1、簡(jiǎn)介挪威的隧道施工法NMT 白金瑞 白金瑞 摘要摘要 本文概觀挪威的隧道施工法NMT的組成要素，在具有節(jié)理弱面的巖體中隧道的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)及施工被認(rèn)為是基本的。本文概觀挪威的隧道施工法NMT的組成要素，在具有節(jié)理弱面的巖體中隧道的經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)及施工被認(rèn)為是基本的。 對(duì)公路或鐵路隧道，乾燥的車道是基本的要求。對(duì)公路或鐵路隧道，干燥的車道是基本的要求。 本原理亦可應(yīng)用於建在巖石中的水力發(fā)電隧道及地下洞室。本原理亦可應(yīng)用于建在巖石中的水力發(fā)電隧道及地下洞室。 本文亦描述新的Q巖體分類系統(tǒng)及震測(cè)的應(yīng)用，Q巖體分類系統(tǒng)及震測(cè)用來設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)的永久支撐系統(tǒng)，此支撐系統(tǒng)是由高品質(zhì)的鋼纖噴凝土(以機(jī)械臂施噴)及防腐蝕巖栓所

2、組成。本文亦描述新的Q巖體分類系統(tǒng)及震測(cè)的應(yīng)用，Q巖體分類系統(tǒng)及震測(cè)用來設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)的永久支撐系統(tǒng)，此支撐系統(tǒng)是由高品質(zhì)的鋼纖噴凝土(以機(jī)械臂施噴)及防腐蝕巖栓所組成。 NMT能夠提供永久的隧道支撐系統(tǒng)，其成本只有傳統(tǒng)隧道施工的小部份，因此一般狀況不採(cǎi)用襯砌混凝土，除非巖盤地質(zhì)狀況很差，襯砌混凝土可用來穩(wěn)定巖盤的擠壓或膨脹。 NMT能夠提供永久的隧道支撐系統(tǒng)，其成本只有傳統(tǒng)隧道施工的小部份，因此一般狀況不采用襯砌混凝土，除非巖盤地質(zhì)狀況很差，襯砌混凝土可用來穩(wěn)定巖盤的擠壓或膨脹。 一、前言一、前言 就公路隧道或鐵路隧道而言，NMT是由許多各式各樣的隧道經(jīng)驗(yàn)所累積，這些低成本高技術(shù)的挪威隧道其開挖面

3、積從45平方公尺到110平方公尺。就公路隧道或鐵路隧道而言，NMT是由許多各式各樣的隧道經(jīng)驗(yàn)所累積，這些低成本高技術(shù)的挪威隧道其開挖面積從45平方公尺到110平方公尺。 下列是NMT的基本要素：下列是NMT的基本要素： 1.設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì) (1)初期設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)圖、鑽探巖心及震測(cè)結(jié)果。 (1)初期設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)圖、鉆探巖心及震測(cè)結(jié)果。 (2)巖體品質(zhì)描述採(cǎi)用Q值(Barton 1974；Barton 和Grimstad 1994)。 (2)巖體品質(zhì)描述采用Q值(Barton 1974；Barton 和Grimstad 1994)。 (3)根據(jù)施工過程所獲得隧道巖石品質(zhì)及Q系統(tǒng)支撐

4、建議來選擇最後支撐。 (3)根據(jù)施工過程所獲得隧道巖石品質(zhì)及Q系統(tǒng)支撐建議來選擇最后支撐。 (4)大部份常用的永久支撐類別利用二向度離散元素(可分析節(jié)理)UDEC-BB程式及三向度3DEC(可分析3D節(jié)理)程式來確認(rèn)。 (4)大部份常用的永久支撐類別利用二向度離散元素(可分析節(jié)理)UDEC-BB程式及三向度3DEC(可分析3D節(jié)理)程式來確認(rèn)。 NGI所發(fā)展的UDEC-S(fr)可檢核噴凝土所承受的力。 NGI所發(fā)展的UDEC-S(fr)可檢核噴凝土所承受的力。 (5)基本上採(cǎi)用NMT所設(shè)計(jì)的公路隧道是允許排水的，如果為了控制隧道內(nèi)的水及霜凍，可採(cǎi)用混凝土隔版將水隔離。 (5)基本上采用NMT

