第06章隧道施工方法鉆爆開挖等

6隧道工程SUIDAOGONGCHENG『第六章▎隧道施工方法『▎傳統(tǒng)礦山法『6.2▎新奧法『6.3▎新奧法的施工技術(shù)『6.4▎洞口段及明洞施工方法『6.5▎輔助施工方法『6.6▎特殊地質(zhì)地段的施工方法『6.7▎鉆爆開挖和裝渣運輸『6.8▎隧道支護施工『6.10▎隧道施工現(xiàn)場監(jiān)控量測『6.9▎隧道掘進機施工『6.7▎鉆爆開挖和裝渣運土『▎鉆爆開挖

鉆爆開挖作業(yè)是在巖體上鉆鑿出一定孔徑和深度的炮眼，并裝上炸藥進行爆破，從而達到開挖的目的，是隧道施工中較關(guān)鍵的基本作業(yè)。

開挖作業(yè)應(yīng)做到的要求：①按設(shè)計要求開挖出斷面(包括形狀、尺寸、表面平整、超欠挖等要求)；②石碴塊度(大小)適中，拋擲范圍相對集中，便于裝碴運輸；③鉆眼工作量少，掘進速度快，少占作業(yè)循環(huán)時間，盡量節(jié)省爆破器材；④在充分發(fā)揮爆破能力的前提下，減小對圍巖的震動破壞；⑤減少對施工用機具設(shè)備及支護結(jié)構(gòu)的破壞，減少對周圍環(huán)境的破壞（特別是隧道洞口地段爆破時）。1.爆破破巖作用及有關(guān)概念(1)無限介質(zhì)中的爆破作用假定將藥包埋置在無限介質(zhì)中進行爆破，則在遠離藥包中心不同的位置上，其爆破作用是不相同的。大致可以劃分為四個區(qū)域，如圖6-30所示。圖6-30爆破周圍區(qū)域劃分1)壓縮粉碎區(qū)。它是指半徑為R1范圍的區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)介質(zhì)距離藥包最近，受到的壓力最大，故破壞最大。當(dāng)介質(zhì)為土壤或軟巖時，壓縮形成一個環(huán)形體孔腔；介質(zhì)為硬巖時，則產(chǎn)生粉碎性破壞，故稱為壓縮粉碎區(qū)。震動區(qū)4R3R2RR1壓縮粉碎區(qū)拋擲區(qū)破壞區(qū)2)拋擲區(qū)。R1與R2之間的范圍叫拋擲區(qū)。在這個區(qū)域內(nèi)介質(zhì)受到的爆破力雖然比壓縮粉碎區(qū)小，但介質(zhì)的結(jié)構(gòu)仍然被破壞成碎塊。炸藥爆炸能量除對介質(zhì)產(chǎn)生破壞作用外，尚有多余能量使被破壞的碎塊獲得運動速度，在介質(zhì)處于有臨空面的空間時，則在臨空面方向上被拋擲出去，產(chǎn)生拋擲運動。3)破壞區(qū)。該區(qū)又叫松動區(qū)，是指R2與R3之間的區(qū)域。爆炸能量在此區(qū)域內(nèi)只能使介質(zhì)破裂松動，已沒有能力使碎塊產(chǎn)生拋擲運動。4)振動區(qū)。R3與R4之間的范圍叫爆破震動區(qū)。在此范圍內(nèi)，爆破能量只能使介質(zhì)發(fā)生彈性變形，不能產(chǎn)生破壞作用。(2)爆破的基本概念1)臨空面。又叫自由面，是指暴露在大氣中的開挖面。2)爆破漏斗。在有臨空面的情況下，炸藥爆破形成的一個圓錐形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。爆破拋起的巖塊，一部分落在漏斗坑之外形成一個爆破堆積體或飛石，另一部分回落到漏斗坑之內(nèi)，掩蓋了真正的爆破漏斗，形成看得見的爆破坑，叫做可見爆破漏斗，如圖6-31所示。圖6-31爆破漏斗R1RWrp3)爆破作用指數(shù)。爆破漏斗半徑r與最小抵抗線W的比值n(n=r/W)稱為爆破作用指數(shù)，這是一個描述爆破漏斗大小，爆破性質(zhì)，拋擲堆積情況等因素的重要相關(guān)系數(shù)。通常爆破作用指數(shù)相應(yīng)的爆破效果也不同。n=1稱為標準拋擲爆破，其漏斗稱為標準拋擲爆破漏斗n＞1稱為加強拋擲爆破或揚棄爆破0.75<n<1稱為加強松動或減弱拋擲爆破n≤0.75稱為松動爆破

臨空面數(shù)目的多少對爆破效果有很大影響，增加臨空面是改善爆破狀況，提高爆破效果的重要途徑。2.鉆孔機具風(fēng)動鑿巖機鑿巖機內(nèi)燃鑿巖機電動鑿巖機液壓鑿巖機鑿巖臺車以壓縮空氣為動力，結(jié)構(gòu)簡單，制造維修容易，操作方便，作業(yè)安全，缺點：壓縮空氣供應(yīng)設(shè)備復(fù)雜，能量利用率低，成本高，噪音大。由液壓馬達驅(qū)動鑿巖元件作沖擊、回轉(zhuǎn)運動，通過壓力補償泵，根據(jù)巖石堅硬程度調(diào)節(jié)油量、壓力和沖擊頻率進行鑿巖，具有廣泛的適應(yīng)性。將多臺鑿巖機安裝在一個專門的移動設(shè)備上，實現(xiàn)多機同時作業(yè)，集中控制，稱為鑿巖臺車。適宜于在大斷面或全斷面隧道開挖中使用。鉆孔機具風(fēng)動鑿巖機內(nèi)燃鑿巖機液壓鑿巖機電動鑿巖機膠州灣隧道中運用三臂鑿巖臺車施工3.隧道內(nèi)常用的爆破方法周邊眼。沿隧道周邊布置的炮眼稱為周邊眼，如圖6-32中的3號炮眼。作用：在于炸出一個合適的爆破輪廓。掏槽眼炮眼種類和作用輔助眼周邊眼針對隧道開挖爆破只有一個臨空面的特點，為提高爆破效果，先在開挖斷面的適當(dāng)位置（一般在中央偏下部）布置幾個掏槽炮眼，如圖6-32中的1號炮眼。作用：讓其最先起爆，為臨近炮眼的爆破創(chuàng)造臨空面。位于掏槽炮眼與周邊炮眼之間的炮眼稱為輔助眼，如圖6-32中的2號炮眼。作用：擴大掏槽炮眼炸出的槽口，為周邊炮眼爆破創(chuàng)造臨空面。(1)炮眼種類和作用圖6-32炮眼種類(2)掏槽眼的形式掏槽爆破質(zhì)量的好壞，直接影響整個隧道爆破的成敗。根據(jù)施工方法、開挖斷面大小、圍巖狀況和鑿巖機具的不同，可將掏槽方式分為斜眼掏槽和直眼掏槽。1)斜眼掏槽。它的種類很多，如錐形掏槽、爬眼掏槽、各種楔形掏槽、單斜式掏槽等等。隧道爆破中比較常用的是垂直楔形掏槽和錐形掏槽。

