公路隧道新奥法施工关键技术及管理要点2011812.ppt

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1、 公路隧道新奥法施工 关键技术及管理要点 目 录 1 2 3 4 新奥法的原理 关键技术及要点 隧道施工质量控制技术 业主管理体会 一、新奥法的原理 New Austrian Tunnelling Method 隧道设计施工的两大理论 新奥法的基本原理 新奥法的基本要点 前言 在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，隧道及地下洞室工程， 其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。 1.即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护; 2.若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。 这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。 在隧道及 地下洞室工程中，围绕着以上核心问题

2、的实践和研究，在不同的时期，人 们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系，每一种理论体系都包 含和解决（或正在研究解决）了从工程认识（概念）、力学原理，工程措 施到施工方法（工艺）等一系列工程问题。 隧道设计施工的两大理论 u松弛荷载理论其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩 体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载 就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的岩体理 论。 u岩承理论其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩 丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍 然

3、能够进入稳定状态。 u两种方法的区别:由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理; 而后 一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。由于有 此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。新奥法是岩 承理论在隧道工程实践中的代表方法。 n围岩是受洞室开挖影 响的那一部分岩（土）体 ， 围岩是三位一体的即:产 生荷载、承载结构、建筑 材料. n隧道是修筑在应力岩 体中的，具有特殊的建筑 环境，不能等同于地面建 筑 n隧道结构体系=围岩+ 支护体系。 新奥法支护机理 其基本观点是根据岩体力学理论，着眼于洞室开挖后 形成塑性区的二次应力重分布，而不拘泥于传统

4、的荷 载观念。所以它主要不是建立在对于坍落拱的“支撑概 念”上，而是建立在对围岩的“加固概念”基础上。在合 理的临界限度内，它所需要的表面支护抗力是与围岩 塑性区半径、洞室周边位移、以及围岩的内聚力、内 摩擦角等参数成反比，而支护能提供的抗力则与其刚 度成正比。 新奥法基本要点 目前新奥法是在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益 是明显的。新奥法的基本要点可归纳如下： 1.岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽 量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过 多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。 2.为了充分发挥岩体的承

5、载能力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变 形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而 丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时 加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强 度、刚度和它参加工作的时间（包括闭合间）来控制岩体的变形。 新奥法基本要点 3.为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒 形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。 4.通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进 行设计变更及日常的施工管理。 5.为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈

6、蚀，围岩性质恶化、流变、 膨胀所引起的后续荷载，宜采用复合式衬砌。 6.二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的， 围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。 上述新奥 法 的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。 新奥法三要素 新奥法定义：应用岩体力学的理论，通过对隧道围岩 变形的量测、监控，采用合适的支护结构，尽量利用围岩 自承能力指导隧道设计和施工的方法。 新奥法的原理虽然可用于各种类型的支护,但是,最为 适用的是喷锚支护。因此喷混凝土、锚杆、量测被认为是 新奥法的三大要素。 二、关键技术及要点 6. 初期支护 7. 防排水 8. 仰

7、拱及二次衬砌 9. 监控量测 1.超前地质预报 2.稳定掌子面的方法 3.控制地层松弛的加固方法 4.软弱围岩断面及时封闭方法 5.隧道开挖方法 超前地质预报 1、超前水平钻探 超前水平钻探可以通过岩芯观察和分析对隧道开挖前方的地质情况带进 行准确定位；可以直接采集芯样进行各种试验以获取岩石的力学特征参数； 可以通过钻孔及时释放瓦斯和地下水等有害气体和液体。 2、物探方法 TSP法：TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计 的震源用小量炸药激发产生，爆破所产生的地震波信号沿着隧道的爆破剖面 在岩层中传播，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质继 续传播，反射的地震信

8、号将被高灵敏的地震波器接收。 超前地质预报 数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质（如软 弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。（200m内） 超前地质预报 HSP法（水平声波剖面法）：HSP法是弹性波反射法的一种，其实质是： 将发射源、接收效能器布置在隧道两侧的浅孔内，发射、接收位置均在平等于隧 道地面的同一水平面上，即构成一“水平声波剖面”，在该剖面内向空间激发并 接收震动（声波）信号：确定反射面的空间方位并“投影”到该剖面上，从而确 定反射面的出露里程及性质。（50m内）。 低频地质雷达探测法 ：低频地质雷达探测是利用不同岩体的波阴抗的不同 和分界面对电磁波

