客運(yùn)專線隧道施工技術(shù)石家莊鐵道學(xué)院土木工程分院二○○五年九月

1國外高速鐵路和國內(nèi)客運(yùn)專線隧道概況1.1國外高速鐵路隧道概況據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外已經(jīng)投入運(yùn)營的高速鐵路總長度超過6237km，已建成的高速鐵路隧道大約有1149.2km(不含意大利的隧道)，其中日本698.6km，法國59.7km，德國185.7km，西班牙15.8km，韓國189.4km，具體情況見表1。表1國外已建成高速鐵路隧道情況國家線別線路長度/km隧道長度/km隧線比/%建成時(shí)間日本東海道新干線515.56913.51964年10月山陽新干線553.728150.71972年/1975年東北新干線496.5112241982年6月上越新干線269.5106391982年11月北陸新干線117.460511997年10月東北盛岡-八戶段96.670.6732002年12月小計(jì)2049.1698.634.1法國大西洋線28220.87.41989年北方線33310.73.21993年巴黎地區(qū)聯(lián)絡(luò)線1289.67.51994年東南延伸線1486.34.31992年/1994年地中海線25012.75.22001年小計(jì)111160.15.0德國漢諾威-維爾茨堡327121371991年6月曼海姆-斯圖加特9931311991年6月科隆-法蘭克福2194721.32002年8月小計(jì)64519930.8西班牙馬德里-塞維利亞47115.83.41992年4月韓國漢城-釜山412189.4462004年1.2國內(nèi)客運(yùn)專線隧道規(guī)劃情況2004年初，國務(wù)院批復(fù)了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，到2020年我國鐵路營業(yè)里程將達(dá)到10萬km，其中規(guī)劃了“北京-沈陽-哈爾濱、北京-上海、北京-廣州-深圳、杭州-寧波-深圳四條縱向和青島-石家莊-太原、徐州-鄭州-蘭州、南京-武漢-重慶-成都、杭州-南昌-長沙四條橫向”鐵路快速客運(yùn)通道以及京津、寧滬杭、廣深珠3個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)，屆時(shí)建設(shè)客運(yùn)專線1.2萬km以上，客車速度目標(biāo)值達(dá)到200km/h及以上?？梢娊窈笫畮啄陼r(shí)間，我國的路網(wǎng)規(guī)模和質(zhì)量都將上一個(gè)新的臺(tái)階。根據(jù)我國中長期路網(wǎng)規(guī)劃，近十幾年內(nèi)將修建1200km的客運(yùn)專線隧道工程，相當(dāng)于國外已通車運(yùn)營的高速鐵路隧道的總長度，其中截止到2004年底國家已批復(fù)即將開工的客運(yùn)專線隧道長度有663km，如表2所示。表2截止到2004年底國家已批復(fù)客運(yùn)專線隧道情況線別線路長度/km隧道數(shù)量/座隧道長度/km隧線比/%設(shè)計(jì)速度/km/h武漢-廣州87423216418.77350鄭州-西安485387715.88350石家莊-太原190277338.58250寧波-溫州274588932.48250溫州-福州2987216354.8250福州-廈門263313314250合肥-武漢356376418250合計(jì)274049566324.2根據(jù)我國的國情和路網(wǎng)現(xiàn)狀，尤其是現(xiàn)在我國貨運(yùn)供需矛盾特別突出的實(shí)際情況，以上客運(yùn)專線有些近期為客貨共線鐵路，遠(yuǎn)期發(fā)展為客運(yùn)專線鐵路。如寧波-溫州、溫州-福州、福州-廈門和合肥-武漢線，近期為客貨共線，并且滿足雙層集裝箱通行條件的線路；石家莊-太原客運(yùn)專線近期為客貨共線鐵路，客車速度目標(biāo)直近期為200km/h，預(yù)留250km/h以上的條件。有些為一次建成客運(yùn)專線鐵路，如武漢-廣州和鄭州-西安客運(yùn)專線，線下工程設(shè)計(jì)速度目標(biāo)值為350km/h。2客運(yùn)專線的主要技術(shù)特點(diǎn)客運(yùn)專線鐵路以其運(yùn)行速度高、線路要求平直、安全舒適、節(jié)約時(shí)間等特點(diǎn)，比其他交通工具有更多的優(yōu)越性。客運(yùn)專線的隧道工程具有占地少、環(huán)境污染小、結(jié)構(gòu)安全可靠、拆遷量和對城市干擾小等優(yōu)點(diǎn)，從技術(shù)上有以下幾個(gè)主要特點(diǎn)。2.1空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)列車在高速運(yùn)行的條件下，對隧道結(jié)構(gòu)的要求主要是空氣動(dòng)力學(xué)特性方面的。高速列車通過隧道時(shí)會(huì)產(chǎn)生一系列的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，如壓力波動(dòng)、出口處微氣壓波、洞內(nèi)行車阻力增大等，這些均是列車速度目標(biāo)值比較高的客運(yùn)專線隧道的顯著特點(diǎn)。當(dāng)高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，強(qiáng)烈沖擊處于隧道中的靜止空氣場，壓力脈沖作為縱向運(yùn)動(dòng)的波，以聲速通過隧道，并在隧道的另一端發(fā)生反射，由正壓變?yōu)樨?fù)壓。同樣以聲速沿列車運(yùn)行相反的方向向回運(yùn)動(dòng)，遇到列車后，空氣阻力在大氣壓力(100kPa)附近發(fā)生波動(dòng)，使旅客的耳朵發(fā)生明顯不適。隧道的微氣壓波是列車突入隧道時(shí)形成的壓縮波，在隧道內(nèi)傳播到達(dá)出口時(shí)向外放射脈沖狀的壓力波，其發(fā)生的實(shí)態(tài)如圖1所示。微氣壓波的發(fā)生實(shí)態(tài)和大小與許多因素有關(guān)，其中主要有：列車速度、列車橫斷面積、列車長度、列車頭部形狀、隧道橫斷面積、隧道長度、隧道內(nèi)道床的類型等。從測試結(jié)果看，在短隧道中，微氣壓波最大值與列車速度ν的3次方成正比例，與微氣壓波距隧道出口中心的距離r成反比?？紤]到隧道洞口地形的影響，可近似用下式求出：(1)式中：K是考慮地形影響的系數(shù)。根據(jù)東海道的短隧道的測試結(jié)果：ν＝210km/h、r＝20m、p＝40Pa得下式：(2)式中：p——微氣壓波最大值（10Pa）；r——微氣壓波距隧道出口中心的距離（m）；ν——列車入洞速度（km/h）。在比較長的隧道中，微氣壓波最大值與壁面狀態(tài)有很大關(guān)系。例如板式道床的大野（5.4km）、備后（8.9km）兩隧道的微氣壓波最大值，在列車速度為200km/h，測點(diǎn)距離為20m時(shí)，是100Pa~150Pa。而同樣條件的南鄉(xiāng)山隧道（5.2km），因是碎石道床，微氣壓波最大值僅是10Pa,比短隧道的35Pa還小。圖1隧道微氣壓波的發(fā)生圖1隧道微氣壓波的發(fā)生高速列車運(yùn)行引起的問題有：(1)由于瞬變壓力造成旅客及乘務(wù)人員耳膜不適，舒適度降低，對人員和車輛產(chǎn)生危害；(2)高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，會(huì)在隧道出口產(chǎn)生微氣壓波，發(fā)出轟鳴聲，使附近房屋門窗嗄啦嗄啦作響，引起擾民問題，如果隧道斷面內(nèi)凈空較小，洞口處沒有緩沖結(jié)構(gòu)時(shí)，還會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的爆破聲：(3)行車阻力增大，使運(yùn)營能耗增大，并要求機(jī)車動(dòng)力增大：(4)形成空氣動(dòng)力學(xué)噪聲(與車速的6—8次方成正比)；(5)列車風(fēng)加劇，影響隧道維修養(yǎng)護(hù)人員的在洞內(nèi)通車情況下作業(yè)；(6)列車克服阻力所作的功轉(zhuǎn)化為熱量，在洞內(nèi)積聚引起溫度升高等。因此，在客運(yùn)專線鐵路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從車輛及隧道兩方面采取措施，以減緩空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。2.2可靠性和結(jié)構(gòu)耐久性要求高所謂可靠性，是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在正常規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力，包括安全性、適用性和耐久性。當(dāng)以概率來度量時(shí)，成為結(jié)構(gòu)的可靠度。所謂結(jié)構(gòu)耐久性，是指結(jié)構(gòu)及其部件在可能引起材料性能劣化的各種作用下能夠長期維持其應(yīng)有性能的能力。客運(yùn)專線隧道由于其運(yùn)營速度比較高，對結(jié)構(gòu)和各種運(yùn)營設(shè)施所產(chǎn)生的作用影響也就越大，對相應(yīng)工程結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性的要求也就越高。例如，客運(yùn)專線隧道內(nèi)對襯砌混凝土的裂縫要求就特別嚴(yán)格，因?yàn)榭瓦\(yùn)專線隧道內(nèi)空氣壓力在不斷的變化，特別是洞內(nèi)會(huì)車情況下，壓力的波動(dòng)對結(jié)構(gòu)的表層穩(wěn)定是不利的。歐洲及日本的研究成果表明：同樣的一條裂紋，對普速鐵路隧道來說在外荷載停止發(fā)展后，將不再繼續(xù)變化，而客運(yùn)專線隧道就不同了，即使外荷載停止了發(fā)展，但在頻繁變化的洞內(nèi)空氣壓力波的作用下，裂縫還將繼續(xù)發(fā)展，從而降低隧道襯砌耐久性和使用功能，甚至危及行車安全。因此，在客運(yùn)專線隧道設(shè)計(jì)中，要采取有效措施減少隧道襯砌裂縫。2.3對環(huán)境的影響更加明顯環(huán)境包括自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和周邊人文環(huán)境，客運(yùn)專線列車以較高的速度運(yùn)行，其產(chǎn)生的輪軌噪聲、機(jī)械噪聲、弓網(wǎng)噪聲和空氣動(dòng)力學(xué)等噪聲將比普速列車明顯，對環(huán)境的影響也比普速列車大。例如，列車進(jìn)入隧道后，形成壓縮波，當(dāng)壓縮波傳到隧道出口突然釋放形成微氣壓波時(shí)，會(huì)對洞口的環(huán)境造成一定的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生爆破音，影響附近的建筑物和居民的正常生活。所以客運(yùn)專線隧道的修建就應(yīng)該更加重視對環(huán)境的影響，圍繞降低噪聲、減少對自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和周邊人文環(huán)境的破壞，采取不同于普速鐵路隧道的工程措施。2.4防災(zāi)救援要求高客運(yùn)專線隧道中運(yùn)行的主要是高速度的旅客列車，一旦發(fā)生事故和災(zāi)害，后果比一般鐵路要嚴(yán)重的多。