全强风化花岗岩围岩隧道修建技术
剧仲林
二O一三年七月
目 录
1 全强风化花岗岩的工程地质及物理力学特性 .................................. 错误！未定义书签。
1.1花岗岩 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2 花岗岩地区残积土、全风化和强风化花岗岩 ....................... 错误！未定义书签。
1.2.1 残积土 ............................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2 全风化花岗岩 ................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.3 强风化花岗岩 ................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.4花岗岩风化岩体的组构特征 ......................................... 错误！未定义书签。
1.2.5全强风化花岗岩的物质成分特征 ................................. 错误！未定义书签。
1.2.6花岗岩风化物的工程特性分析与评价 ......................... 错误！未定义书签。
1.3 全强风化花岗岩围岩对隧道施工的影响 ............................... 错误！未定义书签。
1.3.1全强风化花岗岩对隧道施工的影响 ............................. 错误！未定义书签。
1.3.2全强风化花岗岩围岩隧道施工的几个实例 ................. 错误！未定义书签。 2 全强风化花岗岩隧道治水技术 .......................................................... 错误！未定义书签。
2.1 全强风化花岗岩隧道洞外井点降水技术 ............................... 错误！未定义书签。
2.1.1洞外井点降水方案的选择条件 ..................................... 错误！未定义书签。
2.1.2各种井点的适用范围 ..................................................... 错误！未定义书签。
2.1.3轻型井点 ......................................................................... 错误！未定义书签。
2.1.3喷射井点 ......................................................................... 错误！未定义书签。
2.2 全强风化花岗岩隧道洞内降水、排水技术 ........................... 错误！未定义书签。
2.2.1洞内井点降水方案的选择条件 ..................................... 错误！未定义书签。
2.2.2洞内井点降水技术 ......................................................... 错误！未定义书签。 3 全强风化花岗岩注浆加固技术 .......................................................... 错误！未定义书签。
3.1注浆材料 .................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1.1 注浆材料的分类 ............................................................ 错误！未定义书签。
3.1.2 对理想浆液的要求 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.1.3 注入能力与渗透性（可注性） .................................... 错误！未定义书签。
3.2注浆材料的评价 ........................................................................ 错误！未定义书签。
3.2.1 各种注浆材料的基本性能、成分及适用范围 ............ 错误！未定义书签。
3.2.2 注浆材料的综合技术经济指标评分 ............................ 错误！未定义书签。
3.3注浆原理 .................................................................................... 错误！未定义书签。
3.3.1 注浆材料的渗透理论 .................................................... 错误！未定义书签。
3.3.2 注浆法的适用界限 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.4全、强风化花岗岩地层注浆技术 ............................................ 错误！未定义书签。
3.4.1全、强风化花岗岩地层注浆机理 ................................. 错误！未定义书签。
3.4.2全、强风化花岗岩地层注浆可行性探讨 ..................... 错误！未定义书签。
3.4.3 全、强风化花岗岩地层注浆材料、工艺、参数要点 错误！未定义书签。
3.5高压喷射注浆 ............................................................................ 错误！未定义书签。
3.5.1概述 ................................................................................. 错误！未定义书签。
3.5.2高压喷射注浆机理及加固作用 ..................................... 错误！未定义书签。
3.5.3高压喷射注浆浆液材料 ................................................. 错误！未定义书签。 4 隧道进洞方法 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1洞口仰坡受力分析 .................................................................... 错误！未定义书签。
4.1.1 进洞的最大风险是仰坡的失稳 .................................... 错误！未定义书签。
4.1.2 洞口仰坡受力分析 ........................................................ 错误！未定义书签。
4.2低仰坡进洞 ................................................................................ 错误！未定义书签。
4.2.1 低仰坡进洞设计 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.2.2 低仰坡进洞施工 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.3高仰坡进洞 ................................................................................ 错误！未定义书签。
4.3.1 高仰坡进洞条件 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.3.2 高仰坡进洞方法 ............................................................ 错误！未定义书签。 5 隧道施工方法 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
5.1 隧道施工方法选择条件 ........................................................... 错误！未定义书签。
5.1.1 隧道施工方法选择条件 ................................................ 错误！未定义书签。
5.1.2 隧道施工的难点分析 .................................................... 错误！未定义书签。
5.2 隧道三台阶法施工方法 ........................................................... 错误！未定义书签。
5.2.1工法适用条件 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.2.2 施工准备 ........................................................................ 错误！未定义书签。
5.2.3三台阶施工法 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.3 隧道中隔壁（CD）法施工方法 ............................................... 错误！未定义书签。
5.3.1工法适用条件 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.3.2中隔壁（CD）施工法 ..................................................... 错误！未定义书签。
6 隧道初期支护要点 ................................................................................................................ 5
6.1 隧道预支护 ................................................................................................................. 5
6.1.1 双层密排超前插管预支护 .............................................................................. 5
6.1.2 水平旋喷超前预支护 ...................................................................................... 5
6.1.3 侧壁预支护 ...................................................................................................... 8
6.2 不对称单元、正反布置拱架 ..................................................................................... 9
6.2.1 不对称单元、正反布置拱架 .......................................................................... 9
6.2.2 不对称单元拱架的布置 ................................................................................ 11
