从安全技术管理谈大断面隧道的设计与施工中的关键问题

1、2021-4-231 一、一、背景背景 1、世界范围内，铁路建设的重新定位，一些长大隧道，不断涌现。铁路隧道 例如欧洲共同体，启动了新一轮的高速铁路建设计划，其中在穿越阿尔匹斯山区 的线路上出现了几座特长铁路隧道（图1）。 2021-4-232 穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧 道道 2021-4-233 2021-4-234 2、我国客运专线的启动，引发新一轮铁路隧道的建设。 例如我国铁路开始的新一轮铁路建设，在总长12500km的铁路线上，隧道总延长 约2500km，而目前开始修建的客运专线就有近700km的单、双线铁路隧道，长度超 过10km以上的，有10多座，其

2、中最长的太行山隧道，长度达27.8km，目前已经开始 修建。 我国长度超过10km的铁路隧道列于表1。 2021-4-235 表表1 中国特长铁路隧道表中国特长铁路隧道表 序号隧道名称长度（m）线别建设时期 1太行山隧道27892石太客专在建 2乌鞘岭隧道20050兰武线2006 3秦岭线隧道18456西康20005 4秦岭线隧道18456西康200312 5大瑶山隧道14294衡广复线198712 6野三关隧道13845宜万线在建 7北天山隧道13573精河霍尔果斯在建 8吕梁山隧道13365太原中卫规划 9大别山隧道13251武汉合肥规划 10霞浦隧道13124温州福州线规划 11长梁山隧

3、道12782朔黄20003 12东秦岭隧道12268西合线20033 13堡镇隧道11588宜万线在建 14南梁隧道11451石太客专在建 15通海隧道11115玉溪蒙自铁路规划 16圆梁山隧道11068 渝怀200412 17金寨隧道10682武汉合肥规划 18大巴山隧道10655襄渝线规划 19齐岳山隧道10469宜万线在建 20大瑶山一号10080武广客专在建 2021-4-236 根据统计，截止2004年底的统计数据，各国已经建成通车的、正在修建的和规 划中的长度超过10km以上的公路隧道及铁路隧道，共有117座，其中中国拥有22座 。约占20。 2021-4-237 NO隧道名称长度

4、（km）所在地开通时间 1Gotthard Base57.1瑞士施工中 2Basis Bernner55.0澳大利亚意大利规划中 3 青函53.9北海道青森1988 4Basis MondAmbin52.1法国意大利施工中 5Channel（Euro）50.5法国英国1994 6Lotchberg Base34.6瑞士施工中 7Koralm32.8澳大利亚规划中 8Guadarrma28.4西班牙施工中 9太行山27.9中国规划中 10八甲田26.5日本施工中 11岩手一户25.8日本2002 12Pajares Base24.7西班牙规划中 13Lainzer Wienerwald23.9澳

5、大利亚规划中 14饭山22.2日本施工中 15大清水22.2日本1982 16乌鞘岭20.1中国施工中 17Belledonne20.0法国规划中 18La Grande Chartreuse20.0法国规划中 19Lianoklade Domokos20.0希腊规划中 20Simplon（No2）19.8瑞士意大利1922 21Simplon（No1）19.8瑞士意大利1906 22Zimmerberg Basis19.7瑞士施工中 23Semmering Basis19.2澳大利亚竣工 24Vereina19.1瑞士1999 25Channel Tunnel Link19.0英国施工中 2

6、6新关门18.7日本1975 27Vaglia18.6意大利施工中 28Apennino18.5意大利1934 29秦岭18.5中国2003 30Valico16.6意大利 31六甲16.3日本1972 32Purka Base15.4瑞士1982 33榛名15.4日本1982 2021-4-238 34Severomuyskiy15.3俄罗斯2001 35五里峰15.2日本1997 36Firenzuola15.1意大利施工中 37Monte Santaomarco15.0意大利1987 38St Gotthard15.0瑞士1882 39Ceneri Basis15.0瑞士施工中 40Ci

