隧道工程中的支护结构设计技术

隧道有哪些支护方案和工程隧道工程是指地下开挖的通道，主要用于交通运输和地下管线铺设。

隧道工程的设计和施工需要充分考虑地质条件、环境要求和结构支护等因素。

隧道支护方案和工程是确保隧道工程安全稳定运行的关键环节。

本文将从隧道支护方案和工程的角度，分析隧道支护的方法和技术。

一、隧道支护方案1. 地质勘探和预测地质勘探和预测是隧道支护方案的第一步，通过勘探分析地下岩土的物理力学特性、水文地质条件以及地下水位等情况，预测隧道施工中可能遇到的地质问题，为隧道支护方案的制定提供依据。

2. 结构设计结构设计是隧道支护方案的关键环节，根据地质条件、隧道长度和隧道所处的地段，确定合适的隧道结构形式，如圆形隧道、方形隧道、椭圆形隧道等，以及结构材料的选择。

3. 支护方式隧道支护方式包括初始支护和二次支护。

初始支护主要是指在隧道施工过程中，采用钢架、锚索、混凝土喷射等技术，对隧道洞口进行支护，以防止岩石坍塌。

而二次支护即是隧道结构完工后，对隧道进行保护和加固。

4. 施工方案施工方案是隧道支护方案的具体实施步骤，包括挖掘工艺、支护工艺、隧道结构设置等内容，要根据地质情况和实际施工条件，确定合理的施工方案。

二、隧道支护工程1. 钢架支护钢架支护是隧道支护工程中常用的一种方式，主要包括钢架搭设、钢架混凝土浇筑、钢架喷砼等工艺。

钢架支护具有结构牢固、施工便利、对地质条件要求不高等优点，在现代隧道施工中得到广泛应用。

2. 锚索加固锚索加固是隧道支护工程中另一种常用的方式，通过在隧道周围设置预埋锚索，利用拉力固定隧道结构，以增强隧道的稳定性和安全性。

锚索加固可分为单向锚索、双向锚索等形式，根据实际需要进行选择。

3. 喷射混凝土支护喷射混凝土支护是指在隧道结构表面使用喷射混凝土进行支护和加固的工艺。

喷射混凝土支护具有施工速度快、成本低廉、适用性广等特点，是隧道支护工程中重要的一种技术手段。

4. 土钉墙支护土钉墙支护是指在隧道结构表面设置土钉，通过土钉和混凝土构成的墙体，对隧道进行支护和加固。

隧道初期支护施工技术隧道衬砌大多采用复合式衬砌结构，即以锚杆、钢筋网、喷射混凝土和钢架为初期支护，以模筑钢筋混凝土为二次衬砌。

新奥法区间隧道初期支护有锚杆、型钢钢架或格栅钢架、挂钢筋网和喷射混凝土等几种，根据隧道断面和围岩级别选择不同的支护组合。

一、锚杆施工工艺隧道使用的锚杆有中空注浆锚杆、砂浆锚杆、药卷锚杆和自进式对拉锚杆等类型。

各类锚杆施工方法如下。

1.中空注浆锚杆中空注浆锚杆是一种可测长排气的中空注浆锚杆。

中空注浆锚杆由锚头与锚杆体连接。

锚杆体上设有止浆塞、垫板以及紧固螺母，具有沿锚杆体轴向设置、位于锚杆体外侧并与锚杆体连接的测长排气管。

测长排气管前端封头与锚头平齐，测长排气管后端开口，并伸出锚杆体，测长排气管管壁上遍布可阻止水泥砂浆进入的气孔，结构简单，使用方便，既可在锚杆施工后方便地检查锚杆体真实长度，确保锚固施工质量，又可在注浆施工时排出锚孔中的空气，有利于注浆施工的进行。