6.3 钢架单元节点连接 ................................................................................................... 13
6.3.1 拱部、边墙单元钢架的节点 ........................................................................ 13
6.3.2 边墙与仰拱钢架单元的正面节点及仰拱焊接节点连接 ............................ 14
6.4 钢架的纵向连接 ....................................................................................................... 16
6.4.1 U型筋插接式连接 ......................................................................................... 16
6.4.2 U型筋梯形布置焊接式连接 ......................................................................... 17
6.4.3 矩形筋梯形布置焊接式连接 ........................................................................ 18
6.4.4 型钢螺栓连接 ................................................................................................ 18
6.5 钢架托梁 ................................................................................................................... 20
6.5.1 钢筋混凝土托梁 ............................................................................................ 20
6.5.2 型钢托梁 ........................................................................................................ 23
6.6 系统锚杆 ................................................................................................................... 25
6.6.1 系统锚杆的设计施工要点 ............................................................................ 25
6.6.2 锚杆（管）与钢架连接 ................................................................................ 26
6.6.3 锚杆的布置 .................................................................................................... 27
6.6.4 锚杆作用机理 ................................................................................................ 29
6.6.5 锚杆质量的检查 ............................................................................................ 31
7 初期支护变形的处理方法 .................................................................................................. 32
7.1 初期支护变形处理原则 ........................................................................................... 32
7.2 初期支护变形处理方法 ........................................................................................... 32
7.3 初期支护变形处理完成后恢复掘进的条件 ........................................................... 33
8 监控量测 .............................................................................................................................. 34
8.1 原则 ........................................................................................................................... 34
8.2 监测项目 ................................................................................................................... 35
8.3 监控量测断面及测点布置原则 ............................................................................... 36
8.4 监控量测频率 ........................................................................................................... 37
8.5 位移、沉降控制及管理 ........................................................................................... 38
8.6 围岩稳定判别及管理 ............................................................................................... 39
8.7 监控量测方法 ........................................................................................................... 41
8.8 监控量测记录及数据分析 ....................................................................................... 41
6 隧道初期支护要点
6.1 隧道预支护
6.1.1 双层密排超前插管预支护
1、适用条件
没有地下水或地下水对围岩的影响较小，可采用“双层密排超前插管”的方式进行预支护。所谓“双层密排”的含义是：在隧道任何一个横截面内都有不少与两层的预支护，且环向相错。这种预支护方式施工最便捷、成本最低，是隧道正常循环作业优先考虑的预支护方式。
2、设计
见图6-1-1“双层密排”超前小导管布置图。小导管超度=2进尺+50cm，环向间距20～40cm，相邻两循环钢架环向相错间距/ 2。与不对称单元正反布置拱架设计相配套。
图6-1-1“双层密排”超前小导管布置图（单位：mm）
3、施工要点
（1）小导管的施工优先采取直接插入的方式，管前端斜切45︒呈注射针头样式，不注浆。如果采取钻孔→插管的工艺工序施工，则应插入花管，注入早强浆液，注浆以填塞管内、管壁与孔壁之间的空隙为主；
（2）钢架间距不宜太小，否则小导管外插角将增大，超挖就增大，一般情况下，以一次进尺为两榀钢架为宜，且先安装小导管定位钢架，施工完小导管后再安装另一榀钢架。
6.1.2 水平旋喷超前预支护
1、适用条件
地下水对围岩的影响较大时，可采用水平旋喷的方式进行预支护。
2、水平旋喷定义
水平旋喷是以高压泵为动力源，通过水平钻机、钻杆、钻头、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内。在喷嘴作缓慢旋转和进退的过程中喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体切削、摧毁，强制土颗粒与浆液在原位充分混合，然后形成大致水平的柱状水泥土固结体即水平旋喷桩，当多个旋喷桩相互咬合后，在隧道拱部或周边形成封闭的帷幕，起到防渗透的拱壳保护作用。
3、施工参数
水平旋喷施工经验参数 表6-1-1
图6-1-2 水平旋喷预支护布置图
5、水平旋喷施工步骤
（1）水平旋喷机定位：按设计要求，准确定位水平旋喷机，并将底盘垫牢固。要求定位偏差不大于5cm。
（2）钻进：在外套管的保护下，进行钻孔，直至设计位置。
（3）拔出钻杆：钻至设计位置后，拔出钻杆，并在孔内留置外套管。
（4）插入水平注浆管并进行注浆：在外套管内插入水平注浆管至设计位置，注浆时，注浆管及外套管同时向孔外拔出，直至预定位置。
（5）封堵孔口：注浆完毕后，进行补充注浆，并及时封堵孔口。
6、水平旋喷主要设备
水平旋喷的主要设备包括：专用水平旋喷机、高压水泵、高压泥浆泵及空压机，另有其他附属设备，具体见下表表6-1-2。
水平旋喷主要机具一览表 表6-1-2
（1）钻孔
水平旋喷机本身具有成孔能力，一般采用回转钻进，并采用护套管同时跟管钻进。护套管跟管钻进的成孔质量及直线度较好，这对于较长水平旋喷桩的施工质量是一个有利因素。
水平旋喷也可以采用单管法，采用喷管直接钻进，喷管间采用丝扣连接，拆接方便，加上单管长度较长，施工速度较快，总体施工效率高。
（2）旋喷注浆
四管法钻孔至预定深度后，需首先将钻杆取出，再放入水平旋喷管。喷管放至预定深度后，开启高压泥浆泵，空压机，高压清水泵即可进行施工。
水平旋喷机分前后两个动力头，前动力头驱动钻杆钻进及喷管的摆动及提升，后动力头驱动护套管的钻进、旋转及提升。施工中，前后两个动力头以不同的转速旋转，并带动喷管及套管以一定的速度向外提升。
（3）排浆
四管法水平旋喷采用强制排浆工艺，即废浆通过高压水的真空吸力被强制排出孔外。该工艺可以大大减小施工对周围环境的影响，并可以通过调节高压水压力和流量控制废浆排出量，并进一步控制地表沉降或抬升。废浆排至储浆池后，通过泥浆泵二次排放至预定泥浆堆放区域（距离较近时也可以直接排至堆浆区）。由于排出的废浆含有部分水泥，凝固后可以以土方的形式外运出场。
6.1.3 侧壁预支护
1、适用条件
侧壁不稳定时，有可能产生“偏帮”和“掉拱”，应进行预支护。
2、侧壁预支护方法
侧壁预支护一般与拱脚托梁相配合使用。见图6-1-3 侧壁预支护布置图。
图6-1-3 侧壁预支护布置图
6.2 不对称单元、正反布置拱架
6.2.1 不对称单元、正反布置拱架
1、不对称单元、正反布置拱架的概念
实践证明，钢架节点尤其是拱部的节点是钢架强度最薄弱处，钢架的破坏多在此处，为了加强节点处强度，将拱架单元划分成中线不对称的型式，使节点的设置满足钢筋混凝土结构对钢筋骨架的接头的同一截面率的要求，即通过对拱架不对称单元的划分、安装时正、反布置，达到节点相错50cm以上、同一截面率由对称单元设计的100%，减小为50%的目标。
2、不对称单元、正反布置拱架的特征
（1）45︒节点
拱腰部位存在较大的法向剪力，将此处的节点由传统的法向布置，改为与法向呈45︒的方向布置（表现为水平状态），提高钢架的抗剪强度，也更方便拱架的安装；（见图6-2-1）