5、所設(shè)計(jì)的公路隧道是允許排水的，如果為了控制隧道內(nèi)的水及霜凍，可采用混凝土隔版將水隔離。 2.合約 2.合約 (1)業(yè)主支付技術(shù)上正確的支撐項(xiàng)目。 (1)業(yè)主支付技術(shù)上正確的支撐項(xiàng)目。 (2)承包商根據(jù)合約中所列的單價(jià)依實(shí)作數(shù)量計(jì)價(jià)。 (2)承包商根據(jù)合約中所列的單價(jià)依實(shí)作數(shù)量計(jì)價(jià)。 (3)業(yè)主比承包商承擔(dān)較多的風(fēng)險(xiǎn)。 (3)業(yè)主比承包商承擔(dān)較多的風(fēng)險(xiǎn)。 (4)所採(cǎi)用的支撐是由業(yè)主與承包商所同意的Q值，而且經(jīng)常改變。 (4)所采用的支撐是由業(yè)主與承包商所同意的Q值，而且經(jīng)常改變。 3.開挖及支撐 3.開挖及支撐 (1)一般採(cǎi)用鑽炸法開挖隧道，依地質(zhì)現(xiàn)況選擇適當(dāng)?shù)拈_挖方法。 (1)一般采用鉆炸法開

6、挖隧道，依地質(zhì)現(xiàn)況選擇適當(dāng)?shù)拈_挖方法。 (2)臨時(shí)支撐如Sb，B或S(fr)是永久支撐的一部份。 (2)臨時(shí)支撐如Sb，B或S(fr)是永久支撐的一部份。 (3)永久支撐類別是在隧道開挖過程中才選定。 (3)永久支撐類別是在隧道開挖過程中才選定。 (4)永久支撐一般是由高品質(zhì)的濕式鋼纖噴凝土及全著型巖栓所構(gòu)成，巖栓具有防腐蝕能力。 (4)永久支撐一般是由高品質(zhì)的濕式鋼纖噴凝土及全著型巖栓所構(gòu)成，巖栓具有防腐蝕能力。 (5)巖盤地質(zhì)條件很差時(shí)，才使用襯砌混凝土。 (5)巖盤地質(zhì)條件很差時(shí)，才使用襯砌混凝土。 NMT不同於NATM：(1)NMT利用預(yù)言性的巖體分類於支撐設(shè)計(jì)，(2)NATM利用計(jì)測(cè)

7、於支撐設(shè)計(jì)選擇，(3)NMT採(cǎi)用的永久支撐不是襯砌混凝土(除非需要)，(4)NATM採(cǎi)用臨時(shí)支撐，襯砌混凝土為永久支撐，(5)NMT採(cǎi)用機(jī)械臂施噴鋼纖噴凝土(10-25m3/hr)，(6)NATM採(cǎi)用鋼線網(wǎng)，一般採(cǎi)用手持乾式噴凝土。 NMT不同于NATM：(1)NMT利用預(yù)言性的巖體分類于支撐設(shè)計(jì)，(2)NATM利用計(jì)測(cè)于支撐設(shè)計(jì)選擇，(3)NMT采用的永久支撐不是襯砌混凝土(除非需要)，(4) NATM采用臨時(shí)支撐，襯砌混凝土為永久支撐，(5)NMT采用機(jī)械臂施噴鋼纖噴凝土(10-25m3/hr)，(6)NATM采用鋼線網(wǎng)，一般采用手持干式噴凝土。 由於濕式噴凝土反彈量低(一般是4% - 6

8、%)，及不採(cǎi)用內(nèi)襯砌混凝土來防水，用於NMT與NATM隧道的混凝土量有很大的不同(NMT混凝土用量約只有NATM的1/2 1/5)，施工工期也明顯受到影響。由于濕式噴凝土反彈量低(一般是4% - 6%)，及不采用內(nèi)襯砌混凝土來防水，用于NMT與NATM隧道的混凝土量有很大的不同(NMT混凝土用量約只有NATM的1/2 1/5)，施工工期也明顯受到影響。 由於NMT採(cǎi)用機(jī)械化施工(機(jī)械臂、電腦控制鑽堡)，隧道開挖面的工人每班只有三人。由于NMT采用機(jī)械化施工(機(jī)械臂、電腦控制鉆堡)，隧道開挖面的工人每班只有三人。 NMT代表性特點(diǎn)，圖(一)： NMT代表性特點(diǎn)，圖(一)： (1)根據(jù)露頭、巖心、

9、隧道壁面的巖體特徵描述作為撐類別估算。 (1)根據(jù)露頭、巖心、隧道壁面的巖體特征描述作為撐類別估算。 (2)當(dāng)有震測(cè)資料可用時(shí)，可利震測(cè)資料來建立巖體品質(zhì)。 (2)當(dāng)有震測(cè)資料可用時(shí)，可利震測(cè)資料來建立巖體品質(zhì)。 (3)現(xiàn)地採(cǎi)用Q系統(tǒng)來選擇支撐類別。 (3)現(xiàn)地采用Q系統(tǒng)來選擇支撐類別。 (4)利用數(shù)值分析模式來確認(rèn)依經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的支撐系統(tǒng)。 (4)利用數(shù)值分析模式來確認(rèn)依經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的支撐系統(tǒng)。 (5)濕式噴凝土採(cǎi)用機(jī)械臂施噴。 (5)濕式噴凝土采用機(jī)械臂施噴。 圖一NMT設(shè)計(jì)與施工 圖一NMT設(shè)計(jì)與施工 三、巖體特性描述三、巖體特性描述 在1970年利用Q系統(tǒng)來描述巖體特性，當(dāng)時(shí)鋼纖噴凝土尚未問世

