大断面隧道设计施工中的关键问题

2023/5/161大断面隧道设计施工中的关键问题

2023/5/162一、背景1、世界范围内，铁路建设的重新定位，一些长大隧道，不断涌现。例如欧洲共同体，启动了新一轮的高速铁路建设计划，其中在穿越阿尔匹斯山区的线路上出现了几座特长铁路隧道（图1）。2023/5/163穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧道2023/5/1642023/5/165

在日本5条新干线的整备计划中，隧道工程量也是相当可观的。北陆新干线轻井一长野段，长83.6km，隧道约占44％(36.8km)；东北新干线宫内—八代段，长60.0km，隧道约占85％(51.5km)；九州新干线八代一西鹿儿岛段，长125.2km，隧道约占70％(87.7km)。在这些线路上也出现了几座长隧道，如岩手隧道长25.8km，紫尾山隧道长10.0km等。2023/5/166

日本新干线的修建把日本的隧道技术水平提高到一个新的起点。其中一个重要标志，就是长隧道的涌现。例如日本的东北新干线在盛岗~八户间约94.5km的线路上，有70%左右（约69km）是隧道。其中岩手隧道是长25.8km的长隧道。在东北新干线的八户~新青森间的81.2km的线路上，隧道约占60%（49.89km）。其中八甲田隧道长26.455km，比岩手隧道（25.8km）略长一些。2000年3月所有工区都陆续开工。北陆新干线的长野~上越间隧道约占65%，其中饭山隧道长22.2km，是目前施工难度比较大的一座长隧道。长野~高琦间的五里峰隧道长15.2km也政治施工中。另一个特点就是，在新干线隧道工程中采用了不少新技术，新工艺、新材料。2023/5/167

德国于80年代初期动工修建的从汉诺威到威尔兹堡新干线，长327km，隧道总延长达118km，占线路长度的37％。包括长达10.7km的兰得吕肯隧道。另一条从曼海姆到斯图加特线路，长100km，隧道约占30％(30km)。2023/5/168

瑞士联邦铁路也计划修建穿越阿尔卑斯山的新隧道。该计划包括4条高速铁路比选方案。将要修建多座特长隧道。这些隧道分别是：乐琴山隧道（38.2km）、辛普郎隧道(35.4km)、圣哥达隧道(49.3km)、斯普林肯隧道(46.7km)和Y型隧道（25.7km）。2023/5/169

意大利从罗马到佛罗伦萨的线路，长度237km，其中穿越阿尔卑斯山的线路实际长度只有78.2km，而且隧道的总延长则达85km。其中，主隧道长度为73km，辅助隧道长度达12km。2023/5/1610

台湾正在修建的台北到高雄的高速铁路全长333km，共有总延长39km的50座隧道，最长的隧道约8.4km，隧道比重为11.7％。其中36座隧道将采用掘进机法或钻爆法施工，其余11km用明挖法修建。2023/5/16112、我国客运专线的启动，引发新一轮铁路隧道的建设。例如我国铁路开始的新一轮铁路建设，在总长12500km的铁路线上，隧道总延长约2500km，而目前开始修建的客运专线就有近700km的单、双线铁路隧道，长度超过10km以上的，有10多座，其中最长的太行山隧道，长度达27.8km，目前已经开始修建。我国长度超过10km的铁路隧道列于表1。2023/5/1612表1中国特长铁路隧道表序号隧道名称长度（m）线别建设时期1太行山隧道27892石太客专在建2乌鞘岭隧道20050兰武线20063秦岭Ⅰ线隧道18456西康2000．54秦岭Ⅱ线隧道18456西康2003．125大瑶山隧道14294衡广复线1987．126野三关隧道13845宜万线在建7北天山隧道13573精河～霍尔果斯在建8吕梁山隧道13365太原～中卫规划9大别山隧道13251武汉合肥规划10霞浦隧道13124温州福州线规划11长梁山隧道12782朔黄2000．312东秦岭隧道12268西合线2003．313堡镇隧道11588宜万线在建14南梁隧道11451石太客专在建15通海隧道11115玉溪蒙自铁路规划16圆梁山隧道11068渝怀2004．1217金寨隧道10682武汉合肥规划18大巴山隧道10655襄渝线规划19齐岳山隧道10469宜万线在建20大瑶山一号10080武广客专在建2023/5/1613

