隧道施工总结及其建议范文

导语：如何才能写好一篇隧道施工总结及其建议，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

篇1

目前，重庆市西南区域和贵州北部交通落后，高速公路网相对较不完善，为改善地区间交通条件，促进地方经济社会发展，因此建设重庆江津至贵州习水高速公路。四面山隧道是重庆江津至贵州习水高速公路中的一段，隧道左洞长为4 880 m，右洞长为4 875.35 m，属于特长隧道，该隧道建设对区域经济及交通的发展发挥了重要的作用。为了更加科学地对四面山隧道进行施工，且保证施工过程中各类防治措施的有效实施，因此，针对该隧道地质特性进行分析并研究其围岩变形规律显得尤为重要。

1 隧道工程地质特性

1.1 地理位置及地形地貌

隧址区属中低山地貌区。隧道进洞口段位于斜坡地带，高程约540～570 m，隧道进口与斜坡坡向呈切向相交进洞。隧道进洞口段为一处顺向坡，斜坡坡角15°～25°，局部较陡达35°，上覆土体。隧道出洞口段位于缓坡与陡崖过渡带，高程570～650 m，拟建隧道出口延伸方向200°，隧道出洞口斜坡坡向约195°，隧道走向与斜坡坡向基本一致，斜坡坡角25°～30°，局部较达35°，上覆土体。

隧址区斜穿石龙峡背斜轴部，隧址区内最高点位于左线中部LZK2+280山脊线上，标高1 197.10 m，最低标高点位于隧道左线进洞口LZK0+190，标高540.747 m，相对高差达656.353 m，隧道最大埋深614.79 m。

1.2 地层岩性

隧址区分布地层主要为第四系（Q4）残坡积层、崩坡积层、滑坡堆积层、白垩纪（K）上统夹关组及侏罗系（J）上统蓬莱镇组。

1.3 地质构造

隧址区斜穿石龙峡背斜轴部，其中北东翼岩层产状：70°～90°∠10°～13°；轴部岩层产状近水平；南西翼岩层产状：185°～272°∠8°～10°，未见次级褶曲和断层，构造简单。

1.4 不良地质现象

隧址区存在的主要不良地质现象为进口段顺向坡、进口段崩塌堆积体、沙河1#崩坡积体、下烂坝滑坡、蔡伦屋基不稳定斜坡、隧道出口段崩坡积体。

（1）进口段顺向坡。

隧道LZK0+190～LZK0+385段为一处顺向坡，斜坡坡向45°～55°，坡角16°～22°，局部可达50°，岩层产状为70°∠13°，斜坡坡角大于岩层倾角，但该段斜坡岩层产状平缓，自稳能力好，该段斜坡基岩未见变形、滑动痕迹，斜坡基岩整体稳定。

（2）进口段崩塌堆积体。

该崩塌堆积体分布里程LZK0+190～LZK0+385，崩塌堆积体所处斜坡坡向约45°～55°。崩坡积体厚度约1.2～11.2 m，主要物质组成为粉质粘土夹砂泥岩块石，岩土界面平缓，地表未见裂隙等变形特征，崩坡积体现状处于稳定～基本稳定状态，隧道左洞进口约50 m（暗洞30 m）、右洞进口约20 m（基本为明洞）隧道上部处于崩坡积体内。

（3）沙河1#崩坡积体。

平面形态呈喇叭状，纵长3.3 km，横宽1.9 km，整个崩坡积体分布最高高程1 000 m，最低高程290 m，最大高差约710 m，整体呈斜坡地形，坡面形态总体平直，总体坡向约54°～67°，坡角一般10°～13°，斜坡底部局部稍陡，可达25°。隧道路线LZK0+435～LZK2+240段自东北向西南方向斜穿崩坡积体下方基岩，隧道的设计标高为545.192～573.992 m，地面标高622.436～972.925 m，高差约77～399m。

（4）下烂坝滑坡。

位于斜坡顶部、沙河1#崩坡积体内，为2012年全市地质灾害排查所圈定的滑坡，据前人资料，该滑坡主滑方向63°，纵长约850 m，横宽380 m，面积32.3×104 m2，滑体厚4～9 m，均厚6 m，体积194×104 m3。滑坡坡面形态总体平直，局部微突，斜坡总体坡角10°～11°。通过现场调查及访问，该滑坡地表未见变形迹象，仅局部土房墙体开裂。拟建隧道LZK1+100～LZK1+550段斜穿该滑坡，隧道的设计标高为555.752～563.112 m，地面标高为749.748～834.911 m，高差约193.996～271.799 m。

（5）蔡伦屋基不稳定斜坡。

主滑方向209°，纵长约957 m，横宽249 m，面积23.8×104 m2，滑体厚3～9 m，均厚6 m，体积142.8×104 m3。该坡面形态总体平直，局部微突，斜坡总体坡角17°～25°。现场调查该滑坡地表未见变形迹象，仅局部土房墙体开裂。拟建隧道洞身段LZK2+800～LZK3+000在其北西侧200 m通过，该斜坡基本稳定，对拟建隧道基本无影响。

（6）隧道出口段崩坡积体。

该崩塌堆积体分布里程LZK4+900～LZK5+080，崩塌堆积体所处斜坡坡向约195°。崩坡积体厚度约3.1～8.3 m，主要物质组成为粉质粘土夹砂泥岩块石，地表未见裂隙等变形特征，岩土界面平缓，崩坡积体现状处于稳定状态。

2 隧道水文地质条件

隧址区主要为侏罗系上统蓬莱镇组泥岩、砂岩。地下水主要赋存于砂岩裂隙中，为浅层地下水，泥岩为相对隔水层。该地区砂岩中风化岩体较完整，裂隙不发育，渗透系数小，且由于砂泥岩互层，上部泥岩阻隔地下水渗入下部砂岩，因此总体水量较小。隧道区未发现有泉水出露，该类型地表泉水稀少，泉流量多小于0.05 L/s，并多呈季节性，泉井均为久晴即干，地面多呈贫水状，故富水性弱，地下水贫乏。

大气降水为地下水的主要补给源，隧道起点位于斜坡地带，地下水排泄条件好，但雨季该地带存在临时汇水条件，隧道在该段埋深约0～30 m，处于浅埋段，雨季地表水可能通过基岩裂隙补给隧道。隧道洞身LZK2+500～LZK4+100段地表地形较陡，地下水排泄条件较好。LZK4+100～隧道终点段多穿越山脊斜坡地带，地下水多顺坡向作短途径流后排向地势低洼的东北侧的沟谷及茶坝河内。

综上，地下水的季节性明显，隧道所处地形地质条件决定隧址区地下水较贫乏，赋存少量裂隙水。取样分析结果表明，区内地表水类型为HCO3-?SO42--Ca2+型。区内地表水及地下水对砼微腐蚀性。