10、(最早利用鋼纖噴凝土是1972年，應(yīng)用於Ririe霸的隧道)。在1970年利用Q系統(tǒng)來描述巖體特性，當(dāng)時(shí)鋼纖噴凝土尚未問世(最早利用鋼纖噴凝土是1972年，應(yīng)用于Ririe霸的隧道)。 二十年來Q系統(tǒng)更新了兩次，是為了配合最近六年濕式鋼纖噴凝土技術(shù)及挪威所建立的經(jīng)驗(yàn)。二十年來Q系統(tǒng)更新了兩次，是為了配合最近六年濕式鋼纖噴凝土技術(shù)及挪威所建立的經(jīng)驗(yàn)。 現(xiàn)今的Q系統(tǒng)(Barton和Grimstad,1994)和二十年前的系統(tǒng)大致上沒有改變，只有在地應(yīng)力的項(xiàng)目作了改進(jìn)，巖體品質(zhì)數(shù)(Q值)範(fàn)圍改為0.001至1000，如此較能確實(shí)地反應(yīng)隧道地質(zhì)狀況的巨大變化，既從膨脹或擠壓巖盤和黏土到厚塊狀、無節(jié)理巖

11、盤?，F(xiàn)今的Q系統(tǒng)(Barton和Grimstad,1994)和二十年前的系統(tǒng)大致上沒有改變，只有在地應(yīng)力的項(xiàng)目作了改進(jìn)，巖體品質(zhì)數(shù)(Q值)范圍改為0.001至1000，如此較能確實(shí)地反應(yīng)隧道地質(zhì)狀況的巨大變化，既從膨脹或擠壓巖盤和黏土到厚塊狀、無節(jié)理巖盤。 Q值的計(jì)算公式由六個(gè)參數(shù)組成： Q值的計(jì)算公式由六個(gè)參數(shù)組成： Q = (RQD/Jn)(Jr/Ja)(Jw/SRF) Q = (RQD/Jn)(Jr/Ja)(Jw/SRF) 六個(gè)參數(shù)是經(jīng)驗(yàn)評(píng)分，其評(píng)分如表一所示，並利用統(tǒng)計(jì)方法將六個(gè)參數(shù)摘要在如圖(二)。六個(gè)參數(shù)是經(jīng)驗(yàn)評(píng)分，其評(píng)分如表一所示，并利用統(tǒng)計(jì)方法將六個(gè)參數(shù)摘要在如圖(二)。 表一

12、Q系統(tǒng)評(píng)分表(Barton and Grimstad, 1994)表一Q系統(tǒng)評(píng)分表(Barton and Grimstad, 1994) 1.Rock Quality Designation 1.Rock Quality Designation RQD RQD A A Very poor Very poor 025 025 B B Poor Poor 2550 2550 C C Fair Fair 5075 5075 D D Good Good 7590 7590 E E Excellent Excellent 90100 90100 Note: Note: i ) Where RQD is

13、reported or measured as10(including 0),a nominal value of 10 is used to evaluate 0. i ) Where RQD is reported or measured as10(including 0),a nominal value of 10 is used to evaluate 0. ii) RQD intervals of 5, ie ., 100,95,90, etc .,are sufficiently accurate. ii) RQD intervals of 5, ie ., 100,95,90,

14、etc .,are sufficiently accurate. 2.Joint Set Number 2.Joint Set Number Jn Jn A A Massive, no or few joints Massive, no or few joints 0.51.0 0.51.0 B B One joint set One joint set 2 2 C C One joint set plus random joints One joint set plus random joints 3 3 D D Two joint sets Two joint sets 4 4 E E T

15、wo joint sets plus random joints Two joint sets plus random joints 6 6 F F Three joint sets Three joint sets 9 9 G G Three joint sets plus random joints Three joint sets plus random joints 12 12 H H Four or more joint sets, random, heavly jointed, Four or more joint sets, random, heavly jointed, sug

