關(guān)寶樹

(西南交通大學(xué)， 四川 成都　610031)

?

漫談礦山法隧道技術(shù)第六講
——襯砌(二)

關(guān)寶樹

(西南交通大學(xué)， 四川 成都610031)

摘要：首先介紹以歐洲為代表的錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用現(xiàn)狀。然后比較詳細(xì)地介紹挪威、美國(guó)、日本和法國(guó)噴混凝土永久支護(hù)的應(yīng)用、研究情況及具體做法。認(rèn)為，在國(guó)外以錨噴支護(hù)為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和以復(fù)合式襯砌為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，目前是并存的；對(duì)我國(guó)來說2種支護(hù)結(jié)構(gòu)體系也應(yīng)該是并存的。在圍巖條件良好的情況下，應(yīng)大力推進(jìn)以錨噴支護(hù)為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系；在圍巖條件較差的場(chǎng)合，則應(yīng)以復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)體系為主體。

關(guān)鍵詞：隧道； 礦山法； 錨噴支護(hù)； 噴混凝土； 襯砌； 初期支護(hù)； 永久支護(hù)

0引言

本講主要介紹歐洲各國(guó)采用的以錨噴支護(hù)為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系。由于地質(zhì)條件、技術(shù)條件和環(huán)境條件不同，歐洲同行認(rèn)為，錨噴支護(hù)與圍巖一道完全可以作為山嶺隧道的永久支護(hù)體系，無需設(shè)置復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)體系中的襯砌。在此領(lǐng)域中，發(fā)展了各式各樣的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型及構(gòu)筑方法。

1以歐洲為代表的錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用概況

國(guó)際隧道和地下空間協(xié)會(huì)(ITA)第12工作組在《噴混凝土的應(yīng)用》總結(jié)報(bào)告中指出,噴混凝土永久襯砌的應(yīng)用已迅速增加。早在1985年的噴混凝土?xí)h總結(jié)中就提出 “增加噴混凝土作為機(jī)械洞室、交通隧道和水路隧道的永久支護(hù)(襯砌)”的倡議。

巴西在20世紀(jì)70年代中期就提出用噴混凝土代替26 m跨度的Paulo Afonso Ⅳ號(hào)地下發(fā)電廠的1.5 m厚模筑混凝土襯砌的建議，采用15 cm薄的噴混凝土襯砌，節(jié)省了大量的混凝土。在20世紀(jì)30年代初用新奧法修建的第一座圣保羅地鐵隧道，是用噴混凝土作為永久襯砌的，最近視察這些隧道的噴混凝土支護(hù)仍然處于良好狀態(tài)。圣保羅二環(huán)路西部的3座雙線大斷面隧道(斷面面積200 m2，4車道)施工期間也是采用永久噴混凝土襯砌代替了模筑混凝土襯砌。

捷克已經(jīng)采用噴混凝土作為公用隧道和運(yùn)輸隧道部分路段的永久襯砌。

萊索托報(bào)告約5.6 km長(zhǎng)的輸水隧洞采用噴混凝土永久襯砌,其中一個(gè)理由是該方案可以解決工期延遲問題。

挪威政府的公共道路管理部門對(duì)公路隧道的噴混凝土襯砌進(jìn)行了全面調(diào)查，得出以下結(jié)論： 現(xiàn)有噴混凝土的情況總體上是好的；不過在一些地點(diǎn)與噴層較薄之處發(fā)生了劣化和分層，建議噴層最小厚度為60 mm；甚至在海底公路隧道部分地段，有含鹽的水進(jìn)入和氯化物的浸透，局部已產(chǎn)生鋼纖維腐蝕問題。

俄羅斯也有地鐵和公路隧道采用永久噴混凝土襯砌的事例。

我國(guó)鐵路隧道、公路隧道也開始了用噴混凝土做永久支護(hù)的適用性施工試驗(yàn)。

下面簡(jiǎn)要介紹一些國(guó)家采用噴混凝土作為永久支護(hù)的情況。

2挪威法中的噴混凝土支護(hù)