根据统计，截止2004年底的统计数据，各国已经建成通车的、正在修建的和规划中的长度超过10km以上的公路隧道及铁路隧道，共有117座，其中中国拥有22座。约占20％。2023/5/1614NO隧道名称长度（km）所在地开通时间1GotthardBase57.1瑞士施工中2BasisBernner55.0澳大利亚·意大利规划中3青函53.9北海道·青森19884BasisMondAmbin52.1法国·意大利施工中5Channel（Euro）50.5法国·英国19946LotchbergBase34.6瑞士施工中7Koralm32.8澳大利亚规划中8Guadarrma28.4西班牙施工中9太行山27.9中国规划中10八甲田26.5日本施工中11岩手一户25.8日本200212PajaresBase24.7西班牙规划中13LainzerWienerwald23.9澳大利亚规划中14饭山22.2日本施工中15大清水22.2日本198216乌鞘岭20.1中国施工中17Belledonne20.0法国规划中18LaGrandeChartreuse20.0法国规划中19LianokladeDomokos20.0希腊规划中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澳大利亚竣工24Vereina19.1瑞士199925ChannelTunnelLink19.0英国施工中26新关门18.7日本197527Vaglia18.6意大利施工中28Apennino18.5意大利193429秦岭Ⅰ－Ⅱ18.5中国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俄罗斯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澳大利亚规划中41CveneriBasis15.0瑞士规划中42中山14.9日本198243Lotchberg14.6瑞士191344MoutMcDonaid14.6加拿大198845Romeriksporten14.6挪威199946Cikarija14.3克罗地亚规划中47大瑶山14.3中国198748TaiwanHSRproject14.0中国台湾施工中49北陆13.9日本196250野三关13.8中国施工中51北天山13.6中国施工中52Frejus13.5法国·意大利187153新清水13.5日本196754Savio13.5芬兰规划中55吕梁山13.4中国规划中56HexRiver13.4南非

57大别山13.3中国规划中58Bosporus13.3土耳其规划中59CaponeroCapoverde13.3意大利200160Sciliar13.2意大利199361霞浦13.1中国规划中62安芸13.0日本197563Peloritana12.8意大利200164长梁山12.8中国200265Inntal12.7澳大利亚199466NewCascade12.5美国192967Lainzer12.3澳大利亚施工中68东秦岭12.3中国20032023/5/161669NovoKunsnetzkij12.2俄罗斯195770Bussolenobypass12.1意大利规划中71JammuUdhapur12.0印度规划中72Epine－Ⅱ12.0法国规划中73筑紫11.9日本施工中74北九州11.7日本197575福岛11.7日本198276Wienerwald11.6澳大利亚施工中77堡镇11.6中国施工中78RadfeidWiesing11.4澳大利亚施工中79颈城11.4日本196980Flathead11.3美国197081南梁11.2中国规划中82盐泽11.2日本198283藏王11.2日本198284通海11.1中国规划中85Monterotond11.1意大利施工中86圆梁山11.1中国200587SanDonand11.0意大利198688ParisCDG10.8法国规划中89Landruckenn10.8德国198890金寨10.7中国规划中91大巴山10.7中国规划中92Lierasen10.7挪威197393Pianoro10.7意大利施工中94Finse10.6挪威199395StansTerfens10.6澳大利亚施工中96Mundener10.6德国199197齐岳山10.5中国施工中98Raticosa10.4意大利施工中99生田10.4日本1976100赤仓10.3日本1997101NewKuanying10.3中国台湾规划中102Ariberg10.2澳大利亚1884103SantaLuciaBasis10.2意大利1977104大瑶山1号10.1中国规划中2023/5/1617

10km以上的公路隧道NO隧道名称长度所在地开通1Laerdal24.5挪威20002终南山18.0中国施工中3StGotthard16.9瑞士19804Ariberg14.0澳大利亚19785雪山12.9中国台湾施工中6Frejus12.9法国·意大利19807MontBranc11.6法国·意大利19658Gudvanga11.4挪威19919Folgefonn11.2挪威199110关越（上）11.1日本199111飞弹10.7日本施工中12GranSasso10.2意大利198413LetunnelEst10.1法国施工中

注：隧道长度，按4舍5入计，取小数点后1位。本表的中国数据到2005年4月，其它国家到2003年7月。2023/5/1618

因此，在隧道工程领域中，我们不仅是一个名副其实的“隧道”大国，而且正在向“隧道”强国迈进。2023/5/16193、这些铁路隧道都是以高速为基础修建的,因此，净空断面积

增加较多，特别是开挖断面积增大了，给设计施工带来新的问题。国家线别线路长度（km）设计最高速度（km/h）营业最高速度（km/h）隧道数量双线标准断面积（m2）日本东海道51521027069/13%63.5山阳563250300268/47%63.5东北593260275184/63.4上越275260275107/39%63.5北陆11726026063/54%63.5九州12826026085/69%63.5法国南东410300300－－大西洋28435030016/6%71北欧333350300－100地中海250350300（320）13/5%100德国ICE9930028030/30％82哈诺法327300330120/37%82法兰克22%92意大利罗马23730025071/30%西班牙马德里47130030016/3%75英国CTRL10930030026/24%韩国KTX412350300189/46%107中国台湾台北34535030065/19%90合计624213392023/5/1620

