大断面隧道的设计与施工中的关键问题

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

西南交大xxx3/10/20231一、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）。3/10/20232穿越阿尔匹斯山几座特长铁路隧道3/10/202333/10/202342、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。3/10/20235表1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20063秦岭Ⅰ线隧道18456西康2000．54秦岭Ⅱ线隧道18456西康2003．125大瑶山隧道14294衡广复线1987．126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长梁山隧道12782朔黄2000．312东秦岭隧道12268西合线2003．313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2004．1217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3/10/20236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％。3/10/20237NO隧道名称长度（km）所在地开通时间1GotthardBase57.1瑞士施工中2BasisBernner55.0澳大利亚·意大利规划中3青函53.9北海道·青森19884BasisMondAmbin52.1法国·意大利施工中5Channel（Euro）50.5法国·英国19946LotchbergBase34.6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200212PajaresBase24.7西班牙规划中13LainzerWienerwald23.9澳大利亚规划中14饭山22.2日本施工中15大清水22.2日本198216乌鞘岭20.1中国施工中17Belledonne20.0法国规划中18LaGrandeChartreuse20.0法国规划中19LianokladeDomokos20.0希腊规划中20Simplon（No2）19.8瑞士·意大利192221Simplon（No1）19.8瑞士·意大利190622ZimmerbergBasis19.7瑞士施工中23SemmeringBasis19.2澳大利亚竣工24Vereina19.1瑞士199925ChannelTunnelLink19.0英国施工中26新关门18.7日本197527Vaglia18.6意大利施工中28Apennino18.5意大利193429秦岭Ⅰ－Ⅱ18.5中国200330Valico16.6意大利

31六甲16.3日本197232PurkaBase15.4瑞士198233榛名15.4日本19823/10/2023834Severomuyskiy15.3俄罗斯200135五里峰15.2日本199736Firenzuola15.1意大利施工中37MonteSantaomarco15.0意大利198738StGotthard15.0瑞士188239CeneriBasis15.0瑞士施工中40Civ415.0澳大利亚规划中41CveneriBasis15.0瑞士规划中42中山14.9日本198243Lotchberg14.6瑞士191344MoutMcDonaid14.6加拿大198845Romeriksporten14.6挪威199946Cikarija14.3克罗地亚规划中47大瑶山14.3中国198748TaiwanHSRproject14.0中国台湾施工中49北陆13.9日本196250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187153新清水13.5日本196754Savio13.5芬兰规划中55吕梁山13.4中国规划中56HexRiver13.4南非