在挪威的地下工程建設(shè)中首次使用噴混凝土是在1952年，在頭幾年以干噴和薄層為主，由于濕噴的應(yīng)用大幅改變了此方法的應(yīng)用現(xiàn)狀。自1980年以來，由于可靠的機(jī)械和高質(zhì)量的混凝土，濕噴混凝土得到了廣泛的應(yīng)用。該方法可以作為初期支護(hù)和永久支護(hù)。

為了推行濕噴混凝土，1995年挪威公路管理局發(fā)布了《隧道噴混凝土的正確使用》的文件；并在此基礎(chǔ)上，研究了在挪威隧道中所取得的經(jīng)驗(yàn)，又制定了噴混凝土的“基本做法守則”，對(duì)噴混凝土補(bǔ)強(qiáng)給予了特別的關(guān)注。其內(nèi)容要點(diǎn)如下。

2.1作為圍巖支護(hù)的噴混凝土的類型

永久支護(hù)的主要形式可分為3類：

1)基于圍巖和混凝土之間的附著力的支護(hù)。中等厚度80 mm，最小40 mm，纖維補(bǔ)強(qiáng)， E700(吸收能量水平)。

2)噴混凝土，厚度為80 mm或以上， E700或E1000。

3)噴混凝土肋，鋼筋補(bǔ)強(qiáng)，通常沒有纖維，為了實(shí)現(xiàn)拱效應(yīng)，正確的曲率非常重要。

2.2噴混凝土肋

無論是單一的噴混凝土肋，還是間距為1.5～3 m系統(tǒng)的噴混凝土肋，都可以作為永久圍巖支護(hù)。單一的噴混凝土肋，在正常情況下可用單層鋼筋補(bǔ)強(qiáng)，但在預(yù)計(jì)有較大變形時(shí)，應(yīng)采用雙層鋼筋補(bǔ)強(qiáng)(見圖1)。

圖1　雙排噴混凝土肋

2.3噴混凝土肋的形狀及設(shè)置位置

1)噴混凝土肋應(yīng)構(gòu)建一個(gè)平滑的曲線，并與隧道的理論斷面相同且平行。

2)噴混凝土肋應(yīng)建立在垂直平面內(nèi)，與隧道軸向成直角。在小的斷層帶可能例外，噴混凝土肋應(yīng)針對(duì)斷層設(shè)置。

3)噴混凝土肋必須設(shè)置在強(qiáng)度足夠的基礎(chǔ)上。

2.4補(bǔ)強(qiáng)

1)鋼筋。應(yīng)采用B500NC質(zhì)量的鋼材；直徑20 mm，按設(shè)定曲率預(yù)加工；間距≥110 mm；混凝土保護(hù)層厚度≥50 mm，海底隧道混凝土保護(hù)層厚度≥75 mm。

2)格柵。當(dāng)采用雙層鋼筋時(shí)，格柵可作為一種選擇。

單層鋼筋噴混凝土肋必須能承受壓應(yīng)力，能保持正確的幾何形狀。如果荷載比較均勻且側(cè)壁也需要支護(hù)，非常適合單筋補(bǔ)強(qiáng)。雙筋噴混凝土肋需承受壓應(yīng)力和由于點(diǎn)荷載分布不均勻引起的彎曲應(yīng)力，僅用于側(cè)壁支護(hù)和隧道幾何形狀與理論輪廓有偏差的場(chǎng)合。

2.5噴混凝土

1)在海底隧道應(yīng)采用防止疲勞類M40噴混凝土，因?yàn)榛炷临|(zhì)量達(dá)到B45(強(qiáng)度45 MPa)，其他隧道要求采用M40類噴混凝土(強(qiáng)度35 MPa)。

2)在采用噴混凝土肋的地方，第一步是定位和用纖維噴混凝土做好一個(gè)平滑層，平滑層吸收能量水平為E1000，質(zhì)量B35，厚度 150～250 mm。

