2　平洞支護施工

本章導讀：

地下工程施工主要包括掘進、支護兩大工序。掘進是進行巖體破碎，支護是為了防止巖體破碎。為保證工程的安全使用，圍巖不穩(wěn)定時，掘進后必須進行及時、有效的支護。本章主要介紹地下工程中常用的支護形式和施工方法。

●主要教學內(nèi)容：地下工程中常用的各種支護形式、施工工藝與方法，包括棚式支架、錨噴支護、模筑混凝土襯砌和新奧法施工。

●教學基本要求：掌握地下工程中的常用支護形式和支護結(jié)構(gòu)，主要的支護參數(shù)，支護施工工藝和常用的支護設備；了解新奧法的基本原理。

●教學重點：地下工程支護有很多種形式，目前最常用的是錨噴支護和混凝土襯砌支護。因此，本章要求重點講授錨噴支護和混凝土襯砌的工藝與方法。

●教學難點：一是各種錨桿形式和結(jié)構(gòu)，除了照片外，應配備一定數(shù)量的實物或模型，以增加學生的感性認識；二是新奧法的基本概念和基本原理，應弄清新奧法與礦山法的關系及與錨噴支護的關系。

●網(wǎng)絡資訊：網(wǎng)站：www.cnksjxw.com。關鍵詞：噴射混凝土，錨桿，棚式支架，巷道支架，模筑混凝土，新奧法。

2.1　棚式支架

棚式支架按地下工程的斷面形狀分，有梯形支架、矩形支架和拱形支架及各種不規(guī)則支架；按支架材料分，有木支架、金屬支架、鋼筋混凝土支架、鋼管混凝土支架等。

2.1.1　木支架

木支架的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，它由頂梁、棚腿以及背板、撐柱、木楔等組成。頂梁主要承受頂板的垂直壓力和側(cè)幫的橫向壓力，棚腿主要承受軸向壓力和側(cè)向壓力，背板將巖石壓力均勻傳遞給頂梁與棚腿，并能阻擋巖石垮落。木楔的作用是使支架與圍巖緊固在一起，撐柱的作用是加強支架的穩(wěn)定性。根據(jù)圍巖的穩(wěn)定程度，背板可密集或間隔布置。支架的平面應與平洞的縱軸相垂直。

圖2.1　木支架
1—頂梁；2—棚腿；3，6—木楔；4—背板；5—撐柱

木支架的特點是質(zhì)量小，加工容易，架設方便，特別適應于多變的地下條件，但其強度低，易朽易燃，不能阻水和防止圍巖風化。一般用于地壓不大、服務年限不長、斷面較小的工程中，有時也用作巖土體開挖中的臨時支架。

2.1.2　金屬支架

金屬支架的主要形式有梯形和拱形兩種，如圖2.2所示。其特點是強度大，體積小，堅固、耐久、防火，在構(gòu)造上可以制成各種形狀的構(gòu)件。雖然初期投資大些，但工程維修量小，并且可以回收復用，最終成本還是經(jīng)濟的。

圖2.2　金屬支架
1—頂梁；2—棚腿；3—底座；4—U形卡子；5—墊板；6—螺母

1）梯形金屬支架

常用18～24 kg／m鋼軌或16～20號工字鋼制作，由兩腿一梁構(gòu)成。型鋼棚腿的下端焊有一塊鋼板，以防止陷入底板。梁腿連接要求牢固可靠，安裝、拆卸方便。

2）拱形型鋼支架

拱形金屬支架又叫鋼拱架，通常用工字鋼、H型鋼、U型鋼、鋼軌、鋼管等型鋼制作。工字型鋼架加工較簡易，使用方便，由于截面縱橫方向不是等剛度和等強度而容易失穩(wěn)，在較大跨度中使用有困難，適用于跨度較小的礦山巷道或隧道施工支護。H型鋼雖克服了工字型鋼架的缺點，但自重大、費鋼材多、安裝較困難，所以使用不廣。鋼管鋼架比H型鋼架輕便，但造價較高。

對于圍巖變形量大的地下工程，多采用U型鋼制作成可縮性支架[圖2.2（b）]。它可避免使用剛性金屬支架的大量折損。這種可縮性支架由三節(jié)（或四節(jié)）曲線形構(gòu)件組成，接頭處重疊搭接0.3～0.4 m，并用螺栓箍緊（箍緊力靠螺栓調(diào)節(jié)）。通常取頂部構(gòu)件的曲率半徑r小于兩幫棚腿的曲率半徑R，頂部構(gòu)件曲率半徑逐漸增大，當其和棚腿的曲率半徑R相等，并且沿搭接處作用的軸向力大于螺栓箍緊所產(chǎn)生的摩擦力時，構(gòu)件之間便相對滑動，支架即產(chǎn)生可縮性。這時，圍巖壓力得到暫時卸除，支架構(gòu)件在彈性力作用下又恢復到原來r<R的狀態(tài)，直到圍巖壓力繼續(xù)增加至一定值時，再次產(chǎn)生可縮現(xiàn)象，如此周而復始。這種支架的可縮量可達0.2～0.4 m。在地板壓力較大時，可制作成封閉型，在底板加反拱型支撐構(gòu)件。

2.1.3　預制鋼筋混凝土支架

鋼筋混凝土支架一般用于梯形斷面的地下工程，其結(jié)構(gòu)形式與木支架相同，只是材料不同。這種支架的構(gòu)件在地面工廠預制，故構(gòu)件質(zhì)量高。它可緊跟工作面架設，并能立即承受地壓，支護效果良好，但其缺點是構(gòu)件太重、用鋼量多、成本高以及可縮性不夠。這種支架分普通型和預應力型兩種。預應力鋼筋混凝土支架進一步提高了鋼筋混凝土構(gòu)件的強度，縮小了支架斷面尺寸，同時節(jié)約材料，減輕構(gòu)件自重，降低支架成本。

2.2　錨噴支護

2.2.1　錨桿支護

錨桿是用金屬、木質(zhì)、化工等材料制作的一種桿狀構(gòu)件。錨桿支護是首先在巖壁上鉆孔，然后通過一定施工操作將錨桿安設在地下工程的圍巖或其他工程體中，即能形成承載結(jié)構(gòu)、阻止變形的圍巖拱結(jié)構(gòu)或其他復合結(jié)構(gòu)的一種支護方式。

實踐證明，錨桿支護效果好、用料省、施工簡單，有利于機械化操作，施工速度快。但是錨桿不能封閉圍巖防止圍巖風化，不能防止各錨桿之間裂隙巖石的剝落。因此，在圍巖不穩(wěn)定情況下，往往需配合其他支護措施，如掛金屬網(wǎng)、噴射混凝土等，形成聯(lián)合支護形式。

1）錨桿作用原理

（1）懸吊作用

懸吊作用理論認為是通過錨桿將不穩(wěn)定的巖層和危石懸吊在上部堅硬穩(wěn)定的巖體上，以防止其離層滑脫（圖2.3）。若頂板中沒有堅硬穩(wěn)定的巖層或頂板軟弱巖層較厚、圍巖破碎區(qū)范圍較大，勢必無法將錨桿錨固到上面的堅硬巖層或未松動巖層時，懸吊理論則難以適用。