如何盡量避免高速度的旅客列車在隧道內(nèi)發(fā)生事故和災(zāi)害，以及旅客列車在隧道內(nèi)因故停車時(shí)，如何快速疏散乘客，發(fā)生災(zāi)害事故時(shí)如何快速救援等，是客運(yùn)專線隧道應(yīng)該重點(diǎn)考慮的問題，相對普速客貨共線的鐵路隧道來講，客運(yùn)專線隧道對防止發(fā)生事故和災(zāi)害以及快速救援的要求更高。3客運(yùn)專線隧道的技術(shù)要求3.1高速列車在隧道中運(yùn)行時(shí)的舒適度高速列車在隧道中運(yùn)行時(shí)的舒適度與列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生的壓力波動(dòng)有關(guān)，這也是高速列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生的主要效應(yīng)，而微氣壓波正是這種壓力波向外產(chǎn)生的輻射，因此所有效應(yīng)及危害的根源在于壓力波動(dòng)，特別是在極短時(shí)間內(nèi)的壓力突變（稱為瞬變壓力）傳到人體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生生理上的不適，從而大大降低乘車的舒適度。從旅客乘車舒適度要求出發(fā)，最大瞬變壓力臨界值控制標(biāo)準(zhǔn)在一般情況下，可取為不大于3.0kpa/3s，即每3s內(nèi)最大壓力變化值在3kpa以內(nèi)。表3給出了相應(yīng)的“不舒適度”極限值。表3建議的臨界值運(yùn)營類型極端情況（kpa/4s）正常情況（kpa/4s）不舒適度A常規(guī)型隧道占全長10%，不密閉車輛4.02.54.5B常規(guī)型隧道占全長25%，不密閉車輛3.02.03.5C高舒適度型隧道占全長25%，密閉車輛1.250.82.5D地鐵及城市軌道運(yùn)輸隧道占全長50%，不密閉車輛1.00.72.0參照國外經(jīng)驗(yàn)，中鐵西南科學(xué)研究院曾提出我國高速鐵路舒適度準(zhǔn)則，如表4所示。表4我國高速鐵路舒適度準(zhǔn)則建議值線路類型隧道長度(占線路比例)隧道密集程度(座/h)瞬變壓力/(kPa/3s)A(平原)單線<10%AND<42.0B(平原)雙線<10%AND<43.0C(山丘)單線>25%OR>40,8D(山丘)雙線>25%Or>41.253.2建筑限界和隧道內(nèi)凈空面積3.2.1堵塞比的概念從各國的實(shí)踐看，隧道橫斷面的決定主要是采用堵塞比，即采用列車橫斷面面積與隧道橫斷面面積的比值來決定。這里的隧道橫斷面積，通常指軌道面以上的斷面積。表5列出了一些國家高速鐵路隧道采用的參數(shù)。表5一些國家高速鐵路隧道的基本參數(shù)國家法國德國意大利日本西班牙列車最高速度（km/h）270250250300220240300列車橫斷面（m）1010.39.712.612.610隧道端面積（m）718253.87660.563.875隧道端面積（m）718253.87660.563.875堵塞比0.13~0.150.130.180.130.21~0.220.20~0.210.13線間距（m）4.24.74.05.04.24.34.5~4.73.2.2國外已建成高速鐵路隧道內(nèi)凈空面積克服空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對旅客舒適度、車輛結(jié)構(gòu)(瞬變壓力)、洞口環(huán)境(微壓氣波)和行車阻力的影響是確定隧道橫斷面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前世界上高速鐵路對隧道設(shè)計(jì)參數(shù)的確定基本上有兩種模式：以日本新干線為代表，隧道斷面比較小以求降低土建造價(jià)，而提高車輛密封性和修建洞口緩沖結(jié)構(gòu)的辦法來緩解脈沖壓力和微氣壓波引起的負(fù)面影響；以德國高速鐵路為代表在高速隧道修建時(shí)，主要通過放大隧道斷面積來解決上述問題。世界上已建成的高速鐵路隧道的設(shè)計(jì)運(yùn)營速度和相應(yīng)的有效內(nèi)凈空斷面積對照，如表6所示。表6各國高速鐵路隧道內(nèi)凈空面積國家線別運(yùn)營速度(km/h斷面積(m2)日本新干線240~30061~64法國大西洋線30071北方線、東南延伸線300100地中海線350100德國漢諾威～維爾茨堡25082曼海姆～斯圖加特漢諾威～柏林科隆～法蘭克福30092西班牙馬德里～塞維利亞27075韓國漢城～釜山3501073.2.3我國客運(yùn)專線隧道的內(nèi)凈空面積我國客運(yùn)專線隧道的建筑限界根據(jù)不同的速度目標(biāo)值、不同種類的貨運(yùn)限界組合，共分為速度目標(biāo)值200km/h以及250km/h客運(yùn)專線兼顧普通貨物運(yùn)輸和雙層集裝箱運(yùn)輸?shù)膯?、雙線隧道建筑限界，速度速度目標(biāo)值350km/h客運(yùn)專線單、雙線隧道建筑限界。在滿足上述限界和速度目標(biāo)值的條件下，考慮空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和各種安全預(yù)留空間，擬定相應(yīng)的隧道有效內(nèi)凈空面積，如表7所示。表7我國客運(yùn)專線隧道內(nèi)凈空面積序號(hào)類別標(biāo)準(zhǔn)單線雙線1200km/h客專近期客貨共線52.86m285.8m22200km/h客專近期雙箱運(yùn)輸56.67m292.94m23250km/h近期客貨共線58m290.16m24250km/h近期雙箱運(yùn)輸58m295.06m25350km/h客運(yùn)專線70m2100m2注：隧道內(nèi)凈空面積是指軌面以上部分的面積各種預(yù)留空間要求如下：(1)安全空間。在隧道側(cè)邊位置設(shè)置尺寸為0.8m(寬)×2.2m(高)的安全空間。安全空間內(nèi)包括安放施工設(shè)施(0.3m寬)或開關(guān)柜(0.4m寬)的空間。(2)救援通道。在隧道側(cè)邊位置設(shè)置貫通的救援通道，用于自救或外部久遠(yuǎn)，尺寸為1.5m(寬)×2.2m(高)，要求距中心線至少2.3m，在救援通道位置內(nèi)包括安放施工設(shè)施(0.3m寬)或開關(guān)柜(0.4m寬)的空間。(3)技術(shù)作業(yè)空間。沿隧道襯砌預(yù)留寬為0.3m的環(huán)形空間，用于安放施工輔助設(shè)施(如立腳手架)，作為余留的襯砌補(bǔ)強(qiáng)或安裝建筑材料的空間。但不能利用預(yù)留的空間來滿足隧道建設(shè)的施工誤差。隧道建筑限界和預(yù)留空間位置關(guān)系如圖2所示。圖1隧道建筑限界和預(yù)留空間位置關(guān)系圖1隧道建筑限界和預(yù)留空間位置關(guān)系3.3洞門型式及緩沖結(jié)構(gòu)3.3.1洞門型式我國傳統(tǒng)隧道洞門采用定型圖模式，但是這種洞門設(shè)計(jì)往往需要在洞口開挖大量的邊坡和仰坡，人為地破壞洞口的植被。根據(jù)我國科學(xué)發(fā)展觀和環(huán)境保護(hù)的要求，客運(yùn)專線的隧道洞門應(yīng)綜合考慮地形、地貌、洞口地質(zhì)條件及附近建筑物、周邊自然環(huán)境等因素，在確保運(yùn)營安全的前提下，因地制宜地設(shè)計(jì)新型洞門結(jié)構(gòu)。3.3.2緩沖結(jié)構(gòu)為降低微氣壓波的影響，在列車進(jìn)洞速度超過160km/h時(shí)，都要采取相應(yīng)措施。一種措施是擴(kuò)大隧道橫斷面到一定程度，如我國臺(tái)灣、韓國等，均采用90m2～100m2隧道橫斷面積。另一種是不增大隧道斷面積，而在隧道入口設(shè)置相應(yīng)的緩沖段。入口緩沖段的結(jié)構(gòu)形式主要有：橫斷面積不變，具有一定長度的緩沖段；橫斷面積擴(kuò)大，具有一定長度的及側(cè)面開口的緩沖段等。洞口緩沖段主要有以下幾種形式：(1)無側(cè)面開口或開槽的擴(kuò)大斷面型；(2)有側(cè)面開口或開槽的擴(kuò)大斷面型；(3)喇叭型：分直線型和曲線型兩種，如圖3所示。圖3喇叭口型緩沖段DD0LhDD0Lh減小微氣壓波影響的措施的主體是隧道入口緩沖段。要處理好列車速度和緩沖段長度的關(guān)系。例如，列車進(jìn)洞速度為160km/h時(shí)，基本上可不考慮微氣壓波問題。隧道入口的緩沖長度為nD（D圖3喇叭口型緩沖段DD0LhDD0Lh表8使列車速度降到160km/h以下所需的緩沖段的最小長度進(jìn)洞速度ν（km/h）速度降低度160/ν壓力坡度降低度緩沖段最小長度2000.80.51102300.70.34202600.620.23353100.520.1465除在入口設(shè)置緩沖段外，具體還可采取以下方法：a.利用斜井、豎井；b.做帶有開口的防護(hù)棚；c.車輛方面的措施，如采用密閉車輛等；d.隧道壁面的措施；e.也可在埋深小的洞口開挖豎井來降低壓縮波的坡度。雙線隧道原則不設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)，當(dāng)洞口位于城市或有密集建筑物時(shí)，可采取防噪音措施或結(jié)合洞門型式適當(dāng)設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)。3.4襯砌支護(hù)類型和支護(hù)參數(shù)根據(jù)隧道圍巖的變形和松弛由圍巖和支護(hù)共同抑制最終形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的理念，對于質(zhì)量要求較高的客運(yùn)專線隧道，暗挖部分宜采用復(fù)合式襯砌，明挖部分采用整體式襯砌。由于以往我國缺乏大斷面客運(yùn)專線隧道支護(hù)參數(shù)的研究，也沒有成熟可靠的支護(hù)參數(shù)可供借鑒，根據(jù)各設(shè)計(jì)單位擬定的參數(shù)，廣泛征求專家建議，結(jié)合國內(nèi)外工程實(shí)例的類比，形成了斷面內(nèi)凈空為100m2的暗挖隧道的襯砌支護(hù)參數(shù)，如表9所示。表9100m2復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)3.5防水和排水措施(1)防排水設(shè)計(jì)原則山嶺客運(yùn)專線隧道的防排水仍應(yīng)采取“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，采取切實(shí)可靠的設(shè)計(jì)、施工措施，保障結(jié)構(gòu)物和設(shè)備的正常使用和行車安全。對地表水和地下水應(yīng)作妥善處理，洞內(nèi)外應(yīng)形成一個(gè)完整的防排水系統(tǒng)。達(dá)到《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》(GB50108)規(guī)定的一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，襯砌不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面無濕漬。(2)防排水措施客運(yùn)專線隧道應(yīng)重視初期支護(hù)的防水，防水應(yīng)以混凝土自防水為主體，以施工縫、變形縫防水為重點(diǎn)，并輔以注漿防水和防水層加強(qiáng)防水，滿足結(jié)構(gòu)使用功能。