7、v 415.0澳大利亚规划中 41Cveneri Basis15.0 瑞士规划中 42中山14.9日本1982 43Lotchberg14.6瑞士1913 44Mout McDonaid14.6加拿大1988 45Romeriksporten14.6挪威1999 46Cikarija14.3克罗地亚规划中 47大瑶山14.3中国1987 48Taiwan HSR project14.0中国台湾施工中 49北陆13.9日本1962 50野三关13.8中国施工中 51北天山13.6中国施工中 52Frejus13.5法国意大利1871 53 新清水13.5日本1967 54Savio13.5芬兰规

8、划中 55吕梁山13.4中国规划中 56Hex River13.4南非 57大别山13.3中国规划中 58Bosporus13.3土耳其规划中 59Caponero Capoverde 13.3意大利2001 60Sciliar13.2意大利1993 61霞浦13.1中国规划中 62安芸13.0日本1975 63Peloritana12.8意大利2001 64长梁山12.8中国2002 65Inntal12.7澳大利亚1994 66New Cascade12.5美国1929 67Lainzer12.3澳大利亚施工中 68东秦岭12.3中国2003 2021-4-239 69Novo Kunsn

9、etzkij12.2俄罗斯1957 70Bussoleno bypass12.1意大利规划中 71Jammu Udhapur12.0印度规划中 72Epine 12.0法国规划中 73筑紫11.9日本施工中 74北九州11.7日本1975 75福岛11.7日本1982 76Wienerwald11.6澳大利亚施工中 77堡镇11.6中国施工中 78Radfeid Wiesing11.4澳大利亚施工中 79颈城11.4日本1969 80Flathead11.3美国1970 81南梁11.2中国规划中 82盐泽11.2日本1982 83藏王11.2日本1982 84通海11.1中国规划中 85Mo

10、nterotond11.1意大利施工中 86圆梁山11.1中国2005 87San Donand11.0意大利1986 88Paris CDG10.8法国规划中 89Landruckenn10.8德国1988 90金寨10.7中国规划中 91大巴山10.7中国规划中 92Lierasen10.7挪威1973 93Pianoro10.7意大利施工中 94Finse10.6挪威1993 95Stans Terfens10.6澳大利亚施工中 96Mundener10.6德国1991 97齐岳山10.5中国施工中 98Raticosa10.4意大利施工中 99生田10.4日本1976 100赤仓10.

11、3日本1997 101New Kuanying10.3中国台湾规划中 102Ariberg10.2澳大利亚1884 103Santa Lucia Basis10.2意大利1977 104大瑶山1号10.1中国规划中 2021-4-2310 10km以上的公路隧道 NO隧道名称长度所在地开通 1Laerdal24.5挪威2000 2终南山18.0中国施工中 3St Gotthard16.9瑞士1980 4Ariberg14.0澳大利亚1978 5雪山12.9中国台湾施工中 6Frejus12.9法国意大利1980 7Mont Branc11.6法国意大利1965 8Gudvanga11.4挪威1

12、991 9Folgefonn11.2挪威1991 10关越（上）11.1日本1991 11飞弹10.7日本施工中 12Gran Sasso10.2意大利1984 13Le tunnel Est10.1法国施工中 注：隧道长度，按4舍5入计，取小数点后1位。 本表的中国数据到2005年4月，其它国家到2003年7月。 2021-4-2311 因此，在隧道工程领域中，我们不仅是一个名副其实的“隧道隧道”大国大国，而且正 在向“隧道隧道”强国强国迈进。 2021-4-2312 3、这些铁路隧道都是以高速为基础修建的、这些铁路隧道都是以高速为基础修建的,因此，净空因此，净空 断面积增加较多，特别是开挖