16、ar cube, etc. sugar cube, etc. 15 15 J J Crushed rock, earthlike Crushed rock, earthlike 20 20 Note: Note: i ) For intersections, use(3.0Jn) i ) For intersections, use(3.0Jn) ii) For portals, (use2.0Jn) ii) For portals, (use2.0Jn) 3.Joint Roughness Number 3.Joint Roughness Number Jr Jr a)Rock-wall c

17、ontact, and b) rock-wall contact before 10 cm shear a)Rock-wall contact, and b) rock-wall contact before 10 cm shear A A Discontinuous joints Discontinuous joints 4 4 B B Rough or irregular, undulating Rough or irregular, undulating 3 3 C C Smooth, undulating Smooth, undulating 2 2 D D Slickensided,

18、 undulating Slickensided, undulating 1.5 1.5 E E Rough or irregular, planar Rough or irregular, planar 1.5 1.5 F F Smooth, planar Smooth, planar 1.0 1.0 G G Slickensided, planar Slickensided, planar 0.5 0.5 Notel: Notel: i ) Descnptions refer to small scale features and intermediate scale features,

19、in that order. i ) Descnptions refer to small scale features and intermediate scale features, in that order. c)No rock-wall contact when sheared c)No rock-wall contact when sheared H H Zoon containing clay minerals thick enough to prevent rock-wall contact Zoon containing clay minerals thick enough

20、to prevent rock-wall contact 10 10 J J Sandy,gravelly or crushed zone thick enough to prevent rock-wall contact Sandy,gravelly or crushed zone thick enough to prevent rock-wall contact 10 10 Note: Note: i ) Add 1.0 if the mean spacing of the relevant joint set is greater than 3m i ) Add 1.0 if the m

21、ean spacing of the relevant joint set is greater than 3m ii) Jr = 0.5 can be used for planar slickensided joints having lineation, provided the lineations are oriented for minmum strength. ii) Jr = 0.5 can be used for planar slickensided joints having lineation, provided the lineations are oriented

22、for minmum strength. 4.Joint Alteration Number 4.Joint Alteration Number r r approx. approx. Ja Ja a)Rock-wall contact (no mineral fillings, only coatings) a)Rock-wall contact (no mineral fillings, only coatings) A A Tightly healed, hard, non-softening, impermeable filling, ie, quartx or epidote Tig

23、htly healed, hard, non-softening, impermeable filling, ie, quartx or epidote 0.75 0.75 B B Unaltered joint walls, surface staining only Unaltered joint walls, surface staining only 25-35 25-35 1.0 1.0 C C Slightly altered joint walls. Non-softening mineral coatings, sandy particles, clay-free disint

24、egrated rock, etc. Slightly altered joint walls. Non-softening mineral coatings, sandy particles, clay-free disintegrated rock, etc. 25-30 25-30 2.0 2.0 D D Silty-or sandy-clay coatings, small clay fraction (non-softening) Silty-or sandy-clay coatings, small clay fraction (non-softening) 20-25 20-25

25、 3.0 3.0 E E Softening or low fnction clay mineral coatings, ie, kaolinite or mica. Also chlorite, talc, gypsum, graphite, etc., and small quantities of swelling clays. Softening or low fnction clay mineral coatings, ie, kaolinite or mica. Also chlorite, talc, gypsum, graphite, etc., and small quant

26、ities of swelling clays. 8-16 8-16 4.0 4.0 b)Rock-wall contact before 10 cm shear (thin mineral fillings) b)Rock-wall contact before 10 cm shear (thin mineral fillings) F F Sandy particles, clay-free disintegrate drock, etc. Sandy particles, clay-free disintegrate drock, etc. 25-30 25-30 4.0 4.0 G G

27、 Strongly over-consolldated non-softening clay mineral fillings (continuous, but5mm thickness) Strongly over-consolldated non-softening clay mineral fillings (continuous, but5mm thickness) 16-24 16-24 6.0 6.0 H H Medium or low over-consolidation, softening, clsy mineral fillings(continuous, but5mm t

28、hickness) Medium or low over-consolidation, softening, clsy mineral fillings(continuous, but5mm thickness) 12-16 12-16 8.0 8.0 J J Swelling-clay fillings, ie, montmorillonite (continuous,but5mm thickness).Value of Ja depends on percent of swelling clay-size particles, and access to water, etc. Swell

29、ing-clay fillings, ie, montmorillonite (continuous,but5mm thickness).Value of Ja depends on percent of swelling clay-size particles, and access to water, etc. 6-12 6-12 8-12 8-12 c)No rock-wall contact when sheared(thick minaral fillings) c)No rock-wall contact when sheared(thick minaral fillings) K

