一、概述

　　作為高等級公路的山嶺隧道來說，它是大型的永久性的地下建筑物。國家對此地下工程的投資大，對其工程的永久性質量要求很高。為此在隧道的修建過程中，從開挖到修建完成的每道工序、每個環節的分部工程、分項工程的施工質量，國家從技術政策上做出了多種強制規定，并制訂了質量標準，這就是國家級的各種設計、施工規范與驗收標準。

　　從總體上說：隧道工程的質量主要包括有：

　　1、隧道開挖工程質量;

　　2、隧道支護工程質量包括各種建筑材料的質量;

　　3、隧道排水工程質量包括防排水材料的質量;

　　4、隧道路面工程質量;

　　5、隧道洞口工程質量包括明洞工程質量，就是這五大塊質量和總體。

　　二、隧道工程中各分項工程的控制

　　按《公路工程質量檢驗評定標準》的規定：每座隧道應是具有獨立施工條件的單位工程。每個單位工程中又按照施工長度、結構部位、施工特點等劃分出了9項分部工程，每項分部工程下又按不同的施工方法、材料、工序等劃分出了若干個分項工程。總之由于隧道屬地下隱蔽工程，其建設條件又不可預見，可變因素多的特點，影響總體工程質量的因素環節較多，為此，應嚴格按各種規范要求及驗收標準的規定，層層把關，控制、驗收，才能達到本高速路工程質量全優的質量目標。下面就將隧道工程中開挖、支護的重要性講一下。

　　(一)隧道開挖

　　當隧道圍巖類別及其相應的結構形式確定后，如何選用相適應的開挖方法和支護條件是關鍵的第一步。設計文件根據通過結構計算和以往工程中所采用的支護所得成功經驗，給定了不同圍巖的開挖方法和支護參數。根據設計文件建議的開挖方法，執行具體施工的承包商應認真的研究與試驗，應選擇安全轉換工序，快速的掘進方法：一般在Ⅱ類圍巖及以下的軟弱圍巖，一般采取多導坑的分部開挖法，如側壁導坑法。開挖工藝應遵循短進尺，早封閉，強支護的要求。對于Ⅱ-Ⅳ類圍巖及以下的軟弱圍巖，一般采用兩步臺階法即長臺階法：上部斷面先行，待全部完成或大部完成上部斷面后再開挖下部斷面。在開挖工藝上應遵循控制進尺，光面爆破，支護緊跟的要求;對Ⅳ-Ⅵ類圍巖，一般采用全斷面開挖法，其開挖斷面應一步到位，在開挖工藝上，應通過多次試驗選擇合理的進尺爆破參數，采用光面爆破法。對局部因圍巖巖層不利或層理、節理發育地段，及時采取錨網噴支護。

　　對于Ⅲ類-Ⅵ類圍巖地段的光面爆破開挖法，應通過多次試驗，才能選擇出一套。從鉆孔的布置方向、數量、深度、裝藥量，引爆順序等多種因素控制的爆破參數。對于地下工程來說不論因內外的經驗都證實這是在鉆爆法開挖中對洞室圍巖擾動最小，工程投資最省的方法。一般比較成熟的施工部門也都愿意接受這種方法。從目前本高速路各隧道的掘進中均采用了此種方法，但是其效果有差異，有的隧道圍巖條件能達到Ⅳ-Ⅴ類，圍巖的結構性質也差不多，但開挖的內輪廓及超欠挖的情況大不一樣。有的內挖邊旁鉆孔的方向控制不好(邊旁鉆孔是最難打的炮眼)，在每循環進尺處留出了很明顯的錯臺，有的內挖鉆孔布置不當，或裝藥量不當，也造成了超欠挖的現象，超挖多了，其回填數量多，相應資金投入多。怎樣控制超挖，這對承包商的切身利益有關。這是承包單位不愿意看到的事。欠挖多了，必須放炮處理，這樣隧道圍巖的穩定性是極不利的。這就像一個人做手術一樣，在同一部位開兩次刀和開一次刀對人體的損傷大不一樣是一個道理，希望我們的開挖中，力爭不出現費時，費工、對圍巖穩定不利的欠挖現象。

　　(二)隧道支護

　　隧道支護分初期支護(初襯)和永久性模筑支護(二襯)。當前采用的支護類型，基本采用新奧法理念。就是根據不同的工程地質條件來制定圍巖類別，對不同的圍巖類別采用指導性的支護類型。新奧法的主要原理：就是充分利用地質的自穩條件(勁壓力拱)納入隧道支護的一部分，再根據隧道開挖后的實際圍巖類別以及開挖后實際量測得到的內凈空收斂的速度，變形量的大小的信息，調整已初擬的設計參數，至到隧道內壁趨于穩定。隧道各項支護條件，實際上是在設計支護參數指導條件下的動態設計。下面講一下，各類支護結構物的主要作用：

