隧道施工工藝及技術方法課件

隧道工程2017年4月14日第7章隧道施工工藝及技術方法隧道工程2017年4月14日第7章隧道施工工藝及技術方1第一節(jié)圍巖預支護（預加固）第二節(jié)隧道爆破施工技術第三節(jié)裝渣與運輸（自學）第四節(jié)初期支護第五節(jié)監(jiān)控量測與數據分析第六節(jié)防排水施工工藝（自學）第七節(jié)二次襯砌（自學）第八節(jié)輔助坑道（自學）第一節(jié)圍巖預支護（預加固）27.1圍巖預支護（預加固）軟弱破碎圍巖中，即使采取短進尺開挖，開挖面和開完后的坑道也可能不穩(wěn)定，尤其在地下水豐富時更為嚴重。對于不穩(wěn)定的圍巖體系，掌子面前方圍巖的預加固和預支護是控制和減少坑道開挖后周邊收斂變形、防止坍塌的關鍵環(huán)節(jié)。掌子面：即開挖坑道（采煤、采礦或隧道工程中）不斷向前推進的工作面。7.1圍巖預支護（預加固）軟弱破碎圍巖中，即使采取短進尺3預留核心土噴射混凝土封閉開挖工作面超前錨桿(亦可用小鋼管)管棚臨時仰拱封底水平旋噴超前預支護預切槽超前預支護預支護措施輔助施工方法預加固措施預注漿加固地層地表噴錨預加固超前深孔帷幕注漿超前小導管注漿等預支護與預加固雙重作用預留核心土預支護措施輔助施工方法預加固措施預注漿加固地層超前47.1.1超前錨桿超前錨桿是指沿開挖輪廓線，以一定的外插角，向開挖面前方鉆孔安裝錨桿，形成對前方圍巖的預錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護下進行開挖等作業(yè)。超前錨桿設置方式7.1.1超前錨桿超前錨桿是指沿開挖輪廓線，以一定的外插角5隧道施工工藝及技術方法課件6超前錨桿性能特點及適用條件錨桿超前支護的特點：柔性較大，整體剛度較小。隧道開挖后，桿體及周邊固結的部分圍巖支承上覆巖土體，防止圍巖坍塌，減少洞室變形。主要適用于地下水較少的破碎、軟弱圍巖，如裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋無顯著偏壓的隧道。錨固劑或砂漿錨固，工藝簡單，造價低，應用十分廣泛。在砂土質松軟地層中，砂漿與土體粘結力較低，限制其應用；因為一次施作距離短，預支護剛度小，在地應力較大、地層位移控制嚴時，也限制了它的使用。超前錨桿性能特點及適用條件7超前錨桿設計、施工遵循的原則：（1）超前錨桿的長度、環(huán)向間距、外插角等參數，應視圍巖地質條件、施工斷面大小、開挖循環(huán)進尺和施工條件而定。一般超前長度為循環(huán)進尺的3~5倍，環(huán)向間距采用0.3~0.5m；外插角宜用10°~30°；搭接長度宜為超前長度的40％~60％左右，即大致形成雙層或雙排錨桿。（2）超前錨桿宜用早強砂漿全粘結式錨桿，錨桿材料可用不小于φ22mm的螺紋鋼筋。（3）超前錨桿的安裝誤差，一般要求孔位偏差不超過10cm，外插角不超過1°~2°錨入長度不小于設計長度的96％。（4）開挖時應注意保留前方有一定長度的錨固區(qū)，以使超前錨桿的前端有一個穩(wěn)定的支點。超前錨桿設計、施工遵循的原則：（1）超前錨桿的長度、環(huán)向間距8（5）開挖后應及時噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護。（6）開挖過程中應密切注意觀察錨桿變形及噴射混凝土層的開裂、起鼓等情況，以掌握圍巖動態(tài)，及時調整開挖及支護參數，如遇地下水時，則可鉆孔引排。超前錨桿設計參數見下表。注：1.外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角。

2.錨桿或小鋼管的長度應與實際掘進循環(huán)長度一起考慮。

3.中空錨桿目前的最小直徑為25mm。（5）開挖后應及時噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護。超前錨9管棚是指利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打入鋼管構成棚架來形成對開挖面前方圍巖的預支護。采用長度小于10m的鋼管，稱為短管棚；采用長度為10～45m且較粗的鋼管，稱為長管棚。7.1.2管棚管棚是指利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打10管棚設置方式a)管棚的環(huán)向布置b)管棚鋼管縱向錯接c)鋼管端部橫向聯(lián)接管棚設置方式a)管棚的環(huán)向布置b)管棚鋼管縱向錯接c)鋼管端性能特點整體剛度較大。限制圍巖變形能力較強，承受早期圍巖壓力。適用條件主要適用于圍巖壓力大，對圍巖變形及地表下沉有較嚴格要求的軟弱、破碎圍巖。在進洞口的地質條件非常差（如：沙土、破碎嚴重的巖石、黃土等）的情況下使用，一般長度10~45m，壁厚為3.5mm的鋼管，直徑一般為108mm。當然洞內地質條件非常差的時候也可以用管棚（如：洞內遇到冒頂現象造成的沿洞軸線長度較大，放量較大）。可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。預支護措施中支護能力最強，施工技術也較復雜，造價較高。性能特點12鋼管注漿：從注漿管向地層內注漿；鋼管內注入混凝土，增加鋼管剛度。管壁上留注漿孔，孔徑為10~16mm，孔眼間距100~200mm，呈梅花形布置。管棚鋼管構造鋼管注漿：從注漿管向地層內注漿；鋼管內注入混凝土，增加鋼管剛13隧道施工工藝及技術方法課件14管棚設計：支護長度的選擇：一般為10~45m。支護長度越長越節(jié)省輔助時間，提高施工效率，但受到鉆孔機具、技術和鋼管柔性彎曲等條件限制，管棚支護長度過長，難確保管棚的水平角度和排列整齊。仰角的確定：一般1~2°。若上仰角度?。和翆铀绍洠@桿重力，管棚向下彎曲侵限；若上仰角度大：管棚遠離隧道失去支護作用，而且使管棚有效支護長度縮短。管棚設計：支護長度的選擇：一般為10~45m。支護長度越長15安裝套拱中導向管安裝套拱中導向管16綁扎套拱鋼筋網綁扎套拱鋼筋網17套拱底模安裝套拱底模安裝18套拱模板加固及泵管安裝套拱模板加固及泵管安裝19套拱拆模后施鉆管棚孔套拱拆模后施鉆管棚孔20套拱送管棚施工套拱送管棚施工21管棚注漿后封孔管棚注漿后封孔22套拱施作完成套拱施作完成23隧道施工工藝及技術方法課件隧道施工工藝及技術方法課件隧道施工工藝及技術方法課件管棚施工（預留核心土）管棚施工（預留核心土）隧道施工工藝及技術方法課件7.1.3超前注漿小導管超前注漿小導管是在開挖前，沿隧道周邊，向前方圍巖鉆孔并安裝帶孔小導管，或直接打入帶孔小導管，并通過小導管向圍巖壓注起膠結作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈，即可安全地進行開挖等作業(yè)。超前小導管實際上是超前錨桿的發(fā)展。7.1.3超前注漿小導管超前注漿小導管是在開挖前，沿隧道293.5~6.0m管箍(φ6鋼筋加焊)出漿孔φ8mm1.5m不鉆孔0.2mφ35~50mm有縫鋼管a≤40cmrrb(取30cm)3.5~6.0m管箍(φ6鋼筋加焊)出漿孔φ8mm1.5m不30性能特點雙重作用：一是起超前管棚作用，二是起注漿管的作用，通過注漿，加固軟弱圍巖。鋼管本身支護能力不如管棚，但注漿加固地層的效果好。漿液在裂隙中硬化，整體加固，填塞裂隙阻水。適用條件一般軟弱破碎圍巖、含水的軟弱破碎圍巖、較干燥的砂土層、砂卵(礫)石層、軟弱圍巖淺埋段。工藝簡單，造價低，砂、土質松軟地層中應用廣泛。一次施作距離短，預支護剛度小，在地層壓力大，地層位移控制要求嚴時，也限制了它的應用。性能特點31小導管布置和安裝小導管鉆孔安裝前，應對開挖面及5m范圍內的坑道噴射5~10cm厚的混凝土封閉。小導管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的無縫鋼管制作，長度宜為3~6m，前端做成尖錐形，前段管壁上每隔10~20cm交錯鉆眼，眼孔直徑宜為6~8mm。鉆孔直徑應較管徑大35mm以上，環(huán)向間距應按底層條件而定，一般采用35~50cm；外插角應控制在3°~15°之間。極破碎圍巖或處理坍方時可采用雙排管；地下水豐富的松軟層，可采用雙排以上的多排管；大斷面或注漿效果差時，可采用雙排管。小導管插入后應對外露一定長度，以便連接注漿管，并用塑膠泥（40°Be水玻璃拌525號水泥）將導管周圍孔隙封堵密實。小導管布置和安裝32注漿材料選取斷層破碎帶及砂卵石地層(裂隙寬度或顆粒粒徑大于1mm，滲透系數k≥5×10-4m／s)等強滲透性地層中，應采用料源廣便宜的注漿材料。無水的松散地層優(yōu)先選用單液水泥漿；有水的強滲透地層選用水泥水玻璃雙漿液，以控制注漿范圍。細、粉砂層、細小裂隙巖層及斷層地段等弱滲透地層中，宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學漿液，如聚胺酯類，或超細水泥漿。不透水的黏土層，則宜采用高壓劈裂注漿。注漿材料選取33注漿材料的配比采用水泥漿液時，水灰比可采用0.5:1~1:1，需縮短凝結時間，則可加入氯鹽、三乙醇胺速凝劑。采用水泥-水玻璃漿液時，水泥漿的水灰比可采用0.5:1~1:1；水玻璃濃度為25~40°Be，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1:1~1:0.3。注漿材料的配比34

