1、隧道施工技術中的若干問題我國隧道施工建設在最近幾年獲得了長足的進步，取得了許多舉世公認的成就，如18km的秦嶺鐵路隧道的建成、正在修建的18km的終南山公路隧道以及長20km的烏鞘嶺鐵路隧道等，還有長達80km的大伙房水工隧洞工程等。在建設過程中也暴露出一些問題，本文準備就其中的一些問題，談幾點看法，供參考。隧道施工的技術特性和基本理念 認識隧道施工的技術特性和施工的基本理念，是促進隧道施工技術發展的原動力也是建立良好施工管理的前提。作為施工管理人員首先要清楚地認識到這一點。 隧道施工的技術特性隱蔽性大；作業的循環性強；作業空間有限；作業的綜合性；施工是動態的，施工過程的力學動態是變化的，圍巖

2、的物理力學性質也是變化的；作業環境惡劣；作業的風險性大。隧道施工的基本理念 根據作者的體會，隧道施工的要點，針對目前存在的問題，歸納起來就是句話：“愛護圍巖”、“內實外美”、“重視環境”、和“動態施工”。這也就是隧道施工的四大理念。愛護圍巖“愛護圍巖”有2層含義，一層含義是不損傷或少損傷遺留圍巖的固有支護能力，這可以通過采用機械開挖技術和控制爆破技術予以解決。一層含義是通過各種手段和方法增強圍巖的自支護能力，如采用支護技術、加固或予加固技術以及各種輔助施工技術等。這些技術形成了隧道施工的核心技術。內實外美“內實外美”，關鍵是內實。而內實的關鍵就是要作到“四密實（貼）”，即：混凝土密實；噴混凝土

3、密實；噴混凝土與圍巖密實（貼）；二次襯砌與初期支護密實（貼）。重視環境“重視環境”，也有2層含義，一層含義是指內部環境，即施工作業環境，一層是對外部環境即對周邊環境的影響。重視環境是時代的要求，許多環境技術都是因時代的變遷而得到發展，許多基準都是因環境的要求而制定。動態施工 打開來看，根據暴露出來的圍巖狀態，采取對策是隧道施工的基本原則。“動態施工”是指：隧道施工過程中的地質條件是不斷變化的；其力學動態也是不斷變化的。因此，施工過程就不可能是一成不變的。我們在施工過程中采用的各種施工方法和技術都是為了適應這種“動態”變化的。因此，隧道施工的各種決策都要在施工階段的地質技術、施工階段的量測技術和

4、施工階段的質量控制技術的基礎上進行管理。這也就是動態施工的基本含義。現狀與問題 我國近3000km的鐵路隧道和近700km的公路隧道，基本上是采用礦山法修筑的，目前出現的主要問題集中在以下幾個方面： 1施工階段地質判釋的技術不完善，缺乏有效的判釋方法和手段； 2隧道施工方法，特別是軟弱破碎圍巖的施工方法的工廠化程度有待提高； 3在施工中沒有牢固樹立“保護圍巖、愛護圍巖”的觀點和理念；不能有效地控制對遺留圍巖的損傷和松弛； 4“重外美、輕內實”，結構存在隱患；如：襯砌背后充填不密實，甚至留有空洞；襯砌厚度不足，有的嚴重不足；襯砌初期開裂普遍存在；基底處理不徹底，運營不久出現翻漿冒泥現象等；現狀與

5、問題 5地下水處理始終是薄弱環節，防水質量欠佳，滲水、漏水現象時有發生； 6環境意識薄弱，洞內施工作業環境欠佳，減少對周邊環境和結構物影響的措施不力； 7施工階段的工程質量的檢測體制不完善，更為重要的是缺乏有效的檢測手段和方法； 8應變能力不強，一旦出現施工災害，有時束手無策； 9沒有真正地實現動態施工和施工管理。 實質上，這幾點也就是衡量我們隧道施工水平的重要標志。我們與一些發達國家相比，在技術上的差距，也就在此。一提高施工地質的判釋技術的水平 由于隧道的特性，在最近幾年，各國都非常重視施工階段的地質工作。因為大家認識到：只有開挖暴露出來的地質狀態，才能使我們比較客觀的、可靠的了解在施工過程

6、中出現的一些現象和問題。才能使我們采取最符合地質狀態的施工和支護措施。但如何根據暴露出來的地質狀態，來評價圍巖的動態，又成為施工中的關鍵。 在施工中，因圍巖級別的變動而變更設計（支護結構參數、施工方法等）的情況是屢見不鮮的。有的隧道，在施工過程中，變更設計達原設計的20%50%，不僅延誤了工期，也提高了施工成本，同時給工程質量也造成一定的影響。造成這種現象的原因是多方面的，但主要是施工前的地質工作不到位、缺乏有效的圍巖級別判定的方法，而更為重要的是：我們對施工中的地質工作缺乏足夠地認識，也缺乏有效的判釋方法和手段。 施工階段圍巖級別的評定方法，目前主要類，一類是根據開挖暴露出來的掌子面觀察的方

7、法，一類是根據量測的方法。目前，國內外在隧道及地下工程施工中進行圍巖評價，主要是根據掌子面的觀察來進行的。這是比較簡便而現實的方法。量測方法也是判定圍巖狀態的好方法，但量測結果的處理要很長的時間，因而當地質條件變化激烈時很難適應。此外量測也需要投入大量的儀器和時間，對施工作業有一定的干擾。地質超前預報的方法是在必要時采取的方法，沒有普遍性。因此，利用掌子面觀察的方法，就成為進行圍巖評價的主要方法。作為工程技術人員應該掌握這種方法的實質和內涵。掌子面觀察 洞內觀察是為掌握地質狀況，確認支護效果及決定支護參數等而實施的。掌子面觀察是當新的掌子面出現后首先進行的觀察。要繪制掌子面觀察（素描）圖，進行

