1、關(guān)于隧道施工研討資料洞口開(kāi)挖、圍巖分級(jí)、初期支護(hù)研討資料匯報(bào)人：趙國(guó)民執(zhí)筆：張華日期：2008年3月1日平鐵線(xiàn)途經(jīng)三條隧道，分別為炮嶺1號(hào)隧道、東溝門(mén)隧道、北局 子隧道。在這三條隧道的建設(shè)管理過(guò)程中我們逐步積累和總結(jié)出了一 些隧道工程施工管理的一些教訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)。希望對(duì)日后我們的工程管理 及工程建設(shè)工作能有所幫助和啟發(fā)。下面我將對(duì)施工管理過(guò)程中涉及 的隧道洞口開(kāi)挖及支護(hù)、圍巖分級(jí)和初期支護(hù)這三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)論 述，同時(shí)對(duì)類(lèi)似問(wèn)題的處理進(jìn)行一些探討。請(qǐng)多多指教：一、洞口開(kāi)挖及支護(hù)1.1洞口選址洞口開(kāi)挖往往直接涉及到一個(gè)洞口選址的問(wèn)題。因?yàn)槟壳拔覀儑?guó) 內(nèi)很多設(shè)計(jì)院出具的地質(zhì)初期勘查報(bào)告往往由于時(shí)間緊、

2、任務(wù)重等原 因沒(méi)能做到準(zhǔn)確詳盡，所以在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多實(shí)際地質(zhì)情況與原 設(shè)計(jì)有較大出入。有時(shí)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)示的進(jìn)洞位置在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)并 不適合進(jìn)洞，例如炮嶺隧道進(jìn)口處，原設(shè)計(jì)所處位置為第四系坡積黃 土及亞粘土，土體松軟，結(jié)構(gòu)松散，土體中含有較多地下水，整體自 穩(wěn)能力非常差，開(kāi)挖后不能自穩(wěn)，該處隧道埋深不足5m,非常不適 合進(jìn)洞。最終經(jīng)專(zhuān)家組共同討論決定明挖20m,再行決定進(jìn)洞。最終 明挖20m后出露出較完整巖體順利進(jìn)洞。事實(shí)證明，實(shí)際操作即節(jié)省 了工期，又增加了施工安全性。再如東溝門(mén)隧道，按照原設(shè)計(jì)進(jìn)洞后不久，由于隧道洞門(mén)處于偏 壓狀態(tài)，加之巖層傾角方向與隧道偏壓受力方向一致，在放炮震動(dòng)過(guò) 程

3、中，致使洞頂上覆巖層滑移，仰坡噴射混凝土開(kāi)裂。最后不得不停 工對(duì)隧道上方產(chǎn)生偏壓力的巖體處進(jìn)行卸載處理。因此，隧道洞口位置的選擇應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)、地下水、洞外路 線(xiàn)銜接、不留病害、有利于施工和營(yíng)運(yùn)等因素進(jìn)行比較選擇。具體要 求如下：1）、隧道洞口應(yīng)選擇在山坡穩(wěn)定，地質(zhì)條件較好處，不應(yīng)設(shè)在偏 壓很大及嚴(yán)重不良地質(zhì)地段，宜避開(kāi)排水困難的溝谷低洼處；2）、位于懸崖陡壁下的洞口，一般不宜切削原山坡，但坡面及巖 頂穩(wěn)定，無(wú)落石或坍塌可能時(shí)，可貼壁進(jìn)洞。避免在不穩(wěn)定的懸崖陡 壁下進(jìn)洞，否則應(yīng)延伸洞口接以明洞，其長(zhǎng)度宜延伸到坍塌可能影響 的范圍以外3m5m，或采取其他措施，保證營(yíng)運(yùn)安全；3）、對(duì)于層面不穩(wěn)定

