隧道工程支护的基本要求
隧道工程支护的基本要求范文第1篇
【关键字】台阶法；ANSYS；围岩；开挖工序；应力；位移
1. 绪论
通常大多数隧道施工都是工程类比和经验法等方式，采用过于保守或冒险的隧道开挖支护方法进行组织施工，存在较多的施工风险安全隐患和工程材料的浪费等。对此，本文结合某公路隧道的实际施工情况，运用有限元软件ANSYS模拟隧道施工实际开挖的力学状态，通过计算分析优化该隧道的施工工艺及指导隧道施工。
3. 模型的建立
根据隧道的相关尺寸，对有代表性断面建立二维弹塑性有限元计算模型。模型计算范围在水平方向宽度取大于隧道宽度的6倍（90m），下边界取洞高的2倍（16m），上边界取隧道实际的埋深（40m）。模型的边界条件采用施加约束的方法，在模型的地面价Y方向的位移约束，在隧道两侧的边界上施加X方向的位移约束以模拟岩体的沉降。岩体和混凝土使用ANSYS程序中的二维四节点等参数单元PLANE42模拟，锚杆用平面单元LINK来模拟，喷射混凝土采用梁单元BEAM3模拟[3]。
3.1模型计算步骤及求解
数值计算的基本思路是：将整个开挖、支护过程设置为若干个荷载步，在各个荷载步中实现岩体的开挖和支护等步骤，并逐一求解，直到最终形成围岩支护体系为止。具体步骤如下：
1）隧道开挖前，在岩体荷载作用下对模型进行平衡计算，得出围岩的初始应力分布。
2）为实现隧道的开挖过程，将上台阶作为代表被开挖掉的岩体和喷射混凝土层的单元一同杀死，对模型进行第二步求解。
3）为实现喷射混凝土支护的过程，将上台阶代表喷射混凝土层的单元复活并改变其材料属性，对模型进行第三步求解。
3.2.结果分析
（1）从地层应力图和主应力图可以看出，随着隧道的开挖底层大部分区域都是受压的，只是在隧道附近有很小的区域内出现拉应力。与此同时在图中可以看出，拉应力区域都是出现在所加固的围岩范围以后，因此说明，本隧道设计中，所采用的加固措施是正确合理的，并且是有效的。从整个应力图中还可以看出，所设计的初期之后参数能基本满足施工过程中围岩的稳定。
（2）初次衬砌结构的变形和内力可以看出，边墙的轴力比较大，可能出现应力集中的现象。所以，需在施工过程中在拱脚处施做锁脚锚杆，并适当加厚此处的衬砌结构，同时还要采用加筋混凝土作为二次衬砌来满足设计要求。
（3）从变形图和位移图可以看出隧道开挖过程中，再不做二次衬砌的情况下，总的拱顶下沉4.2578cm左右，两侧边墙的水平位移最大自在1.2cm由于。隧道围岩的移动趋势是：拱顶下沉、两侧边墙张开，在围岩拱顶部分形成一个“V”字型槽。总体上来说，本隧道采用上下台阶法开挖施工是安全的。
4.结束语
基于有限元分析软件ANSYS，能够快速、准确的模拟分析隧道开挖支护的受力情况，减少围岩支护设计与实际施工的偏差，合理准确的确定隧道的支护结构和施工工艺。
参考文献：
[1]阳生权.岩体力学[M].机械工业出版社，2012
隧道工程支护的基本要求范文第2篇
关键词:隧道工程，超前支护，应用分析
从近些年道路隧道工程建设实际情况来看，确定超前支护施工技术越来越广泛的应用于道路隧道工程之中，在高切坡开挖之前对工程危险性和稳定性进行评估，进而准确判断高切坡是否危险，之后科学、合理的进行超前支护施工技术设计，以此来保证此项技术充分发挥作用，提高隧道施工的安全性和稳定性，当然，超前支护施工也是有一定难度，尤其与隧道结构相结合。对此，我们应当深入了解超前支护施工技术，进而根据道路隧道工程实际情况，科学、合理的规划与实施此项技术应用方案，包括施工工艺、施工流程等，进而有序施工，稳固隧道。
1超前支护施工技术的概述
超前支护施工技术是针对地形状况比较复杂的道路隧道工程，在工程面开挖施工环节，通过采用锚杆及钢管超前支护的方式，达到对地质围岩进行锚固的目的，从而确保道路隧道在开挖施工过程中的人、物安全。简单来说，就是利用导向架、管棚等设备，围绕道路隧道施工开挖线，借助钢管顶入、锚杆固定等方式对道路隧道的围岩进行预支护，以此来保证道路隧道工作面开挖施工的安全性和稳定性。对于地质条件过于复杂的施工区域，要想保证超前支护施工技术的有效性，一定要做好辅助及支撑，如合理利用钢架等，在具体进行超前支护施工时，首先要做好施工测量及放样，并且做好一系列的施工准备工作;其次，依据施工要求及施工图纸，有序的展开防护道路隧道明洞的开挖，之后针对道路隧道的地质情况、周边环境等，合理规划与设置支护，如管棚、锚杆支护等。最后，检测道路隧道明洞的强度及坍塌等现象发生的可能性，进而再次进行支护和二次衬砌，以此来保证道路隧道施工面平整度及隧道应力［1］。
2道路隧道工程中超前支护施工技术的应用
2．1工程概述
