隧道新奥法施工技术原理

第一章: 新奥法施工技术原理

新奥法即新奥地利隧道施工方法的简称，原文是New Austrian Tunnelling Method,简写为NATM。新奥地利法是奥地利学者拉布西兹（L。V。Rabcewicz）教授提出来的，其原理主应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用锚杆和喷射混凝土为主要手段，及时地进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。

洞室开挖后所产生的围岩压力是由岩体与支护结构共同承担的，而且从某种意义上来说，岩体承担了围岩压力的主要部分，新奥法运用共同作用的理论作为隧道建设的指导思想，合理地利用了岩体作为支护结构的一部分，摒弃了过去将岩体作为支护结构的荷载和采用厚衬砌的传统方法，因此这一点可以说是新奥法的精髓。

岩体的失稳是由于洞室的开挖，产生了围岩应力，调整和加剧了结构面对岩体的切割，促使洞周围的岩体松动而引起的，因此，早期加固是避免岩体松动，防止岩体进一步风化，保持岩体稳定的有效手段。

围岩压力与岩体位移关系图

从理论上分析，围岩压力应是塑性形变压力和塑性松动压力的组合，其径向位移的变化曲线如图所示，根据图示的曲线特征即可分析支护刚度、支护时间对围岩压力的影响，塑性圈半径的大小从其变化特性而言与径向位移和时间成正比关系，应力调整过程中随着时间的增长其径向位移将不断产生，而径向位移的增长又促进塑性圈的继续扩大，直至达到岩体新的应力平衡，因此，可以说在围岩的二次应力调整过程中，时间、岩体径向位移、塑性圈半径等三者之间的作用是相互联系的。

新奥法建议断面及支护形式

新奥法中建议采用图所示的隧道截面形式，支护结构为一闭合环，支护结构采用的基本形式是金属网、锚杆和喷射砼，通常被称为喷锚结构，采用这种支护形式的目的是消除传统支护与岩体不能紧密地贴在一起，使支护与岩体形成一个整体的弊端，此外，这喷射砼的厚度一般为15cm左右，在上金属网形成柔性支护，能够使支护与岩体产生一定量的位移，但仍能使岩体保持洞室的稳定，如果，围岩二次应力比较大，则可采用加大喷射混凝土厚度和缩短各锚杆之间的距离等手段，甚至在洞内加设钢拱肋的方法，以确保洞室的稳定，在新奥法施工中，要求尽量用全断面开挖，以减少分级开挖而引起的多次扰动。

在施工中加强施工现场 的监测，并以现场监测所得的数据作为反馈信息，进行补充设计，新奥法要求在整个施工过程中进行全面的现场监测，监测的主要内容通常是洞室内壁的位移收敛、支护与围岩交接处的压力，锚杆所受的应力及洞室周围岩体的各点位移等，将监测所得的数据制出相应的曲线（如收敛位移与时间的曲线），经长期累积后，即可分析岩体的稳定性，发生问题及时进行补充设计，保持洞室岩体的稳定。

新奥法能较好地利用岩体的力学性质，充分发挥岩体的自身的承载能力，合理地设计支护结构，从而确保隧道施工的安全性及使用的长期性，能够更完善、更经济地进行隧道建设。

第二章: 隧道施工准备

隧道施工组织安排一般独立进行，为了对工期、工程费用、施工方法及安全生产等做出计划，隧道施工前应深入工地做好调查研究，为施工提供基础资料，全面细致分析各种自然条件、社会条件、内在因素等，从量化角度详细分析，以最优化方案做好施工组织设

计。

2．1工程概况：

2．1．11了解自然条件。依据设计图纸的相关内容，深入调查隧道所处路段的地形、地貌；气候特征；水文条件。尽可能查明隧道施工范围内的地形、地质及下列围岩的实际状况，浅埋地段地质和地表下沉的可能性，断层破碎带和褶皱破碎带构造、性质和范围，有无膨胀性土压，有无流沙现象，洞口地段偏压和滑坡活动情况，围岩中有无毒气，做好洞内涌水形态、涌水量及其贮水范围等水文地质情况，分析各因素对隧道施工可能造成的有利或不利影响，以便采取相关处理措施。

2．1．12掌握施工条件。施工条件在施工过程中是比较关键性的因素，它贯穿整个施工过程，它包括：交通状况、电力资源、水源、材料等，施工时尽可能利用当地电源、动力、通讯、机具车辆维修、物资、消防、劳力、生活供应及医疗卫生条件，以节省工程费用，为拟定供水方案，应对隧道附近水源位置、储水量及水质情况进行调查，根据设计文件提供的料场，对砂石等材料的产量、质量进行鉴定，据此确定材料 供应方案。

2．1．13进行技术准备。施工场地的合理与否，关系到施工进度和工程成本，由于隧道的工程量较大，技术复杂，施工机械化成度较高，因此，洞内外各项工作应协调配合，提高机械效率，作好场地总体布署及临时工程主要包括四通（水、电、道路、通讯）一平（平整场地）及临时房屋的建设，隧道开工前应根据工程需要配备成套的试验仪具，对设计文件所列的各种材料做好试验工作，同时按规定配备机械设备和量测仪器，空气压缩机的容量要求比传统施工方法增大一倍，以满足开挖和喷射砼作业的需要，隧道施工测量是工程修建中不可缺少的一环，因此必须重视控制点、基准点、水准点的交接和复核工作，并通过三角网或精密导线网对各点进行校核，以确保隧道施工精度。

2．2编制施工组织设计：

在调查研究，核对设计文件，组织线路测量复查等工作基础上编制施工组织设计，并以此作为隧道施工的依据，编制施工组织设计，可按下列步骤进行：

2．2．1复核与分析工程设计文件，掌握工程施工的特点，摘录工程数量。

2．2．12确保总的施工方案和总的实际施工期限，在施工方案中应包括：机械化程度；初步安排施工进度；工序作业流水线和流水速度；划分总的施工程序和初步安排施工场地平面图。

2．2．13选择各分项工程的实际施工方法和计算工作量。

2．2．14确定各分项工程的实际施工进度和施工期限。

2．2．15编制施工进度图，并进行最合理的调整。

2．2．16计算劳动力、电力、材料和机械设备的需要量，并根据施工进长的要求，编拟供应计划。

2．2．17布置运输线路，计算运输量，选择运输方式，确定运输工具数量。

2．2．18确定自办材料的开采和加工方案，提出各种附属企业的设置方案和生产计划表。

2．2．19制定各项临时工程施工方案和计算工作量。

2．2．20拟定安全、质量、环保和节约等主要技术措施。

2．2．21提出施工管理机构的方案，确定劳动组织的编制，制定各种相应的管理制度。

2．2．22编写施工组织说明书。

第三章: 洞口、明洞与浅埋工程

3．1洞口工程：

隧道洞口各项工程是指边、仰坡土石方工程，边墙、翼墙及洞口排水系统等，这些工程相互关联，往往一项工程安排不周就会影响其他工程，因此应全面考虑，妥善安排，以减少干扰，保证安全，尽快完成，为洞身施工创造条件，其主要精神有两点，一是保证边坡、仰坡稳定，防止塌方，堵塞通道；二是进洞前宜将土石方及其相关工程做完，做好，避免与洞内施工干扰，影响工期。洞口工程宜在雨季前做好，因为洞口开挖后破坏了自然平衡，且地质条件通常都比较复杂，特别是不良地质地段，在雨季施工不宜保证安全，洞口工程还包括洞门，但洞门可在进洞后再做，在一般性况下洞门所处的位置并不理想，进洞时可采用钢支撑紧贴开挖面，形成假似洞口，围岩差时可用管棚支护。

3．2明洞工程：

明洞大多设置在坍方、落石、泥石流等不良地质或受地形限制地段，明洞一般为钢筋砼结构，因此施工中如钢筋的加工、接头、焊接、绑扎和安装以及砼的拌制、运输、浇筑、养护、拆模和检查均要求严格施工，拱形明洞与隧道整体式衬砌基本相似，由拱圈、边墙、铺底或仰拱组成，其衬砌施工一般要求除参照隧道整体式衬砌办理外，在衬砌端部与拱、

墙首轮环节处都要设置挡头板，为控制拱圈厚度，在拱部加设外模并架立骨肋边接固定，当先做一侧边墙 随即灌筑拱圈时，如另侧的拱脚基岩松软，可在拱脚下横木垫板加大承载力面积或夯填碎石以增加拱脚承载力，墙背回填的作用，主要是使边墙与围岩密贴，当围岩较稳定时一般可自墙顶起坡开挖，墙背宜挖垂直或较陡的坡度，当围岩稳性较差时，采用先拱后墙法施工，边墙宜开挖马口灌筑，两者和墙背空隙都不大时，可用与这墙相同材料同时自墙底起坡或在已成路堑增建明洞，明洞 防水层材料应尽可能采用实践证明的良好的材料。明洞与隧道暗洞衔接施工，应注意防止仰坡坍塌，并做到明暗洞衔接良好，。