4、的巖層，開(kāi)挖面容易因其順層滑動(dòng)或坍塌的 地段，宜提早進(jìn)洞，否則，應(yīng)采取有效的工程措施防止病害；4）、隧道洞口的邊坡、仰坡，必須保證穩(wěn)定，其高度應(yīng)根據(jù)工程 和水文地質(zhì)條件確定。1.2洞口開(kāi)挖和支護(hù)洞口的開(kāi)挖是用爆破手段破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)的基礎(chǔ)上進(jìn)行 的。如果破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后，圍巖仍然能夠很快達(dá)到一個(gè)新的 平衡狀態(tài)，那么洞口開(kāi)挖后是較為安全和穩(wěn)定的；但是很多情況是： 在沒(méi)有任何支護(hù)時(shí)，破壞原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后圍巖根本不能再次達(dá)到 平衡狀態(tài)，也就形不成洞口，甚至爆破會(huì)引起上部穩(wěn)定巖體的大量塌 落。例如炮嶺1號(hào)隧道出口洞門(mén)處，當(dāng)時(shí)在沒(méi)有任何支護(hù)時(shí)就爆破開(kāi) 挖，準(zhǔn)備形成洞門(mén)，結(jié)果引起仰坡坡面整體垮

5、塌，前功盡棄，最終不 得不重新削坡再次做大量的準(zhǔn)備進(jìn)洞工作。那么如何才能保證我們能夠安全的形成洞門(mén)并且順利進(jìn)洞呢？ 首先這要由洞口所處圍巖的質(zhì)量決定。在巖體非常完整，強(qiáng)度很高的 巖體中基本上不需要額外的支護(hù)，依靠圍巖自身的穩(wěn)定能力就能形成 洞門(mén)并且順利進(jìn)洞，例如112線(xiàn)波羅諾隧道出口洞門(mén)處，所處圍巖為 角閃巖，強(qiáng)度非常高，整體性非常好。洞門(mén)開(kāi)挖一次成型，成形效果 非常好，開(kāi)挖輪廓線(xiàn)光滑完整。在圍巖質(zhì)量差的巖體中就必須采用額外的支護(hù)措施確保隧道洞 門(mén)能夠成形。通常有如下幾種支護(hù)措施：1）、注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架（如圖1）。這種形式適合巖體較 破碎，裂隙張開(kāi)度較大的巖體，注漿后漿液固結(jié)可以使巖體整

6、體性有 較大提升。其中鋼拱架的作用一方面可以為小導(dǎo)管提供一個(gè)力的支撐 點(diǎn)，另一方面把拱架用噴射混凝土封閉后可以提供一個(gè)安全的施工空 間，同時(shí)增加整個(gè)系統(tǒng)的整體受力能力。小導(dǎo)管的主要作用是為洞頂 上部巖體提供一個(gè)預(yù)支撐力，不致于在開(kāi)挖后上部巖體馬上失穩(wěn)。另 外就是通過(guò)小導(dǎo)管對(duì)巖體進(jìn)行注漿處理，增強(qiáng)巖體的整體性。側(cè)視圖正視圖圖1注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼支撐2）、大管棚加套拱或臨時(shí)鋼拱架（如圖2）。該種支護(hù)形式適合 于土石混合體或圍巖非常破碎，巖體強(qiáng)度很低的地質(zhì)段洞門(mén)的開(kāi)挖。 其基本原理類(lèi)似于注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架，但其作用及效果要大大 強(qiáng)于注漿小導(dǎo)管加臨時(shí)鋼拱架。側(cè)視圖正視圖圖2大管棚加套拱或臨時(shí)鋼拱架

7、由于洞門(mén)段存在一個(gè)不受巖體約束的自由面，穩(wěn)定性要差很多。 所以，要在盡可能不擾動(dòng)圍巖的情況下進(jìn)行掘進(jìn)?？傊?，洞門(mén)的開(kāi)挖除了強(qiáng)支護(hù)外還要堅(jiān)持弱爆破、短進(jìn)尺等原則。 以達(dá)到安全開(kāi)挖，順利進(jìn)洞。二、現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)的原因主要是設(shè)計(jì)院出具的地質(zhì)初期勘查報(bào)告不 夠準(zhǔn)確詳盡，加上地質(zhì)情況千變?nèi)f化，實(shí)際施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些地 質(zhì)情況與設(shè)計(jì)不相符合的段落。為了能夠更加客觀和準(zhǔn)確的對(duì)圍巖級(jí) 別做出判定，就必須在開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)圍巖進(jìn)行再次分級(jí)，從而更 加合理的采用適當(dāng)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行支護(hù)。平鐵線(xiàn)段公路隧道現(xiàn)場(chǎng)圍巖分級(jí)主要依據(jù)是公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D702004）中的圍巖分級(jí)，也稱(chēng)BQ值法。該評(píng)判方法采