57大别山13.3中国规划中58Bosporus13.3土耳其规划中59CaponeroCapoverde13.3意大利200160Sciliar13.2意大利199361霞浦13.1中国规划中62安芸13.0日本197563Peloritana12.8意大利200164长梁山12.8中国200265Inntal12.7澳大利亚199466NewCascade12.5美国192967Lainzer12.3澳大利亚施工中68东秦岭12.3中国20033/10/2023969NovoKunsnetzkij12.2俄罗斯195770Bussolenobypass12.1意大利规划中71JammuUdhapur12.0印度规划中72Epine－Ⅱ12.0法国规划中73筑紫11.9日本施工中74北九州11.7日本197575福岛11.7日本198276Wienerwald11.6澳大利亚施工中77堡镇11.6中国施工中78RadfeidWiesing11.4澳大利亚施工中79颈城11.4日本196980Flathead11.3美国197081南梁11.2中国规划中82盐泽11.2日本198283藏王11.2日本198284通海11.1中国规划中85Monterotond11.1意大利施工中86圆梁山11.1中国200587SanDonand11.0意大利198688ParisCDG10.8法国规划中89Landruckenn10.8德国198890金寨10.7中国规划中91大巴山10.7中国规划中92Lierasen10.7挪威197393Pianoro10.7意大利施工中94Finse10.6挪威199395StansTerfens10.6澳大利亚施工中96Mundener10.6德国199197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1976100赤仓10.3日本1997101NewKuanying10.3中国台湾规划中102Ariberg10.2澳大利亚1884103SantaLuciaBasis10.2意大利1977104大瑶山1号10.1中国规划中

3/10/20231010km以上的公路路隧道NO隧道名称长度所在地开通1Laerdal24.5挪威20002终南山18.0中国施工中3StGotthard16.9瑞士19804Ariberg14.0澳大利亚19785雪山12.9中国台湾施工中6Frejus12.9法国·意大利19807MontBranc11.6法国·意大利19658Gudvanga11.4挪威19919Folgefonn11.2挪威199110关越（上）11.1日本199111飞弹10.7日本施工中12GranSasso10.2意大利198413LetunnelEst10.1法国施工中注：隧道长长度，按4舍5入计，取小小数点后1位。本表的中国国数据到2005年年4月，其它国国家到2003年年7月。3/6/202311因此，在隧隧道工程领领域中，我我们不仅是是一个名副副其实的“隧道”大大国，而且正在在向“隧道”强强国迈进。3/6/2023123、这些铁路路隧道都是是以高速为为基础修建建的,因此，净空空断面积增增加较多，，特别是开开挖断面积积增大了，，给设计施施工带来新新的问题。。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333350300－100地中海250350300（320）13/5%100德国ICE9930028030/30％82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624213393/6/202313这些长隧道道的修建，，无疑地是是一个新的的机遇和挑挑战，我们们应该利用用这个机遇遇，将我国国的隧道设设计、施工工及维修管管理的技术术提高到一一个新的水水平。应该指出，，我国近4000km的铁路隧道道和近1000km的公路隧道道，以及水水工隧道、、部分地下下铁道，基基本上是采采用矿山法法修筑的，，因此，这这次发言也也把重点放放在客运专专线的隧道道工程，以以矿山法修建建隧道的技技术现状和和发展上。3/6/202314二、客运专专线的隧道道特点3/6/202315为了迎接市市场竞争的的挑战，近近期，铁道道部启动了了以250km/h、300km/h和350km/h速度为目标标的客运专专线的建设设工程，我我国的铁路路建设又进进入了一个个新阶段。。由于速度度的跨越，，对构成线线路的各种种结构物，，包括桥梁梁、隧道、、轨道、路路基等，提提出了更加加严格的要要求和标准准，也提出出来许多前前所未有的的新课题。。目前，正在在建设的和和拟建的几几条客运专专线都有大大量的隧道道工程涌现现。