大跨径不良地质隧道新奥法（NATM)施工成套技术
商界高速公路第四高驻办 经鋆
[内容提要]本文通过我公司监理的西（安）合（肥）西部大通道陕西境丹凤至陕豫界高速公路清刺沟、上喝组、殷家湾隧道，介绍了大跨径隧道施工技术与施工过程中质量控制的成功经验。
[关键词]大跨径不良地质隧道 施工技术 质量控制
一、前言
公路是国民经济的重要命脉，由于其特有的灵活和优越性，发挥着其他运输方式不可替代的作用。公路隧道是公路工程结构的重要组成部分之一，随着我国社会主义市场经济的发展，西部大开发战略的实施，高等级公路已从沿海地区向西南、西北山岭区延伸，公路隧道建筑规模也越来越大，原来的两车道隧道已远远不能满足日渐增长的行车要求，隧道规模越大技术也相应复杂，因此，与过去一般公路隧道在设计、施工和运营管理方面均有质的差别，这带给我们公路隧道建设者的是机遇也是挑战，是学习与提高的机会，同时它也挑战我们的观念、我们的技术和管理水平。面临这些挑战，中国工程技术人员在总结自己的经验，同时学习借鉴国外经验的基础上，也取得了很多成绩，即在勘察设计、施工控制以及运营管理方面的水平都有了不少成熟成果，现就山区高速公路大跨径隧道施工技术方面质量控制的关键环节作出几点论述。
新奥法概念：（New Austrian Tunnelling Method “NATM")
新奥法是应用岩体力学的理论，也就是隧道开挖后采取锚杆和喷射混凝土为主要支护手段及时的支护，以维护和利用围岩自身承载能力为基点，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、控制来指导隧道和地下工程设计施工的方法和原则。隧道设计是以标准支护、信息反馈和数据分析发为主，所以施工中尤其要充分重视和加强初期支护体系的质量控制。
二、工程概况
商界高速公路是交通部规划的八条西部开发省际公路通道之一，是西安至合肥公路的主要组成路段，也是上海至武威国家重点干线公路组成分，同时也是陕西省“米”字形公路主骨架中重要组成部分。标准高要求高技术难度大的一条山区高速公路，辖区隧道设计均为分离式双向六车道，单洞开挖断面大，达到160平方米，设计速度100km/h，隧道净宽14.5m，建筑限界高度5.0m，且隧道地质条件较差，尤以上喝组隧道最为突出，全隧通过V级围岩断层破碎带，节理、裂隙发育，呈散体结构，局部层间夹挤压泥质层，自稳能力相当差，且大部分通过浅埋，条件艰苦，施工难度大，，类别情况见表1：
清刺沟、上喝组、殷家湾隧道围岩类别情况表 表1
隧道名称
里程桩号
隧道长度
围岩类别
明洞（m）
IV
V
殷家湾隧道右行线
SK187+020～SK187+287
267
111
156
27
殷家湾隧道左行线
K187+043～K187+277
234
115
119
21
清刺沟隧道右行线
SK200+486～SK201+225
739
577
162
30
清刺沟隧道左行线
K200+490～K201+218
728
572
167
27
上喝组隧道右行线
SK202+562～SK202+930
360
无
325
35
上喝组隧道左行线
K202+570～K202+930
368
无
333
35
1、地形地貌
总体地势北高南低，山坡坡度约30`~45`，植被较发育，地表标高介于342.25~509.85m，相对高差50~159.31m，最大埋深150.69m，沟壑以U型为主。
2、气象特征
根据气象资料，区内年最大降雨量达到1307.8mm，一小时最大降雨量46.6mm,秋季多连阴雨。这样的降雨强度和时间分布特点，加之隧址区岩体节理较发育、岩体破碎，对地下水的补给有利，尤其是雨季开挖，室内有滴状出水或涌流状出水，对洞口边仰坡和围岩的稳定性不利。
3、工程地质条件
隧址区大部分地段主要由第四系地层覆盖，基岩为泥盆系中统牛耳组（D２ｎ)石英片岩，含石英、长石及云母为主，
隧址区地质构造单元属东秦岭褶皱系的一部分，构造线总体呈北西西－南东东向布展，断裂破碎带在隧址区通过，走向与路线近平行，走向90`~94`，倾向N，倾角60`~70`，对隧道岩体完整性、稳定性有很大影响，尤其是全风化、强风化多呈散体状结构或碎裂状结构，无自稳能力，隧区受内构造变形影响，岩体节理裂隙较发育。
该地区虽有零星微震分布，但周期性和成带性不十分明显。活动频率及强度不高。
4、隧道主体工程情况
殷家湾隧道、上喝组隧道上下行线均不设应急停车带及人行、车行横洞，清刺沟隧道中部设有一道人行横洞
隧道支护衬砌结构
隧道除洞口段设置明洞外，其余均采用柔性支护体系结构的复合式衬砌，即以刚拱架、锚杆、喷射混凝土等为初期支护，模筑混凝土为二次衬砌，并在两次衬砌之间敷设EVA防水板加土工布。
3、洞门形式采用端墙式和削竹式两种。