8、攝影等。在施工中應充分地利用觀察到的資料，及時判釋，來完善支護體系和施工方案。這種觀察主要是通過目視，也可以采用攝影的方法觀察掌子面的地質狀態和地質的變化狀況。 觀察中應具體地記錄以下各項并描繪掌子面地質素描圖。 地質狀況及其分布、性質和掌子面自穩性； 圍巖的軟硬、裂隙間距及方向等圍巖狀態； 斷層的分布、走向、粘土化程度等； 涌水地點、涌水量及其狀態； 軟弱層的分布； 其他。數碼相機的應用二提高軟弱破碎圍巖的施工方法的工廠化、機械化的水平軟弱圍巖的自支護能力是比較弱的，甚至沒有自支護能力。因此，在軟弱圍巖中施工最重要的是：如何提高圍巖的自支護能力，來保證開挖及后續作業的進行。在軟弱圍巖中，提高

9、圍巖自支護能力的方法是很多的。根據國內外的施工經驗，提高圍巖自支護能力的基本方法是控制圍巖的松弛、流失。其原則是：穩定掌子面、及時閉合和加固地層。具體的主要的方法可歸納如下. 1）穩定掌子面的方法 正面噴混凝土和錨桿； 超前支護； 留核心土。 2）及時閉合的方法 臨時仰拱或底部橫撐； 加強基腳； 向底部地層注漿加固； 底部錨桿； 改變施工方法。 3）加固地層 注漿加固； 超前支護； 地表面加固。 這些措施是綜合的，是相互補充的，應視具體情況具體采用。掌子面超前支護 掌子面超前支護是采用鋼管、插板以及注漿等，沿隧道外輪廓，以低角度打設方式加固掌子面前方圍巖、約束圍巖松弛、掉塊的方法。超前支護，基

10、本上是借助構件的抗彎剛度發揮作用的，因此，采用抗彎剛度大的構件是有利的。23 10 11 在一次支護中，從城市的條件看，其作用有一些限制。特別是錨桿，在土砂地層中因不容許圍巖松弛，也就是說，發揮錨桿作用的位移都不容許，因此錨桿的作用得不到發揮，原則上可以取消。此外，在開挖中如變形過大，最好不去增加噴混凝土的厚度，采用鋼纖維噴混凝土比較合適。表中的短超前支護通常指我們所謂的小導管、鋼插板等。它與超前支護不同，僅能控制小范圍的圍巖松弛和拱部崩塌。其模式圖參見圖。 日本最近對城市礦山法隧道超前支護的方法進行了模式化的設計，是很有參考價值的。所謂超前支護就是在開挖前先期進行支護，也就是我們所謂的“先支

11、后挖”。超前支護有橫斷方向剛度大的拱形構造的予襯砌和縱向剛度大的梁構造的水平旋噴等方法。 在城市中要想安全施工必須確保掌子面的穩定和極力控制對地表面住宅和近接結構物的影響。超前支護就是為此目的而采取的措施。一般說，超前支護有種類型： 預襯砌方式； 水平噴射注漿方式； 長鋼管注漿方式。 預襯砌法預襯砌法是超前支護的一種方法。在開挖前，先沿隧道外周開挖一厚約2050cm的拱形槽。開挖后或與開挖的同時，向槽內充填混凝土，形成一個連續的、剛性很大的拱殼，謂之予襯砌。通常縱向長度約5m。此方法在土砂等圍巖強度極低的地層，埋深小需要控制地表下沉的場合以及接近重要結構物的場合采用是極為有效的方法。拱形槽的開

12、挖要采用專用的鏈式切削機或多軸鉆機進行。 預襯砌方式 預襯砌方式是開挖前沿掌子面的隧道外周開挖厚約的拱形槽，開挖后立即用混凝土或砂漿充填。 此方式因在隧道橫斷方向形成連續的剛性大的拱形結構，故在下列制約條件嚴格的場合采用。 土砂等強度極低的場合； 埋深淺，需控制地表下沉的場合； 近接重要結構物會受到開挖影響的場合。 預襯砌土方式的預襯砌可用厚約混凝土殼或砂漿殼，比較柔軟的拱殼，也可以用厚約的比較剛性大的拱殼。柔軟的拱殼主要用于穩定掌子面，剛性大的拱殼用于控制地表下沉。 其標準參數如下。 預襯砌厚度： 設置范圍：（） 設置角度：（） 縱斷方向鉆孔長度： 縱斷方向充填長度： 搭接長度： 超前殘余長

13、度：（） 鐵道和公路隧道的橫斷面的標準模式和縱向的標準模式示于圖。 水平噴射注漿方式此方式是在開挖前于掌子面前方的隧道外周形成長約左右的管狀拱形結構體。結構體的形成，是與鉆孔的同時用高壓噴射攪拌硬化材（水泥砂漿）形成的。可以形成一個沿燧道橫向的拱形連續的結構。但與槽式混凝土方式比，連續體差一些。水平噴射注漿方式其標準斷面如下： 噴射改良體直徑： 設置范圍：（） 設置角度：（）縱斷方向鉆孔長度：（）縱斷方向改良長度： 搭接長度： 超前殘余長度：（） 設置間距：（） 長鋼管注漿方式 此方式，是開挖前在掌子面前方沿隧道外周配置長的鋼管，形成拱形結構。 為使鋼管和圍巖間形成一體，應在其間 充填水泥漿；

14、 壓注水泥漿和其他壓注材。標準斷面如下： 鋼管直徑： 設置范圍：（） 設置角度：（）縱斷方向鉆孔長度：（）縱斷方向注漿長度：（） 搭接長度： 超前殘余長度：（） 設置間距：（）施工方法的模式化和標準化是施工方法發展的重要趨勢。對發展施工機械也有重大影響。例如，為了發展預襯砌法，日本相繼開發了相關的預切槽機械。三“重外美、輕內實”，結構存在隱患“內實外美”，關鍵是內實。而內實的關鍵就是要作到“四密實（貼）”，即：混凝土密實；噴混凝土密實；噴混凝土與圍巖密實（貼）；二次襯砌與初期支護密實（貼）。噴混凝土要點：初期強度和噴射配比基準：24小時的初期強度指標方法：初期強度的檢測方法，如射釘法等 回彈量