注漿P156注漿設備性能良好，工作壓力滿足注漿壓力要求，現場試驗運轉。孔口最高壓力應嚴格控制，以防壓裂開挖面，注漿壓力0.5～1.0MPa，止?jié){塞應能經受注漿壓力。單管注漿能擴散到管周0.5～1.0m的半徑范圍內。注漿結束后，鉆孔檢查或用聲波探測儀檢查注漿效果，未達標補注漿?？刂谱{量，每根導管內已達到規(guī)定注入量時，就可結束；孔口壓力已達規(guī)定壓力值而注入量仍不足，也應停止注漿。注漿后等待4h（水泥水玻璃漿）～8h（水泥漿）方可開挖，保留一定長度的止?jié){墻（即超前注漿的最短超前量）。注漿P156控制注漿量，每根導管內已達到35隧道施工工藝及技術方法課件36隧道施工工藝及技術方法課件37隧道施工工藝及技術方法課件387.1.4超前深孔帷幕注漿超前注漿小導管對圍巖加固的范圍和止水的效果有限，作為軟弱破碎圍巖隧道施工的一項主要輔助措施，它占用的時間和循環(huán)次數較多。帷幕注漿是先在掌子面前方的圍巖較大范圍的筒狀封閉加固區(qū)，然后在其范圍內進行開挖作業(yè)。注漿機理及適用條件滲透注漿

對于滲透性地層，采用中低壓力將漿液壓注到地層中的空穴、裂縫、孔隙里，將巖土或土顆粒膠結為整體，提高地層穩(wěn)定性和強度。7.1.4超前深孔帷幕注漿超前注漿小導管對圍巖加固的范圍39滲透擴散(中粗砂層采用超細水泥-水玻璃雙液漿注漿固結圖片)滲透擴散40劈裂注漿對于黏土質不透水（漿）地層，采用高壓漿液強行擠壓孔周，土體被劈裂并形成裂縫，漿液脈狀固結作用起到擠壓加固和增加高強夾層加固作用，提高其強度和穩(wěn)定性。劈裂注漿對于黏土質不透水（漿）地層，采用高壓漿液強行擠壓孔41用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使土層得到加固。壓密注漿高壓噴灌注漿通過灌漿管在高壓作用下，從管底部的特殊噴嘴中噴射出高速漿液射流，促使土粒在沖擊力、離心力及重力作用下被切割破碎，隨注漿管的向外抽出與漿液混合形成柱狀固結體，以達到加固之目的。用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使土層42深孔預注漿可超前開挖面30～50m，形成筒狀加固區(qū)，堵水效果更好，注漿作業(yè)次數減少，更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中及大中型機械化施工。洞內超前注漿深孔預注漿可超前開挖面30～50m，形成筒狀加固區(qū)，堵水效果43地表超前注漿平導超前注漿隧道埋深較淺，則可在地面注漿；深埋長大隧道可利用輔助平行導坑對正洞進行預注漿，避免與正洞施工的干擾，縮短施工工期。地表超前注漿平導超前注漿隧道埋深較淺，則可在地面注漿；深埋長44工作面預注漿廣州地鐵地表深孔分段注漿技術工作面預注漿廣州地鐵地表深孔分段注漿技術45注漿范圍即筒狀加固區(qū)，可按巖體力學和彈塑性理論計算壓力重分布后塑性破壞區(qū)的大小，即應加固的范圍。注漿數量及注漿材料選擇注漿數量應根據加固區(qū)需充填的地層孔隙數量來確定。工程中常用充填率來估算和控制注漿總量。充填率是指注漿體積占孔隙總體積的比率。注漿總量按下式計算：

Q=n.a.A式中Q-注漿總數量(m3)；

A-被加固圍巖的體積(m3)；

n-被加固圍巖的孔隙率(%)，見表7-1-1；

a-過去實踐證實的充填率(%)，見教材表7-1-1。注漿范圍46鉆孔布置及注漿壓力

淺埋隧道，可平行布置，即注漿鉆孔均豎直方向并互相平行分布，每鉆一孔移動鉆機。滲透性強的地層，注漿壓力低、鉆孔間距大，鉆孔量少，平均單孔注漿量大。滲透式注漿時，注漿壓力應大于待注漿地層靜水壓力；劈裂式注漿時，注漿壓力應大于待注漿地層的水壓力與土壓之和，并取儲備系數為1.1～1.3。鉆孔布置及注漿壓力47施工要點

1．注漿管和孔口套管

一次式注漿時可不用注漿管。

分段式注漿時用注漿管。采用帶孔眼的鋼管或塑料管。止?jié){塞有橡膠式、套管式。將止?jié){塞固定在注漿管上的設計位置一起放入鉆孔，用壓縮空氣或注漿壓力使其膨脹而堵塞注漿管與鉆孔之間的間隙，主要用于深孔注漿。全孔注漿采用前進或后退式分段注漿。

2．鉆孔根據地層條件及成孔效果選擇沖擊式鉆機或旋轉式鉆機。施工要點483．注漿順序

先上后下，先內圈后外圈，先無水孔后有水孔，先上游（地下水）后下游。應利用止?jié){閥保持孔內壓力直至漿液完全凝固。

4．結束條件注漿壓力和單孔注漿量。

單孔結束條件：注漿壓力達到設計終壓；漿液注入量已達到計算值的80%以上。

全段結束條件：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注。注漿結束后檢查注漿效果，如未達標，應補孔注漿。3．注漿順序49『7.1.5▎水平旋噴預支護

噴射注漿法，又稱旋噴法，分為垂直和水平旋噴注漿。

水平旋噴注漿法是以高壓旋噴的方式壓注水泥漿，從而在隧道開挖輪廓外形成拱形預襯砌的超前預支護方法。

施工方法：旋噴注漿機沿掌子面周邊的設計位置旋噴注漿形成旋噴柱體，通過固結體的相互咬合形成預支護拱棚。

旋噴柱體的形成方法：水平鉆機成孔，鉆桿退出，水泥漿或水泥－水玻璃雙漿液旋噴注入孔腔，高壓射流切割腔壁土體與漿液攪拌混合、固結形成直徑600mm左右的固結體，同時壓縮和固結周圍地層。『7.1.5▎水平旋噴預支護噴射注漿法，又稱旋噴50

旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預支護拱棚，在松散不穩(wěn)定地層隧道中，可有效控制坍塌和地層變形。水平旋噴樁抗彎性能不強，施工控制難度較大，目前我國的水平旋噴鉆機性能不過關，制約了水平旋噴預支護技術的應用和發(fā)展。它主要適用于粘性土、砂類土、淤泥等地層。旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預支護拱棚51鉆機定位鉆出旋噴孔自孔底噴漿，形成固結體鉆機定位鉆出旋噴孔自孔底噴漿，形成固結體52可插入芯材（如鋼筋或鋼管），提高固結體的抗彎折能力拔出噴頭，木塞塞入孔口，制止?jié){液外流可插入芯材（如鋼筋或鋼管），提高固結體的抗彎折能力拔出噴頭53（a）意大利產重型水平懸噴鉆機（b）1983年研制的輕型水平懸噴鉆機（c）三一重工2008年產中型水平懸噴鉆機（a）意大利產重型水平懸噴鉆機（b）1983年研制的輕型水54『7.1.6▎機械預切槽法