垂直楔形掏槽炮眼呈水平對稱布置，如圖6-33所示，爆破后將炸出楔形槽口。

錐形掏槽炮眼呈角錐形布置，根據(jù)掏槽炮眼數(shù)目的不同分為三角錐、四角錐及五角錐等，圖6-34所示為四角錐掏槽，它常用于受巖層層理、節(jié)理、裂隙等影響較大的圍巖及豎井的開挖爆破。

優(yōu)點：操作簡單，精度要求較直眼掏槽低，能根據(jù)巖層實際情況改變掏槽角度和掏槽方式、掏槽眼數(shù)量少，炸出槽口大。缺點：因斜度影響，炮眼最大深度受到開挖面寬度和高度限制，不便鉆成深眼，也不便于多臺鉆機同時鉆眼，鉆眼方向不易準確。圖6-33垂直楔形掏槽圖6-34錐形掏槽2)直眼掏槽。所有掏槽炮眼均垂直于開挖面的掏槽形式，稱為直眼掏槽。它不受圍巖軟硬和開挖斷面大小的限制，可以鉆深眼，長短鉆桿配合可實行多臺鑿巖機同時作業(yè)，爆破碴石集中，便于快速出碴，從而為加快掘進速度提供了有利條件，且不易打壞支撐排架及其他設(shè)備。

缺點：炮眼個數(shù)較多，炸藥單耗量也要加大，另外必須嚴格控制鉆眼方向和相互距離，否則會影響掏槽效果。

常用的直眼掏槽形式有柱狀掏槽和螺旋形掏槽。

柱狀掏槽是充分利用大直徑空眼作為臨空孔和巖石破碎后的膨脹空間，使爆破后能形成柱狀槽口的掏槽爆破。作為臨空孔的空眼數(shù)目，視炮眼深度而定，一般當(dāng)孔眼深度小于時取一個；孔眼深度為~時，采用雙臨空孔；孔眼深度為~時采用三個孔，如圖6-35所示。

螺旋形掏槽的中心眼為空眼，鄰近空眼的裝藥眼與空眼之間距離逐漸加大，其聯(lián)線呈螺旋形狀，如圖6-36所示。裝藥眼與空眼之間距離分別為a=（~）D；b=（~）D；c=（~）D；d=（~）D。D為空眼直徑，一般不宜小于100mm，亦可用f60～f70mm的鉆頭鉆成8字形雙孔。爆破按1、2、3、4順序起爆。雙臨空孔型單臨空孔型裝藥孔臨空孔三臨空孔型圖6-35柱狀掏槽圖6-36螺旋形掏槽(3)炮眼布置1)直線形布孔將炮眼按垂直方向或水平方向，圍繞掏槽開口成直線形逐層排列，如圖6-37所示。這種布孔圖式，形式簡單容易掌握，同排炮眼的最小抵抗線一致，間距一致，前排眼為后排眼創(chuàng)造臨空面，爆破效果較好。4123dabc圖6-37直線形布孔圖6-38多邊形布孔圖6-39弧形布孔2)多邊形布孔如圖6-38所示，圍繞著掏槽開口，由里向外將炮孔逐層布置成正方形，長方形或多邊形等基本規(guī)則的圖式。3)弧形布孔如圖6-39所示，順著拱部弧形輪廓線，把炮孔布置成逐層的弧形圖式。此外，還可將開挖面上部炮孔布置成弧形，下部炮孔布置成直線形，以構(gòu)成混合形布孔圖式。4)圓形布孔當(dāng)開挖斷面為圓形時，可將炮孔圍繞斷面中心逐層布置成圓形圖式。這種布孔圖式，多用在圓形隧道、泄水洞以及圓柱形豎井的開挖中。(4)周邊眼的控制爆破周邊眼的爆破結(jié)果，反映了整個洞室爆破的成洞效果。實踐表明，采用一般方法進行爆破，不僅對圍巖擾動大，而且難以爆破出理想的開挖輪廓，目前多采用控制爆破技術(shù)進行爆破。1)光面爆破通過正確確定周邊眼的各爆破參數(shù)，使爆破后的圍巖斷面輪廓整齊，最大限度地減輕爆破對圍巖的震動和破壞，盡可能維持圍巖原有完整性和穩(wěn)定性的爆破技術(shù)。其主要標準為：開挖輪廓成型，無明顯的爆破裂縫；圍巖壁上均勻留下50%以上的半面炮眼痕跡；巖面平整，超挖和欠挖符合規(guī)定要求，無危石等。

光面爆破對圍巖擾動小，盡可能保存了圍巖自身原有的承載能力，從而改善了襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀況；又由于圍巖壁面平整，減小了應(yīng)力集中和局部落石現(xiàn)象，增加了施工安全度；減小了超挖和回填量，若與錨噴支護相結(jié)合，能節(jié)省大量混凝土數(shù)量，降低工程造價，加快施工進度；因光面爆破可減輕震動和保護巖體，所以它是在松軟及不均質(zhì)的地質(zhì)巖體中較為有效的開挖爆破方法。光面爆破的分區(qū)起爆順序為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼→底板眼。

光面爆破的成功與否主要取決于爆破參數(shù)的確定。其主要參數(shù)包括：周邊炮眼的間距，光面爆破層的厚度，周邊炮眼密集系數(shù)和裝藥集中度等。a周邊炮眼間距E

在不偶合裝藥的前提下，光面爆破應(yīng)滿足炮孔內(nèi)靜壓力合力必須小于爆破巖體的極限抗壓強度，而大于巖體的極限抗拉強度的條件，如圖6-40。周邊炮眼間距與巖體的抗拉、抗壓強度以及炮眼直徑有關(guān)。圖6-40周邊眼布置b光面層厚度及炮眼密集系數(shù)光面層就是周邊炮眼爆破的那一部分巖層。其厚度就是周邊炮眼的最小抵抗線。

周邊炮眼間距E與最小抵抗線W的比值k稱為周邊炮眼的密集系數(shù)。其大小對光面爆破效果影響較大。實踐表明，光面爆破以k＝左右為宜，光面層厚度一般應(yīng)取50~90cm。WEEEFc裝藥量周邊炮眼的裝藥量，通常用線裝藥密度，即每米長炮眼的裝藥數(shù)量來表示。該數(shù)量既能提供足夠的破巖能量，又不會造成圍巖過度的破壞。通常應(yīng)根據(jù)圍巖條件、炸藥品種、孔距和光面層厚度等因素綜合考慮確定，一般控制在~。

在光面爆破中，常采用的技術(shù)措施有：a.使用低爆速、低猛度、低密度、傳爆性能好、爆炸威力大的炸藥。b.采用不偶合裝藥結(jié)構(gòu)。這樣通過空氣間隙再作用到炮孔壁上的沖擊波強度將大為減弱，空氣間隙起到了緩沖的作用，故不偶合裝藥爆破又叫緩沖爆破。c.嚴格掌握與周邊炮眼相鄰的內(nèi)圈炮眼的爆破效果，周邊炮眼應(yīng)同步起爆。要求周邊眼必須采用同段雷管同時起爆，并盡可能減少同段雷管的延期時間差。d.嚴格控制裝藥集中度，必要時采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)。但為了克服眼底巖石的夾制作用，常在炮眼底部加強裝藥。2)預(yù)裂爆破預(yù)裂爆破實質(zhì)上是光面爆破的一種，其爆破原理與光面爆破相同，只是分區(qū)起爆順序不同。它是由于首先起爆周邊眼，在其他炮眼未爆破之前先沿著開挖輪廓線預(yù)爆破出一條用以反射地震應(yīng)力波的裂縫而得名。預(yù)裂爆破的分區(qū)起爆順序為：周邊眼→掏槽眼→輔助眼→底板眼。