30、LM KLM Zones or bands of disintegrated or crushed rock and clay (see G, H, j for description of clay condition) Zones or bands of disintegrated or crushed rock and clay (see G, H, j for description of clay condition) 6-24 6-24 6, 8, or 6, 8, or 8-12 8-12 N N Zones or bands of silty-or sandy-clay, sm

31、all clay fraction(non-softening) Zones or bands of silty-or sandy-clay, small clay fraction(non-softening) - - 5.0 5.0 OPR OPR Thick, continuous zones or bands of clay (see G, H, J for description of clay condition) Thick, continuous zones or bands of clay (see G, H, J for description of clay condit

32、ion) 6-24 6-24 10, 13, 10, 13, or 13-20 or 13-20 5.Joint Water Reduction Factor 5.Joint Water Reduction Factor Jw Jw A A Dry excavations or minor inflow, ie ,5mm 1/min locally Dry excavations or minor inflow, ie ,50m) Single weakness zones containing clay or chemically disintegrated rock (depth of e

33、xcavation50m) 2.5 2.5 D D Multiple shear zones in competent rock (clay-free), loose surrounding rock (any depth) Multiple shear zones in competent rock (clay-free), loose surrounding rock (any depth) 7.5 7.5 E E Single shear zones in competent rock (clay-free) (depth of excavation50m) Single shear z

34、ones in competent rock (clay-free) (depth of excavation50m) 5.0 5.0 F F Single shear zones in competent rock (clay-free) (depth of excavation50m) Single shear zones in competent rock (clay-free) (depth of excavation50m) 2.5 2.5 G G Loose, open joints, heavily jointed or sugar cube .etc (any depth) L

35、oose, open joints, heavily jointed or sugar cube .etc (any depth) 5.0 5.0 Note: Note: i ) Reduce these values of SRF by 25.50% if the relevant shear zones only influence but do not intersect the excavation i ) Reduce these values of SRF by 25.50% if the relevant shear zones only influence but do not

36、 intersect the excavation b)Competent rock, rock stress problems b)Competent rock, rock stress problems 3 /1 3 /1 /c /c SRF SRF H H Low stress, near surface. Open joints Low stress, near surface. Open joints 200 200 0.01 0.01 25 25 J J Medium stress, favourable stress condition Medium stress, favour

37、able stress condition 20010 20010 0.010.3 0.010.3 1 1 K K High stress, vary tight structure Usually favourable to stability, may be unfavourable for wall stability High stress, vary tight structure Usually favourable to stability, may be unfavourable for wall stability 105 105 0.30.4 0.30.4 0.52 0.5

38、2 L L Moderate slabbing after 1 hour in massive rock Moderate slabbing after 1 hour in massive rock 53 53 0.50.65 0.50.65 550 550 M M Slabbing and rock burst after a few minutes in massive rock Slabbing and rock burst after a few minutes in massive rock 32 32 0.651 0.651 50200 50200 N N Heavy rock b

39、urst (strain burst) and immediate dynamic deformations in massive rock Heavy rock burst (strain burst) and immediate dynamic deformations in massive rock 2 1 1 200400 200400 Note: Note: ii ) For strongly anisotropic virgin stress field (if measured) when 51 /310. Reduce c to 0.75c when1 /3 10. Reduc

40、e c to 0.5c where c = unconfined compression strength, 1 and 3 are the major and minor pnncipal stresses, and c = maximum tangential stress (estimated from elastic theory) ii ) For strongly anisotropic virgin stress field (if measured) when 51 /310. Reduce c to 0.75c when1 /3 10. Reduce c to 0.5c wh

41、ere c = unconfined compression strength, 1 and 3 are the major and minor pnncipal stresses, and c = maximum tangential stress (estimated from elastic theory) iii ) Few case records available where depth of crown below surface is less than span width. Suggest SRF increase from 2.5 to 5 for such cases

42、(see H). iii ) Few case records available where depth of crown below surface is less than span width. Suggest SRF increase from 2.5 to 5 for such cases(see H). C)Squeezing rock :plastic flow of incompetent rock under the influence of high rock pressure C)Squeezing rock :plastic flow of incompetent r

43、ock under the influence of high rock pressure /c /c SRF SRF O O Mild squeezing rock pressure Mild squeezing rock pressure 1.5 1.5 5-10 5-10 P P Heavy squeezing rock pressure Heavy squeezing rock pressure 5 5 10-20 10-20 Note: Note: iv ) Cases of squeezing rock may occur for depth H 350Q 1/3 (Singh e

44、t al., 1992). Rock mass compression strength can be estimated from q = 0.7 Q iv ) Cases of squeezing rock may occur for depth H 350Q 1/3 (Singh et al., 1992). Rock mass compression strength can be estimated from q = 0.7 Q 1/3 (Mpa) where r = rock density in kN/m 3 (Singh,1993) 1/3 (Mpa) where r = ro