8、用兩步分級(jí)，并按以下順序進(jìn)行：1）、根據(jù)巖石的堅(jiān)硬程度和巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性特 征和定量的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，綜合進(jìn)行初步分級(jí)。2）、對(duì)圍巖進(jìn)行詳細(xì)定級(jí)時(shí)，應(yīng)在巖體基本質(zhì)量分級(jí)基礎(chǔ)上考慮 修正因素的影響，修正巖體基本質(zhì)量指標(biāo)值。3）、按修正后的巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ，結(jié)合巖體的定性特征綜 合評(píng)判、確定圍巖的詳細(xì)分級(jí)。詳細(xì)的分級(jí)方法及注意事項(xiàng)如下：圍巖分級(jí)中巖石堅(jiān)硬程度、巖體完整程度兩個(gè)基本因素的定性劃 分和定量指標(biāo)及其對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)符合下列規(guī)定：1巖石堅(jiān)硬程度可按表3.6.2-1定性劃分。2巖石堅(jiān)硬程度定量指標(biāo)用巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc表達(dá)。Rc 一般采用實(shí)測(cè)值，若無(wú)實(shí)測(cè)值時(shí)，可采用實(shí)測(cè)

9、的巖石點(diǎn)荷載 強(qiáng)度指數(shù)IS（50聲換算值，即按式（3.6.2 ）計(jì)算。Rc = 22-82IS（50）0753 Rc與巖石堅(jiān)硬程度定性劃分的關(guān)系可按表3.6.2-2確定。4巖體完整程度可按表3.6.2-3定性劃分。5巖體完整程度的定量指標(biāo)用巖體完整性系數(shù)Kv表達(dá)。Kv 一般 用彈性波探測(cè)值，若無(wú)探測(cè)值時(shí)，可用巖體體積節(jié)理數(shù)Jv按 表3.6.2-4確定對(duì)應(yīng)的Kv值。6 Kv與定性劃分的巖體完整程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系可按表3.6.2-5確定7巖體完整程度的定量指標(biāo)Kv、Jv的測(cè)試和計(jì)算方法應(yīng)符合附 表A.0. 1的規(guī)定。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ應(yīng)根據(jù)分級(jí)因素的定量指標(biāo)Rc值和Kv值 按式（3.6.3 ）計(jì)算。

10、BQ = 90 + 3Rc + 250Kv（3.6.3）使用式（3.6.3 ）時(shí)應(yīng)遵守下列限制條件：當(dāng)Rc90Kv + 30時(shí)，應(yīng)以Rc = 90Kv + 30和Kv代入計(jì)算BQ 值；當(dāng) Kv0.04Rc + 0.4 時(shí)，應(yīng)以 Kv = 0.04Rc + 0.4 和 Rc 代入計(jì)算 BQ值。BQ=90+3Rc +250Kv（3.6.3 ）圍巖詳細(xì)定級(jí)時(shí)，如遇下列情況之一，應(yīng)對(duì)巖體基本質(zhì)量指標(biāo)BQ進(jìn)行修正：1）、有地下水；2）、圍巖穩(wěn)定性受軟弱結(jié)構(gòu)面影響，且由一組起控制作用；3）、存在高初始應(yīng)力。圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值BQ可按式（3.6.4 ）計(jì)算。BQ = BQ - 100 （ K1 + K2

11、 + K3）式中：BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)修正值；BQ圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)；K1地下水影響修正系數(shù)；K2 主要軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀影響修正系數(shù)；K3 初始應(yīng)力狀態(tài)影響修正系數(shù)。K1、K2、K3值可分別按附錄表A中表A.0.2-1、表A.0.2-2、 表A.0.2-3確定。圍巖極高及高初始應(yīng)力狀態(tài)的評(píng)估，可按附錄表A中表A.0.3規(guī) 定進(jìn)行。*注：上述公式、表格均指公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D702004）內(nèi)對(duì)應(yīng) 公式、表格。三、初期支護(hù)隧道襯砌的初期支護(hù)一般指錨桿噴射混凝土支護(hù)，必要時(shí)可采用 鋼纖維噴射混凝土或配合使用鋼筋網(wǎng)、鋼架或采用輔助的施工措施 （如超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、管棚、地面砂漿錨桿、深孔預(yù)