預(yù)裂爆破的周邊眼間距、預(yù)留內(nèi)圈巖層厚度、裝藥量及裝藥集中度均較光面爆破要?。坏鄳?yīng)增加了周邊眼數(shù)量和鉆眼工作量。

由于貫通裂縫的存在，使得主體爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波在向圍巖傳播時受到大量衰減，從而更有效地減少了對圍巖的擾動，所以預(yù)裂爆破更適用于穩(wěn)定性較差的軟弱破碎巖層中。『▎裝渣與運輸

將開挖的石碴迅速裝車運出洞外，是提高隧道掘進速度的重要環(huán)節(jié)。該項作業(yè)往往占全部開挖循環(huán)作業(yè)時間的35~50%，控制著隧道的施工速度。裝碴運輸作業(yè)由三個環(huán)節(jié)組成：裝碴、運輸和卸碴。1.裝渣(1)渣量計算出碴量應(yīng)為開挖后的虛碴體積，單循環(huán)爆破后石碴量可按下式計算：(6-1)式中R——巖體松脹系數(shù)，見表6-4；D——超挖系數(shù)，視爆破質(zhì)量而定，一般取~；L——設(shè)計循環(huán)進尺(m)；S——開挖斷面面積(m2)。1.151.251.301.351.61.71.81.85松脹系數(shù)R砂礫粘性土硬粘土砂夾卵石石質(zhì)石質(zhì)石質(zhì)石質(zhì)土石名稱ⅥⅤⅣⅢⅡⅠ巖體級別表6-4

巖體松脹系數(shù)R值(2)裝渣方式可采用人力裝碴或機械裝碴。人力裝碴僅在短隧道缺乏機械或斷面小而無法使用機械裝碴時才考慮采用。機械裝碴速度快，可縮短作業(yè)時間，目前隧道施工一般都采用機械裝碴，但仍需配備少數(shù)人工輔助。(3)裝渣機械裝碴機械的類型很多，按其扒碴機構(gòu)型式可分為：鏟斗式、蟹爪式、立抓式、挖斗式。鏟斗式裝碴機為間歇性非連續(xù)裝碴機，有翻斗后卸、前卸和側(cè)卸三種卸碴方式。蟹爪式、立抓式、挖斗式裝碴機是連續(xù)裝碴機，均配備刮板（或鏈板）轉(zhuǎn)載后卸機構(gòu)。

裝碴機的走行方式有軌道走行和輪胎或履帶走行兩種。隧道施工中常用的幾種裝渣機有：1)翻斗式裝渣機。又稱鏟斗后卸式裝碴機，有風(fēng)動和電動之分。該機具有構(gòu)造簡單，操作方便，對洞內(nèi)無廢氣污染的特點，但裝載寬度一般只有~，主要適用于小斷面或規(guī)模較小的隧道中。2)蟹爪式裝渣機。它是一種連續(xù)裝碴機械，在前端裝有傾斜受料盤，其上裝有一對蟹爪。裝碴時全機向前推進，將受料盤插入碴堆，兩個蟹爪連續(xù)交錯扒取石碴，經(jīng)皮帶（或鏈條）輸送機將石碴裝入車輛。該類機具裝碴效率較高。因受蟹爪扒碴限制，巖碴塊度較大時，其工作效率顯著降低，故主要用于塊度較小的巖碴和土的裝碴作業(yè)。3)挖斗式裝碴機。這種裝碴機是近幾年發(fā)展起來的較為先進的隧道裝碴機。其扒碴機構(gòu)為自由臂式挖掘反鏟，其他同蟹爪式裝碴機。4)鏟斗式裝碴機。這種裝碴機多采用輪胎走行，如圖6-41a；也有采用履帶走行的，如圖6-41b。

該類裝碴機轉(zhuǎn)彎半徑小，移動靈活，鏟取力強，鏟斗容量大，達~3，工作能力強，卸碴準確方便，具有裝碴效率高，適用性強的特點，通常與大型自卸汽車配套使用。它采用燃油發(fā)動機驅(qū)動，燃油廢氣污染洞內(nèi)空氣，需配備凈化器或加強通風(fēng)。圖6-41鏟斗式裝渣機a)輪胎式b)履帶式2.運輸

(1)有軌運輸有軌運輸基本上不排出有害氣體，對空氣污染較輕，設(shè)備構(gòu)造簡單，容易制作；占用空間小而且固定等。不足之處在于軌道鋪設(shè)較復(fù)雜，維修工作量大；調(diào)車作業(yè)復(fù)雜；開挖面延伸軌道影響正常裝碴作業(yè)等。

有軌運輸較普遍采用的出碴車輛有斗車、梭式礦車和槽式列車等。其中斗車是應(yīng)用最為廣泛的出碴工具。

有軌運輸常用的牽引機車分電動和內(nèi)燃兩類。隧道施工中常用的電動牽引車為蓄電池電機車，俗稱電瓶車。它具有體積小，無廢氣污染，不需架設(shè)供電線路，使用較安全等特點，但也存在需要有專門的充電設(shè)備，牽引力有限等不足。內(nèi)燃機車具有較大的牽引動力，但在機車運行中排出有毒廢氣，必要時需安裝廢氣凈化裝置或配備強大的通風(fēng)設(shè)施。

常用的軌道布置形式有單車道和雙車道。單車道運輸能力較低，一般用在地質(zhì)條件較差或小斷面開挖的隧道中。雙車道可使進出隧道的列車各行一股道，具有互不影響、車輛周轉(zhuǎn)快的特點，是提高隧道運輸效率的主要方法之一。

較常用的調(diào)車設(shè)備有簡易道岔、平移調(diào)車器、水平移車器和浮放道岔等。軌道延伸，是指隧道開挖面附近不足一節(jié)鋼軌長度部分和掘進進尺部分實施的臨時性軌道延伸，常用的方法有扣軌、爬道、短軌節(jié)等。待開挖面向前推進后，將連續(xù)的幾根短軌換成長軌。

(2)無軌運輸無軌運輸主要是指汽車運輸。不需鋪設(shè)復(fù)雜的運輸軌道，具有運輸速度快、管理工作簡單、配套設(shè)備少等特點。但由于內(nèi)燃機排放大量廢氣，對洞內(nèi)空氣污染較為嚴重，需要有強大的通風(fēng)設(shè)備。

無軌運輸采用大型自卸汽車，如圖6-42所示。在隧道工程中，應(yīng)選用車身低短、車斗容量大、轉(zhuǎn)彎半徑小、車體堅固、輪胎耐磨、配有廢氣凈化裝置、并能雙向駕駛的自卸汽車，以增加運行中的靈活性，避免洞內(nèi)回車和減輕對洞內(nèi)空氣的污染。圖6-42大型自卸汽車

由于無軌運輸采用的裝碴、運碴設(shè)備都是自配動力，屬自行式，其調(diào)車作業(yè)主要是解決會車、錯車和裝碴場地問題。根據(jù)不同的隧道開挖斷面和洞內(nèi)運輸距離，常用的調(diào)車方式有：