4、防排水
洞内复合式衬砌段采用Ф110mm边墙纵向排水管，环向Ф100mm的排水半管、EVA防水板和土工布进行环向防排水。明洞段采用EVA防水板、土工布及粘土隔水层进行防排水。
二次模注衬砌混凝土每模间均设有橡胶止水带。
三、施工技术（工艺）
隧道质量取决于工艺质量，工艺质量取决于开挖、初期支护及防排水质量等，初期支护和防排水质量等比较好控制可以加强监管，那么重点就是开挖质量，开挖质量又取决于钻爆质量，就是说理论上没有了超欠挖后续的初支质量就有了保证，因此说隧道质量的好坏很大程度上取决于钻爆的质量，首先确定钻爆的方案预裂爆破还是光面爆破首先我们从理论上来分析，由于v级围岩岩体松散、裂隙较发育无法采用或实现光面爆破技术，那么必须熟练掌握预裂爆破技术及特点，
预裂爆破：进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用；在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破。
预裂爆破要求：
(1)预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽不宜小于1.0cm；坚硬岩石缝宽应达到0.5cm左右；但在松软岩石上缝宽达到1.0cm以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。
(2)预裂面开挖后的不平整度不宜大于15cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。
(3)预裂面上的炮孔痕迹保留率应不低于80％，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。
根据预裂爆破的特性、要求经过试验和反复研究对钻爆设计做了适宜的改动做到动态控制，主要技术措施、指标最后确定如下：（附钻爆设计图：）
(1) 炮孔直径一般为50～200mm，对深孔宜采围较大的孔径。
（2）炮孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。
（3）不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2～4，坚硬岩石取小值。
（4）线装药密度一般取250～400g／m。
（5）药包结构形式，目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上（图1-21）。分散药卷的相邻间距不宜大于50cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2～5倍。
（6）装药时距孔口1m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。
一般情况来说开挖应尽量采用大断面或较大的断面开挖，以减少对围岩的扰动，根据围岩特征经过反复研究、现场考察、论证和试验洞的开挖，由于断面大开挖方法最后确定为双、单侧壁导坑开挖法，钻爆方案确定为V级围岩预裂爆破设计，IV级围岩实践光面爆破，实践证明这两种爆破方案均符合辖区隧道IV、V围岩实际，按照此方案实施爆破，爆破效果较好。但要解决的问题是双、单侧壁导坑法二次扰动比较大，加之围岩比较松散极易出现塌方，特别是浅埋段甚至会出现冒顶，方案是可行的，问题是要怎么去解决二次扰动问题，经过实践和多次试验证明二次扰动对围岩、初支影响非常大，初支表面加上爆破震动效应的影响靠近掌子面处基本上都会出现开裂、变形，拱架接头有的会应力扭屈，甚至出现掉拱，某种程度上来讲双、单侧壁拱架是起到了简支梁在中部给一个支点的反作用力的作用，是破坏整体受力的作用，如何加之利用导坑开挖优势，取长补短又要确保质量安全呢，首先我们经过理论分析围岩受力情况，单、双侧壁是分部开挖、分阶段受力（持续受力）、整体持续收敛的一个过程，经过反复试验发现二次扰动其实如果控制在围岩变化（拱顶下沉、周边收敛、位移）在一定的范围内时，扰动是对围岩、初支影响最小，在这区段进行下部接腿、成环或导坑中部接拱最为可行也是最安全的，对初支的影响可以忽略不计，其次就是必须要严格开挖步序，必须是两内侧壁先行，后续工序跟进循序渐进的工艺，遇到比较软弱围岩时（如流沙、断裂层）侧壁导坑也须遵循“短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则，开挖步序见图标2
1、明洞施工及洞门施工