地下水發(fā)育和較發(fā)育地區(qū)隧道以及淺埋隧道的襯砌混凝土一般應(yīng)采用防水混凝土結(jié)構(gòu)，抗?jié)B等級(jí)不小于P8，防水混凝土結(jié)構(gòu)的襯砌厚度不應(yīng)小于30cm；一般隧道拱墻背后均應(yīng)設(shè)置防水板，對地下水流失敏感地段隧道防排水宜全環(huán)設(shè)置防水板，并采取分區(qū)防水的辦法，襯砌結(jié)構(gòu)敷設(shè)封閉式分區(qū)注漿防水板，防水板的厚度不應(yīng)小于1．5mm，材質(zhì)宜選用耐久性和抗老化性能較好的EVA或ECB防水板；對于允許排水的隧道在防水板背后應(yīng)設(shè)置環(huán)向和縱向排水盲管，盲管分別引入側(cè)溝，堵塞時(shí)應(yīng)可以疏通；隧道環(huán)向施工縫設(shè)置中埋式橡膠止水帶，縱向施工縫設(shè)置緩膨型遇水膨脹橡膠止水條；在有條件的隧道還應(yīng)在施工縫處設(shè)置可維護(hù)的防水系統(tǒng)。(3)注意事項(xiàng)①對于隧道穿過持水層、斷裂破碎帶，預(yù)計(jì)地下水較大，當(dāng)采用以排為主而影響生態(tài)環(huán)境時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況采用注漿堵水的措施，達(dá)到堵水有效、防水可靠、經(jīng)濟(jì)合理的目的。②在防水板鋪設(shè)之前，應(yīng)對初期支護(hù)的滲漏水情況進(jìn)行檢查，如有股流，應(yīng)進(jìn)行局部注漿堵水，如有滲水情況，宜采用盲管進(jìn)行引排。③洞頂及其附近有水塘、水庫、水渠及河溝時(shí)，要考慮因修建隧道而引起地表水流失而影響居民正常生產(chǎn)生活的可能，可采取穩(wěn)妥的防止水源漏失的措施。3.6消防和防災(zāi)救援考慮到隧道發(fā)生災(zāi)害位置的不確定性和后果的嚴(yán)重性，在設(shè)計(jì)中要考慮完善的消防系統(tǒng)和防災(zāi)救援措施。在隧道兩側(cè)設(shè)置貫通的救援通道，以備發(fā)生災(zāi)害時(shí)的人員疏散和救援工作。在隧道輔助洞室內(nèi)設(shè)置簡易的消防器具和報(bào)警電話。對長度大于6km的隧道，結(jié)合隧道的輔助坑道，設(shè)置緊急出口，供災(zāi)害情況時(shí)人員疏散逃生。在隧道內(nèi)消防洞室和緊急出口處設(shè)置醒目的標(biāo)示牌。對長度超過20km的隧道或總長超過20km的隧道群，宜在隧道中部適當(dāng)位置設(shè)置定點(diǎn)疏散和消防系統(tǒng)。對平行的雙洞單線隧道，間隔400～500m設(shè)置橫向連接通道，以備災(zāi)害發(fā)生時(shí)互為救援和疏散通道。在遠(yuǎn)離水源長度大于6km的隧道洞口和緊急出口處設(shè)置儲(chǔ)水池或地下水罐，以備洞內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)消防用水。3.7環(huán)境保護(hù)盡量在隧道洞口減少大的挖方，可適當(dāng)接長明洞，對于受地形限制在施工過程中破壞的植被盡量予以恢復(fù)，對有條件的邊仰坡進(jìn)行植被防護(hù)。隧道洞門宜選用有利于緩解空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的洞門型式，靠近城市或風(fēng)景區(qū)的隧道洞口宜結(jié)合景觀進(jìn)行設(shè)計(jì)，必要時(shí)可根據(jù)洞門型式適當(dāng)設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，減小微氣壓波對周圍居民和建筑物的影響。對噪聲要求嚴(yán)格的部分隧道洞口段，于隧道內(nèi)壁邊墻上可以設(shè)置厚度不大于10cm的吸音板，在鋪設(shè)無碴軌道洞內(nèi)底部設(shè)置吸引材料，把噪聲降到最低限度。4隧道施工技術(shù)4.1施工工法的選擇4.1.1隧道施工方法分類隧道施工是指修建隧道及地下洞室的施工方法、施工技術(shù)和施工管理的總稱。隧道施工方法的選擇主要依據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，并結(jié)合隧道斷面尺寸、長度、襯砌類型、隧道的使用功能和施工技術(shù)水平等因素綜合考慮研究確定。根據(jù)隧道穿越地層的不同情況和目前隧道施工方法的發(fā)展，隧道施工方法可按以下方式分類：4.1.2山嶺隧道的常規(guī)施工方法山嶺隧道的常規(guī)施工方法又稱為礦山法，因最早應(yīng)用于采礦坑道而得名。在礦山法中，多數(shù)情況下都需要采用鉆眼爆破進(jìn)行開挖，故又稱為鉆爆法。從隧道工程的發(fā)展趨勢來看，鉆爆法仍將是今后山嶺隧道最常用的開挖方法。在礦山法中，坑道開挖后的支護(hù)方法，大致可以分為鋼木構(gòu)件支撐和錨桿噴射混凝土支護(hù)兩類。作為施工方法，人們習(xí)慣上將采用鉆爆開挖加鋼木構(gòu)件支撐的施工方法稱為“傳統(tǒng)的礦山法”；而將采用鉆爆開挖加錨噴支護(hù)的施工方法稱之為“新奧法”。(1)礦山法傳統(tǒng)的礦山法是人們在長期的施工實(shí)踐中發(fā)展起來的。它是以木或鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐，待隧道開挖成形后，逐步將臨時(shí)支撐撤換下來，而代之以整體式襯砌作為永久性支護(hù)的施工方法。木構(gòu)件支撐由于其耐久性差和對坑道形狀的適應(yīng)性差，支撐撤換工作既麻煩又不安全，且對圍巖有所擾動(dòng)，因此，目前已很少采用。鋼構(gòu)件支撐由于具有較好的耐久性和對坑道形狀的適應(yīng)性等優(yōu)點(diǎn)，施工中可以撤換，也更為安全。日本隧道界將以鋼構(gòu)件作為臨時(shí)支撐的礦山法稱為“背板法”。鋼木構(gòu)件支撐類似于地上的“荷載－結(jié)構(gòu)”力學(xué)體系。它作為一種維持坑道穩(wěn)定的措施，是很直觀和奏效的，也容易被施工人員理解和掌握。因此這種方法常被應(yīng)用于不便采用錨噴支護(hù)的隧道中，或處理坍方等。由于襯砌的設(shè)計(jì)工作狀態(tài)與實(shí)際工作狀態(tài)不一致，以及臨時(shí)支撐存在的一些缺陷等，在一定程度上限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。(2)新奧法新奧法即奧地利隧道施工新方法(NewAustrianTunnellingmethod－NATM)，是以噴射混凝土錨桿作為主要支護(hù)手段，通過監(jiān)測控制圍巖的變形，便于充分發(fā)揮圍巖的自承能力的施工方法。它是在錨噴支護(hù)技術(shù)的基礎(chǔ)上由奧地利學(xué)者臘布塞維奇首先提出的，并于1954~1955年首次應(yīng)用于奧地利的普魯茨——伊姆斯特電站的壓力輸水隧洞中。以后，經(jīng)瑞典、意大利以及其他國家的同行們的理論研究和實(shí)踐，于1963年在奧地利的薩爾茨堡召開的第八次土力學(xué)會(huì)議上正式命名為新奧法，并取得了專利權(quán)。之后在西歐、北歐、美國和日本等許多地下工程中得到了極為迅速的發(fā)展。我國從20世紀(jì)60年代開始引用錨桿和噴射混凝土技術(shù)，近幾十年來，通過工程實(shí)踐積累了豐富的在不良地質(zhì)等困難條件下用新奧法修建隧道工程的成功經(jīng)驗(yàn)，如在嚴(yán)重風(fēng)化的千枚巖地層中修建的下坑隧道；位于黃土、砂質(zhì)粘土層中的軍都山隧道；以及在圍巖急劇變形拱頂沉降最大達(dá)400mm的金家?guī)r隧道等。錨噴支護(hù)技術(shù)與傳統(tǒng)的鋼木構(gòu)件支撐技術(shù)相比，不僅僅是手段上的不同，更重要的是工程概念的不同，是人們對隧道及地下工程問題的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和理解。由于錨噴支護(hù)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，導(dǎo)致隧道及地下洞室工程理論步入到現(xiàn)代理論的新領(lǐng)域，也使隧道及地下洞室工程的設(shè)計(jì)和施工更符合地下工程實(shí)際，即設(shè)計(jì)理論－施工方法－結(jié)構(gòu)(體系)工作狀態(tài)(結(jié)果)的一致。因此，新奧法作為一種施工方法，已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。①新奧法施工程序新奧法施工程序可用以下框圖(圖4)表示。②新奧法施工的基本原則新奧法施工的基本原則可以歸納為“少擾動(dòng)、早支護(hù)、勤量測、緊封閉”。少擾動(dòng)，是指在進(jìn)行隧道開挖時(shí)，要盡量減少對圍巖的擾動(dòng)次數(shù)、擾動(dòng)強(qiáng)度、擾動(dòng)范圍和擾動(dòng)持續(xù)時(shí)間。因此要求能用機(jī)械開挖的就不用鉆爆法開挖；采用鉆爆法開挖時(shí)，要嚴(yán)格地進(jìn)行控制爆破；盡量采用大斷面開挖；根據(jù)圍巖類別、開挖方法、支護(hù)條件選擇合理的循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺；自穩(wěn)性差的圍巖，循環(huán)掘進(jìn)進(jìn)尺應(yīng)短一些；支護(hù)要盡量緊跟開挖面，縮短圍巖應(yīng)力松弛時(shí)間。圖4新奧法施工程序圖4新奧法施工程序施工準(zhǔn)備確定施工方案開挖是否符合管理基準(zhǔn)？防水隔離層二次支護(hù)竣工是修改施工方案改變開挖方法和順序修正支護(hù)參數(shù)否初期支護(hù)量測監(jiān)控必要時(shí)須超前支護(hù)或預(yù)先進(jìn)行地層改良早支護(hù)，是指開挖后及時(shí)施作初期錨噴支護(hù)，使圍巖的變形進(jìn)入受控制狀態(tài)。這樣做一方面是為了使圍巖不致因變形過度而產(chǎn)生坍塌失穩(wěn)；另一方面是使圍巖變形適度發(fā)展，以充分發(fā)揮圍巖的自承能力。必要時(shí)可采取超前預(yù)支護(hù)措施。勤量測，是指以直觀、可靠的量測方法和量測數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確評價(jià)圍巖(或圍巖加支護(hù))的穩(wěn)定狀態(tài)，或判斷其動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢，以便及時(shí)調(diào)整支護(hù)形式、開挖方法，確保施工安全和順利進(jìn)行。量測是現(xiàn)代隧道及地下工程理論的重要標(biāo)志之一，也是掌握圍巖動(dòng)態(tài)變化過程的手段和進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工的依據(jù)。緊封閉，一方面是指采取噴射混凝土等防護(hù)措施，避免圍巖因長時(shí)間暴露而致強(qiáng)度和穩(wěn)定性的衰減，尤其是對易風(fēng)化的軟弱圍巖。另一方面是指要適時(shí)對圍巖施作封閉形支護(hù)，這樣做不僅可以及時(shí)阻止圍巖變形，而且可以使支護(hù)和圍巖能進(jìn)入良好的共同工作狀態(tài)。4.2開挖方法隧道施工就是要挖除坑道范圍內(nèi)的巖體，并盡量保持坑道圍巖的穩(wěn)定。顯然，開挖是隧道施工的第一道工序，也是關(guān)鍵工序。在坑道的開挖過程中，圍巖穩(wěn)定與否，雖然主要地取決于圍巖本身的工程地質(zhì)條件，但無疑開挖對圍巖穩(wěn)定狀態(tài)有直接而重要的影響。