第3部分-隧道預(yù)設(shè)計(jì)

1隧道預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)2隧道設(shè)計(jì)計(jì)分為：：預(yù)設(shè)計(jì)計(jì)和修正正設(shè)計(jì)二二類。預(yù)設(shè)計(jì)指指：通過(guò)過(guò)施工前前的地質(zhì)質(zhì)調(diào)查，，按標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)設(shè)計(jì)進(jìn)進(jìn)行的設(shè)設(shè)計(jì)，正正確與否否或與實(shí)實(shí)際的符符合程度度，需通通過(guò)施工工的檢驗(yàn)驗(yàn)。修正設(shè)計(jì)計(jì)指：通通過(guò)施工工中的調(diào)調(diào)查和觀觀察，包包括量測(cè)測(cè)的驗(yàn)證證等，而而對(duì)預(yù)設(shè)設(shè)計(jì)進(jìn)行行修正的的設(shè)計(jì)，，也可稱稱為設(shè)計(jì)計(jì)變更或或施工設(shè)設(shè)計(jì)。預(yù)設(shè)計(jì)以以大致掌掌握安全全性、施施工性、、對(duì)周邊邊的影響響等為主主要目的的，其設(shè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目目以下表表中的①①-④為主要對(duì)對(duì)象。修修正設(shè)計(jì)計(jì)則著重重在表中中的⑤以以下的項(xiàng)項(xiàng)目，并并修正預(yù)預(yù)設(shè)計(jì)決決定的項(xiàng)項(xiàng)目。一、概概述3二、隧隧道凈空空斷面的的確定在隧道標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)中，隧隧道凈空空斷面的的標(biāo)準(zhǔn)化化是關(guān)鍵鍵。它直直接決定定了隧道道的開(kāi)挖挖輪廓和和形狀。。從公路隧隧道的功功能出發(fā)發(fā)，隧道道凈空斷斷面應(yīng)確確保以下下必要的的空間，，而且要要考慮穩(wěn)穩(wěn)定性、、施工性性及車輛輛的走行行性，確確定合理理的斷面面形狀和和尺寸。。·道路寬度度及建筑筑限界；；·鋪裝、排排水；·通風(fēng)設(shè)備備；·內(nèi)裝；·監(jiān)視員通通道；·其他。4這里所指指的隧道道凈空斷斷面是隧隧道襯砌砌和基底底圍巖或或仰拱所所包圍的的內(nèi)側(cè)部部分的大大小和形形狀。公路隧道道不僅要要提供汽汽車行駛駛的空間間，還要要滿足舒舒適行駛駛、交通通安全、、防災(zāi)等等服務(wù)的的空間。。因此，隧隧道的凈凈空斷面面不僅要要滿足要要求的道道路寬度度及建筑筑限界，，還要有有設(shè)置通通風(fēng)、照照明、內(nèi)內(nèi)裝、排排水、標(biāo)標(biāo)志等的的設(shè)置空空間，也也要確保保維修檢檢查的監(jiān)監(jiān)視員通通道的設(shè)設(shè)置空間間。隧道斷面面應(yīng)具有有合理適適應(yīng)應(yīng)力力流和變變形的形形狀，同同時(shí)要適適應(yīng)圍巖巖條件、、凈空要要求，一一般都采采用三心心圓、五五心圓等等馬蹄形形形狀。。但從降降低造價(jià)價(jià)方面看看，以采采用簡(jiǎn)明明、單純純的單心心圓斷面面為宜。。5（7）其他標(biāo)志原則則上設(shè)在在殘余空空間，不不專門考考慮。各各種標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)凈空斷斷面的典典型例示示于圖。。從建筑限限界看，，隧道的的凈空斷斷面可以以是直壁壁的，也也可以是是曲壁的的。但從從結(jié)構(gòu)受受力角度度看，多多數(shù)國(guó)家家，不管管圍巖好好壞，一一律采用用曲壁的的凈空斷斷面。不不僅如此此，在底底部與壁壁的連接接處，也也多采用用圓順的的沒(méi)有隅隅角的連連接方式式。隧道道凈空斷斷面的形形狀，直直接影響響隧道結(jié)結(jié)構(gòu)的形形狀。6三、支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的功能能和作用用機(jī)理1、對(duì)支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)的的基本要要求支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的基本本作用：：保持坑坑道斷面面的使用用凈空；；防止圍圍巖質(zhì)量量的進(jìn)一一步惡化化；承受受可能出出現(xiàn)的各各種荷載載；使坑坑道支護(hù)護(hù)體系有有足夠的的安全度度。因此此，任何何一種類類型的支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)都應(yīng)具具有與上上述作用用相適應(yīng)應(yīng)的構(gòu)造造、力學(xué)學(xué)特性和和施工可可能性。。理想的支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)滿足足以下基基本要求求：（1）必須能能與周圍圍圍巖大大面積地地牢固接接觸，即即保證支支護(hù)一圍圍巖體系系作為一一個(gè)統(tǒng)一一的整體體工作。。接觸狀狀態(tài)的好好壞，不不僅改變變了荷載載的分布布圖形，，也改變變了兩者者之間相相互作用用的性質(zhì)質(zhì)。例如在通通常礦山山法中,早期臨時(shí)時(shí)支護(hù)多多采用木木支撐，，它與圍圍巖形成成點(diǎn)的、、任意部部位的接接觸，而而鋼支撐撐雖然也也是點(diǎn)接接觸，7但位置是是固定的的，因而而支護(hù)效效果比木木支撐優(yōu)優(yōu)越。在在噴混凝凝土施工工中，支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)與圍巖巖是全面面而牢固固地接觸觸，這與與模筑混混凝土與與圍巖的的接觸狀狀態(tài)是完完全不同同的，因因而，支支護(hù)效果果也有顯顯著差異異。8由于接觸觸狀態(tài)的的不同，，對(duì)圍巖巖應(yīng)力分分布，對(duì)對(duì)支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的受受力狀態(tài)態(tài)等都有有著重要要的影響響。例如：D類接觸，，由于全全面的牢牢固接觸觸，不僅僅能傳遞遞徑向應(yīng)應(yīng)力也能能傳遞切切向應(yīng)力力，而且且接觸應(yīng)應(yīng)力的分分布比較較均勻。。同時(shí)也也改善了了結(jié)構(gòu)的的受力狀狀態(tài)，支支護(hù)效果果較佳。。A類接觸，，由于接接觸點(diǎn)的的不確定定，圍巖巖壓力極極不均勻勻。因此此經(jīng)常出出現(xiàn)襯砌砌受力異異常，發(fā)發(fā)生開(kāi)裂裂甚至喪喪失使用用功能。。我們目目前的襯襯砌設(shè)計(jì)計(jì)，基本本上是按按D類接觸進(jìn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)和計(jì)算算的，即即能全面面地傳遞遞徑向及及切向壓壓力，但但從實(shí)際際施工情情況看，，是難于于保證這這種狀態(tài)態(tài)的。