洞口边、仰坡和明洞开挖与支护应自上而下分层开挖，而且要洞外永、临防、排水要先行，使地表水通畅，避免地表水冲刷坡面。必要是采取人工修坡，防止超挖，减少对洞口相邻地段的扰动；开挖暴露的边坡及时施作设计的防护，降低围岩暴露而风化，支护要紧跟，辖区内都为高边、仰坡，如果不及时安全无法保证，况且会浪费很多的人力物力，
明洞衬砌必须检查、复核明洞边墙基础的地质状态和地基承载力，满足设计要求后，测量放样，架立模板支撑，绑扎钢筋，安装内外模板，先墙后拱整体浇注衬砌混凝土，集中拌和泵送入模，插入式振捣器配合附着式振捣器捣固密实。
洞门施工对于削竹式洞门，同明洞同时施作，削竹斜面按坡度安装木模板，用角钢将斜面端模与边模固定成整体。
明洞防水层与回填
明洞衬砌完成后强度达到50％方可拆除外模，铺设防水层，回填要对称每层不大于30cm，两侧高度差不得大于50cm，回填至拱顶后，再分层满填至完成，做好表面隔水层。
2、洞口V级围岩浅埋、破碎段的开挖与支护
进洞方式
洞口段覆盖层薄、地质条件差，当开挖深度至起拱线时，先施作进洞导向墙及大管棚，待明洞衬砌完成后，接长管棚尾端，搭接于明洞上，使管棚尾端形成一个固定支撑，在大管棚的保护下开口进内侧壁，两内侧壁导坑的进尺也要错开前后（5～10m）。如果是小间距还必须设置预应力对拉锚杆。
V级围岩破碎带开挖与支护
上断面内侧壁导坑先进，进尺0.7m，立即对围岩面初喷，顺围岩安设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动及临时支护的型钢拱架，并用Φ25钢筋将拱架与上一榀连接成整体，打孔送入Φ25中空锚杆并压注浆，安设第二层钢筋网片，分层喷护至设计轮廓线，注意每榀拱架背面的密实情况，进尺约5~10m后，下断面的导坑开挖支护，同时外侧壁导坑也可开挖，当下断面成环进尺约20～35m后，核心土上部弧形导坑开挖支护接拱，进尺3～5后可开挖中部及支护，最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环，共分七部开挖支护，所有工序必须严格遵循开挖支护步序，必须是两内侧壁先行，后续工序跟进循序渐进的工艺。同时必须要有监控量测的数据为基础，应力的重新分配或转换，将增加支护与地层的位移、沉降、变形，拆除前后应加强洞身变形及支护受力的监控量测，
另外，爆破后开挖轮廓线必须采用人工配合风镐开挖，严禁补炮，炮眼成孔应采用水钻，做好洞内的施工临时排水，必要时采用水泵排出洞外，石英、云母片岩在水浸泡后会加速丧失自稳能力，而且会加速围岩节理发育的形成，如果地下水压力太大会增加对支护的破坏作用。
3、IV级围岩段的开挖与支护
本区段IV级围岩根据围岩的节理发育、走向和围岩的风化脆弱程度情况我们将其区分为两种情况对待，一种为种为IV级一种为IV级加强段，为了节约成本和发挥最大的时间效应，开挖方法也有所调整准IV级为上下台阶留核心土开挖法－正台阶开挖，IV级加强段为CD工法工序开挖－单侧壁开挖法；钻爆开挖均采用实践光面爆破，为了进一步搞好光面爆破，提高爆破效率，实现安全快速开挖，提前实现独头施工贯通，施工与监理单位共同成立了一个光面爆破技术专题小组，在认真总结Ⅲ类围岩爆破实践的基础上，研究探讨IV围岩全断面光爆技术，施工过程中效果甚好，特别是上下台阶法施工，炮眼残痕率达95%，特殊地段拱部钎痕率达85%，边墙达80%，局部最大超挖量为10㎝，欠挖量为8㎝，IV级围岩实践采用光面爆破取得的有关技术参数及效果，爆破专题组通过多次爆破实践，反复修正爆破参数，最终确定了IV类围岩的钻爆方案，附钻爆设计图2，有关参数附表10－11：
爆破参数表-10
序号
炮眼名称
眼数（个）
眼深
（m）
眼角（度）
段别
总装药量（㎏）
装药系数
药卷直径
（mm）
每孔装药量（㎏）
1
掏槽眼
6
2.9
70
1
ф32
1.8
10.8
0.83
2
掏槽眼
8
3.4
70
3
ф32
2.25
18
0.88
3
扩槽眼
22
3.2
90
5
ф32
3.85
84.7
0.85
4
掘进眼
15
3.2
90
7
ф32
1.53
22.95
0.81
5
掘进眼
17
3.2
90
9
ф32
1.275
21.6
0.81
6
内圈眼
27
3.2
90
11
ф32
1.95
52.7
0.81
7
周边眼
37
3.2
85
13
ф32
0.71
26.3
0.31
8
底板眼
17
3.2
80
15
ф32
2.1
35.7
0.87
合计
147
272.75
附：效果表-11
序号
名称
单位
数量
序号
名称
单位
数量
1
炮眼深度
m
3.2
5
每延米炸消耗量
㎏/m
94.1
2
炮眼利用率
%
90.6
6
每m3炸消耗量
㎏/m3
1.17
3
每循环平均进尺
m
2.9
7
每m3雷管消耗量
㎏/m3
0.63
4
每炮装量