圖2.3　錨桿的懸吊作用

（2）組合梁作用

組合梁作用是指把層狀巖體看成一種梁（簡支梁），沒有錨桿時，它們只是簡單地疊合在一起。由于層間抗剪能力不足，各層巖石都是各自單獨地彎曲。若用錨桿將各層巖石錨固成組合梁，層間摩擦阻力將大為增加，從而增加了組合梁的抗彎強度和承載能力。如圖2.4所示的試驗模型較好地詮釋了這種作用，人們曾將這種作用形象地比喻為“納鞋底”作用。

圖2.4　錨桿支護的組合梁作用原理

（3）擠壓加固拱作用

該作用認為，對于被縱橫交錯的弱面所切割的塊狀或破裂狀圍巖，由于錨桿擠壓力的作用，在每根錨桿周圍都形成一個以錨桿兩頭為頂點的錐形體壓縮區(qū)，各錨桿所形成的壓縮區(qū)彼此重疊，便形成一條拱形連續(xù)壓縮帶（組合拱），如圖2.5所示。

（4）三向應力平衡作用

地下工程的圍巖在未開挖前處于三向受壓狀態(tài)，開挖后圍巖則處于二向受力狀態(tài)，故易于破壞而喪失穩(wěn)定性。錨桿安裝以后，相當于巖石又恢復了三向受力狀態(tài)，從而增大了它的強度。

上述錨桿的支護作用原理在實際工程中并非孤立存在，往往是幾種作用同時存在并綜合作用，只是在不同的地質(zhì)條件下某種作用占主導地位而已。

圖2.5　擠壓加固拱作用
1—錐形體壓縮區(qū)；2—連續(xù)壓縮帶（組合拱）

2）錨桿種類

錨桿種類繁多，形式不一，分類方法也各不相同，一般按錨固形式、錨固原理和錨桿材料分類較多。按錨固形式分有端頭錨固和全長錨固兩大類，錨固力集中在巖體內(nèi)一端的錨桿，稱為端頭錨固錨桿；錨固力分布在錨桿全長范圍內(nèi)時稱為全長錨固錨桿。常用的端頭錨固式錨桿有倒楔式、楔縫式、快凝水泥式、樹脂藥包式、脹殼式等；全長錨固式錨桿有砂漿式、管縫式、樹脂藥包式、內(nèi)注漿式等。按錨固原理分，錨桿有機械錨固、粘結(jié)式錨固和自錨固三種；按材料分有金屬錨桿、木質(zhì)錨桿和化工材料錨桿。工程中以金屬錨桿為多。

為能滿足圍巖變形的需要，還有一些具有一定伸長量、可拉伸讓壓的錨桿，如可控式金屬伸長錨桿、管縫式可拉伸錨桿、鋸齒型脹殼讓壓錨桿、套管摩擦式伸長錨桿、孔口彈簧壓縮式伸長錨桿、蛇形伸長錨桿、桿體伸長錨桿等。

（1）木質(zhì)錨桿

木質(zhì)錨桿有木錨桿和竹錨桿，木錨桿的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。木錨桿桿體直徑一般為38 mm、長1.2～1.8 m。錨桿安裝到位后，一般在孔口的錘擊作用下，內(nèi)楔塊劈進錨桿體桿端的楔縫，使桿體楔縫兩翼與孔壁擠緊而產(chǎn)生錨固力，然后裝上墊板，再將外楔塊錘入桿尾楔縫，將錨桿固定，從而實現(xiàn)對圍巖的支護作用。木錨桿結(jié)構(gòu)簡單、易加工、成本低，安裝方便，但其強度和錨固力較低，錨固力一般在10 kN左右。

圖2.6　木錨桿結(jié)構(gòu)
1—桿體；2—楔縫；3—內(nèi)楔塊；4—墊板；5—外楔塊；6—加固鋼圈

竹錨桿是用22號鉛絲將竹片箍成圓形桿體而成，其錨固方法與木錨桿相同。墊板均用木材制作。竹片錨桿錨固力不夠穩(wěn)定，錨固力略低于普通木錨桿。

（2）金屬灌漿錨桿

這種錨桿是在孔內(nèi)放入鋼筋或鋼索，再在孔內(nèi)灌入砂漿或水泥漿，利用砂漿或水泥漿與鋼筋、孔壁間的粘結(jié)力錨固巖層，如圖2.7所示。鋼筋灌漿錨桿一般用螺紋鋼制作。鋼索可用廢舊的鋼絲繩制作，以節(jié)省工程費用。這是一種全長錨固的錨桿，其特點是不能立即承載，在破碎圍巖處不宜使用；用砂漿錨固時，錨固力不大。

圖2.7　金屬灌漿錨桿

灌漿水泥應選用42.5號以上的普通硅酸鹽水泥。灌注砂漿時，要用干凈的中粗黃砂，水泥、黃砂配合比采用1∶2或1∶2.5，水灰比以0.38～0.45為宜。灌注水泥漿時，水灰比可為0.5～0.8。灌注水泥漿宜用于下向錨孔（不需止?jié){），如底板錨桿。

（3）金屬倒楔式錨桿

這是一種端頭錨固的錨桿，其構(gòu)成如圖2.8所示。固定楔與鋼桿體澆鑄在一起，桿體直徑14～22 mm。安裝時把活動倒楔（小頭朝向孔底）綁在固定楔下部，一同送入錨桿眼的底部，然后用一專用的錘擊桿頂住活動倒楔進行錘擊，直到擊不進去為止。最后套上墊板并擰緊螺帽。

圖2.8　金屬倒楔式錨桿
1—鑄鐵固定楔；2—鑄鐵活動倒楔；3—金屬桿體；4—金屬墊板；5—螺帽

這種錨桿理論上可以回收復用，安裝后可以立即承載，它結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，設計錨固力為40 kN左右。

（4）錨固劑粘結(jié)錨桿

這種錨桿多為端頭錨固型，其原理是在孔內(nèi)放入錨固劑，利用錨固劑把錨桿的內(nèi)端錨定在錨孔內(nèi)。根據(jù)所使用的錨固劑不同，分為樹脂錨桿、快硬水泥錨桿和快硬膨脹水泥錨桿等，目前多用樹脂錨桿（圖2.9）。樹脂錨桿由桿體和樹脂錨固劑組成，使用時先將錨固劑卷放入孔內(nèi)，再用專用風動工具或鑿巖機將錨桿推入錨孔，邊推進邊攪拌，在固化劑的作用下，將錨桿的頭部粘結(jié)在錨桿孔內(nèi)，然后在外端裝上蓋板，擰緊螺帽即可。它凝結(jié)硬化快，粘結(jié)強度高，在很短時間內(nèi)（5～10 min）便能達到很大的錨固力。以往用的圓鋼桿體、麻花狀錨固頭式加工麻煩，成本高，目前已改為直接用螺紋鋼筋作桿體，靠鋼筋上的螺紋直接起到攪拌和增大錨固力作用，而且外端頭也不再車螺紋，利用鋼筋本身的螺紋配上相應的螺帽即可，加工和使用十分方便。