图6-2-1 45︒节点
（2）系统锚杆（管）不对称
系统锚杆（管）与拱架通过锚杆垫板连接，以形成以钢架、喷射混凝土、锚杆、围岩组成的“组合拱”，实现“新奥法”支护与围岩共同承载的目标。锚杆（管）垫板呈左右不对称状态，是锚杆能够满足“梅花型”布置的要求；（见图6-2-2）
图6-2-2 不对称单元拱架（无超前小导管定位孔）
（3）超前小导管定位孔不对称
超前小导管按照“双层密排”的原则设计，即相邻两循环超前小导管的环向布置相错环向间距的一半，故超前小导管的定位孔呈左右不对称状态，且通过拱架的正、反布置，实现超前小导管“双层密排”的目标；（见图6-2-3）
图6-2-3 不对称单元拱架（有超前小导管定位孔）
6.2.2 不对称单元拱架的布置
不对称单元拱架有三种——有超前小导管定位孔A1型、A2型和无超前小导管定位孔B型，超前小导管按照“双层密排”的原则设计，A1型、A2型的差别在于起超前小导管定位孔相错间距/2；其长度一般为2倍拱架间距+50cm，所以其安装方法为：A1正+B反+A2正+ B反+ A1正+„„。见图6-2-3、6-2-4、6-2-5。
图6-2-4
不对称单元拱架安装图（西南等轴侧）
图6-2-5 不对称单元拱架安装图（西北等轴侧）
图6-2-6 不对称单元拱架安装图（正俯视）
6.3 钢架单元节点连接
6.3.1 拱部、边墙单元钢架的节点
1、与钢架轴线呈90︒
图6-3-1 正面连接节点图
2、与钢架轴线呈45︒
图6-3-2 45︒连接节点图
6.3.2 边墙与仰拱钢架单元的正面节点及仰拱焊接节点连接
传统的边墙与仰拱钢架采取在钢架结构分界处的侧面连接，由于钢架安装从空间上来看，是有拱部开始，两侧分别向下接长，然后至仰拱汇拢；从时间上来看，左右两侧边墙的钢架安装不同步。以上客观因素，尤其围岩变形，是无法预料的，所以，最后合拢的仰拱钢架的准确尺寸无法预先确定，只有采取现场两侧边墙安装后测量的办法，现场切割，现场焊接。如果边墙与仰拱的节点位于结构分界处，采取侧面连接，这现场焊接的质量往往无法保证，成为质量隐患。针对上述问题，将边墙与仰拱的节点改移至仰拱结构部位，且采取与结构轴线成90︒的正面连接节点，仰拱钢架分为三个单元，两侧的单元均为厂内加工，中间小单元为根据现场实测现场切割、焊接，且将焊接节点——焊接质量难以保证的节点至于仰拱中间——以轴向压力为主的应力状态，使其质量通病对结构的影响降至最低。详见图6-3-3、6-3-4、6-3-5。
图6-3-3 边墙与仰拱正面连接节点侧面结构图
图6-3-4 边墙与仰拱正面连接节点图
图6-3-5 边墙与仰拱正面连接及仰拱的连接节点图
6.4 钢架的纵向连接
6.4.1 U型筋插接式连接
将纵向连接钢筋加工成U型，钢架腹板上焊接钢套管，现场钢架安装时采取U型筋插入套管的连接方式连接。这种连接方式的优点是快捷、连接强度可靠，缺点是由于连接筋与套管存在空隙，使得这种连接的刚度减弱。当围岩比较稳定时，采取这种连接方式有利。见图6-4-1、6-4-2。
图6-4-1 钢架U型筋纵向插接式连接设计图
图6-4-2 钢架U型筋纵向插接式连接透视图
6.4.2 U型筋梯形布置焊接式连接
将纵向连接钢筋加工成U型，现场钢架安装时采取U型筋焊接于钢架腹板上的连接方式连接。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，缺点是现场焊接作业量较大。当围岩稳定性较差时，采取这种连接方式有利。见图6-4-3、6-4-4。
图6-4-3 钢架U型筋纵向梯形布置焊接式连接设计图
图6-4-4 钢架U型筋纵向梯形布置焊接式连接透视图
6.4.3 矩形筋梯形布置焊接式连接
将纵向连接钢筋加工成矩型，现场钢架安装时采取矩型筋焊接于钢架腹板上的连接方式连接。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，缺点是材料用量较大、现场焊接作业量较大。当围岩稳定性较差时，采取这种连接方式有利。见图6-4-5。
图6-4-5 钢架矩型筋纵向梯形布置焊接式连接设计图
6.4.4 型钢螺栓连接
纵向连接采取角钢，现场钢架安装时采取与焊接于钢架腹板上的连接板螺栓连接方式。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，施工快捷，缺点是材料用量较大。见图6-4-6。
图6-4-5 钢架型钢纵向螺栓连接设计图
6.5 钢架托梁
开挖边墙马口时，就会造成上部的钢架悬空，这是一个很大的安全隐患，设置拱脚托梁，是目前比较理想的处理方法。托梁的设计根据目前的技术、材料、经济等因素，有钢筋结构、型钢结构等类型。托梁的设计须注意一个要点——由于同一部位的钢架安装时，上一循环的钢架已经产生变形，其中主要是下沉，所以托梁的安装不是简单的在上一循环托梁基础上的延伸，而是有一个抬升量，所以，托梁的设计要满足托梁可以在纵立面内作一定量的圆周运动的要求。 6.5.1 钢筋混凝土托梁
以4根Φ22螺纹钢筋作主筋，作成2根矩形环状结构，焊接于钢架腹板，另以φ8钢筋作箍筋。喷射混凝土后即成钢筋混凝土结构。见图6-5-1、图6-5-2、图6-5-3。
图6-5-1 钢筋混凝土托梁设计图（单位：mm）
图6-5-2 钢架组装图
说明：1、本图纵向连接筋为U型筋梯形布置现场焊接型式； 2、仰拱的纵向连接筋焊接于钢架顶面翼板； 3、本图未示超前预支护及系统锚杆。
图6-5-2 钢筋混凝土托梁布置图
图6-5-3 钢筋混凝土托梁大样图
6.5.2 型钢托梁
型钢托梁具有安装快捷、强度大、连接质量可靠的优点，在施工中，可根据围岩状况、支护变形、工程对环境影响的重要程度等因素选择。见图6-5-4、6-5-5、6-5-6。
图6-5-4 型钢托梁设计图
图6-5-5 型钢托梁布置图
图6-5-6 型钢托梁连接图
6.6 系统锚杆
6.6.1 系统锚杆的设计施工要点
锚喷支护的设计与施工，必须做好工程的地质勘察工作，因地制宜，正确有效地加固围岩，合理利用围岩的自承能力。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之1.0.3条）；
系统锚杆布置应遵守下列规定:
1 在隧洞横断面上，锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置；当主结构面不明显时，可与隧洞周边轮廓垂直布置。
2 在岩面上，锚杆宜呈菱形排列。
3 锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2； V 级围岩中的锚杆间距宜为0.5～ 1.0m，并不得大于1.25m。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GB 50086-2001之4.2.7条）
拱腰以上局部锚杆的布置方向应有利于锚杆受拉，拱腰以下及边墙的局部锚杆布置方向应有利于提高抗滑力。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之4.2.8条）
隧洞拱顶至拱脚弧长的中点称为拱腰。
锚杆的屈服强度、抗拉强度、屈服力、最大力、断后伸长率等力学性能指标应符合表6-6-1的规定。
锚杆的力学性能指标 表6-6-1
注：当采用新牌号钢种做锚杆体材料时，其力学性能指标不得低于表7-1的规定。（引用《高速铁路隧道工程质量验收标准》（铁建设［2010］240号）之7.4.7条）
锚杆锚固力设计为170kN，抗拔力按锚固力的90%设计，即为153kN。
锚杆材质的选择应按照“因地制宜”的原则，根据现场地质，通过工艺试验，按照设计抗拔力的标准来确定。
全长粘结型锚杆的质量检查砂浆密实度与检查锚固力的本质是一致的，在当今检查砂浆密实度有困难时，应检查锚固力。
锚杆的材质及锚固方式一般按照以下四种情况选择：
1当围岩为石质且稳定而不塌孔时，选择钻孔成孔、Φ22螺纹钢作锚杆，锚固剂锚固；
2当围岩为石质但易塌孔时，选择钻孔成孔、Φ38或Φ42花管作锚杆，注入早强浆液锚固；
3当围岩为土质时，选择Φ38或Φ42钢管成针头式，直接插入围岩；
4当围岩既无法成孔也无法直接插入时，如节理发育成碎石状的硬岩、碎石土、卵石土等，可选择自进式中空锚杆或注浆锚杆，注入早强浆液锚固；当围岩节理裂隙很发育或孔隙率较大时，可先采取封闭围岩面进行递进式注浆填充固结后，再进行锚固。 6.6.2 锚杆（管）与钢架连接
所有锚杆（管）均必须与钢架连接牢固，其连接强度不得小于设计锚固力。连接方式按照锚杆（管）类型可分别选择垫板式和绑焊式（见图6-6-1、图6-6-2）。
图6-6-1 锚杆（管）与钢架垫板式连接 1—垫板；2—锚管；3—锚杆；4—型钢钢架；
5—垫板与钢架焊接连接；6—螺帽；7—锚管与钢架焊接连接
图6-6-2 锚杆与钢架绑焊式连接
6.6.3 锚杆的布置
锚杆（管）布置以钢架单元为单位，按照以下三个条件布置：
1钢架单元底脚布置2根（即底锁铰锚杆（管）），顶部布置1根（即顶锁铰锚杆（管））； 2环向间距不大于1.25m，纵向间距同钢架间距； 3菱形布置；
锚杆（管）的最小间距不得小于0.5m。
由于钢架底端部围岩应力最大、塑形区最大，钢架所受力最大，故应加强；锚杆（管）以钢架单元为单位布置，钢架两端锚杆（管）具有“铰”的作用，故称“锁铰锚杆（管）”；由于钢架制作以及支护变形等影响，钢架接点板连接常不能密贴，成为支护的薄弱环节，而通过“锁铰锚杆（管）”来锚固钢架单元端部，则可有效解决此不足（见图6-6-3）。
图6-6-3 锁铰锚杆（管）的布置
锁铰锚杆（管）与系统锚杆（管）是从属关系，而非并列关系，对此概念的理解会决定施工时对锚杆的布置：底脚锚杆固然重要，但是其作用是有限的，不可将围岩全部荷载都集中于锁铰锚杆上。三台阶法贯彻“组合拱”的理念，没有系统锚杆，组合拱无法有效形成。见图6-6-4。
图6-6-4 钢架、锚杆（管）组装图
6.6.4 锚杆作用机理
有如表6-6-2所示那样所期待的缝合效果、梁形成效果、内压效果、拱形成效果、山体改良效果等而被使用。此外，也可期待防止围岩的剥落和喷混凝土对围岩的缝合等。作为关系到安全施工的岩石锚杆效果，有增加保持锁定岩石、抑制岩块移动的作用。这些效果，对净空位移和岩石锚杆的轴向力等值均比较小的硬质围岩或拱顶附近的岩石锚杆必须进行评价。根据测量结果，特别在进行减少岩石锚杆等的研究时必须慎重考虑。另外，岩石轴向力小的场合，除围岩的位移特性之外，还必须研究其施工时期是否会延迟。
随掌子面的掘进净空位移的增加量。如图6-6-5所示那样，在掌子面附近最多，而愈接近掌子面岩石锚杆则愈有效果。此外，为了能有效抑制围岩的松弛和防止崩落，锚杆必须尽量紧跟掌子面附近打设。当掌子面不稳定要采用预留核心的场合，还要研究打
设倾斜锚杆的方法。
岩石锚杆的作用效果概念 表6-6-2
线方向进行打设所发挥的作用效果好，但有时也需要作斜向或与隧道轴向平行打设的情况。②的情况，是根据山体条件必须提前打设岩石锚杆的场合，从施工方面不能提前打设垂直锚杆时所进行的施工。在③和④中，作为辅助施工法被使用的情况，可以说本来的作用效果是为补强别的掌子面前方的山体、防止掌子面的挤出、提高稳定性的目的而打设的。
图6-6-5 岩石锚杆的打设例
6.6.5 锚杆质量的检查
锚杆质量的检查应遵守下列规定:
1 检查端头锚固型和摩擦型锚杆质量必须做抗拔力试验。试验数量，每300 根锚杆必须抽样一组；设计变更或材料变更时，应另做一组，每组锚杆不得少于3 根。
2 锚杆质量合格条件为:
PAn≥PA PAmin≥0.9PA
式中： PAn--同批试件抗拔力的平均值(kN)
PA--锚杆设计锚固力(kN)
PAmin--同批试件抗拔力的最小值(kN)
3 锚杆抗拔力不符合要求时，可用加密锚杆的方法予以补强。
4 全长粘结型锚杆，应检查砂浆密实度，注浆密实度大于75%方为合格。 引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之10.1.5条）
锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力；阻止锚杆从岩体中拔出的力称为抗拔力。
7 初期支护变形的处理方法
7.1 初期支护变形处理原则
1 当围岩变形速率v≥5mm/d，且按1次/2h的频率连续监测3次以上，其加速率a≥0mm/d2；
2 初期支护喷射混凝土出现裂纹。
以上两条件之一，则必须停止掘进，对裂纹部位及附近、掌子面退后至少1倍隧道开挖宽度范围内的初期支护进行加固。
3 对初期支护进行加固时，其加固部位前后各3倍隧道开挖宽度范围内不得进行破土开挖作业，尤其是爆破开挖作业，包括仰拱开挖。
