基本介紹
- 中文名：噴錨構築法
- 外文名：shotcrete bolt construction method
- 屬性：隧道修建方法
- 主要支護手段：噴射混凝土、錨桿
- 目的：保持圍岩穩定
- 優點：較經濟，適用地層複雜多變等情況
簡介,技術措施及作用機理,混凝土噴射,鋼拱架,錨桿,與盾構法的比較,在軟弱圍岩隧道施工中的套用,台階法,中隔壁法,交叉中隔壁法,雙側壁導坑法,
簡介
我國山嶺隧道施工方法主要有噴錨構築法、TMB法和盾構法，其中噴錨構築法相對盾構、TMB法來講比較經濟，尤其適用地層複雜多變、隧道結構形式複雜等情況，在我國套用比較廣泛。噴錨構築法是根據新奧法原理，結合我國工程實踐，以岩土力學原理為基礎，合理利用圍岩的自承能力，儘量減少開挖對圍岩的擾動，使圍岩成為支護體系中重要的組成部分的一種施工方法。隧道採用噴錨構築法在我國推廣套用以來，已經有幾十年的歷史，並且取得了大量的科技成果，積累了豐富的設計與施工經驗。
錨噴構築法在開挖面以噴射混凝土、錨桿支護、拱架為主要支護手段，對圍岩進行加固，約束圍岩的鬆弛和變形，並通過對圍岩和支護的量測、監控，指導隧道工程的設計施工。關鍵技術包括：控制爆破( 硬岩：光面爆破)、監控量測、初期支護、二次襯砌和預加固等輔助技術。
技術措施及作用機理
錨噴構築法在進行隧道施工的過程中首先通過混凝土的噴射以及錨桿支護來進行隧道的穩定支護，確保隧道圍岩的穩定，避免隧道內圍岩發生鬆動或者變形。在這一過程中涉及到了隧道支護的測量、監控以及施工等多個方面的內容。錨噴構築法施工過程中的關鍵性技術措施及相應的作用機理如：
混凝土噴射
在進行隧道施工的過程中，為了確保開挖面能夠得到及時的封閉，確保一些軟弱圍岩能夠及時的被穩定，通常會採用噴射混凝土來提高圍岩的強度，吸收圍岩的變形。在選擇混凝土時可以選擇鋼纖維混凝土，對於一些應力較高的區域，可以選擇高強度的玻璃纖維。在進行混凝土噴射的過程中，並不是說混凝土的厚度越厚其強度就是越高的，一定要根據工程的需要控制好混凝土的噴射厚度。一般而言，噴射的混凝土厚度應當控制在開挖厚度的 1/40 以內，只要能夠滿足隧道初步支護的目的就可以了。
鋼拱架
鋼拱架在隧道內需要同時承受隧道頂部的圍岩以及荷載以及鋼拱架之間的圍岩荷載，在隧道施工的過程中套用鋼拱架能夠有效的避免隧道發生大幅度的變形。在隧道施工的過程中，施工人員應當科學合理的套用鋼拱架，在套用鋼拱架時要確保其與隧道的開挖線緊密的貼合。一般情況下鋼拱架的強度以及剛度都要遠遠優於格柵拱架，並且其強度也較高，能夠在較大的外界作用力下保持穩定不發生形變。
錨桿
在隧道施工的過程中，錨桿的套用能夠有效的避免隧道內的圍岩剪下力失去穩定。在隧道施工的過程中，因為涉及不當或者是施工不當，很容易導致隧道發生大幅度的變形，在這種情況下施工人員套用錨桿能有效的表面其發生崩塌，確保隧道開挖的穩定。在施工時應當在隧道的拱角位置安裝鎖腳錨桿，這樣能夠避免隧道的底部發生大幅度的形變或者崩塌。
與盾構法的比較
錨噴構築法與TBM法、盾構法相比較，優點是具有對地層較強的適應性和高度靈活性，可以大量安排勞務施工，機械設備水平要求不高，投入相對低廉，經濟性較好，因此廣泛套用。
缺點：機械化水平較低，二次襯砌與開挖面距離較長，施工時間相對較晚，不能充分發揮二襯的支護能力，設計施工往往不能很好地結合，支護參數與實際圍岩情況容易脫節，在等待監控量測及圍岩變形穩定過程前，往往使初期支護承受較大的壓力，容易造成變形過大，甚至侵限或坍塌，必要時還需要換拱，容易錯過良好的二襯施作時機，出現這種情況，不僅費時、還費工、費力，影響工期，增大工程成本，而盾構施工恰好能夠彌補這方面的不足。
盾構法是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法，盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序是在盾構的自身支撐、保護下循環進行，相對而言，對地層的擾動較小。盾構是一個既可以支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設定有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂; 鋼筒的尾部可以拼裝預製或現澆隧道襯砌環。盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝( 或現澆) 一環襯砌，並向襯砌環外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構法在我國城市捷運套用較為廣泛。
