围岩中可可能存在有有一定层次次的自承体体系结构，它它们是在四四维条件下下形成的，并并随时间和和支护而变变化、发展展。本文将将对此作一一系统的阐阐述。所涉涉及的是较较软弱的岩岩体，在非非大地压的的情况，并并且暂不考考虑块体的的平衡和位位移等问题题。基本上上是以实测测资料为依依据。一围岩中的自承体体系结构除浅埋隧道外，隧隧道能稳定定，是由于于其围岩中中存在有一一定结构层层次的自承承体系，使使得围岩能能稳定。严严格地讲，自自承体系也也应包括支支护系统。因因为支护、尤尤其是喷锚锚支护往往往与围岩结结成一体。图l所示是在某隧道道（砂、泥泥岩互层）用用形变一电电阻率法和和声波测量量测得的。自自承体系由由内向外包包括：内层层支护、松松弛带、压压密区，有有时在松弛弛带外还有有一过渡带带。松弛带带中岩体沿沿隧道切向向和径向因因发生张性性变形，因因而比原岩岩状态松弛弛；它常分分为两部分，接近压压密区的部部分变形较较图1某隧道实实测围岩中中自承体系系示意图松动。压密区中中岩体沿隧隧道切向发发生（根根据声波量量测和形变变-电阻率法法量测资料料）压性变形，沿隧隧道径向有有时也受压压、岩休整整体呈被压压缩状态。过过渡带中岩岩体或基本本不变形，或或在整个变变形过程中中或成为松松弛带的一一部分，或或成为压密密区的一部部分。在土土质隧道中中也能测到到同样的自自承体系。自承体系的范围围由许多因因素决定，岩岩体的强度度是一个重重要因素。岩岩石隧道围围岩的自承承体系常仅仅几米宽，在在土质隧道道中则可能能宽达20~300m。开挖挖方法，隧隧道洞形，支支护形式和和及时与否否等，都会会影响自承承体系的范范围。自承承体系稳定定，隧道的的变形才能能停止。而而松弛带的的岩体稳定定，变形不不再发展，是是整个自承承体系稳定定的前题。可可以将包括括支护在内内的整个自自承体系看看作一个承承载结构，它它朝向岩体体的外缘的的原岩应力力对它的作作用可看作作是它的外外荷。二隧道围岩中自承承体系的形形成隧道围岩中的自自承体系是是在三维空空间十时间间这个四维维的条件下下形成的。在在隧道开控控后，它将将随支护状状态而变化化，随时间间而发展。隧道的开挖是在在三维空间间中实现的的，量测资资料表明，开开挖面前方方一定距离离外，岩体体即已开始始变形，在在较好的岩岩体中，这这距离可能能在l—2倍洞径之之外；在软软弱围岩。例例如土体中中，则可能能在3—5倍洞径之之外。这变变形是自承承体系形成成的基础。由由于有这变变形基础，洞洞室开挖后后围岩中才才可能形成成自承体系系。量测表表明开挖面面前方岩体体在隧道的的切向和径径向都发生生压性变形形。可以认认为，开挖挖面前方岩岩体沿隧道道切向的应应力增高，使使岩体在隧隧道切向和和径向发生生压性变形形，而周围围岩体的约约束使沿隧隧道径向也也发生压性性变形（见见图2、3）。这种种应力和变变形使岩体体向自由空空间方向位位移，自由由空间有两两个，一个个是开挖面面，另一个个是地面，所所以，若隧隧道上覆岩岩体强度较较低而又不不太厚，地地面就可能能上升，这这已为许多多浅埋隧道道的量测资资料所证明明，例如军军都山隧道道浅埋黄土土段、北京京地铁复兴兴门折返段段、地铁西西单车站等等（见图4）工程均均曾观测到到。图2某隧道（砂砂、泥岩互互层）开挖挖前后洞顶顶上方不同同深度围岩岩沿隧道切切向的变形形图某隧道各各部开挖前前后洞顶上上方不同深深度围岩沿沿隧道径向向和切向的的变形图4军都山山隧道浅埋埋土质段开开挖通过20#测点前后后地表及土土体内部沉沉降时态曲曲线开挖面前方岩体体沿隧道切切向的压性性变形，是是围岩自承承的基础。在在隧道开控控后，虽然然在极短的的时间内。周周边岩体沿沿隧道切向向应力集中中，但是，由由于出现了了隧道这临临空面，其其周围岩体体能量迅速速释放，因因此。这部部分岩体很很快沿隧道道切向和径径向发生张张性变形，成成为松弛带带。即使在在黄土质隧隧道拱脚下下方这切向向应力最高高的部位，在在开挖后一一个短时间间内可能出出现压劈，但但在不长时时间之后，这这部分土体体即沿径向向和切向发发生张性变变形；成为为松弛带的的一部分；；而且出现现压劈的深深度也仅0.3~~0.5mm。隧道开挖后，最最靠内的岩岩体成为松松弛带。在在一定深度度，开挖面面前方岩体体已经发生生的沿隧道道切向的压压性变形仍仍然存在，它它们处于三三维应力状状态下，具具有较高的的承载能力力，能在一一定时间内内保持围岩岩不发生整整体破坏。从图2、3、4还可见，在多部部开挖时，每每一开挖步步骤，都会会引起开挖挖面前方岩岩体的压性性变形，这这些变形是是叠加在已已有的变形形之上的。为了读者能更好好地理解图图2、3及后述的的一些资料料，这里作作一说明：：这些资料料是形变一一电阻率法法所测。同同一岩体，在在发生压性性变形时，其其电阻率会会降低，即即与原始电电阻率值之之差是负值值，压性变变形越大，电电阻率降低低越剧；若若发生张性性变形，则则电阻率会会升高，与与原始电阻阻率值之差差为正值，张张性变形越越大，电阻阻率增高越越多。改变变测量电阻阻率的电极极的排列方方向，可以以测量不同同方向的电电阻率值。为为了解岩体体不同方向向的变形情情况，图2、3的资料是是在钻孔中中测得的。钻钻孔是在开开挖前在隧隧道中线位位置钻好，然然后测量不不同深度水水平向（隧隧道切向）和和铅垂向（隧隧道径向）的的电阻率作作为初始值值；在隧道道开挖过程程中，不断断测量开挖挖面前方开开挖后、支支护后不同同深度的电电阻率值。