7.2 初期支护变形处理方法
根据围岩变形速率，采取不同的方式进行加固：
1、当围岩变形速率10mm/d≥v≥5mm/d时：以“固侧壁”为主要目标、初期支护背后径向注浆、尤其拱部注浆为辅。
施工顺序：①停止掘进→②喷锚封闭掌子面→③锚固侧壁→④径向注浆→⑤仰拱跟进→⑥二衬跟进。
要点：“侧壁”范围：中心夹角90°以外；务必先锚后注；锚杆（管）均与钢架连接牢固，抗拉力不得低于170kN；锚管垫板下务必密实；施工过程加强围岩量测及初期支护观察等安全工作，若当围岩变形速率v≥10mm/d时，应停止作业，采取下一步的加固措施。
2、当围岩变形速率20mm/d＞v≥10mm/d时，以回填反压为主要目标，以“固侧壁”、初期支护背后径向注浆、尤其拱部注浆为辅。
施工顺序：①停止掘进→②喷锚封闭掌子面→③回填反压→④临时仰拱→⑤侧壁锚固→⑥径向注浆→⑦仰拱跟进→⑧二衬跟进。
要点：回填反压高度至隧道断面圆心处即中台阶位置。回填反压的实质是将隧道开挖断面缩小，而隧道的荷载与隧道开挖直径成正比，所以回填反压可减小隧道荷载。此外，回填反压是最快捷、最及时、最安全的的处理措施，同时为下一步侧壁加固降低了作业高度，提供了稳定的作业平台；于中台阶位置施作临时仰拱，一次施作最少不得少于3榀，临时仰拱基地密实；初期支护仰拱跟进至临时仰拱位置时再拆除临时仰拱；特
殊地段，二次衬砌跟进距离掌子面18m左右处；施工过程加强围岩量测及初期支护观察等安全工作，若当围岩变形速率v≥20mm/d时，应停止一切施工作业，将人员撤离作业面，仪器置于安全位置进行连续监测（见图7-2-1）。
图7-2-1 隧道初期支护加固示意图
7.3 初期支护变形处理完成后恢复掘进的条件
当围岩变形速率v＜3mm/d，且按2次/d的频率连续监测3次以上，其加速率a＜0mm/d2。
8 监控量测
8.1 原则
“围岩量测”是在初期支护上布点，通过对初期支护位移的监测来确定围岩的位移的。
由初期支护设计原则“支护与围岩粘结紧密，二者共同受力”可知，这种“间接”的对围岩位移进行监测是合理的，但由此也更加明确“支护与围岩粘结紧密”的重要性。
监控量测应达到下列目的：
1 确保施工安全及结构的长期稳定性；
2 验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；
3 确定二次衬砌施作时间； 4 监控工程对周围环境的影响；
5 积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
（引用《铁路隧道监控量测技术规程》（TB1021-2007）之4.1.1条） 项目部结合项目自身技术装备，编制实施细则，内容包括： 1 监控量测项目； 2 人员组织及权力、职责； 3 元器件及设备；
4 监控量测断面间距、测点布置、监控量测频率； 5 监控量测管理基准； 6 数据记录格式及处理方式； 7 信息反馈机制。
监控量测实施细则，是施工组织设计的重要组成，其应具备法律效力；人员组织，除了负责数据量测的人员之外，尚应包括负责隧道现场施工管理的各级管理人员；结合项目管理特点及围岩量测管理基准，制定严密、有效的信息反馈机制。
初期支护预留变形量
初期支护预留变形量按照隧道开挖宽度的0.2%～2%来确定。
软岩对隧道荷载的认识是以“围岩松动圈理论”为基础的，隧道主要荷载不是弹塑性荷载，而是以围岩碎胀力及松动圈自重为主；又因为软岩都具有明显的蠕变特性，所
以其支护变形量与隧道施工初期支护型式及工艺、隧道施工进度、隧道埋深、地下水、地质特性等有很大关系。从安全和经济的角度看，预留变形量越小越好（任何一种隧道理论都认为隧道的荷载与隧道开挖宽度成正比）。但是，对于某些特殊地质，如土洞等，如果要控制其变形 ，将消耗很大成本，而这种变形以整体下沉的型式为主，对支护的破坏很小，所以，可以有较大的预留变形量。但是，权衡各方面利弊，宜以隧道开挖宽度的2%为上限，不宜一味加大预留变形量。
8.2 监测项目
1、洞内、外观察
洞内观察主要分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分，其中开挖工作面主要观察围岩吊块规模、频率，节理、裂隙发展变化以及喷射混凝土开裂情况；而已施工地段的观察因特别注意纵向裂缝和斜交裂缝，特别是距离掌子面3倍隧道开挖宽度处的观察。除了眼观之外，应配合仪器测量，裂缝只有发展状态的才是不安全的；
距离掌子面3倍隧道开挖宽度处的斜交裂缝及初期支护混凝土吊块是特别危险的，这一般是“关门”塌方的先兆。
2、拱顶下沉
拱顶下沉量由两部分组成：一是拱部支护整体下沉，二是拱部局部变形下沉，要区分两种数据，须结合拱脚的量测结果；
3、净空变化
对净空变化的量测，传统只测水平位移，这主要受到接触式量测仪器的限制，不能全面、真实地反映实际围岩变化，全站仪测量具备测量水平以及竖向位移的条件，结合拱顶下称，可区分局部变形和整体下沉两种情况；
4、地表沉降
地表下沉监测项目在浅埋地段以及由于隧道施工造成地下水位变化而可能引发的地面建筑物沉降地段开展，在山岭，若地面没有建筑物，则以洞内监测为主。
5、地面建筑物的检测
当隧道浅埋、地面有建筑物时，必须对建筑物的基础沉降、倾斜、外观裂缝等项目进行检测。
隧道下穿公路、铁路、重要建（构）筑物时，应建立远程自动化监控量测系统，自动采集检测信息，实现实时检测、自动报警。
由于普通的监测具有间断性的特点，而隧道及其引发建筑物的变形同时具有连续和突然两种情形，这是普通检测无法适应的，故采取远程连续监控可有效满足监控需求。
6、地下水的检测
当隧道浅埋时，对地下水位进行检测，确定其对周边建筑物的影响；当隧道深埋且地下水对隧道施工有影响时，应对地下水水量、水压、水质及与降雨的关系等进行检测，以确定地下水的来源和特性，为处理地下水提供基础数据。
8.3 监控量测断面及测点布置原则
1、浅埋隧道地表沉降测点布置
浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距为2～10倍钢架间距。
地表沉降测点横向间距为2～5m。在隧道中线附近（隧道1倍开挖宽度）测点按照2.0m间距布置，隧道中线两侧量测范围不应小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图8-3-1所示。
量测范围≥2(H0+B)
2m
2～5m
基准点
H0
45°0'0"
隧道中线
"0B
图8-3-1 地表沉降横向测点布置示意图
2、拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。测点位置距离台阶高约1.0m（见图8-3-2）。
Z
1m
Z
XX
Z
1m
Z
X
1m
X
隧道中线
X
Z
X
图8-3-2 拱顶下沉及净空变化量测测点布置示意图
说明：
1、对围岩、支护变形进行绝对位移监测；
2、“＋”位移表示向隧道断面增大方向位移，“－”位移表示向隧道断面减小方向位移。 不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的互相验证。
对局部危险部位，如初期支护开裂、剥落部位、突然渗水部位以及较大的超挖回填部位应布点监测。
量测断面间距：为钢架间距的1～4倍。
8.4 监控量测频率
监控量测频率因根据初期支护闭合之前、闭合之后以及位移速度来决定。初期支护闭合之前：2～3次/d，且宜选择开挖之前1小时和支护之后1小时监测，以便监测开挖对支护、围岩的影响；初期支护闭合之后及二次衬砌之前：1～2次/d。按照位移速度确定的监控量测频率见表8-4-1。以上两种标准取较高频率值。
按位移速度确定的监控量测频率 表8-4-1
雨等应增加监测频率。
采用全站仪监测，尤其在变形处理地段只有用全站仪监测方有效，而目前的全站仪测量精度为0.5～1.0mm，这其中测站建立引起的误差最大，所以当监测频率较大时，采取全站仪不移动“连续”监测的方法，以消除建站误差影响。
8.5 位移、沉降控制及管理
位移控制基准应根据测点距离章子面的距离，由初期支护预留变形量按表8-5-1要求比值确定。
位移控制基准 表8-5-1
注：B为隧道开挖宽度，U0为预留变形量值。
位移控制的意义主要是确保二次衬砌的设计厚度，对围岩稳定的判断起参考作用。 根据位移控制基准及应对措施，可按表8-5-2分为三个管理等级。
位移管理等级 表8-5-2
注：U为实测位移值。
其相应的应对措施见表8-5-3。
位移管理应对措施 表8-5-3
要求分别确定，取最小值。
按照“三台阶六部开挖”建立位移控制标准
按照“三台阶六部开挖”建立位移控制标准 表8-5-4
注： U0为预留变形量值。
当位移超过控制标准的1/3时，参照8-5-3条采取相应施工措施。
8.6 围岩稳定判别及管理
隧道稳定性可结合现场观察和位移发展变化规律,依据下述项目作出判别：
1、隧道开挖工作面状态及支护状态观察结果；
2、位移速度；
3、位移速度的变化率。
（引用《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）及局部修订（铁建设［2008］147号、铁建设［2009］62号）之附录F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 之F.0.4）
围岩监控量测安全管理基准按照表8-6-1执行。
围岩监控量测安全管理基准 表8-6-1
1、局部石块坍塌或层状劈裂、喷混凝土层的大量开裂；
2、累计位移量已达到极限位移的2/3，且仍未发现隧道周边位移速度有明显减缓的趋势；
3、每日的位移量大于极限位移的10%；
4、洞室变形的异常加速，即在无施工干扰时的变形速率加大。
（引用《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）及局部修订（铁建设［2008］147号、铁建设［2009］62号）之附录F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 之F.0.7）
务必注意：一定先加固初期支护，后施作二次衬砌，施作二次衬砌的原则必须在围岩变形速度＜3mm/d，且连续监测3次以上以及监测一天以上，确保初期支护安全方可进行二次衬砌。
8.7 监控量测方法
1、测量仪器：全站仪，测试精度0.5～1.0mm。
测点布置方法：测点以Φ22钢筋制作，长约5.0cm，一端按45°角斜切作为测点基面，钢筋焊接于钢架上，测点基面应与测量视线正交，测点基面上粘贴膜片式回复反射器作为靶标。
2、初测的要求：
（1）距离作业面不大于1.0m；
（2）喷射混凝土完成1小时以内；
（3）在下一循环开始之前完成。
3、量测要点
（1）测站设置尽量靠近测点，以增大视线之间的夹角，减小测量误差；宜正、反镜各测2测回以上取平均值。
（2）后视基点的距离必须大于前视距离。
（3）不得将前后几次观测值取平均值作为量测结果。
（4）地面沉降观测如有硬质路面，则必须将测点布置在路面以下。
8.8 监控量测记录及数据分析
1、监控量测记录表
监控量测记录表按照全站仪测量数据方式，能反映位移速度、加速度、累计位移以及二次衬砌的厚度（见图8-8-1、图8-8-2），其中侧面净空变化按照X和Z（即水平、竖向）两个方向分别监测。
记录表以EXCEL表制作，可以自动计算、自动报警。
记录要点：本记录表除了记录围岩变形的相关数据之外，尚应记录该断面的开挖时间、距离开挖面的距离、工况以及初期支护外观，以便于数据分析。
2、数据分析：由于当今的仪器精度尚不够理想，偶然误差较大；此外，围岩变形有连续和突然两种可能，其中只有连续变形是危险的。综合以上两个因素，采取连续监测3次以上，间隔时间一般为2小时，即可对数据的性质作出肯定的判断。
为了消除量测误差，可采取单点按时间的数据拟合以及同部位多点同一时间按距离的数据拟合方式。
数据分析应综合同一断面其它点、相邻断面其它点、工况、初期支护外观四个方面。 日常数据分析，只看3次变形速度，即可对围岩稳定性作出判断；若对某测点的整体变形规律进行分析时，可以采用插入散点图的办法。
3、意见签署要点：测量工程是主要是对数据的真实性可可靠性负责，所以应签署与此相关的意见，如现场环境对数据的影响等；隧道工程师重点签署现场进行了哪些工序、工艺；施工负责人重点就施工组织方面签署意见；安质部重点是安全标准的意见；项目总工综合各方意见，对围岩稳定作出判断以及下一施工的意见。最后上报监理工程师批复。
对围岩变形进行监测有两个主要目标：一是判断围岩稳定性，确保施工安全；二是监控净空变化，确保二次衬砌满足设计要求。所以，有两个管理基准，即有时虽然围岩变形稳定，但隧道净空有难以满足二次衬砌厚度的风险，也一样采取加强措施。
