地质环境与公路隧道工程技术
在修建隧道中，常遇到一些特殊地质地段。如膨胀土围岩、软土、溶洞、断层、红层软岩、岩堆等，在开挖、支护和衬砌过程中，由于各种因素的影响都可能发生土石坍塌，坑道受压支撑变形，衬砌结构断裂和各种工程问题，严重影响施工进度、安全和质量。
本章将讲述一些在特殊地质条件下的隧道建设技术，以便在隧道建设中起到一定参考作用。
隧道通过特殊地质地段施工时应注意以下几点：
（1）施工前应对设计所提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析了解，深入细致地作施工调查，制订相应的施工方法和措施，备足有关机具材料，认真编制和实施施工组织设计，使工程达到安全、优质、高效的目的。反之，即便地质并非不良，也会因准备不足，施工方法不当或措施不力导致施工事故，延误施工进度。 （2）特殊地质地段隧道施工，以“先治水、短开挖、弱爆破、强支护、早衬砌、勤检查、稳步前进”为指导原则。隧道选择施工方法（包括开挖及支护）时，应以安全为前提，综合考虑隧道工程地质及水文地质条件、断面型式、尺寸、埋置深度、施工机械装备、工期和经济的可行性等因素而定。同时应考虑围岩变化时施工方法的适应性及其变更的可能性，以免造成工程失误和增加投资。
（3）隧道开挖方式，无论是采用钻爆开挖法、机械开挖法，还是采用人工和机械混合开控法．应视地质、环境、安全等条件合理选用。如用钻爆法施工时，光面爆破和预裂爆破技术，既能使开挖轮廓线符合设计要求，又能减少对围岩的扰动破坏。爆破应严格按照钻爆设计进行施工，如遇地质变化应及时修改完善设计。 （4）隧道通过自稳时间短的软弱破碎岩体、浅埋软岩和严重偏压、岩溶流泥地段、砂层、砂卵（砾）石层、断层破碎带以及大面积淋水或涌水地段时，为保证洞体稳定可采用超前锚杆、超前小钢管、管棚、地表预加固地层和围岩预注浆等辅助施工措施，对地层进行预加固、超前支护或止水。
（5）采用新奥法施工的隧道，为了掌握施工中围岩和支护的力学动态及稳定程度，以及确定施工工序，保证施工安全，应实施现场监控量测，充分利用监控量测指导施工。对软岩浅埋隧道须进行地表下沉观测，这对及时预报洞体稳定状态，修
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正施工都十分重要。
（6）特殊地质地段隧道，除大面积淋水地段、流沙地段，穿过未胶结松散地层和严寒地区的冻胀地层等，施工时应采取相应的措施外，均可采用锚喷支护施工。爆破后如开挖工作面有坍塌可能时，应在清除危石后及时喷射混凝土护面。如围岩自稳性很差，开挖难以成形，可沿设计开挖轮廓线预打设超前锚杆。锚喷支护后仍不能提供足够的支护能力时，应及早装设钢架支撑加强支护。
（7）当采用构件支撑作临时支护时，支撑要有足够的强度和刚度，能承受开挖后的围岩压力。围岩出现底部压力，产生底臌现象或可能产生沉陷时应加设底梁。当围岩极为松软破碎时，应采用先护后挖，暴露面应用支撑封闭严密。根据现场条件，可结合管棚或超前锚扦等支护，形成联合支撑。支撑作业应迅速、及时，以充分发挥构件支撑的作用。
（8）围岩压力过大，支撑受力下沉侵入衬砌设计断面，必须挑顶（即将隧道顶部提高）时，其处理方法是：拱部扩挖前发现顶部下沉，应先挑顶后扩挖。当扩挖后发现顶部下沉，应立好拱架和模板先灌筑满足设计断面部分的拱圈，候混凝土达到所需强度并加强拱架支撑后，再行挑顶撞筑其余部分。挑顶作业宜先护后挖。 （9）对于极松散的未固结围岩和自稳性极差的围岩，当采用先护后挖法仍不能开挖成形时，宜采用压注水泥砂浆或化学浆液的方法，以固结围岩，提高其自稳性。
（10）特殊地质地段隧道衬砌，为防止围岩松弛，地压力作用在衬砌结构上，致使衬砌出现开裂、下沉等不良现象。因此，采用模筑衬砌施工时，除遵守隧道施工技术规范的有关规定施工外，还应注意：当拱脚、墙基松软时，灌筑混凝土前应采取措施加固基底。衬砌混凝土应采用高标号或早强水泥，提高混凝土等级，或采用掺速凝剂、早强剂等措施，提高衬砌的早期承载能力。仰拱施工，应在边墙完成后抓紧进行，或根据需要在初期支护完成后立即施作仰拱，使衬砌结构尽早封闭，构成环形改善受力状态，以确保衬砌结构的长期稳定坚固。
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第一节 软土地段的隧道建设技术
一、软土对隧道的危害
1．地表沉降
软土隧道地表沉降的相当显著的，Shirlaw在总结大量隧道长期沉降实测数据的基础上发现：正常情况下，地表长期沉降占总沉降量的30%～90%，伴随着长期沉降的发展，地表沉降槽的宽度也在不断增加[168]。
2．渗水漏泥
隧道的不均匀沉降会使隧道产生弯曲变形，并导致隧道接缝张开，从而进一步加剧渗漏，甚至漏泥。
3．结构局部破坏甚至坍塌
在软土地区进行隧道开挖中，其围岩应力重新分布，作用在软土上的应力也随之发生变化，使隧道一些部位受力大，一些部位受力小，超过隧道自身承载能力的部分将发生局部破坏，严重的导致隧道某部位坍塌。
二、软土与隧道的相关关系
1．隧道位于软土层上方
此种情况软土层位于隧道底下，需要对软土层进行加固、注浆等措施，防止隧道地表下沉。
2．隧道位于软土层中间
此种情况要对隧道周围围岩进行支护，支护方法有，超前小导管、围岩注浆，锚杆支护等。
3．隧道位于软土层下方
此种情况软土层对隧道的危害相对较小，为了防止软土层遇水发生滑坡，造成隧道偏压、结构等破坏，在隧道施工时，还要对软土层进行适当加固。
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三、软土地段隧道的病害机理分析
隧道一旦开挖后，因其周围岩体应力的重新分布与改变，常有地质灾害发生如抽心、挤压、岩爆及边坡滑动等，综合国内研究资料，隧道破坏机制有如下几种： （1）张裂破坏：隧道在极破碎岩体且覆盖层薄的岩层中开挖，因岩体自身强度低、自立性差，隧道开挖后，其周围岩体应力会重新分布。当围岩应力大于岩体强度时，隧道周围岩体因无法自立，破碎岩体极容易张裂松脱，导致在洞顶的岩块塌落，侧壁岩体坍滑至洞内。
（2）塑性变形：软岩或含泥质破碎岩体，因其力学强度低、稳定性差，当隧道开挖应力释放后，周围岩体应力重分布，在地应力与地下水等作用下，导致围岩产生塑性变形，造成隧道净空减少或损坏，一般称此种破坏为挤压破坏，通常这种变形会持续一段时间。如图6.1.1。
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图6.1.1 隧道挤压塑性变形
（3）弯曲折断破坏：岩体中如果有一组极发达的软弱面，尤其是夹有软岩互层时，当隧道开挖后，常发生弯曲折断破坏。这种破坏形式主要是由于软弱面间的剪力强度低，薄层岩体抗弯强度不高，在隧道开挖后，围岩受到重力和地应力的双重影响，导致薄层岩体向洞内位移弯曲变形，岩块跌落。如图6.1.2。
图6.1.2 隧道中层状岩层可能发生弯曲折断破坏模式
（4）岩块崩落：当岩体被软弱面及开挖面切割成有限块体时，因重力作用会造成岩块崩落或坠落。
（5）脆性破坏：高强度且完整的岩体，当隧道开挖后，应力二次分布，若切向应力大于岩体强度，且侧向应力解除，围岩将会产生剧烈的脆性爆炸损坏，即岩爆。一般高地应力条件下的高强度岩体，在隧道开挖中常会发生岩爆。
在软土地层中，地下铁道、污水隧道等常采用盾构法施工。盾构在地下推进时，地表会发生不同程度的变形，从而对周边土体造成一定的扰动。隧道盾构掘进施工过程中，周围土体受到的扰动主要表现为其应力状态和应变状态的变化。应力状态的变化是指总应力和孔隙水压力的改变，而总应力变化是由于开挖卸荷和土拱作用引起的，孔隙水压力变化则是由于盾构掘进过程中土体受挤压作用和地下水位变化引起的。
Renato等认为，隧道开挖时土体卸荷德程度随沿隧道径向土体位移的增大而增加[169]，如图6.1.3中的左半段曲线所示。当隧道支护受力与土体卸荷达到平衡时，隧道周围土体将不再卸荷。如果不对软土隧道进行支护，则土体持续卸荷最终将导致土体破坏并引起隧道坍塌。
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图6.1.3 土体地应力释放与支护
Romo总结了软土地层隧道施工引起土体应力应变状态变化的扰动因素：①隧道作业面附近的应力变化；②盾构掘进时盾构与土体间的剪应力；③隧道支护和注浆引起土体的径向位移；④隧道开挖引起土体扰动的固结变形；⑤衬砌层的收敛变形；⑥上覆浅层土体的稳态流变等。认为地表位移与土层状况、覆盖层厚度、隧道直径、盾构结构种类、施工条件、盾尾空隙以及回填注浆等诸因素密切相关。
四、软土地段的隧道处治技术对策
（一）地表沉降计算方法
隧道施工引起的地面沉降可以看作满足不排水条件情况，地表沉降的体积应等于地层损失的体积。根据这一假定，通过概率分析的方法可给出盾构施工引起的地面沉降的计算公式：
S?x??Vi?x2?exp??2? 2?i?2i?式中：S（x）为沉降量；Vi为地层损失量；x为距隧道中心线的距离；i为沉降槽宽度系数。此式表示的沉降曲线，其反弯点在x=i处，在该点出现最大沉降坡度。可见，地面沉降最大值为：
Smax?Vi2?i?Vi2.5i
沉降槽宽度系数可按下式计算：
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i?Z?2?tan?45???2????