13、断面积增大了，给设计施断面积增加较多，特别是开挖断面积增大了，给设计施 工带来新的问题。工带来新的问题。 国家线别线路长度（km） 设计最高速度 （km/h） 营业最高速度 （km/h） 隧道数量双线标准断面 积（m2） 日本东海道51521027069/13%63.5 山阳563250300268/47%63.5 东北593260275184/63.4 上越275260275107/39%63.5 北陆11726026063/54%63.5 九州12826026085/69%63.5 法国南东410300300 大西洋28435030016/6%71 北欧333350300100 地中海25

14、0350300（320）13/5%100 德国ICE9930028030/3082 哈诺法327300330120/37%82 法兰克22%92 意大利罗马23730025071/30% 西班牙马德里47130030016/3%75 英国CTRL10930030026/24% 韩国KTX412350300189/46%107 中国台湾台北34535030065/19%90 合计62421339 2021-4-2313 这些长隧道的修建，无疑地是一个新的机遇和挑战，我们应该利用这个机遇， 将我国的隧道设计、施工及维修管理的技术提高到一个新的水平。 应该指出，我国近400

15、0km的铁路隧道和近1000km的公路隧道，以及水工隧道、 部分地下铁道，基本上是采用矿山法修筑的，因此，这次发言也把重点放在客运专 线的隧道工程，以矿山法修建隧道的技术现状和发展矿山法修建隧道的技术现状和发展上。 2021-4-2314 二、客运专线的隧道特点二、客运专线的隧道特点 2021-4-2315 为了迎接市场竞争的挑战，近期，铁道部启动了以250km/h、300km/h和 350km/h速度为目标的客运专线的建设工程，我国的铁路建设又进入了一个新阶段。 由于速度的跨越，对构成线路的各种结构物，包括桥梁、隧道、轨道、路基等，提 出了更加严格的要求和标准，也提出来许多前所未有的新课题。

16、 目前，正在建设的和拟建的几条客运专线都有大量的隧道工程涌现。在客运专 线条件下，如何针对隧道观察的特点、认识和解决所面临的新问题，是一个值得研 究的问题。 2021-4-2316 首先，如何认识客运专线中隧道工程与一般线路中隧道工程有何不同。 2021-4-2317 一、列车运行的高速度，引起的列车空气动力学问题突出空气动力学问题突出，不容忽视； 这包括： 隧道净空有效断面积的确定舒适性； 列车运行产生的空气压对结构物的影响耐久性； 对周边环境的影响缓冲结构的设置。三个方面的问题。 2021-4-2318 二、考虑列车高速运营的特点，隧道的净空有效断面积增大，例如在 350km/h速度的条件

17、下,级围岩隧道的开挖断面积可达170m2，属于属于 超大断面隧道的范畴，与三车道公路隧道的开挖断面积相当，给设计、超大断面隧道的范畴，与三车道公路隧道的开挖断面积相当，给设计、 施工提出来许多新课题；施工提出来许多新课题； 2021-4-2319 三、由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加，特别是对一般地质条件下的初初 期支护技术期支护技术和不良地质条件下的超前支护技术超前支护技术，提出来很高的要求； 2021-4-2320 四、列车高速运行的作用，对洞内轨道（包括基底结构，如仰拱或铺底、混凝土填 充层等）的影响增大，不仅需要加强基底结构，需要加强基底结构，对衬砌结构也具有一定的影响， 不容

18、忽视。 2021-4-2321 五、对衬砌混凝土的耐久性，如抵抗列车风压的疲劳特性疲劳特性；如何保证初期支护的喷喷 混凝土的耐久性混凝土的耐久性?，以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等，都提出来了明确的要 求； 2021-4-2322 六、由于这一轮隧道工程的数量特别巨大，因此，降低工程造价，意义也特别重大。 2021-4-2323 总之，目前要解决的问题是：高速运营条件下的超高速运营条件下的超 大断面隧道的设计施工问题大断面隧道的设计施工问题。 因此、客运专线的隧道工程，将是提高我国隧道设计施工技术的重要机遇。 我们应该下大力气，切实地做出具有时代下大力气，切实地做出具有时代 意义的贡献意义的贡