这这样就可了了解拱顶上上方岩体的的变形规律律。三自承体系的变化化和发展开挖后自承体系系的变化由由支护决定定。图5和图6是一组对对比资料，它它们来自某某隧道中相相邻的两个个试验段，其其中模注混混凝土衬砌砌段的土质质要好于喷喷锚试验段段。模注衬衬砌段在开开挖后第6天开始衬衬砌，第15天衬砌完完成（衬砌砌厚30ccm）。从从图5可见，开开挖5天后，拱拱顶松弛带带宽约5mm，距拱顶5～12m，还还有一宽88m的压密密区；而开开挖20天（衬砌砌完成5天）后，土土体自承体体系仍在恶恶化，松弛弛带扩展到到6m，压密密区缩小到到仅1.55m宽（拱拱顶上6~8.55m），以以后土体自自承性能仍仍在恶化，开开挖1个月后，压压密区完全全消失，松松弛带扩大大到8m宽；不不久以后，埋埋设在衬砌砌背后的的的压力盒测测得的压力力成倍地增增加。这说说明，如果果不作支护护或对岩体体保护不好好，甚至由由于拱顶衬衬砌与岩体体间通常存存在的小小小的空隙，致致使不能限限制拱顶松松弛带岩体体的张性变变形的发展展和松弛带带范围扩大大，在软弱围岩中，松松弛带的岩岩体甚至发发展到松动动以至坍落落，最后压压密区缩小小以至消失失，岩体整整体自承能能力丧失。图6所示的喷锚衬砌段则不同。由于开挖后几小时图5某黄土隧道模筑混凝土衬砌段弧导开挖后拱顶上方即及时喷射5～～7cm厚不同深深度土体沿沿切向ρs的相对变变化混凝土支护，故故尽管刚Δρs=ρs-ρso（单位：Ω.m）Δρs<0土体受压压开挖时土体中的的压密区ρso—19799.1.116ΔΔρs>0张松尚不完整，但十十余天后，已有宽约6m的的压密区；；两个半月月后，虽然然隧道断面面大小扩挖挖了一倍，压压密区仍扩扩大到133m宽，松松弛带却没没有扩大；；开挖5个月并将将喷射混凝凝土层加厚厚到l5cmm后，压密密区扩大到到17.5m宽并最最后趋于稳稳定。图6某黄土土隧道喷射射混凝土衬衬砌段弧导导开挖后拱拱顶上方不不同深度土土体沿切向向ρs的相对变化Δρρs=ρs-ρso（单位：Ω.m）Δρs<0土体受压压ρso—19799.1.116ΔΔρs>0张松图7某隧道开开挖并喷射射混凝土支支护后拱顶顶上方不同同深度岩体体切向ρs随时间的的变化ρ019777.6..71—19777.6.223喷喷射混凝土土后2—19777.8.22～8.633—19788.1.224图7所示是砂泥岩互互层的某隧隧道拱顶上上方围岩变变形的形变变一电阻率率法测量结结果。由图图可见，由由于开挖后后及时喷锚锚支护，隧隧道周边的的松弛带范范围逐渐缩缩小，压密密区扩大，最最后达到稳稳定。实际上，包括喷喷锚在内的的支护系统统仅作用于于或主要作作用于松弛弛带，图8展示了某某黄土隧道道周边土体体在喷射混混凝土后张张性变形是是如何减小小、土体状状态是如何何改善的。由由图可见，＜0的松弛带岩体，在喷射混凝土支护后，减小。从图7还可见，松弛图8某隧道喷射混凝土衬砌完成后围岩中松弛带带可分为两部分分，最内层层是受开中切向ρs的变化（松松弛带土体体性状的改改善）挖影响（如爆破破、机械破破岩等）ρso19979.11和岩块本身自重重而位移影影响最大1—19799.4.44马口挖过过断面1～2m，喷层厚厚5cm的部分，它们变变形较大；；其外的2—19799.5.88马口挖挖过断面220m，喷层加加厚到155cm岩体是由于应力力释放而产产生张性变形，变形较小小。第三讲支护施施工的几点点说明1喷射混凝土和锚锚杆联合支支护的作用用1.1岩质隧隧道加固局部岩块，防防止岩体中中不不稳定定结构体的的冒落及大大位移；约束松弛带的切切向和径向向的张性变变形；加固松弛带的岩岩体，使之之整体性加加强，形成成整体结构构；有一定的结构承承载作用；；强调的是喷锚的的及时性，特特别是喷射射混凝土的的及时性；；面接触的的支护形式式；喷锚联联合支护的的作用。一组块状围岩喷喷锚支护模模型实验结结果（冶金金建筑科学学研究院）：：用砌块组组成断面，净净跨2000mmm的混凝凝土拱，矢矢高5000mm，作为为裂隙发育育的不稳定定块状岩体体。实验结果试件名称试件形式破坏荷载50吨荷载时拱中挠挠度绝对（吨）相对绝对（mm）相对块状围岩性7.3191砂浆锚杆支护50.76.951.21/7.5喷混凝土支护70.19.60.41/22.51.2土质隧隧道1.2.1砂浆锚杆杆在土质隧隧道中的支支护作用黄土有垂直节理理、构造斜斜节理和层层，某些土土体也有一一些裂隙和和层面，全全长粘结砂砂浆锚杆可可以将它们们加固，将将土块连接接；系统的的砂浆锚杆杆能将砂浆浆、土体改改性，增加加其整体强强度。浅埋土质隧道的的支护浅埋土质隧道自自承体系不不完整，主主要靠砂、土土的原始结结构，靠砂砂、土体的的摩擦、粘粘滞保持稳稳定。同时时，土体围围岩往往有有流变性，需需要一定的的支护刚度度才能制止止流变。土土质隧道浅浅埋暗挖法法应以限制制围岩变形形为主，应应采用早期期大刚度的的初期支护护，防止土土体变形过过大破坏原原始结构；；初期支护护应给土体体以一定的的支护抗力力及时制止止流变。在在保护了土土体之后，土土体仍能保保持较好的的自承能力力，二次衬衬砌承受变变形压力不不大。这一一基本认识识经过军都都山隧道浅浅埋土质段段工程试验验成功，并并推广到北北京及广州州、深圳等等地铁中。