这些长隧道的修建，无疑地是一个新的机遇和挑战，我们应该利用这个机遇，将我国的隧道设计、施工及维修管理的技术提高到一个新的水平。应该指出，我国近4000km的铁路隧道和近1000km的公路隧道，以及水工隧道、部分地下铁道，基本上是采用矿山法修筑的，因此，这次发言也把重点放在客运专线的隧道工程，以矿山法修建隧道的技术现状和发展上。20三23三/5三/221在经三济发三展的三今天三，由三于环三境保三护意三识的三增强三，高三速铁三路进三入一三个新三的发三展时三期。三由于三新的三铁路三干线三的修三筑是三以高三速为三前提三的，三这必三然会三出现三大量三的隧三道群三，其三中超三过十三公里三或几三十公三里的三长隧三道也三必然三出现三。这些三隧道三共同三的特三征是三：长三；断三面变三化多三；埋三深大三；地三质条三件变三化多三。因三此对三隧道三的设三计、三施工三包括三运营三管理三都提三出了三不同三的目三标要三求。修建三这些三隧道三的目三标要三求可三以归三纳为三：·品质三，要三具有三良好三的耐三久性三、易三于维三修管三理；·不能三对周三边环三境造三成长三期的三影响三；·创造三一个三安全三、舒三适的三作业三环境三；·工期三短、三速度三快、三造价三低。隧道三的设三计施三工技三术应三该满三足这三些起三码的三目标三。20三23三/5三/222二、三客运三专线三的隧三道特三点20三23三/5三/223为了三迎接三市场三竞争三的挑三战，三近期三，铁三道部三启动三了以25三0k三m/三h、30三0k三m/三h和35三0k三m/三h速度三为目三标的三客运三专线三的建三设工三程，三我国三的铁三路建三设又三进入三了一三个新三阶段三。由三于速三度的三跨越三，对三构成三线路三的各三种结三构物三，包三括桥三梁、三隧道三、轨三道、三路基三等，三提出三了更三加严三格的三要求三和标三准，三也提三出来三许多三前所三未有三的新三课题三。目前三，正三在建三设的三和拟三建的三几条三客运三专线三都有三大量三的隧三道工三程涌三现。三在客三运专三线条三件下三，如三何针三对隧三道观三察的三特点三、认三识和三解决三所面三临的三新问三题，三是一三个值三得研三究的三问题三。20三23三/5三/224一、三列车三运行三的高三速度三，引三起的三列车——空气三动力三学问三题突三出，不三容忽三视；这包三括：·隧道三净空三有效三断面三积的三确定三－舒三适性；·列车三运行三产生三的空三气压三对结三构物三的影三响－三耐久三性；·对周三边环三境的三影响三－缓三冲结三构的三设置三。三个三方面三的问三题。首先三，如三何认三识客三运专三线中三隧道三工程三与一三般线三路中三隧道三工程三有何三不同三。20三23三/5三/225二、三考虑三列车三高速三运营三的特三点，三隧道三的净三空有三效断三面积三增大三，例三如在35三0k三m/三h速度三的条三件下,Ⅴ级围三岩隧三道的三开挖三断面三积可三达17三0m2，属于三超大三断面三隧道三的范三畴，三与三三车道三公路三隧道三的开三挖断三面积三相当，给三设计三、施三工提三出来三许多三新课三题；20三23三/5三/226三、三由于三开挖三断面三积的三增大三，施三工难三度也三急剧三增加三，特三别是三对一三般地三质条三件下三的初期三支护三技术和不良三地质三条件三下的三超前三支护三技术，提三出来三很高三的要三求；因此三，在大三断面三的条三件下三要特三别关三注初三期支三护和三超前三支护三的质三量。20三23三/5三/227四、三列车三高速三运行三的作三用，三对洞三内轨三道（三包括三基底三结构三，如三仰拱三或铺三底、三混凝三土填三充层三等）三的影三响增三大，三不仅需要三加强三基底三结构三，对衬三砌结三构也三具有三一定三的影三响，三不容三忽视三。20三23三/5三/228五、三对衬三砌混三凝土三的耐三久性三，如三抵抗三列车三风压三的疲劳三特性；如三何保三证初三期支三护的喷混三凝土三的耐三久性?，以三及大三断面三衬砌三结构三的抗三开裂三特性三等，三都提三出来三了明三确的三要求三；20三23三/5三/229六、三由于三这一三轮隧三道工三程的三数量三特别三巨大三，因三此，三降低三工程三造价三，意三义也三特别三重大三。20三23三/5三/230总之三，目三前要三解决三的问三题是三：高速三运营三条件三下的三超大三断面三隧道三的设三计施三工问三题。因此三、客三运专三线的三隧道三工程三，将三是提三高我三国隧三道设三计施三工技三术的三重要三机遇三。我三们应三该下大三力气三，切三实地三做出三具有三时代三意义三的贡三献。20三23三/5三/231何谓三大断三面？目前三我国三大断三面（三三车三道）三公路三隧道三已开三始修三建，三如联三络重三庆市三的几三条高三速公三路也三从一三开始三就决三定采三用3车道三的大三断面三隧道三，如三铁山三隧道三，大三梅沙三隧道三、大三宝山三隧道三等都三是三三车道三大断三面的三。由三于3车道三公路三隧道三的断三面积三比双三车道三大得三多,例如三，第三二东三名公三路初三期建三设的三三车三道隧三道的三断面三积为11三3～17三0m三2比一三般双三车道三的85三m2大1.三5～2.三0倍。三目前三为适三应14三0k三m/三h高速三度的三要求三而规三划的3车道三公路三隧道三，其三断面三积达17三0m三2～20三0m三2，局三部断三面达23三0m三2的超三大断三面，三开挖三宽度三达23三m。较三初期三三车三道隧三道断三面又三增加三了1.三3～1.三5倍。三英法三海峡三隧道三分叉三处断三面的三开挖三宽度三达21三.2三m，开三挖高三度达15三.4三m，开三挖断三面积三为25三2.三2m三2。又三如，三日本三的第三二布三引隧三道，三在分三叉段三是从2车道三（净三空断三面积59三m2）变三化到3～4车道三的断三面（三最大三开挖三宽度24三m、开三挖断三面积24三0m三2）。20三23三/5三/232大断三面隧三道的三分类隧道三断面三划分三和开三挖断三面积三（三日本三）划分开挖断面积(m2)说明标准断面大断面超大断面70~80100~120>140双车道有人行道的双车道车道与路面宽相同的三道20三23三/5三/233日本三公路三隧道三断面三划分三的基三准（20三03年）通常断面大断面小断面净空宽度（m）8.5～12.512.5～14.03.0～5.0净空形状上部断面为单心园上半断面为三心园上半断面为单心园，侧壁为直墙净空纵横比约0.6以上约0.57以上约0.8以上净空断面积（m2）约40～80约80～100约8～1620三23三/5三/234国际三隧协三的断三面划三分划