9、的反射原理，对探测目标体进行成像，该方法能十分清楚地显 现探测面前方一定范围内的岩石、空洞、水体等不均匀体的分布情况和岩性变 化。（40m内） 超前地质预报 红外探水：因地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，可利用红外探水 仪通过接受岩体的红外辐射强度，根据围岩红外辐射场强的变化值来确定掌子面前 方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。 3、通过四结合的方法进行综合地质预报 隧道施工地质超前预报预测是一项综合性的技术工作，尤其是在长大复杂岩溶 隧道的施工中，宜根据隧道的物点和具体的工程水文地质问题，选择多种预测方 法，综合预测、相互印证。 工程水文地质与物探结合：将工程水文地质与各种物探所得的超前

10、地质预测预 报结果进行比较，可以确定真实水文地质情况，并对隧道掌子面前方一定距离的地 质情况进行比较准确的预测预报。 超前地质预报 地面与地下（洞内外）结合 在隧道埋深较浅、构造不太复杂的情况下， 这种预报方法有很高的准确性，该方法与其它物探方法相结合，可以取得更 好的效果。 多种物探手段相结合：地质雷达物探技术也可运用于隧道施工地质预报， 其缺点是探测隧道掌子面前方的地质情况的深度较浅，多在1040m，但可以 地震反射法(TSP202、TSP203)相结合，可取得较好效果。通常采用以地震反 射波法进行中长距离(100m左右)的预报，采用探地雷达进行短短距(1040m 以内)的精细预报。两种方

11、法相互结合，互相补充。同时，地质雷达用于隧道 底部或其它出水部位可能隐伏溶洞的探测，效果较好。 超前地质预报 长短结合：在勘察阶段进行的地质钻探工作有限，并以此为依据来划分围岩的 级别。但是长大隧道的工程地质、水文地质条件复杂多变，且限于目前地质勘探 技术水平等，想在勘察阶段就准确无误地勘察其工程岩体的状态、特征，是极其 困难的。解决这些问题总的地质预报思路为：采用TSP2020、TSP203地质超前预 报系统进行长距离宏观控制，利用红外探水、地质雷达和HSP进一步强化、补充 和验证，加大超前水平钻探和孔内数码成像的力度，多管齐下，力争把发生地质 灾害的机率降为最低。 稳定掌子面的方法 掌子子

12、面稳定性降低的原因,视围岩条件而异,在多数情况可考虑下几点： 1、因凝聚力不足而崩塌(末固结围岩、裂隙性围岩)； 2、因地下水而崩塌(末固结围岩、裂隙性围岩)； 3、因强度不足产生大变形而崩塌(膨胀性围岩)。 此外，作为持殊情况，也有掌子由沿地质结构挤出的情况。稳定掌子面 的方法，根据其功能的不同，可分为以下几种： 支持围岩的(超前支护、短管棚等)； 改良围岩的(注浆等)； 发挥锚杆作用的(斜锚杆、正面锚杆等)； 喷混凝土加强等。 稳定掌子面的方法 1、超前支护 超前支护是使用锚杆、单一钢管、钢筋等，沿隧道外轮廓以低角度打设 的方式防止掉块，是加固掌子面前方围岩、约束围岩的方法。也可加设插板

13、防止掉块。超前支护，基本上是借助构件的抗弯刚度发挥作用的因此，采 用抗弯刚度大的构件是有利的。 稳定掌子面的方法 1-1单管（钢插管） 用于没有凝聚力的围岩，以防止拱顶松弛、崩落。 一般采月34 48mm的钢管以3060cm的间隔530度的仰角打人，打入长度一般为掘 进进尺的23倍。 此法的主要问题是在有砾石(孤石)或固结好的围岩中应用困难, 其次是 钢管下方的围岩易崩落，超挖过大。 稳定掌子面的方法 1-2钢插板 钢插板是在崩塌性显著的围岩中，以较大面积支护拱项的手段：钢插板的宽度一般采用 15cm，长度为1.21.6m，以间隔30cm左右打入。一般都在拱顶120度范围内施设。 稳定掌子面的

