從安全、技術(shù)、管理談大斷面隧道的設(shè)計(jì)與施工中的關(guān)鍵問(wèn)題(西南交大)

1、2022-1-51 從安全、技術(shù)、管理談大斷面隧道的設(shè)計(jì)與施工中的關(guān)鍵問(wèn)題 西南交大西南交大 關(guān)寶樹(shù)關(guān)寶樹(shù)2022-1-52一、背景背景1、世界范圍內(nèi)，鐵路建設(shè)的重新定位，一些長(zhǎng)大隧道，不斷涌現(xiàn)。鐵路隧道 例如歐洲共同體，啟動(dòng)了新一輪的高速鐵路建設(shè)計(jì)劃，其中在穿越阿爾匹斯山區(qū)的線路上出現(xiàn)了幾座特長(zhǎng)鐵路隧道（圖1）。2022-1-53穿越阿爾匹斯山幾座特長(zhǎng)鐵路隧道2022-1-542022-1-552、我國(guó)客運(yùn)專(zhuān)線的啟動(dòng)，引發(fā)新一輪鐵路隧道的建設(shè)。 例如我國(guó)鐵路開(kāi)始的新一輪鐵路建設(shè)，在總長(zhǎng)12500km的鐵路線上，隧道總延長(zhǎng)約2500km，而目前開(kāi)始修建的客運(yùn)專(zhuān)線就有近700km的單、雙線鐵路隧

2、道，長(zhǎng)度超過(guò)10km以上的，有10多座，其中最長(zhǎng)的太行山隧道，長(zhǎng)度達(dá)27.8km，目前已經(jīng)開(kāi)始修建。 我國(guó)長(zhǎng)度超過(guò)10km的鐵路隧道列于表1。2022-1-56表表1 中國(guó)特長(zhǎng)鐵路隧道表中國(guó)特長(zhǎng)鐵路隧道表序號(hào)隧道名稱(chēng)長(zhǎng)度（m）線別建設(shè)時(shí)期1太行山隧道27892石太客專(zhuān)在建2烏鞘嶺隧道20050蘭武線20063秦嶺線隧道18456西康200054秦嶺線隧道18456西康2003125大瑤山隧道14294衡廣復(fù)線1987126野三關(guān)隧道13845宜萬(wàn)線在建7北天山隧道13573精河霍爾果斯在建8呂梁山隧道13365太原中衛(wèi)規(guī)劃9大別山隧道13251武漢合肥規(guī)劃10霞浦隧道13124溫州福州線規(guī)劃1

3、1長(zhǎng)梁山隧道12782朔黃2000312東秦嶺隧道12268西合線2003313堡鎮(zhèn)隧道11588宜萬(wàn)線在建14南梁隧道11451石太客專(zhuān)在建15通海隧道11115玉溪蒙自鐵路規(guī)劃16圓梁山隧道11068 渝懷20041217金寨隧道10682武漢合肥規(guī)劃18大巴山隧道10655襄渝線規(guī)劃19齊岳山隧道10469宜萬(wàn)線在建20大瑤山一號(hào)10080武廣客專(zhuān)在建2022-1-57 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2004年底的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，各國(guó)已經(jīng)建成通車(chē)的、正在修建的和規(guī)劃中的長(zhǎng)度超過(guò)10km以上的公路隧道及鐵路隧道，共有117座，其中中國(guó)擁有22座。約占20。2022-1-58NO隧道名稱(chēng)長(zhǎng)度（km）所在地開(kāi)通時(shí)間

4、1Gotthard Base57.1瑞士施工中2Basis Bernner55.0澳大利亞意大利規(guī)劃中3 青函53.9北海道青森19884Basis MondAmbin52.1法國(guó)意大利施工中5Channel（Euro）50.5法國(guó)英國(guó)19946Lotchberg Base34.6瑞士施工中7Koralm32.8澳大利亞規(guī)劃中8Guadarrma28.4西班牙施工中9太行山27.9中國(guó)規(guī)劃中10八甲田26.5日本施工中11巖手一戶25.8日本200212Pajares Base24.7西班牙規(guī)劃中13Lainzer Wienerwald23.9澳大利亞規(guī)劃中14飯山22.2日本施工中15大清水

5、22.2日本198216烏鞘嶺20.1中國(guó)施工中17Belledonne20.0法國(guó)規(guī)劃中18La Grande Chartreuse20.0法國(guó)規(guī)劃中19Lianoklade Domokos20.0希臘規(guī)劃中20Simplon（No2）19.8瑞士意大利192221Simplon（No1）19.8瑞士意大利190622Zimmerberg Basis19.7瑞士施工中23Semmering Basis19.2澳大利亞竣工24Vereina19.1瑞士199925Channel Tunnel Link19.0英國(guó)施工中26新關(guān)門(mén)18.7日本197527Vaglia18.6意大利施工中28Ape