在客运运专线条件件下，如何何针对隧道道观察的特特点、认识识和解决所所面临的新新问题，是是一个值得得研究的问问题。3/6/202316首先，如何何认识客运运专线中隧隧道工程与与一般线路路中隧道工工程有何不不同。3/6/202317一、列车运行的的高速度，引起起的列车——空气动力学问题题突出，不容忽视；这包括：·隧道净空有效断断面积的确定－－舒适性；·列车运行产生的的空气压对结构构物的影响－耐耐久性；·对周边环境的影影响－缓冲结构构的设置。三个方面的问题题。3/6/202318二、考虑列车高高速运营的特点点，隧道的净空空有效断面积增增大，例如在350km/h速度的条件下,Ⅴ级围岩隧道的开开挖断面积可达达170m2，属于超大断面隧隧道的范畴，与与三车道公路隧隧道的开挖断面面积相当，给设设计、施工提出出来许多新课题题；3/6/202319三、由于开挖断断面积的增大，，施工难度也急急剧增加，特别别是对一般地质质条件下的初期支护技术和不良地质条件下下的超前支护技术，提出来很高的的要求；3/6/202320四、列车高速运运行的作用，对对洞内轨道（包包括基底结构，，如仰拱或铺底底、混凝土填充充层等）的影响响增大，不仅需要加强基底结结构，对衬砌结构也具具有一定的影响响，不容忽视。。3/6/202321五、对衬砌混凝凝土的耐久性，，如抵抗列车风风压的疲劳特性；如何保证初期期支护的喷混凝土的耐久久性?，以及大断面衬衬砌结构的抗开开裂特性等，都都提出来了明确确的要求；3/6/202322六、由于这一轮轮隧道工程的数数量特别巨大，，因此，降低工工程造价，意义义也特别重大。。3/6/202323总之，目前要解解决的问题是：：高速运营条件下下的超大断面隧隧道的设计施工工问题。因此、客运专线线的隧道工程，，将是提高我国国隧道设计施工工技术的重要机机遇。我们应该该下大力气，切实实地做出具有时时代意义的贡献献。3/6/202324何谓大断面？目前我国大断面面（三车道）公公路隧道已开始始修建，如联络络重庆市的几条条高速公路也从从一开始就决定定采用3车道的大断面隧隧道，如铁山隧隧道，大梅沙隧隧道、大宝山隧隧道等都是三车车道大断面的。。由于3车道公路隧道的的断面积比双车车道大得多,例如，第二东名名公路初期建设设的三车道隧道道的断面积为113～170m2比一般双车道的的85m2大1.5～2.0倍。目前为适应应140km/h高速度的要求而而规划的3车道公路隧道，，其断面积达170m2～200m2，局部断面达230m2的超大断面，开开挖宽度达23m。较初期三车道隧隧道断面又增加加了1.3～1.5倍。英法海峡隧隧道分叉处断面面的开挖宽度达达21.2m，开挖高度达15.4m，开挖断面积为252.2m2。又如，日本的第第二布引隧道，，在分叉段是从从2车道（净空断面面积59m2）变化到3～4车道的断面（最最大开挖宽度24m、开挖断面积240m2）。3/6/202325大断面隧道的分分类隧道断面划分和和开挖断面积（（日本）划分开挖断面积(m2)说明标准断面大断面超大断面70~80100~120>140双车道有人行道的双车道车道与路面宽相同的三道3/6/202326日本公路隧道断断面划分的基准准（2003年）通常断面大断面小断面净空宽度（m）8.5～12.512.5～14.03.0～5.0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40～80约80～100约8～163/6/202327国际隧协的断面面划分划

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<3.03.0~10.010.0~50.050.0~100.0>100.03/6/2023283/6/202329大断面面意味味着什什么？？在同样样围岩岩条件件下，，随着着开挖挖断面面积的的增加加，意意味着着：1、掌子子面的的稳定定性的的降低低；2、施工工难度度、特特别是是施工工安全全管理理的难难度增增大；；3、施工工风险险的发发生概概率加加大；；4、结构构物质质量要要求的的提高高。3/6/202330大断面面隧道道施工工的基基本问问题安全：：安全全为主主线，，技术术和管管理为为后盾盾，实实现安安全生生产技术：：以技技术确确保掌掌子面面稳定定和施施工质质量管理：：以风风险观观点实实现精精细的的工程程管理理3/6/202331结合具具体情情况，，主要要谈三三个问问题：：1、初期期支护护；2、初期期支护护的喷喷混凝凝土；；3、隧道道防水水板的的铺设设工艺艺。3/6/202332一、掌掌子面面稳定定性在大断断面条条件下下，如如何控控制掌掌子面面的稳稳定性性，减减少和和预防防掌子子面出出现坍坍塌的的风险险，是是极为为重要要的。。