15、及粉塵量說明：1噴混凝土的初期強度的概念 2噴射配比與設計配比 3檢測方法噴混凝土為了充分發揮噴混凝土的支護效果，最重要的是要解決好噴混凝土施工的4要素。強度：有足夠的強度，特別是初期強度；厚度：要確保附著層的厚度，或者使噴射表面平滑；附著：與圍巖牢固附著成為一體，相互間就能夠傳遞力和變形；密實：附著層密實、均質、耐久。 能夠發揮效果的噴混凝土，要求具有一次強度特性、長期強度特性、防止噴射后的圍巖崩落的良好的附著性、施工性等優良的品質，考慮隧道洞內的溫度、濕度、爆破振動等，到目前為止，多采用水泥用量比較多、添加速凝劑的特殊的混凝土。特別是，作為支護構件的噴混凝土，要求在噴射后數小時內就要產生所

16、需的強度，確保這種品質是極為重要的。 這里“初期強度”指噴射后能夠支持自重和隨掌子面推進的荷載的施工上所需的強度。意味著材令24小時的抗壓強度，與通常的混凝土灌注后數天的“初期強度”是不同的。“長期強度“是指材令28天的抗壓強度，也不是通常混凝土的90天和180天的強度。噴混凝土在配比設計中，大家一定要分清楚從噴射口出來的混凝土配比和附著在圍巖表面上的配比，是不一樣的。前者可以稱為噴射配比，后者稱為附著配比。設計規定的噴混凝土標號，如C20、C25等，應該是由我們這里所謂的附著配比決定的。但因現場對附著配比管理比較困難，因此一般都按照設計配比進行配比的管理。一般說，為了滿足附著配比（即設計配比

17、）的要求，就不得不改變現場配比（噴射配比）的參數。例如表3所列的關系，就是這種考慮的事例。表3 噴射前噴混凝土強度的對應關系噴射后噴混凝土強度C30C35C40C45C50C55噴射前噴混凝土強度C38C43C48C54C60C65噴混凝土日本在規范中明確規定：如噴混凝土的設計基準強度是18N/mm2（材齡28天）時，采取的試件強度應達到2436N/mm2。檢驗噴混凝土質量的一個重要指標，就是回彈量或粉塵量。 例如日本在新規范中明確規定：不管是濕噴還是干噴，粉塵濃度不能超過5mg/m3。 回彈量一般不超過20%。 3小時的初期強度為1.52.0N/mm2，24小時的初期強度為5.010.0N/

18、mm2。 初期強度的檢查項目試檢查方法時期次數判定基準噴混凝土一次強度國標施工開始前及施工中，所定配比條件變化的場合不在規定值以下噴混凝土與一般混凝土比其離散性比較大，在初期強度檢查中要加以注意。噴混凝土一般不用圓柱模子打試件，原則上向板內噴射混凝土取試件進行試驗。 日本鐵道公團和日本道路公團的檢查例示于表。 強度試驗的檢查時期、次數和判定基準例（設計基準qd =2強度18N/mm2的場合）機關時期次數判定基準道路公團每50m一次1天抗壓強度在5N/mm2以上28天抗壓強度在18 N/mm2以上鐵道公團開挖一次每20m一次而后每50m一次3小時抗壓強度在1.5 N/mm2以上1天抗壓強度在8N

19、/mm2以上28天抗壓強度在18 N/mm2以上 噴射厚度的檢查時期次數和判定基準例機關試驗檢查方法時期次數判定基準道路公團鉆孔檢測每20m設1個檢測斷面，拱部設5個側壁左右各設1個，共7個。在設計噴射厚度以上鐵道公團鉆孔檢測檢測釘同上設計厚度為最小厚度時：檢測厚度大于設計厚度設計厚度為平均厚度時：檢測厚度的平均值大于設計厚度錨桿要點：錨桿的長度及密實度基準：方法：錨桿密實度檢測儀說明：1采用商品化錨桿的意義 2錨桿拉拔力的作用 3墊板錨桿 墊板問題 要發揮錨桿的效果，墊板的設置是十分重要的。我們在施工中，多數是不設置墊板的。是因為增加墊板，不僅增加了施工成本，對工期也有一定影響。但從效果上看

20、，這是得不償失的。日本對此曾進行一些試驗研究。試驗表明：設墊板比不設墊板，加載應力提高了2.5倍；墊板面積越大，頭部軸力提高也越多。例如，墊板面積增加1倍，頭部軸力可提高1.25倍等。其次有墊板時，錨桿軸向應變的最大值的位置，向內部移動。這說明錨桿的3維約束效果，得以發揮。圖5是有墊板和無墊板的的軸力分布的變化。從圖中可以看出，有墊板 時，錨桿的口部也發生了軸力、而且軸力的最大值也增加了1020%。由此可見，墊板的作用是不容忽視的。在錨桿施工中，必須設置墊板，這在規范中也有了明確的規定。錨桿錨桿 拉拔試驗及錨固材的管理基準日本土木學會（1996年）日本道路公團（1998）日本鐵道公團（1996

21、年）拉拔試驗試驗頻率開挖一次階段每20m，而后每50m實施1斷面取3根（拱頂、拱部、邊墻各1根）施工開始前一次3根品質改變時一次3根施工中，每20m一次3根開挖一次階段（從開挖開始到200m）每20m，而后每50m實施1斷面取3根（拱頂、拱部、邊墻各1根），每20m一次規定值評價方法根據事前試驗設定的拉拔承載力，達到80%為合格施工后3天，達到95kN（錨桿屈服承載力110kN）、150kN（錨桿屈服承載力170kN）根據事前試驗設定的拉拔承載力，達到80%為合格拉拔承載力 ，按錨固材材齡（3、6、12、24、72小時）進行拉拔試驗，決定判定基準流動值試驗頻率施工開始前一次施工中，以必要的頻率