3 四面山隧道围岩变形规律研究

3.1 工程稳定性分析

隧址区斜穿石龙峡背斜轴部，其中北东翼岩层产状：70°～90°∠10°～13°；轴部岩层产状近水平；南西翼岩层产状：200°～272°∠8°～10°，产状较稳定，未见次级褶曲和断层，构造简单。洞身地面山体稳定，地层分布连续，无断层破碎带，区域地质整体稳定性较好。穿越地层主要为侏罗系上统蓬莱镇组砂岩、泥岩，隧道最大埋深左线614.7 m，右线608.5 m。根据区域资料，隧址区内无高地应力存在，根据区域资料，隧址区内无高地应力存在。隧址区内无煤层分布，无有毒有害气体，无采空区及岩溶现象，不会发生突水突泥。

根据地勘资料，隧址区内岩体为由砂岩和泥岩组成的近水平层状围岩，且对于隧道围岩及其相应施工方案进行了总结归类[1]，具体如表1所示。

3.2 模型建立

根据《四面山隧道施工设计说明》及相关地勘资料，对砂泥互层V级围岩段隧道进行开挖模拟，隧道断面为三心拱形，其尺寸如图1所示模拟过程中以平面应变模型进行处理分析，并建立几何模型如图2所示。所模拟围岩范围宽300 m，高118 m，尺寸?⑹?远大于开挖半径。此时隧道开挖与模型边界相互无明显影响。岩层自上而下为泥岩（34 m）―砂岩（31 m）―泥岩（12 m）―砂岩（9 m）―泥岩（9 m）―砂岩（23 m），其中，泥岩为软岩，砂岩为较软岩。用杆单元Link1模拟锚杆，梁单元Beam3模拟喷射混凝土，平面单元Plane42模拟岩体，数值模拟所需力学参数如表2所示。

3.3 模拟结果及分析

图3、图4为隧道开探位移结果，模拟结果显示，四面山V级砂泥岩段隧道拱顶下沉相对水平收敛变形更为明显，图5、图6为隧道应力场结果。可见，隧道围岩应力最大值集中在隧道拱肩部分，且由衬砌受力（图7）及锚杆受力（图8），隧道拱肩处锚杆及衬砌受力最大，拱腰处锚杆受力很小，且拱脚处部分锚杆受压，可见目前四面山砂泥互层围岩段隧道常用的支护设计方案可行，但造成了很大程度的浪费，因此，针对四面山隧道可进一步提出类似隧道的施工设计建议。

4 工程稳定性分析及施工设计建议

该隧道V级砂泥互层围岩分布在隧道进口、隧道出口以及隧道洞身部分围岩段，以隧道左洞为例，其具体围岩质量指标划分以及相应力学性质如表3所示。

综合以上隧道地质特性分析可知，隧道施工设计方案未针对性考虑围岩中层理效应等方面存在的影响。另外，对于近水平软硬互层围岩隧道稳定性及其支护作用特点所进行的工作相对不够，因此该文针对砂泥互层V级围岩隧道施工及其支护方案提出相应的建议，并对水平软硬互层围岩隧道在初期支护方面可进行相应的改善。

4.1 隧道超前支护建议

四面山隧道V级砂泥互层围岩段砂岩为较软岩，泥岩为软岩，可见岩性较差。开挖前需采取相应的超前支护措施，对于超前支护手段，有超前锚杆方案和超前小导管方案可供选择，超前锚杆作用在于将隧道围岩锚固成整体，提高层间强度，但此方案对层状围岩水平方向影响较小。因此，建议采取超前小导管进行喷浆，可使围岩裂隙加固更能有效地保证围岩的稳定开挖。

4.2 隧道开挖建议

当软硬互层围岩层理倾角为水平或者近水平时，隧道拱顶处最小主应力明显要小于隧道断面的其他部位，最大主应力则在拱腰处。由于隧道开挖后的围岩具有沿垂直层理方向的滑动、应力释放，变形特点表明水平软硬互层隧道的一大特点，即水平层理对于隧道拱顶及拱底稳定性不利，需时常注意拱顶及拱底的变形情况[2]。

由于岩质多软弱，以软岩为主，风化裂隙较发育，层间结合一般。无自稳能力，洞口浅埋段洞顶易坍塌，侧壁经常小坍塌，浅埋时易出现地表下沉（陷）或坍至地表，洞身段拱部及侧壁无支护时可产生坍塌、失稳。施工时应采用导洞或台阶分部开挖，同时采取二次复合支护。

4.3 锚杆支护建议

水平软硬互层围岩隧道另一特点，即隧道水平收敛数值相对较小这一事实，进行围岩稳定性分析，并对层状围岩隧道而言，锚杆作用大都体现在锚固作用方面，即锚杆的作用主要在于提高层间强度。综合以上特点发现，锚杆对水平岩层层理影响较小，目前的支护方案相对更为保守，但在锚杆使用上却造成了很大的浪费，因此，对初期支护中的锚杆支护作用进行了分析。对锚杆支护，由于水平方向的锚杆受力很小，锚杆所产生的作用对隧道围岩稳定性基本无较大影响，针对此状况，可结合数值计算，验证其合理性[3]。将一定角度范围内的锚杆取消，不仅可获得良好的加固效果，锚杆受力更充分，并实现锚杆与围岩共同承载。此外，节省了锚杆支护数量，降低了支护材料消耗和支护成本[4]。且更好地应对开挖所产生的应力场变化和位移场的变化。

另外，对于拱肩锚杆受力较拱顶锚杆大的特点，需加强对锚杆支护作用的监控量测，与此同时，将拱顶锚杆稍移向拱肩也是可行的。

4.4 初衬支护建议

水平层状围岩拱顶处松动圈范围大，拱腰处松动范围小，这与其他类型的隧道有着明显的差距。针对四面山隧道V级砂泥互层围岩特点，对初期支护采取钢筋混凝土结构，此类支护方案大有裨益，解决了后期支护开裂问题，也对二次衬砌后的隧道安全性、耐久性、承载能力等方面进行了完善。

4.5 二衬支护建议

由于四面山砂泥互层V级围岩明显的层理作用，在保证安全规范地施工前提下，缩短二衬养护时间，不仅能更好地保证开挖?i距规范化，还能保证隧道施工安全、高效的进行。

5 结论

对四面山隧道进行地址特性分析，并对砂泥互层V级围岩隧道进行分析及施工设计建议，主要得到以下结论。

（1）对于四面山砂泥互层V级围岩隧道中出现明显层理作用的情况，在施工过程中必须时常注意拱顶及拱底处隧道围岩的稳定性。另外，对于拱肩锚杆作用大于拱顶锚杆的特点，需加强拱肩锚杆受力的监控量测。

（2）针对砂泥互层V级围岩隧道段并结合其特点，建议超前支护采取超前小导管对隧道围岩进行加固。

（3）四面山砂泥互层V级围岩段隧道由于围岩岩性较弱，建议采取台阶法或导洞法进行分步开挖。

（4）砂泥互层V级围岩段隧道拱腰部分锚杆支护作用较小，建议取消拱腰处一定角度的锚杆，并结合数值模拟方法进行进一步确认；另外，根据拱肩部分锚杆受力大于拱顶锚杆特点，可将拱顶部分锚杆移向拱肩，既保证了围岩的稳定，锚杆受力也更充分，也实现了锚杆围岩的共同承载，减少了锚杆浪费。