特别别是在在通过过各种种不良良地质质地段段时。。从风险险的角角度看看，掌掌子面面失稳稳有多多种方方式：：·掌子面面挤出出；·掌子面面拱部部坍塌塌；·上半断断面拱拱脚下下沉；；·底部鼓鼓起等等。从技术术角度度出发发，预预防和和减少少上述述风险险发生生的主主要方方法也也是多多种多多样的的。·超前支支护；；·扩大拱拱脚、、设置置拱脚脚锚杆杆或锚锚管；；·正面喷喷射混混凝土土和锚锚杆；；·底脚锚锚杆或或锚管管等。。3/6/202333例如意大利在修建建高速铁路隧道中中，曾采用以下稳稳定掌子面的方法法。这些方法都是为了了确保掌子面稳定定，减少施工风险险而形成的。3/6/2023343/6/2023353/6/202336超前支护工程实践证实，在在地质不良的地段段，发展各种稳定定掌子面的辅助工工法并使之模式化化是极为重要的。。日本、意大利在在这方面都做了极极有成效的工作。。定义：以稳定掌子面和和地层下沉为目的的的拱形薄壳结构构体。即：不仅沿隧道纵向具具有梁结构的作用用，在横断方向还还具有拱形结构支支护效果的支护。适用范围：1、需要提高掌子面面稳定性的土砂围围岩；2、以控制地表下沉沉和相邻结构物的的影响为主要目的的的场合；如浅埋埋地点、接近重要要结构物施工的场场合等3/6/202337模式化的超前支护护日本在新版“城市市矿山法隧道技术术标准”（2004年）中，把超前支支护类型、参数及及适用条件做了具具体的规定。3/6/202338超前支护由于构筑筑方法的不同，有有的是以横向刚性性大的拱形构造为为主，有的是以纵纵向连续性强的梁梁构造为主，也有有具有两者功能的的。其分类列于下下表。超前支护方法分类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（梁结构）长钢管注浆方式3/6/202339预衬砌其标准参数如下。。超前支护厚度：１１７０ｍｍ设置范围：１２００º（１１５º～１２５º）设置角度：７º（５º～１０º）纵断方向钻孔长度度：４.０ｍ纵断方向充填长度度：３.５ｍ搭接长度：０.５ｍ超前残余长度：１１.０ｍ（１.０～２.０ｍ）．3/6/202340水平喷射注浆方式式其标准断面如下：：喷射改良体直径：：６００ｍｍ设置范围：１２００º（１２０º～１８０º）设置角度：５º（５～１０º）纵断方向钻孔长度度：１３.０ｍ（９～４８ｍｍ）纵断方向改良长度度：１０ｍ搭接长度：１.０ｍ超前残余长度：４４.０ｍ（３.０～４.０ｍ）设置间距：６０００ｍｍ（４００～～１６００ｍｍ））3/6/202341长钢管注浆方式标准断面如下：钢管直径：１１４４３ｍｍ设置范围：１２００º（５０～１８０º）设置角度：５º（４～３０º）纵断方向钻孔长度度：１２.５ｍ（４～４０ｍｍ）纵断方向注浆长度度：１２５ｍ（４４～４０m）搭接长度：３.５ｍ超前残余长度：３３.５ｍ（１.０～７.５ｍ）设置间距：４５００ｍｍ（２００～～１０００ｍｍ））3/6/202342除预衬砌方式外，，其它两种方式，，我们也是经常采采用的。也取得不不少的经验，因此此，当务之急是如如何提高超前支护护技术的水平，一一个重要措施就是是首先要建立模式式化的、标准的超超前支护工法体系系，在此基础上，，根据我们的实践践确立各种超前支支护的类型、设计计参数及使用机械械的配套。3/6/202343预衬砌工法的机械械预衬砌工法采用的的机械，有2大类：1、排钻。示于下图图。用其钻设槽形形孔，中央的钻用用于压注砂浆或混混凝土，形成拱形形混凝土壳体。3/6/2023442、装备有切切槽钻头的的专用机械械，用于钻钻孔，同时时充填混凝凝土。其机机械概况示示于下图。。3/6/202345脚部的施工工机械之一一3/6/202346脚部施工机机械之二3/6/202347二、支护结构在大断面的的条件下，，隧道支护护结构需要要加强。加强的途径径有二。其其一是改变过去采采用的支护护结构参数数，如增加加喷混凝土土厚度，加加密钢支撑撑间距等；；这是我们目目前采用的的主要方法法。另一个个方法就是是改变材料的的规格，例例如高强度度喷混凝土土、高承载载力锚杆等等。第1种方法的后后果，就是是：加大了了开挖断面面积，这也也是在同样样净空断面面积的条件件下，我们们的开挖断断面积比较较大的原因因之一。第2种方法，是是其他国家家采用的主主要方法。。结果不仅仅提高了支支护结构的的效果，也也缩短了作作业的时间间。3/6/202348支护结构的的构成隧道的支护护结构包括括：初期支护；；喷混凝土、锚杆、钢钢支撑或格格栅超前支护；；二次衬砌包包括仰拱及及底板；临时支护：：需要拆除除的支护构构件，如中中隔壁等。。