22、進行每次品質改變時進行一次施工開始前一次品質改變時一次拌合開始前一次每20m一次規定值評價方法15020mm（砂漿）先行充填型：230mm左右后充填型：30秒左右抗壓強度試驗頻率施工開始前一次施工中每50m一次品質改變時一次施工開始前一次品質改變時一次每50m一次開挖一次階段（從開挖開始到200m）每20m，而后每50m實施規定值評價方法（材齡3天）材齡1天：10N/mm2以上材齡3天：10MPa以上錨桿 我們在錨桿施工中，最大的問題是錨桿的商品化問題。可以說，在許多國家，錨桿已經是一種商品。只要選擇合適，拿過來用就可以了。而我們的錨桿，目前絕大多數是就地用鋼筋自制的。因此，質量的離散性相當大

23、、施工工藝也不能標準化，不能充分發揮錨桿的支護效果，有時就成為一種計價的“擺設”。當然，也有一些商品化的錨桿開始工廠化的生產。但還沒有完全得到業主、設計和施工人員的認可。原因之一，就是商品錨桿的成本高。因此，大力降低錨桿的制造成本，提高商品化的速度，徹底改變錨桿施工的現狀是非常重要的。格柵與鋼支撐要點：與圍巖和噴混凝土的接觸狀態基準：密實（密貼）的程度方法：打擊聲法等說明：1格柵與鋼支撐的使用條件； 2與圍巖的接觸狀態的影響； 3架設的三要素。表1 鋼支撐與格柵的比較支撐形式優點缺點鋼支撐架設后能夠立即承載，充分發揮其力學作用加工比較容易，但需要較大的加工設備安裝及構件連接，比較簡潔、方便背后

24、的混凝土不易填充密實，留有空隙重量大，架設安裝困難鋼支撐的變形與混凝土變形不協調，混凝土易開裂格柵架設后不能立即承載，必須與噴混凝土配合，才能發揮其力學作用加工容易，且不需要大型加工設備重量小，易于架設安裝因具有一定的柔性，能夠適應圍巖的變形噴混凝土完全包裹格柵，整體性好，背后不易留下空隙架設后不能立即承載，一次支護作用小在圍巖變形大的場合，不能有效地控制圍巖的變形格柵與鋼支撐在鋼支撐和格柵的設計中必須堅持4個原則。即： 1接頭要盡量少，并有足夠的強度； 2必須用墊塊與圍巖貼緊； 3必須有縱向聯系，成為一個支護體系； 4必須使底腳有足夠的承載力。二次襯砌要點：襯砌 厚度及厚度的均勻性 與初期支

25、護的密貼程度基準：大于或等于設計最小厚度方法：電磁波法或打擊聲法說明：1襯砌厚度的定義 2與初期支護的關系 3開裂問題襯砌厚度厚度檢測釘比較項目先墻后拱法先拱后墻法。斷面封閉及時封閉封閉不及時整體性襯砌整體性好整體性差防水性無拱墻施工縫，自防水性好。防水板一次鋪設，質量易于控制有拱墻施工縫，自防水性差，防水板鋪設整體性差施工性拱墻一次施工，施工性好拱墻分別施工，施工性差在軟弱地質條件下，墻可能采取跳槽開挖，更加惡化了施工性仰拱施工可先于拱墻修筑或同時修筑仰拱只能后修襯砌變異混凝土灌注，易發生干燥收縮和溫度開裂臺階過長時，拱部懸臂段過長，易于彎曲下沉，形成橫向開裂。開挖下半斷面時，易于引起拱腳下

26、沉，形成縱向及剪切開裂使用性拱墻剎肩處，質量不易控制，易漏水外觀欠佳 混凝土的灌注方法及標準位置項目標準仰拱、邊墻及拱下部從突出口到灌注面的落下高度1.5m 以下灌注1層的高度4050cm左右流動距離不流動拱頂部灌注方式向上灌注流動距離10m左右 混凝土的搗固方法及標準位置項目標準仰拱、邊墻及拱下部搗固方法內部搗固器搗固器插入間隔50cm左右搗固器的插入深度下層混凝土中10cm左右1處的振動時間515秒左右拱頂部搗固方法不搗固 混凝土養生方法及標準項目標準養生方法、養生時間（平均氣溫15）濕潤養生普通波特蘭水泥：5天早強波特蘭水泥：3天高爐水泥：粉煤灰水泥：低熱波特蘭水泥：7天 混凝土配比強度

27、應大于設計基準強度我們在設計中規定的混凝土標號決定了混凝土的設計基準強度。并不是指現場的配比強度。但在施工中為了保證混凝土的設計基準強度，其配比強度應根據設計基準強度、現場必要的脫模強度及混凝土品質的離散性決定。日本規定混凝土配比強度應根據現場混凝土抗壓強度試驗值，但其低于設計基準強度f的概率不大于5%的條件決定。襯砌混凝土的要求強度因圍巖特性、襯砌形狀、支護類型及作用在襯砌上的荷載而異，除特殊場合外，設計基準強度一般取1824N/mm2。素混凝土取18N/mm2，鋼筋混凝土取2124N/mm2。最近在大斷面隧道中，采用30N/mm2以上的設計基準強度。現場混凝土的品質，一般受到骨料、水泥等品

28、質的變動、計量的誤差、拌合作業的變動等而有一定程度上的變化。因此，為了保證襯砌任何部位的混凝土抗壓強度不過度地小于基準強度，視現場的施工條件，混凝土的配比強度應大于設計基準強度。一般，隧道襯砌多在1220小時左右脫模，因此，必要的配比強度應同時滿足所要求脫模時的強度和設計基準強度。脫模后沒有進行充分養生的場合，應選定配比強度大的配比，來確保所要求的品質。防水板要點：如何避免施工中防水板的破損基準：無破損方法：破損檢測說明：1造成破損的原因分析 2基本措施防水板 這是保證隧道防水功能的重要措施。自從在隧道中采用防水板技術以來，隧道的防水功能有所強化，但存在的問題也不少。其中突出地表現在防水板 質