　　1、初期支護

　　初期支護的主要結構物為：鋼架支撐、噴砼、鋼筋網、徑缶錨桿。又以隧道所處的位置不一樣，圍巖條件不一樣，為保證隧道開挖期間的施工安全，并盡量少擾動原有的地層平衡條件。一般在洞口淺埋，扁壓地段均設計有超前注漿長管棚支護(長度為20~40cm之內)，洞內圍巖較差的地段一般也設計有長度有限的超前注漿小導管(管長度在5cm之內，本工程各段長度均5.0m)，或超前錨桿。這兩種支護實際上是為保證施工安全而采取對圍巖進行預先加固的輔助工程措施。本項目工程中Ⅲ類駐以下圍巖地段均設計有以上的超前預加固地層的工程措施。

　　(1)鋼支撐：鋼支撐的設置應在開挖后即時設置要緊跟開挖。鋼架緊跟開挖與延時設置的作用不大一樣。有時施工單位為減少開挖與支護互相干擾，在圍巖較差的地段，這兩道工序和間距拉的很大，這對隧道結構來說很不利的做法。希望正在掘進正洞的單位應予以重視。

　　(2)噴砼：作為初期支護來說，噴砼的工程措施是最重主要結構。目前的地下工程不論圍巖條件如何，都應有這種結構。它的主要作用是：

　　a、混凝土能對圍巖節理、裂隙起充填作用，將不連續的巖層層面膠結起來，并產生楔效應而增加巖塊間的摩擦系數，防止巖塊沿軟弱面滑移，促使表面巖塊穩定。

　　b、噴射混凝土有一定粘結力和抗剪強度，能與巖層粘貼并與圍巖形成統一承載體系，改善噴層受力條件。

　　c、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，故噴層能控制圍巖變形，即使圍巖有較大變形，但不致產生坍塌，從而提高圍巖的自承作用。

　　d、噴射混凝土能使坑道周邊圍巖盡早封閉，防止圍巖風化。

　　e、另在設鋼架地段，噴砼能及時的將地層壓力傳遞鋼架上，對穩定鋼架，約束地層變形是至關重要的手段。

　　在噴砼的施作上也應及地緊跟開挖。用初噴4~6cm厚的砼，封閉開挖面。待鋼架、錨桿、鋼筋網等工程措施到位后，再逐次的施噴砼，使其達到設計厚度，利用噴砼比較落，在有功未達到設計強度前，它有一定的柔性，利用這種少許的柔性與圍巖共用變形，使圍巖應力度分布后又達到平衡。這樣穩定的地層承載拱與噴砼等結構物構成初期支護的承載拱。噴砼的后期，固砼逐步硬化強度提高，其剛性也逐步的增加，至到砼完全達到強度時，成為完全剛性的結構。以附合新奧法先柔后剛的特點。

　　(3)鋼架

　　鋼架具有較大的支護強度和剛度，安裝后可立即承受開挖所引起的松坳壓力。鋼架可作臨時支護單獨使用，也可與錨桿、噴混凝土一起作永久支護，配合超前支護其效果更好。

　　A、使用條件

　　(a)自穩定時間很短的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖，在錨桿或噴射混凝土支護發揮作用前，可能發生圍巖失穩或坍塌危險時。

　　(b)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早期強度和剛度時。

　　(c)在難以施作錨桿、噴射混凝土的砂卵石、土夾石或斷層泥等地層，大面積淋水地段，以及為了抑制圍巖大的變形需增加支護抗力時。

　　(d)當需要施作超前支護，設置鋼架作為超前錨桿(或超前小鋼管等)的支承構件時。

　　B、鋼架構造和安裝要求

　　(a)鋼架與錨噴支護聯合使用時，應保證鋼架(或格柵鋼架主筋)與圍巖之間的混凝土厚度不小于40mm.

　　(b)鋼架的縱向間距，一般在0.6~1.2m，且不宜大于1.2m，兩榀鋼架之間應設置直徑為20~22mm的鋼拉桿，沿鋼架每1~2m設一根。

　　(c)圍巖壓力一般通過楔子傳到鋼架上，故鋼架與圍巖間應楔緊。從試驗資料看，單線隧道加9個楔子時，鋼架強度可發揮100%，加5個楔子時，只能發揮強度的80%，故楔子間距宜為1.2m左右。

　　(d)接頭是鋼架的弱點，因此應減少接頭數量。據雙線隧道上半斷面鋼架試驗，兩節鋼架(在對稱和偏壓荷載作用下)較四節鋼架承載力提高近一倍。考慮施工要求，拱部和邊墻部分宜采用四~六節鋼架。