機械預切槽法是利用專業(yè)的切槽機械，沿隧道外輪廓切割一定深度的切槽。切槽方式有帶鋸式和排鉆式兩種。在硬巖地層中，利用該切槽，作為爆破振動的隔振層，主要起隔振或減振的作用。在軟石或砂質地層中，在切槽內填筑混凝土，形成預支護拱，提高隧道穩(wěn)定性。下圖為軟巖中預切槽法示意圖?！?.1.6▎機械預切槽法機械預切槽法是利用專業(yè)55NewPLS預切槽機的概觀NewPLS預切槽機的概觀56雙聯(lián)鏈式切刀概觀

（臂長4米，自重約10噸）雙聯(lián)鏈式切刀概觀57NewPLS機沿隧道縱斷面連續(xù)移動作業(yè)示意圖切刀沿斷面導軌移動開槽同時做成的連續(xù)預置混凝土拱圈操縱員與操縱臺位置機械沿縱向導軌前后移動NewPLS機沿隧道縱斷面連續(xù)移動作業(yè)示意圖切刀沿斷面導軌58NewPLS預切槽機的施工現場作業(yè)空間大預切槽機設備（名立隧道試驗）NewPLS預切槽機的施工現場預切槽機設備（名立隧道試驗）59預切槽切割施工示意（試驗施工）混凝土試樣外側（側向模板附近）中部（灌注口附近）內側（地山內側）預切槽切割施工示意（試驗施工）混凝土試樣外側（側向模板附近）60作業(yè)過程：

(1)用預切槽鋸沿隧道外廓弧形拱深切一寬15～30cm、長約5m的切槽。

(2)在切槽內立即填充高強度噴射混凝土，形成長3～5m的整體連續(xù)拱，兩次連續(xù)拱的搭接長度為0.5～2.0m。

(3)用挖掘機或臂式掘進機開挖掌子面。

(4)必要時，掌子面施設玻璃纖維錨桿穩(wěn)定作業(yè)面并噴砼。

(5)安裝隧道防水層，進行二次襯砌。機械預切槽法的優(yōu)點：減輕硬巖爆破時振動的擴展；快速形成整體空間弧形拱，減小圍巖變形與地表沉陷；作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。作業(yè)過程：機械預切槽法的優(yōu)點：61作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。預槽開挖和混凝土灌注同時完成，避免導致土層應變的應力釋放。機械預切槽法的缺點：在硬巖地層中推進速度慢，較適合用于市區(qū)隧道工程、松散地層和大斷面隧道。作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。627.2隧道爆破施工技術7.2.1爆破對固體介質的破壞作用炸藥爆炸過程是爆轟波傳播過程，也是炮轟成氣體做功的過程。炸藥爆炸，爆炸波轟擊巖面，以沖擊波形式向巖體內部傳播，形成動態(tài)應力場。作用時間短，能量密度高，炮孔邊巖石粉碎性破壞。爆炸氣體靜壓和膨脹做功，巖石受切向拉力，強度達到巖石抗拉強度時，巖石破壞產生徑向裂隙。在爆炸結束的瞬間，溫度下降，氣體逸散，介質又為釋放壓縮能回彈，可能產生環(huán)向裂縫。爆破力作用下，偏離徑向450的方向上可能產生剪切裂縫。炸藥的爆炸反應具有的特點。高溫、高壓和高速度7.2隧道爆破施工技術7.2.1爆破對固體介質的破壞63爆破作用的區(qū)域劃分爆破周圍區(qū)域劃分（1）壓縮粉碎區(qū)指半徑為R1范圍的區(qū)域。介質距離藥包最近，受到的壓力最大，破壞最大。土壤或軟巖時壓縮形成一個環(huán)形體孔腔；硬巖時產生粉碎性破壞。震動區(qū)3R拋擲區(qū)破壞區(qū)R1壓縮粉碎區(qū)2R4R（2）拋擲區(qū)R1與R2之間的范圍叫拋擲區(qū)。介質的結構被破壞成碎塊。有多余能量使碎塊獲得運動速度，有臨空面時，在臨空面方向上被拋擲出去，產生拋擲運動。爆破作用的區(qū)域劃分爆破周圍區(qū)域劃分（1）壓縮粉碎區(qū)震動區(qū)364（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)域內只能使介質破裂松動，已沒有能力使碎塊產生拋擲運動。（4）震動區(qū)R3與R4之間的范圍叫爆破震動區(qū)。在此范圍內，爆破能量只能使介質發(fā)生彈性變形，不能產生破壞作用。爆破周圍區(qū)域劃分震動區(qū)4R3R2RR1壓縮粉碎區(qū)拋擲區(qū)破壞區(qū)（3）破壞區(qū)爆破周圍區(qū)域劃分震動區(qū)4R3R2RR1壓縮粉碎區(qū)657.2.2隧道爆破設計隧道施工所采用的爆破方法中，用得最多的是炮眼爆破法。爆破方法要研究的問題主要是炮眼布置、炮眼參數以及裝藥起爆等。炮眼參數：炮眼直徑、炮眼數目、炮眼長度。裝藥起爆：正向起爆、反向起爆、雙向起爆；非電起爆、電起爆。7.2.2隧道爆破設計隧道施工所采用的爆破方法中，用得最66掘進工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。掘進工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼。67掏槽眼：在開挖斷面的適當位置（一般在中央偏下部）布置幾個掏槽炮眼，如圖中的1號炮眼。作用：因只有一個臨空面，為提高爆破效果，讓其最先起爆，炸出一個槽腔，為臨近炮眼的爆破創(chuàng)造臨空面。掏槽眼：在開挖斷面的適當位置（一般在中央偏下部）布置幾個掏槽68輔助眼作用：位于掏槽炮眼與周邊炮眼之間的炮眼，如圖中2號炮眼。擴大掏槽炮眼炸出的槽口，為周邊炮眼爆破創(chuàng)造臨空面。周邊眼沿隧道周邊布置的炮眼，如圖中3號炮眼。作用：炸出一個合適的爆破輪廓。輔助眼作用：位于掏槽炮眼與周邊炮眼之間的炮眼，如圖中2號炮眼69掏槽眼直接影響循環(huán)進尺和掘進效果；周邊眼關系到隧道開挖邊界的超欠挖和對周圍圍巖的影響。爆破的關鍵是掏槽眼和周邊眼的爆破。在隧道爆破施工中，首要要求是炮眼利用率高，開挖輪廓及尺寸準確，對圍巖震動小。掏槽眼直接影響循環(huán)進尺和掘進效果；爆破的關鍵是掏槽眼和周邊眼70光面爆破是先引爆掏槽眼，接著引爆輔助眼，最后引爆周邊眼；裂爆破先引爆周邊眼，使沿周邊眼的連心線炸出平順的預裂面。由于這個預裂面的存在，對后爆的掏槽眼和輔助眼的爆炸波能起反射和緩沖作用，可以減輕爆炸波對圍巖的破壞影響，爆破后的開挖面整齊規(guī)則。光面爆破指爆破后斷面輪廓整齊，超挖和欠挖符合規(guī)定要求的爆破。光面爆破是使周邊炮眼起爆后優(yōu)先沿各孔的中心連線形成貫通裂縫，然后受爆炸氣體的作用，裂解的巖體向洞內拋散。周邊眼的控制爆破采用光面爆破與預裂爆破技術，可以控制爆破輪廓，盡量保持圍巖的穩(wěn)定。