19、献。 2021-4-2324 何谓大断面？何谓大断面？ 目前我国大断面（三车道）公路隧道已开始修建，如联络重庆市的几条高 速公路也从一开始就决定采用3车道的大断面隧道，如铁山隧道，大梅沙隧道、 大宝山隧道等都是三车道大断面的。由于3车道公路隧道的断面积比双车道大 得多,例如，第二东名公路初期建设的三车道隧道的断面积为113170m2 比 一般双车道的85m2 大1.52.0倍。目前为适应140km/h高速度的要求而规划 的3车道公路隧道，其断面积达170m2200m2，局部断面达230m2的超大断 面，开挖宽度达23m。较初期三车道隧道断面又增加了1.31.5倍。英法海峡 隧道分叉处断面的开挖

20、宽度达21.2m，开挖高度达15.4m，开挖断面积为 252.2m2。又如，日本的第二布引隧道，在分叉段是从2车道（净空断面积 59m2）变化到34车道的断面（最大开挖宽度24m、开挖断面积240m2）。 2021-4-2325 大断面隧道的分类 隧道断面划分和开挖断面积 （日本） 划分开挖断面积(m2)说明 标准断面 大断面 超大断面 7080 100120 140 双车道 有人行道的双车道 车道与路面宽相同的三 道 2021-4-2326 日本公路隧道断面划分的基准（日本公路隧道断面划分的基准（2003年）年） 通常断面大断面小断面 净空宽度（m） 8.512.512.514.03.05.

21、0 净空形状上部断面为单 心园 上半断面为三 心园 上半断面为单 心园，侧壁为 直墙 净空纵横比约0.6以上约0.57以上约0.8以上 净空断面积 （m2） 约4080约80100约816 2021-4-2327 国际隧协的断面划分 划 分净空断面积(m2) 超小断面 小断面 中等断面 大断面 超大断面 100.0 2021-4-2328 2021-4-2329 大断面意味着什么？ 在同样围岩条件下，随着开挖断面积的增加，意味着： 1、掌子面的稳定性的降低； 2、施工难度、特别是施工安全管理的难度增大； 3、施工风险的发生概率加大； 4、结构物质量要求的提高。 2021-4-2330 大断面隧

22、道施工的基本问题 安全：安全为主线，技术和管理为后盾，实现安全生产 技术：以技术确保掌子面稳定和施工质量 管理：以风险观点实现精细的工程管理 2021-4-2331 结合具体情况，主要谈三个问题： 1、初期支护； 2、初期支护的喷混凝土； 3、隧道防水板的铺设工艺。 2021-4-2332 一、掌子面稳定性一、掌子面稳定性 在大断面条件下，如何控制掌子面的稳定性，减少 和预防掌子面出现坍塌的风险，是极为重要的。特别 是在通过各种不良地质地段时。 从风险的角度看，掌子面失稳有多种方式： 掌子面挤出； 掌子面拱部坍塌； 上半断面拱脚下沉； 底部鼓起等。 从技术角度出发，预防和减少上述风险发生的主

23、要方法也是多种多样的。 超前支护； 扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管； 正面喷射混凝土和锚杆； 底脚锚杆或锚管等。 2021-4-2333 例如意大利在修建高速铁路隧道中，曾采用以下 稳定掌子面的方法。 这些方法都是为了确保掌子面稳定，减少施工风 险而形成的。 2021-4-2334 2021-4-2335 2021-4-2336 超前支护超前支护 工程实践证实，在地质不良的地段，发展各种稳定掌子面的辅助工法并使之模式 化是极为重要的。日本、意大利在这方面都做了极有成效的工作。 定义：以稳定掌子面和地层下沉为目的的拱形薄壳结构体。即：不仅沿隧道纵向具有 梁结构的作用，在横断方向还具有拱形结构支护效