29、量上。如：破損嚴重、接頭不密實、鋪設過緊過松等等，極大地影響了防水功能的發揮。許多隧道建成后，漏水現象十分嚴重。這與防水板施工有密切關系。 造成防水板破損的原因是多方面的，歸納起來大致有以下幾種情況： 噴混凝土表面或圍巖表面顯著凹凸不平，防水板鋪設過松過緊； 錨桿突出噴混凝土表面，防水板直接與之接觸； 灌注混凝土時的摩擦力，使防水板過度蹦緊，結合部被拉開； 采用鋼筋混凝土襯砌時，鋼筋作業造成的損傷等。 在防水板施工上應認真地解決以上的問題。 突出噴混凝土面的錨桿頭部，是板破損的重要原因，應加以處理。這個問題常常被施工所忽視。板張掛前，可采取以下方法進行處理。（1）切斷處理：這是最簡單，采用最多

30、的方法。如圖3所示，切斷并用砂漿和緩沖材等處理；（2）加設帽蓋：用經過加工的帽蓋（金屬的、樹脂的），套在錨桿的頭部，如圖4示。應該說，這種方法與錨桿商品化是聯系在一起的。圖5也是一種處理方法。 圖3 錨桿頭部切斷處理 圖4 錨桿頭部的帽蓋襯砌 施工逢要點：位置及處理方法基準：符合設計要求方法：說明：1施工縫位置的意義 2施工縫的防水處理背貼式防水板襯砌開裂 襯砌開裂有2類： 1初期開裂； 2承載（受力）開裂。 這2種開裂，對襯砌承載能力的影響是不同的，但都應加以關注。 目前許多隧道在交付營運時，就已經發生開裂，應該仔細分析開裂的性質和程度，采取措施加以補救，不要把后患留給營運部門。襯砌的初期開

31、裂要點：襯砌初期開裂基準：判斷開裂的性質及基準方法：目視和數碼相機說明：1襯砌初期開裂的形成及后患 2減少或避免初期開裂的方法溫度收縮及干燥收縮而產生的開裂模式 模式的開裂易在拱頂部附近及拱下部范圍內發生，大約沿隧道縱向呈直線分布。 模式的開裂是與隧道縱向成直角方向分布的，易在起拱線和變斷面處附近，幾乎以規則的間隔產生的，但也有沿隧道全周發生的。 模式是在施工縫附近，沿隧道縱向發生的，長度比較短，間隔規則。 模式是隨機方向的開裂或呈龜甲狀或網目狀分布，易于在拱部發生。 這些模式的開裂，也有貫通整個襯砌厚度的。在模式的開裂中，有與游離石灰不同的膠狀物析出時，可能懷疑是堿性骨料反應所致。 這些開裂

32、都是伴隨溫度收縮和干燥收縮而產生的。但幾乎都達不到顯著損傷襯砌功能的程度，如有貫通的開裂從防水和耐久性角度看，或形成3維交差的開裂有可能掉塊的場合，就應該采取對策。施工方法產生的開裂模式模式的開裂是在施工縫附近，沿已灌注好的混凝土的上部的模板接觸面，因安裝或拆除模板時的過大壓力而發生的。模式是在盾構襯砌中發生的。模式的開裂是沿水平方向或混凝土流的方向分布的，易在搗固難的拱上半部，在灌注中斷的界面上發生的。模式是在混凝土表面不易發現而在斷面內部的局部發生的，是因模板下沉或模板與混凝土附著不良等原因造成的。受力開裂表1 開裂有發展性的判定基準地點 位置 開裂 判定分級寬度 長度3mm 5m 5mm

33、35mm 10m510m5m襯砌斷面內 32洞門 21 21 2 21 1 10 開裂有的是繼續發展的，有的是停止發展的，這對判斷開裂的影響是致關重要的。開裂有發展性的其判定基準列于表1。無發展性的列于表2。 表中的開裂是以水平方向或剪切開裂為主要對象的。橫斷方向的開裂,可按降1級進行判定。同時，0.30.5mm以上的開裂密度，超過200cm/m2 時,要提高1級進行判定或采用分級中較高的級別判定。 最近開始采用全方位的數碼相機、激光攝影系統等等方法,編制展開圖,取得了一定的效果。對顯著的變異，在進行目視觀察、素描的同時，可輔以攝影觀察，作為客觀地掌握變異狀況的資料。在攝影時，要記錄攝影地點的

34、里程、攝影部位(拱、墻等)、攝影方向(左右、上下等)，同時最好能把判斷對象物大小的比較物(人物、折尺等)攝入畫面。此外，可采用360 旋轉的照象機進行全方位攝的影記錄，對掌握全體狀況是很有效的。作為補充目視觀察、素描記錄的技術，近年對襯砌表面連續攝影的方法，并對其結果進行畫像處理的技術已經確立。該技術不僅記錄了畫像數據，也可以用來進行健全度的判定。四重視環境“重視環境”，也有2層含義，一層含義是指內部環境，即施工作業環境，一層是對外部環境即對周邊環境的影響。重視環境是時代的要求，許多環境技術都是因時代的變遷而得到發展，許多基準都是因環境的要求而制定。對周邊結構物的影響（近接施工問題）接近既有結

35、構物進行山嶺隧道施工（以下簡稱接近施工）的實例越來越多。因此，接近施工技術已成為隧道施工技術的一個重要的構成部分。接近施工與一般施工不同，必須在設計、施工各階段中考慮對既有結構物的影響。在接近施工中，究竟采用什么樣的措施，與既有結構物和新設結構物的位置關系、影響程度、既有結構物的種類和重要度等有密切關系，在設計施工中必需慎重地加以研究。日本在接近施工中，以既有結構物的鐵路隧道與新建工程的位置關系分為圖12所示的各種類型，并規定了相應的影響范圍，作為設計施工的基準，對指導接近施工有一定的參考價值。兩座隧道的位置關系隧道間隔接近度的劃分新建隧道比既有隧道高的位置1.0D1.02.5D2.5D對策范

