淺 析 公 路 隧 道 的 設(shè) 計(jì) 和 施 工
結(jié)合本管段隧道的TRANBBS設(shè)計(jì)情況和TRANBBS施工中的實(shí)際情況，特對(duì)各分項(xiàng)工程分化講解如下：
一、隧道襯砌類型的分類
隧道襯砌類型一般分為：整體式襯砌、復(fù)合式襯砌、噴錨襯砌和裝配式襯砌。一般常用的形式是前面三種。
復(fù)合式襯砌是指外層用錨噴作初期支護(hù)，內(nèi)層用模筑混凝土作二次襯砌的永久結(jié)構(gòu)，兩層間根據(jù)需要設(shè)置防水層。（為防止初期支護(hù)和二次襯砌間的不同變形而引起混凝土出現(xiàn)裂紋，一般在兩層間均設(shè)置隔離層）適用于Ⅲ級(jí)及以下軟弱圍巖。復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)是柔性結(jié)構(gòu)，是充分利用圍巖的自承能力和圍巖密貼共同變形。
噴錨襯砌是指以噴錨支護(hù)作永久性襯砌的通稱。噴錨襯砌適用于地下水不發(fā)育的Ⅲ級(jí)及以上圍巖的短隧道。
從受力結(jié)構(gòu)來區(qū)分，整體式襯砌、復(fù)合式襯砌、噴錨襯砌：整體式襯砌中的噴錨支護(hù)是作為臨時(shí)支護(hù)措施（是為保證施工安全而用的），不是永久結(jié)構(gòu)受力的部分（其實(shí)肯定受力），模筑混凝土是永久結(jié)構(gòu)受力的部分；復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)作為初期支護(hù)（當(dāng)然也作臨時(shí)支護(hù)用）和二次模筑混凝土都是永久結(jié)構(gòu)受力的部分，且設(shè)計(jì)上認(rèn)為復(fù)合式襯砌中的初期支護(hù)是永久結(jié)構(gòu)受力的主要部分承擔(dān)了結(jié)構(gòu)受力的70%~80%。噴錨襯砌顧名思義就是將噴錨支護(hù)作為永久結(jié)構(gòu)。
通過對(duì)以上三種常用襯砌受力結(jié)構(gòu)的分析，我們可以非常清晰的認(rèn)識(shí)到：復(fù)合式襯砌中噴錨支護(hù)施工的重要性。噴錨支護(hù)施工質(zhì)量的低下，不僅也可能直接危及施工人員的作業(yè)安全，而且直接關(guān)聯(lián)隧道主體結(jié)構(gòu)的工程質(zhì)量，為隧道埋下質(zhì)量隱患。
二、初期支護(hù)
初期支護(hù)是在噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護(hù)中進(jìn)行選擇，組成不同的支護(hù)形式。
（一）、噴射混凝土
噴射混凝土可分為：素噴混凝土，網(wǎng)噴混凝土。
1、噴射混凝土的作用：對(duì)圍巖節(jié)理、裂隙起充填作用，將不連續(xù)的巖層層面膠結(jié)起來，并產(chǎn)生楔效應(yīng)而增加巖塊間的磨擦系數(shù)，防止巖塊沿軟弱面滑移，促使表面巖塊穩(wěn)定。噴射混凝土有一定粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度，能與巖層粘貼并與圍巖形成統(tǒng)一承載體系，改善噴層受力條件。噴射混凝土能及時(shí)、分層施噴，噴層雖薄但具有較高的早期強(qiáng)度，這樣一來，噴層能控制圍巖變形，即使圍巖仍有較大變形，但不致產(chǎn)生坍塌，從而提高圍巖的自承作用。噴射混能使隧道周邊圍巖盡早封閉，防止圍巖進(jìn)一步風(fēng)化。
