淺 析 公 路 隧 道 的 設 計 和 施 工 

結合本管段隧道的TRANBBS設計情況和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。
復合式襯砌是指外層用錨噴作初期支護，內層用模筑混凝土作二次襯砌的永久結構，兩層間根據需要設置防水層。（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裂紋，一般在兩層間均設置隔離層）適用于Ⅲ級及以下軟弱圍巖。復合式襯砌中噴錨支護是柔性結構，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育的Ⅲ級及以上圍巖的短隧道。
    從受力結構來區分，整體式襯砌、復合式襯砌、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），不是永久結構受力的部分（其實肯定受力），模筑混凝土是永久結構受力的部分；復合式襯砌中噴錨支護作為初期支護（當然也作臨時支護用）和二次模筑混凝土都是永久結構受力的部分，且設計上認為復合式襯砌中的初期支護是永久結構受力的主要部分承擔了結構受力的70%~80%。噴錨襯砌顧名思義就是將噴錨支護作為永久結構。
     通過對以上三種常用襯砌受力結構的分析，我們可以非常清晰的認識到：復合式襯砌中噴錨支護施工的重要性。噴錨支護施工質量的低下，不僅也可能直接危及施工人員的作業安全，而且直接關聯隧道主體結構的工程質量，為隧道埋下質量隱患。
    二、初期支護
初期支護是在噴射混凝土、錨桿、鋼筋網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，網噴混凝土。
1、噴射混凝土的作用：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磨擦系數，防止巖塊沿軟弱面滑移，促使表面巖塊穩定。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。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，防止圍巖進一步風化。
2、噴射混凝土的作業要求
1）、施工準備
材料方面：對水泥、砂、石、速凝劑、水等的質量要進行檢驗。水泥、速凝劑最好是新鮮的，并經相容性試驗合格。砂、石含水率應符合要求。
機械及管路方面：噴射機、混凝土攪拌機等在使用前均應檢修完好，就位前要進行試運轉。管路及接頭要保持良好，要求風管不漏風，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、風壓、水壓及水灰比控制
為了保證噴射混凝土的質量，降低回彈率，減少粉塵，噴射作業時要求風壓穩定，壓力大小調整適當。水壓一般要比水壓高50~100Kpa，要求在噴頭水環處形成水霧，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驗目測掌握。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流淌，滑動現象，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。噴射手應視具體情況，選用適當的噴射距離。
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
噴射的順序應先墻后拱，自下而上。如巖面凸凹不平時，應先噴凹處找平，然后向上噴射。噴射時噴嘴料束應呈旋轉軌跡運動，一圈壓半圈，縱向按蛇形進行。為使噴層表面平整，噴射完后應對表面掃射一層。此時噴射順序應自上而下，噴頭料束呈橫掃方式運動，不能旋轉或停留。
（二）錨桿
錨桿根據錨固方式和桿體材質可分為：砂漿錨桿、藥卷錨固錨桿、自進式注漿錨桿。根據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：由于隧道圍巖被節理、裂隙或斷層切割，開挖爆破震動可能引起局部巖塊失穩，采用錨桿將不穩定巖塊懸吊在穩定的巖體上，或將應力降低區內不穩定的圍巖，懸吊在應力降低區以外的穩定巖體上。在側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合，形成類似組合梁結構，能增加層面間的抗剪強度和磨擦力，從而提高圍巖的穩定性。
加固作用：軟弱圍巖開挖后，使洞內臨空面變形較大，當坑道周邊布設系統錨桿，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，提高圍巖的整體穩定性。
系統錨桿布置應沿隧道周邊均勻布置，呈梅花形布置。在隧道橫斷面內，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（施工現場多為這一種）。錨固力不足表現為錨桿與粘結材料間或粘結材料與圍巖間的粘結力不足。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。
（三）鋼架
在自穩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到所須強度之前就須對開挖巖面進行支護時，應采用鋼架。因鋼架在架設后，可立即起到支護作用。另外，當圍巖壓力大或變形發展較快時，也應采用鋼架，加強初期支護。
鋼架安裝前，應檢查開挖斷面的中線及高程。鋼架安裝應符合下列要求：
1、安裝前應清除底腳下的虛碴及其他雜物，超挖部分應用混凝土填充。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應用楔子楔緊；
4、在各排鋼架之間應設置縱向鋼拉桿。設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構。
三、防水層
現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。現隧道施工中設計均采取了堵和排相結合的辦法：二襯施工縫設遇水膨脹止水條，二襯與初期支護間設復合型防水板。二襯背后設環向和縱向透水管肓溝。其中復合型防水板的鋪設質量至關重要。鋪設防水板時應注意幾個方面：初期支護表面要求基本平順，錨桿尾部外露長度應小于1cm，防水層施工區段不應有爆破作業。防水板與初期支護要求密貼，但不要繃得過緊，以免灌注混凝土時將防水板脹破。焊接應采取雙焊縫不得有假焊、漏焊現象。
四、施工監控量測
施工監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構的工作狀態進行量測、及時提供圍巖穩定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情，作為調整和修改支護設計的依據，并在復合式襯砌中，依據量測結果確定二次襯砌施作的時間。
監控量測可分為必測項目和選測項目。必測項目包括：洞內外觀察，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，開挖后應立即進行地質調查。若遇特殊不穩定情況時，應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、節理裂隙發育程度及方向；
B、開挖工作面的穩定狀態，頂板有無坍塌現象；
C、涌水情況：涌水的位置、涌水量、水壓等；
D、底板是否有隆起現象。
2）、對開挖后已支護地段圍巖動態的觀測
A、是否發生錨桿被拉斷或墊板脫離圍巖現象；
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）、監控量測資料的整理與反饋
1、監控量測的目的是通過對圍巖和支護的變位、應力量測，反饋到施工上，及時調整施工組織和支護系統，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小于下表中所列數據。當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值，或噴層表面出現明顯裂縫時，應立即采取補強措施，并調整原支護參數或開挖方法。