工程中常采用带排气装置的φ25中空锚杆。

锚杆设置钢垫板，垫板尺寸为150 mm×150 mm×6 mm。

中空锚杆孔使用手风钻或凿岩台车钻孔。

钻孔前，根据设计要求定出孔位，钻孔保持直线并与所在部位岩层结构面尽量垂直，钻孔直径为42 mm，钻孔深度大于锚杆设计长度10 cm。

中空注浆锚杆施工程序如下：钻孔完成后，用高压风吹净孔内岩屑；将锚头与锚杆端头组合后送入孔内，直达孔底；固定好排气管，将止浆塞穿入锚杆末端与孔口齐平，并与杆体固紧；锚杆末端戴上垫板，然后拧紧螺母；采用锚杆专用注浆泵向中空锚杆内压注水泥浆，水泥浆的配合比为1∶（0.3～0.4），注浆压力为1.2 MPa，水泥浆随拌随用。

2.砂浆锚杆系统锚杆和临时支护常采用22 mm、25 mm两种直径的砂浆锚杆。

（1）准备工作检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。

根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。

（2）钻孔砂浆锚杆钻孔采用手风钻或凿岩台车进行，孔眼间距、深度和布置应符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。

隧道洞口段的支护技术在不良地质条件下的隧道洞口段施工前，将隧道洞口段预加固，使隧道洞口段施工在预加固结构的保护下进行开挖，对隧道洞口段施工安全施工质量有着重要作用。

隧道洞口段预加固方法很多，主要有地表加固、洞内支护两大类。

一、隧道洞口段的地表加固隧道洞口段，埋深较小而变化幅度较大，地质条件复杂，地层条件一般都很差，围岩不稳定，由于施工方法不当或辅助加固措施不足，经常造成地表坡面的破坏。

常用的地表加固有以下几种。

1.直接加固法直接加固法通过改变滑坡体的抗滑力及下滑力来改变滑动体滑动面上的平衡条件，主要是通过增加边坡的抗滑力来实现，如填土、地表锚杆、抗滑桩、挡墙、错索等方法，其中地表锚杆施工方法是最为常用的方法。

2.间接加固法间接加固法是以控制滑动因素、降低滑动力为目的。

其中水的影响是极大的，它可以减小围岩强度，促进滑动，常采用防渗法和排水法，如防渗层、暗沟、疏干巷道等。

间接加固法中还有排土法，它是通过减小滑坡体的下滑力来实现，即通过改变边坡的平衡条件，从而提高边坡的稳定性。

应当注意的是，不是任何不稳定边坡经过排土法就能增加其稳定系数，这与排土方式有关，要具体分析。

一般情况下，排土法和填土法是结合在一起使用的。

二、隧道洞口段的支护隧道洞口段的支护，有超前管棚支护、超前小导管注浆、超前锚杆预支护等方法。

1.超前管棚支护超前管棚是沿开挖轮廓线周线，钻设与隧道轴线平行（或有微小角度）的钻孔，随后插入不同直径的钢管，并向管内注浆，固结管周边的围岩，并在预定的范围内形成棚架的支护体系，如图11-1所示。

图11-1 超前管棚支护示意图超前管棚能提高管周围的抗剪强度，先行支护围岩，把因开挖引起的松弛控制在最小范围内，具有梁效应和加固围岩效应。

梁效应即为因钢管是先行施设，掘进时，钢管在以掌子面和后方的支撑支持下，形成梁式结构，防止围岩崩塌和松弛。

加固围岩效应即为钢管插入后，压注水泥浆，加强钢管周边的围岩。

在浅埋的情况下，地表有建（构）筑物存在时，为把隧道开挖的影响限制在最小限度内，要尽量防止围岩的松弛，采用管棚方法是一种有效的支护方法。

6 隧道洞身初期支护设计6.1 支护形式选择隧道支护衬砌有：喷锚衬砌、整体式衬砌、复合式衬砌。

（1）喷锚支护是指以喷射混凝土，锚杆为主要支护手段，并通过对围岩的监控量测指导设计与施工，使围岩成为支护体系的一部分，从而合理的利用围岩的地承载能力，以保证围岩稳定的隧道修建方法。