光面爆破是先引爆掏槽眼，接著引爆輔助眼，最后引爆周邊眼；光面71將開挖的石渣迅速裝車運出洞外，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。因此，正確選擇并準備足夠的裝渣運輸方案，維修好線路，減少相互干擾，提高裝渣效率是加快隧道施工速度，尤其是加快長大隧道施工速度關鍵。裝碴運輸作業(yè)由三個環(huán)節(jié)組成：裝碴、運輸和卸碴。卸碴工作主要考慮：選用達標的巖塊加工成襯砌的粗骨料；用作路基或洞外工作場地填方；棄置于山谷或河灘。7.3裝渣與運輸（自學）將開挖的石渣迅速裝車運出洞外，是提高隧道掘進速度的重要環(huán)節(jié)。72為控制圍巖應力適量釋放和變形，增加結構安全度和方便施工，隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結構一部分的結構層，稱為初期支護。初期支護一般由錨桿、噴射混凝土、鋼架、鋼筋網等組合組成。7.4初期支護為控制圍巖應力適量釋放和變形，增加結構安全度和方便施工，隧道73錨噴支護靈活性。單獨使用、組合使用。局部加固、整體加固；一次完成、分次完成?！跋热岷髣?，按需提供”。及時性。迅速支護圍巖。時間上，早強性能，立即起作用；空間上，緊跟開挖面施工，錨桿還可超前支護。密貼性。噴砼與圍巖密貼，抵抗巖塊沿節(jié)理的剪切和張裂。體現“圍巖一支護”思想。深入性。錨桿深入圍巖，約束作用。尤其是系統(tǒng)錨桿。柔性。調節(jié)圍巖變形，允許塑性區(qū)有限變形，發(fā)揮圍巖承能力。封閉性。全面及時地封閉圍巖，阻止水氣侵蝕，減少膨脹性巖體的潮解軟化和膨脹，阻止圍巖變形，使圍巖較早進入變形收斂狀態(tài)。錨噴支護741、錨桿錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀體，是噴錨支護的主要組成部分。它通過錨入巖體內部的鋼筋，與巖體融為一體，達到提高圍巖的力學性能，改善圍巖的受力狀態(tài)，實現加固圍巖、維護圍巖穩(wěn)定的目的。錨桿支護不僅對硬質圍巖，而且對軟質圍巖也能起到良好的支護效果。錨桿作用機理：懸吊作用、組合拱作用、減跨作用、擠壓加固作用。1、錨桿錨桿是一種錨固在巖體內部的桿狀體，是噴錨支護的主要組75錨桿的設計與計算①錨桿承載力計算②錨桿錨固長度確定③錨桿直徑的確定④錨桿間距的確定錨桿的設計與計算76①錨桿承載力計算

當塊體危石墜落時，除使錨桿受拉外，還對錨桿產生剪切作用。N是錨桿所受拉力；Q是錨桿所受剪力；G是危石重量或一根錨桿承擔的巖石重量；是錨桿與地質結構面的夾角；是錨桿與垂直線夾角。①錨桿承載力計算當塊體危石墜落時，除使錨桿受拉外，77根據靜力平衡及正弦定理有：根據靜力平衡及正弦定理有：78②錨固長度確定錨固深度L1：根據錨桿抗拉強度與砂漿粘結力相等的等強度原則，可確定錨桿的錨固深度L1：其中：d是錨桿直徑，16~22螺紋鋼筋；D是鉆孔直徑；k安全系數，3-5；是砂漿與巖孔之間的抗剪強度。實踐中要求L1大于30厘米；②錨固長度確定錨固深度L1：其中：d是錨桿直徑，79

錨桿長總度L：式中：L1是錨固深度，m；

L2為不穩(wěn)定巖層厚度，m；

L3是外露長度（約小于噴射混凝土厚度），m。錨桿長總度L：式中：L1是錨固深度，m；80③錨桿直徑的確定以抗拉為例，錨桿直徑可用下式計算式中：k是安全系數，可取1.5~2；

Rg是錨桿抗拉強度，Pa；N是錨桿所受拉力，N；

d是錨桿直徑，m。③錨桿直徑的確定式中：k是安全系數，可取1.5~2；81④錨桿間距的確定

若等間距布置，每根錨桿所負擔的巖體重量即為所受荷載。γ是巖體容重；b錨桿間距，一般L1>2b；k安全系數2～3。L2為不穩(wěn)定巖層厚度，m；④錨桿間距的確定若等間距布置，每根錨桿所負擔的巖體822、噴混凝土支護結構

噴射砼是將水泥、砂子、石子、速凝劑按一定的比例均勻的攪拌后送入噴射機，以高速噴射到巖壁表面凝結而成的砼。

干噴濕噴2、噴混凝土支護結構干噴83干噴：將骨料、水泥和速凝劑按一定比例干拌均勻，然后裝入噴射機，用壓縮空氣使干集料在軟管內呈懸浮狀態(tài)壓送到噴槍，再在噴嘴處與高壓水混合，以較高速度噴射到巖面上。干噴使用的機械結構較簡單，機械清洗和故障處理容易。但容易產生較大的粉塵，回彈量大，加水是由噴嘴處的閥門控制的，水灰比的控制比較難而且與操作手的熟練程度有關。濕噴：將骨料、水泥和水按設計比例拌和均勻，用濕式噴射機壓送到噴頭處，再在噴頭上添加速凝劑后噴出。濕噴混凝土質量易控制，噴射過程中粉塵和回彈量很少，是應當發(fā)展的噴射工藝，但對噴射機械要求高，機械清洗和故障處理較麻煩。干噴：將骨料、水泥和速凝劑按一定比例干拌均勻，然后裝入噴射機84（1）噴射砼的作用具有不需模板、施作速度快、早期強度高、密實度好、與圍巖緊密粘結、不留空隙的突出優(yōu)點。作用：封閉巖面、防止風化松動、填充坑凹及裂隙、維護和提高圍巖的整體性、幫助圍巖發(fā)揮自身的結構作用、調整圍巖應力分布、防止應力集中、控制圍巖變形、防止掉塊、防止坍塌。（1）噴射砼的作用具有不需模板、施作速度快、早期強度高、密實85填充鑲嵌作用封閉作用支撐作用抗彎作用加固作用填充鑲嵌作用封閉作用支撐作用抗彎作用加固作用86（2）局部穩(wěn)定原理：危石除用錨桿支護外，也可用噴射混凝土層支護。在危石重力作用下混凝土噴層可能出現沖切破壞和撕裂破壞。噴層厚度應滿足：抗沖切計算抗撕裂計算（3）整體穩(wěn)定原理：噴混凝土層與圍巖表面緊密粘結、咬合使巖體密貼，組成“組合結構”或“整體結構物”共同工作。為噴射混凝土抗拉強度；u為危石底面周長，k是安全系數3~5。是噴層和巖石之間的粘結強度。（2）局部穩(wěn)定原理：危石除用錨桿支護外，也可用噴射混凝土層支873、錨噴聯(lián)合支護結構錨（錨網）噴聯(lián)合支護是錨桿支護和噴混凝土支護二者作用原理的有機組合。在較好的圍巖中，可將噴混凝土作為主要的支護手段，輔以錨桿加固；而在較差的圍巖中，則以錨桿，尤其是預應力錨桿作為主要的巖體加固手段，并與噴混凝土、鋼筋網噴混凝土或加鋼拱的鋼筋網噴混凝土配合使用。錨桿是深層加固圍巖；而噴砼是表層及局部加固圍巖，而張掛金屬網，可以提高噴射砼支護層的抗拉能力、抗裂性及抗震性。3、錨噴聯(lián)合支護結構錨（錨網）噴聯(lián)合支護是錨桿支護和噴混凝88隧道施工工藝及技術方法課件89錨噴聯(lián)合支護不同于傳統(tǒng)的開挖、支撐、模注襯砌施工方法，它是將隧道全斷面一次掘出，在開挖洞室的同時，盡可能迅速地連續(xù)觀測圍巖的位移和變形，并以及時的錨噴作為臨時支護，稱其為第一次襯砌，起到穩(wěn)定圍巖，控制圍巖應力和變形，防止松弛、坍塌和產生松散壓力等作用。所謂“及時”，對差的圍巖是指“盡快”，對好的圍巖是指“適時”。凝結后即連續(xù)地對支護噴層的變形進行檢測。在臨時支護基礎上逐步增加支護措施，把噴層加厚，或增設長錨桿、鋼筋網等。待其基本穩(wěn)定后，再加做模筑混凝土“二次襯砌”。此時，原來的臨時支護（錨噴支護）成為永久襯砌的一個組成部分。而“二次”襯砌基本上是不承載或承載很小的，主要是為了結構物的安全、耐久、防水和飾面的需要。錨噴聯(lián)合支護不同于傳統(tǒng)的開挖、支撐、模注襯砌施工方法，它是將90小結：為什么不能過早或過晚進行支護？隧道開挖后，若支護非常快，且支護剛度又很大，沒有或很少變形，若某點取得平衡，支護需提供很大的支護力，圍巖僅負擔產生彈性變形的壓力，故剛度大的支護是不合理的。此時圍巖自由變形，洞室周邊位移將達到最大值，變形壓力很小或接近零，圍巖出現松弛、散落、坍塌的情況。此時圍巖對支護的壓力就不是變形壓力，而是圍巖坍塌下來的巖石重量。因此該情況是不允許存在的。若隧道開挖后不加支護，或支護不及時，相反，支護應有相當的柔性變形能力，并也允許圍巖產生一定量的變形，適度的變形有助于圍巖通過應力調整，形成足夠大的塑性區(qū)，充分發(fā)揮塑性區(qū)巖體的卸載作用，使傳到支護上的壓力大為減小。小結：為什么不能過早或過晚進行支護？91錨噴支護施工原則