6、nnino18.5意大利193429秦嶺18.5中國(guó)200330Valico16.6意大利 31六甲16.3日本197232Purka Base15.4瑞士198233榛名15.4日本19822022-1-5934Severomuyskiy15.3俄羅斯200135五里峰15.2日本199736Firenzuola15.1意大利施工中37Monte Santaomarco15.0意大利198738St Gotthard15.0瑞士188239Ceneri Basis15.0瑞士施工中40Civ 415.0澳大利亞規(guī)劃中41Cveneri Basis15.0 瑞士規(guī)劃中42中山14.9日本198

7、243Lotchberg14.6瑞士191344Mout McDonaid14.6加拿大198845Romeriksporten14.6挪威199946Cikarija14.3克羅地亞規(guī)劃中47大瑤山14.3中國(guó)198748Taiwan HSR project14.0中國(guó)臺(tái)灣施工中49北陸13.9日本196250野三關(guān)13.8中國(guó)施工中51北天山13.6中國(guó)施工中52Frejus13.5法國(guó)意大利187153 新清水13.5日本196754Savio13.5芬蘭規(guī)劃中55呂梁山13.4中國(guó)規(guī)劃中56Hex River13.4南非 57大別山13.3中國(guó)規(guī)劃中58Bosporus13.3土耳其規(guī)

8、劃中59Caponero Capoverde 13.3意大利200160Sciliar13.2意大利199361霞浦13.1中國(guó)規(guī)劃中62安蕓13.0日本197563Peloritana12.8意大利200164長(zhǎng)梁山12.8中國(guó)200265Inntal12.7澳大利亞199466New Cascade12.5美國(guó)192967Lainzer12.3澳大利亞施工中68東秦嶺12.3中國(guó)20032022-1-51069Novo Kunsnetzkij12.2俄羅斯195770Bussoleno bypass12.1意大利規(guī)劃中71Jammu Udhapur12.0印度規(guī)劃中72Epine 12.0

9、法國(guó)規(guī)劃中73筑紫11.9日本施工中74北九州11.7日本197575福島11.7日本198276Wienerwald11.6澳大利亞施工中77堡鎮(zhèn)11.6中國(guó)施工中78Radfeid Wiesing11.4澳大利亞施工中79頸城11.4日本196980Flathead11.3美國(guó)197081南梁11.2中國(guó)規(guī)劃中82鹽澤11.2日本1982 83藏王11.2日本1982 84通海11.1中國(guó)規(guī)劃中85Monterotond11.1意大利施工中86圓梁山11.1中國(guó)200587San Donand11.0意大利1986 88Paris CDG10.8法國(guó)規(guī)劃中89Landruckenn10.8

10、德國(guó)198890金寨10.7中國(guó)規(guī)劃中91大巴山10.7中國(guó)規(guī)劃中92Lierasen10.7挪威197393Pianoro10.7意大利施工中94Finse10.6挪威199395Stans Terfens10.6澳大利亞施工中96Mundener10.6德國(guó)199197齊岳山10.5中國(guó)施工中98Raticosa10.4意大利施工中99生田10.4日本1976100赤倉(cāng)10.3日本1997101New Kuanying10.3中國(guó)臺(tái)灣規(guī)劃中102Ariberg10.2澳大利亞1884103Santa Lucia Basis10.2意大利1977104大瑤山1號(hào)10.1中國(guó)規(guī)劃中2022-1

11、-511 10km以上的公路隧道NO隧道名稱(chēng)長(zhǎng)度所在地開(kāi)通1Laerdal24.5挪威20002終南山18.0中國(guó)施工中3St Gotthard16.9瑞士19804Ariberg14.0澳大利亞19785雪山12.9中國(guó)臺(tái)灣施工中6Frejus12.9法國(guó)意大利19807Mont Branc11.6法國(guó)意大利19658Gudvanga11.4挪威19919Folgefonn11.2挪威199110關(guān)越（上）11.1日本199111飛彈10.7日本施工中12Gran Sasso10.2意大利198413Le tunnel Est10.1法國(guó)施工中 注：隧道長(zhǎng)度，按4舍5入計(jì)，取小數(shù)點(diǎn)后1位。