㎏
272.75
8
每m雷管消耗量
㎏/m
50.1
开挖方法
手抱锤打眼、人工装药联线、起爆器起爆、装载机装碴、自卸式汽车运碴，实行上断面一次爆破三班工作制开挖方法。
光爆作用机理
1周边轮廓形成机理
光面爆破的目的是使周边眼形成贯穿的裂缝。当两炮眼同时起爆时，炸药所引起的压缩应力波将在两孔中间相遇，两孔间的岩石在压缩应力的作用下产生垂直方向上的拉应力，如果此拉应力超过岩石的极限强度，周边就会沿两眼连线产生孤形裂缝。该裂缝产生情况与周边眼的间距、角度、装药结构及起爆方式均有关。故此，合适的周边眼间距及角度，合理的装药结构及起爆方式，使炸药爆炸所产生的压应力刚好克服岩石动态抗拉强度，炸药的爆破作用才能形成贯穿裂缝，岩层周边才能形成规整的断面形状轮廓。
2确定合理的岩石抵抗线（W）
大量的爆破实践证明：不同岩石光面爆破效果通常与岩石最小抵抗线大小有关。在每眼装药量一定条件下，眼距（E）大于两倍最小抵抗线（W）时，即周边眼密集系数m=E/W＞2时，等于两眼分别单独起爆，结果在两炮眼之间形成阁墙造成欠挖；当最小抵抗线过小时，爆轰作用过大，造成爆破过分破碎形成超挖。故此，根据岩性特征，经过多次爆破实践，确定合理的岩石抵抗线，是提高光面爆破效果的最有效途径。
3确定合理的眼距（E）
在抵抗线（W）一定的条件下，眼距大小直接影响光爆效果。因为在爆破的瞬间其自由面处的反射拉应力应等于入射的压应力，而两眼间所引起的拉应力则小于入射的压应力；同时在自由面方向上的岩石是处于双向应力状态，所以自由面方向的岩石易被拉坏。因此为了充分利用炸药能量，选择合理的眼距（E），产生满意的爆破效果，就要设法使自由面方向的反射拉应力与两眼间爆破拉应力相等。实践证明：只有当E/W=0.8-1.0时，上述两应力才近似一改，光面爆破效果才有可能达到最佳。
此外，周边眼同时起爆，采用较小的装药集中系数，合理的装药结构也是消除爆震裂缝，保护围岩自身稳定，保证光面爆破效果的重要条件。
光爆参数的选定
1掏槽方式的确定
由于该隧道设计跨度大、净空高，采用全断面一次爆破开挖，没有大自由面掏槽爆破是很难实现的。专题组通过多次掏槽试验最后确定双楔形掏槽方式是该岩层爆破最佳的掏槽方式，掏槽的岩石在其掘进空间抛出最远，在岩层爆破空间能形成较大的楔形临空面，掏槽效果较好。
2周边眼间距的确定
IV围岩节理裂隙较发育，爆破时裂缝方向多变不易形成完整的曲面。专题组通过观察光爆成型情况，根据围岩裂隙发肓特点，总结发现周边眼间距在55-65cm之间最宜。
3最小抵抗线的确定
最小抵抗线是影响光爆效果的主要因素。爆破攻关小组，在爆破实践中，根据岩层的变化情况，在最小抵抗线65-75cm范围内及时调整光爆层的厚度，取得了较好的爆破效果。
4装药系数的确定
经过多次爆破实践，专题组确定掏槽眼的平均装药系数为0.85。辅助眼的平均装药系数为0.83。周边眼的平均装药系数为0.31是合理的。
5眼数及眼深的确定
该隧道岩石爆破选用MRB2＃岩石乳化炸药，ms雷管，起爆器人工引爆，爆破效率85%（y），每m3岩石炸药耗量1.4㎏即q=1.4㎏/m3，掘进断面积S=80.6㎡、每孔装药密度为r =1.1㎏/m，则炮眼个数为：
N=q·S/y·r=147（个）
若1号掏槽眼进尺2.7m、2＃掏槽眼进尺3.2m，掏槽眼与掌子面夹角为70度，则各眼钻眼深度为：L掏1=2.7sin70°=2.9m ，L掏2=3.2/ sin70°=3.4 m，L辅助眼=L周边眼=L底板眼=3.2m。
上下台阶留核心土开挖与支护
上下断面开挖首先上部爆破开挖，约1.00m立即对围岩面进行初喷，顺初喷面布设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动拱部支护的型钢拱架，并用Φ25钢筋将拱架与上一榀连接成整体，打孔送入Φ25中空锚杆并压注浆，安设第二层钢筋网片，分层喷护至设计轮廓线，注意每榀拱架背面的密实情况，进尺约5~10m后（根据围岩的情况确定），下断面中部的导坑开挖支护，取核心土开挖，两侧的边墙接腿采用马口跳槽落底并与中部的隧底初支全部封闭成环，形成整体，共分四部开挖支护，注意的是必须要左右交替的开挖落底。
单侧壁导坑开挖与支护
先内侧壁导坑上断面开挖支护先行，进尺约0.8m，立即对围岩面初喷，顺围岩安设第一层Φ8的钢筋网片，并连接成整体，架设主动及临时支护的型钢拱架，并用Φ25钢筋将拱架与上一榀连接成整体，打孔送入Φ25中空锚杆并压注浆，安设第二层钢筋网片，分层喷护至设计轮廓线，注意每榀拱架背面的密实情况，进尺约5~10m后，下断面的导坑开挖支护，与临时支护的拱架支护及喷射混凝土封闭成环，同时后行洞的内侧壁导坑也可开挖，相互必须交错5~10m，后行洞同样成环后，先行洞的大侧壁导坑上断面可以进尺，并与内导坑接合连成整体，也必须交错开5~10m，当下断面成环进尺约20～35m后，可以取掉临时支撑，最后下部隧底与先前的左右导坑的下断面完全结合封闭成环，共分四部开挖支护，