分净空断面积(m2)超小断面小断面中等断面大断面超大断面<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大断三面意三味着三什么三？在同三样围三岩条三件下三，随三着开三挖断三面积三的增三加，三意味三着：1、掌三子面三的稳三定性三的降三低；2、施三工难三度、三特别三是施三工安三全管三理的三难度三增大三；3、施三工风三险的三发生三概率三加大三；4、结三构物三质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问三题安全三：安三全为三主线技术三：确三保掌三子面三稳定三和施三工质三量管理三：实三现风三险管三理20三23三/5三/238最近三一段三时间三，安三全生三产形三势十三分严三峻。三特别三是地三下工三程，三表现三得更三为明三显。三其中三瓦斯三爆发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发事三故就三是一三例。三因此三，提三高安三全生三产的三意识三是非三常重三要的三。20三23三/5三/239所谓三提高三安全三生产三意识三或风三险意三识，三实质三上是三要认三识到三任何三生产三都存三在着三风险三，只三是风三险有三大、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。三特别三是对三地下三工程三来说三，风三险常三常是三在灾三难性三的，三也是三不可三以接三受的三。瓦三斯爆三发、三大规三模的三塌方三等就三属于三这种三类型三的风三险。因此三、减少三风险三、控三制风三险和三防止三风险就成三为工三程管三理中三的重三大课三题。20三23三/5三/240如何三减少三风险三、控三制风三险和三防止三风险三，就三要依三靠纯熟三的技三术和三完善三的管三理。因此三，技三术和三管理三就成三为工三程管三理中三的重三要手三段。三没有三纯熟三的技三术和三完善三的管三理，三就谈三不上三风险三的控三制。因此三，不三管是三业主三、还三是设三计、三施工三以及三监理三都必三须下三大力三气，狠抓三“技三术”三和“三管理三”。20三23三/5三/241技三术1、确三保掌三子面三的稳三定；2、大三力提三高支三护结三构，三特别三是初三期支三护的三支护三能力三，特三别是三喷混三凝土三的性三能；3、多三机作三业，三尽可三能地三缩短三各项三作业三的时三间；三施工三方法三要为三采用三大型三施工三机械三或多三台机三械同三时施三工创三造条三件；4、提三高混三凝土三衬砌三的施三工水三平，三防止三衬砌三的初三期开三裂；5、采三用根三本性三的措三施，三确保三防水三的质三量；6、设三计和三施工三要采三取措三施尽三可能三地减三小开三挖断三面积三；20三23三/5三/242一、三掌子三面稳三定性在大三断面三条件三下，三如何三控制三掌子三面的三稳定三性，三减少三和预三防掌三子面三出现三坍塌三的风三险，三是极三为重三要的三。特三别是三在通三过各三种不三良地三质地三段时三。从风三险的三角度三看，三掌子三面失三稳有三多种三方式三：·掌子三面挤三出；·掌子三面拱三部坍三塌；·上半三断面三拱脚三下沉三；·底部三鼓起三等。从技三术角三度出三发，三预防三和减三少上三述风三险发三生的三主要三方法三也是三多种三多样三的。·超前三支护三；·扩大三拱脚三、设三置拱三脚锚三杆或三锚管三；·正面三喷射三混凝三土和三锚杆三；·底脚三锚杆三或锚三管等三。20三23三/5三/243例如三意大三利在三修建三高速三铁路三隧道三中，三曾采三用以三下稳三定掌三子面三的方三法。这些三方法三都是三为了三确保三掌子三面稳三定，三减少三施工三风险三而形三成的三。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护是三采用三钢管三、插三板以三及注三浆等三，沿三隧道三外轮三廓，三以低三角度三打设三方式三加固三掌子三面前三方围三岩、三约束三围岩三松弛三、掉三块的三方法三。超三前支三护，三基本三上是三借助三构件三的抗三弯刚三度发三挥作三用的三，因三此，三采用三抗弯三刚度三大的三构件三是有三利的三。20三23三/5三/247ͼ2µ¥¸Ö¹Ü³¬Ç°Ö§»¤Àý20三23三/5三/248ͼ3¸Ö±³°å³¬Ç°Ö§»¤Àý20三23三/5三/24920三23三/5三/250ͼ10ÕýÃæÅçÉä»ìÄýÍÁÀý20三23三/5三/251ͼ11ÅòÕÍÐÔΧÑÒµÄÕÆ×ÓÃæ¼ÓÇ¿Àý20三23三/5三/252上述三的掌三子面三超前三支护三方法三，在三大断三面的三条件三下应三用，三虽然三起到三一定三的作三用，三但其三作用三会受三到一三定限三制。也就三是说三，在三大断三面的三条件三下，三为了三确保三掌子三面的三稳定三，必三须加三强超三前支三护的三作用三，让三超前三支护三尽可三能形三成一三种工三法。20三23三/5三/253超前三支护工程三实践三证实三，在三地质三不良三的地三段，三发展三各种三稳定三掌子三面的三辅助三工法三并使三之模三式化三是极三为重三要的三。日三本、三意大三利在三这方三面都三做了三极有三成效三的工三作。定义：以三稳定三掌子三面和三地层三下沉三为目三的的三拱形三薄壳三结构三体。三即：不仅三沿隧三道纵三向具三有梁三结构三的作三用，三在横三断方三向还三具有三拱形三结构三支护三效果三的支三护。适用三范围三：1、需三要提三高掌三子面三稳定三性的三土砂三围岩三；2、以三控制三地表三下沉三和相三邻结三构物三的影三响为三主要三目的三的场三合；三如浅三埋地三点、三接近三重要三结构三物施三工的三场合三等20三23三/5三/254标准三化的三超前三支护日本三在新三版“三城市三矿山三法隧三道技三术标三准”三（20三04年）三中，三把超三前支三护类三型、三参数三及适三用条三件做三了具三体的三规定三，超三前支三护已三经标三准化三。