12、本表的中國(guó)數(shù)據(jù)到2005年4月，其它國(guó)家到2003年7月。2022-1-512 因此，在隧道工程領(lǐng)域中，我們不僅是一個(gè)名副其實(shí)的“隧道隧道”大國(guó)大國(guó)，而且正在向“隧道隧道”強(qiáng)國(guó)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)。2022-1-5133、這些鐵路隧道都是以高速為基礎(chǔ)修建的,因此，凈空斷面積增加較多，特別是開(kāi)挖斷面積增大了，給設(shè)計(jì)施工帶來(lái)新的問(wèn)題。國(guó)家線別線路長(zhǎng)度（km） 設(shè)計(jì)最高速度（km/h）營(yíng)業(yè)最高速度（km/h）隧道數(shù)量雙線標(biāo)準(zhǔn)斷面積（m2）日本東海道51521027069/13%63.5山陽(yáng)563250300268/47%63.5東北593260275184/63.4上越275260275107/39%63.5北

13、陸11726026063/54%63.5九州12826026085/69%63.5法國(guó)南東410300300大西洋28435030016/6%71北歐333350300100地中海250350300（320）13/5%100德國(guó)ICE9930028030/3082哈諾法327300330120/37%82法蘭克22%92意大利羅馬23730025071/30%西班牙馬德里47130030016/3%75英國(guó)CTRL10930030026/24%韓國(guó)KTX412350300189/46%107中國(guó)臺(tái)灣臺(tái)北34535030065/19%90合計(jì)624213392022-1

14、-514 這些長(zhǎng)隧道的修建，無(wú)疑地是一個(gè)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，我們應(yīng)該利用這個(gè)機(jī)遇，將我國(guó)的隧道設(shè)計(jì)、施工及維修管理的技術(shù)提高到一個(gè)新的水平。 應(yīng)該指出，我國(guó)近4000km的鐵路隧道和近1000km的公路隧道，以及水工隧道、部分地下鐵道，基本上是采用礦山法修筑的，因此，這次發(fā)言也把重點(diǎn)放在客運(yùn)專(zhuān)線的隧道工程，以礦山法修建隧道的技礦山法修建隧道的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展上。2022-1-515二、客運(yùn)專(zhuān)線的隧道特點(diǎn)2022-1-516n 為了迎接市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)，近期，鐵道部啟動(dòng)了以250km/h、300km/h和350km/h速度為目標(biāo)的客運(yùn)專(zhuān)線的建設(shè)工程，我國(guó)的鐵路建設(shè)又進(jìn)入了一個(gè)新階段。由于速度

15、的跨越，對(duì)構(gòu)成線路的各種結(jié)構(gòu)物，包括橋梁、隧道、軌道、路基等，提出了更加嚴(yán)格的要求和標(biāo)準(zhǔn)，也提出來(lái)許多前所未有的新課題。n 目前，正在建設(shè)的和擬建的幾條客運(yùn)專(zhuān)線都有大量的隧道工程涌現(xiàn)。在客運(yùn)專(zhuān)線條件下，如何針對(duì)隧道觀察的特點(diǎn)、認(rèn)識(shí)和解決所面臨的新問(wèn)題，是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。2022-1-517n 首先，如何認(rèn)識(shí)客運(yùn)專(zhuān)線中隧道工程與一般線路中隧道工程有何不同。2022-1-518一、列車(chē)運(yùn)行的高速度，引起的列車(chē)空氣動(dòng)力空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題突出學(xué)問(wèn)題突出，不容忽視； 這包括： 隧道凈空有效斷面積的確定舒適性； 列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的空氣壓對(duì)結(jié)構(gòu)物的影響耐久性； 對(duì)周邊環(huán)境的影響緩沖結(jié)構(gòu)的設(shè)置。三個(gè)方面的問(wèn)題。2

16、022-1-519二、考慮列車(chē)高速運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)，隧道的凈空有效斷面積增大，例如在350km/h速度的條件下,級(jí)圍巖隧道的開(kāi)挖斷面積可達(dá)170m2，屬于超大斷面隧道的范疇，與三車(chē)道公路屬于超大斷面隧道的范疇，與三車(chē)道公路隧道的開(kāi)挖斷面積相當(dāng)，給設(shè)計(jì)、施工提隧道的開(kāi)挖斷面積相當(dāng)，給設(shè)計(jì)、施工提出來(lái)許多新課題；出來(lái)許多新課題；2022-1-520三、由于開(kāi)挖斷面積的增大，施工難度也急劇增加，特別是對(duì)一般地質(zhì)條件下的初期支護(hù)技術(shù)初期支護(hù)技術(shù)和不良地質(zhì)條件下的超前支護(hù)技術(shù)超前支護(hù)技術(shù)，提出來(lái)很高的要求；2022-1-521四、列車(chē)高速運(yùn)行的作用，對(duì)洞內(nèi)軌道（包括基底結(jié)構(gòu)，如仰拱或鋪底、混凝土填充層等）的影