3)根據(jù)需要進(jìn)一步噴射正確幾何形狀的應(yīng)用層(無纖維)。

4)安裝鋼筋，噴混凝土。

5)要求在下一爆破循環(huán)前，抗壓強(qiáng)度≥8 MPa。

2.6徑向錨桿

1)錨桿打設(shè)在噴混凝土肋系統(tǒng)中，并注漿，直徑≥20 mm。

2)安裝幾榀噴混凝土肋后，打設(shè)長(zhǎng)3～6 m、間距1.0 ～ 1.5 m的錨桿。

3)噴混凝土肋的下端要用直徑25 mm，L=4～6 m的注漿錨桿錨固好，亦可采用混凝土仰拱。

4)錨桿應(yīng)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。

2.7仰拱

混凝土仰拱的厚度應(yīng)與噴混凝土肋相同。

2.8噴混凝土肋的厚度和寬度

噴混凝土肋的混凝土厚度及噴混凝土肋背后的混凝土厚度均不包括在規(guī)定的理論形狀之內(nèi)。

對(duì)于單層鋼筋噴混凝土肋，從噴混凝土肋的表面到第1層鋼筋(φ20)的中心假定為50 mm，到相反方向的表面為60 mm。因此，第1層鋼筋中心到噴混凝土肋表面的厚度是240 mm(當(dāng)噴混凝土肋的厚度為300 mm時(shí))。

對(duì)于雙層鋼筋噴混凝土肋，2層鋼筋之間的距離大約是： 海底隧道，H=D-60-75-20=D- 155 mm，對(duì)D60，H=445 mm；其他隧道,H=D-60-50-20=D-130 mm，對(duì)D60，H=470 mm。

鋼筋(φ20)間距應(yīng)≥ 110 mm，混凝土保護(hù)層的厚度在海底隧道為75 mm，在別處≥50 mm，由6根φ20鋼筋組成的單層鋼筋噴混凝土肋的理論最小寬度為： 海底隧道，75×2+20+110×5 = 720 mm；其他隧道，50×2+20+110×5=670 mm。

2.9下一爆破循環(huán)前應(yīng)施作錨桿預(yù)支護(hù)

在鉆孔及爆破前應(yīng)施作錨桿預(yù)支護(hù)。要求如下：

1)錨桿間距≤ 300 mm；

2)錨桿孔應(yīng)呈扇形配置；

3)注漿錨桿，直徑25～32 mm，長(zhǎng)度6～8 m，或可選同等質(zhì)量的錨桿；

4)施作預(yù)支護(hù)錨桿的數(shù)量取決于監(jiān)測(cè)到的隧道圍巖數(shù)據(jù)，僅在拱部或橫斷面的局部設(shè)置監(jiān)測(cè)斷面；

5)錨桿端部要伸出掌子面50～75 cm。

每一循環(huán)都施作新的錨桿，因此，在隧道頂部有2排以上的錨桿，每組錨桿都要用噴混凝土肋支護(hù)。

2.10爆破后的圍巖支護(hù)

爆破后進(jìn)行通風(fēng)、清理掌子面、檢查拱部和側(cè)壁，以確定是否出碴或設(shè)置噴射機(jī)械等是否有足夠的空間。在圍巖質(zhì)量非常差的條件下，應(yīng)在出碴前迅速施作第1層噴混凝土。該層厚度取決于圍巖表面對(duì)噴混凝土自重(新噴混凝土的質(zhì)量、黏聚力和拉應(yīng)力)的承受能力。噴射前必須仔細(xì)觀測(cè)并記錄工程情況，如果隧道圍巖穩(wěn)定性較差，用水清理表面的作業(yè)可以省略。

可以在整個(gè)斷面進(jìn)行混凝土噴射，有時(shí)也需要對(duì)掌子面進(jìn)行噴射。

2.11噴混凝土肋的設(shè)計(jì)和施工的選擇

選項(xiàng)是單層或雙層鋼筋補(bǔ)強(qiáng)、鋼筋數(shù)量及鋼筋層之間的距離。單層鋼筋噴混凝土肋的構(gòu)造見圖2，圖3是單層鋼筋噴混凝土肋封閉掌子面的實(shí)例，雙層鋼筋噴混凝土肋見圖4。

圖2　單層鋼筋噴混凝土肋的構(gòu)造

(a)

(b)

Fig. 3Working face closed by single-layer reinforced bar shotcrete rib

圖4　單層鋼筋改為雙層鋼筋的實(shí)例

Fig. 4Single-layer reinforced bar shotcrete rib replaced by double-layer reinforced bar shotcrete rib

3美國(guó)的噴混凝土永久支護(hù)