不管是什么开挖法都必须要有监控量测的数据为基础，应力的重新分配或转换，将增加支护与地层的位移、沉降、变形，拆除前后应加强洞身变形及支护受力的监控量测，以数据说话，如变形过大应停止拆除。必要时加强支护或提前施作该段的二次衬砌，所以说什么时候取掉临时支护的侧壁很是关键。
4、出渣与运输
辖区隧道断面跨度大，出渣运输量大，根据实际现场情况，隧道均为中、短隧道选用了方便、灵活的出渣运输能力大的无轨运输方式。
核心土上弧导坑作业空间小，短台阶，机械作业不便，主要以人工扒渣配合挖机集中为主，然后运出。左右上导坑及左右下断面均以装载机装渣，自卸车直接运出至指定弃土场，可避免洞口两次倒运，运输效力高。
四、关键工序施工工艺
1、大管棚、小管棚超前支护施工
隧道进、出口进洞均采用Φ89壁厚：5mm长：30m间距：40cm的大管棚进行注压浆对洞口浅埋的超前加强支护，角度为1~3度；洞内采用Φ50壁厚：4mm长5m间距40cm的小导管进行压注浆超前支护。角度为6°。
大管棚施作的主要内容：施作导向墙预埋导向管，设置钻机平台，测定孔位，钻孔，钻机退出，注压浆，封孔，““见图4超前管棚施工工艺流程框图“
管棚采用无缝钢管加工成花管，以便注浆加固岩体，前端加工成锥形，以便送入或打入，并防止浆液前冲，梅花布设溢浆孔孔径8mm，间距为15cm，其中大管棚尾部5m，小导管尾部1m范围不钻孔，防止漏浆，末端最好焊接直径为6mm的环形箍筋，防止打入是管身开裂，影响注浆管每小段的连接。每节间丝扣连接，
钻孔采用电煤钻钻孔，在钻进过程中采用光耙测斜仪量测钻孔的偏斜度，小导管人工直接送入。
超前管棚安设后，用速凝砂浆封口，并用喷射混凝土封闭工作面，采用KBY-50/70型注浆泵注浆，注浆参数为：
水泥浆水灰比：1;1
注浆压力：0.5～1.0mpa
注浆前进行注浆试验，并根据试验的情况调整注浆参数。
注浆顺序两侧对称向中间，自下而上逐孔注浆，强度达到设计后方能开挖。
2、系统锚杆施工
系统锚杆采用的中空注浆锚杆，锚杆长4m（径向）或5m（内侧水平），环向间距为1m，采用风钻钻孔，钻孔直径为Φ40mm。成孔后用高压风清孔，人工送入，用速凝砂浆封口，注浆压力保证在0.5~1.0mpa，扩散半径最大，对围岩加固的效果最佳，对裂隙较发育的不良地质V级围岩有很好的改善效果，抗拔力符合设计要求，锚杆的末端与拱架焊接。
3、刚拱架支撑施工
在加工场地放出大样，采用弯曲机分节加工制作，主要在安设控制（中线、高程、垂直度）质量，施工中主要采用支距、悬距法来控制。
4、钢筋网施工
主要注意控制加工尺寸和把每块网片连成整体。
5、临时支护的施工（临时侧壁支护、临时仰拱）
临时侧壁支护采用I16型钢拱架纵向间距与主动一致，网片尺寸15*15，采用Φ22mm砂浆锚杆，Φ50小导管超前支护的一个临时支护体系。
临时仰拱由于地质情况差经过数据分析边墙收敛值超限，根据实际情况分析、研究和试验为了确保安全在上断面导坑开挖支护时在主临支每榀拱架间安设I22mm的水平支撑支护，很好的解决了开挖安全及后续接腿、上部接拱在应力重新分配过程出现的变形量过大应力释放失控而造成掉拱、掉块、开裂和坍塌情况。
6、二次衬砌混凝土施工
二次衬砌是隧道工程永久性承力结构的一部分，对提高隧道使用寿命和外观质量具有重要的作用，衬砌分为两个部分一个是拱部的二次衬砌，一个是下部隧底的仰拱衬砌。
混凝土二次衬砌施工时间根据现场监控量测结果来确定，在初期支护基本稳定，整体收敛值在规范内，围岩及初期支护变形率趋于减缓或稳定时再进行隧道二次衬砌，并将衬砌工作面与开挖工作面拉开50~100m的距离，以减少两工作间的互相干扰，也是避免爆破震动效应对二次衬砌的影响，二次衬砌混凝土灌注采用洞外集中拌和、混凝土输送罐车运输、轨道自动行走液压起臂整体模板衬砌台车（附图）、混凝土输送泵车灌注的方法进行。
首先通过轨道将模板台车行走至衬砌部位，测量定位，调好标高，按隧道衬砌内轮廓线尺寸调整好模板台车。安设固定好预埋孔、洞、室位置，堵头模板，排气孔等。
开始浇注，泵送混凝土灌注应对称、分层、连续施工，每层厚度控制在50cm以下，保证不浮模和偏位及跑模。插入式振捣棒配合附着式振捣器振捣密实。不得出现水平和倾斜接缝，如果应故中断浇注，则在继续浇注混凝土前，必须凿除已硬化的前层混凝土表层的虚面、浮浆，并将表面凿毛，高压水枪冲洗干净，拱顶混凝土通常不密实、灌注不满、不易振捣、易收缩等现象，根据经验教训，这就需要对拱顶灌注工艺作特殊要求，采用加强封堵板泵送压注挤压施工，另外还要预留注浆孔在后期对月牙型收缩缝进行注浆处理，保证混凝土的整体性和密实性，浇注完成后达到规定强度方能拆模，养护时间不得少于14天，