计划建设某道路隧道工程，对工程所在地进行了一系列的地质勘查工作，进一步确定了隧道地质状况及地理区位的复杂程度，即隧道的地质构造呈现出松散化特征，土质类型为黄土。通过进一步细致且详尽的工程放样勘测，隧道为上、下行分离的双洞单向行驶2车道隧道。1号隧道上行隧道里程为K0+875～K1+175，长300m，为3．685%上坡;下行隧道里程K0+853～K1+160，长307m，为3．800%上坡，隧道断面开挖面积为160m2。2号隧道上行隧道里程为K1+267～K1+730，长463m，为3．681%下坡;下行隧道里程为K1+240～K1+593，长353m，为2．689%下坡。两隧道设计净宽9．75m，净高5．0m。Ⅱ类围岩最大开挖宽度12．44m，最大开挖高度9．88m。在荷载上，由于隧道开挖施工的跨度达到了20m，有着较大的荷载偏移风险。而对围岩予以分析，确定此类围岩是黄土湿陷性围岩，其具有稳定性不佳等特点，致使其难以有效支撑洞身。面对此种局面，在洞口开挖时就应当且必须运用超前支护施工技术，以此来稳固洞口及洞身，为更好的建成道路隧道工程创造条件。
2．2道路隧道工程中超前支护施工力学模型的分析
基于对以上道路隧道工程实际情况的了解与分析，确定出于保证整个工程坚固性、稳定性及耐用性的考虑，超前支护施工技术的应用是非常必要的。当然，要想使此项技术能够充分发挥作用，在具体应用此项技术之前，需要展开力学模型分析。也就是收集和整理道路隧道工程地质相关数据信息，进而对数据信息进行详细的分析，以此来确定道路隧道工程超前支护施工力学模型，即:明确工程的岩体结构的塑性变形及抗剪切强度表现是否一直均匀;隧道衬砌时注意根据隧道形状特点，设置成圆形;隧道围岩在状态上过于松散，粘结力不强，极易对岩层结构稳定性施加影响。在此基础上，合理规划与设计道路隧道工程超前支护施工方案，也就是以管棚支护和小导管支护结合为主，要求钢管长度为20m，同时配备钻机、测斜仪等设备，并且注意加强小导管支护施工质量控制，如钻孔、钢管加工、注浆施工等［2］。
2．3超前支护施工技术的应用
在确定道路隧道工程实际情况，并制定超前支护施工方案的情况下，施工人员应当分段进行支护施工，即:隧道洞口和隧道洞身的超前支护施工。
2．3．1隧道洞口的施工流程
1)隧道洞口开挖施工。隧道洞口超前支护施工之前，先进行洞口开挖施工作业。也就是按照施工要求及施工流程有序的展开开挖作业，直到达到标准要求。需要特别注意的是隧道底部及边坡部位的开挖施工，应当先确定预留底部及边坡数据，之后利用石方爆破的方式来进行施工作业，以此来松动底板，之后开挖施工，直到达到标准要求。在此需要说明的是，针对隧道明洞进行开挖施工或拉槽施工，需要先进行截水沟开挖施工，以此保证在后续施工之中能够及时且有效排水，为提高支护施工的有效性创造条件。2)隧道洞口超前支护施工。完成洞口开挖之后，展开支护施工，则需要施工人员先对隧道所在区域的地质状况加以探测，同时注意准确计算隧道围岩，进而展开隧道洞口的地质数据信息分析，构建支护施工力学模型，同时参照施工标准及测量规范，确定钢支撑及支护需求，进而合理利用管棚支护和小导管支护来进行支护，提高隧道洞口的稳定性和安全性［3］。
2．3．2隧道洞身开挖施工及超前支护施工流程
相对来说，洞身支护施工难度更大，为了避免出现施工质量问题，影响洞身支护施工效果，再具体展开洞身开挖施工及超前支护施工时，应当在洞口支护施工后，直接展开现场测控，并利用新奥法来进行隧道洞身开挖及支护施工组织设计，为后续规范化、标准化、合理化施工作业创造条件。按照洞身超前支护施工组织，再具体展开施工作业之中，应当注意做好以下几方面的施工，即:1)围岩稳固施工。工程概述中已经明确工程的围岩强度较差，难以有效支撑洞身，所以稳固围岩施工就显得尤为必要。也就是在隧道洞身开挖施工之中，注意了解地质状况及围岩强度，进而合理规划和布设管棚、导管，以此来设置支护结构，稳固围岩。之后进入核心区域，此时最好采用弱爆破的方式来进行开挖施工，之后合理布设管棚，形成坚固且稳定的支护结构，提高隧道核心区域的坚固性和可靠性。在此需要特别说明的是管棚支护是针对隧道围岩，上部和下部共同支护，形成环形支护轮廓，对围岩进行全方位的支撑，达到稳固围岩的目的。对于本次道路隧道工程来说，管棚支护的上部分最好采用工字钢、锚、喷及网综合支护的模式，同时还要借助钢架、锚杆及混凝土，最终设置成梅花状支护。2)钢筋网布设施工。布设钢架网的目的是再次强化支护围岩工作面，为提高道路隧道工程施工质量创造条件。在具体展开钢筋网布设施工之中，首先是按照施工要求及相关标准，选择最为适合的钢材，按照2m×2m的规格来裁剪方片;其次，采用适合的手段来对钢筋进行除锈、除污施工，提高钢筋的支护质量;再次，紧贴隧道壁展开钢筋网布设，并且注意钢筋搭设长度一定要紧跟混凝土喷射面。最后，利用焊机来焊接钢筋网、钢架及锚杆，从而真正提高钢筋网的稳定性和支护性。3)隧道支护施工。隧道支护施工中注意选择和利用防水卷材来分割锚固层及衬砌层，同时借助盲沟来进行隧道地下水引流，将地下水排除。之后在盲沟的具体方位上，对喷锚层予以加固处理，之后利用防水卷材铺设衬砌层，注意中间加设土工布。4)混凝土喷射施工。出于提高道路隧道施工安全性的考虑，还要严格按照施工要求及相关标准展开混凝土喷射施工，也就是全面且有效的清理隧道围岩岩面上比较松动的岩块，之后利用每间隔1m左右设置一个标准定，以此来确定喷射方位及厚度。在围岩工作面初次开挖施工时，按照施工工艺流程来进行混凝土喷射施工;之后展开钢架、钢筋网及锚杆的布设，待完成以上施工后再次进行混凝土喷射施工［4］。