美國(guó)《公路隧道設(shè)計(jì)施工手冊(cè)》[1]提出，若噴混凝土與模筑混凝土襯砌的質(zhì)量相當(dāng)，就可以用前者代替后者。其表面的外觀，可以根據(jù)所需的項(xiàng)目目標(biāo)進(jìn)行修整，但可能仍然比較粗糙；如果采用抹刀抹平，就可以得到與模筑混凝土質(zhì)量相媲美的表面。噴混凝土作為最終襯砌通常是與初期的噴混凝土相結(jié)合，應(yīng)在符合下列條件時(shí)采用。

1)隧道長(zhǎng)度較短，斷面較大，不值得投資模板時(shí)，如長(zhǎng)度小于400～600 ft(150～250 m)、起拱線處寬度大于25～35 ft(8～11 m)的隧道；

2)出入困難、分期模板安裝和混凝土輸送有問題的場(chǎng)合；

3)隧道幾何形狀復(fù)雜，需要定制模板時(shí)，如隧道交叉口以及分岔的加寬和臺(tái)階式斷面開挖等形式；

4)當(dāng)雙層襯砌采用噴混凝土作為最終襯砌時(shí)，其間要設(shè)置防水卷材。因此，襯砌厚度一般在10～20 in(200～300 mm)或更大些。施設(shè)時(shí)必須考慮噴層與噴層之間的時(shí)間間隔，使噴混凝土充分硬化。為了確保最終襯砌的質(zhì)量，從結(jié)構(gòu)上看，需控制噴層之間的時(shí)間間隔和保證需要噴下一層混凝土的噴層表面干凈，無任何灰塵或污垢，這對(duì)防止個(gè)別層剝落是很重要的。一般控制噴層之間的時(shí)間間隔為 24 h。噴混凝土最終襯砌與格柵、焊接金屬網(wǎng)一道構(gòu)成承載體系，此承載體系也可全部或部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)可采用鋼筋、鋼纖維或塑料纖維等。最終噴混凝土層允許添加微聚丙烯(PP)纖維以增強(qiáng)最終襯砌的抗火性能。

現(xiàn)澆混凝土在安裝過程中的靜水壓力，不能作用在噴混凝土支護(hù)和防水膜上，因此，必須確保防水系統(tǒng)和初期支護(hù)的初噴混凝土、最終噴混凝土襯砌之間的所有空隙都要進(jìn)行回填注漿充滿。最終襯砌應(yīng)用水泥漿進(jìn)行回填注漿。為確保適當(dāng)注漿要圍繞整個(gè)襯砌，布置縱向灌漿軟管，這種軟管沿隧道周邊呈放射狀排列。圖5是美國(guó)公路隧道采用的兼顧防水系統(tǒng)的典型噴混凝土最終襯砌的斷面，其中包括焊接金屬網(wǎng)(WWF)、格柵、回填注漿用注漿軟管以及聚丙烯纖維的表層噴層。

圖5　典型的噴混凝土襯砌細(xì)部構(gòu)造

實(shí)際上，可能影響噴混凝土最終襯砌質(zhì)量的最重要因素是工藝。雖然噴射工(人力或機(jī)械手)的技巧是這個(gè)工藝的核心，但更重要的是要遵守噴混凝土過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的方法規(guī)定。這種規(guī)定應(yīng)成為應(yīng)用者和監(jiān)督者的質(zhì)量保證/質(zhì)量控制(QN/QC)的基礎(chǔ)。

隧道襯砌發(fā)展的總趨勢(shì)表明，噴混凝土最終襯砌終將替代傳統(tǒng)的模筑混凝土襯砌。

4日本的噴混凝土永久支護(hù)

日本的隧道支護(hù)，基本上采用復(fù)合式襯砌構(gòu)造，只是在個(gè)別場(chǎng)合(例如青函隧道在作業(yè)坑道等小斷面的隧道中)，才采用噴混凝土作為永久支護(hù)。但近幾年也展開了噴混凝土作為永久支護(hù)的研究。