因此，隧道開挖的基本原則是：在保證圍巖穩(wěn)定或減少對圍巖的擾動(dòng)的前提條件下，選擇恰當(dāng)?shù)拈_挖方法和掘進(jìn)方式，并應(yīng)盡量提高掘進(jìn)速度。即在選擇開挖方法和掘進(jìn)方式時(shí)，一方面應(yīng)考慮隧道圍巖地質(zhì)條件及其變化情況，選擇能很好地適應(yīng)地質(zhì)條件及其變化，并能保持圍巖穩(wěn)定的方法和方式；另一方面應(yīng)考慮坑道范圍內(nèi)巖體的堅(jiān)硬程度，選擇能快速掘進(jìn)，并能減少對圍巖的擾動(dòng)的方法和方式。隧道施工中，開挖方法是影響圍巖穩(wěn)定的重要因素之一、因此，在選擇開挖方法時(shí)，應(yīng)對隧道斷面大小及形狀、圍巖的工程地質(zhì)條件、支護(hù)條件、工期要求、工區(qū)長度、機(jī)械配備能力、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)因素進(jìn)行綜合分析，采用恰當(dāng)?shù)拈_挖方法。尤其應(yīng)與支護(hù)條件相適應(yīng)。隧道開挖方法實(shí)際上是指開挖成形方法。按開挖隧道的橫斷面分部情形來分，開挖方法可分為全斷面開挖法、臺(tái)階開挖法、分部開挖法等，見表10。3.2.1全斷面開挖法斷面開挖法就是按照設(shè)計(jì)輪廓一次爆破成形，然后修建襯砌的施工方法。(1)施工順序圖5隧道掘進(jìn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)橫道圖工序圖5隧道掘進(jìn)正規(guī)循環(huán)作業(yè)橫道圖工序交換班鉆眼裝藥爆破、通風(fēng)初期支護(hù)出碴機(jī)動(dòng)時(shí)間二次襯砌12345678時(shí)間(h)表10隧道主要施工(開挖)方法序號(hào)名稱橫斷面示意縱斷面示意1全斷面開挖法2臺(tái)階法=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②3環(huán)形開挖預(yù)留核心土法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③4單側(cè)壁導(dǎo)坑法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③5雙側(cè)壁導(dǎo)坑法=1\*GB3=1\*GB3①=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③6中洞法=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=3\*GB3③=2\*GB3②=2\*GB3②=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③7中隔壁法(CD)=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥8交叉中隔壁法(CRD)=1\*GB3=1\*GB3①=3\*GB3③=2\*GB3②=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥=1\*GB3=1\*GB3①=2\*GB3②=3\*GB3③=4\*GB3④=5\*GB3⑤=6\*GB3⑥(2)適用條件①=1\*ROMANI~=4\*ROMANIV級(jí)圍巖，在用于Ⅳ級(jí)圍巖時(shí)，圍巖應(yīng)具備從全斷面開挖到初期支護(hù)前這段時(shí)間內(nèi)，保持其自身穩(wěn)定的條件。②有鉆孔臺(tái)車或自整理業(yè)臺(tái)架及高效率裝運(yùn)機(jī)械設(shè)備。③隧道長度或施工區(qū)段長度不宜太短，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般不應(yīng)小于lkm，否則采用大型機(jī)械化施工，其經(jīng)濟(jì)性較差。采用全斷面一次開挖法，必須注意機(jī)械設(shè)備的配套，以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率。隧道機(jī)械化施工，有三條主要作業(yè)線，見表11。為加快隧道建設(shè)，必須實(shí)現(xiàn)隧道施工機(jī)械化，而隧道工程新技術(shù)、新工藝的推廣又為機(jī)械化施工奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，機(jī)械化的發(fā)展又推動(dòng)了隧道施工工藝水平的不斷提高。機(jī)械設(shè)備選型時(shí)應(yīng)遵循可靠性、經(jīng)濟(jì)性、配套性等原則。表11隧道機(jī)械化施工作業(yè)線作業(yè)線采用的大型機(jī)械設(shè)備開挖作業(yè)線鉆孔臺(tái)車、裝藥臺(tái)車、裝載機(jī)配合自卸汽車（無軌運(yùn)輸時(shí)）、裝渣機(jī)配合礦車及電瓶車或內(nèi)燃機(jī)車（有軌運(yùn)輸時(shí)）噴錨作業(yè)線混凝土噴射機(jī)、混凝土噴射機(jī)械手、噴錨作業(yè)平臺(tái)進(jìn)料運(yùn)輸設(shè)備及錨桿灌漿設(shè)備模筑襯砌作業(yè)線混凝土拌和作業(yè)廠、混凝土輸送車及輸送泵、施作防水層作業(yè)平臺(tái)、襯砌鋼模臺(tái)車1212L12>(1~1.5)L(b)短臺(tái)階法(a)長臺(tái)階法12>5L12L圖6臺(tái)階法類型123~5m(c)微臺(tái)階法12L根據(jù)臺(tái)階長度不同，劃分為長臺(tái)階法、短臺(tái)階法和微臺(tái)階法三種，如圖6所示。施工中采用哪一種臺(tái)階法，要根據(jù)兩個(gè)條件來決定，第一是對初期支護(hù)形成閉合斷面的時(shí)間要求，圍巖越差，要求閉合時(shí)間越短，第二是對上部斷面施工所采用的開挖、支護(hù)、出渣等機(jī)械設(shè)備需要施工場地大小的要求。對軟弱圍巖，主要考慮前者，以確保施工安全；對較好圍巖，主要考慮如何更好地發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率，保證施工中的經(jīng)濟(jì)效益，因此只考慮后一條件。(1)長臺(tái)階法長臺(tái)階法開挖斷面小，有利于維持開挖面的穩(wěn)定，適用范圍較全斷面法廣，一般適用于地質(zhì)條件較差的Ⅲ，Ⅳ，V級(jí)圍巖，在上、下兩個(gè)臺(tái)階上，分別進(jìn)行開挖、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等作業(yè)線，因此臺(tái)階長度適當(dāng)長一些，一般考慮至少為50m。但臺(tái)階長度過長，如大于l00m，則增加了軌道的鋪設(shè)長度，同時(shí)其通風(fēng)排煙、排水的難度也大大增加。這樣反而降低了施工的綜合效率，因此推薦臺(tái)階長度為50~80m。(2)短臺(tái)階法短臺(tái)階法適用于地質(zhì)條件差的Ⅳ、V級(jí)圍巖，臺(tái)階長度定為10~15m，即1~2倍開挖寬度，主要是考慮拉開工作面，減少干擾，因此臺(tái)階長度不宜過短。上臺(tái)階一般采用少藥量的松動(dòng)爆破，出渣采用人工或小型機(jī)械轉(zhuǎn)運(yùn)至下臺(tái)階，一般不考慮有軌運(yùn)輸，因此臺(tái)階長度又不宜過長，如果超過15m，則出渣所需的時(shí)間顯得過長。短臺(tái)階法可縮短支護(hù)閉合時(shí)間，改善初期支護(hù)的受力條件，有利于控制圍巖變形。缺點(diǎn)是上部出渣對下部斷面施工干擾較大，不能全部平行作業(yè)。(3)微臺(tái)階法微臺(tái)階法是全斷面開挖的一種變異形式，適用于工，Ⅱ，Ⅲ級(jí)圍巖，一般為3~5m的臺(tái)階長度，臺(tái)階長度小于3m時(shí)，無法正常進(jìn)行鉆眼和拱部的噴錨支護(hù)作業(yè)，臺(tái)階長度大于5m時(shí)，利用爆破將石渣翻至下臺(tái)階有較大的難度，必須采用人工翻渣，所以不可取。微臺(tái)階法上下斷面相距較近，機(jī)械設(shè)備集中，作業(yè)時(shí)相互干擾大，生產(chǎn)效率低，施工速度慢。3.2.3分部開挖法分部開挖法包括環(huán)形開挖預(yù)留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法等。(1)環(huán)形開挖留核心土法環(huán)形開挖留核心土法常用于Ⅵ級(jí)圍巖單線和V~Ⅵ級(jí)圍巖雙線隧道掘進(jìn)。施工方法見施工順序：人工或單臂掘進(jìn)機(jī)開挖環(huán)形拱部十架立鋼支撐，掛鋼絲網(wǎng)，噴射混凝土十在拱部初期支護(hù)保護(hù)下，用挖掘機(jī)械單臂掘進(jìn)機(jī)開挖核心土個(gè)隨即接長邊墻鋼支撐，掛網(wǎng)噴射混凝土，并進(jìn)行封底十根據(jù)圍巖變形，施作二次襯砌。施工時(shí)要求：環(huán)形開挖進(jìn)尺一般為0.5~1.0m；開挖后應(yīng)及時(shí)施作噴錨支護(hù)、安設(shè)鋼架支撐，每兩榀鋼架之間采用連續(xù)鋼筋連接，并加鎖腳錨桿；核心土面積不小于整個(gè)斷面的50％；當(dāng)圍巖地質(zhì)條件差，自穩(wěn)時(shí)間較短時(shí)，開挖前在拱部設(shè)計(jì)開挖輪廓線以外，進(jìn)行超前支護(hù)；二次襯砌采用先墻后拱法施作。環(huán)形開挖留核心土法施工具有簡單明了，施工易行；不需要特殊的機(jī)械設(shè)備，減少施工投入；開挖工作面穩(wěn)定性好，施工較安全等特點(diǎn)。在土質(zhì)及軟弱圍巖中使用較多，在大秦線軍都山隧道黃土段等隧道施工中均有應(yīng)用。(2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于V~Ⅵ級(jí)圍巖雙線或多線隧道掘進(jìn)。由于跨度較大，一般開挖寬度達(dá)11m左右，無法采用全斷面或臺(tái)階法開挖，采用先開挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑，相當(dāng)于先開挖2個(gè)小跨度的隧道，并及時(shí)施作導(dǎo)坑四周初期支護(hù)及邊墻襯砌，再根據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小，對剩余部分?jǐn)嗝孢M(jìn)行一次或二次開挖。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工要求：側(cè)壁導(dǎo)坑高度以到起拱線為宜；側(cè)壁導(dǎo)坑形狀應(yīng)近于橢圓形斷面，導(dǎo)坑斷面為整個(gè)斷面的1/3；側(cè)壁導(dǎo)坑領(lǐng)先長度一般為30~50m，以開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布不影響另一側(cè)導(dǎo)坑為原則；導(dǎo)坑開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，并盡早封閉成環(huán)。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法具有控制地表沉陷好(僅為短臺(tái)階法的1/2)，施工安全等優(yōu)點(diǎn)，但進(jìn)度慢，成本高。