（5）根据四面山砂泥互层V级围岩松动圈范围，建议初期支护采取钢筋混凝土结构。

篇2

关键词：盾构隧道，盾构施工，地面沉降，研究现状

1 前言

盾构施工法由法国工程师布鲁诺尔父子发明。它用一个活动的罩架支撑在隧道工作面及其背后的泥土上，工人向前挖空几尺，就用千斤顶把罩架向前推，顶住新的工作面，盾构后面露出的一段隧道用砖砌面支撑，人们得以像鼹鼠一样在地面下不断掘进。1918年，世界上第一台盾构机在英国诞生，盾构施工实现了自动化。目前，盾构法己广泛地用于地铁、公路、铁路、输气、输水等国家大型公共工程建设，尤其是在地下工程建设中。

2 盾构施工的特点和优点

2.1 盾构技术的基本特点:

①对城市的正常功能及周围环境的影响很小。

②盾构机是根据施工隧道的特点和地基情况进行设计、制造或改造的。

③对施工精度的要求非常高。管片的制作精度几乎近似于机械制造的程度。由于断面不能随意调整，所以对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求；

④盾构施工是不可后退的。

2.2 盾构施工具有下列优点：

①可在盾护下安全地开挖、安装衬砌。

②掘进速度快，施工时不影响地面交通与设施，穿越河道时不影响航运。

③施工中不受季节，风雨等气候条件影响。

④施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰。

⑤在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

盾构特别适合在软土中进行施工，如上所述，它对城市的正常功能及周围环境的影响很小，但它仍不可避免地会对土体产生扰动，从而使土体产生沉降或侧移，对既有建筑物和地下管线造成一定程度的危害。较为准确的预测盾构施工期间和正常运营后产生的土体沉降一直是人们关注的热点，具体内容包括:(1)盾构施工期间产生的土体沉降和侧移;(2)盾构隧道正常使用后产生的土体变形。这方面的研究成果将为盾构施工合理化设计及其周边环境保护提供科学的理论依据。

3 盾构隧道掘进对地面沉降

对于盾构施工引起地面变形的预估，主要采用基于对实际工程观测数得到的经验预估法，也有基于解析或数值计算的半经验公式方法。

3.1 横断面地表沉降分布

目前工程实践中应用比较普遍的是Peck公式和一系列修正后的Peck公式。Peck(1969)通过对大量地表沉陷数据及工程资料分析后认为，隧道开挖形成后引起的地面沉降是在不排水情况下发生的，所以沉槽的体积应等于地层损失的体积。此法假定地层损失在隧道长度上均匀分布，地面沉降的横向分布似正态曲线。如图1.1所示。英国的现场观测结果，剑桥大学70年代及80年代初期都和Peck的假定一致。

式中S(x)--地层损失引起的地面沉降(m) ；

--盾构隧道单位长度地层损失(m /m) ；

x--距隧道中心线的距离(m) ；

-- 隧道中心线处地层损失引起的最大沉降量(m) ；

--沉降槽宽度(m) ；

--隧道轴线埋深(m)；

--土的内摩擦角( )。

Peck公式有两个重要参数:沉降槽宽度系数 和地层损失 。这两个参数的正确选取对最终的预测结果起决定性作用，在这方面己经有大量的研究。

3.1.1 沉降槽宽度系数 的确定

Clough & Schmidt (1974) 建议，对于饱和含水塑性粘土中的地面沉降槽宽度系数，按如下公式求取

Attwell等(1978,1981)也假定沉降槽曲线为正态分布，对沉降槽宽度系数 进行了修正，提出横向沉降槽宽度系数 取决于接近地表的地层的强度、隧道埋深和隧道半径，给出了估算地表沉降的经验公式

式中:z--隧道开挖面中心深度(m) ；

R--隧道半径(m) ；

k、n与土体性质和施工因素有关的系数(可查表) ；

A--隧道开挖断面面积( )；

V--沉降槽的断面面积( )；

--隧道中心线的最大地面沉降(m)。

O'Reilly & New（1982） 整理英国粘性土地层的11处19例及砂性土和回填土地层6处16例隧道工程的最大沉降量、沉降槽断面积和反弯点距离的实测值后建议，对于在单一土层中隧道掘进引起的近地表沉陷， 是 的近似线性函数，且和隧道施工方法、隧道直径没有关系，公式如下:

(1.7)

式中 --沉降槽宽度系数。对于硬至软粘土，取k=0.4 0.7；对于6 lOm的砂性土浅埋隧道,取k=0.2 0.3。

刘建航等(1991) 提出:

式中―土体内摩擦角加权平均值( )

从以上公式可以看出，在相同条件下采用不同的计算方法得到的 值相差较大，其结果对地面沉降最大值和曲线形状造成较大影响，这也是经验公式的一大缺点。Kankin (1988)验证了公式(1.7)对于全世界多种隧道和大多数土类型都是有效的。Fujita (1981)分析了日本大量用不同盾构施工得到的观测数据，发现粘土中取 =0.5 ,和实际结果一致，并和施工方法无关。

房营光等(2003) 考虑扰动引起土体密实度变化的影响，提出了修正的Peck公式

式中 ―土体损失量(m /m)；

V1―扰动引起的土体体积变化量(m /m)；

。

作者认为Peck公式中的土体损失本身就包括了扰动引起的土体体积变化量，因此将它区分出来意义不大，且 很难取值。

沈培良等(2003) 通过对盾构隧道实测地面沉降的分析，给出了Peck公式参数的取值范围，提出了一个盾构法隧道纵向地面沉降曲线的数学拟合公式

式中 ―沉降等于O.5 的点离开挖面的距离(m)，可通过公式 近似确定；

D―盾构外直径(m)；

―参数，取值在2.5～3.5之间；

y―沉降点至坐标轴原点的距离(m) ；

n―曲线形状参数，根据对实测资料的统计，取值在0.05～0.15之间。

但是该方法只是根据一条实测曲线拟合得到，只能计算地面沉降，不能计算地面隆起，且参数的取值是经验性的。因此该方法的正确性还有待进一步验证。

3.1.2 地层损失 的确定

单位长度地层损失 经常被表示为隧道理论开挖面积 与体积损失率 的乘积，即

在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下，可查表适当选取由于各种因素而引起的地层损失率。在粘性土层中可根据稳定系数 来估计地层损失:

式中: --开挖面中心处土体垂直压力(kPa) ；

P--用气压或其它加压方法施加于开挖面的侧向压力(kPa) ；

--不排水抗剪强度(kPa)。

Clough & Schmidt 推导了在塑性粘土层中y和 的关系

式中 --体积损失率(%)；

--盾构理论排土体积(m )；

--土层弹性模量(kPa)；

--土的泊松比。

Palme & Be1shave(1980) 描述了Thunder Bay隧道一处的监测结果，得到的横向沉降槽和Peck报告的硬粘土中隧道掘进形成的沉降槽相似，沉降槽的体积约为隧道开挖体积的5.0%～7.5%。