根據(jù)桑原等的研究，可知噴混凝土的支護(hù)功能與圍巖的附著強(qiáng)度有關(guān)，在巖石的單軸抗壓強(qiáng)度小于5 MPa時(shí)由巖石強(qiáng)度支配；超過5 MPa后，大致保持一個(gè)定值。水谷等根據(jù)鋼板與噴混凝土低齡時(shí)的試驗(yàn)指出，噴射后約8 h后的抗拉附著強(qiáng)度是一定的(約0.04 MPa)。Sala在Furka隧道中的試驗(yàn)指出，當(dāng)附著強(qiáng)度是1.3 MPa時(shí)，39個(gè)試件中有18個(gè)是巖石先崩壞。在支護(hù)承載力的研究中，水谷等根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和原位試驗(yàn)結(jié)果及解析研究指出，在低齡時(shí)(噴射后8～20 h)厚度為 5 cm的噴混凝土可以支撐1.2 m3的巖塊重力[2]。

根據(jù)這些研究，噴混凝土若能充分發(fā)揮與圍巖的附著強(qiáng)度，會(huì)提供很大的支護(hù)承載力防止巖塊脫落。

噴混凝土作為永久結(jié)構(gòu)物時(shí)，要同時(shí)具有作為初期支護(hù)和永久襯砌的功能。為此，對(duì)作用荷載要進(jìn)行核查以確保構(gòu)造的安全性能。

以日本新干線隧道斷面為例，復(fù)合式襯砌標(biāo)準(zhǔn)斷面和噴混凝土襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面見圖6。

(a) 復(fù)合式襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面

(b) 噴混凝土襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面

噴混凝土襯砌的噴射對(duì)象不包括仰拱。從開挖斷面看，噴混凝土襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面比復(fù)合式襯砌的標(biāo)準(zhǔn)斷面，寬度減少40 cm，高度減少20 cm。噴混凝土噴通常的厚度，開挖后確認(rèn)位移已經(jīng)收斂，再在噴混凝土襯砌上噴射10 cm的保護(hù)層，提高其安全度。噴混凝土襯砌應(yīng)用流程見圖7。

圖7　噴混凝土襯砌構(gòu)造的應(yīng)用流程

噴混凝土要求采用具有襯砌耐久性的高品質(zhì)噴混凝土。

從飯山隧道約21 498 m的量測(cè)數(shù)據(jù)(拱頂下沉和凈空水平相對(duì)位移)來評(píng)價(jià)噴混凝土的健全性得出以下結(jié)論：

1)噴混凝土的變異按由水平凈空相對(duì)位移引起的和由拱頂下沉引起的2種情況進(jìn)行整理，其結(jié)果見圖8。水平凈空相對(duì)位移和變異比率見圖9。

圖8　凈空位移和噴混凝土變異

Fig. 8Relative displace of horizontal clear space and crown settlement

圖9　水平凈空相對(duì)位移和變異比率

Fig. 9Relative displace of horizontal clear space vs. heteromorphosis ratio

從圖8和圖9可以看出，水平凈空相對(duì)位移在100 mm以下、拱頂下沉在50 mm以下，幾乎都為健全隧道的數(shù)據(jù)所占有。圖9是數(shù)據(jù)多的水平凈空相對(duì)位移確認(rèn)的情況。

2)噴混凝土發(fā)生變異的，在100 mm以下的數(shù)據(jù)只有百分之幾的概率，超過100 mm后變異的概率急劇增加，超過300 mm的幾乎都發(fā)生變異。根據(jù)這樣的結(jié)果，噴混凝土的健全性可以用水平凈空相對(duì)位移在100 mm以內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3)據(jù)此，實(shí)際上噴混凝土發(fā)生變異，不等于噴混凝土破壞，因此用變異點(diǎn)作基準(zhǔn)是安全的。其次設(shè)定容許應(yīng)力，按此進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保安全系數(shù)。

經(jīng)計(jì)算適用的噴混凝土彈性模量取2 200 MPa，容許應(yīng)力取23 MPa。

首先采用位移超過100 mm、噴混凝土發(fā)生變異的數(shù)據(jù)，求出噴混凝土的應(yīng)力狀態(tài)，研究其適用性。檢查結(jié)果表明，彎矩的影響很小，軸力是主要的。其次，為了求出噴混凝土達(dá)到容許應(yīng)力和破壞強(qiáng)度的分布，要改變水平凈空相對(duì)位移和拱頂下沉值，試圖設(shè)定適用范圍。解析結(jié)果見圖10。據(jù)此噴混凝土襯砌的容許應(yīng)力的適用范圍是水平凈空相對(duì)位移90 mm和拱頂下沉50 mm。