7、洞内、外（防、排）水体系的施工
洞内的防排水体系质量一定要严把关，要遵循洞内、外；永、临防排水相结合，特别是排水半管的安设及泄水孔的位置、深度、角度，通常也是被我们疏忽的一个工序，经过多年的施工经验隧道的地下水处理是关系到以后运营安全的一道重要工序之一。也是近年来提出的无压排水理论应用在施工中的一大进步，处理好了围岩内部地下水压力对隧道使用寿命和运营期间渗水影响的通病问题，另外土工布和防水板的质量控制，个人认为防水层不但是起到防水的作用，而且防水板给二衬提供了一个光洁面，由于初支是不平顺的粗糙面，所以防水板还起到减小了初支与二衬的摩擦作用，土工布主要是过滤作用，也可以说是起到了应力的缓冲、传递作用，因此在施工中防排水质量控制不容忽视。
洞内无压防、排水体系的构成及质量控制：
衬砌背面防水卷材（防水板、土工布）质量控制很大程度上取决于受铺面的质量，其基面应平整、圆顺、无凸出物、无明流水涌水，初支出水量较大时应该作特殊的处理，比如：清刺沟隧道、上喝组隧道地下水较丰富在施工中一个是做好临排，初期支护后做好标记，在铺设防水层前在出水量大的部位将水引出，安设排水管将水引致中央排水主管道中排出洞外，在铺设防水卷材是应注意松弛度要适宜，环向搭接的焊接采用双面爬焊机，固定的点位必须按照：拱顶500～800mm，边墙800～1000mm，底板1500～2000来控制。采用热熔垫片与防水板热熔焊接，（附图）局部破损的可以使用热吹风补焊。铺设完成后要充气检测，合格后方能进行下道工序的施工。
排水半管的施作质量控制
Ω100排水半管是无压排水理论的重要组成，首先在以通过中间验收的初支表面径向打入1m～1.5m的泄水孔，主要目的在于把围岩内部的毛细水系引出，不至于让围岩、初支组成的支护体系长期受到地下水压力的影响，再则为了有效的将水排出，然后将半管安设在泄水孔上使围岩内部的水能顺畅的流出至边墙纵向排水管流出洞外，以至于漫流导致受潮渗水，使防水层处于良好的环境，
边墙纵向及横向排水管
Φ110PVC边墙纵向排水管主要是将Ω100排水半管引出的围岩内部的水排出洞外，如果水量过大Φ110边墙纵向排水管不能满足流量的要求在边墙检查井内积至一定的高度横向排水管的位置时就通过横向Φ100PVC波纹管排至排水边沟或中央排水主管道内排出洞外。
中央排水管
中央排水管是洞内排水系统的主管道，由于在主行车道范围内采用内直径为400mm、510mm的预制钢筋砼承插式接头管，设置混凝土基座保证稳定和防止隧底的施工缝反水作用，管身上部设置级配碎石反滤层，为了防止横向管和路面排水基层的水系杂物堵塞管身的泄水孔和免受路面车载作用集中，破坏管身的作用。
排水边沟
主要上防止路面积水，防止运营后在冬季路面积水导致路面结冰或浮冰形成，
变形缝（沉降缝）、施工缝的防水处理
变形缝是由结构不同刚度、不均匀受力及考虑到混凝土结构胀缩而设置的允许变形的结构缝隙，在本辖区隧道施工缝的处理也采用止水带防水，是防水处理的关键环节之一。
洞外防、排水设施的构成及质量控制：
洞外排水要与施工临时排水路基结构物排水相结合，边、仰坡的截水沟的水与路基的边沟或直接顺势排出，中央排水管顺延止与路基排水体系结合或排出自然流水沟道，边沟的排水同样要与路基上的边沟要结合，明洞粘土防水层要留有一定的坡度防止积水或排水够引排至路基边沟或顺地势排出。
五、施工中的控制要点及经验
1、隧道开挖超欠挖控制
隧道开挖的超欠挖指开挖处至设计开挖轮廓线的垂直距离，及该点到设计圆心的距离与设计半径之差。开挖轮廓线的下限半径为：设计半径＋预留量（立拱架前的突变和拱架安设后的变形，按3cm考虑）＋二次衬砌模板变形加大量5cm。开挖轮廓线的上限半径为：开挖下限半径＋监控量测动态管理的预留沉降量（设计及规范经验值：18cm、16cm、13cm）。
超欠挖检测采用悬高法和支距法，这两种方法操作简单方便快捷，但测点的距离不能过大，局部要加密，激光断面仪测量精度高，但是受导坑开挖，掌子面难架设的影响，实际操作不易。
2、初期支护轮廓线净空断面控制
根据《两阶段施工图设计》隧道设计图纸要求，隧道V级围岩预留沉降量按18cm、16cm设置，IV级围岩13cm设置，但必须加强监控量侧动态掌握围岩实际的变形量来修正设计给出的沉降量参数，本辖区以5m为一个段落进行超前水平地质钻探探测（预报），并以前段开挖支护的参数正确性探讨研究，和监控量测的数据分析来进行修正设计给出的沉降量参数，来保证在初期支护完成后二衬施作前的初期支护断面达到最理想的轮廓线（设计轮廓线），那么第一条和本条都提到的二次衬砌台车预留变形量5cm怎么理解呢？理论上来讲只要台车不变形或变形值为零，也就没必要预留这个量了，也就是说只要你预留的变形量在浇注完混凝土拆模后刚好符合二衬的设计轮廓线为最佳，是控制和节约隧道工程施工成本和加大投入的重要控制环节，