24、果的支护。 适用范围： 1、需要提高掌子面稳定性的土砂围岩； 2、以控制地表下沉和相邻结构物的影响为主要目的的场合；如浅埋地点、接近 重要结构物施工的场合等 2021-4-2337 模式化的超前支护模式化的超前支护 日本在新版“城市矿山法隧道技术标准”（2004年）中，把超前支护类型、 参数及适用条件做了具体的规定。 2021-4-2338 超前支护由于构筑方法的不同，有的是以横向刚性大的拱形构造为主，有的 是以纵向连续性强的梁构造为主，也有具有两者功能的。其分类列于下表。 超前支护方法分类 超前支护的分类预计的功能 混凝土拱壳方式隧道横向刚性大（拱结构） 水平喷射注浆方式 隧道纵向刚性大（梁

25、结构） 长钢管注浆方式 2021-4-2339 预衬砌预衬砌 其标准参数如下。 超前支护厚度： 设置范围：（） 设置角度：（） 纵断方向钻孔长度：. 纵断方向充填长度：. 搭接长度：. 超前残余长度：.（.） 2021-4-2340 水平喷射注浆方式水平喷射注浆方式 其标准断面如下： 喷射改良体直径： 设置范围：（） 设置角度：（） 纵断方向钻孔长度：.（） 纵断方向改良长度： 搭接长度：. 超前残余长度：.（.） 设置间距：（） 2021-4-2341 长钢管注浆方式长钢管注浆方式 标准断面如下： 钢管直径： 设置范围：（） 设置角度：（） 纵断方向钻孔长度：.（） 纵断方向注浆长度：（m）

26、 搭接长度：. 超前残余长度：.（.） 设置间距：（） 2021-4-2342 除预衬砌方式外，其它两种方式，我们也是经常采用的。也取得不少的经 验，因此，当务之急是如何提高超前支护技术的水平，一个重要措施就是首先 要建立模式化的、标准的超前支护工法体系，在此基础上，根据我们的实践确 立各种超前支护的类型、设计参数及使用机械的配套。 2021-4-2343 预衬砌工法的机械预衬砌工法的机械 预衬砌工法采 用的机械，有2 大类： 1、排钻。示于 下图。用其钻 设槽形孔，中 央的钻用于压 注砂浆或混凝 土，形成拱形 混凝土壳体。 2021-4-2344 n2、装备有切槽钻头的专用机械，用于钻孔，同

27、 时充填混凝土。其机械概况示于下图。 2021-4-2345 脚部的施工机械之一 2021-4-2346 脚部施工机械之二 2021-4-2347 二、二、支护结构支护结构 在大断面的条件下，隧道支护结构需要加强。 加强的途径有二。其一是改变过去采用的支护结 构参数，如增加喷混凝土厚度，加密钢支撑间距等； 这是我们目前采用的主要方法。另一个方法就是改变 材料的规格，例如高强度喷混凝土、高承载力锚杆等。 第1种方法的后果，就是：加大了开挖断面积，这 也是在同样净空断面积的条件下，我们的开挖断面积 比较大的原因之一。 第2种方法，是其他国家采用的主要方法。结果不 仅提高了支护结构的效果，也缩短了作

28、业的时间。 2021-4-2348 支护结构的构成支护结构的构成 隧道的支护结构包括： 初期支护；喷混凝土喷混凝土、锚杆、钢支撑或格栅 超前支护； 二次衬砌包括仰拱及底板； 临时支护：需要拆除的支护构件，如中隔壁等。 2021-4-2349 喷混凝土的几个关键性的性能指标喷混凝土的几个关键性的性能指标 1、设计基准强度 2、初期强度： 3、附着强度； 4、附着配比； 5、回弹率； 6、粉尘量。 2021-4-2350 1、设计基准强度、设计基准强度 喷混凝土不仅是初期支护的一个重要构件，也是永久支护的一个重要组成部 分。因此在许多国家都规定喷混凝土的设计基准强度，采用与衬砌混凝土同等的 强度。