圖2.9　樹脂錨桿

快硬水泥錨桿和快硬膨脹水泥錨桿的桿體結(jié)構(gòu)與樹脂錨桿相同，只是用水泥卷代替了樹脂卷，使用前需先將水泥卷在水中浸泡2～3 min。這種錨固劑在1 h后錨固力可達60 kN。水泥藥卷材料來源廣，錨固力較高，成本約為樹脂錨固劑的1／4。

（5）管縫式錨桿

管縫式錨桿又稱開縫式或摩擦式錨桿，屬全長錨固型自錨式錨桿。帶縱縫的管狀桿體由高強度鋼板卷壓而成（圖2.10），桿體材料為屈服應力> 350 MPa的16Mn和20MnSi鋼，管壁厚2.0～2.5 mm，管徑38～41.5 mm，開縫為10～14 mm。使用時用鑿巖機強行壓入比桿徑小1.5～2.5 mm的錨孔即可。為安裝方便，打入端略呈錐形。

該種錨桿錨固力60 kN以上，結(jié)構(gòu)簡單、制作容易、安裝方便、質(zhì)量可靠。

圖2.10　管縫式錨桿

（6）中空注漿錨桿

這是一類可用于注漿的錨桿。在破碎巖體中施工時，為了加固圍巖，利用錨桿進行注漿，形成錨注支護形式。這類錨桿形式較多，如普通式、自進式、半自進式、脹殼式、組合式等，部分形式的注漿錨桿如圖2.11所示。自鉆式錨桿在強度很低和松散的地層中鉆進后不需退出，并可利用中空桿體注漿。脹殼式中空錨桿是在鉆孔完成后安設，前頭帶有可張開的鋼質(zhì)錨頭，錨頭在錨桿頂緊狀態(tài)下張開，與孔壁貼合；外端有塑料止?jié){塞，防止注漿時漏漿。注漿錨桿也可使用樹脂錨固劑進行錨固，其錨固方法與樹脂錨桿相同。

圖2.11　中空注漿錨桿

（7）錨索

近年來，錨索在地下工程中得到了較多的應用。當圍巖破碎范圍大，普通錨噴支護難以控制圍巖變形時，使用錨索可收到良好效果。隧道用錨索一般為由多根高強鋼絲組成的單股鋼絞線，如圖2.12所示。錨索直徑28～32 mm，長5～15m，用樹脂錨固劑錨固，錨固長度1 m以上。錨索大多布置在洞室頂部，每隔3～5 m布置一排，每排布置3～5根。

錨索安裝工藝：用錨索鉆機鉆孔；將樹脂藥卷裝入錨孔內(nèi)，用錨索機旋轉(zhuǎn)錨索，并向孔內(nèi)推進，將孔內(nèi)的樹脂藥卷絞碎；裝上托盤、錨具和張拉器，進行張拉，給錨索施加預應力；達到預定預應力要求時卸載，錨頭鎖具自動將錨索鎖??；用切割器將露出孔外的多余錨索切去。

（8）化工材料錨桿

利用化工材料制作的錨桿主要有普通PVC塑料錨桿、雙抗（抗靜電、阻燃）塑料錨桿、塑料脹殼式錨桿、玻璃纖維強化塑料錨桿（玻璃鋼錨桿）、TKM型全螺紋纖維增強樹脂錨桿等。這類錨桿的質(zhì)量較小，易于切割，節(jié)約鋼材，成本低，抗腐蝕，使用范圍廣，錨固力能夠滿足要求，盡管目前使用尚不普遍，但是值得今后大力推廣應用。

圖2.12　錨索結(jié)構(gòu)圖
1—鋼絞線；2—錨具；3—墊板；4—鋼托板；5—擋片；6—樹脂；L1—張拉端；L2—自由端；L3—錨固端

3）錨桿支護技術(shù)參數(shù)

錨桿支護技術(shù)參數(shù)主要包括錨桿直徑、錨桿長度、錨桿間排距、錨桿安裝角度、錨固力等，其中長度、間排距為主要設計參數(shù)，其確定方法有經(jīng)驗法、理論計算法、數(shù)值模擬法和實測法等，應用較多的是經(jīng)驗法和計算法。

（1）錨桿直徑

錨桿直徑d主要依據(jù)錨桿的類型、布置密度和錨固力而定，常用錨桿直徑為16～24 mm。

（2）錨桿長度

依據(jù)國內(nèi)外錨噴支護的經(jīng)驗和實例，常用錨桿長度為1.4～3.5 m。對于跨度小于10 m的洞室，錨桿長度L取以下兩式中的較大者：

在層狀頂板中，按懸吊作用，錨桿的長度為：

（3）錨桿間距

錨桿間距D取以下兩式中較小者：

依據(jù)地質(zhì)條件，按照選定的排距，錨桿通常按方形或梅花形布置。方形布置適用于較穩(wěn)定巖層，梅花形適用于穩(wěn)定性較差的巖層。

錨桿支護參數(shù)設計還可以根據(jù)錨桿錨固力的大小，參照錨桿材質(zhì)、錨固方式、錨桿結(jié)構(gòu)及長度、錨桿直徑以及隧道洞室支護要求而定。

4）錨桿支護施工

（1）錨桿施工要求

①錨桿應均勻布置，在巖面上排成矩形或菱形，錨桿間距不宜大于錨桿長度的1／2，以有利于相鄰錨桿共同作用。

②錨桿的方向，原則上應盡可能與巖面垂直布置，但鉆孔不宜平行于巖層層面；對于傾斜的成層巖層，錨桿應與層面斜交布置，以便充分發(fā)揮錨桿的作用。

③錨桿眼深必須與作業(yè)規(guī)程要求和所使用的錨桿相一致。

④錨桿眼必須用壓氣吹凈掃干孔底的巖粉、碎渣和積水，保證錨桿的錨固質(zhì)量。

⑤錨桿直徑應與錨固力的要求相適應。錨固力應與圍巖類別相匹配。

⑥保證錨桿有足夠的錨固力。

（2）錨桿施工機械

錨桿施工機械主要是鉆孔機械、安裝機械、灌漿機械等，應根據(jù)具體的巖層條件和錨桿種類選擇合適的施工機具。地下工程的斷面較小、錨桿較短時，一般使用氣腿式鑿巖機鉆孔，錨索孔一般采用旋轉(zhuǎn)式專用錨索鉆機。

不同的錨桿有不同的安裝方式和機具，如風鉆、煤電鉆、風動扳手、錨桿鉆機等。樹脂或快硬水泥錨桿的推進，一般用手持式風動錨桿鉆機。錨桿孔深度大時，需使用專用錨桿打眼安裝機。

（3）錨桿施工質(zhì)量檢測

錨桿質(zhì)量檢測包括錨桿的材質(zhì)、錨桿的安裝質(zhì)量和錨桿的抗拔力檢測。材質(zhì)監(jiān)測在實驗室進行。錨桿安裝質(zhì)量包括錨桿托盤安裝質(zhì)量、錨桿間排距、錨桿孔深度和角度、錨桿外露長度和螺帽的擰緊程度以及錨固力。其中有的應在隱蔽工程檢查中進行。錨桿托盤應安裝牢固、緊貼巖面；錨桿的間排距的偏差為±100 mm，噴漿封閉后宜采用錨桿探測儀探測和確定錨桿的準確位置；錨桿的外露長度應≤50 mm。