2、噴射混凝土的作業(yè)要求
1）、施工準(zhǔn)備
材料方面：對(duì)水泥、砂、石、速凝劑、水等的質(zhì)量要進(jìn)行檢驗(yàn)。水泥、速凝劑最好是新鮮的，并經(jīng)相容性試驗(yàn)合格。砂、石含水率應(yīng)符合要求。
機(jī)械及管路方面：噴射機(jī)、混凝土攪拌機(jī)等在使用前均應(yīng)檢修完好，就位前要進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。管路及接頭要保持良好，要求風(fēng)管不漏風(fēng)，水管不漏水。
其它方面：檢查開挖斷面，欠挖處要補(bǔ)鑿夠。敲幫找頂、清除浮石，用高壓水沖洗巖面，將附著于巖面的泥圬和虛碴沖冼干凈。對(duì)滲漏水較大處或集中處做好引排水措施。
2)、操作方法
A、風(fēng)壓、水壓及水灰比控制
為了保證噴射混凝土的質(zhì)量，降低回彈率，減少粉塵，噴射作業(yè)時(shí)要求風(fēng)壓穩(wěn)定，壓力大小調(diào)整適當(dāng)。水壓一般要比水壓高50~100Kpa，要求在噴頭水環(huán)處形成水霧，使干拌合料充分濕潤。干噴時(shí)，水灰比的控制只能憑噴射手的經(jīng)驗(yàn)?zāi)繙y(cè)掌握。如噴射的混凝土易粘著，回彈小，表面濕潤光澤，說明水量合適。如表面無光澤，回彈物增加，灰塵飛揚(yáng)，混凝土不密實(shí)，則說明水量小；如果表面塑性大或出現(xiàn)流淌，滑動(dòng)現(xiàn)象，說明水量大。
B、噴射角度與噴射距離
噴嘴與巖面的角度，一般應(yīng)垂直于巖面。但在邊墻時(shí)，宜將噴嘴略向下俯10°左右，使混凝土束噴射在較厚的混凝土頂端。
噴嘴與巖面的距離，一般保持在0.8~1.2m。噴射手應(yīng)視具體情況，選用適當(dāng)?shù)膰娚渚嚯x。
C、噴層厚度
每一次噴射混凝土的厚度，拱部為5~6cm，邊墻為7~10cm。
D、噴射順序
噴射的順序應(yīng)先墻后拱，自下而上。如巖面凸凹不平時(shí)，應(yīng)先噴凹處找平，然后向上噴射。噴射時(shí)噴嘴料束應(yīng)呈旋轉(zhuǎn)軌跡運(yùn)動(dòng)，一圈壓半圈，縱向按蛇形進(jìn)行。為使噴層表面平整，噴射完后應(yīng)對(duì)表面掃射一層。此時(shí)噴射順序應(yīng)自上而下，噴頭料束呈橫掃方式運(yùn)動(dòng)，不能旋轉(zhuǎn)或停留。
（二）錨桿
錨桿根據(jù)錨固方式和桿體材質(zhì)可分為：砂漿錨桿、藥卷錨固錨桿、自進(jìn)式注漿錨桿。根據(jù)用途可分為徑向錨桿和超前錨桿。
錨桿的作用：懸吊作用、組合梁作用、加固作用。
懸吊作用：由于隧道圍巖被節(jié)理、裂隙或斷層切割，開挖爆破震動(dòng)可能引起局部巖塊失穩(wěn)，采用錨桿將不穩(wěn)定巖塊懸吊在穩(wěn)定的巖體上，或?qū)?yīng)力降低區(qū)內(nèi)不穩(wěn)定的圍巖，懸吊在應(yīng)力降低區(qū)以外的穩(wěn)定巖體上。在側(cè)壁則用錨桿阻止巖塊滑動(dòng)。
組合梁作用：在水平或傾角較小的層狀巖體中，錨桿能使巖層緊密結(jié)合，形成類似組合梁結(jié)構(gòu)，能增加層面間的抗剪強(qiáng)度和磨擦力，從而提高圍巖的穩(wěn)定性。
加固作用：軟弱圍巖開挖后，使洞內(nèi)臨空面變形較大，當(dāng)坑道周邊布設(shè)系統(tǒng)錨桿，向圍巖施加徑向錨桿，向圍巖施加徑向壓力而形成承載拱后，便與噴射混凝土共同承受圍巖的形變壓力，可減少圍巖的變形，提高圍巖的整體穩(wěn)定性。