最最多是C類，有時(shí)時(shí)甚至是是A類。設(shè)計(jì)計(jì)條件與與受力實(shí)實(shí)踐是不不符的。。9四類接觸觸狀態(tài)的的力學(xué)聯(lián)聯(lián)系大致致如圖。。接觸不同同，在支支護(hù)—圍巖體系系中發(fā)生生的力學(xué)學(xué)過(guò)程也也是不同同的。這這在建立立某一種種計(jì)算方方法時(shí)是是必須解解決的。?，F(xiàn)代支護(hù)護(hù)理論的的研究多多數(shù)是以以全面接接觸為出出發(fā)點(diǎn)的的。因此此，在施施工作業(yè)業(yè)時(shí)必須須盡量實(shí)實(shí)現(xiàn)這一一點(diǎn)。從從現(xiàn)灌混混凝土看看，取消消回填，，采用混混凝土泵泵〈或輸送器器〉的灌注方方法可以以基本上上滿足要要求，噴噴射混凝凝土則能能更好地地滿足這這個(gè)要求求。10（2）重視初初期支護(hù)護(hù)的作用用，并使使初期支支護(hù)與永永久支護(hù)護(hù)相互配配合，協(xié)協(xié)調(diào)一致致地工作作。過(guò)去在支支護(hù)處理理上，常常分為臨臨時(shí)支護(hù)護(hù)和永久久支護(hù)兩兩種。臨臨時(shí)支護(hù)護(hù)的主要要目的是是為了暫暫時(shí)地、、迅速地地控制坑坑道圍巖巖的力學(xué)學(xué)過(guò)程，，為永久久支護(hù)創(chuàng)創(chuàng)造有利利條件。。過(guò)去只只把永久久支護(hù)作作為基本本的承載載的支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)，，完全忽忽視了臨臨時(shí)支護(hù)護(hù)的作用用。目前前隨著支支護(hù)技術(shù)術(shù)的發(fā)展展，逐步步把臨時(shí)時(shí)支護(hù)與與永久支支護(hù)合并并考慮，，臨時(shí)支支護(hù)亦作作為永久久支護(hù)的的一個(gè)重重要部分分。噴射射混凝土土一錨桿桿支護(hù)就就是一例例。11臨時(shí)支支護(hù)實(shí)實(shí)質(zhì)上上是初初期支支護(hù)，，它是是永久久支護(hù)護(hù)的第第一步步。目目前很很少采采用木木支撐撐，木木支撐撐在多多數(shù)情情況下下是要要拆除除的。。這種種拆除除或頂頂替已已承載載支撐撐的作作業(yè)，，會(huì)造造成圍圍巖的的過(guò)度度松弛弛及應(yīng)應(yīng)力的的第二二次分分配。。因此此多采采用鋼鋼支撐撐或格格柵，，它在在架設(shè)設(shè)后不不再拆拆除，，而成成為永永久支支護(hù)的的一部部分。。這樣樣就大大大減減輕混混凝土土襯砌砌的負(fù)負(fù)擔(dān)。。使整整個(gè)支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)變變得經(jīng)經(jīng)濟(jì)、、更為為有效效。噴噴射混混凝土土—錨桿支支護(hù)的的這個(gè)個(gè)特點(diǎn)點(diǎn)更為為突出出。因因此，，消除除支撐撐頂替替是對(duì)對(duì)支護(hù)護(hù)的一一個(gè)重重要要要求。。應(yīng)該指指出，，坑道道支護(hù)護(hù)過(guò)程程實(shí)質(zhì)質(zhì)上就就是控控制坑坑道圍圍巖內(nèi)內(nèi)的應(yīng)應(yīng)力—應(yīng)變的的變化化過(guò)程程。因因此分分階段段地、、有預(yù)預(yù)計(jì)地地進(jìn)行行支護(hù)護(hù)作業(yè)業(yè)是很很重要要的。。例如如圍巖巖變形形過(guò)大大、過(guò)過(guò)速，，可以以讓它它變緩緩等。。這就就要求求支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)具有有良好好的適適應(yīng)性性。12（3）要允允許坑坑道—支護(hù)體體系產(chǎn)產(chǎn)生有有限制制的變變形，，以充充分協(xié)協(xié)調(diào)地地發(fā)揮揮兩者者的共共同作作用。。這就就要求求對(duì)支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的剛度度、構(gòu)構(gòu)造給給予充充分地地注意意，即即要求求支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)有一一定的的柔性性或可可縮性性。這這樣可可以充充分發(fā)發(fā)揮圍圍巖的的承載載作用用而減減小支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)的的作用用。目前的的支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)，其其剛度度相對(duì)對(duì)地降降低很很多，，即以以采用用柔性性支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)為主主，與與過(guò)去去的剛剛性支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)—現(xiàn)灌混混凝土土襯砌砌相比比，厚厚度有有了大大幅度度減小小。柔柔性結(jié)結(jié)構(gòu)能能產(chǎn)生生一定定的變變形，，使支支護(hù)—圍巖中中的應(yīng)應(yīng)力重重新調(diào)調(diào)整。。例如如，在在有利利的條條件下下，接接觸應(yīng)應(yīng)力(徑向及及切向向的)變得均均勻，，而支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)中中的彎彎矩很很小，，基本本上是是受壓壓的。。13已知pa與ua的關(guān)系系如圖圖，不不同剛剛度支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)與與圍巖巖達(dá)成成平衡衡位移移的pa是不同同的，，與支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)1相應(yīng)的的位移移為uo+up1，支護(hù)護(hù)阻力力為pa1，與支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)2相應(yīng)的的位移移為uo+up2,支護(hù)阻阻力為為pa2，如不不考慮慮uo的話，，可以以看出出up2>up1，而pa2<pa1，這說(shuō)說(shuō)明剛剛度大大的支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)承承受較較大的的徑向向應(yīng)力力，柔柔度大大的，，支護(hù)護(hù)阻力力則減減小。。這要要求在在施工工初期期，要要迅速速地修修筑支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，，但要要具有有一定定柔性性，使使之與與圍巖巖一起起有控控制地地變形形。這這就是是為什什么我我們強(qiáng)強(qiáng)調(diào)早早期柔柔性支支護(hù)的的理由由之一一。14（4）必須須保證證支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)架設(shè)設(shè)及時(shí)時(shí)。