29、不仅如此，考虑到材料、配比或者施工机械的技术进展，喷混凝土稳定的 高强度已经成为可能，因此喷混凝土的设计基准强度有向高强度方向发展的趋势。 例如，日本第二东名名神高速公路，在大断面隧道大断面隧道中，采用材龄28天的抗压强 度36N/mm2作为设计基准强度。也有的国家规定在不良地质条件下采用高强度喷 混凝土的建议。 2021-4-2351 在一般地质条件下的隧道，喷混凝土设计基准强度采用与衬砌混凝土强度相当的 建议是可行的。另外应该指出，在欧洲一些国家的喷混凝土规定中，很少有采用小于 C25等级的喷混凝土。 在不良地质条件下的隧道，应该提高喷混凝土的强度等级，采用高强度混凝土也 是合适的。 20

30、21-4-2352 喷混凝土抗压强度划分喷混凝土抗压强度划分 EFNARC的标准 强度划分C24/30C28/35C32/40C36/45C40/50C44/55C48/60 圆柱体试件24283236404448 立方体试件30354045505580 2021-4-2353 挪威的标准挪威的标准 喷混凝土抗压强度划分喷混凝土抗压强度划分 抗压强度 (MPa) C30C35C40C45C50C55 立方体试件的最小 抗压强度 303540455055 取样试件的最小抗 压强度 19.2 22.4 25.6 28.8 32.0 35.2 2021-4-2354 2、初期强度、初期强度 一般说，

31、喷混凝土是最先施设的，都希望它尽快地发挥作用，这是我们要求喷 混凝土具有一定初期强度的目的。 设定喷混凝土初期强度的场合，应考虑隧道开挖条件及随掌子面进展产生的围 岩动态，以充分确保掌子面及其附近围岩的稳定，取24小时以内的强度为标准。 初期强度，应根据围岩条件和施工条件，可以取24小时以外的强度为标准，有 的国家就是以3小时的强度作为基准的。 2021-4-2355 初期强度的设定值与设计基准强度一样，因隧道功能、断面形状等构造条件、 荷载条件及设计方法等而异。下表是日本各单位的初期强度设定事例。 2021-4-2356 日本 喷混凝土初期强度设定事例 单位类别材龄3小时抗压 强度（N/mm

32、2） 材龄24小时抗压 强度（N/mm2） 道路协会喷混凝土5 铁道建设运输 设施 高品质喷混凝土1.58 道路公团喷混凝土5 高强度喷混凝土210 高强度纤维喷混 凝土 210 2021-4-2357 欧洲，根据掌子面的进展，考虑确保掌子面及其附近的围岩稳定的重要性，要 求喷混凝土具有图示的初期强度。 2021-4-2358 J1 ：（AB）：适用于干燥围岩、薄层施工的场合 J2： (BC)：适用于厚层施工和有涌水，受到后续作业直接作用的场合 J3： (C以上)：只适用于特殊条件的场合（例如，大量涌水的场合） 2021-4-2359 3、附着强度、附着强度 喷混凝土与围岩及其它物体的附着，是

33、发挥喷混凝土支护作用的关键指标。 许多国家都有明确的规定。 2021-4-2360 喷凝土的欧洲标准（EFNARC)G规定的附着强度如 下表所示，通过附着试验核查。 附着强度最小值（MPa) 附着的划分与混凝土的附着与岩体的附着 非结构物0.50.1 结构物1.00.5 挪威规定附着强度在0.21.8MPa之间。 2021-4-2361 附着强度测定事例附着强度测定事例 岩类等矿物粒子大小附着强度 粗糙面破坏面 片岩粘土矿物、绿泥 石 非常细0.240.180.280.11 云母片岩石英、长石、云 母 中位0.580.190.850.35 片麻岩（叶状构 造） 石英、斜长石、 云母、角闪石 中