3．3浅埋工程

实践证明，覆盖层浅的隧道，其围岩难以自成拱，地表易下沉，因此应采用合理的施工方法，根据山体成形的特点，浅埋段一般存在于洞口段范围内，洞口段的一般范如图所示：由于埋层浅，因此洞口段往往是施工上的技术难点，洞口自然灾害及处理措施如下表所示

灾害现象 问题点 主要措施

滑坡 由于洞口挖方破坏了原地面的平衡，导致滑坡，在原地层滑坡线上开挖，导致出现新的滑坡。 地表锚杆，注浆桩，深基桩，挡墙、土袋等。

崩塌落石 在陡坡山崖处开挖，即使围岩条件好也极可能出现崩塌或落石 喷射砼，地表锚杆，锚索，防落石棚，化学药液注浆。

偏压 岩地形非对称性，作用在隧道横断面上的荷载不平衡，加大隧道结构上的压力，导致结构剪切破坏。

平衡压重填土，护坡挡墙，反压护拱，挖切土体，减轻偏压力。

泥石流 泥石流的冲击力极大，多从沟谷冲下，危害结构物安全。 沿沟谷设梯级防沙坝。

雪崩 与泥石流同样具有极大冲击力，多发生在沟谷或陡坡处。 沿沟谷设梯级坝，洞口顶部设防护棚。

工程实例：206国道改造丰顺莲花山隧道工程地处莲花山山脉中低山区，工程总长13.39km，其中柚树下隧道长1569m属于长隧道，地形变化比较复杂，其汕头端洞口为第四系残坡积层,天然含水量25%，液性指数0.09，孔系比1.081，直接快剪凝聚力35.20KPa内磨擦角25°，属Ⅱ类围岩,受整个线路的影响洞口处于极度偏压、浅埋地段，山坡最大倾角达40度，隧道上方最浅埋深只有2米多，如图所示，洞口断面图（比例1：600）

从洞口断面图中可以看出其所处的地质结构是相当复杂的，经实地考查可知其岩性较弱。经过强烈的地质构造运动，或风化作用造成极度破碎的岩体，这种岩体被称为软弱岩体，其初始的大主应力一般为垂直方向居多，隧道开挖后容易在某一范围内形成一个滑动面，同时我们知道，岩体内有各种各样的结构面，它们有的是构造作用形成的，有的是其它原因造成的，这些结构面对围岩的影响不仅仅是它们本身的强度比岩石低，从而造成潜在滑动面，更重要的是这些结构面的组合，使岩体内出现分离体，这些分离体就是与整个岩体相脱离的岩块，当隧道开挖后，山体的应力重新分布，这些岩块在自身重力作用下有塌落的可能，而在浅埋地段会形成大面积的坍落，造成较大的经济损失。所谓偏压是指由于地形的非对称性作用，在隧道横断面上的荷载不平衡，加大了隧道结构上的压力，导致结构剪切破坏，隧道开挖后上面的土层形成自重应力场，其侧向压应力б呈三角形分布，如

图所示，由于山体偏压，濳在的滑动体形成了附加的拉应力б1从图中可以看出M点至隧道壁范围内处于受拉状态，由于覆盖层薄，其上面不能形成稳定的覆盖层，并且随着时间的延长，M点逐渐向上延伸一直到最终的整体破坏。

针对这一特殊的地质现象设计采用了反压护拱的方案其布置如图所示

锚 杆：Ф22mm,L=5m，间距1m×1m，面积25m×24m

钢筋网：两层，间距20cm×20cm

20号砼：长20m×宽16m×厚1.5m

施工中用的锚杆不但起到抗滑作用，同时也加固了软弱围岩。并取得了良好的效果。在岩体中施加锚杆的主要作用是加强薄板状或不牢固的岩体，锚杆产生应力和应变，从而改善岩体的稳定性。破碎围岩锚固体的应力变形曲线如图，图中第一个峰线是试件破碎前的曲线，第二个峰线是破裂后锚固体应力变形曲线，第二个峰线显示了两个特点：一是锚固体具有可观的强度，它接近于试块的强度；二是锚固体具有较好的可缩性，如图当应力达到极值后产生明显的变形，但是其承载力基本不变，根据地压显现的规律可知，对于地压较大的地层，采用可缩性支护，经过释放应力是加固围岩取得成功的关键。

为了验证反压护拱应用的可靠性，在施工洞口工程时对其进行了严格的监测，在洞顶布置了六个监测点，其布置形式如图所示其观测结果是：水平位移为零，垂直方向有变形。把六十天的观测结果绘成收敛曲线和收敛回归曲线图如图所示，从曲线回归图中可看出在前28天内曲线斜率较大，说明其变形比较明显，而在28天至60天这段区间内，曲线斜率逐渐变小，并一直趋向于零，也就是说隧道上部的围岩已形成了比较稳定的环形拱架，

从而达到了自稳。在第二部分应力、应变分析章节中我们知道，由于地形偏压且浅埋，其应变的典型曲线的变化规律是开始曲线斜率较小变形并不明显，而随着时间的增加其变形有增大的趋势，而在这种情况下，围岩是不稳定的。

第四章: 洞身工程

第一节: 洞身开挖

4．1．1围岩分类：隧道围岩分类是正确进行隧道设计与施工的基础。

类别 围岩主要工程地质条件 围岩开挖后的稳定状态

主要工程地质条件 结构特征和完整状态

Ⅵ 硬质岩石（饱和抗压极限强度Rb?60Mpa），受地质构造影响轻微，节理不发育，无软弱面或夹层，层状岩层为厚层。 呈巨石状整体结构 围岩稳定、无坍塌，可能产生岩爆。

Ⅴ 硬质岩石（饱和抗压极限强度Rb?30Mpa）受地质构造影响较重，节理发育，有少量软弱面和贯通微张节理，但其产状组合关系不致产生滑动，层状岩层为中层或厚层，层间结合一般，很少有分离现象。呈大块状砌体结构或巨块状事例结构。 暴露时间长可能会产生局部小坍塌，侧壁稳定，层间结合差的平绶岩层，顶板易塌落。

Ⅳ 硬质岩石（饱和抗压极限强度Rb?30Mpa）受地质构造影响严重，节理发育，有层状软弱面，但其层状及组合关系尚不致产生滑动，层状岩层为薄层或中层，层间结合差，多有分离现象。 呈块石、碎石状镶嵌结构， 拱部无支护时可产生小坍塌，侧壁基本

稳定，爆破震动过大易塌。

Ⅲ 硬质岩石（饱和抗压极限强度Rb?5Mpa）受地质结构影响严重，节理很发育，层状软弱面已基本被破坏， 呈块、碎石状， 拱部无支护时可产生较大的坍塌，侧壁产生小坍塌，浅埋时易出现地表下沉

Ⅱ 石质围岩位于挤强烈的断裂带内，裂隙杂乱，呈石夹土或土夹石状，一般为第四系的半干性土、硬塑的粘性土及稍湿至潮湿的一般碎、卵石土，角砾土及黄土。 呈松散结构，非粘性土呈松软结构 围岩易坍塌，处理不当会出现大坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉。

Ⅰ 石质围岩位于挤压极强烈的断裂带内，呈角砾、砂、泥松软体，软塑性粘土及潮湿的粉砂等。呈松软结构，粘性土易蠕动。 围岩极易坍塌变形，有水时土砂常与水一齐涌出。

4．1．12开挖方法：隧道施工中，开挖对工程的安全、质量、进度会产生重大影响，因此确定开挖方式和开挖方法时，应对各种条件作综合考虑，爆破开挖的进度较快且较为经济，缺点是会产生振动，和噪声对围岩也会产生不同程度的扰动，掘进机开挖对环境无不良影响，超、欠挖小，对围岩基本上无扰动，缺点是一次性投入大，人力开挖在施效率、安全性等方面很差，只限于局部，地段围岩不稳定、未固结的土质隧道以及小断面导坑开挖，根据围岩的实际情况，一般认为Ⅱ类围岩可采用人工机械开挖方式，Ⅲ类以上的围岩采用钻爆方式。在开挖方法方面，全断面开挖的特点是，开挖断面与作业净空大，干扰小，有条件充分使用机械，减少人力，每掘进一次，石渣数量较多钻爆和出渣又必须顺序作业，因此需配有钻孔台车和配套的高效率装渣机械才能提高掘进速度。台阶法按上台阶超前长度分为长台阶法，（台阶长50米以上）、短台阶法（台阶长5-50米）和微台阶法（3-5米），