图8-8-1 隧道拱顶下沉量测记录表
图8-8-2 隧道净空位移测记录
剧仲林
2013年7月4日星期四
西安
全强风化花岗岩围岩隧道修建技术
剧仲林
二O一三年七月
目 录
1 全强风化花岗岩的工程地质及物理力学特性 .................................. 错误！未定义书签。
1.1花岗岩 ........................................................................................ 错误！未定义书签。
1.2 花岗岩地区残积土、全风化和强风化花岗岩 ....................... 错误！未定义书签。
1.2.1 残积土 ............................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.2 全风化花岗岩 ................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.3 强风化花岗岩 ................................................................ 错误！未定义书签。
1.2.4花岗岩风化岩体的组构特征 ......................................... 错误！未定义书签。
1.2.5全强风化花岗岩的物质成分特征 ................................. 错误！未定义书签。
1.2.6花岗岩风化物的工程特性分析与评价 ......................... 错误！未定义书签。
1.3 全强风化花岗岩围岩对隧道施工的影响 ............................... 错误！未定义书签。
1.3.1全强风化花岗岩对隧道施工的影响 ............................. 错误！未定义书签。
1.3.2全强风化花岗岩围岩隧道施工的几个实例 ................. 错误！未定义书签。 2 全强风化花岗岩隧道治水技术 .......................................................... 错误！未定义书签。
2.1 全强风化花岗岩隧道洞外井点降水技术 ............................... 错误！未定义书签。
2.1.1洞外井点降水方案的选择条件 ..................................... 错误！未定义书签。
2.1.2各种井点的适用范围 ..................................................... 错误！未定义书签。
2.1.3轻型井点 ......................................................................... 错误！未定义书签。
2.1.3喷射井点 ......................................................................... 错误！未定义书签。
2.2 全强风化花岗岩隧道洞内降水、排水技术 ........................... 错误！未定义书签。
2.2.1洞内井点降水方案的选择条件 ..................................... 错误！未定义书签。
2.2.2洞内井点降水技术 ......................................................... 错误！未定义书签。 3 全强风化花岗岩注浆加固技术 .......................................................... 错误！未定义书签。
3.1注浆材料 .................................................................................... 错误！未定义书签。
3.1.1 注浆材料的分类 ............................................................ 错误！未定义书签。
3.1.2 对理想浆液的要求 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.1.3 注入能力与渗透性（可注性） .................................... 错误！未定义书签。
3.2注浆材料的评价 ........................................................................ 错误！未定义书签。
3.2.1 各种注浆材料的基本性能、成分及适用范围 ............ 错误！未定义书签。
3.2.2 注浆材料的综合技术经济指标评分 ............................ 错误！未定义书签。
3.3注浆原理 .................................................................................... 错误！未定义书签。
3.3.1 注浆材料的渗透理论 .................................................... 错误！未定义书签。
3.3.2 注浆法的适用界限 ........................................................ 错误！未定义书签。
3.4全、强风化花岗岩地层注浆技术 ............................................ 错误！未定义书签。
3.4.1全、强风化花岗岩地层注浆机理 ................................. 错误！未定义书签。
3.4.2全、强风化花岗岩地层注浆可行性探讨 ..................... 错误！未定义书签。
3.4.3 全、强风化花岗岩地层注浆材料、工艺、参数要点 错误！未定义书签。
3.5高压喷射注浆 ............................................................................ 错误！未定义书签。
3.5.1概述 ................................................................................. 错误！未定义书签。
3.5.2高压喷射注浆机理及加固作用 ..................................... 错误！未定义书签。
3.5.3高压喷射注浆浆液材料 ................................................. 错误！未定义书签。 4 隧道进洞方法 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
4.1洞口仰坡受力分析 .................................................................... 错误！未定义书签。
4.1.1 进洞的最大风险是仰坡的失稳 .................................... 错误！未定义书签。
4.1.2 洞口仰坡受力分析 ........................................................ 错误！未定义书签。
4.2低仰坡进洞 ................................................................................ 错误！未定义书签。
4.2.1 低仰坡进洞设计 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.2.2 低仰坡进洞施工 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.3高仰坡进洞 ................................................................................ 错误！未定义书签。
4.3.1 高仰坡进洞条件 ............................................................ 错误！未定义书签。
4.3.2 高仰坡进洞方法 ............................................................ 错误！未定义书签。 5 隧道施工方法 ...................................................................................... 错误！未定义书签。
5.1 隧道施工方法选择条件 ........................................................... 错误！未定义书签。
5.1.1 隧道施工方法选择条件 ................................................ 错误！未定义书签。
5.1.2 隧道施工的难点分析 .................................................... 错误！未定义书签。
5.2 隧道三台阶法施工方法 ........................................................... 错误！未定义书签。
5.2.1工法适用条件 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.2.2 施工准备 ........................................................................ 错误！未定义书签。
5.2.3三台阶施工法 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.3 隧道中隔壁（CD）法施工方法 ............................................... 错误！未定义书签。
5.3.1工法适用条件 ................................................................. 错误！未定义书签。
5.3.2中隔壁（CD）施工法 ..................................................... 错误！未定义书签。
6 隧道初期支护要点 ................................................................................................................ 5
6.1 隧道预支护 ................................................................................................................. 5
6.1.1 双层密排超前插管预支护 .............................................................................. 5
6.1.2 水平旋喷超前预支护 ...................................................................................... 5
6.1.3 侧壁预支护 ...................................................................................................... 8