支支護(hù)過(guò)過(guò)晚會(huì)會(huì)使圍圍巖暴暴露、、產(chǎn)生生過(guò)度度的位位移而而瀕臨臨破壞壞。因因此,應(yīng)在坑坑道圍圍巖達(dá)達(dá)到極極限平平衡之之前開(kāi)開(kāi)始發(fā)發(fā)揮作作用。?？拥篱_(kāi)開(kāi)挖后后要及及時(shí)地地、盡盡快地地加以以支護(hù)護(hù)，其其目的的在于于控制制圍巖巖的初初始位位移。。這一一點(diǎn)在在埋深深小、、圍巖巖差的的情況況下，，尤其其重要要。因因?yàn)樵谠谶@種種場(chǎng)合合，幾幾厘米米徑向向位移移就會(huì)會(huì)造成成圍巖巖有害害的松松弛。。如圖圖同樣樣剛度度的支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)，，施設(shè)設(shè)的時(shí)時(shí)間不不同，，最后后達(dá)成成平衡衡的狀狀態(tài)也也不同同，如如2較1所要求求的支支護(hù)阻阻力小小，但但這不不等于于說(shuō)，，支護(hù)護(hù)參與與工作作的時(shí)時(shí)間愈愈遲愈愈好。。因?yàn)闉槌跏际甲冃涡尾患蛹涌刂浦茣?huì)導(dǎo)導(dǎo)致坑坑道的的迅速速松弛弛、崩崩塌。。因此此，原原則上上要對(duì)對(duì)初始始變形形的增增快速速度加加以限限制。。即避避免圍圍巖產(chǎn)產(chǎn)生有有害的的松弛弛。例例如，，當(dāng)初初始位位移達(dá)達(dá)到u0時(shí)再施施設(shè)初初期支支護(hù)，，就為為時(shí)過(guò)過(guò)晚。。反過(guò)過(guò)來(lái)說(shuō)說(shuō)，也也并不不是在在所有有情況況下，，都要要求愈愈早愈愈好。。15例如在在埋深深大的的塑性性圍巖巖中，，位移移即使使達(dá)到到20~30cm，圍巖巖還是是處在在應(yīng)力力釋放放過(guò)程程中。。此時(shí)時(shí)只要要求能能夠逐逐步控控制這這個(gè)變變形的的速度度就可可以了了，過(guò)過(guò)早地地控制制它的的發(fā)展展反而而有害害。施工過(guò)過(guò)程對(duì)對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)的安安全也也是有有影響響的。。所以以要求求不斷斷改變變開(kāi)挖挖循環(huán)環(huán)、襯襯砌時(shí)時(shí)間、、仰拱拱閉合合時(shí)間間、上上半斷斷面開(kāi)開(kāi)挖長(zhǎng)長(zhǎng)度等等，以以使圍圍巖與與支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成為為一個(gè)個(gè)體系系來(lái)維維護(hù)圍圍巖的的穩(wěn)定定。16（5）作為為支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)要能能根據(jù)據(jù)坑道道圍巖巖的動(dòng)動(dòng)態(tài)及及時(shí)地地進(jìn)行行調(diào)整整和修修改，，以適適應(yīng)不不斷變變化的的圍巖巖狀態(tài)態(tài)。這這一點(diǎn)點(diǎn)在傳傳統(tǒng)的的木支支撐條條件下下，也也是較較難實(shí)實(shí)現(xiàn)的的，而而用現(xiàn)現(xiàn)代支支護(hù)技技術(shù)，，則可可采取取分次次噴射射、增增設(shè)錨錨桿或或調(diào)整整其參參數(shù)(間距、、錨將將直徑徑和長(zhǎng)長(zhǎng)度)等方法法來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)。。當(dāng)然然，作作為支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)也也要滿滿足易易于施施設(shè)、、構(gòu)件件可互互換、、斷面面類型型單一一、便便于改改變剛剛性等等施工工性上上的條條件。。顯然，，某一一種支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)要要完全全滿足足上述述技術(shù)術(shù)要求求是很很困難難的，，這就就要求求對(duì)各各種類類型的的支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)有一一正確確的評(píng)評(píng)價(jià)，，以便便根據(jù)據(jù)變化化的地地質(zhì)條條件進(jìn)進(jìn)行合合理的的選擇擇。172、支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的類類型隧道的的支護(hù)護(hù)體系系是由由圍巖巖、初初期支支護(hù)、、二次次襯砌砌構(gòu)成成，在在某些些條件件下，，還包包括超超前支支護(hù)在在內(nèi)。。其中中初期期支護(hù)護(hù)有：：噴混混凝土土、錨錨桿和和鋼支支撐或或格柵柵。超超前支支護(hù)，，按日日本的的分類類有短短超前前支護(hù)護(hù)和長(zhǎng)長(zhǎng)超前前支護(hù)護(hù)。有有時(shí)也也把短短超前前支護(hù)護(hù)列在在初期期支護(hù)護(hù)內(nèi)。。根據(jù)圍圍巖條條件和和使用用條件件，可可做如如下分分類：：（1）無(wú)支支護(hù)坑坑道（（毛洞洞）；；（2）單層層襯砌砌，基基本上上由噴噴混凝凝土、、鋼纖纖維噴噴混凝凝土或或模筑筑混凝凝土構(gòu)構(gòu)成；；（3）組合合襯砌砌基本本上由由初期期支護(hù)護(hù)和二二次襯襯砌構(gòu)構(gòu)成；；是目目前采采用的的主要要支護(hù)護(hù)體系系，隔隔離層層通常常是采采用防防水板板。（4）裝配配式襯襯砌；；18支護(hù)體體系的的的選選擇主主要根根據(jù)下下述條條件決決定：：（1）對(duì)預(yù)預(yù)計(jì)的的主要要圍巖巖類型型的評(píng)評(píng)價(jià)；；（2）對(duì)圍圍巖類類別變變化的的適應(yīng)應(yīng)性；；（3）對(duì)很很大的的或特特殊地地壓的的適應(yīng)應(yīng)性；；（4）對(duì)地地下水水性質(zhì)質(zhì)的適適應(yīng)性性；（5）經(jīng)濟(jì)濟(jì)；（6）作業(yè)業(yè)時(shí)間間消耗耗少。。從力學(xué)學(xué)角度度看，，支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)根根據(jù)圍圍巖開(kāi)開(kāi)挖后后的力力學(xué)動(dòng)動(dòng)態(tài)、、支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的支支護(hù)作作用來(lái)來(lái)選定定。除除一些些特殊殊情況況圍巖巖以外外，可可以根根據(jù)大大部分分隧道道開(kāi)挖挖的力力學(xué)動(dòng)動(dòng)態(tài)，，按下下表進(jìn)進(jìn)行選選擇。。19初期支支護(hù)的的作用用也是是選擇擇支護(hù)護(hù)類型型的重重要依依據(jù)。。噴混凝凝土：：直接接控制制圍巖巖的松松弛，，用其其強(qiáng)度度抵抗抗發(fā)生生位移移的圍圍巖，，通過(guò)過(guò)與圍圍巖的的粘結(jié)結(jié)力和和軸力力傳遞遞到圍圍巖。。