【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 電阻率法所測(cè)。同一巖體，在發(fā)生壓性變形時(shí)，其電阻率會(huì)降低，即與原始電阻率值之差是負(fù)值，壓性變形越大，電阻率降低越?。蝗舭l(fā)生張性變形，則電阻率會(huì)升高，與原始電阻率值之差為正值，張性變形越大，電阻率增高越多。改變測(cè)量電阻率的電極的排列方向，可以測(cè)量不同方向的電阻率值。為了解巖體不同方向的變形情況，圖 3 的資料是在鉆孔中測(cè)得的。鉆孔是在開(kāi)挖前在隧道中線位置鉆好，然 后測(cè)量不同深度水平向（隧道切向）和鉛垂向（隧道徑向）的電阻率作為初始值；在隧道開(kāi)挖過(guò)程中，不斷測(cè)量開(kāi)挖面前方開(kāi)挖后、支護(hù)后不同深度的電阻率值。這樣就可了解拱頂上方巖體的變形規(guī)律。 三 自承體系的變化和發(fā)展 開(kāi)挖后自承體系的變化由支護(hù)決定。圖 5 和圖 6 是一組對(duì)比資料，它們來(lái)自某隧道中相鄰的兩個(gè)試驗(yàn)段，其中模注混凝土襯砌段的土質(zhì)要好于噴錨試驗(yàn)段。模注襯砌段在開(kāi)挖后第 6 天開(kāi)始襯砌，第 15 天襯砌完成（襯砌厚 30cm）。從圖 5 可見(jiàn)，開(kāi)挖 5 天后，拱頂松弛帶寬約 5m，距拱頂 5～ 12m，還有一寬 8m 的壓密區(qū)；而開(kāi)挖 20 天（ 襯砌完成 5 天）后，土體自承體系仍在惡化，松弛帶擴(kuò)展到 6m，壓密區(qū)縮小到僅 寬（拱頂上 6~ m），以后土體自承性能仍在惡化，開(kāi)挖 1 個(gè)月后，壓密區(qū)完全消失，松弛帶擴(kuò)大到 8m 寬；不久以后，埋設(shè)在襯砌背后的的壓力盒測(cè)得的壓力成倍地增加。這說(shuō)明，如果不作支護(hù)或?qū)r體保護(hù)不好，甚至由于拱頂襯砌與巖體間通常存在的小小的空隙，致使不能限制拱頂松弛帶巖體的張性變形的發(fā)展和松弛帶范圍擴(kuò)大， 在軟弱圍巖中，松弛帶的巖體甚至發(fā)展到松動(dòng)以至坍落，最后壓密區(qū)縮小以至消失，巖體整體自承能力喪失。圖 6所示的噴錨襯砌段則不同。由 于開(kāi)挖后幾小時(shí) 圖 5 某黃土隧道模筑混凝土襯砌段弧導(dǎo)開(kāi)挖后拱頂上方 即及時(shí)噴射 5～ 7cm 厚 不同深度土體沿切向 ρ s 的相對(duì)變化 混凝土支護(hù)，故盡管剛 Δρ s =ρ sρ so （單位：Ω .m） Δρ s 0 土體受壓 開(kāi)挖時(shí)土體中的壓密區(qū) ρ so— Δρ s 0 張松 尚不完整，但十余天后， 已有寬約 6m 的壓密區(qū)；兩個(gè)半月后，雖然隧道斷面大小擴(kuò)挖了一倍，壓密區(qū)仍擴(kuò)大到 13m寬，松弛帶卻沒(méi)有擴(kuò)大； 開(kāi)挖 5 個(gè)月并將噴射混凝土層加厚到 l 5cm 后，壓密區(qū)擴(kuò)大到 寬并最后趨于穩(wěn)定。 圖 6 某黃土隧道噴射混凝土襯砌段弧導(dǎo)開(kāi)挖后拱頂上方不同深度土體沿切向 ρ s 的相對(duì)變化 Δρ s =ρ sρ so （單位：Ω .m） Δρ s 0 土體受壓 ρ so— Δρ s 0 張松 圖 7 某隧道開(kāi)挖并噴射混凝土支護(hù)后拱頂上方不同深度巖體切向 ρ s 隨時(shí)間的變化 ρ 0 1— 噴射混凝土后 2— ～ 3— 圖 7 所示是砂泥巖互層的某隧道拱頂上方圍巖變形的形變一電阻率法測(cè)量結(jié)果。由圖可見(jiàn)，由于開(kāi)挖后及時(shí)噴錨支護(hù)，隧道周邊的松弛帶范圍逐漸縮小，壓密區(qū)擴(kuò)大，最后達(dá)到穩(wěn)定。 