初期支护轮廓线下限半径应该控制为：设计初期支护轮廓线半径＋二衬模板台车变形量5cm。上限应为：初期支护轮廓线下限半径＋施工误差（3cm考虑）＋残余变形沉降量（按2～5cm考虑）。
施工过程中还要严格控制刚拱架加工尺寸和比样误差，安装过程中严控拱架安设尺寸及误差，每个工作循环和各步序必须严格检查拱架平面位置、拱顶高程、垂直度、偏位等工序，
以上数据均为本辖区隧道经验数据，仅供参考。
3、二次衬砌轮廓线断面控制方法
为了保证二次衬砌混凝土厚度，施工时二衬外轮廓线半径定为：隧道设计初期支护外轮廓线半径＋二次衬砌模板台车预留变形5cm，
二次衬砌施工前，根据本辖区三座隧道对基本稳定的初期支护监控量侧数据来看，V级围岩拱顶下沉和收敛一般在6～12cm局部达到16cm，IV级围岩拱顶下沉和收敛一般在2～7cm局部达到12cm，故验证设计的预留沉降量13、16、18cm为合理。
4、围岩监控量测
监控量侧是新奥法复合式衬砌设计、施工的核心技术之一，也是本区段隧道衬砌采用信息化施工管理的重要工作和课题，通过施工现场监测掌握围岩和支护在施工过程中的力学动态及稳定程度，保障了施工安全，对评价和修正初期支护参数，力学分析及对二次衬砌施作时间提供了信息依据，根据本项目隧道地质特点及要求，主要进行了一下项目的量测。
超前地质预报
采用超前水平钻探，5m为一个区段，为围岩动态动态情况、参数的修正提供了有力的信息依据。
围岩变形量测
主要是通过洞内变形收敛量测、拱顶下沉量测、围岩内部位移量测来监控洞室稳定状态和评价隧道变形特征，是隧道施工日常量测的主要实测项目及工作，
应力～应变量测
采用应变计、应力盒、测力计等对钢架支撑、锚杆和衬砌受力变形情况进行监控，进而检验和评价支护效果。本项目对支护的锚杆、拱架及二衬受力变形进行监控经过数据分析设计的支护效果优良。
围岩稳定性和支护效果分析
经过对逐座隧道量测数据的收集整理、回归分析，对IV、V级大跨径不良地质围岩及支护取得了大量的数据信息，采用了位移反分析法，反求得围岩初始应力场及围岩综合物理力学参数，并与实际结果对比、验证，为今后的设计和施工提供了不少科学数据及类比依据。
六、特殊地质条件的处理及预防措施
由于辖区内隧道裂隙均较发育，围岩完整性、坚硬性差，深埋段不多，而且山体裂隙水比较丰富，所以发生地质灾害——岩爆的几率不高，根据钻探和地质部门的资料该区域也不存在有害可燃易爆气体，施工中主要的难点就是处理好大跨径的开挖步序、工艺和应力突变导致浅埋段及主洞交叉处塌方冒顶及散体、破裂状结构的边仰坡失稳或顺围岩层理走向的滑塌；涌水防排的治理；由于地质限制只能采用导坑开挖，施工通风的处理等工作上。
1、塌方的防治实例
隧道施工中的塌方灾害坚持防治结合的方针，以预防为主，对地质状况进行超前预报，已支护的进行量测监控，严格设计工法施作，加强工序施工质量，严控各工序间的根据围岩情况依据规范控制步序拉开的长度，严密监控不良地质开挖后的边仰坡情况，及时加以必要的防护，
辖区隧道以上喝组地质情况较差：由于上喝组隧道出口为浅埋，易坍塌，场地也受到限制，采用进口单口掘进，但隧道进口在进洞后监控量测数据反映为异常，高驻办会同有关专家查看后，果断下发指令撤离所有人员及机械停工施工，采取加固措施，在洞内加设支撑、山顶地表注浆加固，洞内主洞注浆加固改善围岩，边仰坡小导管注浆改善，由于变化速率过大，山体已经形成裂隙滑塌面，于6天后进口仰坡顺山体裂隙面突然大面积滑塌，由于及时撤离了人员机械，没有造成人员及机械的重大损失，
塌方的主要原因：隧道至洞顶穿越断层破裂带，断裂带的走向与路线近平行，进口右线为高边、仰坡，最高处为右边坡69m，山体有7处纵横、深度走向不明的采金洞遗址，且右线右边坡偏压，（在进洞之前由于考虑到右边坡偏压的影响，对该隧道进行了主洞全环径向小导管注浆加固，改善岩体，上断面导坑支护增加了临时仰拱，提供水平支撑，并且增加了明洞套拱，套拱左侧反压回填），受其影响，隧址区围岩完整性差，尤其是进口仰坡坡面暴露围岩为全风化、强风化强烈岩体，多呈散体状结构或碎裂状结构，无自稳能力，加之施工中爆破开挖的震动干扰，导致右边坡突然滑塌带动仰坡使之坍塌将洞口左右线全部掩埋，经现场勘察滑塌体均为松散的碎石土（坡积碎石土），塌方体厚度10～12m，主洞室初支、明洞套拱情况不明。