錨桿質(zhì)量檢測的重要項目是抗拔力測試。錨固力（錨固力與抗拔力有一定區(qū)別?？拱瘟κ莻€廣義指標，包括錨桿的拉斷、外部絲扣的滑脫等。）達不到設計要求時，一般可用補打錨桿予以補強。錨桿錨固力（抗拔力）采用錨桿拉力計進行檢測（圖2.13）。試驗時，用卡具將錨桿緊固在千斤頂活塞上，搖動油泵手柄，高壓油經(jīng)高壓膠管到達拉力計的油缸，驅(qū)使活塞對錨桿產(chǎn)生拉力。壓力表讀數(shù)乘以活塞面積即為錨桿的錨固力，錨桿的位移量可從隨活塞一起移動的標尺上直接讀出，其位移量應控制在允許范圍內(nèi)。各種錨桿必須達到規(guī)定的抗拔力。

圖2.13　錨桿錨固力檢測
1—膠管接頭；2—空心千斤頂；3—高壓膠管；4—標尺；5—錨桿；6—壓力表；7—手搖油泵

2.2.2　噴射混凝土支護

噴射混凝土支護是將一定配比的混凝土，用壓縮空氣以較高速度噴射到洞室?guī)r面上，形成混凝土支護層的一種支護形式。

1）噴射混凝土作用原理

（1）充填粘結(jié)作用

高速噴射的混凝土充填到圍巖的節(jié)理、裂隙及凹凸不平的巖面上，把圍巖粘結(jié)成一個整體，大大提高了圍巖的整體性和強度。

（2）封閉作用

當?shù)叵鹿こ虈鷰r壁面噴上一層混凝土后，完全隔絕了空氣、水與圍巖的接觸，有效地防止了風化、潮解引起的圍巖破壞和強度降低。

（3）結(jié)構(gòu)作用

靠噴射混凝土與圍巖之間的粘結(jié)力及其自身的抗剪力起到承載作用。噴射混凝土層將錨桿、鋼筋網(wǎng)和圍巖粘結(jié)在一起，構(gòu)成一個共同作用的整體結(jié)構(gòu)，從而提高了支護結(jié)構(gòu)的整體承載能力。

2）噴射混凝土材料

噴射混凝土材料主要由水泥、砂子、石子、水和速凝劑組成。一些特殊的混凝土尚需摻入相關材料，如噴射纖維混凝土需摻入纖維材料等。

①水泥：應優(yōu)先選用普通硅酸鹽水泥，也可根據(jù)工程實際選用礦渣硅酸鹽水泥或火山灰硅酸鹽水泥。水泥的強度等級一般不得低于32.5，不得使用受潮或過期結(jié)塊的水泥。

②砂子：應采用堅硬耐久的中砂或粗砂，細度模數(shù)應大于2.5，含水率以控制在5%～7%為宜，含泥量不得大于3%。

③石子：又叫瓜子片，最大粒徑一般不超過15 mm，含泥量不得大于1%。

④水：不應含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，不得使用污水及pH<4的酸性水和含硫酸鹽量按SO4計算超過水重1%的水。

⑤速凝劑：摻入速凝劑的目的是加快混凝土的凝固，提高早期強度，及時提供支護抗力；增加一次噴射混凝土厚度和縮短噴層之間的噴射間歇時間。

速凝劑的摻量，應在使用前做速凝效果試驗。一般要求初凝應在3～5 min范圍內(nèi)，終凝不應大于10 min。一般摻量為水泥質(zhì)量的2.5%～4%。

⑥噴射混凝土配合比：與普通混凝土相比，石子含量要少得多，砂子含量則相應增大，一般含砂率在50%左右。一般噴射混凝土的配合比如下：水泥∶砂∶石子為1∶2∶2或1∶2.5∶2；水灰比0.4～0.5。

3）噴射混凝土機具

混凝土噴射機具主要包括噴射機、上料機、攪拌機等，其中最主要的設備是混凝土噴射機。國內(nèi)混凝土噴射機種類繁多，形式各異，按噴射料的干濕程度分有干噴機、潮噴機和濕噴機三類。干噴機使用最為廣泛，但干噴機的粉塵太大，故應大力推廣使用潮噴機和濕噴機。

（1）干式混凝土噴射機

使用最多的干式混凝土噴射機為轉(zhuǎn)子式，其體積小、質(zhì)量小、結(jié)構(gòu)簡單、使用和移動方便，其結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。機器工作時，轉(zhuǎn)子體即旋轉(zhuǎn)體由傳動系統(tǒng)帶動不斷旋轉(zhuǎn)，隨旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動的撥料板，將料斗中的干料連續(xù)撥入旋轉(zhuǎn)體料腔內(nèi)。旋轉(zhuǎn)體是噴射機的核心，轉(zhuǎn)體上有14個料杯，當旋轉(zhuǎn)體上的料杯轉(zhuǎn)至主送氣管下時，干料即被轉(zhuǎn)入料杯，當料杯旋轉(zhuǎn)到出料彎管口時，料杯內(nèi)的干料在壓縮空氣作用下被輸送出去。

圖2.14　轉(zhuǎn)子型混凝土噴射機
1—料斗；2—電機；3—車架；4—減速箱；5—主軸；6—轉(zhuǎn)子體；7—下座體；8—上座體；9—撥料板；10—定量板；11—攪拌器；12—出料彎管；13—橡膠結(jié)合板

（2）潮式混凝土噴射機

潮式混凝土噴射機也多屬轉(zhuǎn)子型，型號較多，外形結(jié)構(gòu)與干噴式相仿，如PC5B型混凝土噴射機。該機采用了防粘轉(zhuǎn)子，綜合了國內(nèi)外噴射機的優(yōu)點，體積小、質(zhì)量小、作業(yè)時粉塵少、回彈率低、易損部件壽命長、使用維修方便。

（3）濕式混凝土噴射機

濕式噴射的主要目的是減少粉塵，國內(nèi)已有多種產(chǎn)品，如SPZ-6型、TK-961型等。

（4）其他機械

其他機械還有攪拌機、上料機、噴射機械手等，可根據(jù)情況選用。

4）混凝土噴射工藝

（1）混凝土噴射方法

噴射混凝土施工，按噴射方法可分為干式噴射法、潮式噴射法和濕式噴射法三種。

干式噴射法的施工工藝如圖2.15所示。砂和石子預先在洞外（或地面）洗凈、過篩，按設計配比混合，用車輛運到噴射工作面附近，再加入水泥進行拌和，然后用人工或機械將拌料加入噴射機。速凝劑可同水泥一起加入并拌和，現(xiàn)場施工多在噴射機料斗處，一邊上料一邊添加。水在噴嘴處施加，水量由噴嘴處的閥門控制，水灰比由噴射手根據(jù)噴料的流淌情況控制，以不干不淌為宜。