式中：?为土的内摩擦角，对于成层地基取其加权平均值。
（二）隧道软基处理方案选择
高速公路软土地基处理方法很多，在实践中也得到了广泛的应用，并取得满意的效果。排水板结合堆载预压法、超载预压法、旋喷桩法、碎石桩法、预制钢管桩法、强夯法以及换填法等，都有其各自的适用范围。然而隧道明洞段软基处理与路基有很大不同。
首先，隧道软基处理要求承载力较高，根据明洞顶回填厚度不同承载力一般要求达到300～400KPa左右；
第二，隧道软基处理对工后沉降要求严格，明洞施工后，明洞与暗挖段二次衬砌内轮廓要完全对应沉降必须控制在很小的范围内，才能满足隧道规范的要求；
第三，隧道段地处山区，工作空间狭小，交通不便，一些施工机具设备运输困难软基处理与洞内开挖工序影响大，要求施工时间短。根据隧道段软基处理的特点及要求，拟定了换填法、强夯法、预制混凝土方桩法或薄壁混凝土管桩法、高压旋喷桩法和微型树根法进行比较。
（三）隧道软土地基的几种施工处理方法 1．换填法
换填法是处理构造物基底承载力不足的常用方法，一般换填深度在3m以内为经济深度，对于特殊情况也可以采用，其特点是施工速度快，如果采用换填碎石或片石，则换填后承载力及沉降能满足隧道要求。但是由于隧道明洞两侧明挖的山体已经较高，而需要换填的平均深度在10m左右，开挖换填过程中边坡因无法放坡基本采用垂直防护，施工困难，且对隧道暗挖段及两侧山体稳定构成威胁，因此，该方法不可取。
2．强夯法
强夯法是通过冲击能量波改变土体的物理力学性质，增加路基的稳定性并减少沉降的一种软基处理方法。其特点是施工工艺简单，施工速度快，工程短，无须添加特殊材料，费用低，适用于加固碎石土、砂土、低饱和土和粘土以及泥碳等基础，一般加固深度5～6m，夯实后的低级达到中密至密实状态，地基承载力达到200KPa
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以上。
（1）强夯法的基本持征
①强夯法处理后的地基可使土的压缩性明显降低，提高地基土承载力，对不同的土质提高的程度有所不同；
②强夯处理能使地基强度趋向均匀，有利消除不均匀沉降；
③与其他夯击法如机械夯实、爆炸夯实等相比，强夯法夯击能量大，并可根据地基处理要求来确定夯点间距、夯击能量及夯击方法，使地基深处土也得到改善；
④施工中必要的夯击能量可以分几通完成； ⑤强夯法处理垃圾土，可使有害气体迅速排除。 （2）软土的强夯加固机理 ①软土被压密
施行强夯时，在冲击力作用下，土中的气体体积和孔隙体积受压缩，孔隙水压力增大，在夯点周围形成典切裂缝，使夯点与未夯区之间形成较大的孔隙水压力梯度，随着孔隙水排出，孔隙水压力降低，气体体积有所减少。每夯一遍，液相、气相所占比例就减少一些，土体因而被压密
②软土的触变性
由于软土具有触变性，在强夯冲击作用广，土体结构暂时被破坏，结合水变成自由水，土的抗剪强度降低，当孔隙水压力达到最大时，土体强度下降到最低限度，当孔隙水压力逐渐消散，使土体颗粒接触更加紧密，土的抗剪强度和变形模量也大幅度增长，如图6.1.4所示。随着时间推延，新的吸着水逐渐固定。强度恢复的快慢，与土质种类有很大关系。这是在检验夯后效果时所应当注意的，质量检验宜在强夯施工一个月后进行。
图6.1.4 强夯后地基土抗剪强度增长与时间的关系 图6.1.5 夯点周围裂隙系统
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③夯后土体渗透性增大
在夯击时，在大能量的冲击应力作用下，使夯点周围形成环状剪切裂缝，形成了树枝状排水网络（如图6.1.5所示），便士的渗透系数陡增，承受着较高压力的孔隙水沿着裂隙形成的排水通道很快诽出，加速软土的固结。所以地基土强夯后渗透性的强弱，孔隙水压力的消散状态，对处理效果起到很重要的作用。
（3）强夯法对软土地基的适用条件
任何一种软土地基处理技术都有其相宜条件，同样，强夯法也有一定的适用范围和特殊要求。从国内外工程实践经验看，能否用强夯法加固饱和软土地基的一个关键性问题就是土的粒径、土层特性及其含水量。
3．预制混凝土方桩法或薄壁混凝土管桩法
预制桩加固法是通过物理方法将预制的混凝土方桩或薄壁预应力混凝土管桩压入软土地基中，通过对土体挤压作用而提高承载力，同时桩体本身还起直接支撑作用，通过桩顶扩大端及上面的碎石垫铺层而使应力进行均匀分散，从而提高地基总体承载力的一种低级复合加固法。该方法具有施工速度快、质量容易保证等特点，工后承载力与沉降也满足隧道要求，但是该段地基夹有孤石阻挡部分下面软基无法起到加固作用，会造成不均匀沉降。因此，否定了该方法。
4．高压旋喷桩法
高压旋喷注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻至土层的预定位置后用高压设备使浆液从喷嘴中喷出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的重压超过土体结构强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒将随浆液冒出水面，其余的土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力作用下，与浆液搅拌混合，并按一定浆土比例和质量大小有规律地重新排列。浆液凝固后便在土中形成一个固结体。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋转提升，固结体呈圆柱状，主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度、改善土的变形性质，使其在上部荷载的直接作用下，不产生破坏和过大变形。高压旋喷桩法就是通过在软弱土层中形成水泥固结体与桩间土一起形成复合地基，从而提高地基承载力，减少地基的沉降变形达到地基加固的目的。
5．微型树根桩软基处理
微型树根桩法是指利用水泥浆液或其他化学浆液，通过压力灌注、渗透、劈裂、挤密土体，将土颗粒胶结起来，改变地基土的力学性能，形成结构新、强度大、稳
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定性好的结石体；同时注浆钢管和浆液形成微型桩体，直接承受部分荷载，起到卸荷的作用。高压注浆对于地基承载力不足、浸水沉陷、软弱土层，土层不均匀的加固，效果显著。
（1）微型树根桩的优点
①所需施工场地较小，一般平面尺寸0.6m×1.8m，净空高度2.2m就能施工； ②施工时噪音小，振动小，对已损坏需托换的建筑物比较安全； ③所有操作都可在地面上进行，比较方便；
④压力灌浆使树根桩与地基土紧密结合，桩和承台联结成一整体； ⑤桩径很小，因而施工对承台和地基土几乎不产生扰动； ⑥能穿透各种障碍物，可在各种类型的土中制作树根桩； ⑦处理后地基复合承载力高，工后沉降量小。 （2）微型树根桩的应用范围
①建筑物需要加层（或上部增加荷载），地基和基础承载力不足时； ②由于地质勘察、设计和施工原因，建筑物建成后，发生不均匀沉降； ③由于市政工程，如地铁或隧道通过建筑物下面地基土层时，为防止建筑物的不均匀沉降；
④古建筑的地基基础加固； ⑤对岩石和土体边坡稳定加固等。
五、工程实例
1．工程背景
江西省景婺黄（常）高速公路是交通部确定的部省联合组织实施的全国六个勘察设计典型示范工程之一。景德镇至婺源（塔岭）高速公路（景婺黄公路）属杭州至兰州国家重点公路在江西境内的一段。蛟岭隧道位于景婺黄高速公路的婺源县与景德镇市交界处，为一座分离式隧道，右洞长1655m，左洞长1531.2m，属长隧道[170]。
2．隧道软土地基的发现及调查
蛟岭隧道景德镇端左线根据施工组织计划要求先施工明洞以保证暗挖面洞顶边坡稳定及将一地方煤矿运输道路移至明洞通过，以减少暗挖位置施工过程中其上运煤重车通行产生的不利影响。因此，明洞段施工进度直接影响到后续开挖的施工工
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序时间要求紧迫。
明洞段开挖后发现设计路面以下为软塑状，实际承载力只有140KPa，不能满足明洞地基承载力的设计要求。业主召开紧急会议，决定先对明洞下面软基进行探测，查明情况后再进行处理。于是调集勘探部门进行地质补测，查明该段软基为残坡积亚粘土，蠕动状松散结构，该软弱层埋藏很深，沿路线走向地层变化很大，在洞口段30m范围内粘土层由2.5m过渡到17.5m厚又变化到7.6m，软土内夹杂孤石，且局部存在溶洞，在横向上路基左半幅孤石较多，右半幅孤石较少，地质情况非常复杂。
3．处理方法
采用微型树根桩处理（如图6.1.6）。
根据地质资料，本工程场地上部粘土层厚最深处达17.5m，其下为岩层。施工中要求树根桩桩端进入岩层不小于1m，各段所给深度为平均深度。隧道左线明洞K83+910～K83+931.2段，微型树根桩注浆孔平均深度10m，孔间距800?800mm，梅花形布置，要求处理后地基承载力不小于380KPa；K83+931.2～K83+951.2段，微型树根桩注浆孔平均深度8m，孔间距1000?1000mm，梅花形布置，要求处理后地基承载力不小于290KPa。
微型树根桩注浆孔孔径130mm，内置?108×6花管，注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，上覆平均厚度1m的级配碎石垫褥层。要求施工必须精确定位，保证注浆后?108×6花管置于孔径130mm的钻孔中央，具体结构形式见图6.1.6。
注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，水泥：水玻璃＝1：0.5，注浆初压1.0～1.5MPa，终压4.0～4.5MPa，?108×6打孔钢花管选用热轧无缝钢管，钢管上打?15m注浆孔，注浆孔间距15cm，梅花形布置。施工中必须按相关规范保证注浆压力与注浆质量。
图6.1.6 微型树根桩注浆孔剖面图
微型树根桩地基竣工验收时，承载力检验采用复合地基载荷试验或原位测试（标
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贯、动探），载荷试验检测点数不少于3点，原位测试点数不少于6点。
六、小结
1．在软土地区进行隧道施工时，要依据当地的水文地质，地层地貌等实际情况，选择最适当的软土加固措施和施工方法。
2．采用微型树根桩进行地基加固处理施工方便，所需施工场地小，适应性强，地基复合承载力高，工后沉降量小，尤其适用于小范围结构物具有特殊条件及要求的地基加固处理。
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第二节 膨胀土地段的隧道建设技术
在膨胀土地层中开掘隧道，常常可以见到围岩因开掘而产生变形，或者因浸水而膨胀，或因风化而开裂等现象。使设置在膨胀土围岩中的隧道的洞壁发生位移，导致围岩失稳，支撑、衬砌变形、破坏。这些现象的发生，反映了膨胀土围岩性质的极端复杂性，同时也说明膨胀土与一般土质或完整岩石的围岩性质，有着根本的区别。膨胀土围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难特点。
一、膨胀土对隧道的危害
膨胀土对隧道的危害包括引起隧道围岩变形和衬砌变形等[25]。 （一）隧道围岩变形
由于膨胀土围岩的特殊工程地质性质及其围岩压力特性，使膨胀土中的隧道围岩具有普遍开裂、内挤、坍塌和膨胀等变形现象，其变形规模和严重程度，可说是普通土质隧道围岩所不能及的。膨胀土隧道围岩变形常具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难等特点。从变形性质看，大多具有不均一性，以及非完全对称型变形破坏。洞壁两侧围岩常常同时内挤或出现对称性裂缝，而洞顶与洞底围岩变形则不一定同时发生，而多是局部出现。现将在膨胀土隧道施工中常见的几种围岩变形，简述如下：