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、本表中所列數值可在施工過程中通過實測和資料積累作適當調整。
3、二次襯砌的施作應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，圍巖基本穩定；
b、 已產生的各項位移已達到預計總位移量的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
Ⅲ U＜U0/3 可正常施工
Ⅱ U0/3≤U≤2U0/3 應加強支護
Ⅰ U＞2U0/3 應采取特殊措施
注：U-實測位移值；U0-最大允許位移值。
五、幾種不良地質構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
巖層構造 無軟弱結構面時 有軟弱結構面時
緩傾的（0~30°） 層厚及節理一般層厚大于1m的穩定性好，中厚層0.4~1.0m的次之，薄層最差節理密，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，影響支護及襯砌穩定。
陡傾的（30°~60°） 層面及節理結合不良時，易出現滑動偏壓等情況 軟弱面位于隧道頂部，易造成坍塌，可能產生應力集中；軟弱面位于中部，易出現偏壓滑動，在有地下水時尤應注意。
陡立的（61°~90°） 一般情況圍巖穩定性較緩傾和陡傾巖層為好 軟弱面位于隧道內，可能出現局部坍塌，如位于兩側，可能產生坍幫偏壓
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。
褶曲構造對隧道施工的影響：
1、隧道在向斜層開挖，多出現掉塊和坍塌；
2、隧道在平行褶曲軸通過，易產生較大偏壓；
3、向斜構造中，一般在軸部多儲存大量地下水，且多有承壓性質，施工中常遇較大的突然涌水； 
4、在石灰巖中多出現巖溶，背斜中巖溶發育多為漏斗及井穴，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，有較大的剪應力和殘余應力，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情況：
1、隧道通過斷層帶，極易產生坍塌和涌水，直接影響坑道的穩定，施工時應加強支護工作，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，開挖后潛在應力釋放，發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，對隧道產生偏壓，當隧道軸線與斷裂線平行或交角甚小，則側壓力更大；
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，開挖時常常發生承壓涌水，危害極大。
四）、地下水對圍巖穩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、失穩塌方以及由地下水引起的隧道涌水。

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