1.2.3临时支护护，初期支支护和永久久衬砌临时支护是为施施工安全服服务的。用用喷锚做临临时支护代代替了过去去的木支撑撑，支护是是必须的，不不能因岩质质较好而不不为。不乏乏好围岩不不及时支护护而坍方落落石的实例例。初期支支护不仅是是临时支护护，它也是是永久衬砌砌的一部分分。喷锚构构筑法中初初期支护是是主要的受受力结构，二二次衬砌是是为防水和和作安全储储备，即使使在土质隧隧道中，初初期支护按按设计敷设设后，二次次衬砌都可可在几个月月，甚至一一年后施工工。初期支支护是维持持围岩自承承体系的主主要手段。减减薄、简化化初期支护护，企图以以加厚二次次衬砌的模模筑混凝土土来代替喷喷射混凝土土，这从理理论上讲是是错误的。永久衬砌包括初初期支护和和二次衬砌砌，实际上上二次衬砌砌可以是模模筑混凝土土，也可以以是喷射混混凝土，也也可以是砌砌块或拼装装式结构。模模筑衬砌和和砌块、拼拼装结构等等，在中间间有防水板板时，与喷喷射混凝土土之间没有有粘结性，没没有切向摩摩阻力。4.2开挖分分部喷锚支护的一个个主要特点点是初期支支护作为永永久衬砌的的一部分，这这是避免围围岩在分部部开挖时受受二次扰动动的重要优优点。因此此，应当尽尽量减少分分部的数目目。小导坑坑扩大，实实际上不是是安全的办办法，全断断面和正台台阶是比较较好的形式式。非在不不得已时，不不应用侧壁壁导坑。侧侧壁导坑法法较安全，但但是分部多多，工序繁繁杂，还要要破坏掉侧侧壁导坑的的内侧初期期支护。在软弱围岩中，要要及时封闭闭仰拱，形形成完整、封封闭的支护护结构。许许多隧道在在软弱围岩岩中，施工工时变形（位位移）不止止，及时做做仰拱后，都都能抑制变变形发展。量量测资料表表明，变形形不止的隧隧道段，主主要是由于于边墙和拱拱脚不断内内挤。仰拱拱施作后，首首先抑制拱拱脚的内挤挤。正台阶阶法施工时时，上导坑坑不应拖的的太长。4.3喷锚支支护4.3.1喷喷射混凝土土喷射混凝土应在在开挖后尽尽快施作。喷喷射混凝土土的抗压强强度一般R1d=5MPa,砂浆锚杆杆中的水泥泥砂浆R1d=5Mpa，因此，均均在敷设后后24小时才能能起到较好好的支护作作用。根据据量测资料料，每一道道工序在施施工时，变变形都会加加大，即施施工对（喷喷、锚、挖挖）它们是是扰动、是是荷载，只只有强度足足够时才能能起支护作作用。即使使是较好的的围岩，也也应及时喷喷射混凝土土，应记住住桥跨效应应在一倍洞洞径内起作作用。目前喷射混凝土土普遍回弹弹量大，平平均达30%以上。其其实，只要要按规范要要求，控制制喷射距离离在0.6～1.2m、垂垂直被喷面面、控制风风压、控制制好水灰比比，略作改改进和培训训，是可以以将回弹控控制在155～20%以内的。这这里也有个个报酬和管管理问题。当然，在有钢筋筋网和格栅栅拱架时的的喷射混凝凝土有一些些特别的喷喷射方法，可可以通过培培训和让工工人去探索索。建议在可能条件件下粗骨料料用连续级级配。在需要很快起支支护作用时时，可以采采用早强水水泥喷射混混凝土。喷射混凝土还有有两个值得得注意的问问题：一是喷射混凝土土往往偏薄薄，这是因因没有配备备随时检测测喷层厚度度的仪器。二是在有钢拱架架时往往钢钢拱架处喷喷层厚，两两钢拱架之之间薄，形形成波浪型型。在铺防防水板后浇浇筑衬砌时时，易将防防水板挤破破，或形成成二层衬砌砌间的空区区，衬砌完完成后再打打孔注浆充充填，不仅仅费时费工工，还可能能钻破防水水板造成漏漏水。4.3.2锚杆锚杆包括局部锚锚杆和系统统锚杆，局局部锚杆是是为了锚拴拴住岩体中中的不稳定定结构体用用，应由有有经验的工工人或地质质工程师确确定位置和和方向。系统锚杆则在较较软弱岩体体中设定，经经常要求按按隧道径向向和定间隔隔设置。全长粘结式锚杆杆在敷设中中的最大问问题，一是是方向不对对，主要是是打锚杆孔孔的台架等等工具不合合适，或未未设台架凑凑合施工，方方向不合理理的锚杆是是不起作用用的。二是是注浆不饱饱满，注浆浆不饱满的的锚杆不仅仅起不到支支护作用，反反而可能成成为载荷。抗拔力并不能证证明注浆饱饱满的程度度，应当推推广锚杆砂砂浆饱满度度的检测技技术。实际际上，只要要锚杆端部部有1m左右长度度注了浆，抗抗拔力就合合格，但这这根锚杆不不仅不起作作用，反而而可能起坏坏作用。锚杆应当及时敷敷设，随着着岩体变形形锚杆逐渐渐施加应力力。敷设晚晚的锚杆已已在岩体急急剧变形阶阶段之后，作作用明显减减少。4.4钢拱架架在外力方向与钢钢拱架断面面平面一致致时，它是是一个钢性性的支撑。但但受力与平平面不一致致时它们则则为柔性支支撑。钢拱拱架与岩体体是点接触触，对岩体体仅能起局局部支撑作作用，而且且在受力时时会因局部部应力集中中而发生扭扭曲。因此此，钢拱架架在与喷射射混凝土结结合时才能能发挥好的的作用。想想单纯依靠靠钢拱架做做支护并不不是好的主主意。不乏乏不喷混凝凝土单用钢钢拱架支护护而发生拱拱架扭曲、垮垮坍的实例例。使用型钢拱架时时，喷射混混凝土困难难（钢拱架架与围岩之之间难以喷喷实，喷射射混凝土打打在钢拱架架上回弹大大），相比比之下格栅栅拱架就好好的多。格栅拱架的优点点是，它的的变形与混混凝土匹配配，它与喷喷射混凝土土结合成的的钢筋混凝凝土结构具具有很大的的刚度。可可以适应先先柔后刚的的支护形式式，也可以以与一次喷喷射足够厚厚度的混凝凝土结合形形成刚度大大的初期支支护。