Attwell(1989) 建议可通过参考盾构的掘进速度，所选择的掘进方法以及推导的土体应力松弛速率，对地层损失进行估算，或参照相类似的隧道工程实例来选择一个合理的正面面积的百分比，粘土一般取正面面积的0.5～2.5%。

Mair (1996) 总结了35篇关于钻孔隧道引起沉降的会议论文后得出:对硬粘土中用开胸开挖方法修建的隧道，其地层损失率在1%～2%之间;对用闭胸开挖方法(土压平衡式或泥水加压式盾构)修建的隧道，砂土地基中地层损失率小于0.5%，在软粘土中地层损失率在1%～2%之间。

3.2 横断面地表水平位移分布

Attewell(1978) ,o’Reilly& New(1952) 建议对于粘土中的隧道，可以假定地层位移矢量指向隧道轴线，从而导出下面的关系式

(1.18)

由此假定并结合Peck公式，推导出横向地表水平位移分布为

(1.19)

式中: --横断面地表水平位移(m)；

--横断面地表沉降(m)；

x--地面点距离隧道中心线的水平距离(m)；

--隧道轴线埋深(m)；

--横断面最大地表水平位移((m)；

--横断面沉降槽宽度(m)，同(1.1)式。

隧道轴线正上方地表水平位移为 ，最大地表水平位移 发生在地表沉降曲线反弯点处，这与Cording & Hansmire (1975)、Attewell (1978) 的现场观测数据相一致。

3.3 纵断面地表沉降分布

刘建航等(1991) 总结了自1958年以来上海等地区的软土隧道施工经验，根据Peck公式的基本原理和国外有关资料，提出了纵向地面沉降估算公式:

(1.20)

式中:S (y)―纵向地面沉降量(m)；

y―沉降点至坐标轴原点的距离(m)；

y ―盾构推进起始点至坐标轴原点的距离(m)；

―盾构隧道开挖面至坐标轴原点的距离(m)；

L―盾构机的长度(m)；

, ；

V11―盾构开挖面引起的土体损失(欠挖时为负，m /m )；

V12―开挖面以后因盾尾空隙压浆不足及盾构改变推进方向为主的所有其它施工因素引起的土体损失(m /m)；

―函数可由标准正态分布函数表查得。

该公式适用于不排水条件下，式中 和 值较难准确确定，只能凭经验决定开挖面是否出现“负土体损失”，从而来反映是否出现地面隆起，与施工参数无关，因此存在欠缺。

Attwell & Woodman(1982) 检查了大量在粘土中修建隧道的案例，发现用累积概率曲线来描述开挖面无支撑时的纵向沉降曲线是有效的，当开挖面有支撑压力时，可用累积概率曲线的转换形式来描述。假定变形在体积不变情况下发生，给出任一点的三个方向的位移表达式，其中沉降表达式如下

(1.21)

(1.22)

式中y--隧道掘进方向的地表面坐标(m)；

--隧道开挖面推进起始点(m)；

--隧道开挖面的位置(m)。

Attwell & Woodman (1982) 发现对于硬粘土中建造的开挖面无支撑的隧道，开挖面正上方的地面沉降约等于0.5 ，而对于软粘土中建造的开挖面有支撑的隧道开挖面正上方的地面沉降则远小于0.5 。

Y.s.Fang(1993) 提出EPB盾构在粘土中掘进引起的隧道中心线上方地表纵向沉降随时间的变化曲线是双曲线型

(1.28)

式中--隧道中心线最大地表沉降(m)；

a,b--参数；

t--时间(天)。

Ata(1996) 通过对Cairo的一条直径9.48m，埋深16m，用泥水加压式盾构建造的隧道纵向地面沉降分布进行分析后指出，盾构开挖面正上方地面沉降在0.25 0.30 的范围内。此时，需要用平移后的累积概率曲线才能正确预计地面沉降沿纵向的分布。

4 盾构施工沉降研究存在的问题

纵观研究文献，国内外对于盾构隧道施工环境影响的研究方法主要有:经验公式方法、模型试验方法、现场实测方法、数值计算方法等。这些方法各有优缺点，更多场合则是将这些手段结合起来应用。这些方法在研究盾构隧道施工环境影响方面已经取得许多有价值的研究成果，但还存在下列问题 :

(1) 经验公式方法概念简单，只要确定了公式的参数就可以很方便地得到地面沉降槽曲线。这种方法可以在一定程度上反映了土的性质、隧道的特点对沉陷的影响，对于一些土质较好，施工技术、施工设备较完善，且已有类似工程实测资料的情况，现场量测结果与计算结果比较接近，这种方法有很大的优越性。不足之处在于:

① 经验公式方法只是粗略给出了预测地表沉降的计算公式或范围，有的甚至有附加条件并需从各自统计表中查取有关参数，计算出的结果与实测值偏差一般较大。当衬砌形式、刚度不同，以及施工条件和地层条件等复杂时，它们的应用将更受到限制。

② 经验公式方法大都需要通过估算地层损失率来确定地表最大沉降，具有较大的随意性，难以较好反映隧道工程条件(隧道埋深、隧道直径、土层性质)和施工参数(开挖面卸荷量、盾尾空隙填充率)的影响:认为沉降是在不排水情况下发生的，仅由于地层损失而引起，而在沉降的后期，扰动土的固结沉降是主要因素，这是地层损失的概念所无法反映的。

③ 经验公式方法给出的沉降槽公式仅是地面的沉降曲线，对于地面以下至隧道之间土层的沉降曲线，从许多实测资料可知是不符合高斯分布的。

(2) 离心模型试验对于了解盾构隧道施工引起地层位移的机理，揭示各个施工因素对地面沉降的影响具有重要意义。但其试验方法复杂、费用昂贵，模型难以精确模拟实际工程地质条件和施工参数，且得到的信息有限。

(3) 解析解得到的是理论解，精度高，计算量小，但解题范围有限，只有少数简单边界条件下可以得到解析解。

(4) 半解析数值方法在处理三维问题时可通过在一个或两个方向使用解析函数来达到降低离散方向维数的目的，和有限元法相比减少了计算工作量。半解析数值方法在不同程度上保留了纯解析与纯数值两者的优点，避免了两法的缺点，对求解问题适应性较强。缺点在于:

① 半解析数值方法对几何形状的适应性及程序的统一性不如有限元法灵活。

② 半解析数值方法中解析函数的选择直接关系到结果精度和方法成功与否，且半解析元的单元劲度矩阵随着解析函数的项数增加而急剧增大，而取的项数越多，越趋向于收敛值，这对解析函数的选取提出了较高的要求，且边界条件仍有过多假设，有一定局限性。

(5) 二维有限元分析计算量小，可以在一定程度上反映土体性质，施工参数对地层位移的影响。但却存在下列局限性:

① 横剖面模型只能对一个个独立的剖平面进行分析，在每一个剖平面上需根据经验判断采取相应的加载方式，同时还要引入反映土体三维损失和工艺等经验参数，增加了分析中的人为臆断性。