因此，適用于斷面跨度大，地表沉陷要求嚴(yán)格，圍巖條件特別差的隧道，在衡廣復(fù)線香爐坑隧道、大秦線西坪隧道通過塌方體、北京地鐵西單車站等地下工程中均有應(yīng)用。(3)中洞法中洞法適用于雙連拱隧道。采用先施作隧道中墻混凝土，后開挖兩側(cè)的施工方法。中洞法施工要求：中洞法開挖高度應(yīng)大于中墻高度1m，開挖寬度應(yīng)大于5m；中洞開挖長度根據(jù)隧道長度、寬度以及地質(zhì)情況綜合考慮，一般為50~80m；對長度200~300m的短隧道可先貫通中洞，然后再施工兩側(cè)側(cè)洞；中洞開挖后應(yīng)及時(shí)施作初期支護(hù)，再分段灌筑中墻混凝土，每一縱向段長度為4~6m，在中墻混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可拆模，并進(jìn)行臨時(shí)橫向支撐。(4)中隔壁法(CD)中隔壁法是近年來從國外引進(jìn)的先進(jìn)的施工方法，通過在國內(nèi)的鐵路隧道和城市地下工程中的實(shí)踐，證明這種方法是通過軟弱、淺埋、大跨度隧道的最有效的施工方法，它適用于V~Ⅵ級(jí)圍巖的淺埋雙線隧道。中隔墻開挖時(shí)，應(yīng)沿一側(cè)自上而下分為二或三部進(jìn)行，每開挖一步均應(yīng)及時(shí)施作錨噴支護(hù)、安設(shè)鋼架、施作中隔壁，底部應(yīng)設(shè)臨時(shí)仰拱，中隔壁墻依次分步聯(lián)結(jié)而成，之后再開挖中隔墻的另一側(cè)，其分步次數(shù)及支護(hù)形式與先開挖的一側(cè)相同。中隔壁洞法施工要求：各部開挖時(shí)，周邊輪廓盡量圓順，減小應(yīng)力集中；各部的底部高程應(yīng)與鋼架接頭處一致；每一部的開挖高度為3.5m；后一側(cè)開挖應(yīng)全斷面及時(shí)封閉；左右兩側(cè)縱向間距一般為30~50m；中隔壁設(shè)置為弧形或圓弧形。(5)交叉中隔壁法(CRD)交叉中隔壁法適用于V~Ⅵ級(jí)圍巖淺埋的雙線或多線隧道。采用自上而下分為二至三步開挖中隔墻的一側(cè)，并及時(shí)支護(hù)，待完成1~2部后，即開始另一側(cè)l~2部開挖及支護(hù)，形成左右兩側(cè)開挖及支護(hù)相互交叉的情形。采用交叉中隔壁法施工，除滿足中隔壁法的要求外，尚應(yīng)滿足：設(shè)置臨時(shí)仰拱，步步成環(huán)；自上而下，交叉進(jìn)行；中隔壁及交叉臨時(shí)支護(hù)，在灌注二次襯砌時(shí)，應(yīng)逐段拆除。各施工方法的適用范圍總結(jié)如表12所示。表12各施工方法的適用范圍4.3隧道施工輔助方法在前面介紹隧道開挖方法時(shí)，就有一個(gè)假定，即開挖面(或稱掌子面)均為直立的。但事實(shí)上這個(gè)假定只能是對穩(wěn)定性較好的圍巖才成立，對于軟弱破碎圍巖則不然。在這種情形中，即使是采取短進(jìn)尺開挖，開挖面也會(huì)向下坍塌。其結(jié)果是造成支護(hù)和開挖面前方的更大坍塌，甚至影響后方的施作支護(hù)部分的穩(wěn)定或波及地表沉陷。當(dāng)?shù)叵滤S富時(shí)，這種情況就更為嚴(yán)重。在隧道工程歷史中，這樣的事例并不鮮見，造成了人、財(cái)、物的大量消耗。隨著開挖技術(shù)、錨噴支護(hù)技術(shù)、地層改良技術(shù)的研究應(yīng)用和發(fā)展，隧道工整理研究出了許多輔助穩(wěn)定措施，從而使得現(xiàn)代隧道工程施工的開挖和支護(hù)變得更簡捷、及時(shí)、有效、徹底，也更具有可預(yù)防性和安全性。隧道施工中常用的輔助穩(wěn)定措施有：上述輔助穩(wěn)定措施的選用應(yīng)視圍巖地質(zhì)條件、地下水情況、施工方法、環(huán)境要求等具體情況而定，并盡量與常規(guī)施工方法相結(jié)合，進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇一種或幾種同時(shí)使用。施工中應(yīng)經(jīng)常觀測地形、地貌的變化以及地質(zhì)和地下水的變異情況，制定有關(guān)的安全施工細(xì)則，預(yù)防突然事故的發(fā)生。必須堅(jiān)持先支護(hù)(或強(qiáng)支護(hù))、后開挖、短進(jìn)度、弱爆破、快封閉、勤測量的施工原則，并作好詳細(xì)的施工記錄。超前錨桿圖7超前錨桿預(yù)錨固圍巖超前錨桿圖7超前錨桿預(yù)錨固圍巖(1)構(gòu)造組成超前錨桿是沿開挖輪廓線，以稍大的外插角，向開挖面前方安裝錨桿，形成對前方圍巖的預(yù)錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護(hù)下進(jìn)行開挖等作業(yè)(圖7)。(2)性能特點(diǎn)及適用條件這類超前支護(hù)的柔性較大，整體剛度較小。雖然可以與系統(tǒng)錨桿焊接以增強(qiáng)其整體性，但對于圍巖應(yīng)力較大時(shí)，其后期支護(hù)剛度就有些不足。因此此類超前支護(hù)主要適用于應(yīng)力不太大，地下水較少的軟弱圍巖的隧道工程中，如土砂質(zhì)地層、弱膨脹性地層、流變性較小的地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶等、淺埋無顯著偏壓的隧道。也適宜于采用中小型機(jī)械施工。(3)設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)①.超前錨桿的超前量、環(huán)向間距、外插角等參數(shù)，應(yīng)視圍巖地質(zhì)條件、施工斷面大小、開挖循環(huán)進(jìn)尺和施工條件而定。一般超前長度為循環(huán)進(jìn)尺的3~5倍，宜采用3~5m長，環(huán)向間距采用0.3~1.0m；外插角宜用10°~30°；搭接長度宜為超前長度的40%~60%左右，即大致形成雙層或雙排錨桿。②超前錨桿宜用早強(qiáng)砂漿全粘結(jié)式錨桿，錨桿材料可用不小于φ22的螺紋鋼筋。③超前錨桿的安裝誤差，一般要求孔位偏差不超過10cm，外插角超過1°~2°，錨入長度不小于設(shè)計(jì)長度的96%。④開挖時(shí)應(yīng)注意保留前方有一定長度的錨固區(qū)，以使超前錨桿的前端有一個(gè)穩(wěn)定的支點(diǎn)。其尾端應(yīng)盡可能多地與系統(tǒng)錨桿及鋼筋網(wǎng)焊連。若掌子面出現(xiàn)滑坍現(xiàn)象，則應(yīng)及時(shí)噴射混凝土封閉開挖面，并盡快打入下一排超前錨桿，然后才能繼續(xù)開挖。⑤開挖后應(yīng)及時(shí)噴射混凝土，并盡快封閉環(huán)形初期支護(hù)。⑥開挖過程中應(yīng)密切注意觀察錨桿變形及噴射混凝土層的開裂、起鼓等情況，以掌握圍巖動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整開挖及支護(hù)參數(shù)，如遇地下水時(shí)，則可鉆孔引排。圖8管棚預(yù)支護(hù)圍巖（長管棚）a)棚管的環(huán)向布置圖8管棚預(yù)支護(hù)圍巖（長管棚）a)棚管的環(huán)向布置b)管棚鋼管縱向錯(cuò)接c)鋼管端部橫向聯(lián)接(1)構(gòu)造組成管棚是利用鋼拱架沿開挖輪廓線以較小的外插角、向開挖面前方打入鋼管或鋼插板構(gòu)成的棚架來形成對開挖面前方圍巖的預(yù)支護(hù)(圖8)。采用長度小于10m的鋼管的稱為短管棚；采用長度為10~45m且較粗的鋼管的稱為長管棚；采用鋼插板(長度小于10m)的稱為板棚。(2)性能特點(diǎn)及適用條件管棚因采用鋼管或鋼插板作縱向預(yù)支撐，又采用鋼拱架作環(huán)向支撐，其整體剛度較大，對圍巖變形的限制能力較強(qiáng)，且能提前承受早期圍巖壓力。因此管棚主要適用于圍巖壓力來得快來得大、對圍巖變形及地表下沉有較嚴(yán)格要求的軟弱破碎圍巖隧道工程中。如土砂質(zhì)地層、強(qiáng)膨脹性地層、、強(qiáng)流變性地層、裂隙發(fā)育的巖體、斷層破碎帶、淺埋有顯著偏壓等圍巖的隧道中。此外，在一般無膠結(jié)的土及砂質(zhì)圍巖中，采用插板封閉較為有效；在地下水較多時(shí)，可利用鋼管注漿堵水和加固圍巖。短管棚一次超前量少，基本上與開挖作業(yè)交替進(jìn)行，占用循環(huán)時(shí)間較多，但鉆孔安裝或頂入安裝較容易。長管棚一次超前量大，雖然增加了單次鉆孔或打入長鋼管的作業(yè)時(shí)間，但減少了安裝鋼管的次數(shù)，減少了與開挖作業(yè)之間的干擾。在長鋼管的有效超前區(qū)段內(nèi)，基本上可以進(jìn)行連續(xù)開挖，也更適于采用大中型機(jī)械進(jìn)行大斷面開挖。(3)設(shè)計(jì)、施工要點(diǎn)①管棚的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)要視圍巖地質(zhì)條件和施工條件而定。長棚管長度不宜小于10m，一般為10~45m；管徑70~180mm，孔徑比管徑大20~30mm，環(huán)向間距0.2~0.8m；外插角1°~2°；兩組管棚間的縱向搭接長度不小于1.5m；鋼拱架常采用工字鋼拱架或格柵鋼架。②鋼拱架應(yīng)安裝穩(wěn)固其垂直度允許誤差為±2°，中線及高程允許誤差為±5cm；鋼管應(yīng)從工字鋼腹板圓孔穿過，或穿過花鋼拱架；鉆孔方向應(yīng)用測斜儀檢查控制，鋼管不得侵入開挖輪廓線。鉆孔平面誤差不大于15cm，角度誤差不大于0.5°。③第一節(jié)鋼管前端要加工成尖錐狀，以利導(dǎo)向插入。要打一眼，裝一管，由上而下順序進(jìn)行。④長鋼管應(yīng)用4~6m的管節(jié)逐段接長，打入一節(jié)，再連接后一節(jié)，連接頭應(yīng)采用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度不應(yīng)小于15cm；為保證受力的均勻性，鋼管接頭應(yīng)縱向錯(cuò)開，一般按編號(hào)，偶數(shù)第一節(jié)用4m，奇數(shù)第一節(jié)用6m，以后各節(jié)均采用6m。⑤當(dāng)需增加管棚剛度時(shí)，可在安裝好的鋼管內(nèi)注入水泥砂漿，一般在第一節(jié)管的前段管壁交錯(cuò)鉆10~15mm孔若干，以利排氣和出漿，或在管內(nèi)安裝出氣導(dǎo)管，漿注滿后方可停止壓注。⑥水泥砂漿標(biāo)號(hào)可用C20~C30，并適當(dāng)加大灰砂比。⑦鉆孔時(shí)如出現(xiàn)卡鉆或坍孔，應(yīng)注漿后再鉆，有些土質(zhì)地層則可直接將鋼管頂入。4.3.3超前小導(dǎo)管注漿(1)構(gòu)造組成超前小導(dǎo)管注漿是在開挖前，先用噴射混凝土將開挖面和5m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿坑道周邊向前方圍巖內(nèi)打入帶孔小導(dǎo)管，并通過小導(dǎo)管向圍巖壓注起膠結(jié)作用的漿液，待漿液硬化后，坑道周圍巖體就形成了有一定厚度的加固圈。在此加固圈的保護(hù)下即可安全地進(jìn)行開挖等作業(yè)(圖9)。若小導(dǎo)管前端焊一個(gè)簡易鉆頭，則可外孔、插管一次完成，稱為自進(jìn)式注漿錨桿。圖9超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固圍巖b)注漿半徑及孔距選擇圖9超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固圍巖b)注漿半徑及孔距選擇a<40cmrrb(取30cm)鉆孔15oa)超前小導(dǎo)管布置小導(dǎo)管鋼支撐0.2m3.5~6.0mc)小導(dǎo)管全圖管箍(φ6鋼筋加焊)出漿孔1.5m不鉆孔0.2mφ25~φ35mm有縫鋼管漿液被壓注到巖體裂隙中并硬化后，不僅將巖塊或顆粒膠結(jié)為整體起到了加固作用，而且填塞了裂隙，阻隔了地下水向坑道滲流的通道，起到了堵水作用。