這說(shuō)說(shuō)明噴噴混凝凝土在在直接接防止止圍巖巖松弛弛的增增大和和不穩(wěn)穩(wěn)定巖巖塊掉掉落的的同時(shí)時(shí)，給給予圍圍巖內(nèi)內(nèi)壓，，使圍圍巖成成為一一體。。除了了襯砌砌以外外，與與其他他支護(hù)護(hù)比較較，是是內(nèi)壓壓力最最高的的支護(hù)護(hù)方式式。噴混凝凝土的的問(wèn)題題是其其材料料強(qiáng)度度和彈彈性系系數(shù)的的出現(xiàn)現(xiàn)是需需要一一定時(shí)時(shí)間的的，因因此，，在設(shè)設(shè)計(jì)上上一定定要強(qiáng)強(qiáng)調(diào)噴噴混凝凝土的的初期期強(qiáng)度度，其其出現(xiàn)現(xiàn)時(shí)間間要有有明確確的規(guī)規(guī)定，，通常常都規(guī)規(guī)定1d的強(qiáng)度度值。。噴混凝凝土與與圍巖巖表面面是密密封的的，也也是噴噴混凝凝土發(fā)發(fā)揮支支護(hù)作作用的的關(guān)鍵鍵。此此外噴噴混凝凝土還還可以以把壓壓力傳傳遞到到錨桿桿和鋼鋼支撐撐上，，反過(guò)過(guò)，噴噴混凝凝土也也可以以提高高錨桿桿和鋼鋼支撐撐的支支護(hù)效效果。。因此此，在在支護(hù)護(hù)組成成上，，任何何情況況都不不能缺缺少噴噴混凝凝土。。20錨桿：：從深深入圍圍巖支支護(hù)這這一點(diǎn)點(diǎn)上看看，在在補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)裂隙隙巖體體薄弱弱部分分和改改良圍圍巖為為均勻勻圍巖巖方面面，是是與其其他支支護(hù)不不同的的。在硬巖巖、中中硬巖巖中，，確保保巖塊塊的咬咬合，，抑制制不穩(wěn)穩(wěn)定巖巖塊的的崩落落，控控制沿沿裂隙隙的位位移等等，從從而確確保松松弛圍圍巖一一體化化。在在圍巖巖沒(méi)有有移動(dòng)動(dòng)或位位移的的場(chǎng)合合，錨錨桿中中是不不產(chǎn)生生應(yīng)力力的。。在軟巖巖圍巖巖中，，開(kāi)挖挖引起起圍巖巖強(qiáng)度度的降降低，，松弛弛范圍圍要增增大。。錨桿桿可以以一邊邊追隨隨圍巖巖的變變形，，一邊邊約束束圍巖巖防止止其崩崩落，，確保保圍巖巖一體體化。。但在在內(nèi)摩摩擦角角小的的圍巖巖中單單獨(dú)采采用錨錨桿效效果是是比較較小的的。錨桿是是在錨錨固材材料的的強(qiáng)度度出現(xiàn)現(xiàn)后才才發(fā)揮揮作用用，故故為了了讓錨錨桿的的作用用能夠夠及早早發(fā)揮揮，應(yīng)應(yīng)在錨錨固材材料方方面多多做工工作。。錨桿與與圍巖巖在內(nèi)內(nèi)部緊緊密接接觸，，錨桿桿不僅僅增強(qiáng)強(qiáng)了圍圍巖的的抗剪剪強(qiáng)度度，也也可以以提高高圍巖巖屈服服后的的殘余余強(qiáng)度度。21鋼支撐撐或格格柵：：基本本上與與噴混混凝土土具有有同樣樣的功功能，，可補(bǔ)補(bǔ)充噴噴混凝凝土初初期強(qiáng)強(qiáng)度的的不足足，直直接承承受松松弛荷荷載，，與噴噴混凝凝土成成為一一體，，給予予內(nèi)壓壓，確確保圍圍巖的的一體體化。。鋼支撐撐施工工后可可以發(fā)發(fā)揮100%的材料料強(qiáng)度度，在在這一一點(diǎn)上上，錨錨桿和和噴混混凝土土都是是不能能比擬擬的。?？梢砸栽趪妵娀炷梁秃湾^桿桿的強(qiáng)強(qiáng)度發(fā)發(fā)現(xiàn)前前承受受荷載載，在在噴混混凝土土和錨錨桿強(qiáng)強(qiáng)度出出現(xiàn)后后，鋼鋼支撐撐因具具有較較大的的彎曲曲韌性性，而而繼續(xù)續(xù)發(fā)揮揮其作作用。。特別別是在在噴混混凝土土發(fā)生生開(kāi)裂裂后，，鋼支支撐是是一個(gè)個(gè)線形形構(gòu)件件，其其自身身與圍圍巖的的密貼貼是通通過(guò)噴噴混凝凝土實(shí)實(shí)現(xiàn)的的，這這一點(diǎn)點(diǎn)在施施工中中要特特別注注意。。這三種種支護(hù)護(hù)的形形態(tài)示示于下下表。。22襯砌（（包括括仰拱拱）：：襯砌砌作為為支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)具有有特殊殊的性性質(zhì)，，是確確保隧隧道穩(wěn)穩(wěn)定的的最終終階段段，可可在下下述場(chǎng)場(chǎng)合中中采用用：（1）對(duì)隧隧道穩(wěn)穩(wěn)定性性的安安全系系數(shù)要要求高高的場(chǎng)場(chǎng)合。。幾乎所所有的的場(chǎng)合合都屬屬于此此種情情況。。為了了有效效地利利用圍圍巖強(qiáng)強(qiáng)度，，用最最小限限度的的支護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)來(lái)確確保圍圍巖的的穩(wěn)定定是最最重要要的。。同時(shí)時(shí)考慮慮到圍圍巖的的不確確定性性和地地下水水等的的作用用對(duì)長(zhǎng)長(zhǎng)期的的圍巖巖性質(zhì)質(zhì)的影影響，，必須須提高高安全全系數(shù)數(shù)。（2）用其其他支支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)控控制變變形有有困難難，為為控制制變形形需要要很大大內(nèi)壓壓的場(chǎng)場(chǎng)合。。因?yàn)閲鷩鷰r強(qiáng)強(qiáng)度比比小，，即使使產(chǎn)生生變形形也不不能滿滿足土土壓減減輕的的場(chǎng)合合，要要用襯襯砌約約束變變形，，使隧隧道穩(wěn)穩(wěn)定，，因此此要在在變形形沒(méi)有有收斂斂的階階段的的適當(dāng)當(dāng)時(shí)期期修筑筑襯砌砌。23（3）埋深深小，，為控控制地地表下下沉在在最小小限度度以內(nèi)內(nèi)，需需要采采用剛剛性大大的結(jié)結(jié)構(gòu)的的場(chǎng)合合。埋深小小的場(chǎng)場(chǎng)合有有時(shí)需需要防防止開(kāi)開(kāi)挖影影響到到地表表的情情況，，或不不能期期待拱拱效應(yīng)應(yīng)而把把位移移限制制在最最小限限度之之內(nèi)的的場(chǎng)合合，襯襯砌在在開(kāi)挖挖后要要盡快快施工工，襯襯砌應(yīng)應(yīng)考慮慮承受受全部部埋深深荷載載。綜上所所述，，日本本曾給給出選選擇支支護(hù)體體系的的大致致標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)。24圍巖種類特征支護(hù)對(duì)象支護(hù)構(gòu)件輔助工法記事噴砼錨桿鋼支撐襯砌二襯仰拱硬巖裂隙不發(fā)育·掉落巖塊二襯不承受荷載裂隙發(fā)育但沒(méi)有粘土填充·掉落巖塊·松弛壓力△○△鋼支撐只設(shè)在上半斷面裂隙發(fā)育、破碎·掉落巖塊·松弛壓力·形變壓力○○○△掌子面穩(wěn)定對(duì)策（正面、拱頂）最好設(shè)置仰拱軟巖圍巖強(qiáng)度比大·掉落巖塊△△○原則上設(shè)置仰拱圍巖強(qiáng)度比小·松弛壓力·形變壓力○○○△○仰拱要及早施工圍巖強(qiáng)度比極小·松弛壓力·形變壓力○○○○掌子面穩(wěn)定對(duì)策（正面穩(wěn)定）斷面要及早閉合，采用高強(qiáng)噴混凝土，考慮設(shè)置變形富裕量膨脹性圍巖·松弛壓力·形變壓力·膨脹壓力○○○○○掌子面穩(wěn)定對(duì)策（正面穩(wěn)定、腳部補(bǔ)強(qiáng)）斷面要及早閉合，采用高強(qiáng)噴混凝土，考慮設(shè)置變形富裕量土砂圍巖·松弛壓力·控制下沉○△○○○掌子面穩(wěn)定、地表下沉、近接施工斷面要及早閉合，襯砌按承載構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)注：○○一一般需需要設(shè)設(shè)置的的；△△必要要時(shí)需需要設(shè)設(shè)置的的。