實(shí)際上，包括噴錨在內(nèi)的支護(hù)系統(tǒng)僅作用于或主要作用于松弛帶，圖 8 展示了某黃土隧道周邊土體在噴射混凝土后張性變形是如何減小、土體狀態(tài)是如何改善的。由圖可見(jiàn)， s?? ＜ 0 的松弛帶巖 體，在噴射混凝土支護(hù)后， s??減小。從圖 7 還可見(jiàn)，松弛 圖 8 某隧道噴射混凝土襯砌完成后圍巖中松弛帶 帶可分為兩部分，最內(nèi)層是受開(kāi) 中切向 ρ s 的變化（松弛帶土體性狀的改善） 挖影響（如爆破、機(jī)械破巖等） ρ so 和巖塊本身自重而位移影響最大 1— 馬口挖過(guò)斷面 1～ 2m，噴層厚 5cm 的部分，它們變形較大；其外的 2— 馬口挖過(guò)斷面 20m，噴層加厚到 15cm 巖體是 由于應(yīng)力釋放而產(chǎn)生張性 變形，變形較小。 第三講 支護(hù)施工的幾點(diǎn)說(shuō)明 1 噴射混凝土和錨桿聯(lián)合支護(hù)的作用 巖質(zhì)隧道 （ 1） 加固局部巖塊，防止巖體中不不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體的冒落及大位移； （ 2） 約束松弛帶的切向和徑向的張性變形； （ 3） 加固松弛帶的巖體，使之整體性加強(qiáng)，形成整體結(jié)構(gòu)； （ 4） 有一定的結(jié)構(gòu)承載作用； 強(qiáng)調(diào)的是噴錨的及時(shí)性，特別是噴射混凝土的及時(shí)性；面接觸的支護(hù)形式；噴錨聯(lián)合支護(hù)的作用。 一組塊狀圍巖噴錨支護(hù)模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果 （冶金建筑科學(xué)研究院）：用砌塊組成斷面 300mm250? ，凈跨 2022mm 的混凝土拱，矢高 500mm，作為裂隙發(fā)育的不穩(wěn)定塊狀巖體。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 試件名稱(chēng) 試件形式 破壞荷載 50 噸荷載時(shí)拱中撓度 絕對(duì)（噸） 相對(duì) 絕對(duì)（ mm） 相對(duì) 塊狀圍巖性 1 9 1 砂漿錨桿支護(hù) 1/ 噴混凝土支護(hù) 1/ 土質(zhì)隧道 砂漿錨桿在土質(zhì)隧道中的支護(hù)作用 黃土有垂直節(jié)理、構(gòu)造斜節(jié)理和層，某些土體也有一些裂隙和層面，全長(zhǎng)粘結(jié)砂漿錨桿可以將它們加固，將土塊連接；系統(tǒng)的砂漿錨 桿能將砂漿、土體改性，增加其整體強(qiáng)度。 淺埋土質(zhì)隧道的支護(hù) 淺埋土質(zhì)隧道自承體系不完整，主要靠砂、土的原始結(jié)構(gòu)，靠砂、土體的摩擦、粘滯保持穩(wěn)定。同時(shí)，土體圍巖往往有流變性，需要一定的支護(hù)剛度才能制止流變。土質(zhì)隧道淺埋暗挖法應(yīng)以限制圍巖變形為主，應(yīng)采用早期大剛度的初期支護(hù)，防止土體變形過(guò)大破壞原始結(jié)構(gòu)；初期支護(hù)應(yīng)給土體以一定的支護(hù)抗力及時(shí)制止流變。在保護(hù)了土體之后，土體仍能保持較好的自承能力，二次襯砌承受變形壓力不大。這一基本認(rèn)識(shí)經(jīng)過(guò)軍都山隧道淺埋土質(zhì)段工程試驗(yàn)成功，并推廣到北京及廣州、深圳等地鐵中。 臨時(shí)支護(hù)，初期支護(hù)和永久襯砌 臨時(shí)支護(hù)是為施工安全服務(wù)的。用噴錨做臨時(shí)支護(hù)代替了過(guò)去的木支撐，支護(hù)是必須的，不能因巖質(zhì)較好而不為。不乏好圍巖不及時(shí)支護(hù)而坍方落石的實(shí)例。初期支護(hù)不僅是臨時(shí)支護(hù)，它也是永久襯砌的一部分。