20三23三/5三/255超前三支护三由于三构筑三方法三的不三同，三有的三是以三横向三刚性三大的三拱形三构造三为主三，有三的是三以纵三向连三续性三强的三梁构三造为三主，三也有三具有三两者三功能三的。三其分三类列三于下三表。超前三支护三方法三分类超前支护的分类预计的功能预衬砌方式隧道横向刚性大（拱结构）水平喷射注浆方式隧道纵向刚性大（梁结构）长钢管注浆方式20三23三/5三/256预衬三砌其标三准参三数如三下。超前三支护三厚度三：１三７０三ｍｍ设置三范围三：１三２０º（１三１５º～１三２５º）设置三角度三：７º（５º～１三０º）纵断三方向三钻孔三长度三：４.０ｍ纵断三方向三充填三长度三：３.５ｍ搭接三长度三：０.５ｍ超前三残余三长度三：１.０ｍ三（１.０～三２.０ｍ三）．20三23三/5三/257水平三喷射三注浆三方式其标三准断三面如三下：喷射三改良三体直三径：三６０三０ｍ三ｍ设置三范围三：１三２０º（１三２０º～１三８０º）设置三角度三：５º（５三～１三０º）纵断三方向三钻孔三长度三：１三３.０ｍ三（９三～４三８ｍ三）纵断三方向三改良三长度三：１三０ｍ搭接三长度三：１.０ｍ超前三残余三长度三：４.０ｍ三（３.０～三４.０ｍ三）设置三间距三：６三００三ｍｍ三（４三００三～１三６０三０ｍ三ｍ）20三23三/5三/258长钢三管注三浆方三式标准三断面三如下三：钢管三直径三：１三１４三３ｍ三ｍ设置三范围三：１三２０º（５三０～三１８三０º）设置三角度三：５º（４三～３三０º）纵断三方向三钻孔三长度三：１三２.５ｍ三（４三～４三０ｍ三）纵断三方向三注浆三长度三：１三２５三ｍ（三４～三４０m）搭接三长度三：３.５ｍ超前三残余三长度三：３.５ｍ三（１.０～三７.５ｍ三）设置三间距三：４三５０三ｍｍ三（２三００三～１三００三０ｍ三ｍ）20三23三/5三/259除预三衬砌三方式三外，三其它三两种三方式三，我三们也三是经三常采三用的三。也三取得三不少三的经三验，三因此三，当三务之三急是三如何三提高三超前三支护三技术三的水三平，三一个三重要三措施三就是三首先三要建三立模三式化三的、三标准三的超三前支三护工三法体三系，三在此三基础三上，三根据三我们三的实三践确三立各三种超三前支三护的三类型三、设三计参三数及三使用三机械三的配三套。20三23三/5三/260预衬三砌工三法的三机械预衬三砌工三法采三用的三机械三，有2大类三：1、排三钻。三示于三下图三。用三其钻三设槽三形孔三，中三央的三钻用三于压三注砂三浆或三混凝三土，三形成三拱形三混凝三土壳三体。20三23三/5三/2612、装三备有三切槽三钻头三的专三用机三械，三用于三钻孔三，同三时充三填混三凝土三。其三机械三概况三示于三下图三。20三23三/5三/262脚部三的施三工机三械之三一20三23三/5三/263脚部三施工三机械三之二20三23三/5三/264二、支护三结构在大三断面三的条三件下三，隧三道支三护结三构需三要加三强。加强三的程三度应三与标三准断三面的三作用三相同三。加强三的途三径有三二。三其一三是改变三过去三采用三的支三护结三构参三数，三如增三加喷三混凝三土厚三度，三加密三钢支三撑间三距等；这是三我们三目前三采用三的主三要方三法。三另一三个方三法就三是改变三材料三的规三格，三例如三高强三度喷三混凝三土、三高承三载力三锚杆等。第1种方三法的三后果三，就三是：三加大三了开三挖断三面积三，这三也是三在同三样净三空断三面积三的条三件下三，我三们的三开挖三断面三积比三较大三的原三因之三一。第2种方三法，三是其三他国三家采三用的三主要三方法三。结三果不三仅提三高了三支护三结构三的效三果，三也缩三短了三作业三的时三间。20三23三/5三/265支护三结构三的构三成隧道三的支三护结三构包三括：初期三支护三；喷混三凝土、锚三杆、三钢支三撑或三格栅超前三支护三；预三衬砌三、长三钢管三等二次三衬砌三：包三括仰三拱及三底板三；临时三支护三：需三要拆三除的三支护三构件三，如三中隔三壁等三。20三23三/5三/266初期三支护在初三期支三护中三，喷三混凝三土具三有独三特的三作用三。是三如何三情况三下，三都是三不可三缺少三的支三护手三段。三因此三，在三大断三面隧三道中三，对三不断三提高三喷混三凝土三的性三能，三寄予三极大三的期三望。20三23三/5三/267喷混三凝土三的几三个关三键性三的性三能指三标1、设三计基三准强三度2、初三期强三度：3、附三着强三度；4、附三着配三比；5、回三弹率三；6、粉三尘量三。20三23三/5三/2681、设三计基三准强三度喷混三凝土三不仅三是初三期支三护的三一个三重要三构件三，也三是永三久支三护的三一个三重要三组成三部分三。因三此在三许多三国家三都规三定喷混三凝土三的设三计基三准强三度，采用三与衬三砌混三凝土三同等三的强三度。不三仅如三此，三考虑三到材三料、三配比三或者三施工三机械三的技三术进三展，三喷混三凝土三稳定三的高三强度三已经三成为三可能三，因三此喷混三凝土三的设三计基三准强三度有三向高三强度三方向三发展三的趋三势。例三如，三日本三第二三东名·名神三高速三公路三，在大断三面隧三道中，三采用三材龄28天的三抗压三强度36三N/三mm2作为三设计三基准三强度三。也三有的三国家三规定三在不良三地质三条件三下采用三高强三度喷三混凝三土的三建议三。20三23三/5三/269在一三般地三质条三件下三的隧三道，三喷混三凝土三设计三基准三强度三采用三与衬三砌混三凝土三强度三相当三的建三议是三可行三的。三另外三应该三指出三，在三欧洲三一些三国家三的喷三混凝三土规三定中三，很三少有三采用三小于C2三5等级三的喷三混凝三土。在不三良地三质条三件下三的隧三道，三应该三提高三喷混三凝土三的强三度等三级，三采用三高强三度混三凝土三也是三合适三的。20三23三/5三/270喷混三凝土三抗压三强度三划分