選擇支支護(hù)體體系的的大致致標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)（開(kāi)開(kāi)挖斷斷面20~100m2）25四、噴噴混混凝土土1、概述述一般的的混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)是是可以以用力力學(xué)方方法進(jìn)進(jìn)行設(shè)設(shè)計(jì)的的，但但噴混混凝土土則很很少能能夠用用力學(xué)學(xué)方法法進(jìn)行行設(shè)計(jì)計(jì)。這這是因因?yàn)閲妵娀炷恋牡淖饔糜脵C(jī)理理和噴噴混凝凝土是是否能能夠形形成一一個(gè)結(jié)結(jié)構(gòu)體體系來(lái)來(lái)發(fā)揮揮作用用還不不十分分清楚楚。目前的的認(rèn)識(shí)識(shí)水平平，噴噴混凝凝土是是唯一一的能能夠與與圍巖巖壁面面大面面積牢牢固粘粘附的的支護(hù)護(hù)手段段，也也是適適用于于各種種圍巖巖的一一種有有效的的支護(hù)護(hù)手段段，其其作用用主要要來(lái)自自噴混混凝土土與壁壁面的的粘著著力所所產(chǎn)生生的抗抗剪阻阻力。。如圖圖噴混混凝土土的軸軸力是是由拱拱腳下下的反反力和和界面面的抗抗剪阻阻力所所支持持的。。在這這個(gè)界界面上上的剪剪力以以切向向應(yīng)力力傳遞遞到圍圍巖內(nèi)內(nèi)部，，有助助于形形成所所謂的的拱狀狀的壓壓應(yīng)力力帶。。26此外，，如下下圖所所示，，對(duì)局局部的的外力力，如如浮石石某些些塊體體或偏偏壓等等，噴噴混凝凝土的的一部部分可可以作作為板板或梁梁，用用其抗抗彎和和抗剪剪能力力發(fā)揮揮支護(hù)護(hù)的作作用，，此時(shí)時(shí)粘附附點(diǎn)可可以視視為支支持點(diǎn)點(diǎn)。局部荷荷載的的作用用梁、板板的模模式化化27因此，，噴混混凝土土與圍圍巖的的粘附附是異異常重重要的的。這這是發(fā)發(fā)揮噴噴混凝凝土支支護(hù)效效果的的基本本保證證。也也是噴噴混凝凝土最最主要要的力力學(xué)作作用。。其次，，噴混混凝土土的支支護(hù)效效果和和發(fā)揮揮的程程度與與圍巖巖關(guān)系系十分分密切切。多多數(shù)場(chǎng)場(chǎng)合，，是很很難保保證噴噴混凝凝土作作為拱拱形結(jié)結(jié)構(gòu)的的效果果。實(shí)實(shí)際上上，考考慮到到圍巖巖不連連續(xù)面面的存存在，，噴混混凝土土局部部補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)的效效果會(huì)會(huì)大于于拱形形結(jié)構(gòu)構(gòu)的效效果。。在這這種情情況下下，可可靠的的粘附附也是是發(fā)揮揮噴混混凝土土作用用的關(guān)關(guān)鍵。。此外噴混凝土土除力學(xué)效果果外，還具有有覆蓋的物理理效果，如防防止圍巖風(fēng)化化，阻止?jié)B水水等。因此，噴混凝凝土設(shè)計(jì)應(yīng)滿滿足以下要求求：對(duì)作用荷荷載有足夠的的強(qiáng)度；具有有早期需要的的強(qiáng)度；與圍圍巖充分粘著著、填充和密密實(shí)；確保開(kāi)開(kāi)挖面平滑；；耐久。282、噴混凝土的的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目主要要是噴混凝土土的強(qiáng)度、厚厚度和耐久性性。1）噴混凝土強(qiáng)強(qiáng)度一般都采用材材齡28d抗壓強(qiáng)度為18N/mm2，這個(gè)基準(zhǔn)強(qiáng)強(qiáng)度如表下所所示，從各國(guó)國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)看是是最低的水準(zhǔn)準(zhǔn)。在強(qiáng)度一一定條件下，，厚度則因圍圍巖而異，在在多數(shù)場(chǎng)合是是憑經(jīng)驗(yàn)決定定的。從表可以看出出，各國(guó)的抗抗壓強(qiáng)度的基基準(zhǔn)差異較大大?？偟膩?lái)說(shuō)說(shuō)，歐洲各國(guó)國(guó)的基準(zhǔn)強(qiáng)度度的水準(zhǔn)較高高。我國(guó)的基基準(zhǔn)強(qiáng)度與日日本基本上是是一致的。但但日本最近幾幾年有向高強(qiáng)強(qiáng)度噴混凝土土發(fā)展的趨勢(shì)勢(shì)。例如，在在第2東名·名神高速公路路的3車道隧道中，，材齡28d的抗壓強(qiáng)度就就提高到36N/mm2。29噴混凝土的設(shè)設(shè)計(jì)配比，應(yīng)應(yīng)該是噴射后后粘附在壁面面上的噴混凝凝土配比。因因此，在施工工中必須控制制回彈量和粉粉塵量。日本本目前規(guī)定：：回彈量不能能大于20%，粉塵量不能能大于5mg/m3，否則，噴混混凝土質(zhì)量就就是不合格。。另外，對(duì)噴混混凝土一個(gè)重重要指標(biāo)是：：噴混凝土與與圍巖的粘結(jié)結(jié)強(qiáng)度。錨桿桿噴混凝土支支護(hù)技術(shù)規(guī)范范規(guī)定：Ⅰ、Ⅱ級(jí)圍巖不應(yīng)低低于0.8MPa，Ⅲ級(jí)圍巖不應(yīng)低低于0.5MPa。304、噴混凝土設(shè)設(shè)計(jì)厚度噴混凝土設(shè)計(jì)計(jì)厚度，應(yīng)采采用最小厚度度作為設(shè)計(jì)厚厚度。因?yàn)椋?，由于壁面的的不平整，噴噴混凝土厚度度的離散性非非常大。對(duì)噴混凝土的的厚度大致有有如下認(rèn)識(shí)：：（1）從飾面的角角度出發(fā)，噴噴混凝土厚度度，多采用5cm，噴砂漿的厚厚度可以采用用3cm；（2）但作為發(fā)揮揮支護(hù)構(gòu)件作作用的厚度，，不宜小于8cm；（3）噴混凝土的的最大厚度，，除特殊場(chǎng)合合外不宜大于于20cm。在特殊場(chǎng)合合可以采用25cm。更大厚度的的噴混凝土施施工例是很少少的。因?yàn)椋?，采用更大厚厚度的噴混凝凝土，已?jīng)失失去了初期支支護(hù)的意義。。31（4）此外噴射厚厚度過(guò)大，結(jié)結(jié)果是增加了了初期支護(hù)的的剛度，會(huì)誘誘發(fā)較大的彎彎曲應(yīng)力。在在這種場(chǎng)合，，應(yīng)采用代替替方案，如采采用鋼纖維噴噴混凝土等。。在硬巖時(shí)，幾幾乎無(wú)土壓作作用，噴混凝凝土僅僅是為為防止掉塊和和巖塊滑動(dòng)而而設(shè)置的，設(shè)設(shè)計(jì)厚度可以以小些。