36、圍注意范圍無影響范圍新建隧道比既有隧道低的位置1.5D1.52.5D2.5D對策范圍 注意范圍無影響范圍表中的地質條件是以洪積的粉砂巖等為基礎的，在地質情況好或不良時，應加以修正。 穩定的硬巖、軟巖 20 洪積砂層、黏性土層等 20 不穩定的圍巖（膨脹性圍巖、等） 40五施工過程中的質量控制 從既有隧道的使用情況看，目前修建的隧道質量不容樂觀。襯砌厚度不足、襯砌背后空洞的存在、混凝土和噴混凝土質量離散性較大、隧道底部處理不徹底、先拱后墻形成的襯砌隱患等等現象時有發生。造成現象的原因是多種多樣的。解決這個問題，要從設計、施工幾方面共同努力。但最主要的是要加強施工階段的工程質量的經常監視與控制。從

37、隧道建成后的狀態看，存在的主要問題有：襯砌背后存在一定規模的空洞，或空洞回填不密實；例如有的隧道襯砌背后的空洞的大小可以達到人可以爬行的地步；襯砌厚度不足；這個現象是比較普遍的。有的襯砌實際厚度不到設計厚度的1/2，嚴重地削弱了襯砌的承載能力；襯砌存在施工中產生的開裂；混凝土強度離散性大，有的強度不足；基底處理不當，在列車振動的作用下，出現翻漿冒泥。這也是我們目前在施工階段進行質量監控的重點領域。目前，施工質量監控，除了施工單位自行檢查外，主要是由施工監理按常規的方法進行的，大都是“馬后炮”的方法。即使出現問題也難于處理。因為施工監理缺乏在施工過程中檢測施工質量的有效的監控手段和方法，使得許多

38、工程的質量得不到有效的控制，這也是目前的一個不可否認的實際情況。在施工過程中，缺少有效的施工質量的檢測，不能及時發現問題，是我們當前存在的一個重要問題。因此，要加強施工階段質量控制，就必須要有有效的施工階段質量檢測的方法。針對隧道施工中存在的問題，施工階段的檢查，不是指在施工完成后，而是在施工過程中的檢查。例如，目前評定混凝土襯砌強度的方法，是常規的留取試件而在28天后進行強度測試的方法。這種方法的弊病，就是不能及時發現混凝土強度的問題，也就不可能及時地改進混凝土強度中的問題。因此，必須強調施工過程中的“及時檢查、及時發現、及時改進”的“三及時”的原則。只有這樣才能把混凝土質量及其離散性控制在

39、要求的水準之內。這也是一些國家在質量控制上所采用的基本方法。隧道表面狀態檢測方法隧道表面狀態指：襯砌開裂狀態及襯砌內輪廓的變形狀態。在隧道施工過程中，常常出現一些開裂，這些開裂有的是致命性的，有的是可以忽視的。因此，對襯砌的開裂必須進行測定，以便判斷對襯砌的承載能力是否有影響？，影響到什么程度？等。造成襯砌開裂的原因是多種多樣的。這在前面的混凝土施工要點中已經作了說明，可以參考。開裂的檢測圖9是利用能夠檢測0.1C溫度差的紅外線攝象機，檢測襯砌的溫度差，判斷襯砌剝離狀態和開裂狀態。比錘擊檢查精度高，對深度10cm左右的剝離可以判斷出來。 2襯砌變形的檢測方法隧道斷面形狀的檢測目前普遍采用激光斷

40、面測試儀。它同時可以測定凈空斷面的位移，是精度可以滿足要求的測試方法。 目前一些國家在隧道及地下工程中，采用數值相機攝取有關隧道斷面的有關數據，如變形數據等，就可以比較方便、可靠地進行隧道凈空變形的觀測等。這是一項具有高科技含量的和發展前景的技術信息技術在地下工程中的具體應用。該方法設備簡單，僅僅需要一臺或數臺較高分辨率的數碼相機及相應的附屬配件就可以進行。如日本京都大學，提出的用數值相機進行隧道凈空位移量測的研究成果，其精度達到1mm，滿足了隧道凈空位移量測的要求。此外，采用數值相機進行襯砌及支護表面開裂的觀察，推定襯砌及支護的受力狀態，也取得了一定的成果。由此可見，數值相機畫像處理方法在隧

41、道中的應用，是有重要影響和意義的。目前此方法，風糜日本。日本許多會社投入巨額紛紛開發此系統。例如日本清水建設（株）開發的能夠有效的，以足夠精度進行隧道凈空三維量測的系統。其概貌示于圖10。用裝配有軟件的筆記本電腦和小型CCD相機，利用畫像解析技術，就可以準確地檢知正確的位置。混凝土及噴混凝土強度的檢測方法這里僅介紹日本的射釘法射釘法射釘法的概況如下。 該系統系日本開發的以氣壓射釘槍原理為基礎的強度測試系統APP Tester。檢測過程為在恒定空氣壓力下將經過特殊標定的射釘打入檢測的對混凝土之內，由其射入深度標定公式推算其強度。氣壓射釘槍系統如圖6所示。整個系統由射釘槍、空壓計、空壓管、空壓機、

42、數顯深度游標卡尺等組成。射釘槍是該檢測系統的主要組成部分之一，用于凝土強度檢測。射釘是經過特殊標定的合金鋼釘，其形狀尺寸和機械性能離散性很小，根據檢測強度范圍的不同，射釘分為射釘A和射釘B兩種。射釘A：1030MPa，射釘B：1OMPa以下。圖7是混凝土強度與射釘貫入深度的關系。襯砌厚度及背后空洞狀態的檢測方法 襯砌內部和背后狀態是隱蔽的，從表面上是看不出來的。因此，開發出許多具有實用價值的檢測方法。其中最常用的方法有：打擊聲法和電磁波法。下面主要介紹打擊聲法打擊聲法就是用打擊襯砌表面，通過打擊襯砌時的聲音，在有空洞與無空洞時，有剝離時與無剝離時的聲音的不同來判定有無空洞或剝離的方法。這本來是