3/6/202349喷混凝土的的几个关键键性的性能能指标1、设计基准准强度2、初期强度度：3、附着强度度；4、附着配比比；5、回弹率；；6、粉尘量。。3/6/2023501、设计基准准强度喷混凝土不不仅是初期期支护的一一个重要构构件，也是是永久支护护的一个重重要组成部部分。因此此在许多国国家都规定定喷混凝土的的设计基准准强度，采用与衬砌砌混凝土同同等的强度度。不仅如此此，考虑到到材料、配配比或者施施工机械的的技术进展展，喷混凝凝土稳定的的高强度已已经成为可可能，因此此喷混凝土的的设计基准准强度有向向高强度方方向发展的的趋势。例如，日日本第二东东名·名神高速公公路，在大断面隧道道中，采用材材龄28天的抗压强强度36N/mm2作为设计基基准强度。。也有的国国家规定在在不良地质条条件下采用高强度度喷混凝土土的建议。。3/6/202351在一般地质质条件下的的隧道，喷喷混凝土设设计基准强强度采用与与衬砌混凝凝土强度相相当的建议议是可行的的。另外应应该指出，，在欧洲一一些国家的的喷混凝土土规定中，，很少有采采用小于C25等级的喷混混凝土。在不良地质质条件下的的隧道，应应该提高喷喷混凝土的的强度等级级，采用高高强度混凝凝土也是合合适的。3/6/202352喷混凝土土抗压强强度划分分

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303540455055803/6/202353挪威的标标准喷喷混凝凝土抗压压强度划划分抗压强度(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19.222.425.628.832.035.23/6/2023542、初期强强度一般说，，喷混凝凝土是最最先施设设的，都都希望它它尽快地地发挥作作用，这这是我们们要求喷喷混凝土土具有一一定初期期强度的的目的。。设定喷混混凝土初初期强度度的场合合，应考考虑隧道道开挖条条件及随随掌子面面进展产产生的围围岩动态态，以充充分确保保掌子面面及其附附近围岩岩的稳定定，取24小时以内内的强度度为标准准。初期强度度，应根根据围岩岩条件和和施工条条件，可可以取24小时以外外的强度度为标准准，有的的国家就就是以3小时的强强度作为基准准的。3/6/202355初期强度度的设定定值与设设计基准准强度一一样，因因隧道功功能、断断面形状状等构造造条件、、荷载条条件及设设计方法法等而异异。下表表是日本本各单位位的初期期强度设设定事例例。3/6/202356日本喷喷混凝土土初期强强度设定定事例单位类别材龄3小时抗压强度（N/mm2）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2103/6/202357欧洲，根根据掌子子面的进进展，考考虑确保保掌子面面及其附附近的围围岩稳定定的重要要性，要要求喷混混凝土具具有图示示的初期期强度。。3/6/202358J1：：（A~B）：：适用于干干燥围岩岩、薄层层施工的的场合J2：(B~C)：适用于厚厚层施工工和有涌涌水，受受到后续续作业直直接作用用的场合合J3：(C以上)：只适用用于特殊殊条件的的场合（（例如，，大量涌涌水的场场合）3/6/2023593、附着强强度喷混凝土土与围岩岩及其它它物体的的附着，，是发挥挥喷混凝凝土支护护作用的的关键指指标。许许多国家家都有明明确的规规定。3/6/202360喷凝土的的欧洲标标准（EFNARC)G规定的附附着强度度如下表表所示，，通过附附着试验验核查。。附着强度度最小值值（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挪威规定定附着强强度在0.2～～1.8MPa之间。3/6/202361附着强度度测定事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0.24±0.180.28±0.11云母片岩石英、长石、云母中位0.58±0.190.85±0.35片麻岩（叶状构造）石英、斜长石、云母、角闪石中位0.19±0.050.51±0.11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1.58±0.121.54±0.30大理岩方解石中位1.38±0.301.52±0.28花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、黑云母粗0.34±0.121.12±0.20花岗岩、闪绿岩石英、斜长石、黑云母中位1.04±0.321.40±0.26花岗岩、闪绿岩石英、斜长石。