圖10　襯砌單一構(gòu)造的適用范圍

5法國(guó)隧協(xié)的建議

法國(guó)隧協(xié)在2000年發(fā)表的《地下工程噴混凝土設(shè)計(jì)》一文中，對(duì)噴混凝土作為永久支護(hù)(二次襯砌)提出如下建議。

5.1噴混凝土的類型

法國(guó)隧協(xié)將噴混凝土分為3種類型，即作為圍巖保護(hù)層的噴混凝土、作為初期支護(hù)的噴混凝土和作為永久支護(hù)的噴混凝土。下面主要說明作為永久支護(hù)的噴混凝土，即噴混凝土襯砌。

5.2噴混凝土襯砌

這種類型的噴混凝土應(yīng)設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)體，并能夠承受法向力和彎矩。圍巖支護(hù)是厚的噴混凝土殼體(數(shù)百毫米厚)，具有單獨(dú)維護(hù)坑道整體穩(wěn)定的能力。此混凝土可以用也可以不用纖維補(bǔ)強(qiáng)；此殼體與錨桿或鋼支撐并用對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能具有直接影響。

5.3基本目標(biāo)

1)殼體必須有相當(dāng)?shù)暮穸龋员ＷC類似拱結(jié)構(gòu)的整體效應(yīng)。殼體的最小厚度應(yīng)考慮施工的可能(開挖輪廓不規(guī)則，取決于圍巖條件和開挖方法)，為確保質(zhì)量，殼體的厚度應(yīng)等于設(shè)計(jì)采用的理論值。

2)殼體的主要目標(biāo)是保證開挖的整體穩(wěn)定性，噴混凝土殼的作用是限制開挖后的收斂以及避免圍巖過度松弛。

5.4技術(shù)建議

1)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)形狀的隧道，直徑大于10 m，所有斷面采用模筑混凝土襯砌的最小厚度為30～50 cm的場(chǎng)合，出于實(shí)用的目的，考慮噴混凝土是合理的。

2)符合AFTES文檔中描述準(zhǔn)則的噴混凝土，可以使用。

3)噴混凝土的成分應(yīng)滿足合同規(guī)定的有關(guān)結(jié)構(gòu)耐久性的標(biāo)準(zhǔn)，特別是抵抗環(huán)境的侵蝕和骨料、水泥及外加劑之間的相容性(主要是堿-骨料反應(yīng))。

4)在掌子面開挖階段采用時(shí)，對(duì)圍巖與噴混凝土界面間的混凝土質(zhì)量必須進(jìn)行檢查。

5)根據(jù)圍巖類型和開挖方法，噴混凝土的厚度應(yīng)在合同中規(guī)定并在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。

6)根據(jù)噴混凝土力學(xué)特性變異的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)(如采用外加劑提高低齡混凝土強(qiáng)度)，可在結(jié)構(gòu)整個(gè)生命周期的適當(dāng)期間進(jìn)行測(cè)試。

7)一般情況下，作為永久支護(hù)的噴混凝土襯砌，是在作為保護(hù)層的噴混凝土的基礎(chǔ)上施作的。最初的保護(hù)層厚度不得列入結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度，若發(fā)生蝕變和開裂，可能影響其力學(xué)性能。

8)鋼支撐或格柵、錨桿和鋼筋納入噴混凝土殼體中，容許按在混凝土薄殼進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，使其有效參與到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度中充分發(fā)揮作用，并采用防腐蝕的預(yù)防措施。

9)最終襯砌是由一層或多層噴混凝土層代替模筑混凝土。如果需要多層噴射，則應(yīng)檢查縱向施工縫的質(zhì)量和位置(可以防止貫通(貫穿)整個(gè)殼體厚度的不連續(xù)界面)。