圖2.15　干式噴射混凝土系統(tǒng)

干噴法的缺點是粉塵大、回彈多，為此出現(xiàn)了潮式噴射法。潮噴是將集料預加少量水，使之呈潮濕狀，再加水拌和，從而降低上料、拌和和噴射時的粉塵，但大量的水仍是在噴頭處加入。潮噴的工藝流程與干噴法相同，噴射機應采用適合于潮噴的機型。

濕噴法基本工藝與干噴法類似，主要區(qū)別有三點：一是水和速凝劑的施加方式不同，濕噴時水與水泥同時加入并拌和，速凝劑是在噴嘴處加入；二是速凝劑的形態(tài)不同，干噴法用粉狀速凝劑，濕噴法多用液體速凝劑；三是噴射機不同，濕噴法一般需選用濕式噴射機。

（2）施工準備

施工現(xiàn)場準備：清理施工現(xiàn)場，清除松動巖塊、浮石和墻腳的巖渣，拆除操作區(qū)域的各種障礙物，用高壓風、水沖洗受噴面。

施工設備布置：做好施工設備的就位和場地布置，保證運輸線路、風水電暢通，保證噴射作業(yè)地區(qū)有良好的通風條件和充足的照明設施。

（3）噴射作業(yè)

為了減少噴射混凝土的滑動或脫落，噴射時應按分段（長度不宜超過6 m）分片、自下而上、先墻后拱的順序操作。噴射機供料應保持連續(xù)、均勻，以利于噴射手控制水灰比。

噴射作業(yè)時，噴頭應正對受噴面呈螺旋形軌跡均勻地移動，以使混凝土噴射密實、均勻和表面光滑平順。為了保證噴射質(zhì)量，減少回彈量和降低噴射中的粉塵，作業(yè)時應正確控制水灰比，做到噴射混凝土表面呈濕潤光澤，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象。

噴層較厚時，噴射作業(yè)需分層進行，通常應在前一層混凝土終凝后方可施噴后一層。若終凝1 h以后再進行二次噴射時，應先用壓氣、壓水沖洗噴層表面，去掉粉塵和雜物。

5）噴射混凝土的主要工藝參數(shù)

（1）工作壓力

工作壓力是指噴射混凝土正常施工時，噴射機轉(zhuǎn)子體內(nèi)的壓氣壓力。為降低粉塵和回彈，通常采用低壓噴射。一般混合料水平輸送距離30～50 m條件下，噴射機的供氣壓力保持在0.12～0.18 MPa為宜。

（2）水壓

為了保證噴頭處加水能使隨氣流迅速通過的混凝土混合料充分濕潤，通常要求水壓比氣壓高0.1 MPa左右。

（3）水灰比

理論上最佳水灰比為0.4～0.5，干噴時靠噴射手的經(jīng)驗加以控制，新噴射的混凝土易粘著、回彈量小、表面有一定光澤，說明水灰比適宜。

（4）噴頭方向

除噴巖幫側(cè)墻下部時，噴頭的噴射角度可下俯10°～15°外，其他部位噴射時，均要求噴頭的噴射方向基本上垂直于圍巖受噴面。

（5）噴頭與受噴面的距離

噴頭與受噴面的距離最大為0.8～1.0 m。噴距過大、過小，均可引起回彈量的增大。

（6）一次噴射厚度及間隔時間

分層噴射時，一次噴射厚度應根據(jù)巖性、圍巖應力、裂隙、隧道規(guī)格尺寸，以及與其他形式支護的配合情況等因素確定。在摻速凝劑的情況下，噴射邊墻時為70～100 mm，拱部為50～70 mm。分層噴射的合理時間間隔應根據(jù)水泥品種、速凝劑種類及摻量、施工溫度和水灰比大小等因素確定，一般為15～20 min。

2.2.3　聯(lián)合支護

錨噴支護是指以錨桿、噴射混凝土為主體的一類支護形式的總稱，根據(jù)地質(zhì)條件及圍巖穩(wěn)定性的不同，它們可以單獨使用也可聯(lián)合使用。聯(lián)合使用時即為聯(lián)合支護，具體的支護形式依所用的支護材料而定，如錨桿+噴射混凝土支護，稱錨噴聯(lián)合支護，簡稱錨噴支護；錨桿+注漿支護，簡稱錨注支護；錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土支護，簡稱錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護等。

聯(lián)合支護在設計與施工中應遵循的原則：有效控制圍巖變形，盡量避免圍巖松動，以最大限度地發(fā)揮圍巖自承載能力；保證實現(xiàn)圍巖、噴層和錨桿之間具有良好的粘結(jié)和接觸，形成共同體；選擇合理的支護類型與參數(shù)并充分發(fā)揮其功效；合理選擇施工方法和順序，避免對圍巖產(chǎn)生過大擾動，縮短圍巖暴露時間。

1）錨噴支護

錨噴支護是同時采用錨桿和噴射混凝土進行支護的形式，適用于Ⅲ、Ⅳ類圍巖和部分Ⅱ類圍巖。它能同時發(fā)揮錨桿和噴射混凝土的作用，并且能取長補短，使二者合一，形成聯(lián)合支護結(jié)構(gòu)，是一種有效的支護形式，因此得到了廣泛應用。

2）錨網(wǎng)噴支護

錨網(wǎng)噴支護是錨桿、金屬網(wǎng)和噴射混凝土聯(lián)合形成的一種支護結(jié)構(gòu)。金屬網(wǎng)的加入，提高了噴射混凝土的抗剪、抗拉及其整體性，使錨噴支護結(jié)構(gòu)更趨于合理，在較為松軟破碎的圍巖中得到廣泛應用。網(wǎng)片長寬尺寸各為1～2m，網(wǎng)格尺寸不小于150mm×150 mm，網(wǎng)筋直徑為5～10 mm。

施工時，將金屬網(wǎng)掛在錨桿上并用錨桿蓋板壓緊。網(wǎng)片的搭接長度不小于200 mm。網(wǎng)片固定后再進行噴射混凝土。巖面平整度較差時，可先初噴一層混凝土后再鋪設金屬網(wǎng)。

3）噴錨網(wǎng)架支護

對于松軟破碎嚴重的圍巖及淺埋、偏壓隧道，需在噴錨網(wǎng)的基礎上再加入剛度較大的鋼拱架，構(gòu)成噴錨網(wǎng)架聯(lián)合支護。

圖2.16　格柵鋼架結(jié)構(gòu)示意圖

鋼架的縱向間距一般不大于1.2 m，鋼架與圍巖之間的混凝土厚度不小于40 mm。鋼架的截面高度一般為10～18 cm，最大不超過20 cm，且要有一定保護層。為架設方便，每榀鋼架一般分為2～6節(jié)，并應保證接頭剛度；節(jié)數(shù)應與凈空斷面大小及開挖方法相適應。

鋼拱架用槽鋼、工字鋼、鋼管、鋼筋制作。隧道中初次支護多用由鋼筋焊接而成的格柵鋼架（圖2.16），受力性能較好，安裝方便，并能和噴射混凝土結(jié)合較好，節(jié)省鋼材，優(yōu)點較多。