三种，采用长台阶时上下部可配属同类大型机械平 行作业，当机械不足时可交替作业，当遇短隧道时可将上部断面全部挖通后，再挖下半断面，短台阶和微台阶二种方法可缩拓仰拱封闭的时间，改善初期支护受力条件，但施工干扰较大，当遇到软弱围岩时需慎重考虑，必要时采用辅助开挖措施稳定开挖面，以保证安全。导坑法从功能上考虑其适用性稍有差别，探查地下水时采用下导坑法较合适，处理膨胀性地层时，中央导坑法较合适，洞口段辅助开挖时上导坑法较合适，侧壁导坑法适用于地质差、断面大、地表下沉有严格要求的情况，典型的开挖方法如图所示：

4．1．3钻爆设计： 爆破工程是一门技术科学，技术含量的高低直接影响着爆破效果，因此在工程应用中它是控制工程质量及成本的关键性因素之一。公路隧道的施工特点是断面较大，两车道隧道最大断面达到100平方米、三车道隧道最大断面达到150平方米左右，如何在这样大的面积上施作爆破参数，从而达到预期的效果，需要有较高的技术要求。目前在隧道工程中应用最广的是钻眼爆破技术，其主要任务是，在保证安全的条件下，高效率、高质量、低成本地将岩石按规定的断面爆破下来，并且尽可能地不损坏隧道的围岩，从而达到隧道的长期稳定性，为此，需在工作面上合理布置一定数量的炮眼、确定每孔的装药量、采用合理的装药结构及起爆顺序。炮眼布置和合理选择各种参数将有效地达到爆破任务所规定的技术要求。

4．1．3．1岩石爆破作用原理

1岩石的强度。岩石是一种天然生成的固体，具有一般固体的强度性质,同一岩石在不同受力状态下的强度一般符合以下规律:三向等压强度>三向不等压强度>双向压缩强度>单向压缩强度>剪切强度>单向拉伸强度，但是岩石在不同受力状态下的强度差异往往比其它固体要大，如岩石的抗拉强度只有单向抗压强度的3-30%。因此岩石在受到拉力时很容易破坏，而处于压应力、特别是三向压应力状态下不容易破坏。许多实验研究的结果表明，

岩石的破坏形式只有两种：拉伸破坏和剪切破坏。

2 爆破破碎机理。爆炸在岩体中所激起的应力扰动的传播称为爆炸应力波。爆炸应力波在距爆点不同距离的区段内可表现为冲击波、爆炸应力波和地震波。在爆炸点近区内产生的冲击波具有陡峭波头，并以超声波传播，波头上的岩石所有状态参数都发生突跃变化，传播过程中能量损失大，衰减快。随着距离增大，冲击波衰减为压缩应力波，波头变缓，以声波速度传波，仍有脉冲性，传播中能量衰减比冲击波小，随着距离再增大，压缩应力波衰减为具有周期性震动的地震波，如图所示。

单个装药在无限岩体内爆破时，根据岩石的破坏情况，可以将炸药周围的岩体分为三个区：岩体除在装药处产生扩大的孔腔外，将产生粉碎区、裂隙区和震动区，如图所示。炸药爆炸在岩体中作用的冲击波或应力波传播到自由面时将产生反射；入射波为压缩波，反射波则为拉伸波，岩石容易拉伸破坏，岩石将从自由面开始，向岩体内部形成片落破坏块，反射波拉伸衰减到不足以拉断岩石时，还可以同径向裂隙的尖端处应力场叠加，使径向裂隙进一步扩展延伸，如图

3）爆破参数的确定

反射拉伸波对径向裂隙的影响

公路隧道在爆破过程中应用的是光面爆破技术，它可以使爆破后的隧道断面形状规则，符合设计，隧道围岩平整光滑，损伤小，保持稳定。依据岩石的强度及爆破作用机理为获得良好的光面爆破效果，一般都选用低密度、低爆速、高威力的炸药，目前隧道施工一般选用2号岩石炸药和防水的乳化炸药。

4）不偶合系数。不偶合系数选取的原则是使作用在孔壁上的压力低于岩石的抗压强度而高于抗拉强度，即，

KD=db/dc≥[ηρ0D2/8Kbσc]1/6

式中：ρ0，D--为炸药的密度和爆速；

Kb--体积应力状态下岩石抗压强度增大系数；

η--压力增大倍数；

σc --岩石单轴抗压强度。

在实际爆破中，不偶合系数视炸药和岩层性质不同，一般在1.5-2.5之间。

5炮眼间距。合适的间距应使炮眼间形成贯穿裂缝。关于贯穿裂缝形成的机理，目前有不同的观点，根据应力波理论，可以得出合适的眼间距是以两眼在连线上叠加的切向应力大于岩石的抗拉强度为原则，

E=（2bp2/σt）1/adb

式中：E--炮眼间距；

p2--炮眼壁上初始应力峰值；

b--切向应力与径向应力比值，b=γ/(1-γ), γ为泊松比。

σt--岩石抗拉强度；

a--应力波衰减指数，a=2-γ/（1-γ）；

db --炮眼直径。

其中：E一般为炮眼直径的10-15倍，在松软岩层中取小值，在较硬和较完整的岩层中可取最大值。

6）最小抵抗线。光爆层厚度或周边眼至邻近崩落眼的距离是周边眼爆破的最小抵抗线，最小抵抗线过大，光爆层的岩石将得不到适当破碎，过小，在反射波作用下，围岩内将产生较多的裂缝，影响围岩稳定，合理的最小抵抗线是与装药邻近系数m=E/W相关的，当m=0.8-1.0时最好。\" & Chr(13) & Chr(10)4．1．4工程实例

206国道改造丰顺莲花山隧道工程梅汕施工现场以桥梁、隧道为主，其中青潭隧道长2879米，柚树下隧道全长1569米，是控制整个线路工期及评比质量的关键工程。隧道在施工过程中爆破工程是最关键的施工工序，其爆破效果的好坏直接关系到施工质量、施工安全、工程成本，由于隧道施工的隐蔽性，及隧道围岩的千变万化，由理论计算出的一些参数在实际工作中并不能达到最好，因而只能作参考，在这两个隧道的施工过程中，工程技术人员以理论数据为基础，结合工程特点，边实践边改进，在施工过程中摸索出了一套行之有效的施工技术方案，现分述如下供同行类参考。\" & Chr(13) & Chr(10)4．1．4．1围岩特性：青潭隧道和柚树下隧道为穿越莲花山中低山区的长隧道，穿越山岭地形完整，反映在该上部为第四系残坡积层，基底为上侏罗统凝灰岩及其风化层，围岩基本以Ⅳ-Ⅴ类为主。地下水不发育，岩石单轴极限抗压强度离散性大，从55.10-185.61Mpa平均值101.7Mpa，弹性模量7.42-8.97E4Mpa,泊松比0.33-0.43,RQD=30-85%.\" & Chr(13) &

Chr(10)4．1．4．2爆破参数：以下爆破参数是在前面理论计算的基础上，在实际操作中进行了调整。\" & Chr(13) & Chr(10)炮眼深度（L）:3.00-3.40m；

炮眼直径：Φ42；炸药的选择：采用2号岩石炸药、乳化炸药；\" & Chr(13) & Chr(10)药卷直径：周边眼采用小药卷，直径为Φ32mm；其它药卷直径为：Φ40mm；

单位岩石用量0.8Kg/m3；\" & Chr(13) & Chr(10)掏槽方式：斜眼锥形掏槽，周边眼采用光面爆破方式；\" & Chr(13) & Chr(10)装药结构：采用不偶合装药，不偶合系数为1.2，周边采用空气间隔装药，导爆索引爆；\" & Chr(13) & Chr(10)起爆方式为: 非电毫秒延期雷管起爆。\" & Chr(13) & Chr(10)开挖深度：3.0m\" & Chr(13) & Chr(10)开挖断面： 87.85m2

4．1．4．3爆破图表：

4．1．4．4经济技术分析：和1995年7月1日实施的《，公路隧道施工技术规范》JTJ042-94中的钻爆设计相比：同类围岩每立方米节约炸药0.4kg，减少钻眼数20个，减少雷管20个，缩短循环时间4个小时，经施工单位、现场监理、建设单位共同复测，开挖断面完全符合设计要求，周边眼炮痕保留率达到89%，达到了光面爆破的效果。\" & Chr(13) & Chr(10)4．1．4．5结束语\" & Chr(13) & Chr(10)在隧道爆破施工中，我们对原有的设计爆破施工方案进行改进，采用了大孔径爆破施工技术，从隧道的开挖及分析结果可以看出，其方案是成功的，在操作的过程中，由于隧道围岩的多变性，爆破参数需根据实际情况进行调整，但总的指导思想是：大掏槽、少装药、多临空、强光爆。伴随公路建设的多元化，公路隧道的数量也与日俱增，衷心希望这一爆破施工方案能为同行类人员提供有益的参考。\" & Chr(13) & Chr(10)第二节: 锚喷支护