因此，超前小導(dǎo)管注漿不僅適用于一般軟弱破碎圍巖，也適用于地下水豐富的軟弱破碎圍巖。(3)小導(dǎo)管布置和安裝①小導(dǎo)管鉆孔安裝前，應(yīng)對開挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射5~10cm厚的混凝土封閉。②小導(dǎo)管一般采用φ32mm的焊接管或φ40mm的無縫鋼管整理，長度宜為3~6m，前端做成尖錐形，前段管壁上每隔10~20cm交錯(cuò)鉆眼，眼孔直徑宜為6~8mm。③鉆孔直徑應(yīng)較管徑大20mm以上，環(huán)向間距應(yīng)按地層條件而定，滲透系數(shù)大的，間距亦應(yīng)加大，一般采用20~50cm；外插角應(yīng)控制在10°~30°之間，一般采用15°。④Ⅴ級(jí)圍巖劈裂、壓密注漿時(shí)采用單排管；Ⅵ級(jí)圍巖或處理坍方時(shí)可采用雙排管；地下水豐富的松軟層，可采用雙排以上的多排管；滲入性注漿宜采用單排管；大斷面或注漿效果差時(shí)，可采用雙排管。⑤小導(dǎo)管插入后應(yīng)外露一定長度，以便連接注漿管，并用塑膠泥(40Be水玻璃拌525號(hào)水泥)將導(dǎo)管周圍孔隙封堵密實(shí)。(4)注漿材料種類及適用條件①在斷層破碎帶及砂卵石地層(裂隙寬度或顆粒粒徑大于1mm，滲透系數(shù)k≥5×10-4m/s)等強(qiáng)滲透性地層中，應(yīng)采用料源廣且價(jià)格便宜的注漿材料。一般對于無水的松散地層，宜優(yōu)先選用單液水泥漿；對于有水的強(qiáng)滲透地層，則宜選用水泥－水玻璃雙漿液，以控制注漿范圍。②斷層帶，當(dāng)裂隙寬度(或粒徑)小于1mm，或滲透系數(shù)k≥10-5m/s時(shí)，注漿材料宜優(yōu)先選用水玻璃類和木胺類漿液。③中、細(xì)、粉砂層、細(xì)小裂隙巖層及斷層地段等弱滲透地層中，宜選用滲透性好、低毒及遇水膨脹的化學(xué)漿液，如聚胺脂類。④對于不透水的粘土層，則宜采用高壓劈裂注漿。(5)注漿材料的配比注漿材料的配比應(yīng)根據(jù)地層情況和膠凝時(shí)間要求，并經(jīng)過試驗(yàn)而定，一般地：①采用水泥漿液時(shí)，水灰比可采用0.8:1~2:1，需縮短凝結(jié)時(shí)間，則可加入氯鹽、三乙醇胺速凝劑。②采用水泥－水玻璃漿液時(shí)，水泥漿的水灰比可用0.8:1~1.5:1；水玻璃濃度為25°~40°Be，水泥漿與水玻璃的體積比宜為1:1~1:0.3。(6)注漿①注漿設(shè)備應(yīng)性能良好，工作壓力應(yīng)滿足注漿壓力要求，并應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。②小導(dǎo)管注漿的孔口最高壓力應(yīng)嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)，以防壓裂開挖面，注漿壓力一般為0.5~1.0MPa，止?jié){塞應(yīng)能經(jīng)受注漿壓力。注漿壓力與地層條件及注漿范圍要求有關(guān)，一般要求單管注漿能擴(kuò)散到管周0.5~1.0m的半徑范圍內(nèi)。③要控制注漿量，即每根導(dǎo)管內(nèi)已達(dá)到規(guī)定注入量時(shí)，就可結(jié)束；若孔口壓力已達(dá)到規(guī)定壓力值，但注入量仍不足，亦應(yīng)停止注漿。④注漿結(jié)束后，應(yīng)做一定數(shù)量的鉆孔檢查或用聲波探測儀檢查注漿效果，如未達(dá)到要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿。⑤注漿后應(yīng)視漿液種類，等待4h(水泥－水玻璃漿)~8h(水泥漿)方可開挖，開挖長度應(yīng)按設(shè)計(jì)循環(huán)進(jìn)尺的規(guī)定，以保留一定長度的止?jié){墻(亦即超前注漿的最短超前量)。⑥自進(jìn)式注漿錨桿又稱邁式錨桿，它是將超前錨桿與超前小導(dǎo)管注漿相結(jié)合的一種先進(jìn)的超前支護(hù)措施。它主要作了以下幾點(diǎn)改進(jìn)。其一是它在小導(dǎo)管的前端焊接了一個(gè)簡易的一次性鉆頭或尖端，從而將鉆孔和頂管同時(shí)完成，縮短了導(dǎo)管安裝時(shí)間；尤其適用于鉆孔易坍塌的地層；其二是對于可以采用水泥漿的地層，它改用水泥砂漿壓注，可進(jìn)一步降低造價(jià)；其三是它的管體采用波紋或變徑外形，以增加粘結(jié)和錨固力，增強(qiáng)了加固效果。4.3.4超前深孔圍幕注漿上述超前小導(dǎo)管注漿，對圍巖加固的范圍和加固處理的程度是有限的，作為軟弱破碎圍巖隧道施工的一項(xiàng)主要輔助措施，它占用時(shí)間和循環(huán)次數(shù)較多。因此，在不便采取其它施工方法(如盾構(gòu)法)時(shí)，深孔預(yù)注漿加固圍巖就較好地解決了這些問題。注漿后即可形成較大范圍的筒狀封閉加固區(qū)，稱為圍幕注漿。(1)注漿機(jī)理及適用條件注漿機(jī)理可以分成四種：①滲透注漿即是對于破碎巖層、砂卵石石層、中細(xì)、粉砂層等有一定滲透性的地層，采用中低壓力將漿液壓注到地層中的空穴、裂縫、孔隙里、凝固后將巖土或土顆粒膠結(jié)為整體，以提高地層的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。②劈裂注漿即對于顆粒更細(xì)的粘土質(zhì)不透水(漿)地層，采用高壓漿液強(qiáng)行擠壓孔周，在注漿壓力的作用下，漿液作用的周圍土體被劈裂并形成裂縫，通過土體中形成的漿液脈狀固結(jié)作用對粘土層起到擠壓加固和增加高強(qiáng)夾層加固作用，以提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。③壓密注漿即用濃稠的漿液注入土層中，使土體形成漿泡，向周圍土層加壓使得到加固。④高壓噴灌注漿即通過灌漿管在高壓作用下，從管底部的特殊噴咀中噴射出高速漿液流及其外圍的高速氣流，促使土粒在沖擊力、離心力及重力作用下，隨注漿管的向上抽出與漿液混合形成柱狀固結(jié)體，以達(dá)到加固之目的。深孔預(yù)注漿一般可超前開挖面30~50m，可以形成有相當(dāng)厚度的和較長區(qū)段的筒狀加固區(qū)，從而使得堵水的效果更好，也使得注漿作業(yè)的次數(shù)減少，它更適用于有壓地下水及地下水豐富的地層中，也更適用于采用大中型機(jī)械化施工，見圖10。如果隧道埋深較淺，則注漿作業(yè)可在地面進(jìn)行；對于深埋長大隧道可利用輔助平行導(dǎo)坑對正洞進(jìn)行預(yù)注漿，這樣都可以避免與正洞施工的干擾，縮短施工工期。正洞平行導(dǎo)坑正洞平行導(dǎo)坑(c)平導(dǎo)超前注漿正注漿區(qū)域已注漿區(qū)域(a)洞內(nèi)超前注漿(b)地表超前注漿圖10超前深孔圍幕注漿圖10中已示意出對圍巖進(jìn)行注漿加固的大致范圍，即形成筒狀加固區(qū)。要確定加固區(qū)的大小，即確定圍巖塑性破壞區(qū)的大小，可以按巖體力學(xué)和彈塑性理論計(jì)算出開挖坑道后圍巖的壓力重分布結(jié)果，并確定其塑性破壞區(qū)的大小(R0－r0)，這也就是應(yīng)加固區(qū)的大小。(3)注漿數(shù)量及注漿材料選擇注漿數(shù)量應(yīng)根據(jù)加固區(qū)需充填的地層孔隙數(shù)量來確定。工程中常用充填率來估算和控制注漿總量。所謂充填率是指注漿體積占孔隙總體積的比率。于是注漿總量可按下式計(jì)算：Q＝n·a·A(3)式中：Q－注漿總數(shù)量，m3；A－被加固圍巖的體積，m3；n－被加固圍巖的孔隙率，%；a－過去實(shí)踐證實(shí)了的充填率，%。后兩項(xiàng)可參見表13。表13孔隙率和充填率表土質(zhì)壚坶粘土粉砂砂砂礫注漿目的堵水加固堵水加固堵水孔隙率(%)范圍值65~7550~7040~6046~5040~4830~4046~5040~4840~6028~4022~40標(biāo)準(zhǔn)值7060504844354844503431充填率a(%)約30約30約20約60約50約50約50約40約60約60約60為了做好注漿工作，必須事先對被加固圍巖進(jìn)行試驗(yàn)，查清圍巖的透水系數(shù)、土顆粒組成、孔隙率、飽和度、密度、PH值、剪切和抗壓強(qiáng)度等。必要時(shí)還要做現(xiàn)場注漿和抽水試驗(yàn)。注漿材料的選擇參見小導(dǎo)管注漿部分。(4)鉆孔布置及注漿壓力圖9中注漿鉆孔的布置方式。另外，對于淺埋隧道，還可以采用平行布置方式，即注漿鉆孔均呈豎直方向并互相平行分布，但每鉆一孔即需移動(dòng)鉆機(jī)。鉆孔間距要視地層條件、注漿壓力、及鉆孔能力等來確定。一般滲透性強(qiáng)的地層，可以采用較低的注漿壓力和較大的鉆孔間距，鉆孔量也少，但平均單孔注漿量大。實(shí)際工程中應(yīng)計(jì)算出每孔注漿量，單孔平均注漿量可用下式計(jì)算：(4)式中，m－鉆孔數(shù)量；q－單孔平均注漿量。注漿壓力應(yīng)根據(jù)地層條件、機(jī)械能力等因素在現(xiàn)場試驗(yàn)確定。(5)施工要點(diǎn)①注漿管。一般采用帶孔眼的焊接鋼管或無縫鋼管。注漿管壁上有眼部分的長度應(yīng)根據(jù)注漿孔的位置和注漿區(qū)域來確定，其余部分不鉆眼，并用止?jié){塞將其隔開，使?jié){液只注入到有效區(qū)域。止?jié){塞常用的有兩種，一種是橡膠式，一種是套管式。安裝時(shí)，將止?jié){塞固定在注漿管上的設(shè)計(jì)位置，一起放入鉆孔，然后用壓縮空氣或注漿壓力使其膨脹而堵塞注漿管與鉆孔之間的間隙，此法主要用于深孔注漿。.另外，若采用全孔注漿，則可以用鉛絲、麻刀或木楔等材料在注漿孔口將間隙堵塞。但全孔注漿因漿液流速慢，易造成“死管”問題，尤其是深孔注漿時(shí)。②鉆孔。鉆孔可用沖擊式鉆機(jī)，或旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)，應(yīng)根據(jù)地層條件及成孔效果選擇。鉆孔位置應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，孔口位置偏差不超過5cm，孔底位置偏差不超過孔深的1%。鉆孔應(yīng)清洗干凈，并作好鉆孔檢查記錄。③注漿順序。應(yīng)先上方后下方，或先內(nèi)圈后外圈，先無水孔后有水孔，先上游(地下水)后下游順序進(jìn)行。應(yīng)利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力直至漿液完全凝固。④結(jié)束條件。注漿結(jié)束條件應(yīng)根據(jù)注漿壓力和單孔注漿量兩個(gè)指標(biāo)來判斷確定。單孔結(jié)束條件為：注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓；漿液注入量已達(dá)到計(jì)算值的80%以上。全段結(jié)束條件為：所有注漿孔均已符合單孔結(jié)束條件，無漏注。注漿結(jié)束后必須對注漿效果進(jìn)行檢查，如未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)孔注漿。⑤注漿檢查。