1．围岩裂缝：隧道开掘后，一是由于开掘面上土体应力释放产生胀裂，二是因为表层土体风干而脱水，产生收缩裂缝。同时，两种原因均使土中原生隐裂隙张开扩大。尤其在拱部围岩，容易产生张拉裂缝与上述裂缝贯通，形成局部变形区。
2．导坑下沉：是膨胀土隧道施工中，经常遇见的支撑立柱普遍下沉的一种变形现象。产生导坑下沉变形，一是由于下部膨胀土体的承载能力较低，二是上部围岩压力过大的综合作用结果。由于导坑下沉，常造成支撑失效，进而引起土体坍塌等变形发生。
3．围岩膨胀突出：是膨胀土隧道开掘过程中或开掘后，围岩产生膨胀变形的现象。特别是超固结膨胀土围岩，由于开掘卸载产生应力释放，引起周边土体向中心临空面膨胀突出，常常造成洞体断面缩小。尤其是在围岩既有超固结应力，又有构造应力的膨胀土地层中，或者是在强膨胀土地层中，初始应力愈高，膨胀性愈强，
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围岩膨胀突出现象愈严重，有时甚至凭直观都可见到隧道或巷道断面逐渐缩小的现象。在隧道围岩变形中，膨胀突出变形时间往往历时较长，有的数月，有的数年。这种变形现象，在膨胀土或膨胀岩中都很普遍。例如，四川某矿巷道断面设计宽度为1.6m，施工开挖后由于围岩膨胀突出，使巷道变形最后断面缩小到0.8m，只相当于设计断面的一半。
4．坍塌与冒顶：主要是隧道开挖时顶部膨胀土体产生溜塌、坍滑，洞顶坍塌直至地表形成通天漏斗的变形现象。隧道顶部围岩常常因围岩应力特性，在土体丧失支撑的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，容易形成强度软弱区。首先使土体产生局部破坏，由裂缝发展到出现溜塌，然后逐渐牵引周围土体产生连续破坏，形成洞顶坍塌，直至坍方区发展到地表。这是在膨胀土隧道或地下洞室施工中经常遇到的严重变形病害，特别是在灰白色、灰绿色强膨胀土层中施工，坍塌与冒顶现象更易发生。
5．底臌：是隧道底部围岩向上膨胀臌出的变形现象。产生底臌的原因，主要是因为隧道施工开掘后，洞底围岩裸露，在上部压力解除，又无支护体约束的条件下，一方面由于应力释放，洞底围岩产生卸载膨胀，另一方面由于坑道积水，使洞底围岩产生浸水膨胀。两种膨胀作用叠加，造成洞底围岩向隧道中心临空面臌出，形成底臌变形。一般在底臌变形的同时，常常伴随裂缝产生，表水更易渗入土中引起膨胀，使底臌变形更加恶化。有的地下洞室严重底臌高达lm，裂缝宽约12cm。
（二）隧道衬砌变形
膨胀土中的隧道衬砌变形，常常与围岩变形病害密切相关，同样反映了膨胀土围岩的力学特征。常见的衬砌变形主要有：拱圈变形、拱脚变形、边墙变形和底板变形等。
1．拱圈变形：主要表现为拱圈开裂，拱顶混凝土脱落掉块等。由于洞顶围岩应力集中与围岩裂缝，使拱圈顶部沿正中开裂，常常形成贯通裂缝。一般拱腹裂缝窄小，拱背裂缝张开较宽大，具有楔形裂缝特征。
2．拱脚变形：最普遍的现象是拱脚内挤、墙基内移和下沉等。拱脚变形主要受两侧围岩水平膨胀压力影响。
3．边墙变形：大多表现为边墙内挤，严重侵限和边墙裂缝等。这类变形主要受两侧围岩巨大的水平膨胀压力影响，与围岩膨胀突出密切相关。
4．底板变形：主要表现为底板臌胀与裂缝。常由表水下渗引起底部土体膨胀，
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在竖向膨胀压力作用下，使围岩臌胀导致底板隆起和裂缝，产生变形破坏。
从上述隧道围岩与衬砌变形病害的发生，可以看出这类变形实际上是膨胀土体特殊的潜在破坏作用的直接表现，而且与隧道施工紧密相连，具有明显的施工开挖效应。显然，在膨胀土隧道施工中，如能尽量减少或消除施工因素对土体的破坏，控制其胀缩变形，将大大减少并限制围岩压力的发生与发展，对于增强膨胀土中隧道的稳定性，有着重要作用。
二、膨胀土与隧道的相关关系
1．隧道从膨胀土层中穿过
这种情况下，膨胀土对隧道的危害较大，如前述，伴随着隧道的施工开挖和运营，膨胀土围岩常常产生变形和衬砌破坏，而且具有速度快、破坏性大、延续时间长和整治较困难特点。应该根据不同的情况选择合适的施工方法和治理措施，加强支护。
2．膨胀土位于隧道开挖的仰坡和边坡上
膨胀土遭风化或受水浸湿后，抗剪强度显著降低，易导致边坡失稳下滑，从而影响到隧道的稳定。应该根据隧道和边坡的关系和具体情况，对膨胀土边坡进行一定的治理。
三、膨胀土地段隧道的病害机理分析
由于膨胀性围岩的特殊地质性质及所具有的围岩压力特性，使隧道开挖后不久即产生膨胀压力，围岩迅速发生风化、软化、坑道顶部及两侧普遍开裂，向内挤压、坍塌和膨胀、底部隆起；围岩变形快、延续时间长、整治较困难，并随着时间的增长，使隧道的支撑、衬砌发生严重的变形或破坏，其变形规模和严重程度，是普通土质隧道围岩所不能及的。
1．膨胀土的特性对隧道病害的产生起决定性作用
膨胀土围岩的基本特性，归纳起来主要表现在以下三个方面[25]： （1）超固结土体的应力特性
由于膨胀土大多具有原始地层的超固结特性，使土体中储存有较高的初始应力，
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当隧道或地下洞室开掘后，引起围岩应力释放，强度降低，产生卸载膨胀。因此，膨胀土围岩常常具有明显的塑性流变特征，开掘后将产生较大的塑性变形。
（2）多裂隙土体的结构——力学特性
具有多裂隙和各种结构面的膨胀土体，被裂隙和结构面纵横切割，成为大小不等、形状各异的土块。膨胀土隧道围岩实际上即是土块与各种裂隙和结构面相互组合形成的集合体，即膨胀土体。显然，这种土体的工程地质特性，尤其是结构—力学特征是相当复杂的，而且决定着膨胀土体中隧道围岩压力的基本性质。
膨胀土体的结构——力学特征，主要表现为具有明显的非均质性与不连续性，以及围岩强度与变形的各向异性和随时间的衰减性。由于膨胀土体在天然原始结构状态下具有高强度特性，隧道开挖后洞壁土体失去边界支撑，一方面产生胀裂，同时因风干脱水使原生隐裂隙张弛，形成若干应力集中区，使围岩强度急剧衰减。因此，隧道施工开挖过程中，常有初期围岩变形大，发展速度快，设防不及等现象。
（3）胀缩效应的力学特性
膨胀土围岩因吸水而膨胀，失水而收缩，土体干湿循环产生胀缩效应。一是使土体结构破坏，由块间联结变为裂隙结合，甚至成为散粒结构，强度完全丧失，导致围岩压力增大，二是造成围岩应力变化，无论膨胀压力或收缩应力，都将破坏围岩的稳定性，特别是膨胀产生的膨胀压力将对增大围岩压力起叠加作用。
在天然湿度较大、土质较单一的同类膨胀土中，围岩作用于隧道衬砌上的压力一般发展较缓慢，而且压力的增加速度随胀缩变形的增大而增大。但是当围岩的天然湿度较小，且土体中含有软弱夹层或其他结构面时，浸水膨胀后，将很快形成很大的膨胀压力作用于衬砌，造成衬砌破坏。围岩产生胀缩变形的程度及其膨胀压力的大小，主要取决于膨胀土类型与湿度变化条件。一般土的膨胀性愈强，变形愈大，膨胀压力也大。
根据在膨胀土中开挖地沟与载荷试验台下埋设压力盒实测膨胀压力表明，土体浸水膨胀时，地沟（或载荷台）底部产生的竖向膨胀压力比侧向膨胀压力要大得多。如荆门膨胀土天然状态浸水膨胀时，侧向膨胀压力平均值仅0.11kgf/cm2，最大值为0.26kgf/cm2。但竖向膨胀压力平均值则为0.3kgf/cm2，最大值为0.61～0.7kgf/cm2，约为侧向膨胀力的三倍。可见，在生产实践中经常观察到膨胀土地沟与隧道、巷道等地下洞室的沟底或洞底产生变形的普遍性，与较大的竖向膨胀压力是密切相关的。 由于膨胀土层具有干收缩、湿膨胀软化的特性，因此，在隧道施工开挖过程中，
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常有初期围岩变形大，发展迅速等不良现象，使围岩压力增大。膨胀土围岩产生较大的塑性变形，特别是膨胀地压力对隧道增大围岩压力起叠加作用，所以膨胀土围岩的湿膨胀压力或干收缩压力，都将破坏围岩和支护的稳定性。
2．膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因 对围岩的膨胀性的危害认识不足，设计时结构相对偏弱，施工中采取的措施不到位，导致隧道产生变形破坏。
四、膨胀土地段的隧道处治技术对策
（一）膨胀土隧道设计要点
膨胀土中的隧道（或地下洞室）设计应充分考虑到膨胀土围岩压力过大，且围岩顶部、底部及两侧的压力极不均一的特点，着重考虑以下几点原则：
（1）合理选择隧道（洞室）的断面型式和结构类型，以利于尽量减少围岩应力集中，增强围岩的稳定；
（2）隧道设计最好采用圆形断面，其次是马蹄形曲墙，受力条件最佳； （3）隧道底部应设置仰拱，使之与曲墙形成一闭合结构；
（4）应考虑对隧道衬砌边墙地基采取加固，以防止地基不均匀沉陷和胀缩变形，制约底板的隆胀。
（5）设置必要的排水设施，加强排水。 （二）膨胀土围岩隧道的处治技术
实践表明，膨胀土中隧道产生的变形病害，主要是由于膨胀土围岩特性所决定的。因此，防治隧道变形病害的产生，首先必须查明膨胀土围岩的工程地质条件，特别是膨胀土的胀缩程度、膨胀压力，以及土体结构特性和水文地质条件等。在此基础上以防止围岩应力松弛，防膨胀变形为原则，选择适应膨胀土围岩特性的合理防治措施[25]。
1．合理设计隧道断面形状与结构型式：在一定的围岩压力条件下，不同的隧道断面形状，其应力分布状态是有明显区别的。为了尽量减少围岩应力集中，有利于围岩的稳定，膨胀土中隧道断面形状最好采用圆形，其次是马蹄形曲墙。隧道底部应设置仰拱，使之形成一闭合结构。同时应对衬砌边墙地基进行加固，防止地基不均匀沉陷与胀缩变形，制约底板臌胀变形。
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2．合理选择施工方法：膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的重要原因。如前所述，合理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。因此，在膨胀士隧道施工中，应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，故宜采用无爆破掘进法，如掘进机、风镐、液压镐等。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。
3．防止围岩湿度变化：隧道开挖后，膨胀土围岩风干脱水或浸水，都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应。因此，隧道开挖中及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩的浸湿等。
4．合理进行围岩支护：膨胀土围岩支护必须适应围岩的膨胀特性，由于隧道开掘后初始应力较大，往往采用先“柔”后“刚”的二次支护方法（复合衬砌），如喷射混凝土，增设锚杆，灌注钢筋混凝土衬砌等。
（三）膨胀土围岩治理措施 1．膨胀土隧道中水的治理
由于围岩含有蒙脱石、高岭土等膨胀性组份，水的渗入会造成体积膨胀，使地压增大，造成隧道破坏严重。所以，在整个隧道施工过程中应加强对水的防治及管理，对于膨胀土围岩，加强水的治理是控制围岩稳定的重要措施，
隧道施工能遇到的水主要有地下岩层水，施工工程用水和空气水分，针对水的不同来源，在支护工程设计中，分别采取了相应的防水措施，并要求支护结构体具有很强的防渗水性能。
2．膨胀土隧道仰拱的处治措施[182]
膨压现象是膨胀性围岩与地下水因化学而结合产生力学行为的隧道工程施工现象。膨压效应常发生于隧道底拱，这是因重力作用产生的排水行为所造成。