　　(e)鋼架接頭通常用連接板和螺栓連接，并要求易于安裝。

　　(f)為防止鋼架承載而下沉，鋼架下端應設在穩固地層上，或設在為擴大承壓面的鋼板、混凝土墊塊止，鋼架立柱埋入底板深度不應小于15mm，當有水溝時不應高于水溝底面。

　　(g)開挖下臺階時，為防止鋼架拱腳下沉、變形，根據需要在拱腳下可設縱向托梁，把幾排鋼架連為一整體。

　　C、剛性鋼架和格柵鋼架、可縮性鋼架等類型以往我國多用工字鋼、舊鋼軌和鋼管制造，這種剛架的剛度和強度大，可作臨時支撐并單獨承受較大的圍巖壓力，也可設于混凝土內作永久襯砌。在Ⅰ、Ⅱ類軟弱破碎圍巖中施工或處理坍方時使用較多，但這類鋼架與噴射混凝土粘結不好，與圍巖間的空隙難于用噴射混凝土緊密充填，導致鋼架附近噴射混凝土出現裂縫。

　　工字鋼的垂直和水平方向不是等強度和等剛度的，容易橫向失穩、扭曲破壞。鋼管鋼架斷面的各向強度和剛度相同，抗壓、抗扭曲強度高，鋼管內充填砂漿或混凝土時，其強度更高。

　　剛性鋼架常用10~20號工字鋼，11~24kg/m輕軌或38、43kg/m鋼軌，φ100~φ180mm鋼管。

　　D、格柵鋼架

　　1)格柵鋼架的特點

　　(a)格柵鋼架是由鋼筋焊接而成的格柵構架，其斷面形狀和尺寸，能根據需要而設計，對大跨度坑道特別適用。

　　(b)鋼架安裝后可立即承受部分松動荷載，當錨桿噴射混凝土達到一定強度后，便能共同承受逐漸增長的圍巖壓力，這就符合新奧法先柔后剛的支護原則。

　　(c)與噴射混凝土粘結較好，能形成鋼筋混凝土結構，更好地發揮支護作用。

　　(d)鋼架與圍巖間的空隙，能被噴射混凝土填實，有利于結構受力。

　　2)鋼筋網噴砼：鋼筋網可提高噴砼的抗剪和與圍巖的粘結強度，有利于抵抗巖石塌落掉塊和承受沖擊荷載，能提高噴砼的整體性，使其應力分布均勻，從而減少砼的收縮和裂縫，在變形較大而自穩性較差的軟弱圍巖中，應設1~2層鋼筋網。

　　鋼筋網一般采用φ4~φ10的Ⅰ號鋼筋，其網眼間距一般15~30cm，當小于15cm時，回彈增加;當大于30cm將大減弱鋼筋網在噴砼中的作用。鋼筋網的保護層厚應≥20cm.當設雙層鋼筋網時，當第一層的噴砼基本覆蓋后再鋪設第二層。

　　3)鋼纖維噴砼：鋼纖維噴砼的力學性能優于不摻鋼纖維的砼，從大量的國內外試驗證明，摻鋼纖維后噴砼的抗彎強度提高30%~90%;拉強度提高30%~60%;壓強度提高5%~10%;沖擊能力提高8倍以上，其韌性提高10倍以上，但鋼纖維噴砼的成本高、工藝復雜、噴射機械和管路磨損率大。

　　(4)錨桿與支護結構的主要作用及和種類：

　　A、錨桿的主要作用

　　1)對圍巖的加固作用;軟弱圍巖開挖后，形成的洞窯的沿空面開始變形，當沿坑道周邊布設系統錨桿并注漿后，其漿液很快填充順空面周邊的圍巖的裂隙增加圍巖的內摩擦力，并向圍巖施加壓力而形成承載拱后，使與噴砼鋼架等支護共同承受圍巖變形壓力，以減少圍巖的變形，提高圍巖整體穩定性。

　　2)組合作用：在水平式巖層傾角較小的層狀巖體中，錨桿能使巖層緊密結合起來，形成類似組合架的結構，能增加層間摩擦力和抗剪強度，從而提高圍巖的穩定。

　　3)懸吊作用：由于隧道圍巖被斷層、節理、裂隙切割，開挖爆破余力可能引起局部巖塊失穩，此時用錨桿將不穩定的巖塊懸吊在穩定的巖塊上或者將側壁防止不穩定的巖塊滑移。

　　B、錨桿的種類：

　　1)目前在國內使用的錨桿類型較多。主要以全長錨固錨桿和端頭錨固錨桿兩種。全長錨固錨桿不論是錨桿的構造如何，都是水泥砂漿或樹脂類粘結劑錨桿和孔壁緊密結合以增加錨桿的抗剪、抗拉和防腐蝕作用，其錨固性能可靠，具有較強的長時期的錨固力，有利于約束圍巖的位移。目前在地下工程中使用最廣的類型。這種錨桿依不同的圍巖條件不同的用途及注漿方式，安裝方式方面又分出了實體錨桿、中空錨桿、自進式組合錨桿等。