除在注漿前進(jìn)行鉆孔質(zhì)量、材料質(zhì)量檢查、注漿后對注漿效果檢查外，注漿過程中應(yīng)密切注意注漿壓力的變化。采用雙液注漿時(shí)，應(yīng)經(jīng)常測試混合漿液的膠凝時(shí)間，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即處理。⑥開挖時(shí)間。注漿后應(yīng)視漿液種類，等待4h(水泥－水玻璃漿)至8h(水泥漿)方可開挖，但最后應(yīng)注意保留止?jié){墻，并進(jìn)行下一循環(huán)的注漿。若注漿工作在正洞以外進(jìn)行，則超前時(shí)間易于保證。各種輔助工法的主要設(shè)計(jì)參數(shù)和應(yīng)用時(shí)機(jī)如表14所示。表14客運(yùn)專線隧道常用輔助工法主要設(shè)計(jì)參數(shù)和應(yīng)用實(shí)際4.4隧道洞口施工4.4.1洞口地段的一般概念隧道施工的洞口地段，是指隧道進(jìn)口(或出口)附近對隧道施工有影響的地段，該地段通常因地質(zhì)地形復(fù)雜需要做特殊處理。隧道洞口工程主要包括邊、仰坡土石方；邊、仰坡防護(hù)；端墻、翼墻等洞門圬工；洞口排水系統(tǒng)；洞口檢查設(shè)備安裝；洞口段洞身襯砌。隧道洞口地段，一般地質(zhì)條件差，且地表水匯集，施工難度較大。施工時(shí)要結(jié)合洞外場地和相鄰工程的情況，全面考慮、妥善安排及早施工，為隧道洞身施工創(chuàng)造條件。由于每座隧道的地形、地質(zhì)及線路位置不同，要很明確規(guī)定洞口段的范圍是比較困難的。在一般情況下，可以將由于隧道開挖可能給上坡地表造成不良影響的洞口范圍稱為洞口加強(qiáng)段。每座隧道應(yīng)根據(jù)各自的圍巖條件來確定洞口段范圍，一般亦可參照圖10確定。圖11洞口范圍1圖11洞口范圍12345672~3m1－2D洞口地段是隧道的咽喉，該地段地形地質(zhì)均對隧道施工不利。其特點(diǎn)為：洞口地段地層一般較破碎，多屬堆積、坡積、嚴(yán)重風(fēng)化或節(jié)理裂隙發(fā)育的松軟巖層，穩(wěn)定性較差；當(dāng)巖層層面坡度與洞門主墻開挖坡度一致時(shí)，容易產(chǎn)生縱向推滑力；洞口附近山體覆蓋層較薄，一旦塌方可能塌穿到地表面；若隧道處于溝谷一側(cè)或傍山時(shí)，通常會(huì)產(chǎn)生側(cè)向壓力。因此，該地段在開挖時(shí)宜特別謹(jǐn)慎小心，隨挖隨撐，并盡快做好襯砌。4.4.2洞口地段施工注意事項(xiàng)洞口段施工時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：(l)在場地清理作施工準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)先清理洞口上方及側(cè)方有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等。平整洞頂?shù)乇恚懦e水，整理隧道周圍流水溝渠。之后施做洞口邊、仰坡頂處的天溝。(2)洞口施工宜避開雨季和融雪期。在進(jìn)行洞口上石方工程時(shí)，不得采用深眼大爆破或集中藥包爆破，以免影響邊、仰坡的穩(wěn)定。應(yīng)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行邊、仰坡放線自上而下逐段開挖，不得掏底開挖或上下重疊開挖。(3)洞口部分圬工基礎(chǔ)必須置于穩(wěn)固的地基上。須將虛渣雜物、泥化軟層和積水清除干凈。對于地基強(qiáng)度不夠時(shí)，可結(jié)合具體條件采取擴(kuò)大基礎(chǔ)、樁基、壓漿加固地基等措施。(4)洞門拱墻應(yīng)與洞內(nèi)相鄰的拱墻襯砌同時(shí)施工連接成整體，確保拱墻連接良好。洞門端墻的砌筑與回填應(yīng)兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行，防止對襯砌產(chǎn)生側(cè)壓。(5)洞口段洞身施工時(shí)，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件、地表沉陷控制以及保障施工安全等因素選擇開挖方法和支護(hù)方式。洞口段洞身襯砌應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及地形條件，至少設(shè)置不小于5m長的模筑混凝上加強(qiáng)段，以提高圬工的整體性。(6)洞門完成后，洞門以上仰坡腳受破壞處，應(yīng)及時(shí)處理。如仰坡地層松軟破碎，宜用漿砌片石或鋪種草皮防護(hù)。洞口段施工中最關(guān)鍵的工序就是進(jìn)洞開挖。隧道進(jìn)洞前應(yīng)對邊仰坡進(jìn)行妥善防護(hù)或加固，作好排水系統(tǒng)。4.4.3洞口的施工方法洞口段施工方法的確定取決于諸多因素。如施工機(jī)具設(shè)備情況、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地形條件；洞外相鄰建筑的影響；隧道自身構(gòu)造特點(diǎn)等。根據(jù)地層情況，可分為以下幾種施工方法；(1)洞口段圍巖為Ⅲ級(jí)以下，地層條件良好時(shí)，一般可采用全斷面直接開挖進(jìn)洞，初始10-20m區(qū)段的開挖，爆破進(jìn)尺應(yīng)控制在2~3m。施工支護(hù)，于拱部可施做局部錨桿；墻、拱采用素噴混凝上支護(hù)。洞口3~5m區(qū)段可以掛網(wǎng)噴混凝土及設(shè)鋼拱架予以加強(qiáng)。(2)洞口段圍巖為Ⅲ~IV級(jí)，地層條件較好時(shí)，宜采用正臺(tái)階法進(jìn)洞(不短于20m區(qū)段)爆破進(jìn)尺控制在1.5~2.5m。施工支護(hù)采用拱、墻系統(tǒng)錨桿和鋼筋網(wǎng)噴射混凝土。必要時(shí)設(shè)鋼拱架加強(qiáng)施工支護(hù)。(3)洞口段圍巖為Ⅱ-Ⅲ級(jí)，地層條件較差時(shí)，宜采用上半斷面長臺(tái)階法進(jìn)洞施工。上半斷面先進(jìn)50m左右后，拉中槽落底，在保證巖體穩(wěn)定的條件下，再進(jìn)行邊墻擴(kuò)大及底部開挖。上部開挖進(jìn)尺一般控制在1.5m以下，并嚴(yán)格控制爆破藥量。施工支護(hù)采用超前錨桿與系統(tǒng)錨桿相結(jié)合，掛網(wǎng)噴射混凝土。拱部安設(shè)間距為0.5~1.0m的鋼拱架支護(hù)，及早施做混凝土襯砌，確保穩(wěn)定和安全。(4)洞口段圍巖為Ⅴ級(jí)以上，地層條件差時(shí)，可采用分部開挖法和其它特殊方法進(jìn)洞施工。具體方法有：①預(yù)留核心土環(huán)形開挖法；②插板法或管棚法；③側(cè)壁導(dǎo)坑法；④下導(dǎo)坑先進(jìn)再上挑擴(kuò)大，由里向外施工法；⑤預(yù)切槽法等。開挖進(jìn)尺控制在1m以下，宜采用人工開挖，必要時(shí)才采用弱爆破。開挖前應(yīng)對圍巖進(jìn)行預(yù)加固措施，如采用超前預(yù)注漿錨桿或采用管棚注漿法加固巖層后，用鋼架緊貼洞口開挖面進(jìn)行支護(hù)，再進(jìn)行開挖作業(yè)。在洞身開挖中，支撐應(yīng)緊跟開挖工序，隨挖隨支。施工支護(hù)采用網(wǎng)噴混凝土，系統(tǒng)錨桿支護(hù)；架立鋼拱架間距為0.5m，必要時(shí)可在開挖底面施做臨時(shí)仰拱。開挖完畢后及早施作混凝土內(nèi)層襯砌。4.5不良和特殊地質(zhì)地段隧道施工4.5.1不良和特殊地質(zhì)地段施工一般規(guī)定(1)不良地質(zhì)地段不良地質(zhì)地段是指滑坡、崩塌、巖堆、偏壓地層、巖溶、高應(yīng)力、高強(qiáng)度地層、松散地層、軟土地段等不利于隧道工程的不良地質(zhì)環(huán)境。不良地質(zhì)地段的變異條件是非常復(fù)雜的，設(shè)計(jì)文件提供的地質(zhì)資料，施工前所制定的施工方法和防范措施及對策，不可能自始至終完全符合實(shí)際情況，因此，在施工過程中，應(yīng)經(jīng)常觀察地層與地質(zhì)條件的變化、檢查支護(hù)與襯砌的受力狀態(tài)，及時(shí)排險(xiǎn)，防止突然事故發(fā)生。(2)特殊地質(zhì)地段特殊地質(zhì)地段是指膨脹地層、軟弱黃土地層、含水未固結(jié)圍巖、溶洞、斷層、巖爆、流沙等地段以及瓦斯溢出地層等。特殊地質(zhì)地段隧道，由于巖層的地質(zhì)成因復(fù)雜，地質(zhì)條件具有突變性，事故具有突發(fā)性，對隧道施工的危害極大，如果僅靠常規(guī)的隧道施工技術(shù)和施工方法是很難克服的。因此，在特殊地質(zhì)地段進(jìn)行隧道施工時(shí)，除了應(yīng)遵守一般技術(shù)要求外，還應(yīng)遵守一些特殊規(guī)定，采取針對性較強(qiáng)的輔助方法施工。在開挖、支護(hù)襯砌施工中，由于各種因素的影響可能會(huì)發(fā)生土石坍塌，坑道受壓支撐被壓壞，襯砌結(jié)構(gòu)斷裂和各種特殊施工難題，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度、安全和工程質(zhì)量。瓦斯溢出地層，更嚴(yán)重地影響著隧道施工安全。隧道現(xiàn)場圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形監(jiān)控變形量測，以及反饋用于修改設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)，指導(dǎo)施工，對于隧道建筑構(gòu)造物來說，具有重要作用和積極的意義，效果也是十分顯著的。不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)地段隧道圍巖變形大，變化快、事故具有突發(fā)性的特點(diǎn)，因此，積極采取現(xiàn)場圍巖變形量測，及時(shí)了解變形量，變形時(shí)間及空間變化規(guī)律是非常有益的。這樣，施工開挖與支護(hù)襯砌就有了較充分的科學(xué)依據(jù)，可以減少施工中認(rèn)為主觀因素的影響等。4.5.2不良和特殊地質(zhì)地段隧道工程隧道通過不良、特殊地質(zhì)地段，其施工有關(guān)注意事項(xiàng)如下：(1)編制施工計(jì)劃注意的事項(xiàng)施工前應(yīng)對隧道工程設(shè)計(jì)文件、圖紙、資料，尤其應(yīng)對勘測設(shè)計(jì)所提供的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料進(jìn)行詳細(xì)分析了解，深入細(xì)致地作施工調(diào)查，對地質(zhì)資料應(yīng)進(jìn)行專門調(diào)查研究，特別應(yīng)查明隧道影響范圍內(nèi)的各種不良地質(zhì)、特殊地質(zhì)地段的圍巖級(jí)別，進(jìn)行施工地質(zhì)調(diào)查，超前鉆探和超前進(jìn)行彈性波探測是預(yù)復(fù)雜、多變地段重大不良地質(zhì)情況的有效手段。在充分調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)圍巖級(jí)別結(jié)合施工單位的具體情況，綜合考慮各方面的因素，擬定施工方案。并根據(jù)施工方案，制定相應(yīng)的施工方法和技術(shù)措施，備足有關(guān)機(jī)具材料，認(rèn)真編制和實(shí)施施工組織設(shè)計(jì)。使工程達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效的目的。