在軟弱圍岩隧道施工中的套用
採用錨噴構築法設計和施工軟弱圍岩隧道時，首先要確定開挖方法，開挖方法主要根據地質條件、斷面大小及周邊環境條件等因素選擇，目前一般採用工程類比法，並結合模擬計算、數值分析確定。根據國內軟弱圍岩及不良地質隧道設計和施工經驗，開挖方法主要採用台階法，大跨、淺埋等地質條件較差或地表沉降控制要求嚴格時，可考慮採用CD法或側壁導坑法，根據地質情況還需要採用預加固等輔助工法施工。
在用噴錨構築法進行隧道開挖施工的過程中，首先選擇合理的開挖斷面形狀尺寸，給支護預留變形量，開挖後及時做好支護、封閉圍岩或者採取加固圍岩，提高其強度等措施，保護開挖面圍岩的自身承載能力，使圍岩的擾動影響控制在最小範圍內，以達到使其與人工支護結構共同承受圍岩壓力的目的。
套用噴錨構築法施工隧道的開挖方法主要有：全斷面法、台階法、中隔壁法(CD)、交叉中隔壁法CRD、雙側壁導坑法。除較小斷面的輔助導坑( 比如導坑適宜採用全斷面法施工) 外，一般情況下，在軟弱圍岩及不良地質隧道中，大多採用分部開挖的方法，其中台階法、中隔壁法(CD)、側壁導坑法套用較多，針對較大跨斷面，三台節留核心土或交叉中隔壁法CRD、雙側壁導坑法比較實用。
台階法
台階法適用於Ⅳ、Ⅴ級圍岩隧道，具體做法是將設計開挖面分為兩個或三個台階，上部台階先行開挖、支護，下部台階依次進行施工。根據鐵路單線Ⅳ級圍岩隧道全斷面法施工與兩台階法施工對比，台階法施工圍岩的總變形量要大於全斷面施工的總變形量，而且台階法施工的變形量主要發生在上台階施工階段，所以說要儘量減小上台階的開挖面，一般長度控制在10 m之內，高度控制在4 m之內。
中隔壁法
中隔壁法( 又稱為CD法)，該方法適用於Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級淺埋、大跨圍岩隧道，就是左右導洞分別開挖，設鋼支撐噴混凝土中隔牆的一種分部開挖方法。採用CD法，可以減小軟弱壁圍岩隧道、大跨度隧道開挖跨度和高度，通過增加中隔牆等臨時支護構架，形成分部開挖，初期支護快速封閉成環，使分部開挖環環相扣。開挖時，首先沿隧道一側自上而下分為兩部或三部進行，各部的開挖高度一般控制在3.5 m左右，每開挖一步都要及時施作錨噴支護、安裝鋼拱架、施作中隔壁，中隔壁從上到下依次分布連線成弧形，之後再開挖中隔壁的另一側。左右側縱向間距一般控制在30 ～50 m，在澆築二次襯砌前，將對應的中隔壁逐段拆除。
交叉中隔壁法
交叉中隔壁法( 又稱CRD法) ，是一種分部開挖法。簡單地說，就是為了防止隧道塌方，把一個隧道斷面，分割成4塊或6塊開挖，增設臨時仰拱，降低變形和坍塌風險。兩者的主要區別是：CD法是在軟弱圍岩大跨度隧道中，先分部開挖隧道的一側，並施作中隔壁，然後再分部開挖另一側的施工方法。CRD法是在軟弱圍岩大跨度隧道中，先分部開挖隧道一側，施作中隔壁和橫隔板，再分部開挖隧道另一側並完成橫隔板施工的施工方法。就是將隧道分成N個斷面進行開挖，CD法與CRD法的主要區別在於CRD法要做臨時仰拱，而CD法沒有這個工序。
雙側壁導坑法
雙側壁導坑法，又稱雙側壁導洞法或眼鏡工法。一般將開挖面分成四塊：左、右側壁導坑、上部核心土、下台階。施工順序一般是從左到右、從上而下，開挖一步及時施作初期支護。側壁導坑尺寸應本著充分利用台階的支撐作用，並考慮機械設備和施工條件而定。但寬度不宜超過斷面最大跨度的1 /3。高度以到起拱線為宜，這樣，導坑可分二次開挖和支護，不需要架設工作平台，人工架立鋼支撐也較方便。導坑與台階的距離沒有硬性規定，但一般應以導坑施工和台階施工不發生干擾為原則，所以在短隧道中可先挖通導坑，而後再開挖台階。上、下台階的距離則視圍岩情況參照短台階法或超短台階法擬定。左、右側導坑錯開的距離，應根據開挖一側導坑所引起的圍岩應力重分布的影響不致波及另一側已成導坑的原則確定。單側壁、雙側壁導坑法優缺點及適用條件：當隧道跨度很大，地表沉陷要求嚴格，圍岩條件特別差，單側壁導坑法難以控制圍岩變形時，可採用雙側壁導坑法。現場實測表明，雙側壁導坑法所引起的地表沉陷僅為短台階法的1 /2。雙側壁導坑法雖然開挖斷面分塊多，擾動大，初次支護全斷面閉合的時間長，但每個分塊都是在開挖後立即各自閉合的，所以在施工中間變形幾乎不發展。雙側壁導坑法施工安全，但臨時支護較多，施工速度較慢，過程成本較高。
上述各種方法基本上都是分部開挖，均是將大斷面分解為若干個小斷面，掘進的順序基本上為從上而下，從兩側到中間，必要時留核心土，每部開挖後要求及時施作初期支護，這種方法一般要求仰拱超前施作，二襯緊跟。