14、方法 稳定掌子面的方法 1-3注浆小导管 注浆小导管是向掌子面附近的围岩注浆，保证掌子面稳定的方法，沿隧道 开挖轮廓线外按一定角度打入直径为3270mm，长度35m的带孔钢管，利 用钢管注浆，并与钢架连成一体进行围岩加固的超前支护方式。 稳定掌子面的方法 2、斜锚杆 斜锚杆是作为支护结构的一部分轴力构件而发挥作用的，用以改善拱顶斜上 方的围岩。多用在易崩塌的围岩，作为支护拱顶的辅助方。 斜锚杆通常与系统锚杆同时施工。向掌子面拱部的料上方以50-80cm的间隔, 在拱部60-00cm范围内，打入异型钢筋，锚固材采用砂浆锚杆长34m，仰角 3060度. 稳定掌子面的方法 3、小管棚注浆 小管棚基本

15、上与注浆小导管相同：因超前支护范围大，多采用长度5-7m的钢管 ，以间隔30-60cm的距离打入。超前支护效果好，但费时。 4、掌子面正面喷混凝土 正面喷射混凝土是在开挖后自稳性差的开 挖面喷射310cm左右的混凝土，覆盖掌子面 ， 以防止掌子面松弛，提高掌子面的自稳性。 5、正面锚杆 正面锚杆是在掌子面有显告崩塌的情况下采 用的。锚杆长23m，视崩塌情况施设。 6、留核心土 为了充分利用掌子面的空间支护效应,留核 心土也是比较有效的稳定掌子面的方法。 7、改变开挖方法 稳定掌子面的方法 控制地层松弛的加固地层方法 1、地表垂直锚杆工法 垂直锚杆是在隧道开挖之前，在隧道上部钻设直径l00cm-

16、120cm的钻孔，钻 孔中插入粗钢筋(一般D=2532mm)。再充填砂浆或水泥浆，在地中形成棒状的钢 筋加固体，可以阻止因开挖产生的围岩变形，提高围岩的抗剪切强度。 2、管棚工法 管棚工法是在隧道开控之前沿隧道开挖 断面外轮廓，以一定间隔与隧道平行钻孔 、 插入钢管压注充填水泥浆或砂浆，来增加 抗剪切强度，并使钢管与围岩一体化。 梁效应：钢管在掌子面及其后方的支撑 支持下，形成梁式结构。 加强效应：钢管插入后，注水泥浆，加 强了钢管周边的围岩。 na.管棚的配置和形状 控制地层松弛的加固地层方法 控制地层松弛的加固地层方法 洞 口 长 管 棚 控制地层松弛的加固地层方法 3、水平高压旋喷压注工

17、法和高压喷射搅拌工法 在未固结围岩，特别是城市的浅埋隧道，必需注意防止隧道变形和地表 下沉以及确保大断面的掌子面的稳定。以高压旋喷的方式压注水泥浆的超前 支护工法，在隧道开挖外轮廓形成拱形预衬砌，以防护掌子面。本方法具有 以下特征： a. 在隧道开挖之前，在掌子面前方构筑拱形刚性体，减轻传到掌子面 和支护上的荷载，控制开挖引起的松弛； b. 因采用高压旋喷，形成改良的、高强度的土体； c. 因采用专门机械施工，施工速度快。 控制地层松弛的加固地层方法 改良体的范围约为814m,改良体的搭接长度不宜小于1.0m。横向间隔， 以相互间能形成批形结构体为原则，通常，视围岩状况，采用40-60cm。

18、4、预衬砌法 衬砌法是超前支护的一种方法。在开挖前，先沿隧道外周开挖一厚约 2050cm的拱形槽，开挖后或开挖的同时，向槽内充填混凝土，形成一个 连续成、刚件很大的拱壳，称之预付砌。通常纵向长度约5m。 控制地层松弛的加固地层方法 断面的及时封闭 在任何情况下，使隧道断面能在较 短时间内闭合是极为重要的。在软弱 、 土砂围岩中，则必须改变“重视上部 支护、忽视断面闭合”的做法. 断面 及时封闭的方法视施工方法而异。 1、临时仰拱 在台阶法中、常常采用修筑临时仰 供的方法. 断面的及时封闭 2、加强底部 n也可以采用加强底部的方法，如加强基脚、向 底部地层注浆或设置底部锚杆、设置钢管桩等 ，如图