6.2 不对称单元、正反布置拱架 ..................................................................................... 9
6.2.1 不对称单元、正反布置拱架 .......................................................................... 9
6.2.2 不对称单元拱架的布置 ................................................................................ 11
6.3 钢架单元节点连接 ................................................................................................... 13
6.3.1 拱部、边墙单元钢架的节点 ........................................................................ 13
6.3.2 边墙与仰拱钢架单元的正面节点及仰拱焊接节点连接 ............................ 14
6.4 钢架的纵向连接 ....................................................................................................... 16
6.4.1 U型筋插接式连接 ......................................................................................... 16
6.4.2 U型筋梯形布置焊接式连接 ......................................................................... 17
6.4.3 矩形筋梯形布置焊接式连接 ........................................................................ 18
6.4.4 型钢螺栓连接 ................................................................................................ 18
6.5 钢架托梁 ................................................................................................................... 20
6.5.1 钢筋混凝土托梁 ............................................................................................ 20
6.5.2 型钢托梁 ........................................................................................................ 23
6.6 系统锚杆 ................................................................................................................... 25
6.6.1 系统锚杆的设计施工要点 ............................................................................ 25
6.6.2 锚杆（管）与钢架连接 ................................................................................ 26
6.6.3 锚杆的布置 .................................................................................................... 27
6.6.4 锚杆作用机理 ................................................................................................ 29
6.6.5 锚杆质量的检查 ............................................................................................ 31
7 初期支护变形的处理方法 .................................................................................................. 32
7.1 初期支护变形处理原则 ........................................................................................... 32
7.2 初期支护变形处理方法 ........................................................................................... 32
7.3 初期支护变形处理完成后恢复掘进的条件 ........................................................... 33
8 监控量测 .............................................................................................................................. 34
8.1 原则 ........................................................................................................................... 34
8.2 监测项目 ................................................................................................................... 35
8.3 监控量测断面及测点布置原则 ............................................................................... 36
8.4 监控量测频率 ........................................................................................................... 37
8.5 位移、沉降控制及管理 ........................................................................................... 38
8.6 围岩稳定判别及管理 ............................................................................................... 39
8.7 监控量测方法 ........................................................................................................... 41
8.8 监控量测记录及数据分析 ....................................................................................... 41
6 隧道初期支护要点
6.1 隧道预支护
6.1.1 双层密排超前插管预支护
1、适用条件
没有地下水或地下水对围岩的影响较小，可采用“双层密排超前插管”的方式进行预支护。所谓“双层密排”的含义是：在隧道任何一个横截面内都有不少与两层的预支护，且环向相错。这种预支护方式施工最便捷、成本最低，是隧道正常循环作业优先考虑的预支护方式。
2、设计
见图6-1-1“双层密排”超前小导管布置图。小导管超度=2进尺+50cm，环向间距20～40cm，相邻两循环钢架环向相错间距/ 2。与不对称单元正反布置拱架设计相配套。
图6-1-1“双层密排”超前小导管布置图（单位：mm）
3、施工要点
（1）小导管的施工优先采取直接插入的方式，管前端斜切45︒呈注射针头样式，不注浆。如果采取钻孔→插管的工艺工序施工，则应插入花管，注入早强浆液，注浆以填塞管内、管壁与孔壁之间的空隙为主；
（2）钢架间距不宜太小，否则小导管外插角将增大，超挖就增大，一般情况下，以一次进尺为两榀钢架为宜，且先安装小导管定位钢架，施工完小导管后再安装另一榀钢架。
6.1.2 水平旋喷超前预支护
1、适用条件
地下水对围岩的影响较大时，可采用水平旋喷的方式进行预支护。
2、水平旋喷定义
水平旋喷是以高压泵为动力源，通过水平钻机、钻杆、钻头、喷嘴把配制好的浆液喷射到土体内。在喷嘴作缓慢旋转和进退的过程中喷射流以巨大的能量将一定范围内的土体切削、摧毁，强制土颗粒与浆液在原位充分混合，然后形成大致水平的柱状水泥土固结体即水平旋喷桩，当多个旋喷桩相互咬合后，在隧道拱部或周边形成封闭的帷幕，起到防渗透的拱壳保护作用。
3、施工参数
水平旋喷施工经验参数 表6-1-1
图6-1-2 水平旋喷预支护布置图
5、水平旋喷施工步骤
（1）水平旋喷机定位：按设计要求，准确定位水平旋喷机，并将底盘垫牢固。要求定位偏差不大于5cm。
（2）钻进：在外套管的保护下，进行钻孔，直至设计位置。
（3）拔出钻杆：钻至设计位置后，拔出钻杆，并在孔内留置外套管。
（4）插入水平注浆管并进行注浆：在外套管内插入水平注浆管至设计位置，注浆时，注浆管及外套管同时向孔外拔出，直至预定位置。
（5）封堵孔口：注浆完毕后，进行补充注浆，并及时封堵孔口。
6、水平旋喷主要设备
水平旋喷的主要设备包括：专用水平旋喷机、高压水泵、高压泥浆泵及空压机，另有其他附属设备，具体见下表表6-1-2。
水平旋喷主要机具一览表 表6-1-2
（1）钻孔
水平旋喷机本身具有成孔能力，一般采用回转钻进，并采用护套管同时跟管钻进。护套管跟管钻进的成孔质量及直线度较好，这对于较长水平旋喷桩的施工质量是一个有利因素。
水平旋喷也可以采用单管法，采用喷管直接钻进，喷管间采用丝扣连接，拆接方便，加上单管长度较长，施工速度较快，总体施工效率高。
（2）旋喷注浆
四管法钻孔至预定深度后，需首先将钻杆取出，再放入水平旋喷管。喷管放至预定深度后，开启高压泥浆泵，空压机，高压清水泵即可进行施工。
水平旋喷机分前后两个动力头，前动力头驱动钻杆钻进及喷管的摆动及提升，后动力头驱动护套管的钻进、旋转及提升。施工中，前后两个动力头以不同的转速旋转，并带动喷管及套管以一定的速度向外提升。
（3）排浆
四管法水平旋喷采用强制排浆工艺，即废浆通过高压水的真空吸力被强制排出孔外。该工艺可以大大减小施工对周围环境的影响，并可以通过调节高压水压力和流量控制废浆排出量，并进一步控制地表沉降或抬升。废浆排至储浆池后，通过泥浆泵二次排放至预定泥浆堆放区域（距离较近时也可以直接排至堆浆区）。由于排出的废浆含有部分水泥，凝固后可以以土方的形式外运出场。
6.1.3 侧壁预支护
1、适用条件
侧壁不稳定时，有可能产生“偏帮”和“掉拱”，应进行预支护。
2、侧壁预支护方法
侧壁预支护一般与拱脚托梁相配合使用。见图6-1-3 侧壁预支护布置图。
图6-1-3 侧壁预支护布置图
6.2 不对称单元、正反布置拱架
6.2.1 不对称单元、正反布置拱架
1、不对称单元、正反布置拱架的概念