系統(tǒng)錨桿布置應(yīng)沿隧道周邊均勻布置，呈梅花形布置。在隧道橫斷面內(nèi)，錨桿方向宜與周邊垂直。在層狀圍巖中，錨桿的方向宜與巖層面垂直。
在錨桿受力較大的區(qū)段,錨桿多因下述兩種原因失效。第一種是由于錨桿本身的強(qiáng)度不夠被拉斷；第二種是由于錨固力不足而被拉出（施工現(xiàn)場(chǎng)多為這一種）。錨固力不足表現(xiàn)為錨桿與粘結(jié)材料間或粘結(jié)材料與圍巖間的粘結(jié)力不足。可采取三種提高錨桿支護(hù)效果的措施：采用高強(qiáng)度錨桿或大錨桿直徑，增大鉆孔直徑，增加錨桿根數(shù)。
（三）鋼架
在自穩(wěn)時(shí)間較短的圍巖中修建隧道時(shí)，如果在噴射混凝土及錨固錨桿的砂漿尚未達(dá)到所須強(qiáng)度之前就須對(duì)開挖巖面進(jìn)行支護(hù)時(shí)，應(yīng)采用鋼架。因鋼架在架設(shè)后，可立即起到支護(hù)作用。另外，當(dāng)圍巖壓力大或變形發(fā)展較快時(shí)，也應(yīng)采用鋼架，加強(qiáng)初期支護(hù)。
鋼架安裝前，應(yīng)檢查開挖斷面的中線及高程。鋼架安裝應(yīng)符合下列要求：
1、安裝前應(yīng)清除底腳下的虛碴及其他雜物，超挖部分應(yīng)用混凝土填充。安裝允許偏差橫向和高程均為±5cm，垂直度允許偏差為±2°；
2、鋼架各節(jié)間宜以螺栓連接，不得任意割斷鋼架；
3、沿鋼架外緣每隔2m應(yīng)用楔子楔緊；
4、在各排鋼架之間應(yīng)設(shè)置縱向鋼拉桿。設(shè)置拉桿是為了保證鋼架在架立后、尚未被噴射混凝土固定前沿縱向的穩(wěn)定性。在噴射混凝土后也能增加縱向剛度，從而改善縱向受力結(jié)構(gòu)。
三、防水層
現(xiàn)隧道交驗(yàn)時(shí)都要求做到不滲不漏。對(duì)隧道滲漏水提出了很高的要求。現(xiàn)隧道施工中設(shè)計(jì)均采取了堵和排相結(jié)合的辦法：二襯施工縫設(shè)遇水膨脹止水條，二襯與初期支護(hù)間設(shè)復(fù)合型防水板。二襯背后設(shè)環(huán)向和縱向透水管肓溝。其中復(fù)合型防水板的鋪設(shè)質(zhì)量至關(guān)重要。鋪設(shè)防水板時(shí)應(yīng)注意幾個(gè)方面：初期支護(hù)表面要求基本平順，錨桿尾部外露長(zhǎng)度應(yīng)小于1cm，防水層施工區(qū)段不應(yīng)有爆破作業(yè)。防水板與初期支護(hù)要求密貼，但不要繃得過緊，以免灌注混凝土?xí)r將防水板脹破。焊接應(yīng)采取雙焊縫不得有假焊、漏焊現(xiàn)象。
四、施工監(jiān)控量測(cè)
施工監(jiān)控量測(cè)是在隧道開挖過程中，使用各種量測(cè)儀表和工具對(duì)圍巖變化情況和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進(jìn)行量測(cè)、及時(shí)提供圍巖穩(wěn)定程度和支護(hù)結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，預(yù)見事故和險(xiǎn)情，作為調(diào)整和修改支護(hù)設(shè)計(jì)的依據(jù)，并在復(fù)合式襯砌中，依據(jù)量測(cè)結(jié)果確定二次襯砌施作的時(shí)間。