3结语
在近些年道路工程建设规模不断扩大的情况下，相关部门对道路工程建设提出了更为严格的要求，尤其是含有隧道的道路工程。此种情况下，为了建成高质量的道路隧道工程，在涉及到边坡开挖施工时科学、合理的应用超前支护施工技术是非常必要的，能够最大限度的保证施工进度和施工质量。基于文本一系列分析，确定道路隧道工程中有效应用超前支护施工，应当根据工程实际情况，合理规划洞口超前支护施工流程和洞身超前支护施工流程，有序、合理施工作业，最终提高支护效果，为保证道路隧道工程施工作业的安全性创造条件。
参考文献:
［1］廖泽江．道路隧道工程中的超前支护施工技术探析［J］．黑龙江交通科技，2012(4):64-65．
［2］周磊．道路隧道工程中的超前支护施工技术探析［J］．建筑工程技术与设计，2015(36):226，201．
［3］李学智，陈时彬．道路隧道工程中的超前支护施工技术探析［J］．城市建设理论研究，2014(9):97-99．
隧道工程支护的基本要求范文第3篇
关键词：隧道群；柱网结构；小净距；岩板厚度
中图分类号：U456.3 文献标识码：A
Research on the Key Nodes of under-crossing Pile Foundation Structure with Small Clear Distance in Longdongbao Airport Tunnel Group
Ju Guoquan Yang Xiong
(China Railway Eryuan Engineering Group Co., LTD , Chengdu 610031, China)
Abstract: taking new-built Longdongbao airport tunnel group’s pile foundation structure under-crossing a parking lot in construction as research object, and through theoretical calculation and numerical modeling, this paper tries to study the impact of pile foundation structure with different rock plate thickness on tunnel structure safety and construction safety. According to the research, when the thickness between the bottom of pile foundation structure and tunnel top rock plates is less than 10m, rock plates are vulnerable to punching failure, and the tunnel is under the impact of the concentrated additional load; when rock plate thickness or the thickness between rock plate and backfilled concrete is more than 10m, rock plates can bear the punching load of the upper structure, and the tunnel is under uniform additional load. When rock plate thickness is more than 15m, bench cut construction method is recommended. When rock plate or backfilled concrete thickness is within 10m to 15m, CRD construction method is recommended.
Key words: tunnel group; pile structure; small clear distance; rock plate thickness
CLC Number: U456.3Document code: A
1、引言
随着社会的发展，人们对快速交通工具的要求越来越高，航空、高铁、城市轨道等不同交通工具之间的零换乘在现代交通设计中越来越多。为满足机场用地及航空、高铁运营安全要求，高铁与机场零换乘对接时高铁一般以隧道（群）的方式通过。如成绵乐城际客运专线下穿双流机场方案采用机场路隧道和机场隧道，并设置地下车站，实现与双流机场零换乘；贵阳枢纽东北环线与龙洞堡国际机场零换乘通过设置龙洞堡机场隧道实现。在机场复杂环境下隧道经常遇到下穿既有建筑物的情况，如何保证隧道自身施工安全的同时最大限度地减小对既有建筑物的影响是一个重要的研究课题。