EFNARC的标准

强度划分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60圆柱体试件24283236404448立方体试件3035404550558020三23三/5三/271挪威三的标三准三喷三混凝三土抗三压强三度划三分抗压强度(MPa)C30C35C40C45C50C55立方体试件的最小抗压强度303540455055取样试件的最小抗压强度19.222.425.628.832.035.220三23三/5三/2722、初三期强三度一般三说，三喷混三凝土三是最三先施三设的三，都三希望三它尽三快地三发挥三作用三，这三是我三们要三求喷三混凝三土具三有一三定初三期强三度的三目的三。设定三喷混三凝土三初期三强度三的场三合，三应考三虑隧三道开三挖条三件及三随掌三子面三进展三产生三的围三岩动三态，三以充三分确三保掌三子面三及其三附近三围岩三的稳三定，取24小时三以内三的强三度为三标准三。初期三强度三，应三根据三围岩三条件三和施三工条三件，三可以三取24小时三以外三的强三度为三标准三，有三的国三家就三是以3小时三的强三度作为三基准三的。20三23三/5三/273初期三强度三的设三定值三与设三计基三准强三度一三样，三因隧三道功三能、三断面三形状三等构三造条三件、三荷载三条件三及设三计方三法等三而异三。下三表是三日本三各单三位的三初期三强度三设定三事例三。20三23三/5三/274日本三喷三混凝三土初三期强三度设三定事三例单位类别材龄3小时抗压强度（N/mm2）材龄24小时抗压强度（N/mm2）道路协会喷混凝土－5铁道建设·运输设施高品质喷混凝土1.58道路公团喷混凝土－5高强度喷混凝土210高强度纤维喷混凝土21020三23三/5三/275欧洲三，根三据掌三子面三的进三展，三考虑三确保三掌子三面及三其附三近的三围岩三稳定三的重三要性三，要三求喷三混凝三土具三有图三示的三初期三强度三。20三23三/5三/276J1：（A~三B）：三适用三于干三燥围三岩、三薄层三施工三的场三合J2：(B三~C三)：适三用于三厚层三施工三和有三涌水三，受三到后三续作三业直三接作三用的三场合J3：(C以上)：只三适用三于特三殊条三件的三场合三（例三如，三大量三涌水三的场三合）20三23三/5三/2773、附三着强三度喷混三凝土三与围三岩及三其它三物体三的附三着，三是发三挥喷三混凝三土支三护作三用的三关键三指标三。许三多国三家都三有明三确的三规定三。20三23三/5三/278喷凝三土的三欧洲三标准三（EF三NA三RC三)G规定三的附三着强三度如三下表三所示三，通三过附三着试三验核三查。附着三强度三最小三值（MP三a)附着的划分与混凝土的附着与岩体的附着非结构物0.50.1结构物1.00.5挪威三规定三附着三强度三在0.三2～1.三8M三Pa之间三。20三23三/5三/279岩类等矿物粒子大小附着强度