一般地，在自重应力场作用下，地下水存在由上向下的流动趋势，当隧道开挖后，地下水会自然的排至隧道底部，由于在拱顶和边墙上复合式补砌是弯曲的，对隧道围岩能形成有效的约束，因此地下水仅在仰拱下部位置赋集，与膨胀性围岩作用后，形成膨压之势。基于此原因，在隧道中所能看到的“膨压”效应，几乎全部是通过“仰拱”的行为集中反映出，而在拱顶以及边墙出现“膨压”效应则相对较少；仰拱或是临时仰拱的破坏十分显著，发生次数频繁。
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根据膨胀性围岩隧道可能发生的不同膨胀压力以及变形破坏情况，可以采取下面4种仰拱支护的技术措施，如图6.2.1所示。
（1）刚性约束仰拱。这种衬砌结构主要是针对围岩变形较小时，适合选用；为了提高仰拱的承载力，要求采用大曲率仰拱。
（2）底部打设长锚杆的仰拱。其适用条件为：围岩变形较小时情况，这一点与第一种类型相同。
（1）刚性约束仰拱 2）底部打射长 （3）柔性支护仰拱 （4）复合式约束
锚杆的仰拱 仰拱结构 图6.2.1 膨胀性围岩隧道地段仰拱支护的技术措施
（3）柔性支护仰拱，它不约束仰拱围岩变形。这种结构允许仰拱围岩发生大的变形，其目的是：通过允许仰拱围岩发生大的变形，以显著降低存在于仰拱与围岩之间的接触应力，使得围岩的膨压，最终能自身停止。
（4）复合式约束仰拱结构，与第一种类型相比，它增加了一层柔性变形材料（防水性能更好），这种复合式仰拱结构，允许仰拱围岩发生一定变形，释放部分存在于仰拱与围岩之间的接触应力，在达到结构设计的承载水平值时，才发挥作用。
比较上述4种设计类型的支护结构，不难看出，在目前工程实践中，针对膨胀性围岩隧道施工，使用普通的支护结构是第1和第2种类型，或者是它们的组合。然而，这两种类型的支护结构，均只适合于膨胀性围岩变形较小时情况，当变形较大时，则可能发生仰拱闭合后又破坏的现象；或者发生明显变形以及隧道位移不能收敛的情况。由此可见，目前针对膨胀性围岩的隧道施工支护措施，存在明显不足，亟待提高。
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对于第3种类型支护结构，容易从围岩收敛与支护特性曲线的相互关系中得以理解，然而单独使用则十分危险，尤其是在缺乏对膨胀性围岩自稳性质缺乏认识的基础上，是不宜采用的。
比较理想的支护结构是第4种类型，如图6.2.2所示；显然它是第1和第3种类型优点的结合，既降低了存在于仰拱与围岩之间的高接触应力，同时又达到了稳定整体结构，尽早收敛的目的。
（四）膨胀土围岩隧道施工要点
1．加强对围岩压力及流变调查和量测
在膨胀性地层中开挖隧道，除了开挖前应调查其特性和规模，并参考其他类似情况的工程实例，认真实施设计文件所提出的技术要求外，在施工过程中，还应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律。对地下水亦应探明其分布范围及规律，了解地下水对隧道施工的影响程度，以便根据围岩动态采取相应的施工措施。如原设计方案难以适应围岩动态情况，也可据此作适当修正。
2．选择合理施工方法
膨胀土隧道围岩压力的施工效应，是导致隧道变形病害的主要原因。采用合理的施工方法，对隧道的稳定性有着十分重要的作用。因此，在施工中应以尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法。如采用掘进机、风镐、液压镐等开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，并及时衬砌，以尽快恢复洞壁因土体开挖而解除的部分围岩应力，减少围岩膨胀变形。开挖方法宜不分部或少分部，多采用正台阶法、侧壁导坑法和“眼镜法”。正台阶法适用于跨度小的隧道，它分部少相互干扰小。且能较早地使支护（衬砌）闭合。侧壁导坑法和“眼镜法”较适用于跨度较大的隧道，它具有防止上半断面支护（衬砌）下沉的优点、但全断面闭合时间较迟，必须注意防止边墙混凝土受压向隧道内挤。
（1）宜采用短台阶法或中央导坑法开挖，但开挖部分不宜过多。应紧跟开挖尽快对围岩施加约束，可用锚喷构筑法施工及钢拱架式格栅联合支护；膨胀压力很大时，可在隧道底部打设锚杆，亦可在隧道顶部一定范围内打入斜向超前锚杆或
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图6.2.2 复合式仰拱结构的形式 小导管，形成闭合环。斜向锚杆的外斜角度。杆长、间距、范围均应符合公路隧道施工技术规范有关规定。
（2）喷射混凝土层宜采用钢纤维混凝土，以提高喷层的抗拉和抗剪能力。衬砌的拱部和侧墙宜同时施工，仰拱应尽早完成。仰拱与侧墙连接处应尽可能做成圆弧状，衬砌与围岩应密贴。当围岩压力极大，其变形速率难以收敛时，应在上台阶或中央导坑的底部先修筑临时混凝土仰拱，待变形基本收敛后，开挖下部台阶。在施工开挖中应尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿为原则，所以宜采用无爆破掘进法，如采用掘进机、风镐、液压镐等进行开挖。在开挖过程中尽可能缩短围岩暴露时间，应及时衬砌，以减少围岩膨胀变形。
（3）钢架支撑宜采用可缩性结构。钢支撑的制作和安装应符合下列规定： ①钢支撑的可缩接头，应根据位移量确定，可设2～3个；
②接头的伸缩量，应根据隧道最大控制位移计算确定，每个接头最大伸缩量不宜大于10cm，可缩接头的滑动阻力，可按钢架支撑承受轴向力的1/2进行计算；
③当采用钢管制作支撑时，应设灌浆孔；可缩接头收缩合拢后，管内应灌满C15混凝土或10号砂浆；
④可缩接头处的喷射混凝土应设置纵向伸缩缝，待可缩接头合拢后用喷射混凝土封闭。
3．加强支护
（1）膨胀土地段隧道，除开挖后需立即喷射混凝土外，应及早进行支护； （2）在膨胀压力较大时，可采用不同类型的型钢支撑（如H、U、I型钢等），或钢管环箍支撑、钢筋格栅支撑等，采用哪一种为好，应根据工程实际情况及围岩变形状态而定；
（3）当采用木支撑或钢木混合支撑时，应加密其间距，支撑与围岩间用木板或钢板和楔子填塞密实；上导坑与拱部扩大的支撑，应预留足够的沉落量；
（4）拱圈灌注后，拱脚部位应立即设置足够强度的横撑，以抵挡两侧围岩向内挤压变形。
4．其它施工注意事项
（1）隧道开挖后，膨胀土围岩风干脱水或浸水，都将引起围岩体积变化，产生胀缩效应，因此，隧道开挖后及时喷射混凝土，封闭和支护围岩。在有地下水渗流的隧道，应采取切断水源并加强洞壁与坑道防、排水措施，防止施工积水对围岩的
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浸湿等。如局部渗流，可采用注浆堵水阻止地下水进入坑道或浸湿围岩。
（2）混凝土全部灌抵岩壁，对拱顶部位应特别注意捣固密实； （3）不要向开挖面洒水，以保持围岩干燥； （4）要加强通风，以降低洞内湿度和温度；
（5）由于膨胀性围岩隧道，不管采用什么类型、形状的支护，如果处于非闭合状态，则难以产生足够的承载力，所以，采用喷射混凝土、锚喷混凝土、钢拱架联合支护，均应尽可能使其在平挖面周壁上迅速闭合，以约束围岩变形；
（6）膨胀性围岩隧道开挖后，围岩向内挤压变形一般是在四周同时发生，所以，除应充分发挥支撑作用外，还要求隧道支护衬砌尽早形成封闭式结构（由拱部、边墙及仰拱形成整体结构），其受力状态最佳。
五、工程实例
（一）大保高速公路四角田膨胀性围岩隧道施工方法和对病害的整治措施[183] 1．工程概况
大（理）保（山）高速公路四角田隧道位于云南省大理洲永平县普棚乡境内，设计为上、下行分离的双洞隧道，隧道线间距最小处为20m。隧道断面为双曲半圆拱形，设计净宽为10.9m，净高为7.2m，上、下行线隧道长度分别为1533m、1500m。在隧道施工过程中出现了数次塌方，已完成的二次衬砌混凝土出现大量开裂、错台、钢支撑变形、钢筋折断、拱底鼓起等多种病害，造成施工工期严重滞后。为此，重新调整施工队伍和方案后，进行拆换原有病害地段的初期支护及二次衬砌的施工，经过采取有力措施和有效的施工方法，按期完成了施工任务。
（1）地质概况
四角田隧道地处滇西横断山脉构造痕迹最明显的构造带中，且处于腾冲－下关和潞西－剑川2条地震活动带交会处，区域内发育有北—北西向断裂。隧道围岩以典型的变质糜棱岩、泥岩、泥质粉沙岩、石英砂岩为主；围岩普遍破碎、富含水、强风化、节理裂隙发育，自稳能力差。糜棱岩、泥岩遇水风化、泥化，完整性极差，具有可塑性和很强的膨胀性，围岩的体膨胀系数达1.3左右；由于围岩的膨胀性隧道区域内存在很高的地应力，洞身最大水平应力达到16MPa；在开挖过程中，随着应力的释放，极易造成围岩支护大变形。隧道所在的区域山体表面有较厚的坡积碎石
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土，植被完好，雨季中雨水沿碎石土层下渗，受泥岩隔水作用储存于石英砂岩、泥质粉砂岩区域形成较大水囊，隧道开挖至石英砂岩地层内，地下水以裂隙水形式涌流入隧道，而在开挖至两种岩石交界面附近时，则极易发生泥石流。同时，由于地下水长期浸渗使泥岩、糜棱岩软化、膨胀，降低了围岩的力学性能，产生很高的地应力，严重影响了围岩的稳定性。
（2）膨胀岩的判定
膨胀岩的初步判定按照《岩土工程勘测规范》规定进行判别，判定的标准按照黄志岑提出的标准进行测试。根据试验及施工中测得的判定数据为：
①小于2μm的粘粒含量占14.5%～27.0%，小于5μm的占有23.0%～42.5%； ②体膨胀量为4.6%～5.0%，>2%； ③围岩强度比（a）=0.77；
④自由膨胀率（Fs）=38%～62%，>30%；
⑤围岩单轴抗压强度（qn）=2.3MPa（糜棱岩），<5MPa；
⑥泥岩矿物组成中蒙脱石含量占1.16%～3.66%，伊利石含量为10.59%～12.95% 另外，软化系数为0.3。
由以上这些结果及评定标准可判定该隧道围岩为膨胀性软岩。 2．膨胀性围岩隧道既有成洞地段病害整治 （1）隧道病害情况
隧道施工初期采用普通的复合式衬砌和台阶法施工，施工中掌子面曾出现数次坍塌，造成初期支护严重开裂变形，甚至多段二次衬砌拱墙部位出现纵、横及斜向开裂，并出现错台及掉块、衬砌变形侵限、仰拱开裂、底鼓等病害。变形段最大的裂缝达19cm，最大变形量（错台）达到67cm；工字钢变形，钢筋有的被拦腰折断、有的被扭成麻花状；仰拱开裂、底鼓也很严重，最大的底鼓量达46cm。
（2）隧道病害的原因分析
该隧道在地勘过程及设计、施工初期，由于围岩中蒙脱石及伊利石等强膨胀矿物含量低而忽视了围岩的膨胀性，对围岩的膨胀性的危害认识不足，设计时结构相对偏弱，施工中采取的措施也不到位，因此，膨胀性围岩膨胀压力是导致隧道施工困难和引起隧道变形病害的主要原因。
该隧道地下水主要为裂隙水，水位随着季节变化而发生变化。膨胀岩具有很强的亲水性，当岩体中水分聚集时，岩体快速膨胀，对隧道已衬砌好的结构物产生强
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烈的膨胀压力，当岩体中水分失掉时，岩体发生收缩，甚至出现干裂，导致自身强度降低或消失，同时具有流变性和易扰动性。围岩受地下水反复作用，节理裂隙极其发育，风化破碎严重。由于隧道围岩普遍破碎、富含水、强风化、节理裂隙发育，自稳能力差，极不稳定；糜棱岩、泥岩长期受地下水作用，软化、泥化、膨胀，完整性极差，具有可塑性和很强的膨胀性，围岩的膨胀系数达1.3左右；隧道区域内地应力极大。隧道开挖后，聚集在破碎岩体中的高地应力释放，围岩变形松弛产生裂隙，同时地下水沿裂隙渗透，岩体进一步吸水膨胀，引起围岩失稳和结构破坏，此种围岩膨胀是由于力学效应和物理化学反应相互作用的复合膨胀。由于这种复合膨胀的作用使洞室开挖过程中掌子面和洞壁极易发生坍塌，膨胀力较大时也易造成结构开裂破坏；同时在开挖时随着应力的释放，极易造成围岩的大变形，使支护上承受的松弛压力极大，引起初期支护的破坏，若二次衬砌施工的时机不当或衬砌强度不够，便会造成二次衬砌的破坏。