近年来，相继有科研人员及学者对小净距隧道的相关技术问题展开了研究， 研究领域主要涉及爆破震动、施工技术及对既有建筑物的加固与控制等[1~3]；同时对隧道下穿既有铁路、公路、隧道及民用建筑造成的地表沉降、房屋倾斜等问题进行了研究[4~5]。但上述研究多为新建隧道施工对既有构筑物的影响及对新建隧道施工方法的研究，对既有构筑物对新建隧道结构安全性的影响研究还相对较少。本文依托工程实例，研究一般矿山法小净距平行隧道群施工时，桩基柱网结构对隧道施工的安全性和隧道结构的影响等问题，找出新建隧道施工中对既有柱网结构的要求和新建隧道的施工要求，为类似条件下隧道的设计、施工及既有建筑物保护等提供参考。
2、工程概况
龙洞堡机场隧道位于贵阳龙洞堡机场附近，是实现铁路龙洞堡站、城市轨道、航空客运紧密衔接的现代化立体交通枢纽的地下三层车站隧道，是贵阳枢纽东北环线的标志性工程。车站范围采用三管隧道形式通过，分别为2个站台隧道及1个正线隧道；隧道正线设计时速200km/h，线下工程预留250km/h条件，隧道进口里程DI3K27+638；出口里程DI3K30+134，正线隧道全长2496m。本隧上、下行到发线均为1104.726m，上下行站台段长度均为450m。站台隧道以8个扶梯通道与站厅层连接；另外于两边站台隧道各设一个与地面贯通的逃生竖井；三管隧道间通过联络通道连接。
隧道DI3K28+580～+700段下穿龙洞堡机场隧道某在建地下停车场，该段采用三管隧道下穿机场地下车库桩基柱网结构段；两侧隧道为车站站台隧道断面为标准250双线断面加宽90cm，中间隧道为标准250双线断面，结构横断面跨度14.4m、15.3m，隧道间净距约9.4m。在建地下停车场计划采用柱网大空间结构形式，地下车库端承桩柱网结构范围76m（横向）×90m（纵向），采用0.7m×0.7m矩形桩，桩间距约8m×9m，根据平面关系可知每个断面隧道顶部存在2～3根柱基础。由于柱网整体与铁路斜交，柱结构于隧道顶部位置不一致，地下车库底板标高约为1120m，底板于原始地表间回填土回填，单柱设计荷载800T，隧道穿越灰岩地层，隧道拱顶至柱端基岩净距5~15m不等；隧道与地下室柱基础纵断面、平面及横断面空间关系见图1。图中h1为隧道拱顶岩层厚度，h2为混凝土顶板厚度，h3为顶部填土厚度。
图1 隧道群与柱网结构平纵关系图
图2 隧道群与柱网结构横断面关系
3、下穿停车场柱网结构关键节点
本工程隧道顶部与桩底间岩层厚度较小，且浅表节理发育，隧道开挖下穿桩基柱网结构段受岩石物理力学、岩层节理、软弱夹层等影响并非理想的均质体，且受隧道爆破振动、开挖扰动及应力释放可能引起围岩失稳或岩层破坏，危机破坏桩基桩网结构及机场地下停车场安全，桩及回填土附加荷载也可能对运营结构隧道结构产生破坏，影响铁路隧道运营安全。因此，必须对围岩稳定性及承载能力、隧道结构所承受荷载等进行分析和检算以确保机场地下停车场及铁路隧道施工与运营安全。
隧道临近桩基施工的加固措施，从隧道施工措施、变形控制措施以及既有结构措施三个方面，即从桩基沉降的影响来源、传播路径和保护对象三个方面来进行考虑。施工措施包含施工工法、施工顺序、支护方法的优化；变形控制措施包含地层改良（渗透注浆、劈裂注浆和压密注浆）、施工影响隔离（施作隔离钢板桩、灌注桩、旋喷桩、树根桩或地下连续墙）；既有结构措施包含桩基补强、桩基托换和既有上部结构加固等。考虑到本工程的特性，停车场为在建工程，隧道下穿施工前可以对桩基柱网结构进行优化设，已达到最优的设计。
基于上述因素，本工程隧道下穿柱网结构关键节点：（1）隧道与柱网结构之间岩板稳定性及承载力；（2）隧道合理的衬砌支护参数及施工工法选择。
4、岩板稳定性及承载力计算
隧道DI3K28+580～+700段下穿龙洞堡机场隧道某在建地下停车场,隧道拱顶距柱网结构柱端基岩净距在5~15m之间。停车场桩基柱网桩基对隧道结构的影响可参照《建筑地基基础设计规范（重庆）》(DBJ50-047-2006)之5.3.8条进行检算[6]。当洞穴顶板为完整岩体，且基础直接放置在其上时，宜按冲切破坏锥体验算顶板岩体的抗冲切承载力。当岩板抗冲切承载力大于上部结构传下来的荷载时，上部荷载可按均布荷载施加在结构上；否则需按集中力荷载考虑。岩板抗冲切检算公式见式4.1~4.3所示。
4.1
4.2
4.3
式中：Ft―岩板抗冲切承载力特征值；F―相应于荷载效应基本组合时，上部结构传递至基础顶面的竖向力值；G―基础自重和基础上的土重；λ―冲跨比，λ=tanθ，取03~0.5；Um―冲切破坏体在0.5h高度处的周长；Vm―冲切破坏体的体积；l、b―矩形基础的长边与短边；γ―岩板基岩的重度；ft―岩体抗拉极限强度标准值，由工程地勘报告提供。
为避免隧道结构受较大集中荷载影响，当桩基底端岩板厚度不满足抗冲切承载力要求时，桩基底端采用扩大基础或C15混凝土回填。根据本工程特点，分别取5m，10m，15m岩板抗冲切承载力检算及不同岩板厚度下采用C15混凝土回填，岩板和回填混凝土的抗冲切能力。抗冲切承载力计算简图如图3所示。
图3 岩板抗冲切计算示意图
表1 不同岩板厚度抗冲切稳定性检算