锚杆和喷射混凝土与围岩共同形成的承载结构，可有效地限制围岩变形的自由发展，调整围岩的应力分布，防止岩体松散坠落。

它可用作施工过程中的临时支护，在有些情况下，也可以不必再做永久支护或衬砌。

根据围岩的地质条件，可以采用多种支护形式：①单独采用锚杆，一般只用于局部；②单独采用喷射混凝土，有时也只用于局部；③锚杆结合喷射混凝土，多用于地下洞室的顶拱和边墙；④锚杆和喷射混凝土，加设单层或双层钢筋网，可提高喷层抗拉强度和抗裂能力，从而提高支护能力；⑤锚喷加金属网，并在喷层内加设工字钢等型钢作成的肋形支撑。

由于喷锚衬砌刚度较小，在围岩自稳能力较差的Ⅳ~Ⅵ级围岩中，稳定性和防止水侵蚀方面的经验不多，材料及施工工艺还有待进一步提高，因此，在Ⅳ~Ⅵ级围岩中不宜单独采用喷锚支护作永久衬砌。

（2）整体式衬砌是指就地灌注混凝土或钢筋混凝土衬砌，也称模筑混凝土衬砌。

其工艺流程为：立模—灌注—养护—拆模。

隧道开挖后，以较大厚度和刚度的整体模筑混凝土作为隧道的结构。

为了防止围岩掉块、坍塌，采取支撑或临时支护，随着喷码技术的应用，现多改为喷锚支护。

整体式衬砌按照工程类比，不同的围岩类别采用不同的衬砌厚度，其形式主要有直墙式和曲墙式两种。

整体式衬砌是被广泛采用的衬砌形式，有长期的工程实践经验，技术成熟，适应多种围岩条件。

因此，在隧道洞口段、浅埋段及围岩条件很差的软弱围岩中采用整体式衬砌较为稳妥可靠。

（3）复合式衬砌是由内外两层衬砌组合而成，第一层成为初期支护，第二层为二次衬砌，初期支护与二次衬砌之间夹防水层，我国高等级公路隧道已普遍采用复合式衬砌。

复合式衬砌的初期支护采用喷锚支护，二次衬砌采用模筑混凝土衬砌。

隧道施工中的支护技术与材料选择隧道是连接两个地区的通道，是现代城市建设中不可或缺的重要工程。

在隧道施工中，支护技术与材料的选择至关重要，直接关系到隧道的安全和稳定。

本文将就隧道施工中的支护技术与材料选择进行探讨。

一、隧道施工中的支护技术1. 初期支护在隧道开挖初期，土体的稳定性较差，需要采取初期支护措施。

初期支护的技术包括钢架支护、锚杆喷锚支护、拱形支护等。

钢架支护是在围岩破坏的地方搭设钢架进行支撑，使得围岩得到有效保护。

锚杆喷锚支护则是利用锚杆锚固土体，增强土体的稳定性。

拱形支护是建立在地下隧道内部的拱形结构，可以有效减少围岩变形。

2. 中期支护隧道开挖到一定深度后，需要进行中期支护。

中期支护的技术包括喷射混凝土支护、钢筋混凝土支护等。

喷射混凝土支护是通过专用设备将混凝土喷射到围岩表面，形成一层坚固的混凝土保护层。

钢筋混凝土支护则是在围岩表面安装钢筋，并浇筑混凝土，形成坚固的支护结构。

3. 后期支护隧道开挖完工后，为了保障隧道的安全运行，需要进行后期支护。

后期支护的技术包括衬砌、路基等。

衬砌是在隧道内壁表面铺设一层坚固的砌石或混凝土，起到增强结构、防水、防裂的作用。

路基则是在隧道进出口部分进行填方与排水处理，使得隧道周围环境更加安全稳定。

二、隧道施工中的支护材料选择1. 钢材钢材是隧道支护中常用的材料之一，其强度高、耐腐蚀、易加工成型等优点使得其在隧道支护中得到广泛应用。

钢材主要用于钢架支护和锚杆喷锚支护中。

2. 混凝土混凝土是隧道支护中不可缺少的材料，其成本低、耐久性好、施工方便等优点使得其成为隧道支护的主要选材之一。