通常常，格栅拱拱架不需太太大的刚度度。4.5超前锚锚杆及小导导管注浆超前锚杆是在岩岩质隧道破破碎岩体中中应用的，它它一端由钢钢质拱架支支撑，成5o~10o插向斜前前上方。另另一端插入入掌子面前前方的岩体体中被未开开挖的岩体体支撑。所所以，其长长度必需保保证大于一一个循环开开挖进尺长长度。它们们除了可加加固近隧道道临空面的的破碎岩体体外，还可可以支架其其上方的岩岩体，在锚锚杆孔中注注浆时，浆浆液可挤入入岩体的裂裂隙中起固固结作用。必必要时可采采用早强水水泥砂浆。小导管注浆是对对付松散层层的，也可可以在处理理坍方时在在坍体中开开挖前进用用，通过导导管注浆将将松散体固固结。小导导管一般间间距30~400cm，不适适用于岩质质岩体，原原因是岩质质岩体通常常不可能注注入浆液，同同时小导管管间距过小小，钻孔将将岩体切断断造成大量量超挖。第四讲中国中中铁集团企企业标准之之客专隧道道支护部分分规范与说说明10支护10.1一一般规定铁路客客运专线隧隧道支护必必须配合开开挖及时施施作，保证证施工安全全。及时支护是保证证隧道开挖挖安全的重重要手段。支支护及时与与否决定隧隧道施工安安全的成败败。因此应应及时进行行支护。隧道支支护应采用用喷锚支护护，根据围围岩特点、断断面大小和和使用条件件等选择喷喷射混凝土土、锚杆、钢钢筋网和钢钢架等单一一或组合的的支护形式式。喷锚支护包括的的单独或组组合形式主主要有：锚锚杆支护、喷喷射混凝土土支护、喷喷混凝土锚锚杆联合支支护、喷混混凝土钢筋筋网联合支支护、喷混混凝土与锚锚杆及钢筋筋网联合支支护、喷射射钢纤维混混凝土支护护、喷射钢钢纤维混凝凝土锚杆联联合支护、以以及上述类类型加设钢钢架的联合合支护。当开挖挖工作面不不能自稳时时，应根据据具体地质质条件进行行超前支护护和预加固固处理。在地层稳定性较较差地段，常常采用超前前锚杆、小小导管以及及管棚等超超前支护措措施。在地地层稳定性性很差地段段，应在工工作面或和和围岩一定定范围进行行超前预注注浆加固处处理。锚喷支支护施工中中，应做好好下列工作作：1锚喷支护护施工记录录（附录B）；2喷射混凝凝土的强度度、厚度、外外观尺寸等等项检查和和试验报告告（附录C）；3监控量测测记录；4地质素描描资料（附附录D）。锚喷支护需要仔仔细施工才才能达到设设计要求，并并且施作后后成为隐蔽蔽工程，因因此需要在在施工过程程中对控制制施工质量量的参数和和过程进行行记录，同同时必须进进行地质素素描，并对对支护的主主要力学行行为进行监监控量测并并记录。10.2喷喷射混凝土土客运专专线铁路隧隧道初期支支护喷射混混凝土应及及时进行，初初喷混凝土土在开挖后后及时进行行，复喷就就根据工作作面的地质质情况和一一次爆破用用药量分层层、分时段段进行。湿喷工艺重要特特征是在混混凝土搅拌拌工序加入入水泥水化化所需的全全部水分。湿湿喷工艺能能够按设计计配合比严严格控制水水胶比，湿湿喷工艺将将干喷混合合料中的游游离颗粒状状水泥形态态转变为湿湿喷混合料料的水泥浆浆体形态，大大幅度降低低了粉尘浓浓度，保护护工人健康康；湿喷工工艺能够对对液体速凝凝剂进行准准确计量。在在隧道大面面积淋水段段经过监理理批准可以以采用干喷喷工艺。喷射混混凝土原材材料应符合合下列要求求：1水泥：选选用硅酸盐盐水泥或普普通硅酸盐盐水泥。水水泥强度等等级应不低低于32.55MPa；2细骨料：：采用坚硬硬耐久的中中砂或粗砂砂，细度模模数宜大于于2.5，含含水率宜控控制在5%~77%，含泥量量按重量计计不应大于于3%；3粗骨料：：采用坚硬硬耐久的卵卵石或碎石石，粒径不不宜大于115mm；；当喷射钢钢纤维混凝凝土时，粒粒径不宜大大于10mmm；骨料料级配宜采采用连续级级配（表10.2）；当使使用碱性速速凝剂时，不不得使用含含有活性二二氧化硅的的石材，含含泥量按重重量计不应应大于1%；4骨料级配配：宜控制制在表10.2所给的范范围内。表10.2喷喷射混凝土土骨料通过过各筛径的的累计重量量百分比（%）骨骨料粒径（mm）等级0.150.300.601.202.505.0010.0015.00优5～710～1517～2223～3134～4350～6078～82100良4～85～2213～3118～4126～5440～7062～901005速凝剂：：在使用速速凝剂前，应应进行与水水泥的相容容性试验及及水泥净浆浆凝结效果果试验，初初凝不应大大于5miin,终凝不应应大于10miin，碱性速速凝剂掺量量应不大于于5%，无碱速速凝剂掺量量应不大于于8%。液体速速凝剂物理理性状为：：呈均匀状状态，无团团聚现象，可可有少量沉沉淀，搅拌拌后应无沉沉淀，应无无刺激性气气味，环境境温度在55°C以上上能保持其其工作性；；速凝剂施工实际际用量与实实验室掺量量有较大差差异，其原原因有三：：首先实验验室掺量试试验条件为为0.4水灰比的的水泥净浆浆，其二为为速凝剂凝凝结时间随随水灰比增增加而延长长，其三为为实际工作作过程中难难免有损耗耗，同时速速凝剂中的的固体沉淀淀物造成浪浪费。但这这种差异应应控制在50%以内。速凝剂掺量对喷喷射混凝土土品质和成成本有重要要影响，掺掺量低将导导致回弹增增加和早期期强度不够够，掺量过过高不但增增加成本，还还将导致后后期强度降降低并同时时影响混凝凝土密实性性，因此掺掺量应根据据试验结果果加以严格格控制。