噴錨構(gòu)筑法中初期支護(hù)是主要的受力結(jié)構(gòu)，二次襯砌是為防水和作安全儲(chǔ)備，即使在土質(zhì)隧道中，初期支護(hù)按設(shè)計(jì)敷設(shè)后，二次襯砌都可在幾個(gè)月，甚至一年后施工。初期支護(hù)是維持圍巖自承體系的主要手段。減薄、簡(jiǎn)化初期支護(hù)，企圖以加厚二次襯砌的模筑混凝土來(lái)代替噴射混凝土，這從理論上講是錯(cuò)誤的。 永久襯砌包 括初期支護(hù)和二次襯砌，實(shí)際上二次襯砌可以是模筑混凝土，也可以是噴射混凝土，也可以是砌塊或拼裝式結(jié)構(gòu)。模筑襯砌和砌塊、拼裝結(jié)構(gòu)等，在中間有防水板時(shí)，與噴射混凝土之間沒(méi)有粘結(jié)性，沒(méi)有切向摩阻力。 開(kāi)挖分部 噴錨支護(hù)的一個(gè)主要特點(diǎn)是初期支護(hù)作為永久襯砌的一部分，這是避免圍巖在分部開(kāi)挖時(shí)受二次擾動(dòng)的重要優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)當(dāng)盡量減少分部的數(shù)目。小導(dǎo)坑擴(kuò)大，實(shí)際上不是安全的辦法，全斷面和正臺(tái)階是比較好的形式。非在不得已時(shí)，不應(yīng)用側(cè)壁導(dǎo)坑。側(cè)壁導(dǎo)坑法較安全，但是分部多，工序繁雜，還要破壞掉側(cè)壁導(dǎo)坑的內(nèi)側(cè)初期支護(hù)。 在軟弱圍巖中，要及時(shí)封閉仰拱，形成完整、封閉的支護(hù)結(jié)構(gòu)。許多隧道在軟弱圍巖中，施工時(shí)變形（位移）不止，及時(shí)做仰拱后，都能抑制變形發(fā)展。量測(cè)資料表明，變形不止的隧道段，主要是由于邊墻和拱腳不斷內(nèi)擠。仰拱施作后，首先抑制拱腳的內(nèi)擠。正臺(tái)階法施工時(shí)，上導(dǎo)坑不應(yīng)拖的太長(zhǎng)。 噴錨支護(hù) 噴射混凝土 噴射混凝土應(yīng)在開(kāi)挖后盡快施作。噴射混凝土的抗壓強(qiáng)度一般 R1d=5MPa, 砂漿錨桿中的水泥砂漿 R1d=5Mpa，因此，均在敷設(shè)后 24 小時(shí)才能起到較好的支護(hù)作用。根據(jù)量測(cè)資料，每一道工序在施工時(shí)，變形都會(huì) 加大，即施工對(duì)（噴、錨、挖）它們是擾動(dòng)、是荷載，只有強(qiáng)度足夠時(shí)才能起支護(hù)作用。即使是較好的圍巖，也應(yīng)及時(shí)噴射混凝土，應(yīng)記住橋跨效應(yīng)在一倍洞徑內(nèi)起作用。 目前噴射混凝土普遍回彈量大，平均達(dá) 30%以上。其實(shí)，只要按規(guī)范要求，控制噴射距離在 ～ 、垂直被噴面、控制風(fēng)壓、控制好水灰比，略作改進(jìn)和培訓(xùn)，是可以將回彈控制在 15～ 20%以?xún)?nèi)的。這里也有個(gè)報(bào)酬和管理問(wèn)題。 當(dāng)然，在有鋼筋網(wǎng)和格柵拱架時(shí)的噴射混凝土有一些特別的噴射方法，可以通過(guò)培訓(xùn)和讓工人去探索。 建議在可能條件下粗骨料用連續(xù)級(jí)配。 在需要很快起支 護(hù)作用時(shí)，可以采用早強(qiáng)水泥噴射混凝土。 噴射混凝土還有兩個(gè)值得注意的問(wèn)題： 一是噴射混凝土往往偏薄，這是因沒(méi)有配備隨時(shí)檢測(cè)噴層厚度的儀器。 二是在有鋼拱架時(shí)往往鋼拱架處噴層厚，兩鋼拱架之間薄，形成波浪型。在鋪防水板后澆筑襯砌時(shí)，易將防水板擠破，或形成二層襯砌間的空區(qū)，襯砌完成后再打孔注漿充填，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，還可能鉆破防水板造成漏水。 