② 纵剖面模型的本质是利用长距离水平槽模拟隧道，这种方法更适用于长距离矿山巷道。

③ 纵-横剖面模型则利用两个平面应变问题的分析结果互相补充分析中所需的信息，而这种相互依存的补充信息也不可能直接被利用，还是需要经过分析者的经验处理，否则就是理论上的自相矛盾。导致这些局限性的根本原因在于，盾构隧道问题是一个完全真实的三维动态发展过程，利用平面解硬套这个三维解，必然存在局限性。因此，建立盾构隧道的三维有限元分析模型是研究的发展趋势。

(6) 三维有限元分析能够反映盾构隧道施工引起地层位移的三维性状，能够综合反映隧道的施工过程。已有盾构隧道施工三维有限元模拟方法中仍存在下列问题:

① 现有方法在模拟盾构施工时考虑的因素不够全面:大多只考虑了开挖面卸荷、盾尾脱空、千斤顶推力、盾尾注浆的影响，而对盾构刀盘超挖、注浆材料的凝固、挖除隧道内部土体引起的竖向卸荷和结构与土之间的接触问题涉及较少。

② 现有方法对开挖面卸荷、千斤顶推力、盾尾空隙填充、注浆材料凝固等具体因素的模拟方法还存在不合理的地方。

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关键词:喷射混凝土;强度;检测

一、喷射混凝土的分类及特点

喷射混凝土是借助喷射机械,将速凝混凝土喷向岩石或结构物表面,使岩石或结构物得到加强和保护。喷射混凝土施工,可使混凝土的运输、灌注和捣实结合为一道工序,不用或少用模板,适于狭窄地段作业,并可向不同方位施作薄层混凝土,因而适用于矿山井巷、交通隧道、水工隧洞和各类地下工程的支护或喷锚支护,地下水池、油罐、大型管道的抗渗混凝土施工,砖石与混凝土结构的加固和修补,边坡、基坑水池、渠道、游泳池等工程的护壁,复杂造型的薄壁结构,钢结构的保护层和热工炉窑的衬里及其修补等工程。喷射混凝土有加快施工进度、强度增长快、密实性良好、施工准备简单、适应性较强等特点,但也有施工厚度不易掌握、回弹量较大、表面不平整、劳动条件较差等缺点。

目前隧道工程复合支护中普遍采用的是喷射混凝土或喷射钢纤维混凝土,喷射方式主要有干喷法和湿喷法。喷射混凝土在喷嘴处的状态可分为干拌法和湿拌法两种。干拌法是将水泥、砂、石在干燥状态下拌合均匀,用压缩空气送至喷嘴并与压力水混合后进行喷灌的方法。此法须由熟练人员操作,水灰比宜小,石子须用连续级配,粒径不得过大,水泥用量不宜太小,一般可获得28～34 MPa 的混凝土强度和良好的粘着力。但因喷射速度大,粉尘污染及回弹情况较严重,使用上受一定限制。湿拌法是将拌好的混凝土通过压浆泵送至喷嘴,再用压缩空气进行喷灌,施工时宜随拌随喷,以减少稠度变化。

二、喷射混凝土在隧道工程复合支护中的作用

就新奥法原理而言,容许围岩产生变形,同时在围岩变形过程中,通过围岩自承体系和支护结构对围岩变形进行控制,达到让围岩变形的适度释放而不是彻底释放的目的。在上述过程中,喷射混凝土的作用可分成两个阶段:(1)喷射混凝土施作初期,从材料结构和力学特征,可把喷射混凝土看作柔性结构,为围岩变形的适度释放提供空间;(2)当喷射混凝土具有一定强度后,可把钢拱架、系统锚杆和喷射混凝土组成的支护体系看作钢性结构,用来控制围岩变形,达到保护和发挥围岩自承能力的效果。当然在所有作用过程中,也应该重视和强调支护体系的韧性概念,目前施工大多采用喷射钢纤维混凝土,就是这种概念发展的必然结果。

三、喷射混凝土的作用机理和技术特点

喷射混凝土主要用于充填裂隙、填补凹穴、加固岩层。岩体开挖后,围岩经常出现许多裂隙和凹穴缺陷,喷射混凝土后,既能将张开的裂隙、节理、层缝充填一部分,并能起到黏结作用,使许多岩块黏结在一起,成为整体,以阻止岩块的松动,而且喷射混凝土又能填补凹穴,避免应力集中,从而加固了围岩,提高围岩的抗渗漏性能和岩层自身的稳定性,发挥围岩的承载能力。喷射混凝土可封闭围岩,防止风化。喷射混凝土后隔绝了岩层与空气的接触,可以阻止岩层节理和节理裂隙的渗水,防止水和空气对围岩的破坏,越易风化的岩层越要及时进行封闭,如泥岩、泥质页岩,遇吸潮后膨胀软化、泥化,应及时进行封闭,可防止风化,减少岩石膨胀变形。喷射混凝土是以压缩空气为动力,将水泥、砂、石子、外加剂等干拌料通过喷射机,经输料管,压送至喷枪,加人高压水,经迅速混合,高速高压喷射到结构物上。喷射混凝土与加配钢筋、钢筋网或金属夹板等共同工作,用以增大结构断面,加固病弱结构,填补混凝土和砖石结构的孔洞和缝隙增设防水或防油的抗渗层,提高耐久性的保护层等,广泛应用于局部或全部地更换病弱结构中。

四、对喷射混凝土在隧道工程施工中的几点建议

在实际的隧道工程施工过程中,根据以往文献记载,笔者总结出以下几点需要注意的建议:

1.重视混凝土的喷射方式,积极推广湿喷技术的运用。在湿喷过程中,事先可将包括水在内的各种材料正确计量,0.45～0.50的水灰比容易控制,从而容易达到减少回弹量和粉尘的目的。

2.加强喷射混凝土配合比的调整和控制,骨料尽量采用连续级配。施工应重点控制好骨料的级配,这除了要求工地实验室定期定量检测外,还要求加强骨料加工和采集,采取多种措施保证骨料的连续级配。譬如,骨料粉尘量过大时,就应该在加工场骨料出口安置抽风机,在材料源头进行控制和处理。

3.做好光面爆破设计,保证光面爆破质量。光面爆破应针对不同等级围岩单独设计,要考虑到炮眼布置、深度和角度、单孔装药量和装药结构、起爆顺序等,通过光面爆破参数的改变和修正,保证不同围岩地段光面爆破轮廓圆顺,保证开挖质量。圆顺的开挖轮廓既有利于保证喷射混凝土的质量,更有利于减少喷射混凝土的回弹量。

4.尽量采用大板切割的试验检测方法对喷射混凝土强度进行检测。大板切割即向木板或竹夹板(板的大小根据取样组数多少而定)上喷射13～15cm厚的混凝土并进行养护,待达到一定强度后切割取样。这样取得的试块可以代表洞内喷射混凝土的实际情况,方法简单,也不破坏支护结构。