原則一：采取各種措施，確保圍巖不出現有害松動（1）洞室的布置和造型選??；（2）采用控制爆破技術；（3）減少對圍巖的擾動次數；（4）初期支護及時快速；（5）合理利用開挖面空間效應抑制圍巖變形；（6）盡量減少其他外界因素（水、潮）對圍巖的影響。錨噴支護施工原則原則一：采取各種措施，確保92原則二：使圍巖變形適度發(fā)展，合理利用圍巖自承能力（1）支護分次施作（2）調節(jié)支護封底時間，控制圍巖變形；（3）在穩(wěn)定情況下適當延遲支護時間原則三：保證錨噴支護與圍巖形成共同體（1）施工方法和施工措施上保證；（2）將一些關鍵質量問題列入施工質量檢測項目。原則二：使圍巖變形適度發(fā)展，合理利用圍巖自承能力（1）支護分93原則四：選擇合理支護類型和參數，并充分發(fā)揮其功效（1）綜合考慮各種因素確定支護類型（圍巖地質特點、工程斷面大小和使用條件要求等）（2）選擇合理的錨桿類型與參數，在圍巖中形成有效承載圈錨桿最小長度應超過松動圈厚度，以不超過塑性區(qū)為宜。（3）合理選擇噴層厚度，充分發(fā)揮噴層與圍巖自身承載力（4）合理選擇和配置鋼筋網和鋼支撐原則四：選擇合理支護類型和參數，并充分發(fā)揮其功效（1）綜合94原則五：合理安排施工程序

施工方法的正確性和合理性對錨噴支護的成敗和效果有重大影響，特別是開挖程序、掘進進尺、支護和閉合時機等至關重要。對于斷面積小的隧道，或較好的圍巖，應盡量采用全斷面或分上下臺階一次開挖的方案，以減少擾動次數，提高工效。對于大跨度隧道，尤其在松散巖體中，則可采用分部開挖方案，化大斷面為小斷面，減小擾動的強度。原則五：合理安排施工程序施工方法的正確性和合理性95對于松散、自穩(wěn)性差的圍巖，進尺應短些，且對開挖面與支護面的距離要做限制。支護順序及初期支護時機與圍巖自穩(wěn)時間關系密切：若自穩(wěn)時間長，可先錨后噴；若自穩(wěn)時間短，則應改成“噴-錨-噴”施工順序。初期支護一般應作為永久支護的一部分，不允許初期噴層完全破裂。原則六：依據現場監(jiān)測數據指導施工

由于錨噴支護理論目前還不成熟，故需依靠現場監(jiān)控量測來掌握圍巖動態(tài)、修正設計，指導施工以及對支護效果作出正確評價。對于松散、自穩(wěn)性差的圍巖，進尺應短些，且對開挖面與支護面的距964、鋼拱架對于松軟破碎嚴重的圍巖，其自穩(wěn)性差，開挖后要求早期支護具有較大的剛度，以阻止圍巖的過度變形和承受部分松弛荷載。此時，就需要采用剛度較大的鋼拱架支護。另外，在淺埋、偏壓隧道，當早期圍巖壓力增長快，需要提高初期支護的強度和剛度時，也多采用鋼拱架支護?？梢圆捎眯弯摗⒐ぷ咒?、鋼管或鋼筋制成。多采用以鋼筋制作的格柵鋼架。4、鋼拱架對于松軟破碎嚴重的圍巖，其自穩(wěn)性差，開挖后要求早期97隧道施工工藝及技術方法課件98隧道施工工藝及技術方法課件99隧道施工工藝及技術方法課件1005、施工中可能發(fā)生的問題及其對策新奧法施工的基本原則，是根據圍巖性質允許產生適量的變形，但又不使圍巖松動塌落。在施工過程中，若對圍巖性質判斷不準，或噴射混凝土、打錨桿、立鋼支撐時間和方法有誤，圍巖松動就會超過預計。5、施工中可能發(fā)生的問題及其對策101

施工中的現象措施

A措施

B開挖面及其附近正面不穩(wěn)定1.縮短一次掘進長度。2.開挖時保留核心土。3.向正面噴射混凝土。

4.用插板或并排鋼管打入地層進行預支護1.縮小開挖斷面。2.在正面打錨桿。3.采取輔助施工措施對地層進行預加固開挖面頂部掉塊增大1.縮短開挖時間及提前噴射混凝土。2.采用插板或并排鋼管。3.縮短一次開挖長度。4.開挖面暫時分部施工。1.加鋼支撐。2.預加固地層施工中的現象及其處理措施（課本P215）

施工中的現象措施A措施B開挖面及其附近正面不穩(wěn)定1102

施工中的現象措施

A措施

B開挖面及其附近開挖面出現涌水或者涌水量增大1.加速混凝土硬化（增加速凝劑等）。2.噴射混凝土前作好排水。3.加掛網格密的鋼筋網。4.設排水片。1.采取排水方法（如排水鉆孔、井點降水……等）。2.預加固地層地基承載力不足，下沉增大1.注意開挖；2.不要損壞地基圍巖。3.加厚底腳處噴混凝土；4.增加支撐面積。1.增加錨桿。2.縮短臺階長度；3.及早閉合支護環(huán)。4.用噴混凝土作臨時底拱。

5.預加固地層。產生底鼓及早噴射底拱混凝土1.在底拱處打錨桿。2.縮短臺階長度；3.及早閉合支護環(huán)。

施工中措施A措施B開挖面及其附近開挖面出現涌水或者103

施工中的現象措施

A措施

B噴混凝土噴混凝土層脫離甚至塌落1.開挖后盡快噴射混凝土。2.加鋼筋網。3.解除涌水壓力。4.加厚噴層。打錨桿或增加錨桿噴混凝土層中應力增大，產生裂縫和剪切破壞。1.加鋼筋網。2.在噴混凝土層中增設縱向伸縮縫。1.增加錨桿（用比原來長的錨桿）。2.加入鋼支撐。錨桿錨桿軸力增大，墊板松弛或錨桿斷裂。1.增強錨桿（加長）。2.采用承載力大的錨桿。3.為增大錨桿的變形能力。施工中的現象及其處理措施

施工中的現象措施A措施B噴混凝土噴混凝土層脫離甚至104

施工中的現象措施

A措施

B鋼支撐鋼支撐中應力增大，產生屈服松開接頭處螺栓，鑿開噴混凝土層，使之可自由伸縮。1.增強錨桿。2.采用可伸縮的鋼支撐；3.在噴混凝土層中設縱向伸縮縫。凈空位移增大，位移速度變快。1.縮短從開挖到支護的時間。2.提前打錨桿。3.縮短臺階、底拱一次開挖的長度。4.當噴混凝土開裂時，設縱向伸縮縫。1.增強錨桿。2.縮短臺階長度；3.提前閉合支護環(huán)。4.在錨桿墊板間夾入彈簧墊圈等。5.采用超短臺階法；6.或在上半端面建造臨時底拱。施工中的現象及其處理措施

施工中的現象措施A措施B鋼支撐鋼支撐中應力增大，產1057.5隧道施工現場監(jiān)控量測在隧道的施工過程中，使用各種儀器設備和量測元件，對地表沉降、圍巖與支護結構的變形、應力、應變進行量測，據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場監(jiān)控量測。采用新奧法設計和施工的隧道，應將監(jiān)控量測項目列入文件，并在施工中實施。7.5隧道施工現場監(jiān)控量測在隧道的施工過程中，使用各種儀1061、監(jiān)控量測的目的提供監(jiān)控設計的依據和信息監(jiān)控量測目的預報及監(jiān)視險情校核隧道工程理論計算結果、完善工程類比法①掌握圍巖力學形態(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，指導施工作業(yè)。①作出工程預報，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、數值分析提供計算數據與對比指標；②為工程類比提供參考依據；③為隧道工程設計和施工積累經驗資料。1、監(jiān)控量測的目的提供監(jiān)控設計的依據和信息監(jiān)控量測目的預報及1072、監(jiān)控項目與內容（1）地質和支護狀態(tài)現場觀察：開挖面附近的圍巖穩(wěn)定性，圍巖構造情況，支護變形與穩(wěn)定情況，準確掌握圍巖情況。（2）巖體（巖石）力學參數測試：抗壓強度Rb、變形模量E、黏聚力c、內摩擦角Φ、泊松比μ。（3）應力應變測試：巖體原巖應力，圍巖應力、應變，支護結構的應力、應變。（4）壓力測試：支護上的圍巖壓力、滲水壓力。（5）位移測試：圍巖位移（含地表沉降）、支護結構位移。（6）溫度測試：巖體（圍巖）溫度、洞內溫度、洞外溫度。（7）物理探測：彈性波（聲波）測試。2、監(jiān)控項目與內容（1）地質和支護狀態(tài)現場觀察：開挖面附近的108