当前隧道设计、施工的主要指导方法是新奥法，而确保隧道结构与施工安全的最关键一环是锚喷支护，山体的荷载（地压）在隧道开挖后有着较长时间、较大的变化，它随着施工方法、施工材料、工作条件以及施工速度等因素的变化而变化，锚喷支护的实质是地应力的二次释放，通过应力的释放使山体本身达到自稳，从而避免由于聚集大量的地应力而造成工程事故及不必要的原材料浪费。

2 锚喷支护主要参数的确定\" & Chr(13) & Chr(10) 锚杆的作用机理尚在探讨中其中包括，组合梁理论、围岩加固理论、组合拱理论等，但目前最流行的是悬吊梁理论理论。在实际工作中仍以工程类比（经验数据）和理论计算相结合的方法确定支护的参数.

2.1悬吊梁理论计算锚杆参数

分两种情况，对于层状岩石，锚杆锚固在稳定岩层中，将直接顶悬挂在锚杆上（图1），对于均质岩冒落拱内岩石用锚杆悬吊在冒落拱外的稳定岩石上（图2），因此锚杆的间排距可按下式计算：

2.1.1锚杆长度计算\" & Chr(13) & Chr(10)l = KH + l1 + l2

式中:

L--锚杆长度，m；

H--软弱岩层厚度（或冒落拱高度），m；

K--考虑弱岩层的深度，一般取2；

L1---锚杆入稳定层的深度，一般为0.25~0.30；

L2---锚杆在隧道中外露长度，一般为0.1m；

a = Q / HKr

式中:

A--锚杆的间排距，m；

Q--锚杆设计锚固力，t；

r--软弱岩层的容重，t/m3；

2.2锚喷支护施工方法

由省长大公路工程有限公司承建的206国道改造莲花山隧道工程柚树下隧道全长1569米，整个工程的投资是41312778元，初期支护喷射砼工程量为6562300元，设计砼的回弹率为20%。在施工过程中依据锚喷支护的机理，合理确定支护参数，选择最佳施工工艺，摸索出了一条有效的施工方法，既保证了质量又创造了经济效益，现分述如下供同行类参考。

2.2.1锚杆的施作\" & Chr(13) & Chr(10)隧道锚杆施作与边坡防护不同，锚杆的方向、锚固长度是施作锚杆的关键性因素，设计图纸中锚杆是垂直开挖线的，但在实际施工过程中我们发现这样的效果并不是很好，因为隧道爆破后于由岩层本身有节理的存在，其轮廓线并不光滑，施作锚杆后整个锚固层的厚度降低，锚杆受附加的剪切力的作用，影响其长

期的稳定性，经和设计院研究，决定采用垂直法线方向进行施作，从而有效地避免了以上不良现象的发生，抗拔力达到8T远大于设计的5T。目前隧道多采用砂浆锚杆，用锚杆注浆罐灌注水泥砂浆，其型号为MJ-2型，容积为20L，每小时可灌注50~60个锚杆孔。

2.2.2喷砼材料

喷射砼的材料要求速凝、早期强度高、收缩率小，适于喷射机使用，因此其材料的特点是：水泥：一般采用不低于425号的硅酸盐水泥；细骨料：为了减少有害粉尘和防止收缩裂缝，应采用粒径大于0.35的中、细砂，并且含水量不应小于5%；粗骨料：一般选用坚硬的碎石，碎的回弹率很低，但是容易发生堵管现象，对输料管磨损严重，在实际工作中我们采用了10~15mm的粒径。

2.2.3喷射砼的配合比

确定方法与一般砼相同，一般根据计算方法初步确定配合比，然后经试验、调整满足设计要求后方可施工，经实际操作最终确定，强度不低于20Mpa，初凝时间3~5min，终凝时间10min左右，回弹率低，早期强度高，根据上述指标，水泥用量为375~400Kg/m3,其水泥：砂：石子为1：（2.0~2.5）：(2.5~2.0)，水灰比为0.4~0.45，速凝济的用量一般为2.5%~4%，不易超过4%，否则将明显降低混砼后期强度，并且收缩率增加。

2.3喷射砼施工的主要工艺参数

喷射砼的工艺参数主要根据喷射砼的质量、回弹率以及粉尘大小等因素决定。

2.3.1喷射砼的风压

风压是控制回弹率及质量的关键性因素，喷射砼的压力可按下列经验公式计算，

p=R+0.001L1+0.02L2，Mpa

式中:

p--喷砼机工作压力；

R--当粗骨料粒径为20~25mm时， R=0.14Mpa；当粗骨料粒径为

10~20mm时，R=0.12Mpa；

L1--输料管水平长度，m；

L2--输料管垂直向上长度，m

现场计算后的风压值为0.15~0.18Mpa实际操作测得这一风压取得了较好的效果。

2.3.2水压

为保证水料充分混合，并可减少粉尘，取水压值比风压值大0.1Mpa。

2.3.3水灰比

按计算和实际操作的效果看，喷射砼的最佳水灰比为0.4~0.45之间，当水量不足时，喷层表面有浮砂，出现干斑，颜色较浅，回弹率高，粉尘飞扬；若水量过大，则砼从受喷

面流淌。

2.3.4喷嘴与受喷面的距离及倾角

喷嘴与受喷面的距离以0.8~1.0m为宜，并垂直工作面时，砼的质量最高，回弹率最低。

2.3.5一次喷厚及喷层之间的间歇时间

喷射砼的受喷厚度为15~25cm之间，一次性喷到设计厚度是不合理的，为了不使砼从受喷面发生重力坠落，一般喷射顺序为分段从墙向上喷射，并且自下而上的喷射厚度逐渐减小，其部位和厚度可按图3所示进行工作，掺加速凝剂的砼其间隔时间为15~20min；如果不加速凝剂4小时后方可复喷。

图3: 一次喷射厚度

分子-喷嘴与水平面的夹角；

分母 -一次喷射厚度。

2.4锚喷支护质量检查

锚喷支护属隐蔽工程，并且影响质量

的因素较多，而且用肉眼很难鉴别它的质

量，特别在松软破碎地段锚喷支护的质量

更难保证，从锚喷支护的机理看，每一个

局部都和整体有密切关系，柚树下隧道全

长1569米，所有锚杆的拉拔力都达到了

设计要求超过了5T。喷射砼的质量检查按

《公路隧道施工技术规范》规定执行，整个

隧道共作了150块试块其强度在22~30Mpa

之间远远达到了设计要求。

2.5结语

柚树下隧道于1999年12月动工到2000

年3月份开通，喷砼的工程数量为6562300元，

按设计20%回弹率计算，回弹损失为1312460

元，在施工操作过程中，工程技术人员对各种

参数进行理论与实践上的结合，多次收集原始

数据进行分析比较，以以上所述成果为技术标准进行操作，经计算喷射砼的回弹率为7%整个隧道直接减少成本为853099元，并且各种指标均过到或超过设计要求，当然由于各种隧道的性质不同，地质形态及原材料千差万变，施工数据也应作适当调整，但柚树下隧道各种施工参数做为一项技术指标可以在同类工程中供参考

第三节: 二次衬砌

二次衬砌采用配套机械化施工，洞外设拌合站拌制砼，砼罐车运送，洞内用砼输送泵泵送入模，衬砌模板台车全断面一次衬砌其纵断面示意图如图所示。二次衬砌的工作程序为：铺轨--工作平台就位--欠挖处理--清除突出物--铺设防水板--（含土工布）--向前移动工作平台--模板台车就位--清理、验收--刷脱模剂--砼输送泵就位--复测中线水平--定位锁定--安设挡头板--砼泵送灌注、刹尖封顶--养生--脱模--再循环。依据新奥法的指导原则，二次衬砌的施作，应在围岩变形基本稳定后进行，施作三次衬砌之前应做好如下准备工作，

1二次衬砌的各项指标应符合有关规定要求，

2做好地下水的引排工作，仰拱、基础部位的虚碴和积水必须清除干净，

3防水层或喷层表面粉尘应清除并洒水湿润，模板台车必须锁定牢固，4施工机械设备应先检查，并进行试运行，

灌筑作业应符合下列要求:

1由下向上依次对称灌筑；

2隧道仰拱地段应先灌筑仰拱，其长度视基本情况确定；

3二次衬砌的砼应连续浇筑，不得间歇时，间歇时间及处理方法应符合有关规定；

4灌筑砼应捣实，当使用插入式振动器时，移距离一般不超过振捣器作用半径的1.5倍，插入下层砼的深度，宜为5-10cm，振动延续时间，应保证砼获得足够的密实度，但不得损伤防水层，在无条件使用振动器时，人工捣固应落实到人，确保砼的灌筑、捣固质量；

5为防止砼的早期干缩产生裂纹，应在灌筑后12小时内，根据气候条件、洒水养护，使其长期保持湿润；

6当承重结构的砼强度达到2.5Mpa，承重结构的砼结构达到规定要求方可脱模，脱模后对部分地方需修整的进行修整，以达到光滑、平顺。

第四节: 隧道防排水

隧道防排水工程质量好坏是关系到隧道能否保证长期使用，保证行车安全的重要条件，因此在施工过程中需引起高度重视，目前隧道防排水设计已较完善，而防排水效果的好坏主要取决于施工过程中的施工工艺，隧道施工防排水工作应以防、截、排、堵相结合的综合治理原则，强调其重要性和措施的多种化，以达到治水的效果，隧道开挖前应先做好洞顶、洞口、辅助坑道口的地面排水系统，必要时还需采用地表防渗措施，防止地表水深入围岩，流入洞内，影响施工，危及安全，资料表明，地下水对隧道的危害其教训是深刻的，要想全面做好隧道防排水工作，首先应对洞内的出水部位、水量大小、涌水性况、变化规律、及水质成份作细致的调查研究，做好观测、试验、记录，找出渗漏原因，为制定防排

水方案提供可靠的依据，目前隧道防排水材料主要是塑料制品，防水层一般采用PVC复合式防水板，其主要工艺流程如下：

4．1防水板的施工

4．1．1铺设防水板前应做好如下准备工作：

1沿防水板一边划好10cm宽的搭接线；

2铺设轨道，将移动式工作台架推至贴挂位置，防水板搭设在台架上，接通电源；

3认真检查喷混凝土表面是否平整，圆顺，对局部凹凸较大处（矢跨比大于1/6时）应作处理，即对凸出部位进行修凿喷平，凹进部位编挂铁丝网，回填，若锚杆头或钢筋网断头外露，必须切除，另外，局部渗水对搭焊施工有影响时，应采取防护排挡措施，确保施工安全和搭焊质量；

4在喷砼层表面，划出隧道横断面线和中心线，并对断面进行详细检查；

4．1．2防水板的吊挂：

1防水板用一移动工作台架，于衬砌台车前铺设；

2吊挂防水板前需沿纵、环向按设计要求铺设橡胶盲沟和软式透水管，并于墙底设置通向侧沟的排水管；

3固定防水板采用铁錘，铁钉须加垫圈，并垂直于喷砼层表面；

4从拱顶分别向两侧用铁锤打眼、打木桩、钉钉、整体铺挂，电锤打眼的孔径≤9cm,孔深40-50mm，注意前后两节需留出搭接长度。

5防水板按环向铺设，搭接宽度为10cm，吊挂时每幅防水板的中心须与隧道中心对准，以保证在墙部的吊挂长度相等；

6固定点间距拱部为0.5-0.7m，侧壁为1.0-1.2m，且固定点距板边缘为5cm左右，点间防水层不得绷紧，以保证防水板与喷砼表面能密贴，防水板超前长度应离衬砌部14m以上，防止与衬砌作业相干扰；

7行车横洞、人行横洞、配电及消防洞室与正洞边接处的防水板铺设应与正洞同时完成，搭接处应平顺，不得损坏折皱；

4．1．3防水板的焊接：

1焊接宽度不小于2.5cm；

2焊接开始前，用电焊机在小塑片上试温；

3焊接时，电焊机底平面和锚喷支护表面平行，推动电焊机时用力均匀，用电焊机均匀移动，以焊缝处挤出塑料溶液为佳；

4焊缝烤焦焊穿处及外露之固定点必须用塑料片予以焊接，复盖；

5二次衬砌绑扎钢筋时要防止刺破防水板，电焊时要防止火星烧坏防水板。

4．1．4施工要求：

1防水板应在初期支护变形基本稳定后，二次衬砌施作前进行，喷砼表面应大致平整、圆顺。

2严禁在铺设防水板后，二次模筑砼灌注前，在已铺设防水板地段进行爆破作业；

3为防止爆破时飞石和冲击波对已铺防水板的撞击影响，要求铺设地段距成洞面不小于100m；

第五章: 特殊地质情况的处理

5．1坍塌：

隧道通过断层、垭口、沟谷、河床以及地下水发育、渗漏明显地段容易发生坍方，但坍方是有预兆的，在施工过程中应加强地质描述和量测，以提前发现，贯彻“安全第一，预防为主”的原则，制定具体措施，备足所需材料，一般在这类地段遇坍塌后按下列内容进行预防和处理：

5．1．1把每循环进尺尽量缩小，以减小围岩的暴露时间；

5．1．2每次爆破尽量多打眼少装药，以关少对围岩的扰动；

5．1．3用锚杆、管棚等进行预支护或超前预注浆对开挖的危险段进行预加固；

5．1．4为防止掌子面坍塌，喷射砼应紧跟开挖作业面，及早封闭岩面，必要时用喷

射砼封闭掌子面，增加支护结构的强度，密度。

5．1．5加大量测频率，以量测数据来判断洞室安全稳定状态，修正支护参数；

5．1．6缩短二次衬砌与初期支护间的长度，必要时对一次衬砌进行加强使衬砌尽量紧跟开挖，以保证衬砌及时快速；

5．1．7根据实际情况选定施工方法，必要时在分部开挖时可做临时仰拱，对设计规定的仰拱，可在二次衬砌拱墙砼之前或紧跟拱墙砼之后施作，缩短各工序间距，及时形成环状衬砌。

5．1．8在软弱地层中，因水的作用会增加或促成坍塌的可能性，因此，先钻孔引排，以降低作业地段的地下水位；

5．1．9防止洞口段坍塌，应适当提前施洞门。

5．2突水

5．2．1遇有突水地段，施工时必须稳扎稳打，步步为营，对地下水应以排为主，排堵结合；

5．2．2当掘进工作面遇有突水可能性的地须时应先打超前探水孔，控明前方情况；

5．2．3设置集水坑，备足水泵，把水流及时有效排至洞外；

5．2．4如水量过大，用正常的排水不能揍效时，则需进行注浆堵水，对围岩极为破

碎地带应采用长管棚支护或对其顶部周边深孔予注浆；

5．2．5整个施工过程必须与量测配合，及时判断变形情况，尽快采取应急措施；

5．3有毒、有害气体：

5．3．1采用机械通风，施工通风应能满足洞内各项作业所需要的最大风量；

5．3．2除通风外，还应采取洒水降尘、降温等辅助措施施工，搞好个人防护，并定期测试粉尘和有害气体的浓度及放射性活度，使有害有毒乞体浓度CO不大于30mg/m3,CO2按体积不大于0.5%，NO2在 5-8mg/m以下，含10%以上游离二氧化硅的粉尘不大于2mg/m3，含10%以下游离二氧化碳粉尘不大于4mg/m3；

5．3．3加强机械管理，对机械进行必要的消烟净化处理，以减少有害气体在隧道内的排放；

5．3．4放炮施工通风15分钟后方可进入掌子面；

5．3．5通风的各项设施应经常维修和养护，确保其正常运行；

5．4注浆技术的应用：

注浆技术是地下工程中地层改良的重要手段，最早可以追溯到19世纪初叶，被欧洲一些国家应用于基础工程、水坝、矿山工程中，其方法是将浆液注入到岩土的孔隙或空洞中，浆液经扩散、凝固、硬化以减小岩土的渗透性，增加其强度和稳定性，达到岩土加固和堵水的目的。伴随高速公路的迅速发展，公路建设的范围也由城市转向了山区，其中如

何处理不良地质现象显得尤为重要，在施工过程中应用注浆技术可以有效地加固不良地质，在软地基处理、防护工程、及支护工程中具有广泛的应用价值。206国道改造丰顺莲花山隧道工程，在隧道施工过程中应用了注浆技术，并取得了较好的技术效果。

2 注浆材料

正确选择浆液材料是实现岩土改良、完成注浆工程的关键，因为它直接影响注浆工艺过程、注浆效果及注浆工程的成本及工期。在土木工程中应用最广的是水泥浆液和水泥-水玻璃浆液。