鋼筋格柵鋼拱架采用鋼筋現(xiàn)場加工制作，技術(shù)難度不高，對隧道斷面變化的適應性好。每榀鋼架由3～5節(jié)組成，節(jié)與節(jié)之間用螺栓連接。

格柵鋼架的主筋直徑不宜小于22 mm，材料宜采用20 MnSi或A3鋼筋，聯(lián)系鋼筋可按具體情況選用。

4）錨注噴射混凝土支護

這是在破碎軟巖中應用的一種支護結(jié)構(gòu)，即在掘進后先利用內(nèi)注式注漿錨桿及噴射混凝土進行錨噴初次支護，滯后開挖面一定距離再進行二次支護。

錨注支護技術(shù)利用錨桿兼作注漿管，實現(xiàn)了錨注一體化。注漿可改善更深層圍巖的松散結(jié)構(gòu)，提高巖體強度，并為錨桿提供可靠的著力基礎，使錨桿與圍巖形成整體，從而形成多層有效組合拱，即噴網(wǎng)組合拱、錨桿壓縮區(qū)組合拱、漿液擴散加固拱，提高了支護結(jié)構(gòu)的整體性和承載能力。

錨注支護適用于節(jié)理、裂隙發(fā)育、斷層破碎帶等松散圍巖注漿，一般采用單液水泥漿，也可摻加一定量的水玻璃等外加劑。注漿按自下而上、先幫后頂?shù)捻樞蜻M行，為提高注漿效果，可采用隔排初注、插空復注的交替性作業(yè)方式。

2.3　模筑混凝土襯砌

現(xiàn)澆混凝土支護是地下工程中應用最為廣泛的支護形式。澆筑前需先構(gòu)筑好模板再進行澆灌混凝土，故稱為模筑混凝土襯砌?，F(xiàn)澆混凝土襯砌施工的主要工序有為：澆筑準備、拱架與模板架立、混凝土制備與運輸、混凝土灌筑、混凝土養(yǎng)護與拆模等。

2.3.1　模板

1）模板的形式

模板是鋪板、骨架、操作平臺及附屬品等的總稱。模筑襯砌所用的模板應式樣簡單、裝拆方便、表面光滑、接縫嚴密、有足夠的剛度和穩(wěn)定性。

目前所用模板主要有整體移動式和組裝式兩種。整體移動式又稱模板臺車，結(jié)構(gòu)如圖2.17所示，采用大塊曲模板（鋼?；蝾A制板）、鋼拱架（骨架）、操作平臺、機械或液壓脫模、振搗設備等組裝成整體，并在軌道上行走，從而可縮短立模時間，墻拱連續(xù)澆筑，加快施工速度。主要用于長度較大的全斷面一次開挖成型或大斷面開挖成型的隧道襯砌施工中。

模板臺車的長度即一次模注段長度，應根據(jù)施工進度要求、混凝土澆筑能力、隧道的曲率等條件確定，一般多為9～12 m。由于整體移動式模板臺車的一次澆筑的混凝土量較大，多與混凝土輸送泵聯(lián)合作業(yè)，如圖2.18所示。這種設備由于其單件性比較強，一般由施工單位根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)尺寸自行設計和加工。

圖2.17　移動式模板臺車

組裝式模板由骨架和模板組成。骨架用型鋼制作或用鋼筋焊接成桁架式。為便于安裝和運輸，常將每榀骨架分解為2～4節(jié)，現(xiàn)場進行組裝。模板可采用組合式鋼模板（由角鋼和鋼板制作）、槽鋼、木材。組合式鋼模板的寬度為100～300 mm，長度為1～1.5 m。一次模注長度一般為2～6 m。骨架的間距根據(jù)混凝土荷載大小和隧道斷面大小而定，一般為1～1.5 m，為便于鋪設模板，應與模板的長度相協(xié)調(diào)，即模板接頭位于骨架上。

組裝式模板的靈活性大，適應性強，尤其適用于曲線地段。由于其安裝架設費時費力，故生產(chǎn)能力較模板臺車低。地下硐室式工程、地下通道工程、中小型隧道工程、分部開挖大斷面工程中使用較多。

圖2.18　模板臺車襯砌施工系統(tǒng)圖

2）模板的架設

襯砌施工開始前，應清理場地，進行中線和水平施工測量，檢查開挖斷面是否符合設計要求，然后放線定位、架設模板支架或架立拱架。同時，準備砌筑材料、機具等。

放線定位時，為保證襯砌不侵入建筑限界，應預留放線測量誤差量和拱架模板的就位誤差量，一般將設計的襯砌輪廓線擴大50 mm；考慮到拱架模板在混凝土荷載作用下的下沉，應適當預留沉降量，沉降量大小根據(jù)實測數(shù)據(jù)或參照經(jīng)驗確定；曲線段施工時還要注意曲線加寬。

使用組裝式模板時，立模前應在洞外進行試拼裝，檢查結(jié)構(gòu)形狀與尺寸是否符合要求，配齊配件，模板表面要涂防銹劑。洞內(nèi)重復使用時也要注意檢修模板。使用模板臺車時，要在洞外將臺車組裝調(diào)試好后再進入洞內(nèi)使用，每次脫模后都要注意檢修。

根據(jù)放線位置架設模板或模板臺車就位，就位后要做好位置、尺寸、方向、標高、坡度、穩(wěn)定性等檢查工作。拱架要垂直于隧道中線，不得傾斜。立墻架時，應對墻基標高進行檢查，拱架應立在穩(wěn)定的地基上，并焊接端頭板，以減小下沉。模板臺車的軌道要鋪設穩(wěn)定。

當圍巖壓力較大時，拱（墻）架應增設支撐或縮小間距，拱架腳應鋪木板或方木塊。架設拱架、墻架和模板，應位置準確、連接牢固。

拱架模板的架設及模板臺車的設計應考慮其腹部的通行空間，以保證洞內(nèi)運輸?shù)臅惩ā?/p>

襯砌端頭截面在立模時應同時安裝堵頭板。堵頭板應能承受混凝土的壓力，一般用木板加工，現(xiàn)場拼裝，拼裝時應注意與巖壁之間的縫隙要保證不漏漿，有防水板時應注意不要損傷防水板。

2.3.2　混凝土攪拌與供應

襯砌混凝土的配合比應滿足設計要求。目前，現(xiàn)場多采用機械拌和混凝土，在混凝土制備中應嚴格按照質(zhì)量配合比供料，特別要重視掌握加水量，控制水灰比和坍落度等。

在邊墻處混凝土坍落度為10～40 mm；在拱圈及其他不便施工處為20～50 mm。當隧道不長時，攪拌機可設在洞口。在礦山井下施工時，攪拌機一般設在施工地點。

混凝土拌和后，應迅速運送，盡快澆筑，充分搗固。從拌和到澆筑完成的時間，原則上，在外界氣溫超過25℃時為1.5 h，25℃以下時為不超過2 h。混凝土的運送時間一般不得超過45 min，以防止產(chǎn)生離析和初凝。如運送時間過長應研究使用緩凝劑和流動劑等。