1）有條件構(gòu)成循環(huán)通路時，最好制定單向行使的循環(huán)方案，以減少會車、錯車需用場地及待避時間。

2）當(dāng)開挖斷面較小，只能設(shè)置單車通道而裝碴點距洞口又較近時，可考慮汽車倒行進洞至裝碴點裝碴，正向開行出洞，不設(shè)置錯車、回車場地，如果洞內(nèi)運行距離較長時，可在適當(dāng)位置將導(dǎo)洞向側(cè)壁加寬構(gòu)成錯車、回車場地，以加快調(diào)車作業(yè)；

3）當(dāng)隧道開挖斷面較大，足夠并行兩輛汽車時，應(yīng)布置成雙車通道，在裝碴點附近回車，空車、重車各行其道，可以提高出碴速度。3.卸渣

卸碴工作主要是考慮石碴如何處理以及卸碴場地的布置。由洞內(nèi)運出的石碴，一般可考慮進行三方面處理：①選用合乎強度標準的巖塊加工成襯砌混凝土材料的粗骨料；②用作路基填方或洞外工作場地填方；③棄置于山谷或河灘。

在棄碴場地的選擇上，應(yīng)考慮卸碴方便，不占良田，不堵塞航道，不污染環(huán)境?！?.8▎隧道支護施工『▎臨時支護

臨時支護又稱支撐，主要用于解決隧道施工安全問題，有木支撐、鋼支撐、鋼木混合支撐、錨桿支撐、鋼筋混凝土支撐、噴射混凝土支撐等型式。木支撐臨時支護鋼支撐鋼筋混凝土支撐錨桿支撐及噴射混凝土支撐易加工、重量輕、拆裝運輸方便。但易損壞，倒用次數(shù)少，利用率低，消耗大量木材，占用凈空多，不利于機械化施工。承載力大，經(jīng)久耐用，倒用次數(shù)多，占用空間??；但投資費用高，裝拆不便。一般在圍巖壓力較大的隧道施工中使用。在煤礦開挖中使用普遍。耐久性很好，但構(gòu)件笨重，受撞擊時易折斷，運輸安裝不便，在隧道施工中，一般只在平行導(dǎo)坑、斜井、橫洞等輔助隧道中作臨時支撐用。錨桿支撐能錨固地層，提高圍巖的穩(wěn)定性。噴射混凝土支撐能及時支護隧道并控制巖體在開挖隧道后的初期變形。錨桿支撐及噴射混凝土支撐或者它們的聯(lián)合支撐，是隧道臨時支護的重要手段之一?！酣喅跗谥ёo

初期支護是在隧道開挖后圍巖自穩(wěn)能力不足的條件下，為保證隧道在施工期間的穩(wěn)定和安全所采取的工程措施，初期支護主要采用錨桿和噴射混凝土來支護圍巖，初期支護施作后即成為永久性承載結(jié)構(gòu)的一部分，它與圍巖共同構(gòu)成了永久的隧道結(jié)構(gòu)承載體系。初期支護主要型式為錨噴支護，采用錨噴支護可以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。錨噴支護包括錨桿支護、噴射混凝土支護、噴射混凝土錨桿聯(lián)合支護、噴射混凝土鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護、噴射混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護、噴鋼纖維混凝土支護、噴鋼纖維混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護以及上述幾種類型加設(shè)鋼拱架而成的聯(lián)合支護等?！酣喍我r砌

隧道二次襯砌是為了保證隧道在服務(wù)年限中的穩(wěn)定、耐久，以及作為安全儲備的工程措施。目前隧道支護通常采用復(fù)合式襯砌，其由初期支護和二次襯砌組成，初期支護幫助圍巖達成施工期間的初步穩(wěn)定，二次襯砌則是提供安全儲備或承受后期圍巖壓力。1.混凝土材料及模板的選擇(1)模筑混凝土的材料與級配模筑混凝土的材料與級配，應(yīng)符合隧道襯砌的強度和耐久性要求，同時必須重視其抗凍、抗?jié)B和抗侵蝕性等。1)水泥。拌制混凝土的水泥，可用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和快硬硅酸鹽水泥等，必要時也可采用其他特種水泥。2)砂子。拌制混凝土的細骨料應(yīng)選用堅硬耐久、粒徑在5mm以下的天然砂或機制砂。砂中不應(yīng)有粘土團塊、炭煤、石灰、雜草等有害物資混入。3)石子。拌制混凝土用的粗骨料，應(yīng)為堅硬耐久的碎石、卵石或兩者的混合物。顆粒級配為連續(xù)級配。4)外加劑和混合材料。為了改善和提高混凝土的各種技術(shù)性能，可適當(dāng)摻入各種類型的化學(xué)外加劑。按作用的不同，外加劑可分為早強劑、減水劑、加氣劑、防凍劑、密實劑（防水劑）和緩凝劑等。使用前必須經(jīng)過試驗，確定其性質(zhì)、有效物資含量、溶液配制方法和最佳摻量。5)水。普通混凝土用水的要求與噴射混凝土相同。凡能供飲用的水，均可拌制混凝土。(2)模板類型與選擇混凝土澆注時必須采用模板。隧道內(nèi)常用模板類型有：整體移動式模板臺車、分體移動式模板臺車、拼裝式拱架模板。1)整體移動式模板臺車。主要適用于全斷面一次開挖成形或大斷面開挖成形的隧道襯砌施工中。生產(chǎn)能力大，可配合混凝土輸送泵聯(lián)合作業(yè)，是一種先進的模板設(shè)備。但其尺寸較固定，可調(diào)范圍小，影響其適用性，且一次性設(shè)備投資較大。2)分體移動式模板臺車。種臺車將走行機構(gòu)與整體模板分離，一套走行機構(gòu)可以解決幾套模板的移動問題，即提高了走行機構(gòu)的利用率，又可以多段襯砌同時施作。3)拼裝式拱架模板。拱架可采用型鋼制作或現(xiàn)場用鋼筋加工成桁架式拱架。為便于安裝和運輸，常將整榀拱架分解為2~4節(jié)，進行現(xiàn)場組裝；為減少安裝和拆卸工作量，可以作成簡易移動式拱架，即將幾榀拱架連成整體，并安設(shè)簡易滑移軌道。

拼裝式拱架模板靈活性大，適應(yīng)性強，尤其適用于曲線地段。因其安裝架設(shè)較費時費力，故生產(chǎn)能力較模板臺車低。在中小型隧道及分部開挖時，使用較多。2.模筑襯砌施工準備工作(1)斷面檢查根據(jù)隧道中線和水平測量，檢查開挖斷面是否符合設(shè)計要求，欠挖部分按規(guī)范要求進行鑿除，并作好斷面檢查記錄。(2)放線定位根據(jù)隧道中線、標高及斷面設(shè)計尺寸，測量確定襯砌立模位置，并放線定位。放線定位時，為了保證襯砌不侵入建筑限界，須預(yù)留誤差量和預(yù)留沉落量，并注意曲線地段的加寬。(3)清除浮渣整平墻腳基面墻腳地基應(yīng)挖至設(shè)計標高，并在灌筑前清除虛碴，排除積水，找平支承面。(4)拱架模板整備使用拼裝式拱架模板時，立模前應(yīng)在洞外樣臺上將拱架和模板進行試拼，檢查其尺寸、形狀，不符合要求的應(yīng)予修整。配齊配件，模板表面要涂抹防銹劑。洞內(nèi)重復(fù)使用時亦應(yīng)注意檢查修整，并注意曲線加寬后的襯砌及模板尺寸。(5)立模根據(jù)放線位置，架設(shè)安裝拱架模板或模板臺車就位，安裝和就位后，應(yīng)作好各項檢查，包括：位置、尺寸、方向、標高、坡度、穩(wěn)定性等。3.混凝土的制備與運送