34、位0.190.050.510.11 片麻岩（叶状构 造） 石英、斜长石、 云母、角闪石 中位1.53 0.281.8 砂岩（裂隙多）石英、长石细（1.1）破坏面（1.1）破坏面 砂岩石英、长石细1.81.8 泥灰岩方解石、粘土矿 物 细1.491.84 石灰岩方解石细1.580.121.540.30 大理岩方解石中位1.380.301.520.28 花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、 黑云母 粗0.340.121.120.20 花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、 黑云母 中位1.040.321.400.26 花岗岩、闪绿岩石英、斜长石。 黑云母 细中位1.480.451.710.14 辉绿岩斜长石、辉石细

35、中位1.560.251.7 木版1.71.7 喷混凝土表面1.71.7 2021-4-2362 4、附着配比、附着配比 对工程来说，喷混凝土的附着配比是最有意义的。 附着配比指的是：喷混凝土喷射后附着在围岩上的配比。它与喷射配比、 喷射工艺以及喷射工的技术熟练程度有直接的关系，不容忽视。下表是欧洲 的一个标准。 喷射后喷混凝土强 度（附着配比） C30C35C40C45C50C55 喷射前喷混凝土强 度（喷射配比） C38C43C48C54C60C65 2021-4-2363 5、回弹率及粉尘浓度、回弹率及粉尘浓度 回弹意味着粗骨料的损失，而粉尘则意味着微细颗粒的损失。这两者对附着的喷 混凝土

36、质量，具有重要的影响。 因此，喷射施工中，如何控制回弹和减少粉尘的发生是很重要的课题。也是确保 喷混凝土质量的重要课题。 在质量控制中，有的国家规定：回弹不能大于20，粉尘浓度不能大于 5mg/m3，否则，就是不合格。 2021-4-2364 6、喷射机械、喷射机械 喷射机械的性能和能力是减少喷混凝土质量离散性的重要保证。特别是，在大断 面隧道中，一次喷射混凝土的数量有所增加，同时为了缩短喷射时间，采用大容量， 高性能的喷射机械，已是大势所趋。因此许多国家都规定了喷射机的要求性能。如 单位时间的喷射量等。有的更明确规定，喷射机的生产效率应在10m3/h以上。许 多施工单位也都认识到这一点，开始

37、采用大容量的喷射机，是非常英明的决策。 2021-4-2365 大断面隧道如果仍然采用一般隧道的支护结构，必然会加大开挖断面积、从而延长 工期和增加成本。为了解决这个问题，日本从修建第2东名高速公路起，就开始研究对 策。研究和实践获得如下的成果。 2021-4-2366 日本第二东名高速公路隧道事日本第二东名高速公路隧道事 例例 净空断面积：约150m2 开挖断面积：最大200m2 采用高强喷混凝土：比采用普通喷混凝土的厚度，减少 30； 锚杆采用高强锚杆（设计承载力28kN)，锚杆数量减少 30； 采用高规格钢支撑（HH154）； 二次衬砌采用高强喷混凝土，设计厚度减少10cm 不设变形富余

38、量。 2021-4-2367 1、喷混凝土的高强度化 主要研究高强度喷混凝土和钢纤维喷混凝土。 高强度喷混凝土要求的强度列于下表。 种类 要求强度目标强度 3小时1天28天28天 高强度配比2以上10以上36以上50以上 一般强度配比 5以上18以上 2021-4-2368 高强度喷混凝土的标准配比列于下表 要求强度 （N/mm2） 塌落度 （cm） 粗骨料 最大尺 寸（mm） 单位水 泥用量 （kg） 单位速凝剂对水 泥的用量（） 见上表181045010 2021-4-2369 高强度钢纤维喷混凝土主要用于裂隙发育的围岩，标准的钢纤维混入率为体积 比的0.75。其标准配比列于下表。 要求强