運送設備可根據(jù)工程情況，選用各種斗車、罐式混凝土輸送車、輸送泵等。城市地下工程原則上應采用混凝土攪拌運輸車，采用其他方法運送時，應確?；炷猎谶\送中不產(chǎn)生損失及混入雜物，已經(jīng)達到初凝的剩余混凝土，不得重新攪拌使用。

采用商品混凝土時應按有關規(guī)定執(zhí)行。

2.3.3　澆筑與養(yǎng)護

混凝土澆筑前要按設計圖確認模板和防水板的安裝質(zhì)量。襯砌施工時，其中線、標高、斷面尺寸和凈空大小均須符合隧道設計要求。

1）混凝土的澆筑

混凝土襯砌的澆筑應分節(jié)段進行，節(jié)段的長度即模板的長度，在節(jié)段內(nèi)應自下向上順序澆筑。為保證拱圈和邊墻的整體性，每節(jié)段拱圈或邊墻應連續(xù)進行灌筑混凝土，以免產(chǎn)生施工縫。襯砌的施工縫應與設計的沉降縫、伸縮縫結(jié)合布置，在有地下水的隧道中，所有施工縫、沉降縫和伸縮縫均應進行防水處理。

澆筑混凝土的同時要進行充分振搗，保證混凝土密實。振搗器原則上應采用內(nèi)部振搗器。振搗器的大小、數(shù)量應根據(jù)一次搗固的混凝土體積確定，并留有備用數(shù)量。有防水板時，搗固作業(yè)要注意不要損傷背后的防水板。

①澆筑邊墻混凝土。澆筑前，必須將基底石渣、污物和基坑內(nèi)積水排除干凈，墻基松軟時，應做加固處理；邊墻擴大基礎的擴大部分及仰拱的拱座，應結(jié)合邊墻施工一次完成；邊墻混凝土應對稱澆筑，以避免對拱圈產(chǎn)生不良影響。

②拱圈混凝土襯砌。拱圈澆筑順序應從兩側(cè)拱腳向拱頂對稱進行；分段施工的拱圈合攏宜選在圍巖較好處；先拱后墻法施工的拱圈，混凝土澆筑前應將拱腳支承面找平。鋼筋混凝土襯砌先做拱圈時，應在拱腳下預留鋼筋接頭，使拱墻連成整體；拱圈澆筑時，應使混凝土充滿所有角落，并應充分進行搗固密實。

③拱圓封頂。封頂應隨拱圈的澆筑及時進行。先拱后墻施工時，墻頂封口應留7～10 cm，在完成邊墻灌筑24 h后進行，封口前必須將拱腳的浮渣清除干凈，封頂、封口的混凝土均應適當降低水灰比，并搗固密實，不得漏水。封頂混凝土應采用高流動性混凝土，以保證充填密實。

④仰拱施工。應結(jié)合拱圈和邊墻施工抓緊進行，圍巖條件差時應使結(jié)構(gòu)盡快封閉；圍巖條件較好時，可在不妨礙工作面開挖作業(yè)的距離上施作仰拱。仰拱澆筑前應清除積水、雜物、虛渣；超挖應采用同級混凝土回填。仰拱宜超前拱墻二次襯砌3倍以上襯砌循環(huán)作業(yè)長度。

⑤拱墻背后回填。拱墻背后的空隙必須回填密實，邊墻基底以上1 m范圍內(nèi)的超挖，宜用與邊墻相同標號混凝土同時澆筑；超挖大于規(guī)定時，宜用片石混凝土或10號砂漿砌片石回填，不得用渣體隨意回填，嚴禁片石侵入襯砌斷面。

2）襯砌混凝土養(yǎng)護

襯砌混凝土灌筑后10～12 h應開始灑水養(yǎng)護，以保持混凝土良好的硬化條件。養(yǎng)護時間應根據(jù)襯砌施工地段的氣溫、空氣相對濕度和使用的水泥品種確定，使用硅酸鹽水泥時，養(yǎng)護時間一般為7～14 d。寒冷地區(qū)應做好襯砌混凝土的防寒保溫工作。

拱架、邊墻支架和模板的拆除時間，應滿足下列要求：

①不承受外荷載的拱、墻，混凝土強度不得低于2.5 MPa，或拆模時混凝土表面及棱角不致?lián)p壞，并能承受自重。

②承受較大圍巖壓力的拱、墻封口或封頂混凝土應達到設計強度100%。

③受圍巖壓力較小的拱和墻，封頂或封口混凝土應達到設計強度的70%。

④圍巖較穩(wěn)定、地壓很小的拱圈，一般封頂混凝土應達到設計強度的40%。

2.4　新奧法

2.4.1　新奧法的概念

新奧法是新奧地利隧道施工方法（New Austrian Tunnelling Method，縮寫NATM）的簡稱，由奧地利專家拉布希維茲（L.V.Rabcewicz）于20世紀50年代提出，1963年形成系統(tǒng)理論。幾十年來，新奧法在交通隧道、礦山巷道、水利水電、地下空間等地下工程中得到了廣泛應用。

新奧法是針對不穩(wěn)定地層中采用礦山法開挖隧道時提出的。它應用巖體力學原理，以維護和利用圍巖的自穩(wěn)能力為基點，進行合理的隧道支護設計與施工。其主要特征有以下幾點：

①及時初次支護。隧道開挖后，為防止圍巖的風化、變形、冒落，采用錨噴技術(shù)立即進行一次支護，及時對圍巖進行覆蓋，并適當控制圍巖的變形與松弛。

②堅持變形監(jiān)測。隧道進行一次支護后，要及時進行圍巖松弛、變形的量測，利用量測信息指導施工，改進支護設計。

③適時二次支護。通過現(xiàn)場監(jiān)測信息分析，認為圍巖與初次支護變形已基本穩(wěn)定時，方可進行二次支護，如圖2.19所示。

④減少圍巖擾動。開挖時能用機械的就不用鉆爆法。采用鉆爆法時要實施控制爆破和光面爆破?？刂凭蜻M循環(huán)進尺量，支護緊跟工作面。

⑤封閉支護。對于軟弱巖層，要采用封閉式支護，形成中空狀支撐環(huán)結(jié)構(gòu)。

圖2.19　正常的位移與時間關系曲線

⑥盡量使隧道斷面周邊輪廓圓順，避免棱角突變處應力集中。

因此，新奧法不同于傳統(tǒng)工程中應用厚壁混凝土結(jié)構(gòu)一次性支護松軟圍巖的理論，不拘泥于一種特定的施工方法或具體的支護技術(shù)，是一套地下工程設計、掘進、襯砌、測試相結(jié)合的完整新概念。應當強調(diào)，新奧法的基本支護原理是先柔后剛，先允許圍巖有一定的松弛變形。當在城鎮(zhèn)人口密集區(qū)域修建淺埋地下工程（如地鐵隧道）時，不允許有較大變形，必須進行強支護，故不完全適宜采用新奧法。