液体速凝剂如沉沉淀物过多多或黏度过过大将严重重影响其工工艺性，应应加以限制制。6减水剂：使用减减水剂前应应进行相应应的性能试试验和使用用效果试验验；7外掺料：外掺料料掺量应通通过试验确确定，加外外掺料后的的喷射混凝凝土性能必必须满足设设计要求。当当掺用粉煤煤灰替代水水泥时，宜宜采用Ⅰ级粉煤灰灰，当掺用用粉煤灰改改善混凝土土和易性时时，可以掺掺用Ⅱ级粉煤灰灰。宜采用用表面积大大于200000m22/kg的优质硅硅粉，硅粉粉所需用量量按水泥重重量计为3～15%。但在使使用前必须须确定它们们对材料属属性的影响响，特别是是早期强度度；在喷射混凝土中中使用粉煤煤灰和硅粉粉是一项环环保型事业业，减少水水泥用量就就是减少向向大气排放放CO2，同时粉粉煤灰和硅硅粉本是工工业废弃物物。硅粉不不但提高喷喷射混凝土土强度，同同时使混凝凝土粘性增增加，对降降低回弹是是十分有利利的。8水：喷射混凝土土用水不应应含有影响响水泥正常常凝结与硬硬化的有害害杂质，不不得使用污污水、pH值小于4的酸性水水、含有硫硫酸盐量按按SO42-计算超超过用水重重量1%的水,不得使用用海水。喷射混凝凝土配合比比与喷射混混凝土工作作度喷射混凝土配合合比设计必必须同时满满足混凝土土性能和喷喷射混凝土土工作度（可可喷性）要要求，喷射射混凝土配配合比应通通过试验确确定，并应应遵守下列列原则：水胶比：根据喷喷射混凝土土强度由试试验确定，宜宜控制在0.4～0.5之间；用水量：根据混混凝土坍落落度要求确确定（采用用减水剂时时可降低用用水量）；；胶凝用量：根据据水胶比和和用水量计计算确定，但但不宜小于于400mmg/m33；砂率：应为455～60%；和易性：喷射混混凝土拌合合物应无离离析和泌水水、粘聚性性好；稀薄薄流喷射混混凝土最适适宜坍落度度为8～13cm，稠密流流喷射最适适宜坍落度度为10～16cm。喷射混凝土配合合比与喷射射混凝土工工作度喷射混凝土工作作度包含混混凝土和易易性和喷射射工艺性（可可喷性）两两方面，目目的是提高高生产效率率、降低回回弹、保证证品质，以以控制适当当流动性和和增加粘稠稠性为主。良良好的喷射射工艺性应应为：由料料斗向料腔腔喂料效率率高，在输输料管道内内不结团，输输送阻力小小，喷嘴不不跌浆，喷喷射回弹率率低，喷嘴嘴处粉尘浓浓度低。喷射混凝土水泥泥用量变化化范围较大大（440～550kkg/m33之间），远远远高于普普通混凝土土结构的变变化值。喷射机应应具有良好好的密封性性能，输料料连续、均均匀，附属属机具的技技术条件应应能满足喷喷射作业需需要。喷射混混凝土作业业前，应做做好以下工工准备工作作1检查机具具设备和风风、水、电电等管线路路，并试运运转，确保保作业区内内有良好的的通风及照照明；2清除松动动岩块和墙墙脚岩碴、堆堆积物，并并向料斗加加水冲洗受受喷面（当当岩面受水水容易潮解解、泥化时时，只能用用高压风清清扫）；应应从顶部工工作面往下下清洁；3检查开挖断面净净空尺寸；；4设置控制制喷射混凝凝土厚度的的标志；5岩面如有有渗漏水应应予妥善处处理。喷射作作业应遵守守下列规定定：1喷射作业业应分段分分片依次进进行，喷射射顺序自下下而上；2一次喷射射厚度可根根据喷射部部位和设计计厚度确定定，且拱部部不得超过过10cmm，边墙不不得超过115cm；；3分层喷射射时，后一一层喷射应应在前一层层混凝土终终凝后进行行。若终凝凝1h后再喷射射，应先用用风水清洗洗喷射表面面；4喷射作业紧跟开开挖作业面面时，下一一循环爆破破应在喷射射混凝土终终凝3h以后进行行；5喷射混凝土应强强化工艺管管理，降低低喷射回弹弹率。喷射混混凝土养护护应遵守下下列规定：：1混凝土喷射终凝凝2h后，应进进行湿润养养护，养护护时间不得得少于14d；2黄土或其它土质质隧道，应应控制养护护用水，避避免喷水过过多软化下下部土层；；3隧道内环境气温温低于5℃时，不得得进行喷水水养护。喷射混混凝土冬期期施工应遵遵守下列规规定：1喷射作业区的气气温不应低低于5℃，在结冰冰的岩面上上，不得喷喷射混凝土土；2混合料进入喷射射机料斗前前温度不应应低于5℃；3对液体速凝剂进进行加热处处理，温度度不应低于于10℃（最佳20℃）；4喷射混凝土强度度未达到6MPa前，不得得受冻。喷射混混凝土的安安全与防护护应符合下下列要求：：1施工作业业前应认真真检查和处处理支护作作业区的危危石，施工工机具应布布置在安全全地带；2施工用作作业台架应应牢固可靠靠，并应设设置安全栏栏杆；3应定期检检查电源线线路和设备备的电器部部件，确保保用电安全全；4应查接损当击脱时处5施工中检检修机械或或设备故障障时，必须须在断电、停停风条件下下进行，检检修完毕向向机械设备备送电送风风前必须事事先通知有有关人员；；6当采用加加大风压处处理堵管事事故时，应应先关机将将输料管顺顺直，紧按按喷嘴，喷喷嘴前方不不准站人，疏疏通管路的的工作风压压不得超过过0.5MMPa；7非施工人人员不得进进入正进行行喷射的作作业区，施施工中喷嘴嘴前严禁站站人；8喷射作业业区应有良良好的通风风措施，作作业区的粉粉尘浓度不不得大于2mg//m3。作业人人员应带防防尘口罩、防防护帽、防防护眼镜、防防尘面具等等防护用具具，作业人人员应避免免直接接触触碱性液体体速凝剂，不不慎接触后后应立即用用清水冲洗洗；9喷射混凝土作业业完成后应应及时对机机具进行清清洗。