19、430所示。 n也可以用高压喷射搅 拌方法加固掌子面前方 的地层和底脚的地层. 断面的及时封闭 n 采用留核心土、临时仰 拱及底部加强的做法。 隧道开挖方法 1、全断面法 全断面开挖法是按设计断面将隧道一次开挖 成型，再施做支护和衬砌的隧道开挖方法，一 般适用于地质条件较好的级围岩。 施工要点 n缩短循环作业时间，合理采用平行交叉作业 工序，提高施工进度。 n控制周边眼间距及角度改善光面爆破效果， 减少超欠挖。 n及时施做初期支护，围岩条件变化时及时调 整施工方法。隧道全断面开挖施工工序流程图 隧道开挖方法 全 断 面 开 挖 隧道开挖方法 隧道光面爆破效果图 隧道全断面衬砌 隧道开挖方法 2

20、、台阶法 台阶开挖法是将隧道设计断面分两次或三次开挖，台阶间控制一定距离， 采用同时并进的隧道开挖施工方法，一般用在、级围岩，也可用在单线铁 路隧道级围岩地段。 台阶法施工图示 台阶法施工照片 隧道开挖方法 台 阶 法 开 挖 隧道开挖方法 3、环形开挖预留核心土法 环形开挖预留核心土法是先开挖上部导坑弧形 断面留核心土平台，再开挖下部两侧边墙、中部核心 土的隧道开挖方法。一般适用在单线隧道、围岩 。 施工要点 n环形开挖每循环长度0.51m，开挖后及时施做喷 锚支护、安装钢架支撑。 n上部弧形，左、右侧墙部，中部核心土开挖各错 开35m进行平行作业。 环形开挖预留核心土法图示 环形开挖预留核

21、心土法照片 隧道开挖方法 4、弧形导坑左右台阶错 开开挖支护法 在隧道开挖过程中，在三个台阶上分七个 工作面，以前后不同位置相互错开同时开挖 ， 然后分部及时支护，形成支护整体。缩小作 业循环时间，逐步向纵深推进的隧道开挖施 工方法。 弧形导坑开挖施工图示 黄土隧道施工照片 隧道开挖方法 5、中隔壁法（CD法） 中隔壁法（CD法）是将隧道分为 左右两大部分进行开挖，现在隧道 一侧采用二或三台阶分层开挖，施 做初期支护和中隔墙临时支护，再 分台阶开挖隧道另一侧，并进行相 应的初期支护的施工方法。一般适 用于地质条件为级围岩，也 适用于浅埋地层隧道暗挖。 中隔壁法施工示意图 中隔壁法施工照片中隔壁

22、法断面分块示意图 隧道开挖方法 梅大高速公路11标洞口段开挖 隧道开挖方法 6、交叉中隔壁法（CRD法） 是将大断面隧道分部分块开挖，先开挖隧道一侧的上和中 部并施做封闭的初期支护和临时支撑，再开挖隧道另一侧 的上和中部分且施做封闭的初期支护和临时支撑，最后分 别开挖隧道左右两块底部，形成隧道初期支护和临时支撑 网状封闭稳定支护形式的隧道开挖施工方法，一般适用于 级围岩，也可用于浅埋隧道施工。 交叉中隔壁法支撑拆除阶段施工全景 隧道开挖方法 7、双侧壁导坑法 双侧壁导坑法是采用先开挖隧道 两侧导坑，及时施做导坑四周初期支 护及临时支护，然后再开挖中部剩余 土体的隧道开挖施工方法，一般适用 在级

23、围岩，也可用在浅埋隧道施 工。 双侧壁导坑法断面分块开挖示意图 双侧壁导坑法 隧道开挖方法 双侧壁导坑法洞口段施工双侧壁导坑法洞内段施工 初期支护 1、喷射混凝土 喷射混凝土是在地下工程施工 中，为尽快使开挖工作面稳定的一种 支护措施。它是借助喷射机械将砼料 以高速喷射到受喷面上，依靠高速喷 射时集料的反复连续撞击压密混凝土 硬化而成的支护方式，其喷射的混凝 土能够在几分钟内终凝，且强度增长 快，并与其他支护措施形成支护整体 ， 达到围岩快速稳定。 新型湿喷机 喷射混凝土作业 初期支护 2、锚杆 锚杆是在围岩开挖时，为 避免岩体松散塌陷，在岩体中 打入实心或空心的钢材加工的 杆体，起到对土体的