2.4.2　動態(tài)施工

利用現(xiàn)場監(jiān)測檢測信息指導施工是新奧法的主要特征之一。新奧法的量測工作是伴隨著施工過程同時進行的，通過變形量測數(shù)據(jù)和對開挖面的地質(zhì)觀察等不斷進行預測、預報和反饋，及時對施工方法、斷面開挖步驟及順序、初期支護的參數(shù)等進行合理調(diào)整，以保證施工安全、圍巖穩(wěn)定、工程質(zhì)量和支護結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性。這就是動態(tài)施工，其原理如圖2.20所示。

圖2.20　動態(tài)施工原理

所謂“動態(tài)”，是指施工過程中地質(zhì)條件是不斷變化的，其力學動態(tài)也是不斷變化的，因此，施工過程不可能一成不變，各種施工方法和技術(shù)應適應這種“動態(tài)”變化。

動態(tài)施工與動態(tài)設計密不可分，施工必須按設計進行。設計單位的設計在沒有通過實踐檢驗前始終具有預設計性質(zhì)，真正的設計是在施工過程中完成和完善的。因此，施工中應根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對支護設計進行不斷修改和調(diào)整。

2.4.3　隧道變形監(jiān)測

隧道變形監(jiān)測的目的在于掌握施工中圍巖和支護的力學動態(tài)信息及穩(wěn)定程度，并及時反饋，指導施工作業(yè)；通過對圍巖和支護變位、應力的量測，預測和確認隧道圍巖最終穩(wěn)定時間，及時修改支護系統(tǒng)設計，指導施工順序和施作二次襯砌時間；深入了解圍巖的松動范圍及穩(wěn)定狀態(tài)，為未開挖隧道的設計和施工積累現(xiàn)場資料。

隧道變形監(jiān)測的項目很多，為判斷圍巖穩(wěn)定狀態(tài)、支護結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)所進行的主要量測項目有側(cè)墻收斂、拱頂沉降、松動圈、圍巖內(nèi)部位移、地表沉降、錨桿錨固力、襯砌應力等，其中凈空側(cè)墻收斂（又稱凈空變位）、拱頂沉降是必須監(jiān)測的項目，其他可根據(jù)情況確定。

不同的測試項目需用不同的儀器儀表和不同的方法，如表2.1和圖2.21所示。側(cè)墻的相對收斂及拱頂沉降常用收斂計法。

表2.1　隧道內(nèi)常用監(jiān)測項目及方法

續(xù)表

圖2.21　監(jiān)測樁布設圖

采用全斷面開挖時，一般每個斷面埋設5個測樁，布置4～6條測線。監(jiān)測斷面應盡量靠近開挖面，沿隧道縱向設置的間隔，根據(jù)巖性不同和圍巖類別的差異布置，Ⅲ類圍巖一般每隔10 ～20 m布設一個監(jiān)測斷面，圍巖越好，間距越大。根據(jù)圍巖變形的規(guī)律，變形量在開挖后初期變形大，以后逐漸變緩，并趨于穩(wěn)定。所以，測試的頻度應隨著時間的推移而減小，一般開挖后1～15 d內(nèi)每天測1～2次，15～30 d內(nèi)可兩天測1次，30 d后可每周測1次。如需監(jiān)測頂板的絕對位移，需用經(jīng)緯儀或水準儀，如圖2.22所示，其中水準尺應立于地層穩(wěn)定處。拱頂相對收斂可用工程測量塔尺直接量測測點處頂?shù)装逯g的距離。

圖2.22　拱頂下沉測試方法示意圖

關于各種測試項目的方法、原理，所用儀器儀表等可參閱土木工程測試技術(shù)教材以及有關的隧道施工技術(shù)規(guī)范。

量測數(shù)據(jù)的分析與反饋，可用于修正設計參數(shù)及指導施工、調(diào)整施工措主季等，這是監(jiān)測工作重要的一環(huán)。因此，監(jiān)測過程中應及時整理量測數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理，繪制出相應的表格和圖形，如時間-位移曲線、時間-位移速率曲線等，以供設計與施工參考。

本章小結(jié)

（1）地下工程支護，從其作用和時間上分為臨時支護和永久支護。永久支護一般由設計單位提供圖紙和參數(shù)，而臨時支護則多由施工單位選定。臨時支護有時也作為永久支護的一部分。由于地質(zhì)因素的影響，永久支護要隨著巖層的變化而變化，才能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟效果。

（2）從支護形式和支護效果來看，地下工程支護主要可分為兩大類，第一類為被動支護形式，包括木支架、鋼筋混凝土支架、金屬型鋼支架、料石襯砌、混凝土及鋼筋混凝土襯砌等；第二類是積極支護形式，即錨噴支護。

（3）錨噴支護，狹義上是指錨桿支護和噴射混凝土支護的簡稱。棚式支架是在地下工程圍巖外部對巖石進行支撐，被動地承受圍巖產(chǎn)生的壓力和防止破碎的巖石冒落，而錨噴支護則是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿及在圍巖上噴射的混凝土噴層，改變圍巖本身的力學狀態(tài)，在圍巖中形成一個整體而又穩(wěn)定的巖石帶，利用錨桿與圍巖共同作用，達到維護圍巖穩(wěn)定的目的。所以，錨噴支護原理先進、施工簡單、施工速度快、經(jīng)濟有效、適應性強，是一種積極防御的支護方法，是地下工程支護技術(shù)的重大變革。

（4）廣義的錨噴支護是以錨桿噴射混凝土支護為主，旨在改善圍巖力學性能的一系列支護形式，包括錨桿支護、噴射混凝土支護、錨噴支護、錨網(wǎng)支護，錨梁支護、錨梁網(wǎng)支護、錨索支護、錨注支護等。預應力錨索支護技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一種主動支護方法，能夠?qū)Φ叵鹿こ虈鷰r及時提供較大的主動錨固約束作用，控制范圍大，支護效果好。

（5）新奧法和礦山法是兩個不同的概念，既相聯(lián)系又有區(qū)別。礦山法主要指鉆眼爆破法或局部機械挖掘法開挖地下工程的方法。礦山法包括傳統(tǒng)法和新奧法。新奧法是在傳統(tǒng)法基礎上總結(jié)提煉出來的對挖掘和支護（尤其對支護）進行科學設計和組織的一種思想、理念和原則，其主要理念就是先柔后剛、二次支護，主要原則為：少擾動、早錨噴、勤量測、緊封閉。

習　題

2.1　棚式支護有哪幾種形式?簡述其結(jié)構(gòu)組成、優(yōu)缺點和適用條件。

2.2　錨桿的作用原理有哪些?

2.3　錨桿支護技術(shù)參數(shù)有哪些?

2.4　噴射混凝土由哪些材料組成?對各種材料的質(zhì)量或使用都有哪些要求?

2.5　混凝土噴射機有哪幾種?干噴和濕噴在工藝上有哪些區(qū)別?

2.6　噴射混凝土有哪些工藝參數(shù)?參數(shù)值一般為多少?

2.7　錨噴聯(lián)合支護有哪些形式?

2.8　襯砌模板有哪些形式?

2.9　現(xiàn)澆混凝土襯砌施工有哪些要求?

2.10　說說你對“新奧法”概念的理解。