2．1水泥浆液：普通水泥的主要成份是约占40~60%的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、和铁铝酸四钙组成，其加入水后的主要反应式如下：

2(3CaO·SiO2)+6H2O→3CaO·2SiO2·3H2O(雪硅酸钙)+3Ca(OH)2

2(2CaO·SiO2)+4H2O→3CaO·2SiO2·3H2O（雪硅酸钙）+Ca(OH)2。

反应生成的雪硅酸钙石呈针状，并逐渐增大形成凝胶及硬化，这是使水泥浆增大强度的主要反应。铝酸三钙与水迅速反应，生成水化铝酸钙，其反应式为：

3CaO·Ai2O3+6H2O→3CaO·2Ai2O3·6H2O

生成的结晶嵌入凝胶体，使水泥产生结石强度。铁铝酸四钙（4CaO·Ai2O3·Fe2O3）经水化反应后生成水化铁酸钙。水泥浆的硬化过程分为三个时期：溶解期、胶化期、和结晶硬化期，在溶解期水泥与水迅速反应，开始在颗粒表面进行，逐渐溶入水中使周围水溶液达到饱和。胶化期或凝化期凝胶体的形成，使水泥浆具有良好塑性，此时化学反应继续

进行，凝胶体逐渐变稠、凝结。结晶硬化期凝胶体脱水，水化铝酸钙和氢氧化钙结晶嵌入凝胶体，胶体状态速变成结晶状态。

2．2水泥-水玻璃浆液：水泥-水玻璃浆液或称CS（Cement-Sodium Silicate）浆液。水泥的凝结和硬化，主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的，其反应产生的氢氧化钙与水玻璃反应，生成具有一定强度的凝胶体-水化硅酸钙：

Ca(OH)2+Na2O·nSiO2+mH2O→CaO·nSiO2·mH2O↓+2NaOH

随着氢氧化钙的不断增加，氢氧化钙与水玻璃的反应继续进进行，胶质体越来越多，强度也随之增高，CS浆液的初期强度为水玻璃与氢氧化钙反应起主要作用，后期为水泥本身的水化作用。模数和浓度是控制水玻璃浆液的重要参数，模数M定义为二氧化硅和氧化钠的物质量之比，模数大小对注浆影响很大，模数小，二氧化硅含量低，凝胶慢并且结石强度低，而模数大则反之，一般注浆的模数M=2.4-3.4为亦。

3 注浆加固力学分析

采用注浆加固的围岩，一般内部空隙较大，由于相互 之间只是以点接触的形式连接在一起，相互间粘接力较小，抗剪强度很低，如 果围岩受到较轻微的扰动，将会使岩体产生滑移。岩体注浆后其内部的空隙被水泥-水玻璃浆液填充，岩体的结构发生了变化，如图1-1所示。我们知 道，隧道开挖后岩体的破坏主要是受剪破坏，在填充后的堆积体内部存在许多细微裂隙，在力的作用下，这些细微裂隙的周围，特别是缝端，可能产生应力集中现象，材 料的破坏往往是从缝端开始，裂隙扩展最后导致材料的完全破坏，细微裂隙受力如图1-2所示，设堆积体中含有大量的方向杂乱的细微裂隙，它们的长轴方向与大主应力б1成β角，假设裂隙是张开的，由于细小裂隙杂乱无章地排列，部分受力相互抵消，

堆积体本身抗剪自稳力大大减小，浆液注入土体后占据了土中孔隙的位置，使原土体的渗透系数减小，使用化学方法使土体颗粒相互粘着，增大其抗剪强度，土质得以加固，提高了土的抗压强度和承载能力 。一般来讲，浆液粘度是变化的，受注地层都是不均匀的，因此在研究注浆理论，推导注浆公式时需要将理想化为粘度一定、土层均一、浆源形状规整的较为简单的问题，当浆液只由钻孔的端部注入时，可以设想为以该点为中心的球状注浆，即为牛顿流体球状渗透，如图1-3。瑞典科学家马格应用达西定律作为原始公式推导了注浆的渗透理论公式，根据达西定律：Q=KgiAt

式中: Q --注浆量。

Kg --注浆材料在受注土层中的渗透系数。

a --注浆渗透的球面积。

t --注浆时间。

β --注浆材料的粘度系数。

h --注浆管的长度。

n --土体孔系率。

ro --注浆孔半径。

所以： Q=4πr2Kgt(-dh/dr)经积分可得浆液扩散半径R的马格公式：

R= ( 3Khr0t/βn+r03)1/3

4 工程实例

拾荷隧道是穿越莲花山中低山低丘陵的中隧道，由于该隧道与广梅汕铁路相交，隧道设计取下穿形式通过，相交点公路里程是K80+972距汕头端洞口K80+920为52米，汕头端洞口附近靠近铁路部位，由于修筑铁路开挖路堑以后山体失稳，造成表土坡残积层崩塌，其洞口处于堆积体中，洞口所处的位置为偏压、浅埋，如图1-4所示，最薄处只有1米左右，在洞顶偏右上方有一个约10cm的裂隙，由于双车道公路隧道开挖,断面围岩为Ⅱ类偏压，开挖断面为97.97平方米，而堆积体本身裂隙较大，抗剪强度低，如果在施工过程中造成堆积体滑移，将会影响到广梅汕铁路的正常运输，因此会造成巨大的经济损失。所以在施工前经铁路部门和公路部门协商，提出要采用最佳施工方案以确保施工的安全，在施工方法上首先考虑采用反压护拱的方案，但堆积体本身自稳能力差，再加上有裂隙存在，增加反压护拱后难于保证堆积的稳定性，为确保隧道的工程质量，施工过程中采用了地面预注浆的方法，施工方案如下：采用水泥-水玻璃双液注浆，水玻璃的浓度为40Be°,水泥用425号普通硅酸盐水泥，水灰比为1：1，水玻璃与水泥的体积比为1：1注浆模数为2.5。注浆范围为模式横向16米、纵向10米，注浆压力为2Mpa,经实验测得：K=0.01；t=600s;n=0.45;已知：h=5m

;r0=21cm;β=40将以上参数带入马格公式中:

R= (3Khr0t/βn+r03)1/3

= (3×0.01×5×0.21×600/40×0.45+0.093 )1/3

=1.045m

测定 K、n值

确定注浆孔布置方案

求得有效扩散半径为1.045m，设计注浆管间距为1米，注浆前喷20cm厚砼土封闭地表。注浆管为Ф42小导管，如图1-5所示，梅花形布置， 其注浆效果如图1-6所示。其施工工艺流程如下：

5 结束语:

根据新奥法的指导原则进行现场监控量测，在K80+922设置量测点如图1-7所示，同时根据现场量测的数据绘制了拱顶下沉和水平收敛时态曲线，经监控量测结果表明隧道拱顶的最大沉降量为20mm，沉降在27天后达到稳定，横向偏移为零。地面预注浆技术的应用使处于偏压、浅埋地段的拾荷隧道成功地穿过了堆积层，并达到了长期稳定的效果，对于处理此类不良地质现象有较高的安全度。地面注浆的操作在地面制备和压注浆液，作业条件好，可以有效控制工期及对各种经济指标进行适当控制，但在注浆材料方面大力研究可注性好、强度大、价廉源广、不污染环境地的注浆材料具有十分重大的意义。

5．5隧道下穿铁路施工技术：

206国道改造丰顺莲花山隧道工程地处莲花山山脉低丘陵区，工程以桥隧为主，其中拾荷隧道长300m，属于中等长度的隧道，由于受公路线型的影响，隧道在k80+970处与广梅汕铁路斜交，交角48度（立交平面如图所示）。经调查核实，由于修筑铁路开挖路堑

以后山体失稳，造成表土坡残积层崩塌，尤其是雨季崩塌更为严重，在里程K81附近，1997年雨季铁路上方造成150-50米范围的崩塌，崩塌土方厚度为5米左右，在隧道上部铁路路堑部位，有F8-11四条小规模断层，这组断层走向40-50，倾向310-320，倾角62-78，出露宽度为0.3-1.08m ,由碎裂岩，糜岩组成，断面弯曲，具压扭性特征，这组断层距离隧道工程20-80米，隧道拱顶距广梅汕铁路已建成的路肩挡土墙基础底约为10米，铁路挡墙长38米，属于路肩挡墙，墙后填土，由于地质条件差，同时列车经过时对路基产生动荷载的作用，挡墙已有被破坏现象，墙身共存11条裂缝，裂缝有发展趋势；挡墙向外稍有倾斜，伸缩缝扩大；这些不利因素为隧道施工带来极大难度，在施工的过程中，拾荷隧道施工到k80+943处时，发现火车经过时，洞顶有掉块现象；由于铁路营运不可中断，列车行驶给围岩带来不小震动，为隧道施工带来了重重阻力。