（3）病害整治 ①整治措施
隧道病害的整治采取以下三项措施：一是加固已经松散变形的围岩、加强初期支护，同时加强初期支护与围岩的联结，从而提高围岩的自承能力，减少围岩的变形位移量；二是及时进行衬砌施工，及时衬砌可以防止出现变形过量；三是加强衬砌结构本身的强度，使其具有足够的强度抵御所受到的外力。
②整治方案
隧道病害段二次开挖（拆除与扩挖）初期支护采用?8钢筋网（20cm×20cm）、25cm厚C25钢纤维喷混凝土、Ⅰ20b钢架（仰拱全封闭型钢架，纵向间距为50cm/榀）；隧道病害段打设R51N自进式注浆长锚杆（图6.2.3），并与?42注浆花管联合布置，进行深孔压浆来加固已经松散变形的围岩；自进式注浆长锚杆与钢架通过槽钢和螺栓联结（图6.2.4），同时与钢纤维喷混凝土形成整体，增强与围岩之间的联结，使围岩与初期支护共同形成一个承载环，提高围岩的自承能力，达到减少围岩变形位移的目的；其中，初期支护的刚度也起到了一定的约束围岩变形的作用。与新奥法施工及复合式衬砌的不同之处在于隧道的二次衬砌要承受一定的由于围岩变形产生的荷载，因此隧道二次衬砌采用具有承载能力的80cm厚C25双层钢筋混凝土。隧道衬砌断面设计参数见图6.2.5。
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图6.2.3 自进式注浆锚杆构造示意 ③施工方法
第一步：拆换施工前原有隧道的衬砌，进行支撑加固每80cm设1榀I20b临时支撑钢架，工钢与原二次衬砌混凝土间空隙用方木填塞密实。
第二步：进行拆换施工
首先凿除拱墙部位侵限混凝土，每循环长度不超过1m，分二次爆破，按25cm×25cm梅花形布眼，眼深以混凝土厚度4/5为准；第一次爆破凿除原二次衬砌混凝土，随后割除钢筋；第二次爆破凿除原初期支护混凝土，割除初期支护钢架、连接筋；最后开挖土石到现设计开挖断面尺寸。
图6.2.4 钢架与槽钢连锚示意（单位：cm） 图6.2.5 隧道衬砌断面设计参数
第三步：及时封闭
开挖后喷射2～5cm厚C20钢纤维混凝土，及时封闭围岩，防止岩体风化、出现坍塌；初期支护每50cm支立1榀I20b钢架，纵向采用22螺纹钢连接筋，铺挂?8钢筋网片，喷射25cm厚C25钢纤维混凝土。
第四步：加固
打设R51长锚杆及?42注浆钢花管，进行联锚，然后注水泥浆，固结松动围岩。施工采用奥地利迈式国际公司的导轨、M100-YG2100型钻车凿岩机打设R51N锚杆，用迈式M400型注浆泵进行锚杆注浆。R51N锚杆长12m，拱、墙部每延米7根（仰
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拱处每延米4根），注浆压力4.0～5.0MPa，水灰比0.33～0.40。用长3m、4m的?42无缝钢管制作成钢花管作为注浆管，用风枪打孔后插管，采用迈式M400型注浆泵进行注浆，孔口设止浆塞并留排气孔。压浆管深度4m，拱、墙部每延米26个孔（仰拱处每两延米6个孔），注浆压力为1.0~1.2MPa，水灰比为0.61。压浆孔布置见图6.2.6。
图6.2.6 压浆孔布置示意图（单位：cm）
第五步：仰拱拆换
仰拱部位拆换施工，每次爆破凿除长度不超过7m。首先凿除仰拱及充填混凝土，割除仰拱钢筋，安装仰拱初期支护钢架，完成锚喷支护；然后布设仰拱钢筋，支立模板，浇筑混凝土。
第六步：二次衬砌
二次衬砌紧跟，尽量减少施作时间；及时铺挂防水层，焊接、绑扎钢筋，支模并浇筑混凝土。施工中尽可能对不同区段的不同工序进行平行作业，合理安排劳动力和机械设备，加强监控量测。
④整治效果
对初期支护和二次衬砌进行布点观察，用收敛仪、精密水准仪进行周边位移、拱顶下沉、仰拱绝对高程等的量测，每天一次。从对初期支护的观测结果显示：该段隧道初期支护后断面收敛值平均为172.58mm，平均变形速率为6.64mm/d，最大收敛值为186.38mm；拱顶累计下沉量平均为56.95mm，平均变形速率为2.19mm/d。从对二次衬砌的观测结果显示：该段隧道衬砌后断面收敛值平均为4.26mm，平均变形速率为0.33mm/d，最大收敛值为5.01mm；拱顶无下沉，仰拱绝对高程值无变化，说明隧道仰拱无底鼓现象。
通过不断地总结施工经验和教训，按照以上施工方法进行施工处理，不但保证了工程质量，也加快了工程进度，为大保高速公路的按期通车提供了保证。
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3．膨胀性围岩隧道新开挖地段施工
吸水膨胀、失水干缩、易扰动性和具有显著流变特性是膨胀性围岩的基本特征。通过对隧道一般断面和横洞与紧急停车加宽带病害地段的整治施工，对膨胀性围岩的特征有了更进一步的了解，也为隧道新开挖地段施工提供了可借鉴的经验。
（1）施工原则
施工中应遵循以下原则：①加强超前及径向注浆，提高围岩的粘聚力，增强围岩强度，减小有害位移，降低围岩压力。②开挖后尽早封闭围岩，尽量减少围岩与水的接触，防止围岩吸水膨胀后出现崩坍。③选择具有合适刚度和柔性的支护结构（或设置柔性变形层），使围岩可以有一定的变形，又受到一定的变形约束，以免变形过大出现坍塌。④衬砌采用双层钢筋混凝土结构，必要时可增加格栅或刚支撑以保证衬砌结构有足够的承载力。⑤根据初期支护的变形情况，合理安排二次衬砌的施作时间。⑥做好施工中的用水管理，加强排水。
（2）施工方法 ①施工顺序
采用环形开挖留核心土法施工；挖掘机开挖，人工配合修整。施工顺序（图6.2.7）：Ⅰ—拱部超前支护施工；Ⅱ—开挖环行导洞；Ⅲ—初期支护施工；Ⅳ—开挖核心土；Ⅴ—开挖仰拱；Ⅵ—仰拱部位初期支护施工；Ⅶ—绑扎仰拱钢筋，浇筑仰拱混凝土；Ⅷ—绑扎拱墙钢筋，台车就位，浇筑拱墙混凝土。
图6.2.7 隧道施工顺序
②超前支护
由于膨胀围岩开挖后应力释放，初期变形较大，易造成坍塌事故，并因岩体破碎、成孔困难，故超前支护采用长12m的R51自进式注浆锚杆与长6m的?42注浆钢花管联合支护；锚杆与小导管沿设计开挖轮廓线外间隔布置，环向间距0.8m，导管纵向搭接长度不小于1.0m。联合支护如图6.2.8所示。
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采用迈式M100-YG2100型钻车凿岩机打设R51锚杆，?42注浆管用风枪打孔后插管。用迈式M400型注浆泵进行锚杆、注浆管注浆（采用水泥浆）；R51锚杆注浆压力为4.0～5.0MPa，水灰比为0.33～0.40；?42注浆管注浆压力为1.0～1.2MPa，水灰比为0.5～0.6。
③初期支护施工
环形导洞开挖后立即初喷2～5cm厚的C20钢纤维混凝土封闭，架设钢支撑，安装?8钢筋网（20cm×20cm），随后喷混凝土达设计厚度。支护结构如图6.2.9所示。
钢支撑用I20b工字钢现场加工，纵向采用?22螺纹钢连接，间距50cm；架设时钢支撑底部设50cm×50cm混凝土垫块，以防止钢支撑下沉；在钢支撑两侧设置两排长3.5m的32螺纹钢锁脚锚杆进行加强。
系统锚杆采用长12m的R51自进式中空锚杆和长6m的R32自进式中空锚杆组成联合锚固系统，同时为提高锚结效果，径向布设长4m的?42注浆管进行补充注浆，以改善围岩特性，增加强度。
图6.2.8 联合支护示意 图6.2.9 支护结构示意
R32自进式中空锚杆和?42注浆管在初期喷射混凝土完成后立即施作，用凿岩机打设，完成后立即注浆。钢纤维混凝土喷射厚度为25cm，采用水泥裹砂法湿喷工艺分层进行，先喷钢架背后，再喷钢架之间部分。R51自进式中空锚杆在初期支护完成后、仰拱开挖施工前后分别施作，采用CLG-100露天凿岩台车钻设。
④仰拱施工
拱墙开挖不超过30m，即进行仰拱施工；仰拱用挖掘机开挖，人工修整。开挖完后立即架设钢支撑并与拱墙钢支撑连接，施作系统锚杆，喷射钢纤维混凝土封闭，使初期支护及早成环；支护完成后及时绑扎仰拱钢筋，浇筑仰拱混凝土。仰拱采用
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全幅施工，每次施工长度控制在3m以内。对于膨胀系数大于1.3的围岩地段，在仰拱底铺设厚50cm的碎石垫层作为柔性变形层，并在仰拱充填层上部设双层钢筋网，以加强其刚度。
⑤衬砌施工
与一般新奥法施工及复合式衬砌的不同之处在于：隧道的二次衬砌要承受一定的荷载。为达到安全稳定的目的，需增加衬砌厚度、增大配筋率，因此隧道二次衬砌采用80cm厚的双层C25钢筋混凝土。采用钢模台车施作整体衬砌，其施工方法、工艺与一般隧道相同，恕不详述。
隧道膨胀性围岩地段具有围岩内应力高、变形量大、膨胀变形时间长等特点，对衬砌施工时间有严格要求，过早可能因围岩内膨胀应力释放少易造成衬砌结构破坏；过晚可能因围岩变形太大而导致坍塌、结构支护失稳。根据现场实际经验和理论分析，选择在围岩变形减缓之后立即安排施工，即将位移-时间曲线上围岩变形速率由快趋向于平缓的拐点处作为衬砌最佳施工时间是符合实际的。
4．施工管理
膨胀性围岩的变形是随时间变化而产生的，水的作用能加剧这种变化，而膨胀应力是这种变化的根本原因，解决围岩变形破坏的根本方法是适时适量支护。因而，合理组织施工对控制变形、保证支护结构稳定具有重要意义。
（1）严格工序组织
施工过程中，要做好各工序间的衔接工作，及时支护，尽量减少开挖后围岩的暴露时间和适当约束围岩的变形。
（2）合理选择施工方法
膨胀性围岩膨胀应力是导致隧道变形破坏的主要原因，因此施工中应尽量减少对围岩的扰动，选择机械开挖、人工配合修整的方式，并选择预留核心土环行开挖法，尽量减少分步次数，使支护结构及时封闭成环，改善受力状态，增强支护效果。
（3）加强监测工作
根据监测信息，提供二次衬砌施工时间，为初期支护修改参数提供依据；必要时加大监测频率或增加监测断面，保证监测信息能及时反映围岩变化情况。
（4）严格控制施工用水
水是导致膨胀性围岩膨胀的直接原因，控制住水也就控制住了围岩的膨胀变化，因此必须完善洞内排水系统，及时排除施工废水，同时严格控制施工用水。
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5．体会
通过四角田隧道施工实践体会到：在膨胀性围岩隧道施工中，围岩因其遇水膨胀、泥化、失水干缩的特性易造成围岩失稳；高地应力、开挖后变形的长期性造成加在支护上的荷载为围岩松驰荷载和围岩膨胀应力的合力，荷载计算较为复杂，对支护参数的确定造成不便，变形复杂且不易控制，并且具有较大的破坏性。如果设计不尽合理或施工方法不当，就会造成支护结构破坏、衬砌开裂甚至坍方、仰拱底鼓等，影响隧道的施工进度及质量。因此，在膨胀性围岩隧道的设计和施工中应注意以下几点：
（1）虽然施工中开挖、初期支护时会留有一定的变形量，但对围岩的膨胀变形又必须进行约束，以防止变形过大而对支护结构造成破坏。
（2）二次衬砌的施作时间选择在围岩变形减缓之后，即在位移-时间曲线上围岩变形速率由快趋向于平缓的拐点附近安排施工为宜。
（3）加强膨胀岩前期预报至关重要，它是指导安全施工的首要条件。 （4）隧道开挖后要加强初期支护，对膨胀岩体要勤测量，发现围岩有变形趋势及早采取措施。
（5）加强安全防护措施，每个工班都设安全检查员，确保施工和人身安全。 （二）祁临高速公路陈家山膨胀土隧道施工技术[184] 1．工程概况
山西省祁临高速公路第九合同段陈家山隧道位于祁临高速公路DK81+995到DK82+470路段，由左、右两个隧道组成，两洞相距约30m。左右两隧道总长805m，其中左线长335m，右线长475m。