錨桿 錨桿包括局部錨桿和系統(tǒng)錨桿，局部錨桿是為了錨拴住巖體中的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體用，應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的工人或地質(zhì)工程師確定位置和方向。 系統(tǒng)錨桿則在較軟弱巖體中設(shè)定，經(jīng)常要 求按隧道徑向和定間隔設(shè)置。 全長(zhǎng)粘結(jié)式錨桿在敷設(shè)中的最大問(wèn)題，一是方向不對(duì)，主要是打錨桿孔的臺(tái)架等工具不合適，或未設(shè)臺(tái)架湊合施工，方向不合理的錨桿是不起作用的。二是注漿不飽滿(mǎn)，注漿不飽滿(mǎn)的錨桿不僅起不到支護(hù)作用，反而可能成為載荷。 抗拔力并不能證明注漿飽滿(mǎn)的程度，應(yīng)當(dāng)推廣錨桿砂漿飽滿(mǎn)度的檢測(cè)技術(shù)。實(shí)際上，只要錨桿端部有 1m 左右長(zhǎng)度注了漿，抗拔力就合格，但這根錨桿不僅不起作用，反而可能起壞作用。 錨桿應(yīng)當(dāng)及時(shí)敷設(shè)，隨著巖體變形錨桿逐漸施加應(yīng)力。敷設(shè)晚的錨桿已在巖體急劇變形階段之后，作用明顯減少。 鋼 拱架 在外力方向與鋼拱架斷面平面一致時(shí)，它是一個(gè)鋼性的支撐。但受力與平面不一致時(shí)它們則為柔性支撐。鋼拱架與巖體是點(diǎn)接觸，對(duì)巖體僅能起局部支撐作用，而且在受力時(shí)會(huì)因局部應(yīng)力集中而發(fā)生扭曲。因此，鋼拱架在與噴射混凝土結(jié)合時(shí)才能發(fā)揮好的作用。想單純依靠鋼拱架做支護(hù)并不是好的主意。不乏不噴混凝土單用鋼拱架支護(hù)而發(fā)生拱架扭曲、垮坍的實(shí)例。 使用型鋼拱架時(shí)，噴射混凝土困難（鋼拱架與圍巖之間難以噴實(shí)，噴射混凝土打在鋼拱架上回彈大），相比之下格柵拱架就好的多。 格柵拱架的優(yōu)點(diǎn)是，它的變形與混凝土匹配，它與噴射混凝土結(jié)合成的 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有很大的剛度?？梢赃m應(yīng)先柔后剛的支護(hù)形式，也可以與一次噴射足夠厚度的混凝土結(jié)合形成剛度大的初期支護(hù)。通常，格柵拱架不需太大的剛度。 超前錨桿及小導(dǎo)管注漿 超前錨桿是在巖質(zhì)隧道破碎巖體中應(yīng)用的，它一端由鋼質(zhì)拱架支撐，成5o~10o插向斜前上方。另一端插入掌子面前方的巖體中被未開(kāi)挖的巖體支撐。所以，其長(zhǎng)度必需保證大于一個(gè)循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺長(zhǎng)度。它們除了可加固近隧道臨空面的破碎巖體外，還可以支架其上方的巖體，在錨桿孔中注漿時(shí)，漿液可擠入巖體的裂隙中起固結(jié)作用。必要時(shí)可采用早強(qiáng)水泥砂漿。 小導(dǎo)管 注漿是對(duì)付松散層的，也可以在處理坍方時(shí)在坍體中開(kāi)挖前進(jìn)用，通過(guò)導(dǎo)管注漿將松散體固結(jié)。小導(dǎo)管一般間距 30~40cm，不適用于巖質(zhì)巖體，原因是巖質(zhì)巖體通常不可能注入漿液，同時(shí)小導(dǎo)管間距過(guò)小，鉆孔將巖體切斷造成大量超挖。 第四講 中國(guó)中鐵集團(tuán)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之客專(zhuān)隧道支護(hù)部分規(guī)范與說(shuō)明 10 支 護(hù) 一 般 規(guī) 定 鐵路客運(yùn)專(zhuān)線隧道支護(hù)必須配合開(kāi)挖及時(shí)施作，保證施工安全。 