43、一個古老而傳統的方法，是一種憑感覺的方法能夠在大范圍進行簡便的檢查。但最近幾年由于電子技術的發展，打擊聲法獲得了很大的發展。對厚度比較薄的場合，檢知剝離是一個有效的方法。打擊聲檢查檢查的同時也可把剝離部分敲落。因此，在以下的調查項目中應用較多。錨桿錨桿壓漿密實度的檢測，一直是個技術難題。目前，日本已開發出超聲波檢測裝置，有的國家，也采用錘擊方法進行檢測。從現有技術水平看，都還存在一些問題。從目前的施工狀態看，錨桿壓漿密實度是不理想的，因此，在很大程度上，影響了錨桿的錨固效果。在這種情況下，開發一種有效的檢測錨固壓漿密實度的方法是很必要的。錨桿密實度檢測儀Boltometer只是設計用來測試砂漿

44、錨桿的，它已被成功地應用于許多鋼筋和管式錨桿的測試之中，并且在下列條件下使用可以確保實現其最佳功能。鉆孔直徑為25-40mm錨桿直徑為20-30mm錨桿長度應大于0.8m水泥注漿長度小于4.0m錨桿外端部必須平滑以保證傳感器接觸良好砂漿錨桿的狀態和錨桿等級之間的關系為：錨桿等級A對應于具備最適宜功能的錨桿。例如：具有優良質量的連續的水泥漿（較低的水灰比）和沿桿體方向無損壞或裂縫。錨桿等級B對應于性能稍微有所減弱的正常的錨桿。例如：或者水泥漿沒有能夠覆蓋住錨桿的全長，或者強度有所降低（較高的水灰比）。錨桿等級C對應于性能不足的錨桿。例如：水泥漿數量和質量的重大削弱和或錨桿的重大損壞。錨桿等級D對

45、應于性能有重大削弱或根本不存在任何性能的錨桿。例如：水泥注漿的全長小于0.6m和或錨桿存在至少一處的重大損壞。 分級體系等級Boltometer 信號估計的錨桿性能A無反射波最適宜B較小彎曲波反射有所削弱C較大彎曲波反射不足D有壓縮波或很大彎曲波反射非常弱或不存在 *）*）錨桿可以通過液壓千斤頂的方法拔出（有時大錘的重擊或振動也可能使錨桿松動）。六動態施工 所謂“動態施工”，應該從廣泛的意義上去理解。 打開來看，根據暴露出來的圍巖狀態，采取對策，是隧道施工的基本原則。這里所謂“動態”是指：隧道施工過程中的地質條件是不斷變化的；其力學動態也是不斷變化的，因此，施工過程就不可能是一成不變的。我們在

46、施工過程中采用的各種施工方法和技術都是為了適應這種“動態”變化的。因此，隧道施工的各種決策都要在施工階段的地質技術、施工階段的量測技術和施工階段的質量控制技術的基礎上進行管理。這也就是動態施工的基本含義。首先要認識圍巖、了解圍巖。其次，動態施工的基礎條件就是要認識和了解施工中發生的各種“動態”的實質，如巖爆、大變形等。也要清楚地認識到我們采取的施工手段和方法，會引起什么樣的力學動態的變化？，它們的效果如何？，這通常是通過量測、觀察等手段完成的。因此，在動態施工中，量測、觀察起到的作用是不能忽視的。它不是可有可無的，而是施工過程的一個重要環節。真正地實現“動態施工”，需要嚴格、科學的施工管理和高

47、素質的、技術密集型的、應變能力強的隊伍。因此，不斷地提高施工管理的水平和建立適應技術發展和動態施工的高素質的技術密集型的隊伍的異常重要的。最后應該指出：動態施工與動態設計是不可分離的。設計單位提供的設計，在沒有通過實踐檢驗前，始終是具有予設計的性質。而真正的設計是在施工過程中完成和完善的。我們應該而且必須在施工體制上去適應這種需求，把施工中的設計權逐步地轉移到承包商一方，為實現真正意義上的動態施工創造條件。“動態施工”的概念，很早就已經出現了，過去我們在隧道施工中，基本上，也是按照“動態施工”的思想，進行設計和施工的。但因獲取信息手段發展的遲緩、信息傳輸系統的不完善以及隧道施工環境和管理體制的

48、限制等等原因，并沒有實現，也不可能實現真正意義上的“動態施工”。但最近一段時期，由于信息技術、通信技術以及各種獲取信息手段和方法的迅速發展，特別是設計施工體制的改革，給真正實現隧道的“動態施工”創造了良好的條件和基礎。例如，在新建的渝懷鐵路的一些隧道中，就強調了實現真正的“動態施工”的管理體制，并建立了相應的“動態施工組”。意大利在修建長Vaglia 隧道中，采用了ADECO-RS（Analysis of Controlled Deformation in Rocks and Soils）系統進行隧道的設計和施工。該系統是一個控制巖土變形的系統，對該隧道的圍巖從調查階段的地質調查信息，來正確地

49、掌握地質條件的變化，在設計階段則根據地質條件的工程劃分級別，給出基準。最后根據開挖時發生的應力、應變的特性給出適合地質條件的施工方法和支護結構。最近日本建設省對動態施工系統，給出的定義是：在工程建設的調查、設計、施工、維修管理的實施過程中，以施工為重點，利用在各過程中獲得的與施工有關的電子情報和從各種作業中獲得的電子情報，根據使用機械和電子儀器、量測儀器的組合加以連動控制或實現電子網絡的一元化施工管理，以提高整個施工的生產性。這是一個立足于電子技術和信息技術的建設工程生產管理系統。它監控了設計、施工及運營管理全過程。最近日本建設省對動態施工系統，給出的定義是：在工程建設的調查、設計、施工、維修

50、管理的實施過程中，以施工為重點，利用在各過程中獲得的與施工有關的電子情報和從各種作業中獲得的電子情報，根據使用機械和電子儀器、量測儀器的組合加以連動控制或實現電子網絡的一元化施工管理，以提高整個施工的生產性。這是一個立足于電子技術和信息技術的建設工程生產管理系統。它監控了設計、施工及運營管理全過程。應該指出，這些系統的開發，都是企業自主開發的，也是把現代技術融合到施工管理中的必然趨勢。我國的施工企業，也應該充分認識這種自主開發的巨大作用和給企業帶來的巨大效益。動態的施工管理所謂的信息化（動態）設計施工系統，根據日本建設省定義是：在建設事業的調查、設計、預算、發包、施工、維修管理的實施過程中，以