39、度 （N/mm2） 28天弯 曲韧性 （cm） 塌落度 （cm） 粗骨料最 大尺寸 （mm） 单位水泥 用量（kg） 单位速凝 剂对水泥 用量（） 见表1如图所 示 181045010 2021-4-2370 2、高承载力锚杆 在清水进行了下表的试验施工。 喷混凝土钢支撑 厚度 （cm） 强度 （N/mm2） 规格间距 （m） 标准2018H2001.5 高强度 12.540、SFRC 长度（m） 横向间距 （m） 纵向间距 （m） 承载力 （kN） 标准6.01.21.5180 1组6.02.01.5310 2组4.0和6.01.01.5180和310 3组4.00.81.5180 2021

40、-4-2371 从试验施工结果看，第1组的施工循环、成本最理想。第3组最差。因此，把 第1组作为标准组合。 2021-4-2372 3、高规格钢支撑 采用了与过去钢材有相同延伸率的，抗拉强度590N/mm2、破断延伸率17以上的 高规格钢支撑。 屈服点 （N/mm2） 抗拉强度 （N/mm2） 破断延伸 率（） 拉伸试验 片 炭素当量 Ceg 高规格钢440 590 171A 0.47 一般规格钢 245400510 171A 2021-4-2373 与过去采用的钢支撑比，可以小型化，其比较列于下表 过去采用的高规格钢 NH-250 x250 x9x14HH-200 x201x9x12 NH-

41、200 x200 x8x12HH-154x151x8x12 NH-150 x150 x7x10HH-123x125x6.5 x8 2021-4-2374 4、二次衬砌 同样地，二次衬砌也采用高强度混凝土。根据试验，二次衬砌的混凝土 的强度等级从18N/mm2提高到30N/mm2。其结果是，采用18N/mm2时的衬 砌厚度在BD2级围岩中，为50cm，在D级围岩中为60cm，而采用 30N/mm2时相应的厚度分别为40cm和50cm。减少了10cm。 2021-4-2375 5、施工方法的研究 在总长度83km的隧道中，用台阶法修建了80的隧道。台阶法已经成为 修建大断面隧道的主流方法。另外一种

42、方法就是中央导坑超前开挖法。两种开 挖方法的示意图如下。 2021-4-2376 二、改善隧道防水技术，是当前要解二、改善隧道防水技术，是当前要解 决的关键问题之一决的关键问题之一 应该指出：对隧道工程来说，地下水的影响和处理是至关重要的。大家都有 体会，有水无水、水大水小、一般涌出和异常涌出，在设计施工上的处理是完全不 同的。此外，隧道运营期间，结构物耐久性的降低，在许多场合，都与地下水有关。 因此，切实地提高隧道的防水技术，是当务之急。 2021-4-2377 在隧道设计和施工中，一定要区分： 运营隧道结构的防水和排水； 施工中的止水和排水。 这是两个不同的概念。 防水是对结构物性能的基本

43、要求。不是主次的问题。 国内外的施工实践指出：设置防水板的隧道，都能够满足隧道结构物防水的基本要求。 关键在于防水板的铺设质量防水板的铺设质量。因此，在防水板铺设工艺上，都是采用机械铺设的方法。 此外也在试验确保隧道防水性能的新工艺。 2021-4-2378 防水板铺设工艺的改善防水板铺设工艺的改善 为了解决防水问题，一个最切实可行的方法，就是从改善防水板的铺设工艺着手。 目前我们采用的人工铺设方法，很难避免对防水板的损伤，而且工艺复杂、费时、 费力。最近，我们收集到日本的几个专利和日本“矿山法隧道防水指南”，说的 都是防水板机械铺设方法。这些铺设机械的构造并不复杂，那个工程局都有条件 制造。 2021-4-2379 山岭隧道的防水方法，一般是采用在喷混凝土和衬砌间设置防水板 的方法。但因喷混凝土的表面多数凹凸不平，铺设防水板时，为适应凹凸 表面要考虑有适当地富余。如果富余不足或过于富余，防水板会发生拉伸 或挠曲，其结果会妨碍混凝土的充填。为此。在山岭隧道衬砌施工中，强 烈要求开发不妨碍混凝土的充填，而且与喷混凝土密着的防水构造。 2021-4-2380 新的铺设方法