混凝土主要用于喷射混凝土支护和钢筋混凝土支护中。

3. 砌石砌石是隧道支护中常用的材料之一，其抗压强度高、耐久性好、美观实用等优点使得其在隧道支护中得到广泛应用。

砌石主要用于隧道内壁的衬砌工程中。

4. 土工布土工布是隧道施工中常用的材料之一，其具有抗拉强度高、耐腐蚀、防渗透等优点，常用于地下水处理和隧道围岩支护中。

隧道工程中断面开挖与支护技术隧道工程是一项复杂而庞大的工程项目，设计和施工过程中需要考虑多种因素，其中之一就是断面开挖与支护技术。

断面开挖与支护技术是确保隧道工程顺利进行的重要环节，既要保证安全，又要提高效率。

本文将从隧道工程的特点出发，探讨断面开挖与支护技术的发展和应用。

首先，我们来看一下隧道工程的特点。

隧道工程通常位于地下，受到地壳活动、地质变化和水压等多种因素的影响。

特别是山区和水下隧道工程，面临的挑战更加严峻。

因此，在进行断面开挖和支护时，需要充分考虑地质条件，把握工程的稳定性和安全性。

在隧道工程中，断面开挖是最基本的工作之一。

断面开挖是指通过爆破、机械或手工等方式，将隧道墙壁、顶部和底部的土石材料清除，形成所需的截面形状。

断面开挖的方法和技术因地质情况而异。

常用的方法包括全断面法、局部断面法和顶部先掏法等。

全断面法适用于地质条件相对好的地区，可以一次性完成整个截面的开挖。

局部断面法适用于地质条件较差的地区，通过分段进行开挖，可以减少对地质环境的破坏。

顶部先掏法则是先从隧道顶部开始开挖，逐渐向两侧推进，避免了挖掘面上方土层的超载。

然而，仅仅进行断面开挖是不够的，还需要进行支护工作。

隧道的支护是为了保护开挖周围的土层和岩石，防止其塌方或坍塌，确保工程的安全性和稳定性。

常用的隧道支护材料包括钢拱架、混凝土梁和涂层等。

钢拱架是一种结构强度高、稳定性好的支护材料，通常用于较大断面的隧道。

混凝土梁则适用于较小断面的隧道，可以承受一定的压力。

涂层主要用于防水和防腐，保护隧道结构不受水压和化学物质的侵蚀。

随着科技的发展，断面开挖与支护技术也得到了进一步的改进和创新。

在断面开挖方面，采用先进的控制技术可以提高施工效率和准确度。

全断面掘进机是近年来新兴的技术，可以实现全断面的一次性开挖和支护。

这种机械设备不仅能够提高工作效率，还能减少对地质环境的影响。

在隧道支护方面，新型的材料和技术也被广泛应用。

预应力混凝土梁是一种新型的支护材料，具有高强度、高韧性和耐久性的特点，可以有效保护隧道结构。

隧道工程中的围岩稳定与支护技术隧道工程是现代交通基础设施建设中不可或缺的一环。

隧道工程的成功与否，直接关系到交通的畅通与人们的出行，因此隧道工程中的围岩稳定与支护技术显得尤为重要。

围岩的稳定是隧道工程中首要关注的问题。

围岩的稳定性直接影响到整个隧道的安全性和持久性。

当隧道位于地层中的时候，地层的稳定性就成了一个值得研究和关注的问题。

在选择隧道位置时，必须对地层进行详细的勘探和分析，了解地层的结构、岩性、裂隙和地下水等情况。

通过对地层特征的精确判断，可以合理选择施工工艺和支护措施，确保围岩的稳定性。

同时，在施工过程中，还需要根据地质条件的变化，及时调整支护方案，确保围岩的稳定。

对于围岩的稳定性，支护技术起到了非常重要的作用。