项目 计算工况 计算参数 抗冲切检算
岩板厚度 回填C15厚度 覆土厚度 单桩荷载 计算根数 岩板极限抗拉强度标准值 C15极限抗拉强度标准值 基础尺寸（l*b） 安全系数 稳定性评判
单位 m m m kN 根 MPa MPa m*m
1 5 0 15 8000 1 0.6 1.4 0.7×0.7 0.737 冲切破坏
2 8 0 1.006 临近破坏
3 10 0 1.566 岩板稳定
4 15 0 2.508 岩板稳定
5 5 5 1.785 岩板稳定
6 6.7 3.3 1.612 岩板稳定
由计算可知，8m厚岩板为保证岩板不被冲切破坏的临界值；当岩板厚度或者岩板与回填混凝土厚度达到10m时，岩板抗冲切安全系数在1.5以上，满足工程安全要求。
5、数值模拟分析
5.1 数值模拟参数
由于隧道埋深浅，三隧道之间净距仅9.4m，加之隧道开挖断面较大，各隧道先后施工会产生叠加效应，可能对上部结构及中间岩柱产生较大影响。为此，需要对该隧道施工过程对既有结构影响进行数值计算，以确定合理的施工工法及支护参数。下穿柱网段拟采用V级II型加强衬砌，全环喷C25混凝土28cm，工20B型钢钢架0.6m/榀。本文采用FLAC3D有限差分软件，在覆土厚度都为15m时对岩板厚度为10m及15m时隧道采用带临时仰拱台阶法及CRD法进行数值模拟，以研究不同施工方法对结构的影响及结构安全性。受工程工期因素制约，隧道首先施工中间正线隧道，然后施工两侧车站隧道。数值模拟计算力学参数如表3所示。
表2 混凝土安全系数控制标准
圬 工 种 类 初期支护素混凝土
荷载组合 主要荷载
破坏原因 混凝土达到抗压极限强度 2.4
混凝土达到抗拉极限强度 3.6
表3 数值分析模型力学参数表
材料名称 弹模
E/GPa 泊松比
υ 粘聚力C
/kPa 内摩擦角/° 密度
ρ/kg.m-3 备注
Ⅴ级围岩 28 0.31 200 35 2300 灰岩
Ⅴ级围岩加固区 28 0.31 250 40 2300 锚杆加固区
C15混凝土 26 0.20 / / 2300
初期支护 23 0.20 / / 2300 喷射砼
图4FLAC3D计算模型
5.2数值模拟结果分析
10m岩板厚度下不同施工工法隧道支护各部位控制节点结构内力及安全系数如表4所示；15m岩板厚度台阶法施工隧道支护各控制节点结构内力及安全系数见表5所示。
表4 10m岩板厚度隧道支护结构内力及安全系数
隧道 工法 台阶法 CRD法
位置 弯矩（kN・m） 轴力（kN） 安全系数 控制标准 弯矩（kN・m） 轴力（kN） 安全系数 控制标准
正线隧道 拱部 94 331 3.7 受拉 76 312 4.8 受拉
边墙 7.8 374 7.0 受压 7.2 371 7.1 受压
仰拱 71 402 4.2 受拉 66 395 4.3 受拉
临时仰拱 5.1 325 6.3 受压 4.4 318 6.1 受压
临时侧壁 ----- ---- ---- ---- 3.1 389 5.7 受压
车站隧道 拱部 97 333 3.7 受拉 79 316 4.8 受拉
边墙 8.1 378 6.9 受压 7.5 379 7.0 受压
仰拱 74 412 4.1 受拉 71 401 4.2 受拉
临时仰拱 5.5 336 6.2 受压 4.9 334 5.9 受压
临时侧壁 ----- ---- ---- ---- 3.8 401 5.6 受压
注：表中安全系数取最不利截面进行检算。
表5 15m岩板厚度台阶法隧道支护结构内力及安全系数
隧道 正线隧道 车站隧道
位置 弯矩（kN・m） 轴力（kN） 安全系数 控制标准 弯矩（kN・m） 轴力（kN） 安全系数 控制标准
拱部 88 302 3.8 受拉 91 327 3.7 受拉
边墙 6.9 365 7.2 受压 7.2 371 7.1 受压
仰拱 62 386 4.7 受拉 66 395 4.6 受拉
临时仰拱 4.3 312 4.4 受压 4.4 318 4.4 受压
注：表中安全系数取最不利截面进行检算。
隧道施工对停车场桩基柱网结构造成的沉降影响如表6所示。
表6 桩基柱网结构最大沉降表
施工工法 台阶法 CRD法
隧道施工顺序 正线隧道 车站隧道 正线隧道 车站隧道
沉降值 10m岩板 4.8 7.1 3.1 4.2
15m岩板 2.6 3.8 ----- -----
从数值模拟计算看出，在满足10m岩板厚度情况下，采用台阶法和CRD法施工，隧道支护结构安全系数相差不大，都可满足结构安全要求。但10m岩板厚度时，采用CRD法施工对控制桩基柱网结构沉降效果更为明显。
6、结论
通过理论计算和数值模拟分析可以看出：
（1）当柱网结构底端距隧道顶岩板厚度h1小于8m时，岩板厚度不足以承受上部结构传下来的荷载，岩板受到冲切破坏，隧道结构受集中附加荷载。
（2）当岩板或者岩板与回填C15混凝土厚度达到10m以上时，岩板承受冲切荷载的安全系数大于1.5，满足工程安全要求，隧道结构受均布荷载的影响。