一、 设计方案

广梅汕铁路是连接广州和汕头的主要交通线路，设计与施工稍有差错，将会对铁路造成巨大的经济损失，为此建设单位、设计单位、监理单位、施工单位及广梅汕铁路公司对拾荷隧道下穿铁路给予了高度重视，拾荷隧道设计与施工的关键性问题是,在施工的过程中如何确保隧道施工及铁路的行车安全，经过多方论证，现场调研，采用工程类比法，最后确定采用长管棚注浆技术。

1 、长管棚注浆

1.1长管棚规格：

采用Ф108×5mm热轧无缝钢管，丝扣连接;单根管棚长度24米；

单数为20根5节×5米钢管；

双数为20根1节×3米+4节×5米+1节×3米钢管；

长管棚之下设置了Ф42小导管双液注浆，防止了长管棚与开挖外轮廓间岩层脱落

产生很大超挖（参见长管棚布置立面图）。

b、 布置形式:

管棚设置于拱部140度范围内，其中心位于距开挖轮廓线外35cm钢管处插角为1度，管棚环向间距40cm。

1.3管棚注浆：配合比： 水：水泥：水玻璃：缓凝剂=0.6:1:1.09:0.02；终压：2.0Mpa。

2 、长管棚理论分析

长管棚的注浆主要是加强围岩的整体性和稳定性，在施工中起减震抗压的作用，整个方案以岩体力学为理论依据，隧道结构受力是以受压为主，长管棚由40条Ф108钢管组成，在隧道140度范围的拱顶上85厘米处拱型布置，与围岩、注浆液相互作用。在横向，相当于一座12米跨的钢筋砼小拱桥，隧道开挖后，在围岩达到新稳定的过程中，这座“小拱桥”起到了明显减震抗压作用。在纵向，长管棚与闭合拱架结合，形成了小跨度的短梁，跨度一般不超过1米，这种弧型梁，由于上半部份是压了浆的围岩，抗压能力强，受压变形小，下半部份有钢管受拉且跨度小。1.8米厚的长、短管棚注浆加上25cm厚工字钢与喷射砼的初期支护，形成2.05米钢筋砼拱。砼的抗压性能好，当它被注入钢管后，由于砼三面受压，令砼在各个面不易变形，根据应力应变关系，可知砼被注满钢管后，其抗压强

度已大大增强。钢管抗拉和抗压性能都好，这样钢管砼抗压强度会远高于其它砼。，由于围岩比较破碎，节理发肓，风化厉害，洞室开挖，容易产生大变形以及坍塌、风化等，发生重大安全事故，带来重大经济损失。长管棚从超前支护和永久性支护两方面出发，改善围岩的内部环境，令围岩在开挖后更加容易达到一种新的稳定，且实现永久稳定。原因是长管棚注浆可使钢

管为中心的1米半径内的围岩裂隙注满浆液，既加大了围岩的强度，也加强了围岩的粘结性，减缓了围岩的风化，围岩的稳定性和整体性都得到了大大的加强。长管棚注浆有很好的防地下水作用，由于裂隙被堵塞，减少了地下水的渗透。开挖过程也是最危险过程，长管棚在开挖时起了关键作用，它象悬臂梁或简支梁一样抵抗部分围岩压力，防止围岩的坍塌。

二、 施工措施：1 、 微差爆破

为了列车安全，爆破时间安排在铁路行车间隔时间内。 爆破采用微震控制爆破，炮眼布置按浅、密原则布置，控制了单眼装药量，掏槽用450克/孔的药，周边眼用150克/孔的药，导坑开挖的单位体积用药量为0.23kg/m3,使有限的装药量均匀地分布在爆破体内，并采用了微差爆破，减少了爆破和地震动强度，为了控制爆破时质点振动速度，不论V类或是III类，一律采用了导坑开挖，循环进尺为1.3m,这样质点振动速度就可以控制在3cm/s。为了达到减震目的，在开挖断面内的周边眼间，设置了半径为Ф42的空眼，开挖顺序如图所示。

2 、 管棚施工工艺流程

3 、 施工注意事项

3.1施工过程中，每根钢管长度不小于设计长度0.5m;

3.2相邻钢管的接头至少错开1米，防止产生脆弱面；

3.3注浆最后一次压力达到2.0Mpa后再压25分钟。

3.4严格按照“先预报、短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、速成环、勤测量、快衬砌”的方针组织施工。

3.5为保证铁路行车安全，将爆破时间安排在铁路行车间隔时间内。

3.6在隧道施工长管棚工作室之始，即建立铁路地段监测组织，设置监测断面，并进行监测。

三、 监控量测的结果及数据分析

依据新奥法的指导原则，对开挖后隧道的洞内、外设置观测点，进行了详细观察和观测，发现墙顶下沉量的最大值为10mm，远小于规范规定的30mm,墙身倾斜率最大值为0.19%，也小于规范规定的0.4%，数据分析如图所示：

这些数据说明长管棚注浆方案是合理的、成功的。

四、 结语

拾荷隧道下穿铁路在施工过程，对不良地质的位置、性质及时预报，对下穿铁路的困难有充分的思想准备，提出了相应的治理方案，采取了防治措施，正确、合理地采用了长

管棚的注浆方案，真正做到了准备充分、论证正确、方案合理、技术优良、管理科学，长管棚注浆技术确保拾荷隧道下穿铁路段的顺利施工，为以后的同类工程提供了具有较大应用价值的参考。

第六章: 施工主要机械设备与配套

伴随科学技术的进步，隧道施工主要向机械化方向发展，但目前公路隧道较流行的施工方法依然是半机械化状态，其主要机械设备如下：

公路隧道主要机械设备配置表:

编号 机械设备名称 数量 主要用途

1 电动空压机20m3/min 3 钻孔、喷砼

2 YT7655风钻 20 钻孔

3 砼喷射机 3 喷射砼

4 搅拌机750ml 1 模筑砼：

5 砼输送泵 1 模筑砼

6 衬砌台车 1 二次衬砌

7 装载机 2 装碴

8 挖掘机 1 装碴或抓碴

9 自卸气车 6 出碴

10 变压器 1

11 推土机 1 平碴

12 压路机 1 压实路基

13 简易工作平台 2 钻孔或贴防水板

14 电焊机 2 焊接型钢或格栅

15 抽水机 2 供水或洞里排水

16 发电机250KW 1 备用供电

17 搅拌机350ml 2 喷射砼

18 潜孔钻 1 超前探孔或空眼掏槽

19 厢式变压器 1 高压进洞

20 注浆器 3 锚杆注浆

21 全站仪 1 导线控制

22 水平仪 1 高程量测

23 收敛仪 1 水平收敛及拱顶下沉

第七章: 隧道测量施工技术

隧道施工只是整全公路线路的一个小小的环节，由于施工的独立性，因此隧道中心线和整个线路保持一致十分重要，另外，根据新奥法施工的指导原则，监控量测是指导隧道二次衬砌准确施作的关键性指标，因此做好隧道测量工作意义重大。

7．1控制点的量测

施工前应做好控制点的交接工作，对交接的控制点进行复测，同时与其它控制点连测，对基准点、水准点、控制点通过三角网或精密导线网进行校核，确保隧道施工精度，同时要求施工测量人员，对整个隧道施工量测制定一套完备的测量网络图。

7．2监控量测

隧道施工中需成立一个专门负责现场监控的测量小组，监控量测流程如图所示：

7．2．1量测布置及频率：

1量测断面，测点布置及量测频率需符合设计及技术规范要求；

2在施工初期阶段或地质较差、位移下沉量及速度较大时，适当增加测量断面及频率；

3测点设置应可靠，并应妥善保护，测量仪器使用前应严格标定；

4各量测项目尽可能布置在同一断面，量测点尽可能选择具有代表性的地方；

5开挖后，尽快安设量测元件，并确保爆破后24小时以内并在下一循环的爆破前测读数；

6量测元件安设时，量测断面应尽量靠近开挖面，距开挖面距离小于一次掘进长度；

7做好监控量测记录；

7．2．2娄据整理：

将同一断面的各种量测数据互相印证，以确认量测结果的可靠性，对量测数据绘制时态曲线图和空间关系曲线，进行回归分析，找出位移--时间回归曲线求出最终净空位移量，根据各类量测数据求出围岩的特性指标。