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。（1）必測項目：是為設計、施工中確保圍巖穩(wěn)定，并通過判斷圍巖的穩(wěn)定性來指導設計、施工的經常性量測。必測項目對監(jiān)視圍巖穩(wěn)定性、指導設計與施工有直接意義。（2）選測項目：是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)的設計與施工具有指導意義。一般只根據需要選擇其中部分項目進行測試。監(jiān)控量測項目可分為必測項目和選測項目。不同級109（課本P216）（課本P216）110隧道施工工藝及技術方法課件111隧道施工工藝及技術方法課件112隧道施工工藝及技術方法課件113周邊相對位移(收斂)在開挖后的洞壁上及時安設測點，用收斂計（如圖）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。根據收斂值或位移速度，可判斷圍巖與支護是否穩(wěn)定。錨頭套點鋼尺拉手測力計手輪螺桿測微計套點錨頭周邊相對位移(收斂)在開挖后的洞壁上及時安設測點，用收斂計（114隧道施工工藝及技術方法課件115每10~50m一個斷面，每斷面2~3對測點，相應量測的基線就有1條、2條、3條、6條等，如圖所示。位移－時間關系曲線0初期支護二次支護下臺階開挖位移時間位移-開挖面距離關系曲線位移距離上、下臺階開挖錨桿噴砼每10~50m一個斷面，每斷面2~3對測點，相應量測的基線就116在隧道淺埋段，每5~50m一個斷面，每斷面7~11個測點，如下圖所示。用水準儀和塔尺進行量測。地表下沉2~5m間隔地表測點不動點不動點地表下沉量測在隧道淺埋段，每5~50m一個斷面，每斷面7~11個測點，如117圍巖與初期支護間壓力量測初期支護與二襯間壓力量測壓力量測圍巖與初期支護間壓力量測初期支護與二襯間壓力量測壓力量測118隧道施工工藝及技術方法課件119隧道施工工藝及技術方法課件120隧道施工工藝及技術方法課件121

鋼筋計測格柵應力鋼筋計測格柵應力122量測數據分析與反饋對觀測數據進行回歸分析，推算出最終值和變化規(guī)律?；貧w曲線方程函數有對數型、指數型和雙曲型等。u=0.8095Ln(t)+1.4171R2=0.78850.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.001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拱頂下沉量-時間關系圖量測數據分析與反饋對觀測數據進行回歸分析，推算出最終值和變化123第六節(jié)防排水施工工藝（自學）第七節(jié)二次襯砌（自學）第八節(jié)輔助坑道（自學）第七章END第六節(jié)防排水施工工藝（自學）124隧道工程2017年4月14日第7章隧道施工工藝及技術方法隧道工程2017年4月14日第7章隧道施工工藝及技術方125第一節(jié)圍巖預支護（預加固）第二節(jié)隧道爆破施工技術第三節(jié)裝渣與運輸（自學）第四節(jié)初期支護第五節(jié)監(jiān)控量測與數據分析第六節(jié)防排水施工工藝（自學）第七節(jié)二次襯砌（自學）第八節(jié)輔助坑道（自學）第一節(jié)圍巖預支護（預加固）1267.1圍巖預支護（預加固）軟弱破碎圍巖中，即使采取短進尺開挖，開挖面和開完后的坑道也可能不穩(wěn)定，尤其在地下水豐富時更為嚴重。對于不穩(wěn)定的圍巖體系，掌子面前方圍巖的預加固和預支護是控制和減少坑道開挖后周邊收斂變形、防止坍塌的關鍵環(huán)節(jié)。掌子面：即開挖坑道（采煤、采礦或隧道工程中）不斷向前推進的工作面。7.1圍巖預支護（預加固）軟弱破碎圍巖中，即使采取短進尺127預留核心土噴射混凝土封閉開挖工作面超前錨桿(亦可用小鋼管)管棚臨時仰拱封底水平旋噴超前預支護預切槽超前預支護預支護措施輔助施工方法預加固措施預注漿加固地層地表噴錨預加固超前深孔帷幕注漿超前小導管注漿等預支護與預加固雙重作用預留核心土預支護措施輔助施工方法預加固措施預注漿加固地層超前1287.1.1超前錨桿超前錨桿是指沿開挖輪廓線，以一定的外插角，向開挖面前方鉆孔安裝錨桿，形成對前方圍巖的預錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護下進行開挖等作業(yè)。超前錨桿設置方式7.1.1超前錨桿超前錨桿是指沿開挖輪廓線，以一定的外插角129隧道施工工藝及技術方法課件130超前錨桿性能特點及適用條件錨桿超前支護的特點：柔性較大，整體剛度較小。隧道開挖后，桿體及周邊固結的部分圍巖支承上覆巖土體，防止圍巖坍塌，減少洞室變形。主要適用于地下水較少的破碎、軟弱圍巖，如裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋無顯著偏壓的隧道。錨固劑或砂漿錨固，工藝簡單，造價低，應用十分廣泛。在砂土質松軟地層中，砂漿與土體粘結力較低，限制其應用；因為一次施作距離短，預支護剛度小，在地應力較大、地層位移控制嚴時，也限制了它的使用。超前錨桿性能特點及適用條件131超前錨桿設計、施工遵循的原則：（1）超前錨桿的長度、環(huán)向間距、外插角等參數，應視圍巖地質條件、施工斷面大小、開挖循環(huán)進尺和施工條件而定。一般超前長度為循環(huán)進尺的3~5倍，環(huán)向間距采用0.3~0.5m；外插角宜用10°~30°；搭接長度宜為超前長度的40％~60％左右，即大致形成雙層或雙排錨桿。（2）超前錨桿宜用早強砂漿全粘結式錨桿，錨桿材料可用不小于φ22mm的螺紋鋼筋。（3）超前錨桿的安裝誤差，一般要求孔位偏差不超過10cm，外插角不超過1°~2°錨入長度不小于設計長度的96％。（4）開挖時應注意保留前方有一定長度的錨固區(qū)，以使超前錨桿的前端有一個穩(wěn)定的支點。超前錨桿設計、施工遵循的原則：（1）超前錨桿的長度、環(huán)向間距132（5）開挖后應及時噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護。（6）開挖過程中應密切注意觀察錨桿變形及噴射混凝土層的開裂、起鼓等情況，以掌握圍巖動態(tài)，及時調整開挖及支護參數，如遇地下水時，則可鉆孔引排。超前錨桿設計參數見下表。注：1.外插角指錨桿或小鋼管與隧道縱向開挖輪廓線的夾角。