实践证明，钢架节点尤其是拱部的节点是钢架强度最薄弱处，钢架的破坏多在此处，为了加强节点处强度，将拱架单元划分成中线不对称的型式，使节点的设置满足钢筋混凝土结构对钢筋骨架的接头的同一截面率的要求，即通过对拱架不对称单元的划分、安装时正、反布置，达到节点相错50cm以上、同一截面率由对称单元设计的100%，减小为50%的目标。
2、不对称单元、正反布置拱架的特征
（1）45︒节点
拱腰部位存在较大的法向剪力，将此处的节点由传统的法向布置，改为与法向呈45︒的方向布置（表现为水平状态），提高钢架的抗剪强度，也更方便拱架的安装；（见图6-2-1）
图6-2-1 45︒节点
（2）系统锚杆（管）不对称
系统锚杆（管）与拱架通过锚杆垫板连接，以形成以钢架、喷射混凝土、锚杆、围岩组成的“组合拱”，实现“新奥法”支护与围岩共同承载的目标。锚杆（管）垫板呈左右不对称状态，是锚杆能够满足“梅花型”布置的要求；（见图6-2-2）
图6-2-2 不对称单元拱架（无超前小导管定位孔）
（3）超前小导管定位孔不对称
超前小导管按照“双层密排”的原则设计，即相邻两循环超前小导管的环向布置相错环向间距的一半，故超前小导管的定位孔呈左右不对称状态，且通过拱架的正、反布置，实现超前小导管“双层密排”的目标；（见图6-2-3）
图6-2-3 不对称单元拱架（有超前小导管定位孔）
6.2.2 不对称单元拱架的布置
不对称单元拱架有三种——有超前小导管定位孔A1型、A2型和无超前小导管定位孔B型，超前小导管按照“双层密排”的原则设计，A1型、A2型的差别在于起超前小导管定位孔相错间距/2；其长度一般为2倍拱架间距+50cm，所以其安装方法为：A1正+B反+A2正+ B反+ A1正+„„。见图6-2-3、6-2-4、6-2-5。
图6-2-4
不对称单元拱架安装图（西南等轴侧）
图6-2-5 不对称单元拱架安装图（西北等轴侧）
图6-2-6 不对称单元拱架安装图（正俯视）
6.3 钢架单元节点连接
6.3.1 拱部、边墙单元钢架的节点
1、与钢架轴线呈90︒
图6-3-1 正面连接节点图
2、与钢架轴线呈45︒
图6-3-2 45︒连接节点图
6.3.2 边墙与仰拱钢架单元的正面节点及仰拱焊接节点连接
传统的边墙与仰拱钢架采取在钢架结构分界处的侧面连接，由于钢架安装从空间上来看，是有拱部开始，两侧分别向下接长，然后至仰拱汇拢；从时间上来看，左右两侧边墙的钢架安装不同步。以上客观因素，尤其围岩变形，是无法预料的，所以，最后合拢的仰拱钢架的准确尺寸无法预先确定，只有采取现场两侧边墙安装后测量的办法，现场切割，现场焊接。如果边墙与仰拱的节点位于结构分界处，采取侧面连接，这现场焊接的质量往往无法保证，成为质量隐患。针对上述问题，将边墙与仰拱的节点改移至仰拱结构部位，且采取与结构轴线成90︒的正面连接节点，仰拱钢架分为三个单元，两侧的单元均为厂内加工，中间小单元为根据现场实测现场切割、焊接，且将焊接节点——焊接质量难以保证的节点至于仰拱中间——以轴向压力为主的应力状态，使其质量通病对结构的影响降至最低。详见图6-3-3、6-3-4、6-3-5。
图6-3-3 边墙与仰拱正面连接节点侧面结构图
图6-3-4 边墙与仰拱正面连接节点图
图6-3-5 边墙与仰拱正面连接及仰拱的连接节点图
6.4 钢架的纵向连接
6.4.1 U型筋插接式连接
将纵向连接钢筋加工成U型，钢架腹板上焊接钢套管，现场钢架安装时采取U型筋插入套管的连接方式连接。这种连接方式的优点是快捷、连接强度可靠，缺点是由于连接筋与套管存在空隙，使得这种连接的刚度减弱。当围岩比较稳定时，采取这种连接方式有利。见图6-4-1、6-4-2。
图6-4-1 钢架U型筋纵向插接式连接设计图
图6-4-2 钢架U型筋纵向插接式连接透视图
6.4.2 U型筋梯形布置焊接式连接
将纵向连接钢筋加工成U型，现场钢架安装时采取U型筋焊接于钢架腹板上的连接方式连接。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，缺点是现场焊接作业量较大。当围岩稳定性较差时，采取这种连接方式有利。见图6-4-3、6-4-4。
图6-4-3 钢架U型筋纵向梯形布置焊接式连接设计图
图6-4-4 钢架U型筋纵向梯形布置焊接式连接透视图
6.4.3 矩形筋梯形布置焊接式连接
将纵向连接钢筋加工成矩型，现场钢架安装时采取矩型筋焊接于钢架腹板上的连接方式连接。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，缺点是材料用量较大、现场焊接作业量较大。当围岩稳定性较差时，采取这种连接方式有利。见图6-4-5。
图6-4-5 钢架矩型筋纵向梯形布置焊接式连接设计图
6.4.4 型钢螺栓连接
纵向连接采取角钢，现场钢架安装时采取与焊接于钢架腹板上的连接板螺栓连接方式。这种连接方式的优点是连接强度、刚度均十分可靠，施工快捷，缺点是材料用量较大。见图6-4-6。
图6-4-5 钢架型钢纵向螺栓连接设计图
6.5 钢架托梁
开挖边墙马口时，就会造成上部的钢架悬空，这是一个很大的安全隐患，设置拱脚托梁，是目前比较理想的处理方法。托梁的设计根据目前的技术、材料、经济等因素，有钢筋结构、型钢结构等类型。托梁的设计须注意一个要点——由于同一部位的钢架安装时，上一循环的钢架已经产生变形，其中主要是下沉，所以托梁的安装不是简单的在上一循环托梁基础上的延伸，而是有一个抬升量，所以，托梁的设计要满足托梁可以在纵立面内作一定量的圆周运动的要求。 6.5.1 钢筋混凝土托梁
以4根Φ22螺纹钢筋作主筋，作成2根矩形环状结构，焊接于钢架腹板，另以φ8钢筋作箍筋。喷射混凝土后即成钢筋混凝土结构。见图6-5-1、图6-5-2、图6-5-3。
图6-5-1 钢筋混凝土托梁设计图（单位：mm）
图6-5-2 钢架组装图
说明：1、本图纵向连接筋为U型筋梯形布置现场焊接型式； 2、仰拱的纵向连接筋焊接于钢架顶面翼板； 3、本图未示超前预支护及系统锚杆。
图6-5-2 钢筋混凝土托梁布置图
图6-5-3 钢筋混凝土托梁大样图
6.5.2 型钢托梁
型钢托梁具有安装快捷、强度大、连接质量可靠的优点，在施工中，可根据围岩状况、支护变形、工程对环境影响的重要程度等因素选择。见图6-5-4、6-5-5、6-5-6。
图6-5-4 型钢托梁设计图
图6-5-5 型钢托梁布置图
图6-5-6 型钢托梁连接图
6.6 系统锚杆
6.6.1 系统锚杆的设计施工要点
锚喷支护的设计与施工，必须做好工程的地质勘察工作，因地制宜，正确有效地加固围岩，合理利用围岩的自承能力。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之1.0.3条）；
系统锚杆布置应遵守下列规定:
1 在隧洞横断面上，锚杆应与岩体主结构面成较大角度布置；当主结构面不明显时，可与隧洞周边轮廓垂直布置。
2 在岩面上，锚杆宜呈菱形排列。
3 锚杆间距不宜大于锚杆长度的1/2； V 级围岩中的锚杆间距宜为0.5～ 1.0m，并不得大于1.25m。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》 GB 50086-2001之4.2.7条）
拱腰以上局部锚杆的布置方向应有利于锚杆受拉，拱腰以下及边墙的局部锚杆布置方向应有利于提高抗滑力。（引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之4.2.8条）
隧洞拱顶至拱脚弧长的中点称为拱腰。
锚杆的屈服强度、抗拉强度、屈服力、最大力、断后伸长率等力学性能指标应符合表6-6-1的规定。
锚杆的力学性能指标 表6-6-1
注：当采用新牌号钢种做锚杆体材料时，其力学性能指标不得低于表7-1的规定。（引用《高速铁路隧道工程质量验收标准》（铁建设［2010］240号）之7.4.7条）
锚杆锚固力设计为170kN，抗拔力按锚固力的90%设计，即为153kN。
锚杆材质的选择应按照“因地制宜”的原则，根据现场地质，通过工艺试验，按照设计抗拔力的标准来确定。
全长粘结型锚杆的质量检查砂浆密实度与检查锚固力的本质是一致的，在当今检查砂浆密实度有困难时，应检查锚固力。
锚杆的材质及锚固方式一般按照以下四种情况选择：
1当围岩为石质且稳定而不塌孔时，选择钻孔成孔、Φ22螺纹钢作锚杆，锚固剂锚固；
2当围岩为石质但易塌孔时，选择钻孔成孔、Φ38或Φ42花管作锚杆，注入早强浆液锚固；
3当围岩为土质时，选择Φ38或Φ42钢管成针头式，直接插入围岩；
4当围岩既无法成孔也无法直接插入时，如节理发育成碎石状的硬岩、碎石土、卵石土等，可选择自进式中空锚杆或注浆锚杆，注入早强浆液锚固；当围岩节理裂隙很发育或孔隙率较大时，可先采取封闭围岩面进行递进式注浆填充固结后，再进行锚固。 6.6.2 锚杆（管）与钢架连接
所有锚杆（管）均必须与钢架连接牢固，其连接强度不得小于设计锚固力。连接方式按照锚杆（管）类型可分别选择垫板式和绑焊式（见图6-6-1、图6-6-2）。
图6-6-1 锚杆（管）与钢架垫板式连接 1—垫板；2—锚管；3—锚杆；4—型钢钢架；
5—垫板与钢架焊接连接；6—螺帽；7—锚管与钢架焊接连接
图6-6-2 锚杆与钢架绑焊式连接
6.6.3 锚杆的布置
锚杆（管）布置以钢架单元为单位，按照以下三个条件布置：
1钢架单元底脚布置2根（即底锁铰锚杆（管）），顶部布置1根（即顶锁铰锚杆（管））； 2环向间距不大于1.25m，纵向间距同钢架间距； 3菱形布置；
锚杆（管）的最小间距不得小于0.5m。
由于钢架底端部围岩应力最大、塑形区最大，钢架所受力最大，故应加强；锚杆（管）以钢架单元为单位布置，钢架两端锚杆（管）具有“铰”的作用，故称“锁铰锚杆（管）”；由于钢架制作以及支护变形等影响，钢架接点板连接常不能密贴，成为支护的薄弱环节，而通过“锁铰锚杆（管）”来锚固钢架单元端部，则可有效解决此不足（见图6-6-3）。
图6-6-3 锁铰锚杆（管）的布置
锁铰锚杆（管）与系统锚杆（管）是从属关系，而非并列关系，对此概念的理解会决定施工时对锚杆的布置：底脚锚杆固然重要，但是其作用是有限的，不可将围岩全部荷载都集中于锁铰锚杆上。三台阶法贯彻“组合拱”的理念，没有系统锚杆，组合拱无法有效形成。见图6-6-4。
图6-6-4 钢架、锚杆（管）组装图
6.6.4 锚杆作用机理
有如表6-6-2所示那样所期待的缝合效果、梁形成效果、内压效果、拱形成效果、山体改良效果等而被使用。此外，也可期待防止围岩的剥落和喷混凝土对围岩的缝合等。作为关系到安全施工的岩石锚杆效果，有增加保持锁定岩石、抑制岩块移动的作用。这些效果，对净空位移和岩石锚杆的轴向力等值均比较小的硬质围岩或拱顶附近的岩石锚杆必须进行评价。根据测量结果，特别在进行减少岩石锚杆等的研究时必须慎重考虑。另外，岩石轴向力小的场合，除围岩的位移特性之外，还必须研究其施工时期是否会延迟。
随掌子面的掘进净空位移的增加量。如图6-6-5所示那样，在掌子面附近最多，而愈接近掌子面岩石锚杆则愈有效果。此外，为了能有效抑制围岩的松弛和防止崩落，锚杆必须尽量紧跟掌子面附近打设。当掌子面不稳定要采用预留核心的场合，还要研究打
设倾斜锚杆的方法。
岩石锚杆的作用效果概念 表6-6-2
线方向进行打设所发挥的作用效果好，但有时也需要作斜向或与隧道轴向平行打设的情况。②的情况，是根据山体条件必须提前打设岩石锚杆的场合，从施工方面不能提前打设垂直锚杆时所进行的施工。在③和④中，作为辅助施工法被使用的情况，可以说本来的作用效果是为补强别的掌子面前方的山体、防止掌子面的挤出、提高稳定性的目的而打设的。
图6-6-5 岩石锚杆的打设例
6.6.5 锚杆质量的检查
锚杆质量的检查应遵守下列规定:
1 检查端头锚固型和摩擦型锚杆质量必须做抗拔力试验。试验数量，每300 根锚杆必须抽样一组；设计变更或材料变更时，应另做一组，每组锚杆不得少于3 根。
2 锚杆质量合格条件为:
PAn≥PA PAmin≥0.9PA
式中： PAn--同批试件抗拔力的平均值(kN)
PA--锚杆设计锚固力(kN)
PAmin--同批试件抗拔力的最小值(kN)
3 锚杆抗拔力不符合要求时，可用加密锚杆的方法予以补强。
4 全长粘结型锚杆，应检查砂浆密实度，注浆密实度大于75%方为合格。 引用《锚杆喷射混凝土支护技术规范》GB 50086-2001之10.1.5条）
锚杆对围岩所产生的约束力称为锚固力；阻止锚杆从岩体中拔出的力称为抗拔力。
7 初期支护变形的处理方法
7.1 初期支护变形处理原则
1 当围岩变形速率v≥5mm/d，且按1次/2h的频率连续监测3次以上，其加速率a≥0mm/d2；
2 初期支护喷射混凝土出现裂纹。
以上两条件之一，则必须停止掘进，对裂纹部位及附近、掌子面退后至少1倍隧道开挖宽度范围内的初期支护进行加固。