但在在象膨脹性圍圍巖土壓很大大、變形量很很大的情況、、承載能力和和變形能力都都小的未固結(jié)結(jié)圍巖的情況況以及埋深小小、極力減少少對(duì)周邊環(huán)境境影響的情況況，為增加支支護(hù)剛性控制制位移，需要要噴射厚度比比較大的噴混混凝土。噴混凝土，一一般都采用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模式式的厚度，但但在不能采用用標(biāo)準(zhǔn)支護(hù)模模式時(shí)，應(yīng)采采用類似設(shè)計(jì)計(jì)和解析方法法設(shè)計(jì)，并參參考周邊圍巖巖的穩(wěn)定、容容許位移、構(gòu)構(gòu)件中的應(yīng)力力等決定。325、噴混凝土的的增強(qiáng)噴混凝土的抗抗拉強(qiáng)度和抗抗彎柔性一般般都采用金屬屬網(wǎng)和纖維等等增強(qiáng)，但也也有添加硅灰灰噴射高強(qiáng)混混凝土和采用用鋼支撐的方方法。但這里里主要說(shuō)明金金屬網(wǎng)增強(qiáng)的的噴混凝土。。金屬網(wǎng)的作用用主要是增強(qiáng)強(qiáng)噴混凝土的的抗剪能力、、提高粘附性性、防止破壞壞時(shí)噴混凝土土的剝落。為為此，金屬網(wǎng)網(wǎng)多在噴混凝凝土不易粘附附的圍巖、開(kāi)開(kāi)挖后自穩(wěn)性性差的圍巖或或變形比較大大的圍巖中設(shè)設(shè)置。使用金屬網(wǎng)一一般會(huì)出現(xiàn)以以下問(wèn)題：粗粗骨料的回彈彈增加；易于于留有空隙；；循環(huán)時(shí)間增增加；金屬網(wǎng)網(wǎng)的固定有時(shí)時(shí)困難。通常使用的金金屬網(wǎng)的網(wǎng)格格是100×100m、150×150mm、線徑為3.2mm、4.0mm、5.0mm、6.0mm幾種。金屬網(wǎng)網(wǎng)原則上采用用φ5×150×150的焊接金屬網(wǎng)網(wǎng)。33六、鋼支撐撐和格柵1、鋼支撐鋼支撐很少單單獨(dú)使用，多多數(shù)場(chǎng)合是與與噴混凝土、、錨桿等組合合使用的。目目的：(1)是作為噴混凝凝土支護(hù)功能能發(fā)現(xiàn)前的支支持物；（2）是對(duì)噴混凝凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)；（3）是作為超前前支護(hù)的支點(diǎn)點(diǎn)；（4）是與噴混凝凝土、錨桿共共同發(fā)揮初期期支護(hù)的作用用。鋼支撐的最大大特點(diǎn)是架設(shè)設(shè)后能夠立即即承載。因此此，多在需要要立即控制圍圍巖繼續(xù)松弛弛和塑性區(qū)繼繼續(xù)擴(kuò)大，或或變形迅速發(fā)發(fā)展的場(chǎng)合采采用。鋼支撐撐的設(shè)計(jì)，主主要包括鋼支支撐的形狀，，斷面、材質(zhì)質(zhì)、間距、接接頭和聯(lián)系構(gòu)構(gòu)件等的設(shè)計(jì)計(jì)。1）形狀鋼支撐應(yīng)具有有與開(kāi)挖輪廓廓相適應(yīng)的形形狀。根據(jù)目目前實(shí)際采用用的形狀看，，大致有三種種形狀。34格柵段長(zhǎng)、節(jié)節(jié)間距在滿足足隧道分部開(kāi)開(kāi)挖、便于安安裝的要求時(shí)時(shí)，宜加大格格柵分段長(zhǎng)度度以減少接頭頭。拱部格柵柵段長(zhǎng)宜為2~3m。為了保證主主筋和加強(qiáng)筋筋的局部穩(wěn)定定，滿足施工工工藝要求，，節(jié)間距不宜宜過(guò)長(zhǎng)，一般般可取兩倍格格柵高度．格柵與與鋼支支撐一一樣也也是分分段加加工，，在架架設(shè)時(shí)時(shí)再組組裝成成形。。格柵柵支護(hù)護(hù)的接接頭是是整個(gè)個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)的薄薄弱環(huán)環(huán)節(jié)，，必須須加強(qiáng)強(qiáng)。為為增強(qiáng)強(qiáng)格柵柵鋼架架的整整體性性，在在各格格柵間間應(yīng)設(shè)設(shè)置縱縱向連連接構(gòu)構(gòu)件。。格柵與與鋼支支撐比比較一一個(gè)最最突出出特點(diǎn)點(diǎn)是：：能很很好地地與混混凝土土一起起與圍圍巖密密貼，，支護(hù)護(hù)效果果好。。格柵柵鋼架架能完完全被被混凝凝土緊緊密包包裹而而成為為一體體，形形成類類似的的鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)。。噴混混凝土土能充充滿格格柵及及其與與圍巖巖的所所有空空隙，，而鋼鋼支撐撐的背背面常常常不不能完完全充充填密密實(shí)，，從而而使支支護(hù)不不能很很好地地與圍圍巖共共同作作用。。35格柵與與鋼支支撐的的適用用條件件是一一致的的，主主要用用于：：（1)自穩(wěn)時(shí)時(shí)間很很短的的圍巖巖，在在錨桿桿或噴噴混凝凝土支支擴(kuò)發(fā)發(fā)揮作作用前前，可可能發(fā)發(fā)生圍圍巖失失穩(wěn)或或塌坍坍危險(xiǎn)險(xiǎn)時(shí)；；（2）淺埋埋、偏偏壓隧隧道，，當(dāng)早早期圍圍巖壓壓力增增長(zhǎng)快快，需需要提提高一一次支支護(hù)的的早期期強(qiáng)度度和剛剛度時(shí)時(shí)；（3)在難以以施作作錨桿桿、噴噴射混混凝土土的砂砂卵石石、土土夾石石或斷斷層泥泥等地地層，，大面面積淋淋水地地段，，以及及為了了抑制制圍巖巖大的的變形形而增增加支支護(hù)抗抗力時(shí)時(shí)；（4）當(dāng)需需要施施作超超前支支護(hù)，，設(shè)置置格柵柵作為為超前前錨扦扦(或超前前小鋼鋼管等等)的支承承構(gòu)件件時(shí);（5）自穩(wěn)穩(wěn)時(shí)間間短，，一次次變形形大的的地層層，對(duì)對(duì)地面面下沉沉量有有嚴(yán)格格限制制的情情況。。36七、超超前支護(hù)護(hù)1、超前支支護(hù)的分分類和特特征超前支護(hù)護(hù)是在掌掌子面前前方構(gòu)筑筑的薄殼殼結(jié)構(gòu)，，在提高高掌子面面穩(wěn)定的的同時(shí)，，也可以以作為支支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的一部部分加以以利用，，適用于于以控制制地表下下沉和相相鄰結(jié)構(gòu)構(gòu)物影響響為主要要目的的的場(chǎng)合。。超前支護(hù)護(hù)由于構(gòu)構(gòu)筑方法法的不同同，有的的是以橫橫向剛性性大的拱拱形構(gòu)造造為主，，有的是是以縱向向連續(xù)性性強(qiáng)的梁梁構(gòu)造為為主，也也有具有有兩者功功能的。。其分類類如下表表。37（1）混凝土土拱殼方方式混凝土拱拱殼方式式是開(kāi)挖挖前沿掌掌子面的的隧道外外周開(kāi)挖挖厚約15～50cm的拱形槽槽，開(kāi)挖挖后立即即用混凝凝土或砂砂漿充填填，形成成一個(gè)拱拱形的殼殼體。此此方式因因在隧道道橫斷方方向形成成連續(xù)的的剛性大大的拱形形結(jié)構(gòu)，，故在下下列制約約條件嚴(yán)嚴(yán)格的場(chǎng)場(chǎng)合采用用：土砂等強(qiáng)強(qiáng)度極低低的場(chǎng)合合；埋深深淺，需需控制地地表下沉沉的場(chǎng)合合；近接接重要結(jié)結(jié)構(gòu)物會(huì)會(huì)受到開(kāi)開(kāi)挖影響響的場(chǎng)合合。