2.錨桿或小鋼管的長度應與實際掘進循環(huán)長度一起考慮。

3.中空錨桿目前的最小直徑為25mm。（5）開挖后應及時噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護。超前錨133管棚是指利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打入鋼管構成棚架來形成對開挖面前方圍巖的預支護。采用長度小于10m的鋼管，稱為短管棚；采用長度為10～45m且較粗的鋼管，稱為長管棚。7.1.2管棚管棚是指利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打134管棚設置方式a)管棚的環(huán)向布置b)管棚鋼管縱向錯接c)鋼管端部橫向聯(lián)接管棚設置方式a)管棚的環(huán)向布置b)管棚鋼管縱向錯接c)鋼管端性能特點整體剛度較大。限制圍巖變形能力較強，承受早期圍巖壓力。適用條件主要適用于圍巖壓力大，對圍巖變形及地表下沉有較嚴格要求的軟弱、破碎圍巖。在進洞口的地質條件非常差（如：沙土、破碎嚴重的巖石、黃土等）的情況下使用，一般長度10~45m，壁厚為3.5mm的鋼管，直徑一般為108mm。當然洞內地質條件非常差的時候也可以用管棚（如：洞內遇到冒頂現象造成的沿洞軸線長度較大，放量較大）?？衫娩摴茏{堵水和加固圍巖。預支護措施中支護能力最強，施工技術也較復雜，造價較高。性能特點136鋼管注漿：從注漿管向地層內注漿；鋼管內注入混凝土，增加鋼管剛度。管壁上留注漿孔，孔徑為10~16mm，孔眼間距100~200mm，呈梅花形布置。管棚鋼管構造鋼管注漿：從注漿管向地層內注漿；鋼管內注入混凝土，增加鋼管剛137隧道施工工藝及技術方法課件138管棚設計：支護長度的選擇：一般為10~45m。支護長度越長越節(jié)省輔助時間，提高施工效率，但受到鉆孔機具、技術和鋼管柔性彎曲等條件限制，管棚支護長度過長，難確保管棚的水平角度和排列整齊。仰角的確定：一般1~2°。若上仰角度小：土層松軟，鉆桿重力，管棚向下彎曲侵限；若上仰角度大：管棚遠離隧道失去支護作用，而且使管棚有效支護長度縮短。管棚設計：支護長度的選擇：一般為10~45m。支護長度越長139安裝套拱中導向管安裝套拱中導向管140綁扎套拱鋼筋網綁扎套拱鋼筋網141套拱底模安裝套拱底模安裝142套拱模板加固及泵管安裝套拱模板加固及泵管安裝143套拱拆模后施鉆管棚孔套拱拆模后施鉆管棚孔144套拱送管棚施工套拱送管棚施工145管棚注漿后封孔管棚注漿后封孔146套拱施作完成套拱施作完成147隧道施工工藝及技術方法課件隧道施工工藝及技術方法課件隧道施工工藝及技術方法課件管棚施工（預留核心土）管棚施工（預留核心土）隧道施工工藝及技術方法課件7.1.3超前注漿小導管超前注漿小導管是在開挖前，沿隧道周邊，向前方圍巖鉆孔并安裝帶孔小導管，或直接打入帶孔小導管，并通過小導管向圍巖壓注起膠結作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈，即可安全地進行開挖等作業(yè)。超前小導管實際上是超前錨桿的發(fā)展。7.1.3超前注漿小導管超前注漿小導管是在開挖前，沿隧道1533.5~6.0m管箍(φ6鋼筋加焊)出漿孔φ8mm1.5m不鉆孔0.2mφ35~50mm有縫鋼管a≤40cmrrb(取30cm)3.5~6.0m管箍(φ6鋼筋加焊)出漿孔φ8mm1.5m不154性能特點雙重作用：一是起超前管棚作用，二是起注漿管的作用，通過注漿，加固軟弱圍巖。鋼管本身支護能力不如管棚，但注漿加固地層的效果好。漿液在裂隙中硬化，整體加固，填塞裂隙阻水。適用條件一般軟弱破碎圍巖、含水的軟弱破碎圍巖、較干燥的砂土層、砂卵(礫)石層、軟弱圍巖淺埋段。工藝簡單，造價低，砂、土質松軟地層中應用廣泛。一次施作距離短，預支護剛度小，在地層壓力大，地層位移控制要求嚴時，也限制了它的應用。性能特點155小導管布置和安裝小導管鉆孔安裝前，應對開挖面及5m范圍內的坑道噴射5~10cm厚的混凝土封閉。小導管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的無縫鋼管制作，長度宜為3~6m，前端做成尖錐形，前段管壁上每隔10~20cm交錯鉆眼，眼孔直徑宜為6~8mm。鉆孔直徑應較管徑大35mm以上，環(huán)向間距應按底層條件而定，一般采用35~50cm；外插角應控制在3°~15°之間。極破碎圍巖或處理坍方時可采用雙排管；地下水豐富的松軟層，可采用雙排以上的多排管；大斷面或注漿效果差時，可采用雙排管。小導管插入后應對外露一定長度，以便連接注漿管，并用塑膠泥（40°Be水玻璃拌525號水泥）將導管周圍孔隙封堵密實。小導管布置和安裝156注漿材料選取斷層破碎帶及砂卵石地層(裂隙寬度或顆粒粒徑大于1mm，滲透系數k≥5×10-4m／s)等強滲透性地層中，應采用料源廣便宜的注漿材料。無水的松散地層優(yōu)先選用單液水泥漿；有水的強滲透地層選用水泥水玻璃雙漿液，以控制注漿范圍。細、粉砂層、細小裂隙巖層及斷層地段等弱滲透地層中，宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學漿液，如聚胺酯類，或超細水泥漿。不透水的黏土層，則宜采用高壓劈裂注漿。注漿材料選取157注漿材料的配比采用水泥漿液時，水灰比可采用0.5:1~1:1，需縮短凝結時間，則可加入氯鹽、三乙醇胺速凝劑。采用水泥-水玻璃漿液時，水泥漿的水灰比可采用0.5:1~1:1；水玻璃濃度為25~40°Be，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1:1~1:0.3。注漿材料的配比158

注漿P156注漿設備性能良好，工作壓力滿足注漿壓力要求，現場試驗運轉。孔口最高壓力應嚴格控制，以防壓裂開挖面，注漿壓力0.5～1.0MPa，止?jié){塞應能經受注漿壓力。單管注漿能擴散到管周0.5～1.0m的半徑范圍內。注漿結束后，鉆孔檢查或用聲波探測儀檢查注漿效果，未達標補注漿。控制注漿量，每根導管內已達到規(guī)定注入量時，就可結束；孔口壓力已達規(guī)定壓力值而注入量仍不足，也應停止注漿。注漿后等待4h（水泥水玻璃漿）～8h（水泥漿）方可開挖，保留一定長度的止?jié){墻（即超前注漿的最短超前量）。注漿P156控制注漿量，每根導管內已達到159隧道施工工藝及技術方法課件160隧道施工工藝及技術方法課件161隧道施工工藝及技術方法課件1627.1.4超前深孔帷幕注漿超前注漿小導管對圍巖加固的范圍和止水的效果有限，作為軟弱破碎圍巖隧道施工的一項主要輔助措施，它占用的時間和循環(huán)次數較多。帷幕注漿是先在掌子面前方的圍巖較大范圍的筒狀封閉加固區(qū)，然后在其范圍內進行開挖作業(yè)。注漿機理及適用條件滲透注漿

對于滲透性地層，采用中低壓力將漿液壓注到地層中的空穴、裂縫、孔隙里，將巖土或土顆粒膠結為整體，提高地層穩(wěn)定性和強度。7.1.4超前深孔帷幕注漿超前注漿小導管對圍巖加固的范圍163滲透擴散(中粗砂層采用超細水泥-水玻璃雙液漿注漿固結圖片)滲透擴散164劈裂注漿對于黏土質不透水（漿）地層，采用高壓漿液強行擠壓孔周，土體被劈裂并形成裂縫，漿液脈狀固結作用起到擠壓加固和增加高強夾層加固作用，提高其強度和穩(wěn)定性。劈裂注漿對于黏土質不透水（漿）地層，采用高壓漿液強行擠壓孔165用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使土層得到加固。壓密注漿高壓噴灌注漿通過灌漿管在高壓作用下，從管底部的特殊噴嘴中噴射出高速漿液射流，促使土粒在沖擊力、離心力及重力作用下被切割破碎，隨注漿管的向外抽出與漿液混合形成柱狀固結體，以達到加固之目的。用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使土層166深孔預注漿可超前開挖面30～50m，形成筒狀加固區(qū)，堵水效果更好，注漿作業(yè)次數減少，更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中及大中型機械化施工。洞內超前注漿深孔預注漿可超前開挖面30～50m，形成筒狀加固區(qū)，堵水效果167地表超前注漿平導超前注漿隧道埋深較淺，則可在地面注漿；深埋長大隧道可利用輔助平行導坑對正洞進行預注漿，避免與正洞施工的干擾，縮短施工工期。地表超前注漿平導超前注漿隧道埋深較淺，則可在地面注漿；深埋長168工作面預注漿廣州地鐵地表深孔分段注漿技術工作面預注漿廣州地鐵地表深孔分段注漿技術169注漿范圍即筒狀加固區(qū)，可按巖體力學和彈塑性理論計算壓力重分布后塑性破壞區(qū)的大小，即應加固的范圍。注漿數量及注漿材料選擇注漿數量應根據加固區(qū)需充填的地層孔隙數量來確定。工程中常用充填率來估算和控制注漿總量。充填率是指注漿體積占孔隙總體積的比率。注漿總量按下式計算：

Q=n.a.A式中Q-注漿總數量(m3)；

A-被加固圍巖的體積(m3)；

n-被加固圍巖的孔隙率(%)，見表7-1-1；

a-過去實踐證實的充填率(%)，見教材表7-1-1。注漿范圍170鉆孔布置及注漿壓力

淺埋隧道，可平行布置，即注漿鉆孔均豎直方向并互相平行分布，每鉆一孔移動鉆機。滲透性強的地層，注漿壓力低、鉆孔間距大，鉆孔量少，平均單孔注漿量大。滲透式注漿時，注漿壓力應大于待注漿地層靜水壓力；劈裂式注漿時，注漿壓力應大于待注漿地層的水壓力與土壓之和，并取儲備系數為1.1～1.3。鉆孔布置及注漿壓力171施工要點