24、加筋和联 接成整体的作用，锚杆与围岩 采用砂浆或其他材料固结，并 设置钢垫板固定。 初期支护 3、钢架 钢架是在隧道开挖后，为使围岩保持稳定而按照隧 道开挖轮廓线布设的钢格栅或型钢制成的护骨架结构， 钢架安装后可达到支撑围岩稳定，限制围岩变形的目的 ， 它与钢筋网、喷射混凝土等结合在一起共同受力。 （2）施工要点 n钢架应在初喷混凝土后及时架设。 n钢架不宜在受力大的拱顶及其它受力大的部分分节 。 n钢架安装时，应严格控制其内轮廓尺寸，且予留沉 降、变形量，防止侵入衬砌净空。 初期支护 4、钢筋网 在喷射混凝土中增设钢 筋网，可以防止受喷面由于承 受喷射力而塌落，减少回弹量 、 喷射混凝土层的

25、开裂，增强初 期支护的整体作用，通常与锚 杆或钢架焊接成一体。 防排水 1、洞口及地表防排水 隧道施工前应对地表及隧道附近的井泉、池沼、水库、河流进行调查， 并应进行观测与试验，分析其对隧道渗漏水的影响。隧道覆盖层较薄或地表水 有可能渗入隧道时，施工前应对地表积水、坑、洼等进行处理。 施工要点 n洞口段及早修建天沟、截水沟，防止排水冲刷边仰坡和破坏环境。 n洞口附近和浅埋隧道应整平洞顶地表，不得积水。 n地表坑洼、钻孔、沉坑、裂缝等处应填土分层夯实，防止渗漏。 防排水 2、洞内排水 隧道施工期间要加强洞内排水工作，减小地下水对施工、运输及结构的 影响，其施工要点： n洞内反坡排水，或在膨胀性、

26、湿陷性地层中施工时，可根据坡度、水量和 设备情况布置管路和泵站，一次或分段接力排出洞外。集水坑的容积应按 实际排水量确定，其位置确定应考虑减少施工干扰。配备抽水机的能力应 大于排水量20%以上，并应有备用台数。 n单侧水沟施工时，不应阻塞隧底水流，应设横向截水沟并汇入侧沟。 防排水 3、结构防排水 结构防排水施工作业是在隧道初支完成，且隧道净空经检查满足要求后 进行的有关结构防排水施工作业，一般包含基面检查处理、排水盲管（沟） 安装、防水板铺设、施工缝、变形缝处理、混凝土灌注等工序。 施工要点 u基面处理：清除基面外露钢管及钢筋头，用水泥砂浆抹平， 排水盲管 ：纵环向排水盲管用锚钉和防水板窄条

27、固定在岩面上，防止扭曲移位 。 u缓冲层铺设：缓冲层材料采用无纺布垫层，用塑料焊圈射钉固定。 u防水板焊接：防水板接缝采用自动爬行式热合机热熔焊接成双焊缝， 搭接宽度15cm，绑扎钢筋和立模时避免损坏防水板。 防排水 n止水带固定：中埋式止水带固定在挡头模板上，先安装一端，浇筑混凝 土时另一端应用箱型模板保护，防止止水带偏移，固定时不得损坏止水 带本体部分。 防水板铺设缓冲层悬挂无钉铺设防水板 防排水 采用新工艺的端头模设计 仰拱及二次衬砌 1、仰拱 仰拱应超前拱墙衬砌，紧跟开挖工作面，仰拱、填充应分开浇筑，且应 全副灌注，为解决仰拱施工和运输作业的干扰，应采用仰拱栈桥。 施工要点 n仰拱应紧

28、跟开挖面施作，尽快形成封闭环。仰拱应超前拱墙二次衬砌施 作，其超前距离宜保持2倍以上衬砌循环作业长度。 n仰拱施作应一次成型，保证仰拱整体稳定，仰拱施工缝和变形缝处应做 防水处理。 n仰拱填充严禁与仰拱同时施工，宜在仰拱混凝土终凝后施作。 仰拱及二次衬砌 仰拱一次作业 仰拱栈桥示意图 隧道内仰拱栈桥 仰拱及二次衬砌 2、二次衬砌 二次衬砌是隧道的永久支 护结构，一般在围岩和初期支 护变形基本稳定后施作，在仰 拱超前情况下，采用模板台车 进行拱墙一次衬砌，竣工后的 隧道内轮廓线不得侵入设计轮 廓线。 二次衬砌钢筋绑扎 仰拱及二次衬砌 混凝土输送 二次衬砌 监控量测 1、监控设计的概念和原理 n概