45、ck density in kN/m 3 (Singh,1993) d)Swelling rock: chemical swelling depending on presence of water d)Swelling rock: chemical swelling depending on presence of water R R Mild swelling rock pressure Mild swelling rock pressure 5-10 5-10 S S Heavy swelling rock pressure Heavy swelling rock pressure 10

46、-15 10-15 Note: Note: Jr and Ja classification is applied to the joint set or discontinuity that is least favourable for stability both from the point of view orientation and shear resistance, T ( where T =n tan -1 (Jr / Ja) Jr and Ja classification is applied to the joint set or discontinuity that

47、is least favourable for stability both from the point of view orientation and shear resistance, T ( where T =n tan -1 (Jr / Ja) Choose the most likely feature to allow failure to initiate Choose the most likely feature to allow failure to initiate Q = Q = RQD RQD Jr Jr Jw Jw Jn Jn Ja Ja SRF SRF 圖二Q系

48、統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖 圖二Q系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)圖 四、經(jīng)驗(yàn)支撐設(shè)計(jì)四、經(jīng)驗(yàn)支撐設(shè)計(jì) 圖(一)中左邊第二個(gè)圖列出永久性支撐代表性方法，支撐建議是根據(jù)1250個(gè)案例。圖(一)中左邊第二個(gè)圖列出永久性支撐代表性方法，支撐建議是根據(jù)1250個(gè)案例。 經(jīng)驗(yàn)支撐設(shè)計(jì)技巧如圖(三)所示。經(jīng)驗(yàn)支撐設(shè)計(jì)技巧如圖(三)所示。 對(duì)公路和鐵路隧道（地下水力發(fā)電廠）ESR = 0.9 1.1，輸水隧道ESR = 1.6 2.0，ESR因素修正支撐程度，也因此修正成本及安全水準(zhǔn)。對(duì)公路和鐵路隧道（地下水力發(fā)電廠）ESR = 0.9 1.1，輸水隧道ESR = 1.6 2.0，ESR因素修正支撐程度，也因此修正成本及安全水準(zhǔn)。 依據(jù)NM

49、T原理，巖體分類主要用來支撐類別選擇而非監(jiān)測(cè)，然而就隧道的行為及巖體品質(zhì)，監(jiān)測(cè)資料可提供有用的判斷，Barton et al(1994)建議隧道壁面變位：依據(jù)NMT原理，巖體分類主要用來支撐類別選擇而非監(jiān)測(cè)，然而就隧道的行為及巖體品質(zhì)，監(jiān)測(cè)資料可提供有用的判斷，Barton et al(1994)建議隧道壁面變位： (mm)SPAN(m) c ) 1/2 Q (mm)SPAN(m) c ) 1/2 Q 假設(shè)SPAN10m，Q0.01，H100m， c 10MPa，316mm。假設(shè)SPAN10m，Q0.01，H100m， c 10MPa，316mm。 五、巖栓設(shè)計(jì)五、巖栓設(shè)計(jì) 同一輪進(jìn)的巖栓其長(zhǎng)

50、度依實(shí)際狀況而變，數(shù)值分析可用來確認(rèn)巖栓所需的長(zhǎng)度，最佳的巖栓設(shè)計(jì)是考慮巖栓承受最大荷重的地方，同時(shí)考慮巖栓的斷面大小。同一輪進(jìn)的巖栓其長(zhǎng)度依實(shí)際狀況而變，數(shù)值分析可用來確認(rèn)巖栓所需的長(zhǎng)度，最佳的巖栓設(shè)計(jì)是考慮巖栓承受最大荷重的地方，同時(shí)考慮巖栓的斷面大小。 對(duì)於變形性較大的地盤，容許較大變形的環(huán)氧樹脂玻璃纖維巖栓較為適合。對(duì)于變形性較大的地盤，容許較大變形的環(huán)氧樹脂玻璃纖維巖栓較為適合。 不同承載力及勁度的巖栓會(huì)影響噴凝土內(nèi)部所承受的力。不同承載力及勁度的巖栓會(huì)影響噴凝土內(nèi)部所承受的力。 NMT採(cǎi)用B+S(fr)(巖栓濕式鋼纖噴凝土)作為永久性支撐，不需襯砌混凝土，所以鋼纖及巖栓須具有防腐蝕