设计主要参数：隧道纵坡左线为+1.183%，右线为+1.5%；横坡为2%；建筑限界净宽9.75m，净高5.0m；地震烈度按Ⅷ度设防。
隧道洞身围岩为第三系弱膨胀性亚粘土和冲洪积相卵石层，围岩呈压密性结构，稳定性差，开挖时拱部易坍塌，侧壁易失稳，呈透镜状分布的卵石层中含有渗出状地下水。
隧道出口分布有第四系残坡积层，结构松散，围岩稳定性极差。
隧道根据地形、地质条件在进出口设置明洞。洞身采用复合式衬砌，即以锚杆、喷混凝土、格栅钢拱架等为初期支护，二次支护为模注钢筋混凝土，两次支护之间敷设橡塑防水层。
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陈家山隧道膨胀土物理力学指标：ωL=50%，ωP=25.8%，IP=24.2%，自由膨胀率FS=48%，土样命名为高液限粘土，从膨胀性上划分为弱膨胀土，CBR=2.3%。
2．膨胀土围岩变形分析
膨胀土隧道，特别是地下水发育地区的膨胀土隧道，应尽可能早的进行仰拱施工，使隧道衬砌尽早形成环向受力。隧道衬砌环向受力的形成是膨胀土隧道施工安全的重要保证。根据陈家山隧道所处的地质水文条件及现场具体施工情况确定出隧道施工主要工序的最大间隔时间：即上导坑开挖与衬砌支护、下导坑开挖与衬砌支护、仰拱开挖与浇注、二次衬砌这4道主要工序之间的最大时间间隔不宜超过20d，最大间隔距离控制在40m以内，平均每天进尺在2m左右。
从隧道开挖之日起到仰拱开挖之前隧道围岩一直在收敛，而且有加大趋势，而在仰拱浇注完毕，隧道衬砌形成闭和环之后围岩收敛趋缓，收敛速率趋于0。拱顶下沉量相对围岩收敛要小，在整个施工过程中变化较缓，但在仰拱浇注之前未有收敛趋势，在仰拱浇注之后，拱顶下沉速率趋于0。这进一步说明膨胀土围岩隧道施工中，在围岩本身难以自行稳定的情况下，必须通过隧道衬砌的环向闭和受力来遏止围岩变形，进而保证施工安全。这里应特别提出的是如果隧道施工中出现地下水或地面渗水，导致土体含水量增加，就必须提前进行仰拱浇注施工，避免膨胀土遇水失稳，导致上、下导坑初次衬砌所承受的上部压力作用在软化的膨胀土上而发生坍塌事故。祁临高速公路某隧道由于施工工序不合理，一味地进行上、下导坑开挖，而忽略了后序工序的施工，特别是仰拱施工滞后200～300m，由于个别地段地下水发育，导致土体遇水软化，使上、下导坑初次衬砌及锚杆整体坍塌数10m，补救极其困难，而且造成很大的经济损失。
3．膨胀土隧道施工工艺技术
现以祁临高速公路陈家山隧道为例重点介绍膨胀土隧道施工的一般工序及重点注意事项，图6.2.10是针对陈家山隧道膨胀土围岩性质总结的施工工序简易图。
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图6.2.10 膨胀土隧道施工工序简易图
（1）洞口工程
在进洞开挖之前，先进行明洞、洞门墙及回填土施工，确保浅埋段洞身开挖的施工安全，这一点在膨胀土隧道施工中尤为重要。
（2）上、下导坑开挖
陈家山隧道采用上、下导坑施工方法，上导坑高度约5.5m，下导坑约2.4m，以机械开挖为主，辅以人工开挖，缩短循环开挖时间，减少围岩在开挖过程中暴露过久而发生崩塌。每个循环进尺为1～2m，视土体含水量而定，洞身超挖按10cm控制，上下导坑间距一般为30～40m。
（3）初期支护
初期支护紧跟开挖掌子面，上一个循环支护完成后，方可进行下一个循环开挖施工，陈家山隧道初期支护结构为3.5～4.0m的砂浆锚杆，间距为80cm或75cm的H20型钢拱架，?6.5的20×20cm钢筋网片和30～25cm的20#喷射混凝土。
（4）仰拱施工
及时施工仰拱是控制V、VI级围岩，尤其是膨胀土围岩变形的关键，陈家山隧道仰拱结构为20×20cm格栅钢架，喷射25cm20#混凝土，而后是50cm或40cm（浅埋段为50cm，深埋段为40cm）25#混凝土，上部为10#片石混凝土回填，总厚度为2.5～1.95m，仰拱与下导坑施工间距以开挖施工机械能正常运转为度，一般控制在40m以内为宜。
膨胀土隧道施工工序的关键在于各施工工序的连续性及紧凑性，特别是仰拱施工应尽可能提前，使隧道洞身开挖后尽快形成环向受力，避免膨胀土在应力释放或遇水失稳后造成事故。陈家山隧道施工各工序分别间隔40m左右，经过近一年时间
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的施工表明是成功的。
六、小结
1．膨胀土隧道施工中应尽量减少对围岩产生扰动和防止水的浸湿，采用无爆破掘进法。在开挖过程中，尽可能缩短围岩暴露时间，及时喷射混凝土，封闭和支护围岩，减少围岩变形。开挖方法宜不分部或少分部。同时施工中应对围岩压力及其流变情况进行充分的调查和量测，分析其变化规律，对地下水应探明分布范围及规律，根据围岩动态采取相应的措施。
2．膨胀性围岩隧道仰拱应及时施作，使支护衬砌尽早形成闭合结构，以增加衬砌的整体承载力，控制边墙变形，防止底鼓现象。另外，必须要做好隧底的防水排水工作，防止水流浸泡基底。
3．膨胀性围岩隧道，不管采用什么类型、形状的支护，如果支护结构处于非闭合状态，则难以产生足够的承载力而产生变形，因此，支护结构应尽快紧跟开挖施作。
4．衬砌的拱部与侧墙宜同时施工，仰拱应尽早完成。或仰拱在二次衬砌浇筑前完成。仰拱与侧墙连接处应尽可能做成圆弧状，衬砌与围岩应密贴。当围岩压力极大，其变形速率难以收敛时，应在上台阶或中央导坑的底部先修筑临时混凝土仰拱，待变形基本收敛后，开挖下台阶，拆除临时仰拱，并尽快灌注永久性衬砌和仰拱。 5．在膨胀性围岩中爆破时，应减少对围岩的扰动，为减少爆破震动对围岩的扰动，宜采用①浅眼多循环、光面爆破和预裂爆破；②单臂掘进机开挖，土质或软弱围岩也可用人工配合风镐施工；③风镐配合钻爆法开挖，隧道核心部分采用钻爆，而隧道周边用风镐开挖，这样可减少爆破震动对围岩的影响，又可使坑道周边圆顺。 6．当采用型钢支撑时，宜将钢架支撑做成可缩性结构，以适应膨胀性围岩变形大的特性，以充分提高和发挥钢架支撑作用。
7．膨胀土围岩隧道施工应在正确实施设计意图的前提下，加大监测范围，根据围岩应力应变情况随时调整施工工艺，实行动态施工工艺。如在施工中遇到围岩变形急剧增大，必须及时采取果断措施，利用强支撑缓解围岩变形，进而查找原因采取措施进行处理。
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第三节 岩堆地区的隧道建设技术
岩堆的基本概念及物理、力学性质在本书第二章第六节已作了较为详细的介绍，并在第四章和第五章中分别介绍了岩堆地区的路基及桥梁建设技术。本节进一步讨论岩堆地区隧道建设技术的相关问题。
一、岩堆对隧道的危害
如前所述，岩堆体属于常见的不良工程地质，主要是近代（第四纪）松散沉积物。岩堆体对隧道工程，尤其是隧道洞口浅埋段影响极其显著。
岩堆体的工程地质特点对隧道工程的影响主要表现在以下几个方面：
（1）围岩软弱，工程类别低（V级及V级以下），围岩自稳时间短，变形迅速，极易坍塌，防坍是岩堆体隧道施工的首要目标。
（2）围岩压力大，施工时常产生较大的拱顶下沉和净空变位，影响范围大，在浅埋段则有较大的地表下沉。
（3）边坡和仰坡稳定性差，易发生整体失稳或局部失稳，洞口边坡开挖和浅埋段施工过程中常造成边坡失稳，危及隧道施工现场的整体稳定，被迫采取抗滑措施。因此，边坡失稳是岩堆体施工的主要灾害之一。
（4）岩堆体易受自然特征（坡度）及气候季节影响，尤其对雨水影响极其敏感，对爆破等动载作用也很敏感。
（5）施工难度大，边坡和仰坡加固和进洞困难，洞内支护时钻孔、注浆都较困难。
（6）堆积体所在斜坡的走向与隧道平行时，易产生很大的偏压。
二、岩堆与隧道的相关关系
按照隧道走向与岩堆体所在斜坡的关系，岩堆与隧道的关系分为以下两种： （1）隧道走向与岩堆体所在斜坡平行。其又存在三种关系，一是隧道从岩堆体下面一定深度的岩体中通过（图6.3.1a），二是隧道从岩堆体与岩体接触面处通过（图6.3.1b），三是隧道从岩堆体中通过（图6.3.1c）。
（2）隧道走向与岩堆所在斜坡垂直或近于垂直。
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三、岩堆地区隧道的病害机理分析
岩堆地区隧道病害的发生主要是岩堆体本身的工程性质不良、地质条件差和施工方法及措施不当所造成的。
abc
图6.3.1 隧道通过不稳定岩堆
（一）岩堆体的工程性质
1．岩堆体构成物质的级配特点为不均匀性和可变性，隧道施工对岩堆体的扰动容易引起围岩发生不均匀变形和较大的地表下沉。
2．由于岩堆体的构成不同，造成隧道病害的可能性和严重程度也不尽相同。碎屑岩类岩堆体一般较松散，稳定性较差，隧道施工期间围岩容易发生较大的变形甚至塌方，运营隧道衬砌可能出现裂缝。碳酸盐类岩堆体多呈半胶结状态，其稳定性较好。
3．岩堆床中存在局部软弱面，其稍受扰动就会失稳，尤其是当岩堆局部地下水发育，受地下水作用，岩堆中存在不连续部分的软弱面（带），使其不稳定性增大，施工期间容易发生整体滑动，危及施工安全；运营隧道则可能出现裂缝、渗漏水和衬砌变形甚至断裂。
4．岩堆体的渗透性强，透水不均匀，各部分因存在静水压力和空隙水压力差异而使其应力状态发生改变，从而降低软弱层的抗滑力，引起岩堆体整体失稳，造成隧道病害。
（二）地质条件
主要是地形因素和地层岩性因素。
岩堆体一般位于斜坡上，透水性强，地表水的下渗或基岩裂隙水的活动使接触面浸润而消弱其摩擦阻力，容易发生局部或整体滑动，造成隧道衬砌破裂甚至被剪
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断。
由于岩堆体空隙率大，岩堆体开挖后围岩易发生不均匀下沉或向山体外滑移。 （三）施工方法及措施
1．施工方法与地质条件不相适应：在稳定性较差的岩堆地区施工，或施工前未采取合理、充分的超前支护，开挖成型后的断面未及时进行素喷或加细钢筋网进行初喷砼。
2．在雨季施工。
3．未做好边仰坡外侧的截排水工作。
4．堆积体结构松散破碎，未采用合理有效的注浆方式。
5．隧道开挖穿越堆积层和稳定岩石之间的界面时，对连接段的施工措施不当。
四、岩堆地区的隧道处治技术对策
（一）.岩堆地区隧道位置的选择
岩堆是在山区较陡的山坡下部形成的以重力作用为主的一种岩块和岩石碎屑堆积体。它的主要来源是突然崩塌下来的巨大岩块和经常不断坠落的碎石。它们常处于极限平衡状态，暂时稳定，一经扰动，平衡极易丧失，向下滑移、崩落和错落。在选择隧道位置时应查明：堆积类型、成因、范围及发展趋势；堆积床的形态及其水文地质特征；堆积物成层情况，成分、块度和密实程度等等。如有可能最好避开，尤其堆积体坡脚处有河流冲刷，坡脚处被冲蚀掉或淘空时，堆积体可能失去稳定，因此应把隧道选在距堆积床以下一定深度的岩体内，见图6.3.1a位所示。经调查岩堆确实稳定，又必须通过岩堆时，可把隧道选在堆积体中，见图6.3.2c的位置。为了较少地扰动堆积体与基岩的接触面，尽力避免在接触面处设隧道，如图6.3.1和图6.3.1中b的位置。当判定松散堆积体有可能沿堆积床滑动时，应将隧道移至稳定的岩体内，如图6.3.1中a的位置。
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abc
图6.3.2 隧道通过稳定岩堆
（二）岩堆体隧道施工工艺与防坍塌技术
岩堆体松散，隧道开挖过程中围岩自承能力较差，容易坍塌。因此，初期支护应加强，宜采取早期强度高、刚度大的初期支护，控制围岩早期变形。在大跨段，应采取适应能力强的钢纤维混凝土。岩堆体隧道系统支护和预支护共同构成支护系统，预支护是整个支护体系中的一部分。