監(jiān)控量測(cè)可分為必測(cè)項(xiàng)目和選測(cè)項(xiàng)目。必測(cè)項(xiàng)目包括：洞內(nèi)外觀察，水平凈空變化量測(cè)，拱頂下沉
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量測(cè)，淺埋隧道地表下沉量測(cè)。
一）、洞內(nèi)觀察
開挖工作面的觀察，在每個(gè)開挖面進(jìn)行，特別是軟弱圍巖條件下，開挖后應(yīng)立即進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查。若遇特殊不穩(wěn)定情況時(shí)，應(yīng)派專人進(jìn)行不間斷的觀察。
1）、對(duì)開挖后沒有支護(hù)的圍巖的觀測(cè)
A、節(jié)理裂隙發(fā)育程度及方向；
B、開挖工作面的穩(wěn)定狀態(tài)，頂板有無坍塌現(xiàn)象；
C、涌水情況：涌水的位置、涌水量、水壓等；
D、底板是否有隆起現(xiàn)象。
2）、對(duì)開挖后已支護(hù)地段圍巖動(dòng)態(tài)的觀測(cè)
A、是否發(fā)生錨桿被拉斷或墊板脫離圍巖現(xiàn)象；
B、噴混凝土是否有裂隙和剝離或剪切破壞；
C、鋼架有無被壓變形情況。
二）、監(jiān)控量測(cè)資料的整理與反饋
1、監(jiān)控量測(cè)的目的是通過對(duì)圍巖和支護(hù)的變位、應(yīng)力量測(cè)，反饋到施工上，及時(shí)調(diào)整施工組織和支護(hù)系統(tǒng)，保證隧道施工安全。
2、隧道周壁任意點(diǎn)的實(shí)測(cè)相對(duì)位移值或用回歸分析推算的總相對(duì)位移值均應(yīng)小于下表中所列數(shù)據(jù)。當(dāng)位移速率無明顯下降，而此時(shí)實(shí)測(cè)位移值已接近表中所列數(shù)值，或噴層表面出現(xiàn)明顯裂縫時(shí)，應(yīng)立即采取補(bǔ)強(qiáng)措施，并調(diào)整原支護(hù)參數(shù)或開挖方法。
隧道周邊允許相對(duì)位移值（%）
覆蓋層厚度（m）圍巖類型 允許相對(duì)位移值（%） ＜50 50~300 ＞300
Ⅳ 0.10~0.30 0.20~0.50 0.40~1.20
Ⅲ 0.15~0.50 0.40~1.20 0.80~2.00
Ⅱ 0.20~0.80 0.60~1.60 1.00~3.00
注: a、相對(duì)位移值是指實(shí)測(cè)相對(duì)位移值與兩測(cè)點(diǎn)間距離之比,或拱頂位移實(shí)測(cè)值與隧道寬度之比。
b、脆性圍巖取表中較小值，塑性圍巖取表中較大值。
c、本表中所列數(shù)值可在施工過程中通過實(shí)測(cè)和資料積累作適當(dāng)調(diào)整。
3、二次襯砌的施作應(yīng)在滿足下列要求時(shí)進(jìn)行：
a、 各測(cè)試項(xiàng)目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定；
b、 已產(chǎn)生的各項(xiàng)位移已達(dá)到預(yù)計(jì)總位移量的80%~90%；
c、 周邊位移速率小于0.1~0.2mm/d，或拱頂下沉速率小于0.07~0.15mm/d。
4、變形管理等級(jí)
變形管理等級(jí)
管理等級(jí) 管理位移 施工狀態(tài)
Ⅲ U＜U0/3 可正常施工
Ⅱ U0/3≤U≤2U0/3 應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)