51、施工為重點，利用在各過程中獲得的與施工有關的電子情報和從各種作業中獲得的電子情報，根據使用機械和電子儀器、量測儀器的組合加以連動控制或實現電子網絡的一元化施工管理，以提高整個施工的生產性。這是一個立足于電子技術的建設生產管理系統。 這里的關鍵問題的開發出一個能夠收集情報、分析評價、決策以及實施作業的情報化系統。 一個完善的系統應該包括： 1） 信息收集和通信子系統； 2） 信息整理、分析和評價子系統； 3） 決策及實施子系統； 4） 施工管理子系統。 這幾個子系統，有機地構成了一個用電子網絡聯系在一起的大系統。隧道工程的信息化設計施工系統收集、通信子系統分析、評價子系統決策、實施子系統施工管理

52、子系統信息收集項目聲音畫像量測數據文字圖表控制數據信息范圍固定時間移動體間固定移動體間隧道外部目的信息化施工的監視控制運行監視記錄聯絡 系統輸出文字圖表決策（設計施工的效率化合理化）質量、進度、造價等圖 1 信息化設計施工系統的功能1） 信息收集、通信子系統信息形式及內容：應包括：隧道設計施工文件及圖表、超前地質預報、施工監控量測、掌子面地質、壓注設計及參數、地下水及掌子面涌水量、施工管理（質量、進度、材料消耗、成本核算等）、工程實驗及試驗等信息。2）分析、評價子系統對各種信息進行分析，根據分析結果作出評價的系統。重點在：超前地質預報信息的分析和評價；壓注實驗效果的分析和評價；量測數據的分析和

53、評價；施工管理數據的分析和評價；3)決策、實施子系統此系統應包括：設計反饋系統和施工反饋系統2部分。前者是把根據信息決策的建議，反饋到設計中的系統。而后者則是根據信息決策的建議，反饋到施工中實施的系統。因為有的需要設計后，才能實施的，有的可以直接反饋到施工中實施的。這2種情況應分別予以考慮。4）施工管理子系統施工管理子系統是對隧道施工質量、進度、成本、勞動衛生環境及安全進行管理的系統。此系統應考慮施工單位的實際情況，進行編制。管理中，為了能夠實現信息的公共性，應該對獲取信息的方法作出規定。 1） 超前地質預報信息由以下方法獲取。 TSP方法； 超前鉆孔方法 掌子面地質雷達方法 數值相機超前地質

54、預測、掌子面圍巖級別判定等。 2） 監控量測信息由以下方法獲取。 隧道斷面激光測試儀； 數值相機斷面位移測試方法； 空隙水壓計； 一般測試方法，如數值收斂計； 有可能的話，建議對光纖維量測襯砌應力、應變的技術進行研究。1） 實驗或試驗數據 掌子面取樣進行室內試驗； 掌子面直接進行試驗的方法，如回彈儀、射釘槍等方法； 空隙水壓計、涌水量測試等； 2） 質量控制數據 襯砌厚度檢測、噴混凝土厚度檢測； 混凝土、噴混凝土的強度試驗； 錨桿密實度測試儀； 背后空洞檢測方法，如錘擊發等。但不管采用何種方法，最好首選電子儀器測試方法，以便能夠在計算機上進行信息的通信、傳輸、處理等作業。七工程造價管理 地下結

55、構，如果僅僅從初期投資的土木工程的造價上看，是比較昂貴的。但如綜合考慮其投資效果（初期投資、工程的社會效益等）或從可持續發展的觀點出發，是比較有發展前景的。 但不管怎么說，土木工程的造價是很可觀的。因此，目前許多國家都非常注意如何降低土木工程，當然也包括地下工程的造價問題。例如日本在比較了與美國在一些工程領域中的工程費后，明確指出：平均來說，日本的工程費約比美國高出2845。因此，日本建設省，提出削減工程費的提示。提出：從設計階段開始就采取縮小結構物斷面、結構物形狀單純化、構件預制化、材料規格化和標準化及施工技術標準化等5大基本措施。 從目前技術發展的趨勢看，降低隧道工程造價的途徑，可從以下幾

56、方面進行： 1減少和控制超欠挖技術； 2采用高強噴混凝土、或纖維混凝土技術、減少永久襯砌厚度 或取消二次襯砌的技術； 3施工方法模式化，輔助施工措施標準化技術； 4減少施工中的災害事故的發生和發展，加強施工地質的預測技術； 5施工中控制施工質量的技術； 6良好的施工管理是保證工程質量、降低工程造價的保證。 這里既要解決認識上的問題，也要解決技術上的問題。前者是基礎，后者是手段。 目前， 許多國家，特別是技術發達的國家，都非常關注這個問題的解決。例如，日本在比較與美國同類工程的造價后，明確指出：平均來說，日本的工程程造價比美國高出2 8一4 5。因此，日本建設省提出”降低土木工程造價的行動計劃”

57、，并制定了”降低土木工程造價的指導方針”。 1 縮小結構物斷面尺寸 以山嶺隧道，盾構隧道為例，在確保必要的功能前提下盡量減小結構物的斷面尺寸。例如，日本在盾構隧道中，為減小一次襯砌的厚度，采用了高強的薄管片。在瓦斯管道中，過去的管片厚度為1 7 52 0 0 mm，改為1 5 0 mm。這樣使隧道外徑變為3 9 5 0 mm。此外，為減小二次襯砌厚度，采用噴23 mm樹脂的方法，使外徑從3.8 m，變為3.4 m，減小0.4 m。這樣，開挖土方量減少2 5，工期縮短4 0%。在某一共同溝工程中，將二次襯砌省去節省造價9.9。當然省略二次襯砌是有條件的。 在山嶺隧道中日本鐵道公團，在北陸新干線的隧道工程中，將拱部內半徑從4.8 m改為4.7 5 m，減小5 c m。在舞子隧道的通風橫洞(斷而積8 0 m2)中，在一次襯砌的(1 5 c m)上，增噴5 c m的高強噴混