淺 析 公 路 隧 道 的 設(shè) 計 和 施 工 

結(jié)合本管段隧道的TRANBBS設(shè)計情況和TRANBBS施工中的實際情況，特對各分項工程分化講解如下：
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，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級及以下軟弱圍巖。復(fù)合式襯砌中噴錨支護是柔性結(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是作為臨時支護措施（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作為初期支護（當(dāng)然也作臨時支護用）和二次模筑混凝土都是永久結(jié)構(gòu)受力的部分，且設(shè)計上認(rèn)為復(fù)合式襯砌中的初期支護是永久結(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作為永久結(jié)構(gòu)。
     通過對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)識到：復(fù)合式襯砌中噴錨支護施工的重要性。噴錨支護施工質(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
初期支護是在噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等支護中進行選擇，組成不同的支護形式。
（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、分層施噴，噴層雖薄但具有較高的早期強度，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：對水泥、砂、石、速凝劑、水等的質(zhì)量要進行檢驗。水泥、速凝劑最好是新鮮的，并經(jīng)相容性試驗合格。砂、石含水率應(yīng)符合要求。
機械及管路方面：噴射機、混凝土攪拌機等在使用前均應(yīng)檢修完好，就位前要進行試運轉(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，水灰比的控制只能憑噴射手的經(jīng)驗?zāi)繙y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，混凝土不密實，則說明水量小；如果表面塑性大或出現(xiàn)流淌，滑動現(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，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，應(yīng)先噴凹處找平，然后向上噴射。噴射時噴嘴料束應(yīng)呈旋轉(zhuǎn)軌跡運動，一圈壓半圈，縱向按蛇形進行。為使噴層表面平整，噴射完后應(yīng)對表面掃射一層。此時噴射順序應(yīng)自上而下，噴頭料束呈橫掃方式運動，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。
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效果的措施：采用高強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)時間較短的圍巖中修建隧道時，如果在噴射混凝土及錨固錨桿的砂漿尚未達(dá)到所須強度之前就須對開挖巖面進行支護時，應(yīng)采用鋼架。因鋼架在架設(shè)后，可立即起到支護作用。另外，當(dāng)圍巖壓力大或變形發(fā)展較快時，也應(yīng)采用鋼架，加強初期支護。
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)隧道交驗時都要求做到不滲不漏。對隧道滲漏水提出了很高的要求。現(xiàn)隧道施工中設(shè)計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)防水板時應(yīng)注意幾個方面：初期支護表面要求基本平順，錨桿尾部外露長度應(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
施工監(jiān)控量測是在隧道開挖過程中，使用各種量測儀表和工具對圍巖變化情況和支護結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)進行量測、及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護結(jié)構(gòu)可靠性的安全信息，預(yù)見事故和險情，作為調(diào)整和修改支護設(shè)計的依據(jù)，并在復(fù)合式襯砌中，依據(jù)量測結(jié)果確定二次襯砌施作的時間。
監(jiān)控量測可分為必測項目和選測項目。必測項目包括：洞內(nèi)外觀察，水平凈空變化量測，拱頂下沉

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量測，淺埋隧道地表下沉量測。
一）、洞內(nèi)觀察
開挖工作面的觀察，在每個開挖面進行，特別是軟弱圍巖條件下，開挖后應(yīng)立即進行地質(zhì)調(diào)查。若遇特殊不穩(wěn)定情況時，應(yīng)派專人進行不間斷的觀察。
1）、對開挖后沒有支護的圍巖的觀測
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）、對開挖后已支護地段圍巖動態(tài)的觀測
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)控量測資料的整理與反饋
1、監(jiān)控量測的目的是通過對圍巖和支護的變位、應(yīng)力量測，反饋到施工上，及時調(diào)整施工組織和支護系統(tǒng)，保證隧道施工安全。
2、隧道周壁任意點的實測相對位移值或用回歸分析推算的總相對位移值均應(yīng)小于下表中所列數(shù)據(jù)。當(dāng)位移速率無明顯下降，而此時實測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，應(yīng)立即采取補強措施，并調(diào)整原支護參數(shù)或開挖方法。


隧道周邊允許相對位移值（%）
         覆蓋層厚度（m）圍巖類型  允許相對位移值（%） ＜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、相對位移值是指實測相對位移值與兩測點間距離之比,或拱頂位移實測值與隧道寬度之比。 
    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測和資料積累作適當(dāng)調(diào)整。
3、二次襯砌的施作應(yīng)在滿足下列要求時進行：
a、 各測試項目的位移速率明顯收斂，圍巖基本穩(wěn)定；
b、 已產(chǎn)生的各項位移已達(dá)到預(yù)計總位移量的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
變形管理等級
管理等級 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)加強支護
Ⅰ U＞2U0/3 應(yīng)采取特殊措施
注：U-實測位移值；U0-最大允許位移值。
五、幾種不良地質(zhì)構(gòu)造及地下水對隧道施工的影響
一）、傾斜巖層對隧道施工的影響
巖層構(gòu)造 無軟弱結(jié)構(gòu)面時 有軟弱結(jié)構(gòu)面時
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，影響支護及襯砌穩(wěn)定。
陡傾的（30°~60°） 層面及節(jié)理結(jié)合不良時，易出現(xiàn)滑動偏壓等情況 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，在有地下水時尤應(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，強度極度降低。
三）、斷層對隧道施工的影響
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，巖體強度低，圍巖壓力較大。
斷層對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，施工時應(yīng)加強支護工作，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，極易儲存大量地下水，開挖時常常發(fā)生承壓涌水，危害極大。
四）、地下水對圍巖穩(wěn)定性和隧道施工的影響
地下水對圍巖（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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