四、结语

在全国公路和铁路迅速发展、路网等级不断提高和环境保护意识日益加强的今天,隧道工程施工更要理论结合实际,各道工序步步为营,质量层层把关,消除隐患,保证施工顺利进行和效益不断增长。

参考文献:

[1]易萍丽.现代隧道设计与施工.北京:中国铁道出版社,1997

[2]上海第二工程局.铁路工程施工技术手册:铁道.北京:中国铁道出版社,1995

[3]汪燮之.实用隧道工程学.台湾:大中国图书公司印行,1984

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关键词：隧道施工；双连拱；有限元模型；控制要点

1.工程概况

本隧道位于十天高速公路某合同k106+065～k106+260之间，全长195米，隧道进口位于直线上，出口位于R=400，L s=100，i=4的右转缓和曲线上；纵坡为+1.373%，隧道最大埋深73.72m，根据JTJ026-90《公路隧道设计规范》和隧道所在路段的情况，设计为整浇曲中墙的整体式双跨连拱结构。单跨净宽10.8m，净高为6.9m的中墙为整浇曲墙，边墙为曲墙的单心圆结构，隧道净宽23.4m。洞内预留、预埋了供照明、消防用的箱洞和电线、电缆管、槽。

2.隧道施工方案及其支护参数

隧道除明洞采用明挖方案外，暗洞全部采用新奥法施工。IV级围岩采用全端面掘进的施工方案。

衬砌形式：根据围岩类别、地形、埋深、成洞条件等进行设计。隧道进出口成洞条件困难段，设计共长30M的S1型明洞衬砌。其余各段与围岩类别（Ⅲ、IV）相对应设计S2、S3型复合式衬砌。由于本隧道进出口地形、地质条件相对较差，因此S1型明洞衬砌采用半明半暗法施工，S2型衬砌采用大管棚。对前方围岩进行注浆加固后再开挖，隧道洞身衬砌采用初期支护、二次支护共同承担荷载结构。

3.施工安全技术保障

结合现场地形特点与设计要点，本隧道施工安全控制要点为右洞偏压控制，故施工前应首先对K106+085～K106+210段右洞偏压进行测算，此段成洞后右洞山体厚度为6～25米不等。该段支护为S3式：衬砌结构由内向外为：25#防水混凝土衬砌40CM，防水层，25#喷射混凝土15CM，φ25中空注浆锚杆（L=250CM）。无钢拱架超前支护，无仰拱设计。

3.1有限元模型选取：三车道连拱隧道由于开挖断面较大，同分离式隧道相比，具有受力复杂、施工过程难度大等特点。有限元模型可以将隧道围岩体级衬砌结构剖分为很小的微元体，可以模拟实际的施工开挖、支护，并精确计算出各微元体上的受力状态。

因衬砌结构纵向尺寸远大于横向尺寸，其受力状态可看成平面应变状态。围岩屈服准则选用Drucker-Prager准则，节理单元屈服准则选用More-columb准则。对各个施工阶段状态，有限元分析的表达式为：

式中：L为施工步数；

[K0]为岩土体和结构的初始总刚度矩阵； （i≥1）为地i施工步岩土体和结构总刚度矩阵；

为第i施工步开挖边界上的释放荷载的等效节点力；

为第i施工步新增自重的等效节点力；

为第i施工步增量荷载的等效节点力；

为第i施工步的节点位移增量。

对于每个施工步，增量加载过程的有限元模型的表达式为：

式中：M为各施工步增量加载的次数；

为第i施工步中施加第j增量步时的刚度矩阵；

为第i施工步第j增量步的开挖边界荷载释放系数；

为第i施工步第j增量步的节点位移增量；

为第i施工步第j增量步增量荷载的等效节点力。

对于支护的施做时机，本模型中按照开挖后立即喷锚支护。对于释放荷载的分担比例，采用规范9.2.5补充条款提供的建议值，并根据本隧道的实际情况进行了灵活调整：Ⅳ级围岩：初期支护承担50%，二次衬砌承担50%。

计算模型上边界取地表自由面，下边界取洞底以下五倍洞高，左右边界距离取洞口三倍隧道跨度。边界条件所有，底面完全固定。图1为隧道的有限元网格局部放大图。

下面是二衬衬砌全部完成后，中隔墙和二衬所受的最大和最小主应力云图：

可以看出，衬砌结构是安全的（更多的中间过程没有列出）。

3.2测算结论：本次测算时采用地层结构法，按照实际的开挖过程，模型中设计了不同的开挖步骤，以模拟洞室的实际开挖阶段。在计算过程中，是将衬砌和围岩体视为一个共同受力体系，在满足变形协调条件下分别计算衬砌与地层内力，据此验算隧道安全性。计算结果表明：连拱隧道的结构设计基本合理，支护参数基本合理。通过对开挖过程的模拟表明，按照设计所提供的开挖方法是安全的。二次衬砌完成后，隧道衬砌基本没有塑性区出现，这说明目前所设计的支护结构是安全的。

4.施工控制要点

4.1开挖控制：首先按要求对前方围岩进行超前预报，掌握掌子面前方围岩基本情况；其次根据超前预报情况制订可行的爆破方案，严格控制超、欠挖。本隧道全部采用光面控制爆破，为使光面爆破取得预期效果，对爆破参数进行控制是关键。考虑炮眼直径、炮眼间距、装药集中度、岩石强度、炸药特性、装药结构、起爆技术、施工精度等因素是前提。根据围岩情况不断调整爆破参数，现场操作根据式（1）进行，并参照表1〈不同开挖深度时的爆破参数〉操作，爆破孔存留达80%以上，确保开挖表面平整，安全。

q：表示单位炸药消耗量；

a：表示实际操作时的孔间距；

b：表示实际操作时的排间距；

L：表示药孔深度，实际操作时取钻杆长度；

Q：实际使用每孔装药量。

4.2支护控制：本隧道控制要点为Ⅱ类围岩支护，初期支护紧随开挖工作面及时施做，尽量减少围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩松动，严格按照“重地质、管注浆超前、弱爆破，短进尺，少扰动，早喷锚，勤量测，早成环，二次衬砌紧跟”等技术工艺控制，初期支护对喷射混凝土、锚杆安装、钢支撑安装、钢筋网等工序进行控制：本隧道喷射混凝土采用湿喷法施工，电子计量，严格控制各种原材料的掺配，保证砼施工的和易性及喷层强度稳定；钢支撑重点控制拱脚稳定，施工中主要采取扩大拱脚或加设锁拱脚锚杆，保证上拱部稳定。初期支护完成后，及时施作监控量测，为模筑混凝土施工提供可靠数据；模筑混凝土应根据开挖长度、围岩变形情况选择恰当时机施作，。

4.3防排水施工控制：根据隧道区域的气象条件，水文条件，本隧道的防排水采用以“防、排”为主，“防、排、堵、截”相结合的综合治理措施。防水措施主要做以下控制：洞外设置截排水沟，将边坡积水引出隧道区，进入天然沟中排走；洞内设置土工布与塑料防水板组成的防水层，混凝土衬砌设计为防水混凝土，共同构成防水体系，同时对各种施工缝、