黑云母细～中位1.48±0.451.71±0.14辉绿岩斜长石、辉石细～中位1.56±0.251.7木版－－1.71.7喷混凝土表面－－1.71.73/6/2023624、附着配配比对工程来来说，喷喷混凝土土的附着着配比是是最有意意义的。。附着配比比指的是是：喷混混凝土喷喷射后附附着在围围岩上的的配比。。它与喷射配比比、喷射工艺艺以及喷喷射工的的技术熟熟练程度度有直接的的关系，，不容忽忽视。下下表是欧欧洲的一一个标准准。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）C38C43C48C54C60C653/6/2023635、回弹率及粉粉尘浓度回弹意味着粗粗骨料的损失失，而粉尘则则意味着微细细颗粒的损失失。这两者对对附着的喷混混凝土质量，，具有重要的的影响。因此，喷射施施工中，如何何控制回弹和和减少粉尘的的发生是很重重要的课题。。也是确保喷喷混凝土质量量的重要课题题。在质量控制中中，有的国家家规定：回弹弹不能大于20％，粉尘浓度度不能大于5mg/m3，否则，就是不不合格。3/6/2023646、喷射机械喷射机械的性性能和能力是是减少喷混凝凝土质量离散散性的重要保保证。特别是是，在大断面面隧道中，一一次喷射混凝凝土的数量有有所增加，同同时为了缩短短喷射时间，，采用大容量量，高性能的的喷射机械，，已是大势所所趋。因此许许多国家都规规定了喷射机机的要求性能能。如单位时时间的喷射量量等。有的更更明确规定，，喷射机的生生产效率应在在10m3/h以上。许多施施工单位也都都认识到这一一点，开始采采用大容量的的喷射机，是是非常英明的的决策。3/6/202365大断面隧道如如果仍然采用用一般隧道的的支护结构，，必然会加大大开挖断面积积、从而延长长工期和增加加成本。为了了解决这个问问题，日本从从修建第2东名高速公路路起，就开始始研究对策。。研究和实践践获得如下的的成果。3/6/202366日本第二东名名高速公路隧隧道事例净空断面积：：约150m2开挖断面积：：最大200m2采用高强喷混混凝土：比采采用普通喷混混凝土的厚度度，减少30％；锚杆采用高强强锚杆（设计计承载力28kN)，锚杆数量减少少30％；采用高规格钢钢支撑（HH－154）；二次衬砌采用用高强喷混凝凝土，设计厚厚度减少10cm不设变形富余余量。3/6/2023671、喷混凝土的的高强度化主要研究高强强度喷混凝土土和钢纤维喷喷混凝土。高强度喷混凝凝土要求的强强度列于下表表。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－3/6/202368高强度喷混凝凝土的标准配配比列于下表表要求强度（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1810450103/6/202369高强度钢纤维维喷混凝土主主要用于裂隙隙发育的围岩岩，标准的钢钢纤维混入率率为体积比的的0.75％。其标准配配比列于下表表。要求强度（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1810450103/6/2023702、高承载力锚锚杆在清水进行了了下表的试验验施工。喷混凝土钢支撑厚度（cm）强度（N/mm2）规格间距（m）标准2018H－2001.5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6.01.21.51801组6.02.01.53102组4.0和6.01.01.5180和3103组4.00.81.51803/6/202371从试验施工结结果看，第1组的施工循环环、成本最理理想。第3组最差。因此此，把第1组作为标准组组合。3/6/2023723、高规格钢支支撑采用了与过去去钢材有相同同延伸率的，，抗拉强度590N/mm2、、破断延伸率17％以上的高规规格钢支撑。。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≥245400~510≥171A－3/6/202373与过去采用的的钢支撑比，，可以小型化化，其比较列列于下表过去采用的高规格钢NH-250x250x9x14HH-200x201x9x12NH-200x200x8x12HH-154x151x8x12NH-150x150x7x10