00初期支支护表面应应平整，无无空鼓、裂裂缝、松酥酥，并用喷喷混凝土（或或砂浆）对对基面进行行找平处理理，平整度度用2m靠尺检检查，表面面平整度允允许偏差：：侧壁5ccm、拱部部7cm。11喷射混凝凝土厚度检检查宜采用用断面仪检检查。喷射射混凝土的的厚度应符符合下列要要求：1喷射混凝凝土平均厚厚度不应小小于设计厚厚度；2喷射混凝凝土厚度检检查点数的的80％及以上上不小于设计计厚度；3喷射混凝土土最小厚度度不小于设设计厚度的的2/3。22钢纤维维喷射混凝凝土应满足足下列规定定：1钢纤维宜宜用普通碳碳素钢制成成。2钢纤维断断面直径（或或等效直径径）应为0.3～0.5mmm。3钢纤维长长度应为20～25mmm，并不得得大于输料料软管以及及喷嘴内径径的0.7倍；长径径比为40～60，长度偏偏差不应超超过长度公公称值的±±5%。4钢纤维抗抗拉强度不不得小于380MMPa。5钢纤维喷喷射混凝土土的钢纤维维体积率宜宜为1.0～1.5％（体积积比）。6钢纤维喷喷射混凝土土使用的水水泥强度等等级不应低低于42.55MPa。7钢纤维喷喷射混凝土土粗骨料最最大粒径不不宜大于110mm和和钢纤维长长度的2/3。8拌制钢纤维喷射射混凝土不不得采用海海水、海砂砂、严禁掺掺加氯盐。9钢纤维喷喷射混凝土土的搅拌应应采用强制制式搅拌机机。10钢纤维维喷射混凝凝土搅拌时时间不宜小小于180s，宜采用用将钢纤维维、水泥、骨骨料先干拌拌后加水湿湿拌的方法法，且干拌拌时间不得得少于1.5mmin。10.3锚锚杆锚杆施施工应符合合现行《锚锚杆喷射混混凝土支护护技术规范范》（GB500086）、《铁铁路隧道喷喷锚构筑法法技术规范范》（TB100108）的有关关规定。锚杆类类型选择，应应根据地质质条件、使使用要求及及锚固特性性，可选用用中空注浆浆锚杆、树树脂锚杆、自自钻式锚杆杆、砂浆锚锚杆和摩擦擦型锚杆等等。锚杆杆杆体半成品品、成品的的类型、规规格、性能能符合设计计要求和国国家有关现现有技术标标准的规定定。锚杆选择时应根根据地质情情况确定锚锚杆的作用用机理，然然后再结合合锚杆的使使用要求和和特性进行行选择。选选择原则是是质量可靠靠、耐久性性好、安装装方便、经经济合理。1自钻式锚锚杆特点：：锚杆可任任意切割或或接长、将将钻进灌浆浆和锚固有有机地结合合为一体、可可避免塌孔孔、易保证证砂浆灌注注饱满；但但杆体单价价高。2砂浆锚杆杆的特点：：施工简便便、杆体单单价低；需需要围岩有有成孔条件件、灌浆工工艺需严格格控制。3中空注浆浆锚杆：灌灌浆质量易易保证、施施工简便；；需要围岩岩有成孔条条件。杆体体单价介于于自钻式锚锚杆和砂浆浆锚杆之间间。锚杆粘粘结剂的粘粘结强度、凝凝固时间、抗抗老化及抗抗侵蚀性能能应满足设设计要求，对对环境无污污染。水泥泥砂浆的强强度等级不不应低于M20。锚杆孔孔应符合下下列条件：：1钻孔机具具应根据锚锚杆类型、规规格及围岩岩情况选择择；2应按设计计要求定出出位置，孔孔位允许偏偏差为±150mm；3应保持直直线，应宜宜与其所在在部位的围围岩主要结结构面垂直直；4深度及直直径应与杆杆体相匹配配；5有水地段段应先引出出孔内的水水或在附近近另行钻孔孔；6对成孔困困难的地段段，应采用用自钻式锚锚杆。锚杆安安装应符合合下列要求求：1首先需要将锚杆杆孔中的水水和碴清除除；2杆体插入入锚杆孔时时，应保持持位置居中中，插入深深度应满足足设计要求求；3砂浆锚杆杆孔内灌注注砂浆应饱饱满密实；；4药包型锚锚杆、树脂脂锚杆应先先检查药包包和树脂卷卷质量，受受潮或变质质者不得使使用。在杆杆体插入过过程中应注注意旋转，使使粘结剂充充分搅拌。5普通水泥泥砂浆锚杆杆的施工要要求：1)砂浆配配合比（质质量比）：：水泥:砂:水宜为1:(11~1.55):(00.45~~0.5))，砂的粒粒径不宜大大于3mmm；2)砂浆应应拌和均匀匀，随伴随随用，一次次拌和的砂砂浆应在初初凝前用完完；3)注浆作作业应遵循循下列规定定：注浆开始或中途途暂停超过过30miin时，应用用水润滑注注浆管路；；注浆孔口口压力不得得大于0.4MMPa；注浆管管应插至距距孔底5~10ccm处，随随水泥砂浆浆的灌入缓缓慢均匀地地拔出，随随即迅速将将杆体插入入，杆体插插入长度不不得短于设设计长度的的95%。若孔口口无砂浆流流出，应拔拔出杆体重重新注浆。6水泥砂浆浆药包锚杆杆的施工要要求：1）砂浆的初凝不得得小于3min，终凝不不得大于30miin；2）药包浸泡时间必必须符合产产品说明要要求，浸泡泡超过规定定时间的不不得使用；；3）浸泡好的药包应应及时送放放到钻孔内内，并逐一一顶至孔底底并挤紧；；4）待药包安装完毕毕立即将杆杆体插入，随随插随转动动，杆体位位于钻孔中中部。7树脂锚杆杆的施工要要求：用杆体将树脂卷卷送入孔底底，用搅拌拌器搅拌树树脂时缓缓缓推进杆体体，搅拌时时间一般为为30s。搅拌完完毕后将孔孔口处锚杆杆临时固定定，15miin后可安装装垫板。为了保证施工安安全并提高高支护效果果，开挖后后应迅速喷喷射混凝土土和安装锚锚杆。1锚杆孔内内的积水和和岩碴会影影响粘结剂剂与孔壁的的粘结力从从而降低锚锚固能力，因因此灌浆或或送放水泥泥卷或树脂脂卷前应使使用压风清清孔。2锚杆安装装的位置、方方向、深度度应符合设设计要求。3灌浆是否否密实是锚锚杆能否发发挥锚固作作用重要因因素，因此此在灌浆过过程中应密密切观察灌灌浆压力、灌灌浆量、漏漏浆情况等等。