（3）当岩板厚度15m时，隧道群采用台阶法施工，柱网结构受隧道施工影响较小，最大沉降为3.8mm，隧道结构初期支护安全系数在3.7以上，上部既有结构及隧道施工均处于安全可控状态。
（4）岩板厚度在在10m时，隧道采用CRD法施工，柱网结构最大沉降控制为4.2mm，支护结构最小安全系数为4.2；采用台阶法施工，柱网结构最大沉降为7.1mm；隧道支护结构安全系数都在4.1以上，满足结构安全要求。
7、建议工程措施
本工程为三个近接隧道在硬质岩地层下穿柱网结构，考虑到隧道及停车场位于龙洞堡国际机场的特殊环境，通过岩层稳定性及隧道荷载分析，隧道群下穿柱网段建议采用如下处理措施：
（1）在停车场柱网结构施工前，柱网结构与隧道顶部小于10m基岩岩板段，桩底应采用C15混凝土回填，以满足隧道顶至桩底间有不小于10m的岩板和混凝土层；为保证回填混凝土受力的有效性，桩基础下回填的混凝土厚度不得小于3m。
（2）桩底与隧道顶部有10m～15m岩板段，考虑到岩层节理切割及可能存在的溶隙的不利影响，该段柱基础结构需采用扩大基础，扩大基础尺寸不小于1.2m×1.2m。
（3）桩底距隧道顶大于15m时，柱网结构采用一般端承桩进行设计。
（4）下穿桩基柱网段岩板厚度小于15m时隧道群采用CRD法施工，岩板厚度大于15m时采用台阶法施工；隧道群施工工艺要求分部开挖、化大为小、分块成环、步步封闭、环环相扣，全环工20b型钢钢架加强初期支护，控制爆破施加在既有结构上振速不大于4cm/s，加强洞内外监测，并采用加强二次衬砌。
参考文献：
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隧道工程支护的基本要求范文第4篇
【关键词】隧道工程；施工技术；新奥法；挪威法；掘进机法；
随着现代支护理论的建立和完善，促使了新奥法、挪威法、浅埋暗挖法等更具科学性的隧道施工技术相继出现，与此同时，先进的机械施工技术也随之不断发展，掘进机法、盾构机法以及沉管法的适应性应用，为实现隧道工程施工的全机械化作业奠定了坚实基础，极大地提高了隧道施工速度，确保了施工安全性和施工质量。现阶段，隧道施工技术已经广泛被应用于铁路、公路、电力、矿山、河道和海峡穿越等工程建设中，随着隧道施工技术的不断丰富，应在充分了解隧道施工技术特点的情况下，结合隧道工程施工要求合理选择施工技术。
1 新奥法施工技术特点
1.1 新奥法概述
新奥法是新奥地利隧道施工技术的简称。现阶段，新奥法已经成为我国隧道工程施工的主导方法，也被称之为锚喷构筑法。新奥法适用于硬岩或软岩隧道施工，但是在中硬至硬岩隧道建设中却存在着一些问题，如维修难度大、建设成本高、开挖量大等。新奥法是以最大限度发挥围岩自承作用为理论基础，利用开挖面的空间约束作用和围岩的自承能力，将锚杆加固、喷射混凝土、测量技术作为三大支柱技术，对围岩进行加固处理，从而达到约束围岩变形、松弛的目的。同时，新奥法通过对支护和围岩的测量和监控，从而可以为指导工程设计施工提供准确依据。将新奥法运用于岩石地层施工中，可采用全断面一次开挖或分步开挖的方法，运用锚喷支护和锚喷支护复合衬砌，并根据工程的实际情况也可以做二次衬砌；将新奥法运用于土质地层施工中，通常情况下先对地层加固后，再进行开挖支护和衬砌，如遇有地下水的状况，必须采取降水措施后方可允许施工。
1.2 新奥法施工技术特点
1.2.1 隧道最基本的稳定部分是围岩，新奥法力求减少对围岩的扰动，尽可能地维护围岩体原有的强度性，可降低30%左右的支护成本。
1.2.2 为了使衬砌与支护紧密贴合于围岩，并且保持薄、柔的特性，新奥法可采用喷射混凝土、锚杆、钢支撑、钢筋网等支护方法进行围岩加固，有效地避免因受弯曲而发生破坏现象，确保了隧道施工的安全性。
1.2.3 在施工的全过程中对围岩的特性和随时间的变化进行监控测量，并依据围岩位移变形速率、分类、自稳时间等信息确定合理的支护参数。对隧道施工状态进行严格监视，一旦出现围岩和支护结构变形情况，便会及时采取措施予以解决，从而在根本上消除了施工安全隐患。
1.2.4 新奥法施工技术由于其具备地面干扰小、投资成本相对较小、施工经验成熟、工程质量较高等优点，已经广泛被应用于城市地铁、矿山巷道、山岭隧道等地下隧道工程施工中。
2 挪威法施工技术特点
2.1 挪威法概述
挪威法在建设理念方面与新奥法有诸多相似之处，均将岩体自身的承载作用作为基础理论，而支护只作为加固岩体的辅助手段。挪威法施工技术具有建设成本低、施工快捷、维修方便等特点，被证实是一种高效的隧道施工技术，特别是在中硬至硬岩隧道建设中显示出无可替代的优越性，已经在西方国家得到广泛应用。挪威法特别重视爆破后的地质观测工作，由工程师对撑子面以其附近的地质情况进行观测，计算出岩石质量Q值，并依据观测结果和Q值，对支护结构进行合理设计，真正做到了信息化施工和动态监测施工。挪威法施工技术特色不仅体现在Q值法的应用上，还包括离散单元法、风险分享系统以及其他施工管理技术的应用。
2.2 挪威法施工技术特点
2.2.1 挪威法特别强调施工前的两次地质勘探工作，占据工程总投资的3~5%。由于挪威法减少了超前地质预报环节，所以减少了原型观测工作量，无须进行二次衬砌，可降低工程建设成本的20~30%。