混凝土應(yīng)采用機械攪拌，嚴格按照選定的配合比供料和加水，特別要嚴格控制加水量，保證水灰比的正確性，使混凝土硬化后能獲得設(shè)計要求的強度和耐久性。當(dāng)隧道不太長時攪拌站可設(shè)在洞外，減少洞內(nèi)干擾。隧道較長時一般應(yīng)設(shè)在洞內(nèi)，或采用攪拌車運送混凝土，以防運輸時間過長而離析或初凝。

混凝土運輸應(yīng)使用專制的運送斗車。途中運輸?shù)臅r間應(yīng)盡量縮短，一般不應(yīng)超過45min。運至灌筑地點的混凝土如有離析現(xiàn)象時，應(yīng)進行再攪拌后方可灌筑入模。由攪拌站運出的混凝土，在任何情況下均不得在中途加水?；炷翑嚢柽\輸車4.混凝土灌注施工1)保證搗固密實，使襯砌具有良好的抗?jié)B防水性能，尤其應(yīng)處理好施工縫。2)整體模筑時，應(yīng)注意對稱灌筑，兩側(cè)同時或交替進行，以防止未凝混凝土對拱架模板產(chǎn)生偏壓而引起誤差。3)襯砌混凝土灌筑應(yīng)分段進行，混凝土灌筑時的自由傾落高度不宜超過2m。4)混凝土應(yīng)分層灌筑，每層厚度根據(jù)拌合能力、運輸條件、灌筑速度、搗固能力等決定，一般為15~30cm。5)拱腳及墻腳以上1m范圍內(nèi)的超挖，應(yīng)用同級混凝土進行回填灌筑。其他部位的超挖可用漿砌片石回填密實。6)混凝土灌筑必須保證其連續(xù)性。若不能連續(xù)灌筑，應(yīng)按照施工接縫進行處理，務(wù)使襯砌具有較好的整體性。7)襯砌的分段施工縫應(yīng)與設(shè)計沉降縫、伸縮縫及設(shè)備洞位置統(tǒng)一考慮，合理確定位置。8)灌筑拱圈混凝土?xí)r，應(yīng)從兩側(cè)拱腳開始，同時向拱頂分層對稱地進行，層面應(yīng)保持輻射狀。灌筑到拱頂時，需要改為沿隧道縱向進行灌筑，邊灌筑邊鋪封口模板，并進行人工搗固，最后堵頭，這種封口稱為“活封口”，如圖6-43。當(dāng)兩段襯砌相接時，縱向活封口受到限制，此時只能在拱頂中央留出一個50×50cm的缺口，待后進行“死封口”封頂。圖6-43拱部襯砌封口(死封口)5.模筑混凝土灌注作業(yè)機械化

在全斷面開挖時，灌注混凝土襯砌有著良好的條件來實現(xiàn)綜合機械化。模筑混凝土灌筑作業(yè)機械化是把配料、混凝土攪拌、運輸、立模、灌注、搗固等主要施工過程的機械化配套進行，也即采用機械化攪拌站、全斷面金屬模板臺車、混凝土泵和輸送管道所進行的綜合模筑施工作業(yè)。6.混凝土的養(yǎng)護與拆模

一般情況下，襯砌混凝土灌筑后10~20h即應(yīng)開始澆水養(yǎng)護。養(yǎng)護延續(xù)時間和每天灑水次數(shù)，應(yīng)根據(jù)襯砌灌筑地段的氣溫、相對濕度和所用水泥的品種確定。使用普通硅酸鹽水泥時一般應(yīng)連續(xù)養(yǎng)護7~14d。在嚴寒地區(qū)冬季灌筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取防寒措施，防止凍壞襯砌。

為防止混凝土開裂和損傷，拆模工作應(yīng)滿足下列要求：

1）直邊墻混凝土應(yīng)達到設(shè)計強度的25%。

2）曲邊墻和圍巖壓力不很大的拱圈混凝土需達到設(shè)計強度的70%。

3）圍巖壓力很大的拱圈要求達到設(shè)計強度的100%。

4）所有養(yǎng)護與拆模工作，都必須遵照有關(guān)的規(guī)程進行。拆模工作應(yīng)謹慎從事，防止碰傷邊、角、楞面?；炷烈r砌應(yīng)做到內(nèi)實、外光、順直美觀。7.壓漿、仰拱和底板(1)壓漿由于超挖回填不密實和混凝土坍落度的影響，往往在襯砌背后與圍巖之間留有空隙，使襯砌與圍巖不密貼，不能很好的控制圍巖的進一步變形和水的滲透，因此在多數(shù)情況下需要進行壓漿工作，以達到限制圍巖后期變形，改善襯砌結(jié)構(gòu)受力工作狀態(tài)的目的。

壓漿工作宜在與襯砌作業(yè)區(qū)保持70~100m距離范圍內(nèi)，同時向前推進，如留待隧道襯砌完成后再壓漿，效果不好。一般只在拱頂部位進行壓漿，壓漿漿液材料多采用單液水泥漿。(2)仰拱和底板若設(shè)計無仰拱，則鋪底通常是在開挖完畢且拱墻修筑好后進行，以避免與開挖和拱墻襯砌作業(yè)相互干擾。若設(shè)計有仰拱，說明側(cè)壓和底壓較大，則應(yīng)及時修筑仰拱使襯砌環(huán)向封閉，避免邊墻擠入造成開裂甚至失穩(wěn)。仰拱和底板施工占用洞內(nèi)運輸?shù)缆?，對前方開挖和襯砌作業(yè)的出碴、進料造成干擾。因此，應(yīng)對仰拱和底板的施作時間、分塊施工順序和與運輸?shù)母蓴_問題進行合理安排。

仰拱和底板可以縱向分條、橫向分段灌筑?？v向通?？煞譃樽笥覂刹糠?，交替進行；橫向分段長度應(yīng)視邊墻施工縫、伸縮縫、沉降縫及運輸要求來確定。

待仰拱和底板縱向貫通，且混凝土達到一定強度后，方能允許車輛通行。其端頭可以采用石碴填成順坡通過。灌筑仰拱和底板時，必須把隧道底部的虛碴、雜物及淤泥清除干凈，排除積水。超挖部分應(yīng)用同級混凝土或片石混凝土灌筑密實?！?.9▎隧道掘進機施工

隧道掘進機施工方法是一種采用專門機械切削破巖來開挖隧道的施工方法，這種專門機械就稱為隧道掘進機。有的適用于軟弱不穩(wěn)定地層，稱為（機械化）盾構(gòu)，目前盾構(gòu)在我國的交通隧道施工中，一般還只用于城市地鐵施工。有的適用于堅硬巖石地層，習(xí)慣上所說的隧道掘進機就是指這類巖石掘進機(TunnelBoringMachine)，簡稱TBM。上海地鐵隧道運用盾構(gòu)機進行施工『▎掘進機的類型1.全斷面掘進機

分為開敞式和護盾式兩類。一般而言，開敞式掘進機適合于硬巖隧道，護盾式掘進機適合于軟巖隧道。(1)開敞式掘進機如圖6-44所示，就是一種開敞式掘進機，目前世界上生產(chǎn)的開敞式掘進機基本有兩種型式：單撐靴式和雙撐靴式(撐靴即千斤頂)。