在隧道工程中，支护是指通过采用各种措施，来增加围岩的稳定性和承载能力。

常用的隧道支护技术主要包括锚喷、钢筋混凝土衬砌、钢支撑等。

锚喷技术是一种常用的支护技术。

通过在围岩中钻孔，然后在孔内喷射锚杆和灌浆材料，加固围岩的支护措施。

这种技术可以增加围岩的强度和稳定性，提高隧道的安全性。

同时，锚喷技术还可以减少地表沉降，保护地下建筑和管道的安全。

钢筋混凝土衬砌是一种常见的隧道支护技术。

通过在隧道围岩上切割出一定的几何形状，再在围岩上喷涂钢筋混凝土，形成钢筋混凝土衬砌，增加围岩的稳定性和承载能力。

钢筋混凝土衬砌可以有效地防止围岩的剥落和坍塌，保护隧道的完整性和安全性。

钢支撑是一种常用的隧道支护技术。

通过在围岩中钻孔，安装和固定钢杆，形成支撑体系，增加围岩的稳定性和承载能力。

钢支撑可以灵活调整支护体系的形态和参数，满足不同地质条件下的支护要求。

同时，钢支撑还可以有效地减少施工周期和成本。

当然，隧道工程中的围岩稳定与支护技术还有许多其他的方法和技术。

例如，地下连续墙、岩锚和喷射桩等。

这些技术都在隧道工程中发挥了重要的作用，使得隧道的施工更加安全、经济、高效。

总之，隧道工程中的围岩稳定与支护技术是确保隧道施工安全与可持续发展的重要保障。

隧道支护结构设计原则总结隧道工程的支护结构设计是确保隧道施工和使用安全的关键环节。

在进行隧道支护结构设计时，需要考虑地质条件、工程要求和施工难度等因素，以确保隧道能够正常使用并具有良好的稳定性。

本文将总结隧道支护结构设计的主要原则，以指导工程设计实践。

一、整体性原则隧道支护结构设计应强调整体性原则，即将整个隧道视为一个整体进行设计。

这意味着支护结构应能够充分承载地压力和地应力，分担并传递给支护结构的各个部分。

同时，支护结构应具有良好的连续性，以确保无论在设计、施工还是使用过程中都能保持整体稳定。

二、适应性原则隧道支护结构设计应考虑适应不同地质条件和工程要求的能力。

地质条件的差异会导致地压力和地应力的变化，因此支护结构设计需要具备一定的适应性，以应对各种不同情况下的荷载作用。

此外，隧道用途和所处环境等因素也会对支护结构的设计产生影响，因此在设计过程中需综合考虑这些因素，确保支护结构能够适应各种条件。

三、经济性原则隧道支护结构设计应具备经济性原则，即在保证工程安全和质量的前提下，尽可能降低工程成本。

通过合理的结构布局、优化的材料选择和施工方案等手段来提高效益和降低成本。

同时，支护结构的设计还应考虑材料的可获得性和施工的可行性，以确保工程的可持续发展。

四、安全性原则隧道支护结构设计的核心原则是安全性。

支护结构应具备足够的荷载承载能力和稳定性，以确保在各种自然灾害和人为因素的作用下能够保持稳定。

在设计过程中，需要进行详细的地质勘察和地质预测，以准确评估地层情况和地质灾害的可能性，从而选择合理的支护措施和参数。

五、环境保护原则隧道支护结构设计应考虑环境保护原则，即减少对周围环境的影响。

在设计过程中，应采用环保材料和施工方法，降低对土地、水源和生物多样性等方面的影响。

同时，在施工和运行过程中，应采取有效的措施减少噪音、振动和尘埃等对周围居民和自然环境的影响。

结论隧道支护结构设计是确保隧道工程施工和使用安全的重要环节。