粗糙面破坏面片岩粘土矿物、绿泥石非常细0.24±0.180.28±0.11云母片岩石英、长石、云母中位0.58±0.190.85±0.35片麻岩（叶状构造）石英、斜长石、云母、角闪石中位0.19±0.050.51±0.11片麻岩（叶状构造）石英、斜长石、云母、角闪石中位1.53±0.281.8砂岩（裂隙多）石英、长石细（1.1）破坏面（1.1）破坏面砂岩石英、长石细1.81.8泥灰岩方解石、粘土矿物细1.491.84石灰岩方解石细1.58±0.121.54±0.30大理岩方解石中位1.38±0.301.52±0.28花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、黑云母粗0.34±0.121.12±0.20花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、黑云母中位1.04±0.321.40±0.26花岗岩、闪绿岩石英、斜长石。黑云母细～中位1.48±0.451.71±0.14辉绿岩斜长石、辉石细～中位1.56±0.251.7木版－－1.71.7喷混凝土表面－－1.71.720三23三/5三/2804、附三着配三比对工三程来三说，三喷混三凝土三的附三着配三比是三最有三意义三的。附着三配比三指的三是：三喷混三凝土三喷射三后附三着在三围岩三上的三配比三。它三与喷射三配比、喷射三工艺三以及三喷射三工的三技术三熟练三程度有直三接的三关系三，不三容忽三视。三下表三是欧三洲的三一个三标准三。喷射后喷混凝土强度（附着配比）C30C35C40C45C50C55喷射前喷混凝土强度（喷射配比）C38C43C48C54C60C6520三23三/5三/2815、回三弹率三及粉三尘浓三度回弹三意味三着粗三骨料三的损三失，三而粉三尘则三意味三着微三细颗三粒的三损失三。这三两者三对附三着的三喷混三凝土三质量三，具三有重三要的三影响三。因此三，喷三射施三工中三，如三何控三制回三弹和三减少三粉尘三的发三生是三很重三要的三课题三。也三是确三保喷三混凝三土质三量的三重要三课题三。在质三量控三制中三，有三的国三家规三定：三回弹三不能三大于20％，三粉尘三浓度三不能三大于5m三g/三m3，否三则，三就是三不合三格。20三23三/5三/2826、喷三射机三械喷射三机械三的性三能和三能力三是减三少喷三混凝三土质三量离三散性三的重三要保三证。三特别三是，三在大三断面三隧道三中，三一次三喷射三混凝三土的三数量三有所三增加三，同三时为三了缩三短喷三射时三间，三采用三大容三量，三高性三能的三喷射三机械三，已三是大三势所三趋。三因此三许多三国家三都规三定了三喷射三机的三要求三性能三。如三单位三时间三的喷三射量三等。三有的三更明三确规三定，三喷射三机的三生产三效率三应在10三m3三/h以上三。许三多施三工单三位也三都认三识到三这一三点，三开始三采用三大容三量的三喷射三机，三是非三常英三明的三决策三。20三23三/5三/283锚杆锚杆三的支三护作三用是三不能三忽视三的。三特别三是在三大断三面隧三道的三条件三下。锚杆三是隧三道施三工过三程中三，维三护围三岩稳三定，三保证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，它三还可三以作三为永三久支三护结三构的三一部三分发三挥作三用。三因此三，在三施工三中，三如何三保证三和检三查锚三杆的三施工三质量三，是三极为三重要三的。三但从三目前三的施三工状三况看三，锚三杆长三度不三足、三不配三置垫三板、三配置三不合三理、三砂浆三充填三不密三实，三甚至三“长三锚短三打”三的现三象也三时有三发生三。造三成这三种现三象的三原因三虽然三是多三方面三的，三但主三要还三是对三锚杆三在隧三道施三工中三的作三用认三识不三足，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检测三手段三。20三23三/5三/284归纳三起来三，目三前锚三杆施三工中三应该三注意三的几三个问三题是三：·建立三有效三的锚三杆质三量检三测方三法，三及时三检测三；·不能三忽视三锚杆三拉拔三试验三的作三用；·合理三确定三锚杆三的参三数，三充分三发挥三群锚三的作三用；·进一三步认三识锚三杆与三围岩三之间三的关三系；·大力三提高三锚杆三的商三品化三程度三等。20三23三/5三/285在什三么情三况下三采用三锚杆三？能够三发挥三锚杆三效果三的围三岩条三件，一三句话三，就三是能三够发三挥支三护效三果的三围岩三。为三此，三要具三备以三下条三件：·锚杆三和围三岩间三要有三适当三的锚三固力三；·在不三连续三围岩三中锚三杆要三横切三不连三续面三设置三；·在连三续性三围岩三中，三在设三置锚三杆的三范围三内，三围岩三位移三差要三大。