17、響增大，不僅需要加強(qiáng)基底結(jié)構(gòu)，需要加強(qiáng)基底結(jié)構(gòu)，對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)也具有一定的影響，不容忽視。2022-1-522五、對(duì)襯砌混凝土的耐久性，如抵抗列車(chē)風(fēng)壓的疲疲勞特性勞特性；如何保證初期支護(hù)的噴混凝土的耐久性噴混凝土的耐久性?，以及大斷面襯砌結(jié)構(gòu)的抗開(kāi)裂特性等，都提出來(lái)了明確的要求；2022-1-523六、由于這一輪隧道工程的數(shù)量特別巨大，因此，降低工程造價(jià)，意義也特別重大。2022-1-524 總之，目前要解決的問(wèn)題是：高速運(yùn)營(yíng)條高速運(yùn)營(yíng)條件下的超大斷面隧道的設(shè)計(jì)施工問(wèn)題件下的超大斷面隧道的設(shè)計(jì)施工問(wèn)題。 因此、客運(yùn)專(zhuān)線的隧道工程，將是提高我國(guó)隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)的重要機(jī)遇。我們應(yīng)該下大力下大力氣，切實(shí)

18、地做出具有時(shí)代意義的貢獻(xiàn)氣，切實(shí)地做出具有時(shí)代意義的貢獻(xiàn)。2022-1-525何謂大斷面？ 目前我國(guó)大斷面（三車(chē)道）公路隧道已開(kāi)始修建，如聯(lián)絡(luò)重慶市的幾條高速公路也從一開(kāi)始就決定采用3車(chē)道的大斷面隧道，如鐵山隧道，大梅沙隧道、大寶山隧道等都是三車(chē)道大斷面的。由于3車(chē)道公路隧道的斷面積比雙車(chē)道大得多,例如，第二東名公路初期建設(shè)的三車(chē)道隧道的斷面積為113170m2 比一般雙車(chē)道的85m2 大1.52.0倍。目前為適應(yīng)140km/h高速度的要求而規(guī)劃的3車(chē)道公路隧道，其斷面積達(dá)170m2200m2，局部斷面達(dá)230m2的超大斷面，開(kāi)挖寬度達(dá)23m。較初期三車(chē)道隧道斷面又增加了1.31.5倍。英法海

19、峽隧道分叉處斷面的開(kāi)挖寬度達(dá)21.2m，開(kāi)挖高度達(dá)15.4m，開(kāi)挖斷面積為252.2m2。又如，日本的第二布引隧道，在分叉段是從2車(chē)道（凈空斷面積59m2）變化到34車(chē)道的斷面（最大開(kāi)挖寬度24m、開(kāi)挖斷面積240m2）。2022-1-526n 大斷面隧道的分類(lèi)n n 隧道斷面劃分和開(kāi)挖斷面積 （日本）劃分開(kāi)挖斷面積(m2)說(shuō)明標(biāo)準(zhǔn)斷面大斷面超大斷面7080100120140雙車(chē)道有人行道的雙車(chē)道車(chē)道與路面寬相同的三道2022-1-527日本公路隧道斷面劃分的基準(zhǔn)（2003年）通常斷面大斷面小斷面凈空寬度（m） 8.512.512.514.03.05.0凈空形狀上部斷面為單心園上半斷面為三心園

20、上半斷面為單心園，側(cè)壁為直墻凈空縱橫比約0.6以上約0.57以上約0.8以上凈空斷面積（m2）約4080約80100約8162022-1-528 國(guó)際隧協(xié)的斷面劃分 劃 分凈空斷面積(m2)超小斷面小斷面中等斷面大斷面超大斷面100.02022-1-5292022-1-530 大斷面意味著什么？在同樣圍巖條件下，隨著開(kāi)挖斷面積的增加，意味著： 1、掌子面的穩(wěn)定性的降低； 2、施工難度、特別是施工安全管理的難度增大； 3、施工風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率加大； 4、結(jié)構(gòu)物質(zhì)量要求的提高。2022-1-531 大斷面隧道施工的基本問(wèn)題安全：安全為主線，技術(shù)和管理為后盾，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)技術(shù)：以技術(shù)確保掌子面穩(wěn)定和施