2.2.2 挪威法中采用了钢纤维混凝土和自立式锚杆支护方法，可以达到快速安全施工和化简施工工序的目的。
2.2.3 由于挪威法施工技术无须二次衬砌，所以在防水板出现漏水状况时可以进行局部修补，有利于降低维修费用和维修难度，且不影响隧道工程的正常施工进度。
3 掘进机法施工技术特点
3.1 掘进机法概述
掘进机法又称TMB法，是利用特制的大型切削设备，将电动机作为主轴旋转的驱动力，使刀盘贴近岩壁，通过利用盘型滚刀对岩石进行破碎，从而使隧道断面一次成型。当前，掘进机法在实际操作中，由于其理论基础、制造工艺和机械设计尚处于发展和完善阶段，所以还需要不断地进行改良。在我国的隧道施工技术中，改良全断面岩石掘进机施工技术已经成为重要任务。
3.2 掘进机法施工技术特点
3.2.1 一般情况下，掘进机法的开挖断面呈圆形，具有极强的承压稳定性。由于该技术能够使隧道切削成型，所以消除了爆破法的危险因素，极大地减少了岩体松动、冒顶的安全隐患，降低了支护工作强度。同时，在对土质和软弱地层施工时，适宜选用护盾式掘进机，以提高隧道施工的安全性。
3.2.2 掘进法在均质岩层隧道施工中的掘进速度较快，为钻眼爆破法掘进速度的2~2.5倍。同时，掘进法开挖的断面平整，消除了爆破应力，无须在硬岩中进行临时支护，或者在软岩或中硬岩中采用钢圈梁、喷锚、钢丝网进行简易支护即可，可以有效地减少清理作业量和混凝土用量，能够降低总成本20~30%。
3.2.3 掘进机法对破碎产生的粒度均匀的岩渣和土屑可由皮带运输机排除，使运输工序简便易行，不影响掘进速度。
3.2.4 掘进机法采用集中控制操作，为实现自动化操作和远距离操作奠定了基础。
4 盾构法施工技术特点
4.1 盾构法概述
盾构法是指利用盾构器械在破碎岩层或软质地基中进行隧道开挖、衬砌等隧道建设的全机械化作业施工技术。盾构法施工技术在隧道施工中的应用主要是通过盾构管片和外壳支撑岩体结构，以达到防止隧道内壁坍塌的目的，并用切削装置在开挖作业前方进行土体开挖，用千斤顶设备在开挖作业后方进行加压顶进，与此同时拼装混凝土管片，从而完成隧道结构的建设工作。
4.2 盾构法施工技术特点
4.2.1 盾构法较为适用于软土基段施工，由于其可以同时进行掘进、出渣、拼装土衬砌块等工序，从而极大地提高了施工速度，保证了隧道建设质量。
4.2.2 盾构法在进行土层开挖和衬砌支护时，可以利用盾构掩护作用极大地保证了施工的安全性，尤其是在水深流急、河床不稳定、河道狭窄等地质条件下运用盾构法施工技术具有明显的优越性。
4.2.3 盾构法对主要施工工序采用循环作业方式，并且实现了全机械化作业，使得施工操作简便易行，降低了施工人员的劳动强度，特别适用于松软含水层条件下的隧道工程建设。
5 沉管法施工技术特点
5.1 沉管法概述
沉管法是预制管段沉放法的简称，属于水底隧道建设的一种施工技术。沉管法通过预制隧道管段，将其托运至隧道设计位置，利用管段加载作用使其下沉至预先挖好的水底沟槽内，待管段逐节沉放完毕后，用水力压接法将彼此相邻两段管段进行连接，最后拆除封闭墙，形成完整的隧道。沉管法适用于水底隧道工程施工，已经成为水底隧道的主要施工方法。
5.2 沉管法施工技术特点
5.2.1 沉管法由于其使用预制管段，且管段较长、接缝少，易于做好防水措施，减少漏水隐患，保证混凝土施工质量。
5.2.2 因预制管段等一系列施工工序无须在现场进行作业，可以极大地减低工程投资成本，提高隧道现场施工速度。
5.2.3 沉管法除了少量水下作业之外，基本上无须地下作业，所以此施工技术不受深水作业限制，提高了隧道施工的安全性。
6 结论：
总而言之，在隧道施工前选择合适的施工技术和施工工艺是顺利进行隧道工程建设的关键。隧道工程施工应根据地质的变化情况来选定一套经济、科学、快速、合理的施工机械化作业方法，从而确保安全、高效、有序地推进隧道工程建设进度，提高整体工程质量。
参考文献
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隧道工程支护的基本要求范文第5篇
关键词：公路隧道 监控量测 回归分析 拱顶下沉 位移
中图分类号：X734 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
目前国内外山岭隧道设计施工基础理论为新奥法，新奥法主要内容可以概括为一个核心三个基本点，一个核心即为利用围岩的自承内力使围岩和支护结构达到平衡状态；三个基本点分别为：一是运用监控量测手段时刻关注围岩变化情况；二是适时支护，在最合理时间内进行支护；三是光面爆破，减少出现应力集中情况[1][2]。可见监控量测在山岭隧道施工中占有重要的地位，虽然国内外大量学者技术人员对监控量测进行了大量的研究分析，但目前国内隧道施工中监控量测实际使用效果并不是很理想，问题根源主要有以下几个方面：一是监控量测并未得到现场施工单位应有的重视，即使实施了监控量测，也未发挥监控量测应有的作用；二是实施监控量测的技术人员功底较薄，其对监控量测的理解只停留在判断围岩是否安全的阶段；三是监控量测现场环境较差，数据采集往往误差较大，影响技术人员分析。本文主要是结合笔者多年的隧道施工经验，针对目前监控量测存在问题提出了自己的见解并给出具体分析实例。