29、念: 现场量测与工程地质、数学力学处理分析紧密结合,形成的一套信 息化设计的原理和方法。量测是手段,监控是量测的目的。 n原理:通过现场监测获得围岩介质力学的动态特性和支护结构工作状态的 有关参数或数据(信息),对这些数据进行数学力学上的处理和分析,来预 报(当前和未来)围岩及支护结构体系的稳定性及工作状态,进一步选择和 修正支护及开挖设计参数,指导施工。 2、隧道监测的内容 分前期原位观测、施工期监测和运营期监测三部分 n 前期原位观测:围岩多点位移 监控量测 n施工期监测 l必测项目: 掌子面附近的地层特性及支护状况观测收敛位移拱顶下沉地表下沉 （浅埋地层） l 选测项目:掌子面前方的地质

30、探测、隧道内围岩多点位移、围岩压力 及两层支护之间的压力、钢支撑内力及外力、支护结构应力及应变 、围岩弹性波松动圈测试、爆破监测、渗压和渗流及温度测试（有水条件下 ）。 n运营期观测:变形、应力、支护应力和应变、裂缝等 监控量测 3、仪器安装埋设与观测 n接触压力是通过埋设压力盒来 测试的 n衬砌内力通过埋设钢筋应力计 或混凝土应力计测试 n沉降和收敛变形观测点(隧道的 三维变形观测) n围岩深层位移或沉降通过埋设 多点位移计观测 n爆破震动监测是通过布设的震 动传感器量测震动时的震速 监控量测 4、反馈设计和指导施工 n预报围岩失稳的警报。 n根据测试数据和预报数据修正设计和调整支护及整个施

31、工方案(喷层增厚 、锚杆加密或加长、改变高强钢材锚杆、增加钢支撑、缩短开挖台阶长 度和台阶数、提前锚喷支护或仰拱设置时间、掌子面加固或超前支护等) 。 n利用测试及预报数据信息,反馈围岩及支护力学参数,进一步优化设计。 n对围岩及支护结构稳定性作出定量的评价,验证理论计算及模型试验结果 。 5、必测项目 n拱顶下沉及周边收敛 监控量测 测 点 布 置 图 监控量测 洞内量测 监控量测 测点布置及洞内量测 监控量测 6、选测项目 6-1围岩压力、钢筋（钢支撑）应 力、喷射混凝土应变 监控量测 6-2二次衬砌钢筋应力、混凝土应变 监控量测 6-2二次衬砌钢筋应力、混凝土应变 监控量测 6-3、锚杆

32、轴力 监控量测 6-4 爆破震动 IDTS3850-4爆破振动记录仪 三、隧道质量控制技术 隧道施工质量控制技术 施工质量过程控制（也称工后控制）。目前的质量控制大多是“重二 衬，轻初支”，实际上隧道初期支护是隧道的主要承力结构，对整个隧道结 构的耐久性起着很重要的作用，故在隧道施工质量过程控制中，对初期支护 各结构的施工质量均需进行必要的控制。 施工质量过程控制主要包括开挖断面、锚杆质量（长度及砂浆饱和 度）、钢拱架或格栅钢架、喷混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、防水 层施工质量、二次衬砌混凝土质量（强度、厚度及背后缺陷）、隧道衬砌裂 纹等的实时控制。 隧道施工质量控制技术 1、隧道开挖断

33、面 1-1、控制超欠挖 表12-1 隧道允许超挖值 围岩级别 开挖部位 、 拱部 线性超挖101510 最大超挖152515 边墙线性超挖101010 仰拱、隧底 线性超挖10 最大超挖25 隧道施工质量控制技术 1-2、激光断面仪检测 对隧道在各施工阶段的净空尺寸 （横断面净空及超欠挖）采用激光 断面仪（如国产BJSD-2型隧道限界 检测仪，见图）或全站仪进行检 测。通过激光断面仪对隧道各施工 阶段净空尺寸的检测、数据处理， 可以评价隧道开挖质量、取代收敛 量测以及对地质雷达检测喷混凝土 厚度时进行波速标定和厚度修正等 。 BJSD-2型隧道限界检测仪 隧道施工质量控制技术 n开挖质量 在隧