21、工質(zhì)量管理：以風(fēng)險(xiǎn)觀點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精細(xì)的工程管理2022-1-532n結(jié)合具體情況，主要談三個(gè)問(wèn)題：n1、初期支護(hù)；n2、初期支護(hù)的噴混凝土；n3、隧道防水板的鋪設(shè)工藝。2022-1-533一、掌子面穩(wěn)定性n 在大斷面條件下，如何控制掌子面的穩(wěn)定性，減少和預(yù)防掌子面出現(xiàn)坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，是極為重要的。特別是在通過(guò)各種不良地質(zhì)地段時(shí)。n 從風(fēng)險(xiǎn)的角度看，掌子面失穩(wěn)有多種方式：n 掌子面擠出；n 掌子面拱部坍塌；n 上半斷面拱腳下沉；n 底部鼓起等。n 從技術(shù)角度出發(fā)，預(yù)防和減少上述風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的主要方法也是多種多樣的。n 超前支護(hù)；n 擴(kuò)大拱腳、設(shè)置拱腳錨桿或錨管；n 正面噴射混凝土和錨桿；n 底腳錨桿或錨管等。

22、2022-1-534 例如意大利在修建高速鐵路隧道中，曾采用以下穩(wěn)定掌子面的方法。 這些方法都是為了確保掌子面穩(wěn)定，減少施工風(fēng)險(xiǎn)而形成的。2022-1-5352022-1-5362022-1-537超前支護(hù) 工程實(shí)踐證實(shí)，在地質(zhì)不良的地段，發(fā)展各種穩(wěn)定掌子面的輔助工法并使之模式化是極為重要的。日本、意大利在這方面都做了極有成效的工作。定義：以穩(wěn)定掌子面和地層下沉為目的的拱形薄殼結(jié)構(gòu)體。即：不僅沿隧道縱向具有梁結(jié)構(gòu)的作用，在橫斷方向還具有拱形結(jié)構(gòu)支護(hù)效果的支護(hù)。適用范圍： 1、需要提高掌子面穩(wěn)定性的土砂圍巖； 2、以控制地表下沉和相鄰結(jié)構(gòu)物的影響為主要目的的場(chǎng)合；如淺埋地點(diǎn)、接近重要結(jié)構(gòu)物施工的

23、場(chǎng)合等2022-1-538模式化的超前支護(hù) 日本在新版“城市礦山法隧道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”（2004年）中，把超前支護(hù)類(lèi)型、參數(shù)及適用條件做了具體的規(guī)定。2022-1-539 超前支護(hù)由于構(gòu)筑方法的不同，有的是以橫向剛性大的拱形構(gòu)造為主，有的是以縱向連續(xù)性強(qiáng)的梁構(gòu)造為主，也有具有兩者功能的。其分類(lèi)列于下表。 超前支護(hù)方法分類(lèi)超前支護(hù)的分類(lèi)預(yù)計(jì)的功能混凝土拱殼方式隧道橫向剛性大（拱結(jié)構(gòu)）水平噴射注漿方式隧道縱向剛性大（梁結(jié)構(gòu)）長(zhǎng)鋼管注漿方式2022-1-540預(yù)襯砌其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)如下。超前支護(hù)厚度：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：.縱斷方向充填長(zhǎng)度：.搭接長(zhǎng)度：.超前殘余長(zhǎng)度：.（.）2022-

24、1-541水平噴射注漿方式其標(biāo)準(zhǔn)斷面如下：噴射改良體直徑：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：.（）縱斷方向改良長(zhǎng)度：搭接長(zhǎng)度：.超前殘余長(zhǎng)度：.（.）設(shè)置間距：（）2022-1-542長(zhǎng)鋼管注漿方式標(biāo)準(zhǔn)斷面如下：鋼管直徑：設(shè)置范圍：（）設(shè)置角度：（）縱斷方向鉆孔長(zhǎng)度：.（）縱斷方向注漿長(zhǎng)度：（m）搭接長(zhǎng)度：.超前殘余長(zhǎng)度：.（.）設(shè)置間距：（）2022-1-543n 除預(yù)襯砌方式外，其它兩種方式，我們也是經(jīng)常采用的。也取得不少的經(jīng)驗(yàn)，因此，當(dāng)務(wù)之急是如何提高超前支護(hù)技術(shù)的水平，一個(gè)重要措施就是首先要建立模式化的、標(biāo)準(zhǔn)的超前支護(hù)工法體系，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)我們的實(shí)踐確立各種超前支護(hù)的類(lèi)

