【正文】 形狀 ⑵ 施工范圍 沿隧道軸向，管棚設置到多長范圍要根據(jù)隧道周邊的地形、地表結構物的狀況等決定。 圖 1 垂直錨桿工法設計例 圖 2 垂直錨桿工法施工例 ２、管棚工法 管棚工法是在隧道開挖之前 ， 沿隧道開挖斷面外輪廓 ，以一定間隔與隧道平行鉆孔 、 插入鋼管 ， 再從插入的鋼管內(nèi)壓注充填水泥漿或砂漿 ， 來增加鋼管外周圍巖的抗剪切強度 ， 并使鋼管與圍巖一體化 ， 由管棚和圍巖構成的棚架體系 。 目前在設計中，主要是采用經(jīng)驗的方法進行設計。 此工法廣泛應用于： 防止地表下沉、穩(wěn)定隧道掌子面、處理偏壓、防止坡面崩塌。 （７）預襯砌法 應該指出，控制圍巖松弛和地表下沉的方法，許多是與止水方法相聯(lián)系的，很難截然分開。 （ 6）隔斷墻法 一般作為止水的輔助工法采用，但也有用于控制地表下沉的對策而采用的。 （ 5）水平高壓旋噴法 在掌子面與隧道軸線平行，用特殊機械鉆孔，同時向管體內(nèi)高壓噴射水泥漿液，形成 ?50~70cm的圓柱體的工法。 （ 4）管棚法 一般多在洞口施工時采用。缺點是從準備時間到發(fā)揮效果的時間很長。向砂質(zhì)土壓注易于獲得較好的效果，在黏性土中的效果不好。錨桿長 2～ 3m，視崩塌情況施設。 掌子面正面噴混凝土 正面噴射混凝土是在開挖后的自穩(wěn)性差的開挖面噴射3~10cm左右的混凝土，覆蓋掌子面，以防止掌子面松弛，提高掌子面的自穩(wěn)性（圖 9）。包括通常錨桿在內(nèi)的錨桿實施例見圖 8。多采用在易崩塌的圍巖中，作為支護拱頂?shù)妮o助方法。圖 5是一個施工例，成功運用于洞口有崩塌危險的地段。 圖 2 鋼背板超前支護 圖 3 鋼背板施工例 圖 4 鋼插板施工示意圖 （ 3）注漿小導管 注漿小導管是向掌子面附近的圍巖注漿，以改善圍巖狀況，保證掌子面穩(wěn)定的方法。 圖 1 單鋼管超前支護例 （ 2）鋼插板 鋼插板是在崩塌性顯著的圍巖中，以較大面積支護拱頂為的手段。打入長度一般為掘進進尺的 2～ 3倍。也可加設插板防止掉塊。 正面噴混凝土 ◎ 噴混凝土 提高掌子面正面的自穩(wěn)性 正面錨桿 ◎ 錨桿 玻璃纖維錨桿 保持掌子面自穩(wěn)性的方法 表 1 穩(wěn)定掌子面工法的分類 掌子面穩(wěn)定性降低的原因，視圍巖條件而異，在多數(shù)情況下，可考慮以下幾點： ? 凝聚力不足而崩塌（未固結圍巖、裂隙性圍巖）； ? 因地下水而崩塌（未固結圍巖、裂隙性圍巖）； ? 因強度不足產(chǎn)生大變形而崩塌（膨脹性圍巖）。 圖 2 地表下沉與地表 二、穩(wěn)定掌子面的方法 有代表性的穩(wěn)定掌子面的工法的分類列于表 1。根據(jù)實測結果的分析，首先是接近掌子面前方的圍巖急劇下沉，并向后方擴展，結果形成了圖 2所示的盆狀的地表下沉。 地表下沉與埋深有密切關系。 表 2 評價指標和方法 不穩(wěn)定原因 對象圍巖 評價方法 評價指標 沿龜裂、層理的崩塌 龜裂性的巖層 層狀巖層 塊體理論 不連續(xù)面情報（走向、傾斜、連續(xù)性、摩擦角、間隔等） ＲＭＲ法 不連續(xù)面情報 RQD、巖石強度 因涌水壓、凝聚力降低引起的崩塌 土砂圍巖 未固結圍巖 均質(zhì)系數(shù) 細顆粒含有率 顆粒組成、含水比、比重、單位體積重量、透水系數(shù)、涌水壓 因圍巖強度不足，變形大引起的崩塌 