(2)選擇施工方法注意事項(xiàng)施工中應(yīng)經(jīng)常觀察圍巖和地下水的變異情況，量測支護(hù)、襯砌的受力情況，注意地形、地貌和地表的變化，防止突發(fā)事故。一旦發(fā)生險(xiǎn)情，應(yīng)立即分析情況并采取相應(yīng)技術(shù)措施，迅速處理。滲水地段，應(yīng)及時(shí)治水。特殊地質(zhì)地段隧道施工，以“先治水、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、早襯砌、勤檢查、穩(wěn)步前進(jìn)”為指導(dǎo)原則。隧道選擇施工方法(包括開挖及支護(hù))時(shí)，應(yīng)以安全及工程質(zhì)量為前提，綜合考慮隧道工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、斷面形式、尺寸、埋置深度、施工機(jī)械裝備、工期要求、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的可行性等因素而定。同時(shí)應(yīng)考慮圍巖變化時(shí)施工方法的適應(yīng)性及其變更的可能性，以兔造成工程失誤和增加投資。(3)加強(qiáng)監(jiān)控和量測工作采用新奧法施工的隧道，為掌握施工中圍巖和支護(hù)的力學(xué)動(dòng)態(tài)及穩(wěn)定程度，以及確定施工工序，保證施工安全及工程質(zhì)量，影視實(shí)施現(xiàn)場量測，充分利用監(jiān)控量測指導(dǎo)施工。對軟巖淺埋地段隧道，須進(jìn)行地表下沉觀測，以及對開挖面的地質(zhì)素描及對圍巖和支護(hù)的盈利——應(yīng)變測試等，這些對及時(shí)預(yù)報(bào)洞體穩(wěn)定程度和力學(xué)動(dòng)態(tài)，及時(shí)修正支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)和改變施工方法，采取針對性技術(shù)措施都是十分重要的。(4)使用噴錨技術(shù)注意事項(xiàng)特殊地質(zhì)地段隧道，除大面積淋水地段、流沙地段外，均可采用錨噴支護(hù)施工。施工時(shí)應(yīng)符合下列要求：①爆破后如開挖工作面有坍塌可能時(shí)，應(yīng)在清除危石后及時(shí)噴射混凝土護(hù)面。如圍巖自穩(wěn)性很差，開挖難以成形，可沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線打設(shè)超前錨桿。②錨噴支護(hù)后仍不能提供足夠的支護(hù)能力時(shí)，應(yīng)及早裝設(shè)鋼拱架支撐加強(qiáng)支護(hù)。另外隧道穿過未膠結(jié)松散地層和嚴(yán)寒地區(qū)凍脹地層等，施工時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如先護(hù)后挖，密閉支撐、邊開挖邊封閉的辦法。(5)采用臨時(shí)支護(hù)時(shí)注意事項(xiàng)不宜采用錨噴支護(hù)的特殊地質(zhì)地段，應(yīng)用構(gòu)件支撐作臨時(shí)支護(hù)，并應(yīng)符合下列要求：①支撐要有足夠的強(qiáng)度和剛度，能承受開挖后的圍巖壓力。構(gòu)件支撐基礎(chǔ)應(yīng)鋪設(shè)墊板。當(dāng)支撐出現(xiàn)變形、斷裂時(shí)，應(yīng)立即加固或部分撤換，以確保安全和工程質(zhì)量；②圍巖出現(xiàn)底部壓力，產(chǎn)生底膨現(xiàn)象或可能產(chǎn)生沉陷時(shí)應(yīng)加設(shè)底梁；③當(dāng)圍巖極為松軟破碎時(shí)，應(yīng)采用先護(hù)后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密；④根據(jù)現(xiàn)場條件，可結(jié)合管棚或超前錨桿等支護(hù)，形成聯(lián)合支撐；⑤支護(hù)作業(yè)應(yīng)迅速、及時(shí)，以充分發(fā)揮構(gòu)件支撐的作用。(6)選用掘進(jìn)方法時(shí)注意事項(xiàng)特殊地質(zhì)地段隧道施工時(shí)，不宜采用全斷面開挖。無論是采用鉆爆開挖法、機(jī)械開挖法或人工和機(jī)械混合開挖法，應(yīng)視地質(zhì)、環(huán)境、安全、工程質(zhì)量等條件合理選用。如用鉆爆法施工時(shí)，采用光面爆破和預(yù)裂爆破技術(shù)，能使開挖輪廓線符合設(shè)計(jì)要求及減少對圍巖的擾動(dòng)破壞。爆破應(yīng)嚴(yán)格按照鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，如遇地質(zhì)變化應(yīng)及時(shí)修改完善設(shè)計(jì)。(7)掘進(jìn)時(shí)遇有圍巖壓力過大注意事項(xiàng)圍巖壓力過大，支撐受力下沉侵入襯砌設(shè)計(jì)斷面，必須挑頂(即將隧道頂部提高)時(shí)，其處理方法是：拱部擴(kuò)挖前發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)先挑頂后擴(kuò)挖。當(dāng)擴(kuò)挖后發(fā)現(xiàn)頂部下沉，應(yīng)立好拱架和模板先灌筑滿足設(shè)計(jì)斷面部分的拱圈，待混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度并加強(qiáng)拱架支撐后，再行挑頂灌筑其余部分。挑頂作業(yè)宜先護(hù)后挖，暴露面應(yīng)用支撐封閉嚴(yán)密。(8)遇有松散、自穩(wěn)差的圍巖掘進(jìn)時(shí)注意事項(xiàng)對于極松散的未固結(jié)圍巖和自穩(wěn)性極差的圍巖，當(dāng)采用先護(hù)后挖法仍不能開挖成形時(shí)，宜采用壓注水泥砂漿或化學(xué)漿液加固圍巖的方法，以提高其自穩(wěn)性。(9)襯砌出現(xiàn)開裂或下沉?xí)r注意事項(xiàng)特殊地質(zhì)地段隧道襯砌，為防止圍巖松弛，圍巖壓力作用在襯砌結(jié)構(gòu)上，致使襯砌出現(xiàn)開裂、下沉等不良現(xiàn)象，采用模筑襯砌施工時(shí)，除遵守隧道施工技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定施工外，還應(yīng)注意：當(dāng)拱腳、墻基松軟時(shí)，灌筑混凝土前應(yīng)采取措施加固基底。襯砌混凝土應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)或早強(qiáng)水泥，提高混凝土等級(jí)，或采用摻速凝劑、早強(qiáng)劑等措施，提高襯砌的早期承載能力。仰拱施工，應(yīng)在邊墻完成后抓緊進(jìn)行，或根據(jù)需要在初期支護(hù)完成后立即施作仰拱，使襯砌結(jié)構(gòu)盡早封閉成環(huán)改善受力狀態(tài)，以確保襯砌結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定堅(jiān)固。4.5.3不良地質(zhì)地段隧道施工方法4.5.3.1富水軟弱破碎地質(zhì)在山嶺隧道中，富水破碎軟弱地質(zhì)多出現(xiàn)在斷層斷裂帶及影響帶，這類地質(zhì)隧道一般都在水位以下施工，施工中易出現(xiàn)涌水甚至導(dǎo)致塌方。隨著洞室的開挖，地下水沖刷破碎裂隙充填物，使圍巖松散掉塊，圍巖壓力增大。施工技術(shù)的關(guān)鍵是對地下水的處理。此類典型隧道工例較多，如表15為國內(nèi)富水軟弱破碎地質(zhì)隧道統(tǒng)計(jì)，形成了“預(yù)探測、先治水、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉”的技術(shù)原則，并先后形成了“雙線鐵路隧道富水軟弱破碎圍巖大斷面工法”、“隧道富水?dāng)鄬訋羁壮邦A(yù)注漿全封閉固結(jié)止水工法”、“小導(dǎo)管超前注漿施工工法”和“水下隧洞超前鉆探全封閉帷幕注漿開挖工法”等工法和研究成果。上述研究成果均為單線和雙線隧道斷面下應(yīng)用實(shí)施的，對于特大斷面因圍巖壓力增大，洞室穩(wěn)定性條件惡化等因素，對止水帷幕的合理厚度、預(yù)支護(hù)的剛度以及多分部工法中臨時(shí)支護(hù)強(qiáng)度要求還應(yīng)在實(shí)踐中研究決定。4.5.3.2巖溶地質(zhì)我國是碳酸鹽分部較為廣泛的國家，覆蓋及出露的碳酸鹽巖總面積約占國土總面積的1/5。在山區(qū)鐵路建設(shè)中，遇到的巖溶災(zāi)害，嚴(yán)重影響了隧道的施工安全和施工進(jìn)度，并對運(yùn)營安全造成潛在危害。典型隧道工例較多，表16為巖溶地質(zhì)隧道施工統(tǒng)計(jì)。針對巖溶地質(zhì)類型、規(guī)模大小、發(fā)育程度、充填物及地下水的情況，形成了巖溶水的疏導(dǎo)、溶洞處理等施工技術(shù)，并先后形成了“隧道巖溶流塑粘土劈裂注漿固結(jié)工法”、“巖溶隧道管棚支護(hù)技術(shù)”和“隧道襯砌彈簧盲管防排水施工技術(shù)”等工法和研究成果。在特大斷面隧道施工中，在遇到中大型溶洞時(shí)，隧道與溶洞的接觸面積也將增大，在隧道結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)中不僅要給予適當(dāng)增強(qiáng)，而且還應(yīng)考慮特大斷面圍巖壓力及水壓力大幅增大的因素，高速列車附加沖擊力的影響。4.5.3.3煤系地層煤系地層中多數(shù)含有瓦斯，有瓦斯爆炸的危險(xiǎn)；瓦斯壓力高的地層，存在煤和瓦斯突出的可能，同時(shí)煤系地層一般為軟弱圍巖，地層壓力大，洞室穩(wěn)定性差。在交通類隧道工程中，其中瓦斯的危害性最大，瓦斯也是煤礦山的主要地質(zhì)災(zāi)害之一。我國鐵路隧道工程瓦斯隧道較少，瓦斯含量及壓力也不太高，如表17所示。施工中的主要技術(shù)對策是加強(qiáng)瓦斯監(jiān)測和施工中的通風(fēng)。大斷面隧道施工通風(fēng)所需風(fēng)量要大得多，瓦斯隧道所需風(fēng)量則更大，通風(fēng)設(shè)計(jì)及通風(fēng)設(shè)備選型應(yīng)給予足夠重視。因此所需風(fēng)量大，施工中更應(yīng)研究分階段通風(fēng)，從而保證洞內(nèi)空氣質(zhì)量和大幅節(jié)省能耗。4.5.3.4高地應(yīng)力軟巖大變形隧道由于隧道埋深大，地應(yīng)力較高，而巖石的強(qiáng)度較低，洞室開挖后周邊出現(xiàn)大范圍的塑性破壞區(qū)，塑性區(qū)內(nèi)的巖體發(fā)生剪切和擠壓作用，迫使圍巖質(zhì)點(diǎn)向開挖空間內(nèi)移動(dòng)，從而出現(xiàn)大變形。擠壓變形具有變形量大，變形速度快。且變形持續(xù)時(shí)間長的特點(diǎn)，完全依靠支護(hù)剛度往往不能抵抗這種大變形。國內(nèi)最具典型的在建隧道工程有蘭武復(fù)線烏鞘嶺鐵路單線隧道，已建工程中有家竹箐隧道，寶中線上的大寨隧道等。國外典型工例有奧地利的陶恩(Taoern)隧道、阿爾貝格(Alberg)隧道、壹那山(Enason)隧道、土耳其的博盧(Bolu)隧道等。在施工實(shí)踐中，形成了“卸壓、留足預(yù)變形、改善洞室的受力形狀、長錨桿支護(hù)、邊支邊讓或分層多次支護(hù)”等治理大變形的施工技術(shù)。4.5.3.5高地應(yīng)力硬巖地質(zhì)隧道穿越較