及時(shí)支護(hù)是保證隧道開(kāi)挖安全的重要手段。支護(hù)及時(shí)與否決定隧道施工安全的成敗。因此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。 隧道支護(hù)應(yīng)采用噴錨支護(hù)，根據(jù)圍巖特點(diǎn)、斷面大小和使用條件等選擇噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等單一或組合的支護(hù)形式。 噴錨支護(hù)包括的單獨(dú)或組合形式主要有：錨桿支護(hù)、噴射混凝土支護(hù)、噴混凝土錨桿聯(lián)合支護(hù)、噴混凝土鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、噴混凝土與錨桿及鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)、噴射鋼纖維混凝土支護(hù)、噴射鋼纖維混凝土錨桿聯(lián)合支護(hù)、以及上述類(lèi)型加設(shè)鋼架的聯(lián)合支護(hù)。 當(dāng)開(kāi)挖工作面不能自穩(wěn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)條件進(jìn)行超前支護(hù)和預(yù)加固處理。 在地層穩(wěn)定性較差地段，常采用超前錨桿、小導(dǎo)管以及管棚等超前支護(hù)措施。在地層穩(wěn)定性 很差地段，應(yīng)在工作面或和圍巖一定范圍進(jìn)行超前預(yù)注漿加固處理。 錨噴支護(hù)施工中，應(yīng)做好下列工作： 1 錨噴支護(hù)施工記錄（附錄 B）； 2 噴射混凝土的強(qiáng)度、厚度、外觀尺寸等項(xiàng)檢查和試驗(yàn)報(bào)告（附錄 C）； 3 監(jiān)控量測(cè)記錄； 4 地質(zhì)素描資料（附錄 D）。 錨噴支護(hù)需要仔細(xì)施工才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并且施作后成為隱蔽工程，因此需要在施工過(guò)程中對(duì)控制施工質(zhì)量的參數(shù)和過(guò)程進(jìn)行記錄，同時(shí)必須進(jìn)行地質(zhì)素描，并對(duì)支護(hù)的主要力學(xué)行為進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)并記錄。 噴射混凝土 客運(yùn)專(zhuān)線鐵 路隧道初期支護(hù)噴射混凝土 應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，初噴混凝土在開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行，復(fù)噴就根據(jù)工作面的地質(zhì)情況和一次爆破用藥量分層、分時(shí)段進(jìn)行 。 濕噴工藝重要特征是在混凝土攪拌工序加入水泥水化所需的全部水分。濕噴工藝能夠按設(shè)計(jì)配合比嚴(yán)格控制水膠比，濕噴工藝將干噴混合料中的游離顆粒狀水泥形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闈駠娀旌狭系乃酀{體形態(tài)，大幅度降低了粉塵濃度，保護(hù)工人健康；濕噴工藝能夠?qū)σ后w速凝劑進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。在隧道大面積淋水段經(jīng)過(guò)監(jiān)理批準(zhǔn)可以采用干噴工藝。 噴射混凝土原材料應(yīng)符合下列要求： 1 水泥：選用硅酸鹽水泥或普通硅酸 鹽水泥。水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于 ； 2 細(xì)骨料