25、型、設(shè)計(jì)參數(shù)及使用機(jī)械的配套。2022-1-544預(yù)襯砌工法的機(jī)械n預(yù)襯砌工法采用的機(jī)械，有2大類(lèi)：n1、排鉆。示于下圖。用其鉆設(shè)槽形孔，中央的鉆用于壓注砂漿或混凝土，形成拱形混凝土殼體。2022-1-545n2、裝備有切槽鉆頭的專(zhuān)用機(jī)械，用于鉆孔，同時(shí)充填混凝土。其機(jī)械概況示于下圖。2022-1-546腳部的施工機(jī)械之一2022-1-547腳部施工機(jī)械之二2022-1-548 二、支護(hù)結(jié)構(gòu) 在大斷面的條件下，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)需要加強(qiáng)。 加強(qiáng)的途徑有二。其一是改變過(guò)去采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如增加噴混凝土厚度，加密鋼支撐間距等；這是我們目前采用的主要方法。另一個(gè)方法就是改變材料的規(guī)格，例如高強(qiáng)度噴混凝

26、土、高承載力錨桿等。 第1種方法的后果，就是：加大了開(kāi)挖斷面積，這也是在同樣凈空斷面積的條件下，我們的開(kāi)挖斷面積比較大的原因之一。 第2種方法，是其他國(guó)家采用的主要方法。結(jié)果不僅提高了支護(hù)結(jié)構(gòu)的效果，也縮短了作業(yè)的時(shí)間。2022-1-549 支護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)成隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)包括： 初期支護(hù)；噴混凝土噴混凝土、錨桿、鋼支撐或格柵 超前支護(hù)； 二次襯砌包括仰拱及底板； 臨時(shí)支護(hù)：需要拆除的支護(hù)構(gòu)件，如中隔壁等。2022-1-550噴混凝土的幾個(gè)關(guān)鍵性的性能指標(biāo)1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度2、初期強(qiáng)度：3、附著強(qiáng)度；4、附著配比；5、回彈率；6、粉塵量。2022-1-551 1、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度 噴混凝土不僅是初期支護(hù)

27、的一個(gè)重要構(gòu)件，也是永久支護(hù)的一個(gè)重要組成部分。因此在許多國(guó)家都規(guī)定噴混凝土的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度，采用與襯砌混凝土同等的強(qiáng)度。不僅如此，考慮到材料、配比或者施工機(jī)械的技術(shù)進(jìn)展，噴混凝土穩(wěn)定的高強(qiáng)度已經(jīng)成為可能，因此噴混凝土的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度有向高強(qiáng)度方向發(fā)展的趨勢(shì)。例如，日本第二東名名神高速公路，在大斷面隧道大斷面隧道中，采用材齡28天的抗壓強(qiáng)度36N/mm2作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度。也有的國(guó)家規(guī)定在不良地質(zhì)條件下采用高強(qiáng)度噴混凝土的建議。2022-1-552n 在一般地質(zhì)條件下的隧道，噴混凝土設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度采用與襯砌混凝土強(qiáng)度相當(dāng)?shù)慕ㄗh是可行的。另外應(yīng)該指出，在歐洲一些國(guó)家的噴混凝土規(guī)定中，很少有采用小于C25

28、等級(jí)的噴混凝土。n 在不良地質(zhì)條件下的隧道，應(yīng)該提高噴混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，采用高強(qiáng)度混凝土也是合適的。2022-1-553 噴混凝土抗壓強(qiáng)度劃分噴混凝土抗壓強(qiáng)度劃分 EFNARC的標(biāo)準(zhǔn) 強(qiáng)度劃分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60圓柱體試件24283236404448立方體試件303540455055802022-1-554 挪威的標(biāo)準(zhǔn)挪威的標(biāo)準(zhǔn)噴混凝土抗壓強(qiáng)度劃分噴混凝土抗壓強(qiáng)度劃分抗壓強(qiáng)度(MPa)C30C35C40C45C50C55立方體試件的最小抗壓強(qiáng)度303540455055取樣試件的最小抗壓強(qiáng)度19.2 22.4 25.6 28.8 3

29、2.0 35.2 2022-1-5552、初期強(qiáng)度n 一般說(shuō)，噴混凝土是最先施設(shè)的，都希望它盡快地發(fā)揮作用，這是我們要求噴混凝土具有一定初期強(qiáng)度的目的。n 設(shè)定噴混凝土初期強(qiáng)度的場(chǎng)合，應(yīng)考慮隧道開(kāi)挖條件及隨掌子面進(jìn)展產(chǎn)生的圍巖動(dòng)態(tài)，以充分確保掌子面及其附近圍巖的穩(wěn)定，取24小時(shí)以內(nèi)的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)。n 初期強(qiáng)度，應(yīng)根據(jù)圍巖條件和施工條件，可以取24小時(shí)以外的強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，有的國(guó)家就是以3小時(shí)的強(qiáng)度作為基準(zhǔn)的。2022-1-556 初期強(qiáng)度的設(shè)定值與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)強(qiáng)度一樣，因隧道功能、斷面形狀等構(gòu)造條件、荷載條件及設(shè)計(jì)方法等而異。下表是日本各單位的初期強(qiáng)度設(shè)定事例。2022-1-557 日本日本 噴混凝土初