工作缝、沉降缝专门进行防水处理；为保证排水，每10m左右设置环向盲沟一道，纵向5～10m设置一道引水管与中墙顶部、边墙底部的纵向排水管相通，汇集后将积水引入边沟排走。事实证明，此种“防、排”并举的措施在该隧道起到了良好效果。

4.4监控量测控制：监控量测是在施工中不可忽视的一项技术措施，是监视山体和支护稳定性的重要手段，是判断设计、施工是否正确合理的主要依据，是监视施工是否可靠安全的眼睛。根据本隧道围岩组成特点，选择了拱顶下沉量测、地质与支护状态观测、周边位移量测、地质超前预报、地表下沉量测五个必测项目，为了保证量测结果的准确与可操作性，本隧道委托富有丰富经验的航天检测中心予以检测。以详实、准确的数据为施工的顺利进行提供了科学依据。保证了施工各工序的安全进行。

5.结语

本文尝试应用有限元模式对洞口段偏压隐患进行分析，得到理想结果，为进洞安全施工提供依据；同时对常见施工管控进行总结，为类似工程提供借鉴。

参考文献：

[1]郭陕云 《隧道施工技术方案及方法遴选要点》，隧道建设 2006

[2]才《隧道工程》，人民交通出版社1987

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关键词：公路隧道；病害；治理对策

公路隧道病害的治理需要遵循一定的原则，避免出现二次病害，比如尽量保持原有公路隧道的结构防水体系，以免影响日后的使用，此外，还需要注重节约经济成本，但是这是在治理效果的前提下，可以选择使用临时设施可以最大程度的节约成本。公路隧道病害的治理要具体问题具体分析，不能盲目，否则会出现事倍功半的效果，既浪费人力物力，又影响治理周期。

1 公路隧道病害类型及其成因

受到地形地势的影响，我国很多的公路都需要建设隧道，但是在建设或者是后期使用过程中，隧道经常出现病害，严重影响了车辆的正常运行，更为严重的是危及到车辆驾驶人员以及乘坐人员的生命安全，因此针对公路隧道病害问题，相关人员应该及时的发现，及早的治理。现阶段公路病害主要分为两大类，一类是表面病害，这类病害主要是指人们可以直接用肉眼就能够发现的病害，比如衬砌开裂以及渗漏水等，简单的说表面病害就是指显性病害，另一类是非表面病害，这类病害主要指设计标准等没有达到相关要求，比如衬砌厚度不足或者强度不足等，换句话说，非表面病害主要指隐性的病害，一般情况下，非表面病害往往会的引起表面病害。

公路隧道之所以会出现病害，其原因多种多样，其表面病害主要包括三种，第一种是衬砌开裂，而出现这种病害主要是因为施工人员在施工时没有考虑到外力作用，也有可能是因为施工单位所选择的施工方法不够合理，此外，混凝土因为收缩而发生开裂；第二种是渗水，出现这种病害的原因主要是因为在施工时，施工人员喷射混凝土的厚度没有达到技术标准要求，致使防水板出现了破损，也有可能是因为混凝土自身的密度没有达到要求，另外，排水管经过长期的使用出现了堵塞或者直接失效，也有可能会导致渗水；第三种是衬砌变形，其主要是由于地质原因引起，比如公路隧道围岩不够坚硬或者出现了山体滑坡，设计图纸存在着缺陷也有可能会产生此种病害，施工人员在施工时所使用的土都取自隧道附近，这为衬砌变形埋下了隐患。

非表面病害也可以分为三种，第一种是衬砌使用的混凝土厚度不足，比如施工人员在挖掘时，出现了超挖情况，但是却没有依照有关需求进行回填；第二种是混凝土强度没有达到有关需求，比如砂石料质量不达标，选择使用的粗细骨料级配没有达到有关需求等，除此之外，搅拌混凝土时其配合比不够合理，虽然在施工期间进行了取样检测，但是检测取样出现了不够规范，因此影响了结果；第三种是衬砌空洞，之所以会出现这种病害，主要是因为隧道经过长期的使用出现了坍方，坍方程度过大进而形成空洞，此外也有可能是因为混凝土捣固不够的密实或者是混凝土的水灰比比较大，出现了干缩情况，另外，施工人员出现了超挖的情况，或者在挖掘之后忘记了回填。

2 公路隧道病害的治理对策

公路隧道病害治理不同与其他方面的病害治理，因此需要遵循一定的原则，首先，治理病害时，尽可能的保存现有的二次衬砌，防止出现施工危险；其次，加固应不侵入现有的隧道建筑限界内；最后，“对症下药”原则：摸清病害产生的原因，根据围岩地质具体因素，针对性地选择合理的整治措施，其具体的治理对策如下：

2.1干裂缝治理方案

对于环向裂缝如果是没有渗漏水的干裂缝，一般采用注浆工艺进行治理，方法如下，用丙酮或无水酒精清除裂缝表面油污，沿裂缝表面每隔20-50cm粘贴一个注浆嘴，然后进行封缝，封缝材料同贴注浆嘴可采用环氧胶，同丙酮进行试压，压力为0.3-0.5mpa，如没有问题，就可进行注浆，注浆材料采用环氧树脂浆液。

2.2 渗漏水治理方案

隧道裂缝是产生渗漏水的根源，对隧道裂缝的治理应将裂缝与渗漏水的治理相合。治理原则为：排堵结合，对于隧道拱顶纵向裂缝渗水、漏水以堵为主，对于边墙集中涌水、施工缝渗漏水则以排为主。采取注浆封堵，渗漏水集中后凿槽加设塑料半圆管用防水砂浆抹平，将水引入水沟排出。

2.3 衬砌混凝土背后空洞治理方案

对于衬砌背后较大的空洞，建议采用混凝土输送泵，在衬砌混凝土上开口以泵送混凝土进行回填，然后再由洞内进行注浆加固。对因混凝土捣固质量差引起的衬砌混凝土密实度不好及局部背后存在小的空洞，只需从洞内进行注浆填充和加固即可。注浆参数：孔深，以穿透二次衬砌厚度为准；孔径，50mm；注浆压力：0.75MPa；保压≥10min。

2.4 底鼓治理方案

对于隧道路面底鼓的治理采用结构抽换技术，结构抽换是指拆除隧道底鼓部位混凝土，拆除后对未拆除部位进行斜向注浆加固，然后施作仰拱钢筋混凝土，仰拱部位回填，重新施作新的混凝土路面。

2.5 边墙变形治理方案

对边墙变形部位采用套衬补强技术。套衬补强是指在原衬砌混凝土表面再灌注一定厚度的混凝土，一方面抑制原混凝土裂缝的发展，另一方面与原衬砌混凝同作用成为新的承载结构。其技术要点：套衬混凝土的厚度不低于20cm，应用钢筋混凝土，要保证隧道净空断面要求，套衬混凝土要与原混凝土衬砌结合成一个整体。