3 对初期支护进行加固时，其加固部位前后各3倍隧道开挖宽度范围内不得进行破土开挖作业，尤其是爆破开挖作业，包括仰拱开挖。
7.2 初期支护变形处理方法
根据围岩变形速率，采取不同的方式进行加固：
1、当围岩变形速率10mm/d≥v≥5mm/d时：以“固侧壁”为主要目标、初期支护背后径向注浆、尤其拱部注浆为辅。
施工顺序：①停止掘进→②喷锚封闭掌子面→③锚固侧壁→④径向注浆→⑤仰拱跟进→⑥二衬跟进。
要点：“侧壁”范围：中心夹角90°以外；务必先锚后注；锚杆（管）均与钢架连接牢固，抗拉力不得低于170kN；锚管垫板下务必密实；施工过程加强围岩量测及初期支护观察等安全工作，若当围岩变形速率v≥10mm/d时，应停止作业，采取下一步的加固措施。
2、当围岩变形速率20mm/d＞v≥10mm/d时，以回填反压为主要目标，以“固侧壁”、初期支护背后径向注浆、尤其拱部注浆为辅。
施工顺序：①停止掘进→②喷锚封闭掌子面→③回填反压→④临时仰拱→⑤侧壁锚固→⑥径向注浆→⑦仰拱跟进→⑧二衬跟进。
要点：回填反压高度至隧道断面圆心处即中台阶位置。回填反压的实质是将隧道开挖断面缩小，而隧道的荷载与隧道开挖直径成正比，所以回填反压可减小隧道荷载。此外，回填反压是最快捷、最及时、最安全的的处理措施，同时为下一步侧壁加固降低了作业高度，提供了稳定的作业平台；于中台阶位置施作临时仰拱，一次施作最少不得少于3榀，临时仰拱基地密实；初期支护仰拱跟进至临时仰拱位置时再拆除临时仰拱；特
殊地段，二次衬砌跟进距离掌子面18m左右处；施工过程加强围岩量测及初期支护观察等安全工作，若当围岩变形速率v≥20mm/d时，应停止一切施工作业，将人员撤离作业面，仪器置于安全位置进行连续监测（见图7-2-1）。
图7-2-1 隧道初期支护加固示意图
7.3 初期支护变形处理完成后恢复掘进的条件
当围岩变形速率v＜3mm/d，且按2次/d的频率连续监测3次以上，其加速率a＜0mm/d2。
8 监控量测
8.1 原则
“围岩量测”是在初期支护上布点，通过对初期支护位移的监测来确定围岩的位移的。
由初期支护设计原则“支护与围岩粘结紧密，二者共同受力”可知，这种“间接”的对围岩位移进行监测是合理的，但由此也更加明确“支护与围岩粘结紧密”的重要性。
监控量测应达到下列目的：
1 确保施工安全及结构的长期稳定性；
2 验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性或为调整支护参数和施工方法提供依据；
3 确定二次衬砌施作时间； 4 监控工程对周围环境的影响；
5 积累量测数据，为信息化设计与施工提供依据。
（引用《铁路隧道监控量测技术规程》（TB1021-2007）之4.1.1条） 项目部结合项目自身技术装备，编制实施细则，内容包括： 1 监控量测项目； 2 人员组织及权力、职责； 3 元器件及设备；
4 监控量测断面间距、测点布置、监控量测频率； 5 监控量测管理基准； 6 数据记录格式及处理方式； 7 信息反馈机制。
监控量测实施细则，是施工组织设计的重要组成，其应具备法律效力；人员组织，除了负责数据量测的人员之外，尚应包括负责隧道现场施工管理的各级管理人员；结合项目管理特点及围岩量测管理基准，制定严密、有效的信息反馈机制。
初期支护预留变形量
初期支护预留变形量按照隧道开挖宽度的0.2%～2%来确定。
软岩对隧道荷载的认识是以“围岩松动圈理论”为基础的，隧道主要荷载不是弹塑性荷载，而是以围岩碎胀力及松动圈自重为主；又因为软岩都具有明显的蠕变特性，所
以其支护变形量与隧道施工初期支护型式及工艺、隧道施工进度、隧道埋深、地下水、地质特性等有很大关系。从安全和经济的角度看，预留变形量越小越好（任何一种隧道理论都认为隧道的荷载与隧道开挖宽度成正比）。但是，对于某些特殊地质，如土洞等，如果要控制其变形 ，将消耗很大成本，而这种变形以整体下沉的型式为主，对支护的破坏很小，所以，可以有较大的预留变形量。但是，权衡各方面利弊，宜以隧道开挖宽度的2%为上限，不宜一味加大预留变形量。
8.2 监测项目
1、洞内、外观察
洞内观察主要分为开挖工作面观察和已施工地段观察两部分，其中开挖工作面主要观察围岩吊块规模、频率，节理、裂隙发展变化以及喷射混凝土开裂情况；而已施工地段的观察因特别注意纵向裂缝和斜交裂缝，特别是距离掌子面3倍隧道开挖宽度处的观察。除了眼观之外，应配合仪器测量，裂缝只有发展状态的才是不安全的；
距离掌子面3倍隧道开挖宽度处的斜交裂缝及初期支护混凝土吊块是特别危险的，这一般是“关门”塌方的先兆。
2、拱顶下沉
拱顶下沉量由两部分组成：一是拱部支护整体下沉，二是拱部局部变形下沉，要区分两种数据，须结合拱脚的量测结果；
3、净空变化
对净空变化的量测，传统只测水平位移，这主要受到接触式量测仪器的限制，不能全面、真实地反映实际围岩变化，全站仪测量具备测量水平以及竖向位移的条件，结合拱顶下称，可区分局部变形和整体下沉两种情况；
4、地表沉降
地表下沉监测项目在浅埋地段以及由于隧道施工造成地下水位变化而可能引发的地面建筑物沉降地段开展，在山岭，若地面没有建筑物，则以洞内监测为主。
5、地面建筑物的检测
当隧道浅埋、地面有建筑物时，必须对建筑物的基础沉降、倾斜、外观裂缝等项目进行检测。
隧道下穿公路、铁路、重要建（构）筑物时，应建立远程自动化监控量测系统，自动采集检测信息，实现实时检测、自动报警。
由于普通的监测具有间断性的特点，而隧道及其引发建筑物的变形同时具有连续和突然两种情形，这是普通检测无法适应的，故采取远程连续监控可有效满足监控需求。
6、地下水的检测
当隧道浅埋时，对地下水位进行检测，确定其对周边建筑物的影响；当隧道深埋且地下水对隧道施工有影响时，应对地下水水量、水压、水质及与降雨的关系等进行检测，以确定地下水的来源和特性，为处理地下水提供基础数据。
8.3 监控量测断面及测点布置原则
1、浅埋隧道地表沉降测点布置
浅埋隧道地表沉降测点应在隧道开挖前布设。地表沉降测点和隧道内测点应布置在同一断面里程。一般条件下，地表沉降测点纵向间距为2～10倍钢架间距。
地表沉降测点横向间距为2～5m。在隧道中线附近（隧道1倍开挖宽度）测点按照2.0m间距布置，隧道中线两侧量测范围不应小于H0+B，地表有控制性建（构）筑物时，量测范围应适当加宽。其测点布置如图8-3-1所示。
量测范围≥2(H0+B)
2m
2～5m
基准点
H0
45°0'0"
隧道中线
"0B
图8-3-1 地表沉降横向测点布置示意图
2、拱顶下沉测点和净空变化测点应布置在同一断面上。测点位置距离台阶高约1.0m（见图8-3-2）。
Z
1m
Z
XX
Z
1m
Z
X
1m
X
隧道中线
X
Z
X
图8-3-2 拱顶下沉及净空变化量测测点布置示意图
说明：
1、对围岩、支护变形进行绝对位移监测；
2、“＋”位移表示向隧道断面增大方向位移，“－”位移表示向隧道断面减小方向位移。 不同断面的测点应布置在相同部位，测点应尽量对称布置，以便数据的互相验证。
对局部危险部位，如初期支护开裂、剥落部位、突然渗水部位以及较大的超挖回填部位应布点监测。
量测断面间距：为钢架间距的1～4倍。
8.4 监控量测频率
监控量测频率因根据初期支护闭合之前、闭合之后以及位移速度来决定。初期支护闭合之前：2～3次/d，且宜选择开挖之前1小时和支护之后1小时监测，以便监测开挖对支护、围岩的影响；初期支护闭合之后及二次衬砌之前：1～2次/d。按照位移速度确定的监控量测频率见表8-4-1。以上两种标准取较高频率值。
按位移速度确定的监控量测频率 表8-4-1
雨等应增加监测频率。
采用全站仪监测，尤其在变形处理地段只有用全站仪监测方有效，而目前的全站仪测量精度为0.5～1.0mm，这其中测站建立引起的误差最大，所以当监测频率较大时，采取全站仪不移动“连续”监测的方法，以消除建站误差影响。
8.5 位移、沉降控制及管理
位移控制基准应根据测点距离章子面的距离，由初期支护预留变形量按表8-5-1要求比值确定。
位移控制基准 表8-5-1
注：B为隧道开挖宽度，U0为预留变形量值。
位移控制的意义主要是确保二次衬砌的设计厚度，对围岩稳定的判断起参考作用。 根据位移控制基准及应对措施，可按表8-5-2分为三个管理等级。
位移管理等级 表8-5-2
注：U为实测位移值。
其相应的应对措施见表8-5-3。
位移管理应对措施 表8-5-3
要求分别确定，取最小值。
按照“三台阶六部开挖”建立位移控制标准
按照“三台阶六部开挖”建立位移控制标准 表8-5-4
注： U0为预留变形量值。
当位移超过控制标准的1/3时，参照8-5-3条采取相应施工措施。
8.6 围岩稳定判别及管理
隧道稳定性可结合现场观察和位移发展变化规律,依据下述项目作出判别：
1、隧道开挖工作面状态及支护状态观察结果；
2、位移速度；
3、位移速度的变化率。
（引用《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）及局部修订（铁建设［2008］147号、铁建设［2009］62号）之附录F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 之F.0.4）
围岩监控量测安全管理基准按照表8-6-1执行。
围岩监控量测安全管理基准 表8-6-1
1、局部石块坍塌或层状劈裂、喷混凝土层的大量开裂；
2、累计位移量已达到极限位移的2/3，且仍未发现隧道周边位移速度有明显减缓的趋势；
3、每日的位移量大于极限位移的10%；
4、洞室变形的异常加速，即在无施工干扰时的变形速率加大。
（引用《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）及局部修订（铁建设［2008］147号、铁建设［2009］62号）之附录F 隧道初期支护极限相对位移和稳定性判别方法 之F.0.7）
务必注意：一定先加固初期支护，后施作二次衬砌，施作二次衬砌的原则必须在围岩变形速度＜3mm/d，且连续监测3次以上以及监测一天以上，确保初期支护安全方可进行二次衬砌。
8.7 监控量测方法
1、测量仪器：全站仪，测试精度0.5～1.0mm。
测点布置方法：测点以Φ22钢筋制作，长约5.0cm，一端按45°角斜切作为测点基面，钢筋焊接于钢架上，测点基面应与测量视线正交，测点基面上粘贴膜片式回复反射器作为靶标。
2、初测的要求：
（1）距离作业面不大于1.0m；
（2）喷射混凝土完成1小时以内；
（3）在下一循环开始之前完成。
3、量测要点
（1）测站设置尽量靠近测点，以增大视线之间的夹角，减小测量误差；宜正、反镜各测2测回以上取平均值。
（2）后视基点的距离必须大于前视距离。
（3）不得将前后几次观测值取平均值作为量测结果。
（4）地面沉降观测如有硬质路面，则必须将测点布置在路面以下。
8.8 监控量测记录及数据分析
1、监控量测记录表
监控量测记录表按照全站仪测量数据方式，能反映位移速度、加速度、累计位移以及二次衬砌的厚度（见图8-8-1、图8-8-2），其中侧面净空变化按照X和Z（即水平、竖向）两个方向分别监测。
记录表以EXCEL表制作，可以自动计算、自动报警。
记录要点：本记录表除了记录围岩变形的相关数据之外，尚应记录该断面的开挖时间、距离开挖面的距离、工况以及初期支护外观，以便于数据分析。
2、数据分析：由于当今的仪器精度尚不够理想，偶然误差较大；此外，围岩变形有连续和突然两种可能，其中只有连续变形是危险的。综合以上两个因素，采取连续监测3次以上，间隔时间一般为2小时，即可对数据的性质作出肯定的判断。
为了消除量测误差，可采取单点按时间的数据拟合以及同部位多点同一时间按距离的数据拟合方式。
数据分析应综合同一断面其它点、相邻断面其它点、工况、初期支护外观四个方面。 日常数据分析，只看3次变形速度，即可对围岩稳定性作出判断；若对某测点的整体变形规律进行分析时，可以采用插入散点图的办法。
3、意见签署要点：测量工程是主要是对数据的真实性可可靠性负责，所以应签署与此相关的意见，如现场环境对数据的影响等；隧道工程师重点签署现场进行了哪些工序、工艺；施工负责人重点就施工组织方面签署意见；安质部重点是安全标准的意见；项目总工综合各方意见，对围岩稳定作出判断以及下一施工的意见。最后上报监理工程师批复。
对围岩变形进行监测有两个主要目标：一是判断围岩稳定性，确保施工安全；二是监控净空变化，确保二次衬砌满足设计要求。所以，有两个管理基准，即有时虽然围岩变形稳定，但隧道净空有难以满足二次衬砌厚度的风险，也一样采取加强措施。
图8-8-1 隧道拱顶下沉量测记录表
图8-8-2 隧道净空位移测记录
剧仲林
2013年7月4日星期四
西安