膨脹性圍巖 圍巖強度比等 顆粒組成、含水比、比重、液限、塑限、陽離子交換容量、單位體積重量、單軸抗壓強度 初期位移速度 初期位移速度 土砂圍巖 單位體積重量、凝聚力、內(nèi)摩擦角 未固結圍巖 準彈性系數(shù) 凈空位移 表 3 掌子面穩(wěn)定性評價（砂質(zhì)圍巖） 圍巖級別 圍巖狀態(tài) 分類指標 相對密度（ DR） 細顆粒含有率 (FC) IN 掌子面基本穩(wěn)定的圍巖 DR≥ ８０％ FC≥ １０％ IL 掌子面不穩(wěn)定，只要有很小變化，就可能流出的圍巖 FC１０％ 特 L 掌子面穩(wěn)定性顯著差，開挖會引起重大變化的圍巖 DR８０％ 根據(jù)統(tǒng)計，涌水的影響很大，一般說掌子面涌水量在100L/min附近，可作為穩(wěn)定和坍塌的判斷基準，在 500L/min以上幾乎都是坍塌。 （ 5）在砂層中，多發(fā)生比較小規(guī)模的和中等規(guī)模的崩塌。崩塌的程度因砂巖的固結度、層理面間隔、層理面的固結度、砂巖層的滯水水量、水壓等而異。 3）加固地層 注漿加固；超前支護；地表面加固。根據(jù)國內(nèi)外的施工經(jīng)驗，基本方法是控制圍巖的松弛、流失。主講 : 譚忠盛 隧道工程設計與施工 北京交大隧道系 第九部分 軟弱圍巖的隧道施工 （ 1） 軟弱圍巖的自支護能力比較弱，甚至沒有自支護能力。其原則是：穩(wěn)定掌子面、及時閉合和加固地層。 一、掌子面自穩(wěn)性評價方法 日本根據(jù)近 9000個掌子面的數(shù)據(jù)，其中典型的 崩塌事例列于下表。崩塌的時間多在涌水狀況有急劇變化的時期發(fā)生。在沒有涌水的砂礫層中，掌子面可能是自穩(wěn)的，但會從拱頂發(fā)生小規(guī)模的掉落。 埋深對掌子面的自穩(wěn)定性也有很大影響。埋深大時，在隧道橫斷面內(nèi)形成了承載拱，開挖引起的下沉局限在隧道周邊，而埋深小時，沒有形成承載拱，開挖下沉會直接達到地表面。 此下沉槽的坡度是與圍巖中發(fā)生的剪應變相對應的。 工法 拱頂穩(wěn)定 掌子面穩(wěn)定 使用材料 工法說明 超前支護（超前錨桿、小導管等） ◎ ○ 錨桿 小導管（注漿） 鋼筋 采用錨桿等提高前方圍巖約束的方法 使用小導管注漿加固掌子面 插入角度： 10～ 30； 超前支護（鋼插板等） ◎ ○ 鋼筋 鋼背板 L型鋼 在掌子面自穩(wěn)性差的圍巖中，噴混凝土施工前有崩塌時，可采用此法。 此外，作為特殊情況，也有掌子面沿地質(zhì)結構面擠出的情況。超前支護基本上是借助構件的抗彎剛度發(fā)揮作用的，因此，采用抗彎剛度大的構件是有利的。 此法的主要問題是：在有礫石（孤石）或固結好的圍巖中應用困難。鋼插板的寬度一般采用 15cm，長度為 ~，以間隔 30cm左右打入。實踐證實：掌子面斜上方對隧道的穩(wěn)定具有很大的影響，因此，開挖前改善此部分的狀況，對增加隧道的穩(wěn)定性是極為重要的。圖 6是采用布壓注塞的壓注錨桿實例，打入錨桿后，通過壓注塞將水泥砂漿、水玻璃注入，壓注壓力 2~5kg/cm2。 斜錨桿通常與系統(tǒng)錨桿同時施工。 圖 8 錨桿的實例 小管棚注漿 小管棚的施工，基本上與注漿小導管相同。噴混凝土不是作為軸力構件發(fā)揮作用的，是防止剝離的，常常與正面錨桿同時使用。 在膨脹性圍巖中進行掌子面加強的施工例見圖 10。