單水平撐靴掘進機如圖6-45所示，在機身的水平方向每側(cè)只設(shè)置了一個水平撐靴，故稱為單撐靴式。雙水平撐靴掘進機如圖6-46。在機身的前后每側(cè)有兩個水平撐靴，它可以沿著鑲著銅滑板的主機架前后移動。圖6-44全斷面掘進機

開敞式掘進機結(jié)合工程實踐中取得的豐富經(jīng)驗，仍在不斷改進和發(fā)展。如有的將雙水平撐靴改為X型撐靴或T形撐靴，如圖6-47，也有的將切削刀盤三軸承組合形成為前后兩組軸承的簡支型。開敞式掘進機的切削刀盤如圖6-48。1—掘進刀盤2—拱頂護盾3—驅(qū)動組件4—主梁5—出碴輸送機6—后下支撐7—撐靴8—推進千斤頂9—側(cè)護盾10—下支撐11—刀盤支撐1111098234765圖6-45單水平撐靴式掘進機1413121112435910867圖6-46雙水平撐掘進機1—掘進刀盤2—頂護盾3—軸承外殼4—前水平撐靴5—后水平撐靴6—齒輪箱7—出碴輸送機8—驅(qū)動電機9—星形變速箱10—后下支撐11—扭矩筒12—推進千斤頂13—主機架14—前下支撐(仰拱括板)圖6-47掘進機撐靴形式圖6-48掘進機切削刀盤1—鏟斗2—中心刀3—擴孔邊4—擴孔刮碴器5—面刀6—鏟齒7—邊刀2134567(2)護盾式掘進機針對開敞式掘進機只能用于硬巖的缺陷，陸續(xù)開發(fā)出了各種型式的的護盾式掘進機，分為單護盾掘進機和雙護盾掘進機兩大類。單護盾掘進機（如圖6-49）只能用于軟巖或開挖面自穩(wěn)時間相對較短的地質(zhì)條件較差的地層。而雙護盾掘進機（如圖6-50）既能用于軟巖，又能用于硬巖，對地質(zhì)條件的適用能力較強。121110123459867圖6-49單護盾掘進機1—掘進刀盤2—護盾3—驅(qū)動組件4—推進千斤頂5—管片安裝機6—超前鉆機7—出碴輸送機8—拼裝好的管片9—提升機10—鉸接千斤頂11—主軸承、大齒圈12—刀盤支撐1514123134101211546798圖6-50雙護盾掘進機1—掘進刀盤2—前護盾3—驅(qū)動組件4—推進油缸5—鉸鏈油缸6—撐靴護盾7—尾護盾8—出渣輸送機9—拼裝好的管片10—管片安裝機11—輔助推進靴12—水平撐靴13—伸縮護盾14—主軸承大齒圈15—刀盤支撐2.臂式掘進機

又稱為部分斷面掘進機，是一種集切削巖石、自動行走、裝載石碴等多種功能為一體的高效聯(lián)合作業(yè)機械。

臂式掘進機具有效率高、機動性強、對圍巖擾動小、超挖量小、安全性高、適應(yīng)性強，以及費用相對較省等優(yōu)點?！酣喫淼谰蜻M機的施工1.破巖機理

在掘進時切削刀盤上的滾刀沿巖石開挖面滾動，切削刀盤均勻地對每個滾刀施加壓力，形成對巖面的滾動擠壓，切削刀盤每轉(zhuǎn)動一圈，就會貫入巖面一定深度，在滾刀刀刃與巖石接觸處，巖石被擠壓成粉末，從這個區(qū)域開始，裂縫向相鄰的切割槽擴展，形成片狀石碴，從而實現(xiàn)破巖，參見圖6-51。圖6-51掘進機切削巖三種機理

不同的巖石需要不同的滾刀壓入巖石的最低壓強值，才能達到較理想的貫入深度。

滾刀的刀間距要合適，刀間距太大，開挖不出片狀石碴，使開挖效率降低。刀間距太小，則會使石碴塊太小，浪費設(shè)備的功率。

掘進機施工還應(yīng)注意巖石的磨蝕性和巖體的裂隙程度，當(dāng)巖體節(jié)理裂隙面間距越大時，切割也就會越困難。關(guān)于裂隙度與滾刀的磨損規(guī)律，我國還缺乏研究成果，有待于進一步總結(jié)。表6-5是通用于世界的裂隙分級標準。5102080～40160裂隙面間距(cm)ⅣⅢⅡⅠ0～Ⅰ裂隙分級表6-5

裂隙分級參考表2.掘進作業(yè)(1)掘進循環(huán)過程以開敞式掘進機為例進行說明。圖6-52是開敞式掘進機掘進作業(yè)循環(huán)過程的示意圖：后下支撐水平撐靴前下支撐圖6-52開敞式掘進機掘進作業(yè)循環(huán)過程a)

圖6-52a：掘進循環(huán)開始時，水平撐靴已移動到主機架的前端，將撐靴撐緊在洞壁上。前下支撐(即仰拱刮板)與底部的巖面輕微接觸，收回后下支撐，此時切削刀盤可以轉(zhuǎn)動，推進千斤頂將轉(zhuǎn)動的切削刀盤向前推進一個行程，此即是掘進狀態(tài)。前下支撐水平撐靴后下支撐前下支撐水平撐靴后下支撐b)c)圖6-52開敞式掘進機掘進作業(yè)循環(huán)過程

圖6-52b：在向前推進到達推進千斤頂行程終點處，結(jié)束開挖，切削刀盤停止轉(zhuǎn)動，前下支撐支承切削刀盤。

圖6-52c：伸出后下支撐，此時整個機器的重量全部由前、后支撐支承。收回兩對水平支撐靴，移動水平撐靴到主機架的前端。由于掘進頭部重，在掘進過程中，往往出現(xiàn)“栽頭”的現(xiàn)象，此時，可以通過前、后下支撐來調(diào)整掘進機掘進的上、下方向。

又回到圖6-52a，當(dāng)水平撐靴移到前端限位后，又重新?lián)尉o在洞壁上。收回后下支撐，此時前下支撐與底部巖面又轉(zhuǎn)換成浮動接觸狀態(tài)，然后開始下一個掘進循環(huán)。(2)出渣與除塵沿著刀盤周圍布置的刮板和鏟斗，把切削下來的石碴從開挖斷面的底部鏟起，并在刀盤轉(zhuǎn)動中隨刀盤送到頂部，然后沿著刀盤內(nèi)碴槽落到輸送機上方的碴斗內(nèi)，再通過皮帶輸送機送到后配套上的礦車中，掘進機只要一開動，皮帶輸送機就開始不停地運轉(zhuǎn)。

刀盤在切削巖石時會產(chǎn)生大量的粉塵，切削刀盤的內(nèi)腔室與集塵器風(fēng)管相連通，將開挖面含有粉塵的空氣收集于集塵器中，以達到除塵效果。除塵器是掘進機通風(fēng)系統(tǒng)的一部分，它安裝在后配套上。此外，用來冷卻滾刀的噴水裝置也可以起到一定的除塵作用?！酣喫淼谰蜻M機施工配套的支護形式