20三23三/5三/286不满三足这三些条三件的三围岩三，锚三杆的三作用三是比三较小三的，三甚至三没有三效果三。例三如以三下条三件的三围岩三。·在含三水的三粘性三土中三，锚三固材三和围三岩间三产生三滑动三，锚三固力三有时三不充三分；·松砂三等因三围岩三的强三度小三，也三不能三获得三锚固三力，三但如三对围三岩进三行改三良，三也有三可能三产生三效果三；·在连三续性三围岩三中，三变形三小，三几乎三也不三产生三塑性三变形三的围三岩。三但在三这种三围岩三中，三因主三要是三不连三续面三支配三围岩三的动三态，三作为三不连三续面三的对三策，三也会三产生三一定三的效三果；·塑性三区域三超过三锚杆三设置三范围三以外三的场三合。三但此三时可三加长三锚杆三长度三（图1）·有可三能发三生整三体下三沉的三场合三，如三浅埋三隧道三等20三23三/5三/28720三23三/5三/288如何三发挥三锚杆三的群三锚的三作用三？锚杆三是属三于点三状支三护的三类型三。除三了随三机配三置的三锚杆三外，三绝大三多数三都应三呈网三状配三置，三以便三发挥三群锚三的作三用。三这是三非常三重要三的。三因此三，锚三杆的三配置三参数三（长三度、三间距三）要三注意三符合三群锚三的工三作原三则。要想三充分三发挥三锚杆三的效三果，三就必三须发三挥群三锚的三作用三。也三就是三说要三解决三好围三岩条三件和三锚杆三长度三、间三隔的三关系三。决三定锚三杆长三度、三间隔三时应三考虑三的围三岩条三件如三下：·连续三性、三不连三续性三的程三度；·不连三续面三的分三布特三性（三间隔三、宽三度、三方向三等）三；·塑性三区域三产生三的范三围。20三23三/5三/28920三23三/5三/290垫板三的设三置要发三挥锚三杆的三效果三，垫三板的三设置三是十三分重三要的三。我三们在三施工三中，三多数三是不三设置三垫板三的。三因为三增加三垫板三，不三仅增三加了三施工三成本三，对三工期三也有三一定三影响三。但三从效三果上三看，三这是三得不三偿失三的。三日本三对此三曾进三行了三试验三研究三。试三验表三明：三设垫三板比三不设三垫板三，加三载应三力提三高了2.三5倍；三垫板三面积三越大三，头三部轴三力提三高也三越多三。例三如，三垫板三面积三增加1倍，三头部三轴力三可提三高1.三25倍等三。其三次有三垫板三时，三锚杆三轴向三应变三的最三大值三的位三置，三向内三部移三动。三这说三明锚三杆的3维约三束效三果，三得以三发挥三。图5是有三垫板三和无三垫板三的的三轴力三分布三的变三化。三从图三中可三以看三出，三有垫三板三时，三锚杆三的口三部也三发生三了轴三力、三而且三轴力三的最三大值三也增三加了10三%~三20三%。由三此可三见，三垫板三的作三用是三不容三忽视三的。三在锚三杆施三工中三，必三须设三置垫三板，三这在三规范三中也三有了三明确三的规三定。20三23三/5三/29120三23三/5三/29220三23三/5三/293我们三在锚三杆施三工中三，最三大的三问题三是锚三杆的三商品三化问三题。三可以三说，三在许三多国三家，三锚杆三已经三是一三种商三品。三只要三选择三合适三，拿三过来三用就三可以三了。三而我三们的三锚杆三，目三前绝三大多三数是三就地三用钢三筋自三制的三。因三此，三质量三的离三散性三相当三大、三施工三工艺三也不三能标三准化三，不三能充三分发三挥锚三杆的三支护三效果三，有三时就三成为三一种三计价三的“三摆设三”。三当然三，也三有一三些商三品化三的锚三杆开三始工三厂化三的生三产。三但还三没有三完全三得到三业主三、设三计和三施工三人员三的认三可。三原因三之一三，就三是商三品锚三杆的三成本三高。三因此三，大三力降三低锚三杆的三制造三成本三，提三高商三品化三的速三度，三彻底三改变三锚杆三施工三的现三状是三非常三重要三的。20三23三/5三/294因此三，锚三杆不三是可三有、三可无三的问三题，三而是三如何三确保三锚杆三锚固三的质三量，三充分三发挥三锚杆三效果三的问三题。特别三是，三在大三断面三的条三件下三，锚三杆对三控制三局部三掉块三具有三重要三的作三用。20三23三/5三/295格栅三与钢三支撑三（钢三架）钢支三撑和三格栅三在初三期支三护中三主要三用于三软弱三破碎三或土三质围三岩中三，很三少单三独使三用。三多数三上与三锚杆三、喷三混凝三土等三共同三使用三。格栅三与钢三支撑三，很三少单三独使三用，三多数三场合三是与三喷混三凝土三、锚三杆等三组合三使用三的。三使用三钢架三的目三的有三四点三。一是三作为三喷混三凝土三支护三功能三发现三前的三支持三物；二是三对喷三混凝三土进三行补三强；三是三作为三超前三支护三的支三点；最后三是与三喷混三凝土三、锚三杆共三同发三挥初三期支三护的三作用三。钢支三撑的三最大三特点三是架三设后三能够三立即三承载三。因三此，三多在三需要三立即