砂浆锚锚杆注浆的的饱满程度度是确保锚锚杆安装质质量的关键键，孔内砂砂浆不饱满满密实，影影响锚固效效果。4水泥药包包和树脂药药包受潮后后对锚固质质量影响很很大，过期期或变质药药包都不得得使用。水水泥药包和和树脂药包包在安装时时都需要搅搅拌以便化化学反应能能够充分进进行，形成成均匀的胶胶结体才能能确保获得得预期的锚锚固效果，因因此，安装装杆体过程程中应注意意搅拌。5水泥砂浆浆的水胶比比应严格控控制，要使使砂浆的灌灌注性好，同同时灌入的的浆体不易易从锚杆孔孔中漏出。灌灌浆管的拔拔出速度与与灌浆速度度要匹配，需需要细心掌掌握。6水泥药包包的浸泡时时间是控制制水胶比的的重要手段段，必须严严格控制，否否则会影响响锚固效果果。在将水水泥药包到到锚杆孔时时，应用木木棍逐一慢慢慢送到孔孔底，避免免药包被卡卡在孔内其其它部位，同同时要避免免拱部锚杆杆孔内的药药包掉出，故故药包送到到底后应适适当挤压。7树脂卷锚锚杆安装时时必须对树树脂卷进行行搅拌，但但搅拌时间间不得超过过产品国标标要求。树树脂凝固前前需要在孔孔口将锚杆杆杆体固定定在钻孔中中心，便于于杆体受力力状态良好好。锚杆必必须安装垫垫板，垫板板应与喷射射混凝土面面密贴。垫垫板安装应应在锚杆已已经具有抗抗拔力情况况下进行。锚杆不加垫板是是目前普遍遍存在的问问题，甚至至已经被误误认为是正正确的做法法，事实上上它是造成成坍方的重重要原因之之一。本条条强调锚杆杆垫板的作作用，以引引起足够的的重视。垫垫板一般用用厚度6～10mmm的钢板或或铸铁制成成，规格为为150××150mm或200××200mmm。不平平整的岩面面可用斜形形垫板和球球形垫板。锚锚杆垫板应应在砂浆凝凝固后进行行。锚杆安安设后不得得随意敲击击，其端部部在填充砂砂浆终凝前前不得悬挂挂重物。10.4钢钢筋网钢筋网网材料宜采采用Q235钢，钢筋筋材质、规规格、性能能满足设计计要求。钢钢筋直径宜宜为6~12mmm，网格格边长尺寸寸宜采用150~~300mmm，搭接接长度应为为1~2个网格边边长。铺设钢钢筋网应符符合下列要要求：1钢筋网宜宜在初喷混混凝土后铺铺挂，使其其与喷射混混凝土形成成一体；2砂土层地地段应先铺铺挂钢筋网网，沿环向向压紧后再再喷混凝土土；3采用双层层钢筋网时时，第二层层钢筋网应应在第一层层钢筋网被被混凝土覆覆盖后铺设设，其覆盖盖厚度不应应小于3ccm；4钢筋网应应与锚杆或或其它固定定装置连接接牢固；5喷射混凝凝土时，应应调整喷头头与受喷面面的距离、喷喷射角度，钢钢筋保护层层厚度不得得小于2ccm；6喷射中如如有脱落的的石块或混混凝土块被被钢筋网卡卡住时，应应及时清除除。1开挖后先先喷一层混混凝土后再再挂网。既既可以保证证作业安全全又可使岩岩面平整，便便于使钢筋筋网与围岩岩表面保持持适宜的间间隙。当围围岩表面比比较平整时时，也可先先挂钢筋网网再喷射混混凝土。3采用双层层钢筋网时时，第一层层钢筋网被被混凝土覆覆盖后，再再铺设第二二层钢筋网网，有利于于减少喷射射中的回弹弹，增加混混凝土的密密实性。4锚杆尾部部作为钢筋筋网的支点点时，钢筋筋网应与锚锚杆端头焊焊接牢固。喷喷射混凝土土时，喷射射料应力求求避开锚杆杆和钢筋，以以防增加回回弹量。5在开始向向钢筋网喷喷射混凝土土时，应适适当减少喷喷头至受喷喷面的距离离，这样可可提高喷射射料流的冲冲击力，迫迫使混凝土土挤入钢筋筋背后，以以保证钢筋筋能被混凝凝土完全包包裹及喷层层的密实性性。10.5钢钢架钢架应应在开挖或或喷射混凝凝土后及时时架设。钢架在开挖后立立即架设能能起到立即即支护的作作用，且有有较大的承承载能力，可可以在喷射射混凝土施施作前和施施作后早期期强度形成成以前及单单独使用时时单独承载载。钢架宜宜选用钢筋筋、型钢、钢钢轨等制成成，钢架用用钢材的规规格、型号号、材质满满足设计要要求和国家家有关现有有技术标准准的规定。钢钢架不宜在在受力较大大的拱顶及及其它受力力较大的部部位分节。格格栅钢架的的主筋直径径不宜小于于18mmm，且焊接接应符合设设计要求。用钢筋焊成的格格栅钢架与与型钢钢架架相比，有有受力好、质质量轻、刚刚度可调节节、省钢材材、易制造造、易安装装等有点。型型钢架的刚刚度和强度度大，在软软弱破碎围围岩中施工工或处理坍坍方时使用用较多，但但与混凝土土粘结不好好，与围岩岩间的空隙隙难于用喷喷混凝土紧紧密充填，导导致钢架附附近喷混凝凝土出现裂裂缝。为提提高钢架支支护能力，应应避免在钢钢架受力较较大处分节节。钢架安安装应符合合下列条件件：1安装前应应清除底脚脚的虚碴及及杂物;2安装允许许偏差：横横向和高程程为：±5cm，垂垂直度为±±2°；3各节钢架架间应以螺螺栓连接，连连接板应密密切；4沿钢架外外缘每隔22m应用钢钢楔或混凝凝土预制块块楔紧。钢架应应与喷混凝凝土形成一一体，钢架架与围岩间间的间隙必必须用喷混混凝土充填填密实；钢钢架应全部部被喷射混混凝土覆盖盖，保护层层厚度不得得小于400mm。钢架之之间宜用直直径为φ22mmm的钢筋采采用焊接方方式连接，环环向间距不不应大于22m。为确保钢架的支支护效果，钢钢架和喷混混凝土应形形成一体尤尤其是格栅栅钢架本身身刚度不大大，如若不不被喷射混混凝土包裹裹，则起不不到应有的的作用。为为此钢架背背后不能有有空隙，要要仔细地喷喷射。