51、功能。 NMT采用B+S(fr)(巖栓濕式鋼纖噴凝土)作為永久性支撐，不需襯砌混凝土，所以鋼纖及巖栓須具有防腐蝕功能。 巖栓受防蝕處理、黏著劑及PVC套管保護(hù)，或採(cǎi)用玻璃纖維巖栓。巖栓受防蝕處理、黏著劑及PVC套管保護(hù)，或采用玻璃纖維巖栓。 六、鋼纖噴凝土六、鋼纖噴凝土 1974年的Q系統(tǒng)支撐建議只有噴凝土或加舖鋼線網(wǎng)S(mr)，1984年濕式鋼纖噴凝土S(fr)首次商業(yè)上應(yīng)用於挪威的水力電廠計(jì)畫，因此大約到1984年以後，S(mr)在挪威已不再使用，原因是S(fr)的施噴技術(shù)有戲劇性的成功進(jìn)展， 1974年的Q系統(tǒng)支撐建議只有噴凝土或加鋪鋼線網(wǎng)S(mr)，1984年濕式鋼纖噴凝土S(fr)首

52、次商業(yè)上應(yīng)用于挪威的水力電廠計(jì)畫，因此大約到1984年以后，S(mr)在挪威已不再使用，原因是S(fr)的施噴技術(shù)有戲劇性的成功進(jìn)展， 其中包括機(jī)械臂噴漿機(jī)的高噴量(25m3/hr)、高品質(zhì)、低反彈量。其中包括機(jī)械臂噴漿機(jī)的高噴量(25m3/hr)、高品質(zhì)、低反彈量。 圖(一)中左邊第三個(gè)圖摘要現(xiàn)代噴凝土的關(guān)鍵要素，其在安全的、迅速的及經(jīng)濟(jì)的隧道施工方面代表著一種革命。圖(一)中左邊第三個(gè)圖摘要現(xiàn)代噴凝土的關(guān)鍵要素，其在安全的、迅速的及經(jīng)濟(jì)的隧道施工方面代表著一種革命。 S(fr)的關(guān)鍵性質(zhì)包括很低的滲透率，鋼纖受到保護(hù)(噴凝土品質(zhì)好，低含水量，W/(C+F)=0.4 0.45)，S(fr)變

53、形時(shí)吸收破裂的能量為純噴凝土的30至40倍，且等於二層鋼線網(wǎng)噴凝土。 S(fr)的關(guān)鍵性質(zhì)包括很低的滲透率，鋼纖受到保護(hù)(噴凝土品質(zhì)好，低含水量，W/(C+F)=0.4 0.45)，S(fr)變形時(shí)吸收破裂的能量為純噴凝土的30至40倍，且等于二層鋼線網(wǎng)噴凝土。 S(fr)的另一優(yōu)點(diǎn)是S(fr)可以密貼於不平整的巖壁面(鋼線網(wǎng)是不可能，會(huì)形成孔洞，增加腐蝕的潛在性)。 S(fr)的另一優(yōu)點(diǎn)是S(fr)可以密貼于不平整的巖壁面(鋼線網(wǎng)是不可能，會(huì)形成孔洞，增加腐蝕的潛在性)。 S(fr)可以和所有巖壁密合，可發(fā)揮最高的可能的黏著力、凝聚力及磨擦力。 S(fr)可以和所有巖壁密合，可發(fā)揮最高的可能

54、的黏著力、凝聚力及磨擦力。 圖三Q系統(tǒng)隧道補(bǔ)強(qiáng)材料設(shè)計(jì)圖(Grimstad Barton, 1993) 圖三Q系統(tǒng)隧道補(bǔ)強(qiáng)材料設(shè)計(jì)圖(Grimstad Barton, 1993) 七、震測(cè)推估巖石品質(zhì)七、震測(cè)推估巖石品質(zhì) 對(duì)於未來的隧道計(jì)畫，利用震測(cè)來調(diào)查地層的低速帶所在位置最為便利，但其主要問題是如何利用震測(cè)資料來推估巖體品質(zhì)。對(duì)于未來的隧道計(jì)畫，利用震測(cè)來調(diào)查地層的低速帶所在位置最為便利，但其主要問題是如何利用震測(cè)資料來推估巖體品質(zhì)。 淺層硬巖巖盤的震波折射法(深度等於或小於25m)，Barton et al(1992)建議：淺層硬巖巖盤的震波折射法(深度等于或小于25m)，Barton

55、et al(1992)建議： Vplog 10 Q c 3.5 km/s (1) Vplog 10 Q c 3.5 km/s (1) Vp是P波速度 Vp是P波速度 Q c Q c /100 Q c Q c /100 圖(四)說明Q c與Vp、深度、巖體組構(gòu)孔隙、單軸抗壓及巖體變形模數(shù)的關(guān)係，巖石孔隙率n越大，Vp越小，深度越大，Vp越大，地層深度等於或小於25m時(shí)，利用(1)式須考慮n值作修正，地層深度等大於25m時(shí)，Vp亦須修正。圖(四)說明Q c與Vp、深度、巖體組構(gòu)孔隙、單軸抗壓及巖體變形模數(shù)的關(guān)系，巖石孔隙率n越大，Vp越小，深度越大，Vp越大，地層深度等于或小于25m時(shí)，利用(1)