為進行有效地壓注，要采用與圍巖性質(zhì)相適應的藥液和方法。 （ 3）垂直錨桿法 是一種用錨桿從隧道上方加固地層的一種方法。根據(jù)使用的鋼管直徑分類，有小直徑鋼管管棚和中、大直徑鋼管的管棚。材料 3天的強度可達 8~10MPa，改善圍巖的效果很高。它可以降低開挖引起的地表下沉及其向周圍的傳播。為了說明的方便，一些方法將在地下水對策中加以說明。尤其適用于淺埋的軟弱圍巖和滑坡地段等施工條件惡劣的地點。如采用 D25～ 32mm的鋼筋，鉆孔直徑多采用 100～ 120mm，間隔采用 ～ 。 其效果可歸納為： 粱效應：因鋼管是先行施設的 ， 在掘進時 ， 鋼管在掌子面和后方的支撐支持下 ， 形成粱式結構 ， 以防止圍巖的崩塌和松弛 。管棚的終端位置，應達到防護對象的長度加上因開挖而造成的掌子面松弛范圍。 ⑷ 鋼管斷面 根據(jù)隧道的開挖方法、斷面、地質(zhì)及埋深等條件，設定作用在 1根鋼管上的荷載，以支撐和前方圍巖為支點，按粱模式，計算斷面力決定所需的斷面性能，選擇鋼管斷面。隧道地質(zhì)條件是：從上到下為表土、火山灰質(zhì)黏性土、砂礫、粉細砂，下面的基巖是安山巖質(zhì)凝灰?guī)r。 圖 5 管棚的計算圖示 施工的管棚，根據(jù)過去的施工實例、目前的管棚機械等條件，決定采用直徑 、 t＝ 、間隔 650cm的管棚。 圖 6 管棚布置 圖 7 管棚設置精度 ３、水平高壓旋噴壓注工法和高壓噴射攪拌工法 在未固結圍巖，特別是城市的淺埋隧道，必需注意防止隧道變形和地表下沉以及確保大斷面的掌子面的穩(wěn)定兩大難題。 因從洞內(nèi)施工，鉆孔應以較小角度沿外輪廓施設。圖 8是某一隧道采用旋噴壓注工法的模式例，該隧道是在砂層中通過的，埋深為 15～ 7m不等。成樁直徑約650~700mm，間距 600mm，超前長度 。 有只用超高壓水和超高壓硬化劑切削圍巖的方法與空氣并用的方法。通常縱向長度約 5m。我們在這方面的教訓也是深刻的。 圖 1 臨時仰拱施工例 加強底部 也可以采用加強底部的方法，如加強基腳、向底部地層注漿或設置底部錨桿等。 圖 2 底腳加固 也可以用高壓噴射攪拌方法加固掌子面前方的地層和底腳的地層，如圖 3和圖 4所示。 隧道穿越黃土梁，洞身除出口約 80m范圍為 Q2老黃土地層外，其余均為 Q1砂粘土地層， Q1砂粘土結構緊密，質(zhì)地堅硬，硬塑，天然含水量 ~26％。 施工時先對洞頂 2倍洞徑范圍設地表予加固錨桿，錨桿長L=，間距 ，洞門仰坡刷至起拱線后，沿洞體開挖線外 ，錨桿尾端用環(huán)筋聯(lián)結成支承構架，按先拱后墻法完成了洞口段的施工，洞身地段按短臺階法施工，上臺階用風鎬開挖，架子車運土倒在下臺階，下臺階以 (WY60A)控裝，配合 3m3梭礦有軌運輸，自制構件襯砌臺車進行二次襯砌，每 12小時完成一個開挖、出碴、噴錨、仰拱開挖灌注作業(yè)循環(huán)，每天基本完成二個循環(huán)，施工作業(yè)程序如圖 5所示。因為土質(zhì)隧道在開挖后的極短時間里變形很快，要求量測點的布設和初始讀數(shù)盡可能早地進行，由于土質(zhì)隧道不需要爆破，用機械和人工開挖，這就有可能在一次開挖循環(huán)之后即安裝測點和測初始讀數(shù)，時間可控制在 12小時或更短的時間內(nèi)，將斷面及時封閉。 該隧道埋深最大為 （ D：隧道開挖寬度，約 15m）。