用掘進機施工的隧道，其襯砌結(jié)構(gòu)一般是由初期支護和二次砌砌組成。不同型式的掘進機，要求采用不同的支護型式。不管是哪種類型的襯砌，為了安放軌道運碴，都必須設(shè)置預(yù)制仰拱塊，它也是最終襯砌的一部分。1.管片式襯砌

如圖6-53所示，使用護盾掘進機時，一般采用圓形管片襯砌，一般是分為5~7塊，在洞內(nèi)拼裝而成。其優(yōu)點是適合軟弱圍巖，特別是當(dāng)圍巖允許承載力很低，撐靴不能支撐巖面時，可利用尾部推力千斤頂，頂推已安裝的管片獲得推進反力；當(dāng)撐靴可以支撐巖面時，雙護盾掘進機可以使掘進和換步同時進行，提高了循環(huán)速度；利用管片安裝機安裝管片速度快、支護效果好，安全性強，但是它的造價高。為了防水的需要，塊與塊之間必須安裝止水帶，并需在管片外壁和巖壁間隙中壓入豆石和注漿。為了生產(chǎn)預(yù)制管片，需要有管片工廠，如工地施工場地允許，最好是設(shè)在現(xiàn)場，以方便運輸。圖6-53全周預(yù)制鋼筋混凝土管片襯砌2.復(fù)合式襯砌

使用開敞式掘進機，可以先施作初期支護，然后澆灌二次模筑混凝土永久性襯砌，即復(fù)合式襯砌，如圖6-54所示，其底部為預(yù)制仰拱塊。圖6-54復(fù)合式襯砌

由于掘進機的掘進速度很快，不可能使二次模筑混凝土襯砌作業(yè)與開挖作業(yè)保持一樣的進度，當(dāng)襯砌作業(yè)落后較多時，就依靠初期支護來穩(wěn)定圍巖。初期支護以錨桿、掛網(wǎng)和噴混凝土支護為主，地質(zhì)條件較差時還可設(shè)置鋼拱架。掘進機上可設(shè)置前后兩排共4臺錨桿鉆機，以滿足對圍巖進行錨桿支護作業(yè)的需要。拱部的錨桿作業(yè)是非常必要的，錨桿作業(yè)應(yīng)能與掘進開挖同時進行。

根據(jù)地質(zhì)條件也有用噴射混凝土做為二次混凝土襯砌的，就是采用二次噴射混凝土作為永久襯砌。在噴射混凝土中安裝了鋼筋網(wǎng)，還加入了鋼釬維。但普遍的做法是采用模筑混凝土襯砌作為二次襯砌，使用模板臺車進行混凝土灌注?！?.10▎隧道施工現(xiàn)場監(jiān)控量測『▎監(jiān)控量測的目的和任務(wù)

在隧道的施工過程中，使用各種儀器設(shè)備和量測元件，對地表沉降、圍巖與支護結(jié)構(gòu)的變形、應(yīng)力、應(yīng)變進行量測，據(jù)此來判斷隧道開挖對地表環(huán)境的影響范圍和程度、圍巖的穩(wěn)定性和支護的工作狀態(tài)，這種工作稱為新奧法的現(xiàn)場監(jiān)控量測。

采用新奧法設(shè)計和施工的隧道，應(yīng)將監(jiān)控量測項目列入文件，并在施工中實施。1.監(jiān)控量測的目的提供監(jiān)控設(shè)計的依據(jù)和信息監(jiān)控量測目的預(yù)報及監(jiān)視險情校核隧道工程理論計算結(jié)果、完善工程類比法①掌握圍巖力學(xué)形態(tài)的變化規(guī)律；②掌握支護的工作狀態(tài)信息并及時反饋，指導(dǎo)施工作業(yè)。①作出工程預(yù)報，確定施工對策與措施；②監(jiān)視險情，以確保安全施工。①為理論解析、數(shù)值分析提供計算數(shù)據(jù)與對比指標；②為工程類比提供參考依據(jù)；③為隧道工程設(shè)計和施工積累經(jīng)驗資料。2.監(jiān)控量測的任務(wù)

1）通過對圍巖與支護的觀察和動態(tài)量測，以達到合理安排隧道施工程序、日常施工管理、確保施工安全、修改設(shè)計參數(shù)和積累資料。

2）通過對圍巖和支護的變位、應(yīng)力量測，掌握圍巖的支護的動態(tài)信息并及時反饋，修改支護系統(tǒng)設(shè)計，指導(dǎo)施工作業(yè)和管理等。

3）經(jīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理與必要的計算和判斷后，進行預(yù)測和反饋，以保證施工安全和隧道圍巖及支護襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

4）對已有的隧道工程的監(jiān)測結(jié)果，可以分析和應(yīng)用到其他類似工程中，作為指導(dǎo)設(shè)計和施工的重要依據(jù)?！酣啽O(jiān)控量測的內(nèi)容和方法1.監(jiān)控量測項目選擇

根據(jù)圍巖條件、隧道工程規(guī)模、支護類型和施工方法等進行監(jiān)控量測項目的選擇。監(jiān)控量測項目可分為必測項目和選測項目。不同級別的圍巖必測項目和選測項目也不同。《公路隧道施工規(guī)范》（JTJ042-94）對復(fù)合式襯砌隧道規(guī)定見表6-6：(1)必測項目是隧道施工時必須進行監(jiān)控量測的項目，是用以判斷圍巖的變化情況，測定支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)經(jīng)常進行的量測項目，也是為設(shè)計、施工中確保圍巖穩(wěn)定，并通過判斷圍巖的穩(wěn)定性來指導(dǎo)設(shè)計、施工的經(jīng)常性量測。必測項目對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性、指導(dǎo)設(shè)計與施工有直接意義。圍巖彈性波測試支護、襯砌內(nèi)應(yīng)力、表面應(yīng)力及裂縫量測鋼支撐內(nèi)力及外力圍巖壓力及層間支護間壓力圍巖體內(nèi)位移（洞內(nèi)設(shè)點）圍巖體內(nèi)位移（地表設(shè)點）地表下沉選測項目錨桿或錨索內(nèi)力及抗拔力拱頂下沉周邊位移洞內(nèi)地質(zhì)和支護狀況觀察必測項目項

目類別表6-6

必測項目和選測項目(2)選測項目是應(yīng)進行或必要時進行監(jiān)控量測的項目，是用以判斷圍巖松動狀態(tài)，噴錨支護效果和積累技術(shù)資料為目的的量測，對一些有特殊意義和具有代表性的區(qū)段進行補充測試，以求更深入地掌握穩(wěn)定狀態(tài)與錨噴支護的效果，對未開挖區(qū)的設(shè)計與施工具有指導(dǎo)意義。選測項目量測項目較多，一般只根據(jù)需要選擇其中部分項目進行測試。2.量測方法(1)洞內(nèi)觀察與地質(zhì)素描在開挖后及初期支護后進行觀察并描述隧道圍巖地質(zhì)、地下水情況、初期支護情況。它與隧道施工進展同步進行的，是隧道設(shè)計和施工過程中不可缺少的一項重要地質(zhì)詳勘工作。

主要儀器：地質(zhì)羅盤、照相機等。(2)周邊位移(收斂)在開挖后的洞壁上及時安設(shè)測點，用收斂計（如圖6-55）量測兩測點間的距離，兩次測定的距離之差為該時段的收斂值。根據(jù)收斂值或位移速度，可判斷圍巖與支護是否穩(wěn)定。圖6-55收斂計