7．2．3信息反馈：

用经验法对量测结果进行信息反馈，能过目测和位移量测结果的分析，对围岩的稳定状态，施工方法和支护措施、安全情况进行评判，并将评判的结果反馈到施工中，确定二次衬砌和仰拱施作时间，当地质条件和设计不符合或监控量测信息证明初期支护过弱或过强时，报请设计单位对围岩类别或初期支护参数进行适当的调整。

第八章: 合同文件的管理

在社会主义市场经济体制下企业的经济联系主要表现为企业与企业之间的横向联系，横向联系需要法律手段来制约，因此，随着市场经济体制的形成、发育和完善，合同制度将成为我国经济生活中的重要法律制度，特别是对于施工企业来讲，合同文件的订立与执行显得尤其重，如何确保企本身的利益不受侵害，第一条就是要求所有员工学习，懂法，从而用法律武器保护自己。

8．1合同订立的基本原则：

8．1．1合法原则：即订立合同时必须遵守法律和行政法规，服从法律、法规的规定和要求；

1主体资格的合法，即订立合同的当事人应该是法人或其他经济组织，个体工商户等满足合同条例和行政法规的规定；

2合同的内容必须合法、真实，即合同的标的必须是法律允许交易的标的，合同的条款必须服从法律、法规的规定。

3代理合法，即合同的代理应符合我国的合同代理制度，代订合同前应取得委托人的委托证明并根据授权范围以委托人的各义签定。

4程序和形式合法，即合同的程序和订立形式应符合法律、法规的规定。

8．1．2平等、自愿、公平原则。即订立合同的过程中，应遵循平等互利、协商一致的原则，满足地位平等、权力平等、意志平等的要求，当事人有订立合同和不订立合同的

自由，任何一方不得把自己的意志强加于对方，更不得胁迫对方签定合同，任何单位和个人不得非法于预合同的订立。

8．2施工企业执行合同时的注意事项：

8．2．1工程进度计划：无论在什么时候，只要发生与工程进度的延误或与之相关的索赔事件，也无论是在工程伊始还是工程施工过程中由承包方或分包方而修定的工程计划，经过业主和监理工程师的审批，都必须加以妥善保存，和经常检查，一旦发生索赔事件，可以将实际工程进长与计划进行比较而进行分析和处理索赔事件。

8．2．2施工日志。根据工程的进展，承包商的项目经理本人或指定有关人员每日记录在施工现场发生的各种情况，其内容包括：每天工地的风力、是否下雨、雨量大小、气温高低、每天出勤的人数、所使用的机械设备情况，施工检查员的检查记录、每天的工程进度、工程质量、安全情况、试验工作、有无施工特殊情况发生，施工材料使用记录，施工图纸收发情况，是否有变更及索赔事项等，将这些原始资料记录再整理，把重要的情况整理成施工日志或施工现场记录表为以后提出的索赔报告准务详尽的基本数据和资料证明。

8．2．3来往文件和信函。随着工程进展，大量的文件和信函、电传等资料要归档记录，认真加以检查验收，并登记编号分类造册，妥善保存，并注明发送和收到的具体时间。

8．2．4会议纪要和备忘录。业主、承包商和监理工程师之间要经常举行工地会议，讨论合同和工程施工中存在的问题及改进方法，一般在会议进行中要有会议纪录，会议结束时要形成由各方签字认可的会议纪要，会议纪要是很重要的文件，它是有关参加会议各方对工程进展、质量要求、工程变更令发布、不利的施工现场条件确认以及采取措施改正

等意见的准确资 料来源。备忘录是指在工地与场发生的事件当时所作的笔录，主要是将关于每一件事发生的时间和持续的过程，以及在工程的有利或有害情况真实记录，作为非常有价值的索赔证据和资料。

8．2．5投标报价时的基础资料。有关索赔的证据资料中，有时监理工程师和业主需要以承包商的编标基础资料作为比较的基准，因此，对于编标过程中的各种费用取舍和计算依据，计算公式及过程，施工组织设计，施工技术和方法，进度安排计划等都要妥善保存。

8．2．6技术规范和工程图纸。所有招标时的技术规范和开工后补充的技术规范，都是工程技术的法规文件，必须认真执行和保存，所有的工程图纸，包括招标时的图纸、技术设计图纸等，都必须编号归类进行检查使用和保存。

8．2．7工程报告和工程照片。承包商的工程报告包括一般的工程进度报告，施工技术与管理的报告，工程质量检查的报告，工程试验报告，。工程事故报告等，这些都是对工程的真实记录和描述，另外关于工程照片，根据不同的施工承包合同要求，业主和监 理工程师要求承包商对工程的不同进展阶段、不同部位，特别是隐蔽工程拍摄出工程照片，或者工程摄像，作为竣工资料的重要组成部分，从承包商的自身角度看，也应该常拍工地工程照片，作为特定时间特定工程部位工程实况的图片说明。

第九章: 文明施工

在社会主义市场经济形式下企业要在市场中立足，必须树立企业新形象，对施工企业来讲需要完善企业各项制度，增强企业竞争实力，在增产节约增收节支的情况下实施文明施工，建立建全各项保证措施是实施文明施工的先决条件。

9．1．1从思想入手，提高全员的质量意识，根据工程特点，制定学习计划，坚持对技术人员、管理人员、操作工人各自的职责，采取不同的方式进行质量教育，并通过各种宣传方式使“以质取胜“、”以质求存“的认识深入人心；

9．1．2成立安全质量领导小组，强化质量管理，实行技术人员岗位包保责任制，逐级责任到人，一级抓一级，一级保一级，争创优质工程，项目施工技术配备专业工程师一名，负责全线技术管理，技术保障和技术攻关，各专业队配技术人员一名，负责现场质量和技术管理。

9．1．3推行现代化的管理技术，运用统筹网络技术编制实施性施工组织设计，在保证工期的前提下搞好资源优化，努力降低成本，使 整个工程施工随时处于受控状态，做到环环相扣，忙而不乱的均衡生 产，提高施工进度；

9．1．4开展施工技术研讨，高好技术交底工作，让所有职工都明白各自施工项目的技术标准，施工工艺流程和操作标准，掌握技术标准，并自觉执行。

9．1．5做好所需材料的试验鉴定和各种配合比的选择，施工中要严格试验检测工作，随机抽查，不合格的坚决不能用于工程施工，切实把好试验关口，做到：材料有这验、配料有选择、施工有控制、检查有试件、试验有报告、资料有分析。

9．1．6严格工序质量，开展“三检”活动，消除可能发生的质量隐患，从原材料的采购、保管、测试到施工生产中各工序的检查，必须认真实行操作者自检、班组互检及专职检查员巡回检查的制度。

9．1．7质量保证体系

9．1．8制度保证体系

9．1．9施工保证体系

9．2安全保证措施

9．2．1成产安全生产组织，强化安全管理，适时进行安全教育，广泛宣传安全知识；

2制定一系列必须的安全管理制度，如安全教育制度、交接班制度、岗位责任制度、隧道施工环境（有毒、有害气体、放射性物质、温度）监测制度、安全检查制度、安全操作合格证制度、安全事故苗头制度、安全生产奖惩制度。

9．2．3所有进入隧道工地的人员，都必须按规定要求配带安全防护用品，遵章守纪，听从指挥；

9．2．4专职安全员跟班巡视，对隧道施工环境进行观察，如发现险情，立即采取必要的措施，如设立标志、派人看守、撤离人员、加强通风、对机具运转采取限制措施等，并及时向工地负责人报告，以便进一步采取措施。

9．2．5对因地质不良而引起的坍塌，必须贯彻“预防为主”的原则在不良地质段施工应做到：短进尺、弱爆破、管超前、紧封闭、强支护、勤测量、快衬砌、速成环、先排水、早做门的基本要求。

9．3环境保护措施

在施工过程中将积极开展文明施工活动，实行规范化、标准化施工。

9．3．1队伍进场后，即进行教育与动员活动，要求所有人员尊重与遵守当地的民俗与民风，维护驻地人民的正常生产、生活秩序，搞好工、民关系，以保证施工的正常运行；

9．3．2在施工队伍内部，搞好生产劳动保护，对职工配足防护用品，在人员集中地，设置较安全的生活、卫生等设施，以保证人员的身体健康；

9．3．3对于各项工程的施工场地布置，尽量利用废、荒地及河滩或利用永久建筑物占地范围内，以减少占用耕地；

9．3．4废材料或施工中返工的挖除材料立即运出现场并进行堆、埋等处理，对施工中弃下的零配件、边角、水泥袋等及时收集整理并搞好现场卫生；

9．3．5各种材料、机械存放都将按照管理规则做好防火、防水、防晒等措施；

9．3．6对容易飞扬、渗漏并造成环境污染的材料，将采用密封或增加覆盖的方式运输。