岩堆体围岩软弱，并且通常处于浅埋地段，施工期间早期压力大，围岩变形快，自稳时间短。初期支护强度不能满足围岩自稳的要求，容易出现坍塌。因此，防坍塌是岩堆体隧道施工的重点。
（1）隧道设计应以强支护、抑制大变形和过量沉降为原则，加强初期支护。 （2）在进行施工方案的选择时，应首先保证掌子面稳定性和预防坍塌。实践表明，依据岩堆体的地质特性，选用合理的施工方法是防坍塌技术的保证。
（3）坚持“断面分割，化大为小，短进尺，弱爆破，强支护，勤量测，早闭合，衬砌紧跟”的施工原则，积极采用预支护和加固地层等辅助工法。
（4）积极采用预支护（超前锚杆、短管棚、长管棚等）和加固地层（工作面预注浆）等辅助工法。 （三）岩堆体的加固与抗滑
目前，应用较为广泛的岩堆体加固主要有地表深孔注浆、洞内导管注浆等。 地表深孔注浆适用于埋深H?50m的浅埋段，在地面向隧道洞身垂直钻孔，由于具有地面作业，施工场地宽畅，工作条件好，注浆可在隧道开挖前完成，注浆孔定向、定位较容易。
抗滑措施主要有削方减载、抗滑挡墙、各类抗滑桩、抗滑锚索以及各种排水措
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施等。抗滑桩的设计主要包括确定桩的平面布置、桩间距、桩身截面尺寸、锚固深度、桩身内力计算、桩身各部位的极限受力计算等。挖孔桩以人工挖掘成孔，配以相应的提升、运土、灌注设备来完成。抗滑锚索是在已成孔中将高强度钢绞线锚固在稳定地层中，并施加预应力，使之起到抗滑作用。
五、工程实例
现以云南省彝良县新场乡境内岩脚一号隧道岩堆地段[145]为例予以说明。 （一）工程概况
内昆铁路岩脚一号隧道位于云南省彝良县新场乡境内，海拔1300m，属中低山剥蚀地貌，地表为岩堆和坡积层覆盖，下伏基岩为侏罗系遂宁组之泥岩类砂岩，节理发育，风化严重。
地下水含量较少，主要受大气降水调节，无侵蚀性。
进口洞门里程DK322+601，出口里程DK322+780，全长179m，设计纵坡22.5‰。 （二）设计施工方案
出口DK322+780～+759，II类偏压段，拱部采用水平旋喷桩施工支护；DK322+776～+780段拱部设双层?42小导管，L=3.5m，@=40cm，同时配以拱墙格栅钢架支护，间距50cm；DK322+776～+759段格栅钢架间距100cm。
水平旋喷桩设计直径60cm，环向@=40cm，注浆材料采用42.5MPa普硅水泥，W/C=1：0.8～1：1，注浆压力5～15MPa。共设两环，第一环29根，L=11m，外插角a=7?；第二环19根，L=10m，外插角a=0?。
施工采用正台阶开挖，整体式先墙后拱衬砌。 （三）施工方案的选定
水平旋喷桩国内成功经验不多，施工困难，工艺复杂，造价高，进度慢。在松软的围岩中，由于岩体强度很小，不能承受急剧增大的周边压力而产生塑性变形或破坏，应力释放，靠近岩壁形成一个应力降低区，使高应力向深部发展，在隧道开挖以后，这部分被扰动的岩体就开始向隧道内变形，超过一定的限度，则会出现移动和坍塌。经对实际地质情况反复的调查研究，并结合自身施工中积累的经验，确定了以地表预注浆和超前预注浆加固替代水平旋喷桩的施工支护方案。
其作用原理是把具有充填和凝胶性能的浆液材料，通过配套的注浆机具设备压
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人所需要加固的地层中，经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中缝隙，降低土体孔隙度，固结软弱和松散岩缝，提高围岩强度和自稳能力。
（四）辅助施工方案 1．地表预注浆加固
（1）注浆范围：DK322+778～DK322+758段线路两侧7.5m范围内。 （2）注浆孔布置如图6.3.3，按1.5m×1.5m梅花形布置。 （3）注浆管长度，2.2m～9.8m计57根；10m～16m计63根。 （4）注浆参数：注浆压力2-2.SMPa；W/C=1：0.8～1：1。
（5）采用锚固药卷填塞管尾，同时对注浆范围内地表喷射C20混凝土，厚5cm进行封闭，防止地表水渗入。
2．超前预注浆加固
（1）DK322+778～DK322+775段拱部采用?42，L=3.5m，@=35cm超前双环小管棚预注浆支护，每环22根。
（2）DK322+775～DK322+759段采用?42，L=3.5m，@=35cm超前小管棚预支护，每环20根。
（3）DK322+778-+759段格栅钢架0.5m榀，?22水平连接筋，环向间隔lm，挂?8，25cm ×25cm钢筋网（图6.3.4）。
（五）施工情况 1．地表预注浆加固
（1）按地表注浆孔布置图布孔，并用红油漆进行标识，以防误用。
（2）在孔位上架设潜孔钻机钻眼至设计深度，使用风镐将注浆管顶进孔内，若遇特殊情况不能下管到位，则在孔附近20cm范围内重新钻孔。
（3）注浆自地面低处向高处进行，当浆液流动较快时，可适当降低注浆压力，反之可适当提高注浆压力。注浆采用两次序全段一次注浆，即第一次注奇数孔，第二次注偶数孔，每一次采用全段一次性填压式注浆，当压力升至设计要求（2～2.5MPa）时，再稳压注浆10min即可。
2．隧道施工
（1）挂网、锚杆、喷射混凝土联合支护洞门边仰坡。
（2）预留15cm沉降量，施作洞门双管棚。TY-28凿岩机钻眼，外插角15?，安装小导管，进行超前预注浆加固，该方法同锚杆、格栅、钢筋网、喷射C20混凝土
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联合能提高围岩的支承抗力，能较有效地约束围岩变形，为下步工序创造条件。 （3）以人工开挖为主，预留核心土，架立格栅钢架支护。
（4）该砂粘土在无水的情况下，会产生蠕变，短时间内稳定性较好，应抓紧其暂稳时间架立格栅钢架。拱脚联接筋焊接成斜筋，以提高其整体受力。
（5）施工中采用井点降水法降低洞内水位，疏干地层，降低了水对砂粘土的侵蚀。
（6）在格栅钢架上设沉降观测桩点，进行沉降及收敛监测，发挥监测指导变更设计和施工的作用。
（7）接腿采用错开马口，曲脚格栅边墙脚采用C20混凝土模筑，提高其支承能力，格栅定位采用?42，L=3.0m的砂浆锚管。
DK322+776天沟隧道中线?42小导管地表注浆，间距1.5m，梅花型布置DK322+759DK322+780
图6.3.3 地表预注浆加固
???，L=3.5m，超前管棚，外插角15??连接筋，?22，间距1～1.5m50cm50cm50cm50cm50cm 图6.3.4 超前预注浆加固
（六）效果评价
从施工中围岩变形监测结果可以看出，①沉降和收敛在初期下降较快，到后期
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已成平稳趋势。②落底时除初期沉降量较大外，后也呈平稳趋势。③因隧道施工砂石料缺乏，衬砌不够及时，连续降雨造成格栅钢架有大的变形，采用了临时仰拱及原木横撑加固等措施。
据计算，采用预支护替代工艺可节约直接费186956-173448=13508元，如果再考虑设备的租赁费及调迁费30000元，则可节约资金计43508元，且可保工程正常施工。
可见，采用地表预注浆加密格栅小管棚超前预注浆支护方案替代水平旋喷桩是可取的，从经济上比较可节省投资，施工操作简单易行，缩短了施工时间。
六、小结
（1）岩堆的特殊工程性质容易引起隧道出现多方面的病害，因此，在勘察阶段，应加强对其结构、组成、厚度变化、分层性等的勘察，在设计时对岩堆中修建隧道的围岩变形和渗漏水要予以足够的重视。
（2）岩堆地区的隧道施工，尽量不扰动边坡，要做好边仰坡外侧的截排水工作，隧道开挖过程中随时加强观察，避免出现塌方现象。工字钢架与边坡、钢架与小导管或刚架与围岩之间严禁出现空洞，当有空洞时，用浆砌片石或砼回填密实，然后进行喷砼作业。为减少偏压，喷射砼达到强度时，及时用对口撑撑紧两侧钢架，防止变形；开挖成型后的断面应及时进行素喷或加细钢筋网进行初喷砼，初喷宜跟人工开挖同时进行，复喷完后再出渣。隧道开挖穿越堆积层和稳定岩石之间的界面时，必须慎重对待连接段的施工。
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第四节 渗水地段的隧道建设技术
隧道内有水的现象是普遍的，但是，并非整个隧道都有水，只是不同地段、不同的部位有。有的地段严重；有的则轻微；有的地段还干燥无水。这就取决于隧道所处的地质、地理环境，即隧道的长度、埋深，当地的气候和地貌条件，地表水及地下水的状态，岩石条件、地质构造等。
隧道水害是指在隧道修建和运营过程遇到水的干扰和危害，是最常见的隧道病害。
隧道病害的主要类型有衬砌裂损、渗漏水和钢筋外露，边墙鼓胀开裂，拱顶掉块，基底软化、翻浆冒泥等。其中渗漏水病害的表现形式主要有拱顶渗水、滴水，拱脚处渗水、淌水，伸缩缝部位渗水、淌水，侧墙的渗水、淌水、局部涌水、涌泥，道床积水等，在冬天则表现为顶部形成冰挂，侧墙形成冰柱，在道床形成冰堆、冰坡等。
隧道渗漏水与其它病害是密切相关的。由于水的可流动性和水压的传递性，隧道的衬砌结构往往都要承受较高的水头压力，在这样的条件下，衬砌中的任何缺陷和病害都可能成为渗漏水的通道。反过来，渗漏水又会加速各类病害的发生和发展，影响隧道的使用性能和使用寿命。因此，隧道渗漏水实际上是隧道各种病害的综合反映。
一、渗水对隧道的危害
1．隧道侵蚀破坏
由于衬砌渗漏水，造成隧道侵蚀破坏，特别是在渗漏水具有侵蚀性的情况下，对衬砌和隧道设备的腐蚀性更严重，路面积水行车环境恶化，降低轮胎与路面的摩擦力。
2．隧道冻胀破坏
寒冷地区反复的冻融循环，造成衬砌混凝土冻胀开裂破坏；在衬砌与围岩之间，造成冻胀，引起拱墙变形、破坏；拱墙上悬挂冰柱、冰溜，侵入净空。在隧底，可能冻胀，并形成冰坡、冰锥，使行车滑溜，直至无法通过。
3．隧道塌方
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隧道出现大量渗水，如不及时排除，在拱脚和路面大量积水，容易使隧道围岩松弛，从而导致隧道塌方。
4．附属结构设备破坏
各种附属结构及设备，由于绝缘、防锈等要求，隧道不渗水是其正常工作的必要条件。
因此搞好隧道防排水设计及裂缝防水技术，使隧道衬砌不漏不渗，是保证行车安全和隧道能否长期使用的重要条件。
二、渗水与隧道的相关关系
隧道渗水是隧道建设中的不良地质现象。隧道的稳定性与渗水密切相关。隧道经过长期风化，在节理裂隙发育地段的岩层，地表水和基岩裂隙水等侵入，使围岩稳定性受到很大影响，在隧道内将出现渗水现象，而围岩出现渗水又导致围岩本身应力分布发生变化，从而使围岩稳定性大大降低。
渗水与隧道关系分为：拱顶漏水、内壁渗水、拱脚渗水、路面积水。
三、渗水地段隧道的病害机理分析
地壳表层的岩土体，由于它的空隙性和水理性质而存储一定的水。在岩土体中修建的隧道，人为地形成一个集水廊道，四周的水都要向隧道空间汇流。地表水和地下水又通过岩土体的孔隙、裂隙、洞穴向新的集水廊道运移、排泄。造成隧道内发生涌水、漏水、滴水等。
在修筑隧道时，由于很多不良自然和人为因素导致隧道出现渗漏水现象，归纳起来有以下几点[178]：
（1）在岩层直立或陡倾、围岩节理裂隙发育、不良结构面多地区，雨季时雨水顺岩层裂隙下渗，使岩体软化，强度降低。岩体一经扰动，松弛范围迅速扩大，随之发生初支开裂和渗水。
（2）复合衬砌施工时，喷射混凝土的施工工艺不严谨，操作马虎，初期支护和围岩及自身的结合不紧密，在衬砌背后造成存水空间，为地下水的侵入提供条件。另外喷射混凝土用砂率大，洞内外温差大，施工养护又不及时，致使在洞口浅埋地
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段喷射混凝土表面产生干缩裂纹，形成渗漏通道。