34、道开挖后，将激光断面仪架设 在检测横断面上对开挖轮廓进行检测， 对实测数据进行分析处理，得出隧道开 挖轮廓断面，与设计的开挖线相比较， 可评价隧道开挖的超欠挖情况，对隧道 的开挖质量进行评价，详见图。 隧道施工质量控制技术 n混凝土厚度检测 在隧道开挖后，用激光断面仪或 全站仪对开挖断面进行测量，待初 期支护喷混凝土完成后在相同断面 作初期支护施作后的净空断面进行 测量，利用两次测量结果的差值， 可得出该断面初期支护喷混凝土厚 度的准确值（见图）。若在二次衬 砌前后对相同断面进行检测，即可 得检测断面二次衬砌厚度准确值。 隧道施工质量控制技术 n隧道净空状况检测 检测中以隧道控制网坐标系统（中

35、线及 高程）为断面轮廓检测的坐标系统，隧道 内每间隔一定距离设置一个检测断面，每 个检测断面上设置一定数量的测点进行检 测，对隧道净空状况采用激光断面仪进行 检测。利用专用处理软件对实测数据进行 分析处理，得出隧道横断面数据。同时， 以设计断面为标准曲线，通过比较，确定 隧道衬砌净空断面是否满足设计要求。 二衬后断面检测结果图 BJSD-2型隧道限界检测仪专用软件界面 隧道施工质量控制技术 1-3、锚杆质量 锚杆是将破碎或不稳定岩体(块)与牢固稳定的岩体连结在一起以提高整 体稳定性的一种支护措施。当锚杆发挥作用时，锚杆不同部段的功能各不相 同。锚杆内端处于牢固稳定岩体的部段，其锚固力主要起着固

36、定锚杆的作 用；而锚杆外端处于破碎或不稳定岩体的部段，其锚固力主要起着将该段岩 体(块) 与锚杆连结在一起的作用（见图4-27）。要让锚杆能发挥设计的效 果，除保证锚杆的长度满足设计要求外，还要使各段都能均匀而有效地与岩 体锚固在一起。除此之外，对锚杆质量影响较大的因素还有砂浆的强度，得 有足够的裹握力才能保证锚杆的质量。 距岩面距离(m) x 轴力(kN) P 隧道施工质量控制技术 锚杆长度及注浆饱和度均采用应力反射波法检测，现已有专用的锚杆质量检仪。 理想锚杆受力示意图 JL-MG锚杆质量检测仪 隧道施工质量控制技术 n锚杆长度 应力反射波法是一种无损检测方法，该方法的基本理论依据为一维杆

37、件 的弹性应力波反射理论。根据反射波的走时和锚杆中的应力波传播速度就可 以用(3)式求出锚杆长度L ， 锚杆中的应力波传播速度可在现场已知长度的 锚杆上进行标定。 n注浆饱和度 注浆饱和度检测通过测定锚杆不同方位，不同距离应力波的阻尼情况， 即锚杆与围岩的耦合情况来判断注浆饱和度。 隧道施工质量控制技术 n锚杆抗拔试验 锚杆抗拔力通过拉拔试验进行检测。进行拉拔试验时,用液压千斤顶施加 一定的预应力,然后加压,同时记录液压表和位移计上的对应读数,当压力或 者位移读数达到预定值时,或者当压力计读数下降而位移计读数迅速增大时, 停止加压。测试后,整理出锚杆的位移-荷载曲线,进而分析出试验锚杆的抗 拔

38、力大小。试验时锚杆的受力状态见图12-35。 距岩面距离(m) x 轴力(kN) P 抗拔力试验时锚杆的受力示意图 隧道施工质量控制技术 1-4、喷混凝土质量检测 喷射混凝土能及时封闭围岩暴露面；部分混凝土浆液渗入张开的裂隙或 节理中起胶结和加固围岩的作用；能向围岩提供支护抗力(径向力)，使围岩 由二向受力变为三向受力状态，从而提高了围岩强度。 评价喷混凝土的质量，主要是指标：喷混凝土强度（包括早期强度和晚 期强度）、厚度、密实度及背后缺陷。 n喷混凝土强度 根据喷混凝土强度表面特征，宜采用气压射钉枪（见图4-30、31）无损 检测方法进行检测。 隧道施工质量控制技术 气压射钉枪气压射钉枪强度