30、期強(qiáng)度設(shè)定事例噴混凝土初期強(qiáng)度設(shè)定事例單位類(lèi)別材齡3小時(shí)抗壓強(qiáng)度（N/mm2）材齡24小時(shí)抗壓強(qiáng)度（N/mm2）道路協(xié)會(huì)噴混凝土5鐵道建設(shè)運(yùn)輸設(shè)施高品質(zhì)噴混凝土1.58道路公團(tuán)噴混凝土5高強(qiáng)度噴混凝土210高強(qiáng)度纖維噴混凝土2102022-1-558n 歐洲，根據(jù)掌子面的進(jìn)展，考慮確保掌子面及其附近的圍巖穩(wěn)定的重要性，要求噴混凝土具有圖示的初期強(qiáng)度。2022-1-559J1 ：（AB）：適用于干燥圍巖、薄層施工的場(chǎng)合J2： (BC)：適用于厚層施工和有涌水，受到后續(xù)作業(yè)直接作用的場(chǎng)合J3： (C以上)：只適用于特殊條件的場(chǎng)合（例如，大量涌水的場(chǎng)合）2022-1-5603、附著強(qiáng)度 噴混凝土與圍

31、巖及其它物體的附著，是發(fā)揮噴混凝土支護(hù)作用的關(guān)鍵指標(biāo)。許多國(guó)家都有明確的規(guī)定。2022-1-561 噴凝土的歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EFNARC)G規(guī)定的附著強(qiáng)度如下表所示，通過(guò)附著試驗(yàn)核查。 附著強(qiáng)度最小值（MPa)附著的劃分與混凝土的附著與巖體的附著非結(jié)構(gòu)物0.50.1結(jié)構(gòu)物1.00.5挪威規(guī)定附著強(qiáng)度在0.21.8MPa之間。2022-1-562附著強(qiáng)度測(cè)定事例巖類(lèi)等礦物粒子大小附著強(qiáng)度 粗糙面破壞面片巖粘土礦物、綠泥石非常細(xì)0.240.180.280.11云母片巖石英、長(zhǎng)石、云母中位0.580.190.850.35片麻巖（葉狀構(gòu)造）石英、斜長(zhǎng)石、云母、角閃石中位0.190.050.510.11片麻巖

32、（葉狀構(gòu)造）石英、斜長(zhǎng)石、云母、角閃石中位1.53 0.281.8砂巖（裂隙多）石英、長(zhǎng)石細(xì)（1.1）破壞面（1.1）破壞面砂巖石英、長(zhǎng)石細(xì)1.81.8泥灰?guī)r方解石、粘土礦物細(xì)1.491.84石灰?guī)r方解石細(xì)1.580.121.540.30大理巖方解石中位1.380.301.520.28花崗巖、閃綠巖石英、斜長(zhǎng)石、黑云母粗0.340.121.120.20花崗巖、閃綠巖石英、斜長(zhǎng)石、黑云母中位1.040.321.400.26花崗巖、閃綠巖石英、斜長(zhǎng)石。黑云母細(xì)中位1.480.451.710.14輝綠巖斜長(zhǎng)石、輝石細(xì)中位1.560.251.7木版1.71.7噴混凝土表面1.71.72022-1-56

33、34、附著配比 對(duì)工程來(lái)說(shuō)，噴混凝土的附著配比是最有意義的。 附著配比指的是：噴混凝土噴射后附著在圍巖上的配比。它與噴射配比噴射配比、噴射工藝以及噴射工的技術(shù)熟練程噴射工藝以及噴射工的技術(shù)熟練程度度有直接的關(guān)系，不容忽視。下表是歐洲的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。噴射后噴混凝土強(qiáng)度（附著配比）C30C35C40C45C50C55噴射前噴混凝土強(qiáng)度（噴射配比）C38C43C48C54C60C652022-1-5645、回彈率及粉塵濃度n 回彈意味著粗骨料的損失，而粉塵則意味著微細(xì)顆粒的損失。這兩者對(duì)附著的噴混凝土質(zhì)量，具有重要的影響。n 因此，噴射施工中，如何控制回彈和減少粉塵的發(fā)生是很重要的課題。也是確保噴混凝土