（3）喷射混凝土与二次衬砌之间的防水层因施工工艺粗糙，造成施工初期防水板破损，围岩的渗水通过初期支护喷射混凝土的裂缝经破损的防水板渗入二次衬砌混凝土表面，造成渗漏。
（4）隧道二次衬砌素混凝土因受温度应力、围岩应力及衬砌不均匀沉降的共同作用，在衬砌拱部产生环向裂纹和网状裂纹。
（5）二次衬砌混凝土施工，沉降缝、施工缝和伸缩缝采取防水措施，但在施工过程中岩石残留物进入缝中，堵塞排水通道以致出现渗漏水现象。
（6）隧道开通后，车流密度以及超载车辆较多，导致拱圈加载超过设计要求产生裂缝及渗水。
四、渗水地段的隧道处治技术对策
（一）公路隧道防排水设计的基本原则[179]
1．隧道应结合衬砌采取可靠的防排水措施，保证使用期内行车安全、设备正常使用；
2．隧道防排水应视水文地质条件因地制宜地采取“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合治理原则，达到排水通畅、防水可靠、经济合理、不留后患的目的； 3．对地表水、地下水应采取妥善的处理措施，使洞内外形成一个完整的畅通的防排水系统。
一般公路隧道应做到：
（1）拱部不滴水、边墙不滴水；
（2）路面不冒水、不积水、设备箱洞处不渗水； （3）冻害地区隧道衬砌背后不积水，排水沟不冻结；
（4）汽车专用公路隧道则应达到拱部、墙部及设备箱洞处均不渗水。 （二）公路隧道防水的基本方法与措施
（1）公路隧道首先要重视防止地表水的下渗，其措施为填平、铺砌、勾补、抹面等。对于坑穴、钻孔等均应填实封闭；
（2）围岩破碎、涌水易坍地段，宜直接向围岩内预压浆。当涌水量大时，应采用化学浆液。向衬砌背后压浆时，应防止因压浆而堵塞衬砌背后的排水设施；
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（3）公路髓道衬砌防水，首先采取引排措施，然后敷设衬砌内、外防水水层；也可修建复合式衬砌，采用夹层防水层：
（4）混凝土应满足抗渗要求，寒冷地区冻害地段和严寒地区所采用混凝土的抗渗标号不宜低于S6，其余地区不宜低于S4；
（5）施工缝、变形缝等处的防渗应采用专门的防水措施。 （三）公路隧道防排水的基本措施
为避免和减少水的危害，我国隧道工作者已总结出“截、堵、排相结合”的综合治水原则，并以模筑混凝土衬砌作为防水（堵水）的基本措施。
“截”就是在隧道以外将地表水和地下水疏导截流，使之不能进入隧道工程范围内；
“堵”就是以衬砌混凝土为基本防水层，以其它防水材料为辅助防水层，阻隔地下水，使之不能进入隧道内的防水措施。必要时还可以采用注浆堵水措施。堵水措施可以较好地保护地下水环境；
“排”就是人为设置排水系统，将地下水排出隧道；
“结合”就是因地制宜，综合考虑，适当选择治水方案，做到技术可行，费用经济，效果良好，保护环境。这要根据围岩的工程地质条件，地下水的水量大小及埋藏和补给条件，工程结构盼设计使用要求，施工技术水平及环境保护要求等情况来选择确定。结合的又一层含义是设计、施工、维修相结合，但以施工为主，充分结合现场实际，实行点面结合，将大面积渗漏水汇集为局部出水，进行有组织排水。应尽可能在施工中就将水治理好，保护地下及地表水的自然环境，减少对水环境的破坏并尽量恢复其自然环境。下面根据以上原则，介绍治水的常用方法与措施。
1．截水措施
截水措施有：在地表水上游设截水导流沟，地下水上游设泄水洞或洞外井点降水。截水导流沟和泄水洞完成后即可自行永久发挥作用，而洞外井点降水，则需用水泵抽水，因此，它只能解决浅埋隧道在施工期间的降水问题。当隧道埋深较大时，可在洞内设井点降水，以解决洞内局部区段的降水问题。此外辅助坑道中的平行导坑、横洞、斜井、竖井均可以作为泄水洞。 2．堵水措施
常用的堵水措施有：喷射混凝土堵水，塑料板堵水，混凝土衬砌堵水。当水量大、压力大时则可采取注浆堵水，注浆既可以堵水也可以起到加固围岩的作用。
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应当注意的是，绝对堵死地下水是很困难的，因此要求在设计和施作堵水设施时，就要充分考虑到排水，做到堵排结合，边排边堵。 （1）喷射混凝土堵水
当围岩有大面积裂隙渗水，且水量、压力较小时，可结合初期支护采用喷射混凝土堵水。但应注意此时需加大速凝剂用量，进行连续喷射，且在主裂隙处不喷射混凝土，使水流能集中于主裂隙流入盲沟，通过盲沟排出
（2）塑料板堵水
当围岩有大面积裂隙滴水、流水，且水量压力不太大时，可于喷射混凝土等初期支护施作完毕后，二次支护施作前，在岩壁大面积铺设塑料板堵水。
塑料板防水层是近十多年国际上发展起来的一项防水新技术，它具有优良的防水，耐腐蚀性能，在隧道及地下工程中得到了日益广泛的应用。
塑料板铺设固定时不能绷得太紧，要预留一定的松弛度，使得在灌筑二次支护混凝土时，塑料板能向凹处变形、服贴，不产生过度张拉和破坏。 （3）模筑混凝土衬砌堵水
模筑混凝土本身就具有一定的抗渗阻水性能，但普通混凝土的抗渗性较差，尤其是在施工质量不高的情况下，如振捣不密实。施工缝、沉降缝、伸缩缝处理不好，配比不当等，则更易形成水的渗漏、漫流。当地下水有侵蚀性时，对混凝土的腐蚀就更为严重。
如果能保证混凝土衬砌的抗渗防水性能，则不需要另外增加其它防水堵水措施。因此，充分利用混凝土衬砌的防水性能，是经济合算的和最基本的防水措施。
在工程中，改善和利用混凝土衬砌的抗渗防水性能，可以从两个方面来考虑： ①防水混凝土的抗渗标号及抗压强度应满足设计要求。其配会此选择应注意以下几点：水灰比不得大于0.6；水泥用量不得少于280kg／m3；砂率应适当提高，并不得低于35％。
②防水混凝土衬砌施工必须采用机械振捣。施工缝、沉降缝及伸缩缝则可以采用中埋式塑料或橡胶止水带，或采用背贴塑料止水带止水。
（4）注浆堵水
注浆在加固围岩的同时，实际上也起到了堵水作用。由此看来，一种方法或措施，其效用有时是多方面的。因此，在隧道施工工序安排和方法（措施）选择时，一定要充分考虑到它们彼此之间的相互关系和相互影响。
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此外，若二次支护因混凝土质量欠佳而产生渗漏，则可以对其进行结构注浆堵水。
在地下水较丰富的地区，衬砌接缝处常用止水带防水。其类型很多，如金属（铜片）止水带、聚氯乙烯止水带以及橡胶止水带等，金属止水带已经很少使用了，聚氯乙烯止水带的弹性较差，只能用于相对变形较小的场所，橡胶止水带则可用于变形幅度较大的场合。 3．排水措施
排水是利用盲沟、泄水管、渡槽、中心排水沟或排水侧沟等，将水排出洞外。盲沟可用片石或卵石干砌而成的厚30～40cm与宽100～150cm的排水通道。盲沟可以根据需要砌至拱脚或砌至边墙底部，然后用泄水管将水引入隧道的排水沟内。盲沟间距应因地制宜的设置。渡槽是在衬砌内表面设置的环向槽，其尺寸按水量大小确定，其间距一般应与筑拱环节长度配合，施工缝往往是漏水最多的位置。 公路隧道内的排水一般均采用排水沟方式，类型主要有中心排水沟和路侧排水沟，在严寒地区应设置防冻水沟。排水沟断面可为矩形或圆形，通常为矩形，并便于清理和检查，过水面积应根据水量大小确定。沿纵向在适当间隔处应设置检查坑和汇水坑，但不应设在车道中心。 （1）盲沟
盲沟的作用是在衬砌与围岩之间提供过水通道，并使之汇入泄水孔。它主要用于引导较为集中的局部渗流水。 。
我国较为传统的盲沟有灌砂木盆、灌砂竹简。因其加工、安装均较麻烦，且接头处易被混凝土阻塞，因此，现在逐步被新型柔性盲沟所替代。
柔性盲沟通常由工厂加工制造。它具有现场安装方便，布置灵活，连接容易，接头不易被混凝土阻塞，过水效果良好，成本也不太高等优点。其构造形式有以下几种：
①弹簧软管盲沟：这种盲沟一般是采用10号铁丝缠成直径5～8cm的圆柱形弹簧或采用硬质又具有弹性的塑料丝缠成半圆形弹簧，或带孔塑料管，以此作为过水通道的骨架，安装时外覆塑料薄膜和铁窗纱，从渗流水处开始沿环向铺设并接人泄水孔；
②化学纤维渗滤布盲沟：这种盲沟是以结构疏松的化学纤维布作为水的渗流通道，其单面有塑料敷膜，安装时使敷膜朝向混凝土一面，可以阻止水泥浆渗入滤布，
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这种渗滤布式盲沟质量轻，便于安装和连续加垫焊接，宽度和厚度也可以根据渗排水量的大小进行调整。是一种较理想的渗水盲沟。 （2）排水沟
排水沟承接泄水孔泄出的水，并将其排出隧道。隧道纵向排水沟有单侧、双侧、中心式三种形式。它是根据线路坡度、路面形式、水量大小等因素确定的。洞外排水应根据地形、地质、气象情况，结合农田水利情况全面规划，综合治理，因地制宜地设置流水、截水、引水设施。
（3）泄水孔
泄水孔是设于衬砌边墙下部的出水孔道，它将盲沟流来的水直接泄入隧道内的纵向排水沟。泄水孔的施作有两种方法：
①在立边墙模板时，就安设泄水管，并特别注意使其里端与盲沟接通，外端穿过模板。泄水管可用钢管、竹管、塑料管、蜡封纸管等，这种方法主要用于水量较大时；
②当水量较小时，则可以待模筑边墙混凝土拆模后，再根据记录的盲沟位置钻泄水孔。泄水孔的位置应按设计要求设置。 （四）隧道渗漏防排水工程设计[180]
1．防水工程设计 （1）衬砌防水工程设计
隧道在开挖时或者在喷射混凝土施工后，有渗漏水出现，以及在隧道开挖时或者喷射混凝土施工后虽未发生渗漏水现象，但根据围岩的状况，将来仍有可能渗漏水的地段，都必须设置相应的防水工程。尤其对于隧道洞口段，为保证充分安全，不管有无漏水发生都要设置防水工程。
衬砌防水工程设计可采取浇筑抗渗混凝土和铺设防水层相结合的办法进行处治。
①抗渗混凝土：为了提高防水抗渗效果，在混凝土中掺加BR型等增强防水剂，要求衬砌混凝土强度在20号以上，抗渗标号一般地区不低于S4，寒区不低于S6，同时必须保证混凝土浇筑过程中的振捣质量。
②防水层：一般采用外贴式防水层。对复合式衬砌，设计夹层防水层，防水材料常用合成树脂和土工布聚合物制作的防水薄膜和防水板（橡胶防水板、塑料防水板）。
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（2）漏水防止设计
对衬砌应周密设计施工缝、伸缩缝、变形缝的构造和位置，一般以每隔10m左右设一道为宜。除按施工技术规范要求处理接缝外，还应根据围岩地下水出露等具体情况，采取专门的防水、防渗措施，一般应分别采用L型、企口型、铁皮或钢板型施工缝和橡胶或塑料止水带、沥青麻筋、防水砂浆等组成止水变形缝，用防水砂浆、膨胀水泥配制防水混凝土进行封顶封口。
2．排水工程设计
排水工程根据其设置位置分为背面排水工程、路基排水工程和路缘排水工程。 （1）背面排水工程
围岩涌水时，为使涌水能在浇筑衬砌混凝土前排出隧道外，根据围岩涌水大小，在衬砌背后和底部用砂、砾石等透水材料设置透水网或用直径?=100mm的带孔聚氯乙烯管（VP管）将水经横向排水工程导入路基排水工程。
（2）路基排水工程
沿整个隧道的路面下设置的排水工程，称为路基排水工程。它由背面排水工程、横向排水工程和中心排水工程组成（如图6.4.1）。在严寒地区且地下水较多时，可在路基冰冻线以下设置防寒泄水洞，以免隧道产生冻胀。
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图6.4.1 路基排水工程标准配置图
中心排水工程的坡度应同路面的设计坡度保持一致，一般≮0.5%，横向排水工程的坡度≮2%，排水管断面尺寸可按下式计算：
Q?1n21R3I2A3
式中 Q——过水流量（m3/s）；
n——粗造系数（0.025）； R——水力半径R?I——坡度；
A——满水时的过水断面（m2）。
考虑清扫、检修方便，中心排水工程可选取300mm左右带孔钢筋混凝土管，横
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D4；