经过设计、业主、监理、施工单位四方对塌方现场核查，该塌方为地质原因造成，为了进行下阶段的施工或减少塌方对施工的影响，以及考虑总工期的要求，将掘进施工队克服困难转移到出口继续施工，必须对进口塌方进行处治，经过四方共同研究决定，首先安排将塌方体进行详细测量与塌方前的坡面比较得出塌方面的位置及清渣量，确定处治分两个阶段，第一个阶段先将滑塌的边、仰坡虚渣清除，并结合由上而下边刷边护原则完成框架锚杆防护，第二阶段待主洞清理出来后根据破坏程度再进行第二步处治设计。
2、涌、渗水处理
防、排相结合是洞内治水的原则，清刺沟、上喝组隧道施工中都遇到了不同程度的涌水现象，施工中从两个方面来处理，第一步将涌出的水排出洞外，不至于影响正常施工环境，对于顺坡洞排水主要是挖临时排水沟自然排水，反坡采用挖积水、排水泵站机械排水管路排水，围岩的涌、渗水处的治理非常关键，如：上喝组隧道右线右导坑开挖约在SH202+800处右拱腰出现的涌水，水量较大喷射混凝土无法凝固在受喷围岩面上，经过现场勘察涌水原因时，发现涌水点是约直径为1.6m沙井处渗出的，而且通过涌水的洗刷已经形成漩涡状，如果不及时处理，继续任其冲刷形成沙井掏空，有可能会导致掌子面坍塌，通过施工单位与监理单位研究决定立即采用先堵后排的方案，即将涌水井用土工布填塞，并加设这了一榀刚拱架支撑，防止涌水井的沙被洗空，导致严重后果和损失，然后把PVC管将土工布过滤后的涌水集中排至积水坑，喷射加大速凝剂用量的喷射混凝土，考虑水量比较大，面积范围较小，通过调查水的主要来源是雨季山体的裂隙水汇聚而成的，那么不能让其成为涌水通道，采用周边注浆的方案将其封住，如果是地下水域的通道那么必须作特殊处理。通过初期支护表面外观和打孔检测及雷达检测来看效果良好。
七、辅助施工
隧道施工时，管线布置较多，又受空间限制，管线必须按照规定和研究的最合理方案的进行安装设置，施工是动态的，必须设有专门的人员管理，确保施工安全。洞内管线布置见图8。
八、控制测量
1、洞外测量
符合导线复测，在实际实测中，首先对设计导线点进行测角、测距、平差，然后进行各导线点坐标的计算。
高程控制测量，以隧道进出口水准基点为起算点和闭合点，对全程水准点进行复合评定，不设成为一闭合高程控制网，采用水准测量与三角高程测量相结合的方法，按国家四等高程控制标准施测，并通过交叉交换复测。
2、平面控制测量，采用线路中线与符合导线相结合的形式，按照国家四等控制网标准布设。
首先，在进出口以已经纳入洞外平面控制网的两条边作为隧道洞内控制网的联系边，然后在洞内布设支导线点，导线点应布设在施工干扰小、稳定可靠的地方，点间视线应离开洞内设施0.2m以上。用全站仪对水平角和边长同时施测，该导线在实地测设中应十分注意对导线的检测，应为每一步产生的误差都将会影响横向贯通误差，检测方法一般按原有导线最前端的相邻三点点位，通过同精度测角和测边检测。如果角和边的差值均在精度允许范围内，则可以为原导线点的精度和点位均为可信，如超限应沿着原有导线依次倒退检测，直至精度合格为止。这时以合格处导线点作起算点向前建立新导线。同时采用换手复测和隧道中线和坐标法互为复核的方法，以避免出现测设错误。
高程控制测量采用四等测量，用水准测量和三角测量高程相结合的方法，洞内高程由洞外高程控制点BM进和BM出传算。洞内每隔100～200m设立一对高程控制点。采用水准测量时，进行往返观测，作业要求，观测限差和精度评定方法应符合规范要求。
九、环境保护技术的应用
近年来国家越来越重视环境保护，环境保护也越来越受到我们公路建设者们的关注，因此在项目审批和设计中就已经着手综合考虑，尽量避免因人为因素导致的山体病害的产生，尽量减少对工程附近的建筑、居民生活、生产和生态环境的不良影响，设计中采用“早进洞、晚出洞”的原则，减少深挖路段，保护自然坡体及原有植被。
隧道洞内的开挖石渣尽可能地纵向调配，作为路基的填料，硬石、优质石渣在所设的石料加工场集中堆放，用于砌体工程和混凝土粗集料，施工中不得乱弃，根据各工地的实际情况集中堆放，弃方时，考虑到保护植被，堆放时，选好弃渣场地，作好坡脚的防护，以避免洪水期冲走弃渣形成认为的泥石流，弃渣后在渣场的顶面覆盖土层，复垦还田或种树造林。
施工期间的生活污水和工业污水集中排放，都必须经过沉淀过滤处理。
边、仰坡为了与自然结合一体对稳定性较差的作了永久性防护
十、结束语
目前我公司承担监理咨询任务的商界高速殷家湾、清刺沟、上喝组隧道洞身开挖、初期支护、仰拱及填充已基本完成，二次衬砌也即将结束通过有关技术人员的努力学习和现场指导施工工艺及工程质量取得了良好的效果，并总结出一套大跨径不良地质隧道导坑法施工的经验，为今后类似的工程积累了数据成果和经验。
我公司在各类隧道施工上已有了不少成功经验，我们也有信心在不远的将来涉及到地质更复杂施工技术难度、科技含量更高的隧道领域，希望大家多提宝贵意见，共同探讨，在新的世纪里使我国的隧道工程设计和施工水平有更大的提高。隧道