（2）水平噴噴射注漿漿方式此方式是是在開(kāi)挖挖前于掌掌子面前前方的隧隧道外周周形成長(zhǎng)長(zhǎng)約10m左右的管管狀拱形形結(jié)構(gòu)體體。結(jié)構(gòu)體的的形成，，是與鉆鉆孔的同同時(shí)用高高壓噴射射攪拌硬硬化材（（水泥砂砂漿）形形成的。?？梢孕涡纬梢粋€(gè)個(gè)沿隧道道橫向的的拱形連連續(xù)的結(jié)結(jié)構(gòu)。但但與混凝凝土拱殼殼方式比比，連續(xù)續(xù)體差一一些。38（3）長(zhǎng)鋼管管注漿方方式是開(kāi)挖前前在掌子子面前方方沿隧道道外周配配置長(zhǎng)10～15m的鋼管，，形成拱拱形結(jié)構(gòu)構(gòu)。為使使鋼管和和圍巖間間形成一一體，應(yīng)應(yīng)在其間間：充填填水泥漿漿；壓注注水泥漿漿和其他他壓注材材。采用超前前支護(hù)時(shí)時(shí)，要考考慮在開(kāi)開(kāi)挖產(chǎn)生生的通常常荷載上上，加上上約束掌掌子面前前方的荷荷載。而而且在以以下部位位會(huì)產(chǎn)生生比通常常大的荷荷載：超前支護(hù)護(hù)的腳部部；鋼支撐等等的腳部部。如果沒(méi)有有足夠的的承載力力，會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生比通通常大的的腳部下下沉。如如腳部下下沉繼續(xù)續(xù)發(fā)展，，就會(huì)使使作用在在超前支支護(hù)上的的荷載的的平衡崩崩潰，從從而損傷傷隧道的的穩(wěn)定性性。為此此，要充充分注意意確保腳腳部的承承載力，，必要時(shí)時(shí)要進(jìn)行行加強(qiáng)。。392、超前前支護(hù)的的設(shè)計(jì)方方法超前支護(hù)護(hù)的設(shè)計(jì)計(jì)應(yīng)根據(jù)據(jù)圍巖條條件（圍圍巖的強(qiáng)強(qiáng)度特性性、掌子子面自穩(wěn)穩(wěn)性、初初始應(yīng)力力狀態(tài)等等）和設(shè)設(shè)計(jì)條件件（隧道道周邊的的地形條條件、環(huán)環(huán)境條件件、隧道道斷面形形狀、開(kāi)開(kāi)挖方法法等）選選擇適宜宜的方法法進(jìn)行。。初期支護(hù)護(hù)和二次次襯砌的的設(shè)計(jì)，，可采用用類比設(shè)設(shè)計(jì)、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)和解析析設(shè)計(jì)中中的方法法進(jìn)行，，但超前前支護(hù)由由于類型型多，且且事例少少還沒(méi)有有確立標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的支支護(hù)模式式，因此此超前支支護(hù)的設(shè)設(shè)計(jì)最好好采用類類比設(shè)計(jì)計(jì)或解析析設(shè)計(jì)方方法進(jìn)行行。進(jìn)行超前前支護(hù)設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，，應(yīng)根據(jù)據(jù)以下順順序進(jìn)行行：首先明確確超前支支護(hù)的目目的和必必要性；；其次選選定超前前支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)形式式和超前前支護(hù)的的規(guī)格（（長(zhǎng)度、、厚度、、強(qiáng)度、、剛性等等）；最最后研究究掌子面面穩(wěn)定性性、結(jié)構(gòu)構(gòu)的承載載力及下下沉量。。40掌子面開(kāi)開(kāi)挖后隧隧道縱向向圍巖的的應(yīng)力重重新分配配，引起起掌子面面前方的的土壓的的增加，，但采用用超前支支護(hù)后可可以緩和和其增加加并提高高了掌子子面的自自穩(wěn)性。。掌子面面前方土土塊上的的荷載受受到超前前支護(hù)的的支持，，使掌子子面滑動(dòng)動(dòng)的滑動(dòng)動(dòng)力減小小，即使使沒(méi)有正正面補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)或簡(jiǎn)易易的正面面補(bǔ)強(qiáng)，，也能夠夠確保掌掌子面的的穩(wěn)定性性。研究究時(shí)要適適當(dāng)?shù)姆捶从炒诵Ч?。掌子面穩(wěn)穩(wěn)定性研研究的方方法有也也有兩種種方法：：（1）研究掌掌子面前前方土塊塊滑動(dòng)平平衡狀態(tài)態(tài)的方法法假定滑面面是直線線和對(duì)數(shù)數(shù)螺旋線線，采用用極限平平衡方法法。超前前支護(hù)的的效果用用以下方方法考慮慮：計(jì)算算作用在在掌子面面土塊上上方的荷荷載時(shí)，，反映超超前支護(hù)護(hù)的效果果；計(jì)算算作用在在掌子面面土塊上上方的荷荷載時(shí)，，考慮3維效果求求處松弛弛荷載；；考慮縱縱向應(yīng)力力的再分分配。41超前支護(hù)護(hù)是預(yù)先先在圍巖巖內(nèi)構(gòu)筑筑一個(gè)殼殼狀的保保護(hù)殼，，可以大大斷面開(kāi)開(kāi)挖，或或大型機(jī)機(jī)械施工工，且能能防止不不能預(yù)測(cè)測(cè)的崩塌塌。下圖是由由施工實(shí)實(shí)際編制制的砂質(zhì)質(zhì)地層和和粘土地地層判定定掌子面面穩(wěn)定性性的判定定圖。此此圖能夠夠按準(zhǔn)彈彈性系數(shù)數(shù)和埋深深的比值值推定隧隧道掌子子面的穩(wěn)穩(wěn)定性，，研究“稍穩(wěn)定”、“不穩(wěn)定～～崩塌”的條件下下應(yīng)研究究采用超超前支護(hù)護(hù)等任何何輔助方方法的必必要性。。超前支護(hù)護(hù)法中，，隧道橫橫斷方向向的連續(xù)續(xù)性是主主要的結(jié)結(jié)構(gòu)，對(duì)對(duì)約束相相當(dāng)超前前長(zhǎng)度的的前方圍圍巖的位位移的效效果是很很大的。。因此，，需提高高掌子面面穩(wěn)定性性的場(chǎng)合合、極力力控制地地表下沉沉的場(chǎng)合合、近接接施工的的場(chǎng)合都都是有效效的。在隧道縱縱向連續(xù)續(xù)性為主主的工法法中，拱拱效果很很小，會(huì)會(huì)產(chǎn)生一一點(diǎn)下沉沉。但因因可能施施工的長(zhǎng)長(zhǎng)度較大大，同時(shí)時(shí)可采用用高強(qiáng)度度的鋼材材，預(yù)計(jì)計(jì)對(duì)防止止掌子面面崩塌是是有效的的。42八、二二次襯砌砌1、概述設(shè)置襯砌砌的目的的如下：：·考慮圍巖巖的不均均勻性、、支護(hù)材材料質(zhì)量量的離散散、錨桿桿的腐蝕蝕等不確確定的因因素，要要增加作作為結(jié)構(gòu)構(gòu)物的安安全系數(shù)數(shù)；·考慮使用用后的外外力的變變化和支支護(hù)材料料的劣化化，需要要提高作作為結(jié)構(gòu)構(gòu)物耐久久性；·襯砌施工工后，因因土壓、、水壓、、上覆荷荷載等外外力發(fā)生生時(shí)，需需要加以以支持；；·在隧道變變形沒(méi)有有收斂時(shí)時(shí)修筑襯襯砌的場(chǎng)場(chǎng)合，要要給予隧隧道穩(wěn)定定必要的的約束力力。43在一般場(chǎng)場(chǎng)合，原原則上都都要設(shè)置置襯砌。。