34、質(zhì)量的重要課題。n 在質(zhì)量控制中，有的國(guó)家規(guī)定：回彈不能大于20，粉塵濃度不能大于5mg/m3，否則，就是不合格。2022-1-5656、噴射機(jī)械n 噴射機(jī)械的性能和能力是減少噴混凝土質(zhì)量離散性的重要保證。特別是，在大斷面隧道中，一次噴射混凝土的數(shù)量有所增加，同時(shí)為了縮短噴射時(shí)間，采用大容量，高性能的噴射機(jī)械，已是大勢(shì)所趨。因此許多國(guó)家都規(guī)定了噴射機(jī)的要求性能。如單位時(shí)間的噴射量等。有的更明確規(guī)定，噴射機(jī)的生產(chǎn)效率應(yīng)在10m3/h以上。許多施工單位也都認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，開(kāi)始采用大容量的噴射機(jī)，是非常英明的決策。2022-1-566 大斷面隧道如果仍然采用一般隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)，必然會(huì)加大開(kāi)挖斷面積、從

35、而延長(zhǎng)工期和增加成本。為了解決這個(gè)問(wèn)題，日本從修建第2東名高速公路起，就開(kāi)始研究對(duì)策。研究和實(shí)踐獲得如下的成果。2022-1-567日本第二東名高速公路隧道事例n凈空斷面積：約150m2n開(kāi)挖斷面積：最大200m2n采用高強(qiáng)噴混凝土：比采用普通噴混凝土的厚度，減少30；n錨桿采用高強(qiáng)錨桿（設(shè)計(jì)承載力28kN)，錨桿數(shù)量減少30；n采用高規(guī)格鋼支撐（HH154）；n二次襯砌采用高強(qiáng)噴混凝土，設(shè)計(jì)厚度減少10cmn不設(shè)變形富余量。2022-1-5681、噴混凝土的高強(qiáng)度化主要研究高強(qiáng)度噴混凝土和鋼纖維噴混凝土。高強(qiáng)度噴混凝土要求的強(qiáng)度列于下表。種類(lèi) 要求強(qiáng)度目標(biāo)強(qiáng)度3小時(shí)1天28天28天高強(qiáng)度配比

36、2以上10以上36以上50以上一般強(qiáng)度配比 5以上18以上2022-1-569高強(qiáng)度噴混凝土的標(biāo)準(zhǔn)配比列于下表要求強(qiáng)度（N/mm2）塌落度（cm）粗骨料最大尺寸（mm）單位水泥用量（kg）單位速凝劑對(duì)水泥的用量（）見(jiàn)上表1810450102022-1-570高強(qiáng)度鋼纖維噴混凝土主要用于裂隙發(fā)育的圍巖，標(biāo)準(zhǔn)的鋼纖維混入率為體積比的0.75。其標(biāo)準(zhǔn)配比列于下表。要求強(qiáng)度（N/mm2）28天彎曲韌性（cm）塌落度（cm）粗骨料最大尺寸（mm）單位水泥用量（kg）單位速凝劑對(duì)水泥用量（）見(jiàn)表1如圖所示1810450102022-1-5712、高承載力錨桿在清水進(jìn)行了下表的試驗(yàn)施工。噴混凝土鋼支撐厚度（

37、cm）強(qiáng)度（N/mm2）規(guī)格間距（m）標(biāo)準(zhǔn)2018H2001.5高強(qiáng)度 12.540、SFRC長(zhǎng)度（m） 橫向間距（m）縱向間距（m）承載力（kN）標(biāo)準(zhǔn)6.01.21.51801組6.02.01.53102組4.0和6.01.01.5180和3103組4.00.81.51802022-1-572從試驗(yàn)施工結(jié)果看，第1組的施工循環(huán)、成本最理想。第3組最差。因此，把第1組作為標(biāo)準(zhǔn)組合。2022-1-5733、高規(guī)格鋼支撐采用了與過(guò)去鋼材有相同延伸率的，抗拉強(qiáng)度590N/mm2、破斷延伸率17以上的高規(guī)格鋼支撐。屈服點(diǎn)（N/mm2）抗拉強(qiáng)度（N/mm2）破斷延伸率（）拉伸試驗(yàn)片炭素當(dāng)量Ceg高規(guī)格鋼440 590 171A 0.47一般規(guī)格鋼 245400510 171A2022-1-574與過(guò)去采用的鋼支撐比，可以小型化，其比較列于下表過(guò)去采用的高規(guī)格鋼NH-250 x250 x9x14HH-200 x201x9x12NH-200 x200 x8x12HH-154x151x8x12NH-150 x150 x7x10HH-123x125x6.5 x82022-1-5754、二次襯砌 同樣地，二次襯砌也采用高強(qiáng)度混凝土。根據(jù)試驗(yàn)，二次襯砌的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)從18N/mm2提高到3