2 监控量测简介
我国《公路隧道设计规范》（JTG D70—2004）和《公路隧道施工技术规范》（JTG/F60—2009）[3][4]对公路隧道监控量测目的、测点布设、精度要求、数据处理和数据分析给出了较为详细的论述，并推荐了三种回归分析函数。现将必测项目周边收敛、拱顶下沉和地表下沉采用的仪器及目的做一简要说明：
表1 必测项目及其监测方式
上述表格给出了必测项目几种常见的监测手段及其优缺点，其中精度主要依据实际监测中误差结果得到。
3 回归分析在处理数据中的运用
王建宇在文献[5]中从全位移角度阐述了回归分析在监控量测中的运用，但这与实际监控量测有所出入，本文主要从隧道设计的预留变形量及建筑限界角度重新剖析回归分析在监控量测中的运用。下图给出了回归分析拟合曲线示意图：
图1 围岩位移与时间关系示意图
规范推荐了对数函数、指数函数和双曲线函数三种回归模式，其原理一致，即得到的函数，从而可分析开始采集数据前的位移变化情况，同时依据的数值判断围岩及支护结构的稳定性。
图1，横轴为时间轴，纵轴为位移累计变化轴，其中时间=0表示围岩开挖开始时间节点（放炮结束时间），= 为开挖结束时间节点，也是支护开始时间节点，= 为支护结束后某时刻，即开始测点布设和数据初始采集时间节点。故围岩=+++，其中：表示围岩受隧道开挖引起的所有位移，表示可量测得到的位移，表示=至=时间内围岩的位移，表示=0至=内围岩开挖期间的位移，表示围岩开挖对引起前方围岩的位移，通过经验系数可求得。
因此，=++与隧道设计的预留变形量进行比较，从而可知预留变形量是否满足设计要求；=+初期支护完成后初期支护累计变形量，此值更直观反映隧道支护结构的位移值。
4工程实例分析
4.1 工程概况
感坑隧道位于厦门至成都国家高速公路赣州至崇义（赣湘界）段新建工程A3标，为单向2车道连拱隧道，感坑隧道位于上犹县黄埠镇小感坑村附近，隧道穿越小感坑村一小山包。隧道起止桩号为K467+203~K467+480，全长为277m。本隧道均为半径R=1318m的左偏圆线上，罗线纵坡为上下分别为2.096％和-1.3％的双面坡，隧道初期支护结构符合隧道设计规范[3]要求。
4.2 数据采集
断面布置按《公路隧道施工技术规范》[4]规定，在隧道Ⅳ级围岩每20m布设一个拱顶沉降断面，若遇到变形较大时加密断面。下表给出左洞埋深110m 的ZK467+340断面初期支护拱顶沉降监测数据情况，监测数据显示在持续监测一周后日变化量小于0.2mm/day。表2给出不同时间ZK467+340断面拱顶下沉中间测点G1累计变化情况：
表2 拱顶下沉实测值与时间关系
其中隧道开挖至出渣完成共耗时7个小时，支护时间5个小时，支护完成后18个小时开始布设测点进行数据初次采集。
4.3 回归分析
时间=30小时，时间=12小时。利用指数函数，其中表示可量测的部分的收敛值，表示数据变形发展的趋势。
利用Origin软件对表2数据进行回归分析得到G1点的沉降累计变化量和时间函数关系如下：
，上述拟合函数的方差=0.8654，相关系数平方=0.99416，故拟合函数与实际测值有较好的拟合关系。
故：=49.2mm，==7.2mm，==9.5mm，开挖后围岩拱顶部位竖向位移=++=65.9mm。
同时参考利用文献[5]可知=（++），取=0.314，得=30.2mm。
=+++=96.1mm。
上述分析可知，从监测得到数据进行回归拟合得到开挖面在爆破至开始初期支护期间围岩拱部位移达到7.2mm，开始支护到开始采集数据期间围岩（初期支护结构）拱顶部位位移达到9.5mm，开始采集数据之后可测得围岩（初期支护结构）拱顶部位位移达到49.2mm，由于前面掌子面开挖导致的先行位移达到30.2mm。围岩由于隧道施工在竖向位移变化可达到96.1mm，围岩变形大小是围岩安全稳定性重要分析依据，围岩全位移的大小直接反映了围岩安全状态。
5结论及建议
依据隧道实际施工中不同阶段时间内围岩位移变化的不同含义，确定了四个时间段位移值的求得方法，分析围岩位移变化和时间的函数关系，得出了主要以下主要结论。
围岩由于受到之前围岩的开挖引起的先期位移占围岩总的位移变化较大的比重，分析感坑隧道ZK467+340断面数据可知，先期位移达到30.2mm，此位移也是判断围岩稳定性重要依据；
分析感坑隧道ZK467+340断面数据可知，从爆破结束至开始采集数据期间，围岩拱顶部位位移变形量占可测位移变化量34%，故对于判断隧道预留变形量必须使用回归分析方可得到参照依据；
开始初期支护至开始采集数据期间围岩（初期支护）拱顶部分位移变形占可测部分数据19%，故初期支护时间虽然较短，但此期间围岩变形相对较大；
从回归分析过程可知，初始数据采集时间越早，回归分析引起的误差越小。
参考文献：
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