12、注漿） 和錨桿支護(hù)相結(jié)合的支護(hù)。常用的錨桿噴射混凝土初期支護(hù)，不僅可以承受來(lái)自圍巖的變形 壓力，而且還可以提高圍巖的強(qiáng)度指標(biāo)，從而提高圍巖本身的自承能 力，充分發(fā)揮對(duì)圍巖的加固作用，組成圍巖一支護(hù)體系。下面將對(duì)初期支護(hù)的組成環(huán)節(jié)分別進(jìn)行描述：1、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)，是在噴射混凝土之前，在巖面上掛設(shè)鋼 筋網(wǎng)，然后再?lài)娚浠炷痢Ｆ湮锢砹W(xué)性能基本上等同鋼纖維噴射混 凝土，只是其配筋均勻性較鋼纖維差。目前我國(guó)在各類(lèi)隧道工程中， 應(yīng)用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)的比較多，主要用于軟弱破碎圍巖，而更 多的是與錨桿或者鋼拱架構(gòu)成聯(lián)合支護(hù)?；炷梁穸炔粦?yīng)小于10cm，亦不易大于25cm。在一般

13、情況下， 噴射混凝土中配置鋼筋網(wǎng)，有利于抵抗巖石塌落和承受沖擊荷載，并 減少?lài)妼拥拈_(kāi)裂。實(shí)踐證明，當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距小于15cm時(shí)，噴射混凝 土回彈增大，且鋼筋網(wǎng)與壁面之間易形成空洞，不能保證混凝土的密 實(shí)度。當(dāng)鋼筋網(wǎng)間距大于30cm時(shí)，則將大大削弱鋼筋網(wǎng)在噴射混凝 土中的作用，因此，規(guī)定鋼筋的間距宜為15cm30cm，鋼筋保護(hù)層 厚度不應(yīng)小于2.0cm，這與普通鋼筋混凝土的規(guī)定是一致的。2、錨桿根據(jù)隧道圍巖情況、隧道斷面種類(lèi)使用條件等，分別有如下類(lèi)型 的錨桿：全長(zhǎng)粘接型錨桿、端頭錨固型錨桿、摩擦式錨桿、混合式錨 固錨桿。本次平鐵線(xiàn)隧道施工中我們采用的是全長(zhǎng)粘接型錨桿。在實(shí)際施工過(guò)程中錨桿的布置直接

14、影響系統(tǒng)錨桿對(duì)圍巖的支護(hù) 效果，下面將對(duì)錨桿的布置原則介紹如下：1）、在隧道橫斷面上，系統(tǒng)錨桿宜按垂直隧道周邊輪廓布置。當(dāng) 遇層狀巖層時(shí)，尚應(yīng)增設(shè)與主結(jié)構(gòu)面成最大角度的錨桿；2）、在巖面上，錨桿宜成菱形排列；3）、錨桿間距不宜大于錨桿長(zhǎng)度的二分之一；IV、V級(jí)圍巖中的 錨桿間距宜為0.51.2m，并不得大于1.25m。3、鋼拱架前面介紹采用噴射混凝土、錨噴、鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等支護(hù)，都 是主要利用其柔性和韌性，而對(duì)整體剛度并未有較大的要求。雖然， 這對(duì)支護(hù)其穩(wěn)定性較好的IV級(jí)圍巖II級(jí)圍巖時(shí)可以的。但對(duì)于較軟 弱破碎嚴(yán)重的圍巖（V級(jí)IV級(jí)）其自穩(wěn)性差，開(kāi)挖后要求早期支護(hù) 具有較大的剛度，以阻止圍巖的過(guò)度變形和承受部分松弛荷載時(shí)就要 用到鋼拱架。鋼拱架的性能特點(diǎn)有：1）、鋼拱架的整體剛度較大，可以提供較大的早期支護(hù)剛度；型 鋼拱架較鋼筋格柵拱架能更早承載；2）、鋼拱架能很好地與錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土相結(jié)合，構(gòu)成 聯(lián)合支護(hù)，受力性能較好；3）、鋼筋格柵拱架采用鋼筋現(xiàn)場(chǎng)加工制作，技術(shù)難度不高，對(duì)隧 道斷面變化的適應(yīng)性好；4）、鋼拱架的安裝架設(shè)比較方便等。這里主要對(duì)鋼拱架在施作過(guò)程中要注意的事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明1）、拱腳一定要安設(shè)在堅(jiān)