1．注漿管和孔口套管

一次式注漿時可不用注漿管。

分段式注漿時用注漿管。采用帶孔眼的鋼管或塑料管。止?jié){塞有橡膠式、套管式。將止?jié){塞固定在注漿管上的設計位置一起放入鉆孔，用壓縮空氣或注漿壓力使其膨脹而堵塞注漿管與鉆孔之間的間隙，主要用于深孔注漿。全孔注漿采用前進或后退式分段注漿。

2．鉆孔根據地層條件及成孔效果選擇沖擊式鉆機或旋轉式鉆機。施工要點1723．注漿順序

先上后下，先內圈后外圈，先無水孔后有水孔，先上游（地下水）后下游。應利用止?jié){閥保持孔內壓力直至漿液完全凝固。

4．結束條件注漿壓力和單孔注漿量。

單孔結束條件：注漿壓力達到設計終壓；漿液注入量已達到計算值的80%以上。

全段結束條件：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注。注漿結束后檢查注漿效果，如未達標，應補孔注漿。3．注漿順序173『7.1.5▎水平旋噴預支護

噴射注漿法，又稱旋噴法，分為垂直和水平旋噴注漿。

水平旋噴注漿法是以高壓旋噴的方式壓注水泥漿，從而在隧道開挖輪廓外形成拱形預襯砌的超前預支護方法。

施工方法：旋噴注漿機沿掌子面周邊的設計位置旋噴注漿形成旋噴柱體，通過固結體的相互咬合形成預支護拱棚。

旋噴柱體的形成方法：水平鉆機成孔，鉆桿退出，水泥漿或水泥－水玻璃雙漿液旋噴注入孔腔，高壓射流切割腔壁土體與漿液攪拌混合、固結形成直徑600mm左右的固結體，同時壓縮和固結周圍地層?！?.1.5▎水平旋噴預支護噴射注漿法，又稱旋噴174

旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預支護拱棚，在松散不穩(wěn)定地層隧道中，可有效控制坍塌和地層變形。水平旋噴樁抗彎性能不強，施工控制難度較大，目前我國的水平旋噴鉆機性能不過關，制約了水平旋噴預支護技術的應用和發(fā)展。它主要適用于粘性土、砂類土、淤泥等地層。旋噴柱體沿隧道拱部形成環(huán)向咬合、縱向搭接的預支護拱棚175鉆機定位鉆出旋噴孔自孔底噴漿，形成固結體鉆機定位鉆出旋噴孔自孔底噴漿，形成固結體176可插入芯材（如鋼筋或鋼管），提高固結體的抗彎折能力拔出噴頭，木塞塞入孔口，制止?jié){液外流可插入芯材（如鋼筋或鋼管），提高固結體的抗彎折能力拔出噴頭177（a）意大利產重型水平懸噴鉆機（b）1983年研制的輕型水平懸噴鉆機（c）三一重工2008年產中型水平懸噴鉆機（a）意大利產重型水平懸噴鉆機（b）1983年研制的輕型水178『7.1.6▎機械預切槽法

機械預切槽法是利用專業(yè)的切槽機械，沿隧道外輪廓切割一定深度的切槽。切槽方式有帶鋸式和排鉆式兩種。在硬巖地層中，利用該切槽，作為爆破振動的隔振層，主要起隔振或減振的作用。在軟石或砂質地層中，在切槽內填筑混凝土，形成預支護拱，提高隧道穩(wěn)定性。下圖為軟巖中預切槽法示意圖。『7.1.6▎機械預切槽法機械預切槽法是利用專業(yè)179NewPLS預切槽機的概觀NewPLS預切槽機的概觀180雙聯(lián)鏈式切刀概觀

（臂長4米，自重約10噸）雙聯(lián)鏈式切刀概觀181NewPLS機沿隧道縱斷面連續(xù)移動作業(yè)示意圖切刀沿斷面導軌移動開槽同時做成的連續(xù)預置混凝土拱圈操縱員與操縱臺位置機械沿縱向導軌前后移動NewPLS機沿隧道縱斷面連續(xù)移動作業(yè)示意圖切刀沿斷面導軌182NewPLS預切槽機的施工現場作業(yè)空間大預切槽機設備（名立隧道試驗）NewPLS預切槽機的施工現場預切槽機設備（名立隧道試驗）183預切槽切割施工示意（試驗施工）混凝土試樣外側（側向模板附近）中部（灌注口附近）內側（地山內側）預切槽切割施工示意（試驗施工）混凝土試樣外側（側向模板附近）184作業(yè)過程：

(1)用預切槽鋸沿隧道外廓弧形拱深切一寬15～30cm、長約5m的切槽。

(2)在切槽內立即填充高強度噴射混凝土，形成長3～5m的整體連續(xù)拱，兩次連續(xù)拱的搭接長度為0.5～2.0m。

(3)用挖掘機或臂式掘進機開挖掌子面。

(4)必要時，掌子面施設玻璃纖維錨桿穩(wěn)定作業(yè)面并噴砼。

(5)安裝隧道防水層，進行二次襯砌。機械預切槽法的優(yōu)點：減輕硬巖爆破時振動的擴展；快速形成整體空間弧形拱，減小圍巖變形與地表沉陷；作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。作業(yè)過程：機械預切槽法的優(yōu)點：185作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。預槽開挖和混凝土灌注同時完成，避免導致土層應變的應力釋放。機械預切槽法的缺點：在硬巖地層中推進速度慢，較適合用于市區(qū)隧道工程、松散地層和大斷面隧道。作業(yè)全程機械化，進度快速均衡，節(jié)約成本。1867.2隧道爆破施工技術7.2.1爆破對固體介質的破壞作用炸藥爆炸過程是爆轟波傳播過程，也是炮轟成氣體做功的過程。炸藥爆炸，爆炸波轟擊巖面，以沖擊波形式向巖體內部傳播，形成動態(tài)應力場。作用時間短，能量密度高，炮孔邊巖石粉碎性破壞。爆炸氣體靜壓和膨脹做功，巖石受切向拉力，強度達到巖石抗拉強度時，巖石破壞產生徑向裂隙。在爆炸結束的瞬間，溫度下降，氣體逸散，介質又為釋放壓縮能回彈，可能產生環(huán)向裂縫。爆破力作用下，偏離徑向450的方向上可能產生剪切裂縫。炸藥的爆炸反應具有的特點。高溫、高壓和高速度7.2隧道爆破施工技術7.2.1爆破對固體介質的破壞187爆破作用的區(qū)域劃分爆破周圍區(qū)域劃分（1）壓縮粉碎區(qū)指半徑為R1范圍的區(qū)域。介質距離藥包最近，受到的壓力最大，破壞最大。土壤或軟巖時壓縮形成一個環(huán)形體孔腔；硬巖時產生粉碎性破壞。震動區(qū)3R拋擲區(qū)破壞區(qū)R1壓縮粉碎區(qū)2R4R（2）拋擲區(qū)R1與R2之間的范圍叫拋擲區(qū)。介質的結構被破壞成碎塊。有多余能量使碎塊獲得運動速度，有臨空面時，在臨空面方向上被拋擲出去，產生拋擲運動。爆破作用的區(qū)域劃分爆破周圍區(qū)域劃分（1）壓縮粉碎區(qū)震動區(qū)3188（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)域內只能使介質破裂松動，已沒有能力使碎塊產生拋擲運動。（4）震動區(qū)R3與R4之間的范圍叫爆破震動區(qū)。在此范圍內，爆破能量只能使介質發(fā)生彈性變形，不能產生破壞作用。爆破周圍區(qū)域劃分震動區(qū)4R3R2RR1壓縮粉碎區(qū)拋擲區(qū)破壞區(qū)（3）破壞區(qū)爆破周圍區(qū)域劃分震動區(qū)4R3R2RR1壓縮粉碎區(qū)1897.2.2隧道爆破設計隧道施工所采用的爆破方法中，用得最多的是炮眼爆破法。爆破方法要研究的問題主要是炮眼布置、炮眼參數以及裝藥起爆等。炮眼參數：炮眼直徑、炮眼數目、炮眼長度。裝藥起爆：正向起爆、反向起爆、雙向起爆；非電起爆、電起爆。7.2.2隧道爆破設計隧道施工所采用的爆破方法中，用得最190掘進工作面的炮眼可分為掏槽眼、輔助眼和周邊眼