Ⅰ U＞2U0/3 應(yīng)采取特殊措施
注：U-實(shí)測(cè)位移值；U0-最大允許位移值。
五、幾種不良地質(zhì)構(gòu)造及地下水對(duì)隧道施工的影響
一）、傾斜巖層對(duì)隧道施工的影響
巖層構(gòu)造 無軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí) 有軟弱結(jié)構(gòu)面時(shí)
緩傾的（0~30°） 層厚及節(jié)理一般層厚大于1m的穩(wěn)定性好，中厚層0.4~1.0m的次之，薄層最差節(jié)理密，頂部易坍石掉塊 軟弱面位于隧道頂部，易造成頂板坍塌；軟弱面位于底部，影響支護(hù)及襯砌穩(wěn)定。
陡傾的（30°~60°） 層面及節(jié)理結(jié)合不良時(shí)，易出現(xiàn)滑動(dòng)偏壓等情況 軟弱面位于隧道頂部，易造成坍塌，可能產(chǎn)生應(yīng)力集中；軟弱面位于中部，易出現(xiàn)偏壓滑動(dòng)，在有地下水時(shí)尤應(yīng)注意。
陡立的（61°~90°） 一般情況圍巖穩(wěn)定性較緩傾和陡傾巖層為好 軟弱面位于隧道內(nèi)，可能出現(xiàn)局部坍塌，如位于兩側(cè)，可能產(chǎn)生坍幫偏壓
二）、褶曲對(duì)隧道施工的影響
褶曲有背斜和向斜之分。背斜的產(chǎn)狀呈正拱形，其裂隙特征是上部受拉，形成張口上大下小。向斜的產(chǎn)狀呈倒拱形，其裂隙特征是上部受壓，下部受拉，張口上小下大。
褶曲構(gòu)造對(duì)隧道施工的影響：
1、隧道在向斜層開挖，多出現(xiàn)掉塊和坍塌；
2、隧道在平行褶曲軸通過，易產(chǎn)生較大偏壓；
3、向斜構(gòu)造中，一般在軸部多儲(chǔ)存大量地下水，且多有承壓性質(zhì)，施工中常遇較大的突然涌水；
4、在石灰?guī)r中多出現(xiàn)巖溶，背斜中巖溶發(fā)育多為漏斗及井穴，而向斜中巖溶多為暗河；
5、在柔性巖層中，易產(chǎn)生小褶皺，使巖層更為破碎，強(qiáng)度極度降低。
三）、斷層對(duì)隧道施工的影響
斷層的斷裂面處，有較大的剪應(yīng)力和殘余應(yīng)力，斷層帶的巖體破碎，一般有碎石、角礫等，巖體強(qiáng)度低，圍巖壓力較大。
斷層對(duì)隧道施工的影響程度主要取決于斷裂破碎帶的寬度及破碎帶膠結(jié)情況：
1、隧道通過斷層帶，極易產(chǎn)生坍塌和涌水，直接影響坑道的穩(wěn)定，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)工作，縮短各工序間的距離，盡快襯砌；
2、斷層帶中，由于充填物處于壓縮狀態(tài)，開挖后潛在應(yīng)力釋放，發(fā)生較大膨脹壓力使坑道變形；
3、斷層面傾向隧道，且傾角大于10°者，對(duì)隧道產(chǎn)生偏壓，當(dāng)隧道軸線與斷裂線平行或交角甚小，則側(cè)壓力更大；
4、在軟、硬不同巖層中，斷裂面的柔性巖石，往往形成不透水層，而在脆性巖的破碎角礫帶，極易儲(chǔ)存大量地下水，開挖時(shí)常常發(fā)生承壓涌水，危害極大。
四）、地下水對(duì)圍巖穩(wěn)定性和隧道施工的影響
地下水對(duì)圍巖（主要是指軟弱圍巖）的溶解、溶蝕、沖刷、軟化，或產(chǎn)生靜水壓力，或引起膨脹壓力等，改變了巖石（體）的強(qiáng)度，從而引起圍巖的變形破壞、失穩(wěn)塌方以及由地下水引起的隧道涌水。
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