钢架与钢架之间间的沿隧道道纵向采用用钢筋焊接接方式连接接，是为了了提高钢架架整体稳定定性，在坍坍方地段或或大变型地地段应更加加重视纵向向连接。第五讲监控量量测与支护护中国中铁集团企企业标准之之客专隧道道监控量没没规范与说说明1.1一般规定监控量测测工作必须须紧接开挖挖、支护作作业，应按按设计要求求进行布点点和监测，并并根据现场场施工情况况及时调整整量测项目目和内容。量量测数据应应及时分析析处理，并并将结果反反馈到施工工过程中。隧道施工过程中中，使用专专用的仪器器和工具对对围岩和支支护结构的的受力、变变形以及它它们之间的的关系进行行观测，并并对其稳定定性、安全全性进行评评价，统称称为监控量量测。与一般地面工程程相比，隧隧道及地下下工程所处处的环境比比较复杂，不不确定性因因素较多。工工程实践表表明：隧道道设计单独独地使用力力学计算或或经验类比比方法都不不能取得良良好的效果果，为了使使经验方法法科学化和和力学计算算有实际背背景，监控控量测作用用特别重要要。把隧道道开挖过程程中围岩和和支护结构构受力、变变形状况监监测结果作作为判断围围岩稳定性性和支护结结构承载能能力、安全全性的依据据具有直观观、准确、及及时、有效效的特点，把把监控量测测所获得的的信息加以以必要的数数学处理、与与理论、经经验方法相相结合，与与预先制订订的基准值值进行比较较，可以分分析和判断断设计方案案、参数和和施工方法法、工艺的的合理程度度，从而为为变更设计计方案、调调整设计参参数、优化化施工工艺艺及施工决决策提供依依据。监控量测测应作为施施工组织设设计一个重重要组成部部分，应纳纳入施工工工序，并贯贯穿施工的的全过程，为为施工管理理及时提供供以下信息息：1围岩稳定性、支支护结构承承载能力和和安全信息息；2二次衬砌合理的的施作时间间；3为施工中调整围围岩级别、完善设计方案及参数、优化施工方案及施工工艺提供依据监控量测的主要要目的是了了解围岩稳稳定性、支支护结构承承载能力和和安全性信信息，确定定初期支护护补强及二二次衬砌合合理的施作作时间，为为在施工中中调整围岩岩级别、变变更设计方方案及参数数、优化施施工方案及及施工工艺艺提供依据据，直接为为设计和施施工管理服服务，因此此应作为施施工组织设设计的一个个重要组成成部分，纳纳入施工工工序，作为为施工中的的日常性工工作。开工前应应根据隧道道规模、地地形、地质质条件、施施工方法、支支护类型和和参数、工工期安排以以及所确定定的量测目目的等编制制量测计划划。编制内内容应包括括：量测项项目、量测测仪器选择择、测点布布置、量测测频率、数数据处理、反反馈方法及及组织机构构、管理体体系等。同同时应考虑虑量测方法法的经济性性，与施工工的进程相相适应。为了对监控量测测进行有效效的控制，隧隧道开工之之前应根据据环境条件件、地质条条件、设计计要求、施施工方法及及施工进度度安排等编编制量测计计划，确定定量测项目目、仪器、测测点布置，量量测频率、数数据处理、反反馈方法及及组织机构构、管理体体系，使监监控量测既既满足设计计和施工要要求，又经经济合理，技技术可行。现场量测测仪器，应应根据量测测项目及测测试精度来来选用。一一般应尽量量选择简单单适用、稳稳定可靠，操操作方便，量量程合理，便便于进行结结果处理和和分析的测测试仪器。量测仪器应按计量器具有关要求进行检定。目前，对同一物物理量测试试手段和方方法较多，仪仪器价格、测测试方法和和费用相差差较大，在在实际操作作中，一定定应根据监监测的目的的、内容及及精度要求求，选择简简单适用、稳稳定可靠、操操作方便、量量程合理的的测试仪器器。现场应成成立专门监监控量测小小组，负责责测点埋设设、日常监监测、数据据处理和仪仪器维修保保养工作，并并及时将量量测信息反反馈于设计计和施工。本条明确了现场场应设专门门的机构和和人员负责责埋点、测测试数据处处理、信息息反馈及仪仪器维修、保保养工作，从而及及时、准确确地提供监监测信息，为为设计和施施工管理服服务。1.2量测测内容与方方法1.2.1隧道监控控量测的项项目应根据据工程特点点、规模大大小和设计计要求综合合选定。量量测项目可可分为必测测项目和选选测项目两两大类（见见表1.2.1—1和表1.2.1—2）。在采采用钻爆法法施工时，深深埋隧道Ⅲ～Ⅵ级围岩及及浅埋隧道道必须进行行必测项目目；选测项项目应根据据工程规模模、地质条条件、隧道道埋深、开开挖方法及及其他特殊殊要求，有有选择地进进行。围岩和支护结构构变形是围围岩稳定性性和支护结结构承载能能力和安全全性的最直直观反映，围围岩的坍塌塌和支护系系统的破坏坏都是变形形发展的一一定程度的的必然结果果。位移量量测具有量量测结果直直观、测试试原理简单单、测试精精度较高、抗抗外界干扰扰性强、测测试费用较较低等优点点。因此，选选用测试项项目时应将将位移量测测作为首选选量测项目目。必测项目为日常常施工管理理中所必须须进行的量量测项目，主主要为位移移测试项目目。净空收收敛量测一一般只进行行水平收敛敛基线的量量测，拱顶顶下沉可根根据量测断断面大小及及开挖方法法，布置1～3个测点。地地表下沉量量测可以反反映隧道开开挖对地表表土体的影影响，在浅浅埋地段应应将地表下下沉量测也也作为必测测项目。重要工程或特殊殊地质和环环境条件下下，为了更更全面地掌掌握围岩、支支护结构受受力状态及及变形规律律可根据需需要选择一一项或几