　　2)端頭錨固型錨桿。這種錨桿是通過錨桿端頭與圍巖用機械式或粘結式錨固，再通過孔口的托盤板及螺母使錨桿受拉，錨桿的受力狀態取決于錨桿端頭的錨固力。這種錨桿由于受地下水和潮濕空氣的作用使錨桿易銹蝕，圍巖蠕動后降底錨固力，故這種錨桿只適于臨時支護中，這類錨桿的類型有楔縫式錨桿、脹殼式錨桿、倒楔式錨桿。

　　3)摩擦型錨桿。這是將桿體全長開縫且管徑比錨桿孔稍大的鋼管強行壓入錨桿孔中，使巖體孔壁與錨桿固壁產生較大的摩擦力，從而改變或改善圍巖的受力狀態。這種錨桿在實踐中用的不多，所以不多講。

　　(三)二次襯砌設計

　　目前山嶺隧道一般增色采用新奧法施工，復合式結構及初期支護和二次砼模筑襯砌相互結合的結構物，適用于各種圍巖條件。

　　1、二次襯砌的主要作用

　　(1)Ⅱ~Ⅳ類圍巖：因初期支護的變形很小，很快超手穩定，故二次襯砌不受地層壓力，故其主要作用是防水，利于通風和修飾面層。

　　(2)Ⅳ類圍巖：雖然初期支護的變形較小，二次初砌承受不大的圍巖壓力，但考慮到運營后外露鋼件銹蝕，初期支護質量不佳有缺陷等原因故應施做二次襯砌，以提高初期支護的安全度，當然也有防水，利于通風裝飾方面的作用。

　　(3)對于Ⅰ~Ⅲ類圍巖，由于圍巖變形較大有膨脹壓力，運營中重載車的震動或由于山體淺埋偏壓及施工缺陷等原因使圍巖變形未趨于穩定。需提前施做二襯時，則二襯是主要的承載結構，需要承受后期圍巖變形壓力。

　　2、次襯砌的施做要求：

　　(1)初期支護與二襯之間的密貼程度，對復合式陳砌受力狀態產生較大的影響。當初支與二襯之間有空隙尤其拱頂灌注砼不密實，或由于砼的收縮產生空隙時，其拱部形成馬鞍形圍巖壓力，拱部小(或無)而拱腰大，此時二襯的拱頂外緣受拉、內緣受擠壓，嚴重者拱頂內緣分層掉皮，而破壞二襯應有的支護作用。所以施做二襯后。一般應向二襯拱頂壓注水泥砂漿填充，使二襯與初襯之間盡量不留空隙，這種措施在Ⅰ~Ⅲ類圍巖中的襯砌尤為重要。

　　(2)二襯的截面厚度必須達到設計要求。二襯的截面厚度及結構形式取決于圍巖壓力的大小，當斷面形狀確定以后，保證二襯的厚度是保證復合式襯砌結構安全的重要因素，這是通過力學計算或大量的實踐類比出來的重要參數。其厚度的誤差，特別是欠厚的誤差，一定要控制在驗收規范規定的范圍內。

　　(3)二襯砼的強度必須達到設計要求。保證砼的設計強度是保證二襯厚度的前提，故在一次襯砌砼的配制中一定要采用能達到設計強度的合理的配合比，嚴格控制水泥和標號、用量及粗細骨料的質量。

　　(4)二襯的密實度是保證砼質量及防水標準的重要措施之一，故從應從工作出發砼的配制，運送、灌注、振搗等方面嚴格把關，使已灌注的砼各項指標達到設計要求。

　　(5)二次襯砌內部結構一定要符合設計要求。在本項目各隧道工程中，對于Ⅰ~Ⅲ類圍巖及Ⅲ類圍巖的洞口淺埋段，偏壓段及圍巖較差的地段及特殊要求的結構物段(如緊急行車帶等)均設計了鋼筋砼的二襯結構，這是加強二襯承載能力的重要措施，所以二襯中所用的鋼筋型號、規格、布置及鋼筋和綁扎、焊接等工藝一定要符合設計及規范規定的要求。

　　(6)在應施做仰拱的地段必須先施工仰拱的初襯及二襯，拱墻的二襯緊跟使二襯能及時的成環狀結構，以在很短的時間內，二襯約束圍巖變形。

　　(7)在施做二襯前必須對初襯的質量進行檢查驗收。

　　(8)在施做二襯前必須對二襯所有的排水設施進行檢查，以確保防排水各設備的質量，固二襯后，此部分已成隱蔽工程，一但出差錯將適成嚴重的后果。

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