其中，，仰拱原原則上在在Ⅳ~(yú)Ⅵ級(jí)（鐵路路隧道））或Ⅲ~Ⅰ類（公路路隧道））設(shè)置。。必要時(shí)時(shí)，鐵路路隧道在在Ⅲ級(jí)，公路路隧道在在Ⅳ類圍巖地地段也要要設(shè)置。。仰拱設(shè)設(shè)置時(shí)期期最好在在襯砌沒(méi)沒(méi)有產(chǎn)生生不利的的應(yīng)力之之前設(shè)置置，在地地質(zhì)條件件差的圍圍巖中，，不管何何種場(chǎng)合合，都要要及早地地設(shè)置，，使斷面面及時(shí)閉閉合。在一般的的山嶺隧隧道中，，由于圍圍巖與支支護(hù)的相相互作用用而獲得得開(kāi)挖后后的穩(wěn)定定，二次次襯砌的的主要目目的是：：?隧道內(nèi)設(shè)設(shè)施的保保持功能能；?防水功能能防止（（凍結(jié)、、漏水））；?內(nèi)裝功能能（確保保美觀））；?維修管理理功能（（確保易易于檢查查）；?提高支護(hù)護(hù)的安全全系數(shù)。。44但在某些些條件下下，除上上述功能能外，還還應(yīng)具有有以下作作用：?地下水位位回復(fù)的的水壓的的作用（（防水型型隧道））；?接近施工工的影響響；?地震的影影響（洞洞口附近近一般是是軟弱圍圍巖、埋埋深小））。二次襯砌砌原則上上應(yīng)在初初期支護(hù)護(hù)的位移移收斂后后施設(shè)，，但設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)應(yīng)根根據(jù)圍巖巖條件、、施工狀狀況、周周邊環(huán)境境等，有有以下情情況時(shí)，，應(yīng)另行行研究：：?土砂圍巖巖等埋深深小、不不能形成成平衡拱拱的場(chǎng)合合；?因地下水水變動(dòng)，，有很大大水壓作作用的場(chǎng)場(chǎng)合；?接近其他結(jié)結(jié)構(gòu)物施工工，有荷載載作用的場(chǎng)場(chǎng)合；?地形等有偏偏壓作用的的場(chǎng)合；?膨脹性圍巖巖、塑性變變形大初期期支護(hù)位移移不收斂，，不得不用用襯砌抵抗抗土壓的場(chǎng)場(chǎng)合；45?初期支護(hù)位位移收斂，，可以確保保周邊圍巖巖穩(wěn)定，但但初期支護(hù)護(hù)的承載力力接近極限限的場(chǎng)合。。2、二次襯砌砌的形狀二次襯砌的的形狀，應(yīng)應(yīng)具有確保保所定的凈凈空斷面、、使彎矩盡盡可能地小小、而且能能有效地傳傳遞軸力的的形狀。在特殊圍巖巖等場(chǎng)合，，預(yù)計(jì)襯砌砌中會(huì)產(chǎn)生生很大的軸軸力和彎矩矩，應(yīng)盡量量使這些斷斷面力小而而且能夠圓圓滑地傳遞遞應(yīng)力、具具有圓形形形狀的斷面面。為此，，二次襯砌砌的形狀，，一般多采采用單心圓圓、三心圓圓、五心圓圓或多心圓圓與直線組組合的拱形形形狀。同同時(shí)，多心心圓和直線線在接續(xù)點(diǎn)點(diǎn)處應(yīng)具有有共同的切切線。特別是，在在膨脹性圍圍巖這樣有有強(qiáng)大土壓壓的場(chǎng)合，，應(yīng)采用類類似圓形或或接近圓形形的形狀。。重點(diǎn)應(yīng)研究究仰拱曲率率、邊墻底底腳與仰拱拱的連接部部位。463、襯砌厚厚度二次襯砌的的力學(xué)特性性的研究方方法目前還還沒(méi)有完全全確立，一一般都按推推定的土壓壓進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)。目前還還沒(méi)有決定定厚度的統(tǒng)統(tǒng)一的方法法，但在設(shè)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)應(yīng)遵循以下下原則。（1）不需附附加力學(xué)功功能時(shí)指隧道襯在在力學(xué)上是是不需要的的，但為確確保隧道長(zhǎng)長(zhǎng)期的安全全，還需要要設(shè)置襯砌砌的場(chǎng)合。。采用噴混混凝土和錨錨桿等支護(hù)護(hù)體系，就就可以保證證隧道的穩(wěn)穩(wěn)定。但噴噴混凝土和和錨桿作為為永久的結(jié)結(jié)構(gòu)物的可可靠性，還還沒(méi)有得到到確認(rèn)，因因此作為保保證隧道結(jié)結(jié)構(gòu)物最終終安全的，，還要設(shè)襯襯砌。此時(shí)，襯砌砌的厚度，，沒(méi)有必要要采用能夠夠滿足作為為結(jié)構(gòu)物功功能的厚度度，但隧道道拱部和邊邊墻太薄，，在施工作作業(yè)上、混混凝土的質(zhì)質(zhì)量上都會(huì)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題題，因此一一般采用25~30cm。47（2）需附加力力學(xué)功能時(shí)時(shí)?有土壓、水水壓作用的的場(chǎng)合；?有因交通振振動(dòng)和以后后挖土、填填土等環(huán)境境變化而產(chǎn)產(chǎn)生附加荷荷載的場(chǎng)合合；?在膨脹性圍圍巖等不得得不在圍巖巖變形收斂斂前修筑襯襯砌的場(chǎng)合合；?計(jì)劃有并行行隧道和接接近施工的的場(chǎng)合。要在設(shè)計(jì)中中決定襯砌砌厚度、強(qiáng)強(qiáng)度、鋼筋筋量等。特特別是在大大的偏壓、、埋深淺的的圍巖、大大的形變壓壓力產(chǎn)生的的圍巖、膨膨脹性圍巖巖、有水壓壓作用的圍圍巖等，設(shè)設(shè)計(jì)厚度要要仔細(xì)研究究決定。但厚度過(guò)大大，會(huì)增加加開(kāi)挖斷面面積，荷載載也會(huì)增大大，此時(shí)最最好采用鋼鋼筋混凝土土和纖維混混凝土。其設(shè)計(jì)厚度度的分布示示下圖。484、仰拱和底底板（1）仰拱一般說(shuō)，易易產(chǎn)生底鼓鼓和側(cè)壁擠擠出的或有有必要采用用翻漿冒泥泥措施的圍圍巖都要設(shè)設(shè)置仰拱。。在特殊圍巖巖中仰拱與與開(kāi)挖工法法形成一體體，當(dāng)確認(rèn)認(rèn)位移不能能收斂時(shí)，，應(yīng)在掌子子面附近用用噴混凝土土施設(shè)臨時(shí)時(shí)仰拱。在土砂圍巖巖中的仰拱拱原則上是是采用噴混混凝土及早早閉合斷面面的，因此此當(dāng)仰拱是是在接近掌掌子面施工工時(shí)，考慮慮圍巖條件件、經(jīng)濟(jì)性性等可以省省略噴混凝凝土或減小小厚度。一般圍巖：：需要設(shè)置置仰拱時(shí)，，沒(méi)有必要要考慮很大大的土壓和和底鼓，可可以采用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)所所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)。。特殊圍巖：：仰拱的形形狀要與土土壓的狀態(tài)態(tài)相適應(yīng)。。但曲率大大，雖然能能夠增加承承載力，可可是開(kāi)挖量量也隨之增增加，施工工性變差。。為此，最最好在臨時(shí)時(shí)仰拱后修修筑永久仰仰拱。仰拱的形狀狀要考慮水水壓、接近近施工、地地震等的影影響，為了了使彎矩小小而且能夠夠園順地傳傳遞軸力，，其半徑要要小，隅角角的半徑要要大。仰拱拱的半徑在在山區(qū)隧道道是：?jiǎn)尉€線采用10m，雙線采用用20m，在城市多多比上述值值小一些。。隅角的半半徑，在山山區(qū)多采用用1.0m，在城市要要大一些。。49(2)仰拱和連接接部的半徑徑的影響仰拱半徑的的影響：以連接部