39、测试系统 隧道施工质量控制技术 n喷混凝土厚度、密实度及背后缺陷 喷混凝土厚度、密实度及背后衬砌缺陷均可采用地质雷达（见图）进行 检测。雷达波在喷混凝土中的波速标定。根据喷混凝土厚度，采用激光断面 仪通过断面检测得出喷混凝土厚度来得到。 地 质 雷 达 隧道施工质量控制技术 1-5、格栅或型钢拱架数量检测 喷混凝土中存在格栅或型钢拱架支撑时，地质雷达剖面图中信号会有变 化，可通过这些信号的变化读出隧道格栅或型钢拱架支撑数量。 1-6、二次衬砌检测 n二次衬砌混凝土强度检测 对二次衬砌混凝土强度检测采用超声回弹综合法结合少量的钻芯取样进 行检测。 A、超声回弹检测 隧道施工质量控制技术 -500

40、0型混凝土数显回弹仪乐陵机械回弹仪 隧道施工质量控制技术 NM-4A型超声波检测仪 瑞士产TICO型超声波检测仪 隧道施工质量控制技术 B、钻取芯样检测 钻芯取样为局部检测，主要用于修正超声回弹所得混凝土的强度。实测 混凝土的厚度，在现场采用钻机钻取芯样后，在室内进行芯样试件制作并养 护后进行抗压强度试验，得出衬砌混凝土芯样强度值。 ZKJ200型金刚石钻机 NYL60型压力试验机 隧道施工质量控制技术 n二次衬砌混凝土厚度、背后空洞及围岩状况检测 对隧道二次衬砌混凝土厚度、背后空洞及衬砌背后围岩状况等检测，采 用地质雷达方法进行。 测线布置位置为：拱顶、左右边墙、左右拱脚共五条测线（见图）。

41、在 现场利用工程检测车以小于5km/h的速度对隧道二次衬砌进行检测（见图） 。 隧道施工质量控制技术 二次衬砌检测 隧道施工质量控制技术 层位追踪示意图 层位追踪结果图 隧道施工质量控制技术 衬砌背后的不密实 衬砌背后的空洞 隧道施工质量控制技术 n二次衬砌混凝土裂缝及渗漏水检测 在隧道施工完成后，对隧道纵向全长范围内的二次衬砌表面存在的裂缝、 渗漏水位置沿隧道洞身里程采用人工目测分格素描的方法进行检查。检测时 ， 将所检测到的裂纹在隧道衬砌表面的位置情况标在预先作好隧道纵向分格图 上。然后对裂缝采用游标卡尺、超声波检测仪对裂纹宽度及深度进行检测， 并将其标示在分格图上相应的裂缝处，最终形成隧

42、道病害分格检测展示图。 隧道病害分格 检测展示图 四、业主管理体会 隧道质量管理 隧道安全控制 隧道变更及造价管理 隧道质量管理 严格控制隐蔽工程质量（如初护期支护、防排水、隧底处理 等）； 使用先进检测技术全面控制工程质量； 坚持以光面爆破为隧道管理核心，能全面提高施工质量； 落实双标管理。 隧道安全控制 提高认识，严防隧道安全事故，事故是出不起的； 严格按规范施工，尽可能不考虑工期影响，不考虑 施工单位效益； 依靠新技术、新手段，如安全生产管理系统，隧道 门进系统，隧道内视频及射频监控系统等； 应急预案完善，管理资料齐备，坚决落实逃生及应 急系统。 隧道变更及造价管理 以实事求是为原则，即坚持开挖方法及支护参数 与实际地质情况相符，首先以监控量测及地质预 报结果为依据，再考虑开挖后掌子面及开挖断面 的实际地质情况进行设计变更。 认真分析工程量清单，摸清施工单位利润点及亏 损点； 抓好光面爆破，在造价管理中也是双赢的； 协调好与设计单位的关系，控制关键环节。