每10~50m一個斷面，每斷面2~3對測點，相應(yīng)量測的基線就有1條、2條、3條、6條等，如圖6-56所示。圖6-56周邊位移測線布置錨頭套點鋼尺拉手測力計手輪螺桿測微計套點錨頭(3)拱頂下沉

隧道拱頂內(nèi)壁點垂直方向的絕對位移值稱為拱頂下沉量。在開挖后的拱頂壁面上及時安設(shè)測點，通過已知的高程水準點，用懸吊鋼尺和水準儀測出測點高程，如圖6-57所示，兩次測定的高程之差即為拱頂下沉量，根據(jù)拱頂下沉量和下沉速度，可準判斷圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)和支護效果。圖6-57拱頂下沉量測(4)地表下沉在隧道淺埋段，每5~50m一個斷面，每斷面7~11個測點，如圖6-67所示。用水準儀和塔尺進行量測。

每10~50m一個斷面，每斷面1個或3個測點。一般與周邊位移布設(shè)在同一斷面上，以便使兩項測試結(jié)果能夠相互驗證，協(xié)同分析與應(yīng)用。2~5m間隔地表測點不動點不動點圖6-58地表下沉量測(5)圍巖內(nèi)部位移在測試斷面處打孔，安放位移計（圖6-59）進行量測，每5~100m一個斷面，每斷面2~11個測點。圖6-59機械式位移計5.2m多點位移計固定點固定點千分表(6)圍巖壓力及層間支護壓力在圍巖與初期支護之間（圖6-60）、初期支護與二次襯砌之間（如圖6-61）安放壓力盒，進行量測。每一斷面布設(shè)多個測點，宜15~20個測點。圖6-60圍巖與初期支護間壓力量測圖6-61初期支護與二襯間壓力量測(7)錨桿內(nèi)力在測試斷面打孔，安放焊接好的鋼筋和鋼筋應(yīng)力計（如圖6-62），進行量測。了解錨桿軸力及其應(yīng)力分布狀態(tài)；再配合以巖體內(nèi)位移的量測結(jié)果就可以設(shè)計錨桿長度及錨桿根數(shù)，掌握巖體內(nèi)應(yīng)力重分布的過程。每10m一個斷面，每一斷面布設(shè)多個測點。圍巖鋼筋計對焊焊接鉆孔（填充錨固劑）鋼筋圖6-62錨桿內(nèi)力量測及鋼筋應(yīng)力計(8)鋼支撐內(nèi)力在鋼支撐側(cè)面焊接鋼筋應(yīng)力計或表面應(yīng)變計，或在橫斷面上安放壓力盒，進行量測。每一斷面布設(shè)多個測點。一般與圍巖壓力相應(yīng)布設(shè)。(9)支護、襯砌內(nèi)力在初期支護內(nèi)（如圖6-63）及二次襯砌內(nèi)部（如圖6-64）安放應(yīng)變計，二次襯砌內(nèi)鋼筋用鋼筋應(yīng)力計焊接，進行量測。每一斷面布設(shè)多個測點，宜11個測點。圖6-63噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力量測圖6-64二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力量測(10)圍巖聲波測試每一個斷面布設(shè)多對或個測孔，如圖6-65所示，鉆孔深度大于錨桿長度，鉆孔內(nèi)每隔~米測試一個點。用超聲波儀測試圍巖松動圈及破碎等情況。發(fā)射接收1接收2超聲波儀圍巖塞子水電纜圖6-65圍巖聲波測試(11)爆破振動測試爆破震動測試是為了以下目的：①洞口附近地表的震動監(jiān)測；②淺埋隧道地表建筑物的震動監(jiān)測；③雙洞小間距隧道爆破監(jiān)測；④連拱隧道中隔墻的震動監(jiān)測；⑤為改善爆破效果、降低震動效應(yīng)所需的震動監(jiān)測。爆破震動測試傳感器布置如圖6-66所示。圖6-66爆破振動測試(12)地質(zhì)超前預(yù)報地質(zhì)雷達是利用電磁波在不同介質(zhì)中傳播速度不同，傳播時間也不同。當(dāng)開挖面前方有斷層或破碎帶等時，將產(chǎn)生相應(yīng)的信號異常，如圖6-67兩線間信號。也可用較先進的TSP系統(tǒng)。3.量測頻率32次1～3次/月1～2次/周1次/2天1～2次/天監(jiān)測頻率L>5B2B<L<5BL<2B地表埋設(shè)項目量測次數(shù)大于3個月1～3個月16d～1個月1～15d洞內(nèi)埋設(shè)項目表6-7量測頻率圖6-67地質(zhì)雷達檢測信號0距離/m100200300400500600102030時間/nsv

時的深度/m

當(dāng)觀測值相對穩(wěn)定時，可適當(dāng)降低觀測頻率；當(dāng)出現(xiàn)下列任一條件時，應(yīng)當(dāng)加密觀測：①實際開挖地質(zhì)條件變差；②觀測值達到報警指標；③觀測值變化速率加快；④出現(xiàn)危險事故征兆時?！酣啽O(jiān)控量測數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用1.量測數(shù)據(jù)的整理

在量測數(shù)據(jù)的整理時，要繪制觀測值F與觀測時間t、觀測值F與距離L、觀測值變化率dF/dt與觀測時間t的散點圖或曲線圖，如圖6-68和圖6-69（CB、CD為兩側(cè)線，BD為水平線）。

當(dāng)觀測數(shù)據(jù)趨于平緩時，進行回歸分析，推算出最終值和變化規(guī)律?；貧w曲線方程函數(shù)有對數(shù)型、指數(shù)型和雙曲型等，如圖6-70。圖6-68收斂-時間關(guān)系圖收斂變化率-時間關(guān)系3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圖6-69收斂變化率-時間關(guān)系圖收斂—時間關(guān)系3月2日3月6日3月10日3月14日3月18日t/dΔ/mmCBCDBD圖6-70拱頂下沉量-時間關(guān)系圖R21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拱頂下沉拱頂下沉回歸方程

在量測數(shù)據(jù)的整理時，要繪制觀測值F與觀測時間t、觀測值F與距離L、觀測值變化率dF/dt與觀測時間t的散點圖或曲線圖，如圖6-68和圖6-69（CB、CD為兩側(cè)線，BD為水平線）。1)對數(shù)函數(shù)，如(6-2)(6-3)2)指數(shù)函數(shù)，如(6-4)(6-5)3)雙曲函數(shù)，如(6-6)(6-7)式中a、b——回歸常數(shù)；

t——初始讀數(shù)后的時間(d)；u——位移值(mm)。2.量測數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用(1)地質(zhì)預(yù)報探測掌子面前方幾米至幾十米，甚至幾百米的圍巖的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，如圖6-71所示。圖6-71隧道超前地質(zhì)預(yù)報掌子面前方約10m處有異常521041562083003123644165101520(2)周邊位移作出位移與時間及與距掌子面的距離的關(guān)系圖，其正常曲線和反常曲線如圖6-72所示?，F(xiàn)場量測主要以圍巖周邊位移作為圍巖穩(wěn)定性評價及圍巖穩(wěn)定狀態(tài)判斷的標準：圖6-72位移正常曲線和反常曲線

表示圍巖趨于穩(wěn)定，其支護結(jié)構(gòu)是安全的；

變形速率較長時間保持不變