10)不推薦在下列情況下采用噴混凝土作為永久支護(hù)： 高水頭；高透水性圍巖(AFTES分級(jí))；不允許水位降低的環(huán)境條件及實(shí)現(xiàn)全水密性功能要求的結(jié)構(gòu)。

11)噴混凝土目前的技術(shù)可能導(dǎo)致某些材料的質(zhì)量不均勻，特別是第1層噴射到圍巖上的混凝土，水灰比是難以控制的，并因速凝劑的使用可能導(dǎo)致長(zhǎng)期強(qiáng)度的降低。此外噴混凝土性能的可變性可能高于模筑混凝土。噴混凝土殼體的幾何形狀必然比模筑混凝土的規(guī)則性差，厚度也是可變的。鑒于此，設(shè)計(jì)中應(yīng)適當(dāng)增加噴混凝土的強(qiáng)度及厚度；殼體的最小厚度應(yīng)采用標(biāo)稱厚度。

12)對(duì)公路和高速公路隧道，噴混凝土表面的粗糙度高。這一方面會(huì)導(dǎo)致空氣更快變得骯臟污濁；另一方面，也會(huì)增加空氣阻力，隨之會(huì)增加通風(fēng)和相關(guān)設(shè)備安裝和操作的成本。對(duì)用戶來說保證足夠的亮度和安全感，應(yīng)覆蓋噴混凝土的壁面(在這種情況下，應(yīng)防止脫開，落在車輛上)。對(duì)于水工結(jié)構(gòu)，噴混凝土表面可以適當(dāng)采用塑料涂層(如高密度聚乙烯)覆蓋。

13)應(yīng)選擇不會(huì)導(dǎo)致混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度劣化的外加劑，并需要驗(yàn)證，通過長(zhǎng)期測(cè)試確定其力學(xué)性能(尤其是強(qiáng)度)是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

14)使用金屬纖維應(yīng)采取特殊步驟，解決與潛在腐蝕有關(guān)的問題；可以采用一個(gè)額外的非纖維增強(qiáng)層或在設(shè)計(jì)厚度以外增加2～3 cm厚度，以確保殼體厚度需要的抗力。

6小結(jié)

在國(guó)際上，以錨噴支護(hù)為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系和以復(fù)合式襯砌為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，目前呈并存的局面，對(duì)我國(guó)來說2種支護(hù)結(jié)構(gòu)體系也應(yīng)該是并存的。一般來說在圍巖條件較好的情況下，應(yīng)大力推進(jìn)以錨噴支護(hù)為主體的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系；在圍巖條件比較差的場(chǎng)合，則應(yīng)以復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)體系為主體。是否合適希望大家討論。

參考文獻(xiàn)(References)：

[1]U S Department of Transportation，F(xiàn)ederal Highway Administration，National Highway Institute.Technical manual for design and construction of road tunnels: Civil elements[S].Washington DC: AASHTO,2010.

[2]登坂敏雄.高品質(zhì)吹付コンクリ-トによる單一覆工構(gòu)造に関する研究[J].トンネルと地下，2008,39(12): 9-10. (Tosaka Minwoong. Study on high-quality shotcrete single lining structure[J]. Tunnel and Underground, 2008, 39(12): 9-10. (in Japanese))

Tunneling by Mining Method: Lecture VI: Lining II

GUAN Baoshu

(SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,Sichuan,China)

Abstract:The-state-of-the-art of the application of bolting and shotcrete support structure system to European countries is introduced. The application and study of shotcrete permanent support in Norway, America, Japan and France are presented in detail. It shows that the bolting and shotcrete support structure system and complex lining support structure system are both available abroad. The author suggests that the above mentioned two support structure systems should be available in China as well; the bolting and shotcrete support structure system should be adopted in good surrounding rock conditions; and the complex lining support structure system should be adopt in bad surrounding rock conditions.

Keywords:tunnel; mining method; bolting and shotcrete support; shotcrete; lining; primary support; permanent support

中圖分類號(hào)：U 45

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-741X(2016)04-0373-06

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.001

作者簡(jiǎn)介：關(guān)寶樹(1932—)，男，遼寧人，西南交通大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，從事隧道及地下工程教學(xué)和科研50余年，隧道與地下工程資深專家。E-mail: guanbaoshu@126.com。

收稿日期：2015-07-15