56、式須考慮n值作修正，地層深度等大于25m時(shí)，Vp亦須修正。 對(duì)較大深度地層，如果可能，可採(cǎi)用孔內(nèi)震測(cè)，由於深度較大，節(jié)理較為緊閉，巖盤據(jù)有較高的彈性波速及變形模數(shù)，但可能無法提高隧道隧道品質(zhì)（Q值），因?yàn)楦邞?yīng)力產(chǎn)生擠壓、壓碎或板裂(slabbing)，抵消因節(jié)理較為緊閉使巖盤具有較高的彈性波速及模數(shù)，所以應(yīng)用Q c -Vp關(guān)係要小心。對(duì)較大深度地層，如果可能，可采用孔內(nèi)震測(cè)，由于深度較大，節(jié)理較為緊閉，巖盤據(jù)有較高的彈性波速及變形模數(shù)，但可能無法提高隧道隧道品質(zhì)（Q值） ，因?yàn)楦邞?yīng)力產(chǎn)生擠壓、壓碎或板裂(slabbing)，抵消因節(jié)理較為緊閉使巖盤具有較高的彈性波速及模數(shù)，所以應(yīng)用Q c -V

57、p關(guān)系要小心。 假設(shè)Q值=2， c =50MPa，Q c =250/100=1，假設(shè)n = 10，隧道深度是100公尺，n減少Vp，隧道深度增加Vp，兩者效用幾近相抵消，所以採(cǎi)用(1)式預(yù)估現(xiàn)地Vp=3.5km/s及變形模數(shù)M=10GPa。假設(shè)Q值=2， c =50MPa，Q c =250/100=1，假設(shè)n = 10，隧道深度是100公尺，n減少Vp，隧道深度增加Vp，兩者效用幾近相抵消，所以采用(1)式預(yù)估現(xiàn)地Vp=3.5km/s及變形模數(shù)M=10GPa。 M = 10Q C 1/3 GPa。 M = 10Q C 1/3 GPa。 八、數(shù)值分析確認(rèn)八、數(shù)值分析確認(rèn) Q系統(tǒng)所建議的隧道支撐系

58、統(tǒng)，包括巖栓間距、鋼纖噴凝土厚度、鋼肋加勁噴凝土(RRS)或場(chǎng)鑄混凝土拱(CCA)(巖盤差者)，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)係。 Q系統(tǒng)所建議的隧道支撐系統(tǒng)，包括巖栓間距、鋼纖噴凝土厚度、鋼肋加勁噴凝土(RRS)或場(chǎng)鑄混凝土拱(CCA)(巖盤差者)，是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。 在決定支撐系統(tǒng)時(shí)，仍然需要考慮巖栓的承載力及勁度，檢核噴凝土所承受的荷重。在決定支撐系統(tǒng)時(shí)，仍然需要考慮巖栓的承載力及勁度，檢核噴凝土所承受的荷重。 因此NMT設(shè)計(jì)亦採(cǎi)用數(shù)值分析來幫助了解支撐潛在的異常承受荷重，改進(jìn)基本的經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。因此NMT設(shè)計(jì)亦采用數(shù)值分析來幫助了解支撐潛在的異常承受荷重，改進(jìn)基本的經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 如圖(五)所示，對(duì)於Q0.1

59、，可採(cǎi)用破碎地盤為連續(xù)體模式，對(duì)於0.1Q100，節(jié)理可採(cǎi)用二向度UDEC或三向度3DEC來模擬。如圖(五)所示，對(duì)于Q0.1，可采用破碎地盤為連續(xù)體模式，對(duì)于0.1Q100，節(jié)理可采用二向度UDEC或三向度3DEC來模擬。 Flac程式(連續(xù)體模式)無法實(shí)際描述離散節(jié)理巖盤的變形行為。 Flac程式(連續(xù)體模式)無法實(shí)際描述離散節(jié)理巖盤的變形行為。 圖四震波速度與巖石品質(zhì)、靜泰變形模數(shù)關(guān)圖(Barton, 1995) 圖四震波速度與巖石品質(zhì)、靜泰變形模數(shù)關(guān)圖(Barton, 1995) 圖五Q值與數(shù)值分析模式關(guān)係圖(修正自Hoek, 1983) 圖五Q值與數(shù)值分析模式關(guān)系圖(修正自Hoek, 1983) 九、鋼纖噴凝土數(shù)值分析模式