2.6 断层带加固方案

断层带采用注浆加固+增设仰拱方案，注浆作为加固围岩的一种手段，在隧道病害汉理中所起的作用主要表现在加固地层以提高围岩的承载力和充填衬砌背后空洞使衬砌均匀受力，从而达到阻止衬砌结构继续变形或破坏。同时，浆液能充填岩体裂（孔）隙（洞），降低地层透水系数，同时能够修补衬砌混凝土结构裂缝达到加固和阻水的双重目的；通常采用的浆液有普通硅酸盐水泥（或特殊）单液浆，水泥、水玻璃双组份浆液及化学浆液等。

结束语

综上所述，可知引起公路隧道病害的原因非常多，有些病害甚至是多种因素共同引起，如果治理不够及时，极有可能会造成更为严重的后果，但是在治理时，不能盲目首先要分析出公路隧道病害的类型，其次要按照相应的原则进行分析，病害治理人员要秉着一次治理，再无后患的态度进行治理，因为治理的次数越多，对公路隧道的损害也就越大，而且还浪费人力物力，尤其是经济成本。本文是笔者多年研究经验的总结，仅供参考。

参考文献

[1]丁铁生，李峰，孙辉.隧道的病害及整治研究[J].黑龙江科技信息，2007（8）.

[2]马培广.试析铁路隧道病害的原因与治理技术[J].黑龙江科技信息，2011（15）.

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随着我国城镇化水平的提高和城市人口的增加，用于山岭区城市间连接的穿山隧道和城市中为缓解交通压力而建设的地下线路日益增多，且在目前的土木行业中，隧道领域发展势头良好，势必会吸引更多的人员加入隧道建设中来。而隧道建设中极易出现灾害，一旦出现，就会导致人财两失的严重后果。本人就所学知识，对隧道施工中的塌方、涌水、瓦斯爆炸等工程灾害加以总结并给出防治与应对措施，为初入隧道工程行业的从业人员提供参考。尽量防治隧道施工中工程灾害的出现，保证施工人员的安全;把已出现的灾害限制在可控的范围内，减小人民财产的损失。

关键词:

隧道；工程灾害；防治；应对措施

隧道建设近年来发展迅速，但是随之而来的工程问题也越来越多，且造成的后果十分严重。为了减少隧道建设中灾害的产生，下面分别从隧道工程灾害的种类及产生原因、防治措施、应对措施三方面展开论述，加强从业人员的专业知识，减小灾害带来的损失。

1隧道施工中常见灾害及产生原因

1．1塌方

塌方是指由于自然因素或者人为因素导致围岩稳定性遭到破坏，进而上部岩体脱离母岩而坍落的现象。引起塌方的自然因素大致包括:围岩本身的物理特性，如岩体的强度、破碎程度、裂隙等;地下水的作用，如:软化岩体、液化夹层减小层间摩阻力等。引起围岩失稳的人为因素大致包括:地质勘探不准确导致设计缺陷、支护时间不及时、爆破方法不合理、挖掘断面过大等。

1．2岩爆

岩爆是指岩体中的高弹性应变能由于隧道开挖而突然释放的现象，岩爆发生时，岩块从母体突然崩出，伤及人员及器械。岩爆多见于埋置较深隧道的开挖面，支护不及时，施工方法不合理是其诱因。

1．3突水

突水是指隧道施工线路穿越含水岩层、溶洞、暗河时，突发大量涌水的现象。突水时常伴随坍塌、涌泥现象出现，严重威胁施工人员的生命。发生突水的原因一般是地质勘测资料严重失误、施工现场围岩监测系统不起作用。

1．4瓦斯爆炸

当施工处地层内含有的瓦斯泄漏，空气中的瓦斯含量为5%～16%时，由明火或者高温物体引爆。瓦斯爆炸的原因往往是现场空气检测不到位、施工人员不遵守地下作业规范、通风设备故障不及时处理、施工设备不合格等。瓦斯爆炸的发生必须具备三个条件，分别是一定的浓度、引火源、足够的氧气，三者缺一不可。

2防治措施

2．1塌方防治措施

针对于岩体的自然结构形态，我们不能使其发生质的改变，只能切断塌方的导火索。首先，从地质勘查就要严抓审核，确定交给设计部门的地质资料是准确的。其次施工中的工程防护必不可少。为了防止地表水渗入隧道到顶部，通常在坡面设置截水沟拦截地表水，最终由排水沟汇集，排离施工区域;对于含水量较高的岩土，渗井先行，控制含水量在合理范围内。针对软弱岩层，常采用超前锚杆或超前小导管、超前管棚或者超前小导管预注浆。目前较为推广的是新奥迪法施工，它的核心是保护围岩，充分发挥围岩的自承能力，但此方法对施工人员水平要求较高。

2．2岩爆的防治措

施岩爆至今是困扰岩石界的难题之一，目前对于岩爆还没有一种公认的分析理论。我国一般从设计和施工两个阶段控制岩爆的发生。在设计选线阶段，尽量绕避地应力集中的区域;隧道断面要选取有利于减小应力的断面，比如圆形。施工阶段，在易发生岩爆的地段推荐使用钻爆发，控制光面爆破的药量，避免在爆破面出现应力集中现象。

2．3突水的防治措施

隧道防排水应遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合”的方针。岩溶暗河地段常用的处理方法有“引、堵、越、绕”。在溶洞或者暗河地段，应查明水源流向，采取合理截流。对于跨径小的溶洞，可采取回填封闭。当遇到跨径较长的溶洞，可加深边墙基础通过。对于难以处理的情况，最终采用避绕，重新选址。

2．4瓦斯爆炸防治措施

首先隧道内的空气检测不可少，其次通风设备不可少。当通风设备出现故障，要及时加强隧道内瓦斯含量检测。在采购施工设备时，要选购矿用防爆设备，避免设备电火花接触外界空气。最后，加强施工现场管理，对工作人员进行安全教育，绝对禁止隧道内使用明火。

3灾害发生后的应急措施

3．1塌方

隧道内紧急措施:用钢支撑对塌方周边进行支挡，同时用砂袋对塌方面进行堆码。对掌子面悬挂钢丝网，喷射速凝混凝土30cm进行封闭掌子面，当第一层混凝土达到一定强度后，悬挂第二层钢丝网，喷射第二层混凝土。如果是城市隧道开挖过程中出现塌方，势必会影响地面交通。要积极疏导交通，远离塌方区域，以免扰动塌方周边松散土体，加重险情。

3．2岩爆

岩爆发生后，立即向岩爆发生区域喷射钢纤维混凝土，悬挂钢筋网。增加临时支护，必要时要增加钢支撑。应提前准备好钢架，当发生岩爆时，第一时间控制险情，以免灾情进一步发展。

3．3突水

若险情不大，可在突水区域周边进行喷锚支护，随即对突水点进行加压喷浆，进行堵漏。若遭遇地下暗河，突水严重，难以堵漏，则应首先撤离洞内人员，保证人员的安全。成立紧急小组，查明水源情况，在水源上游处进行截刘。灾情过后，要严格检查洞内构筑物的安全状况，尤其是最近施工的区域，防治水害留下的后遗症。

3．4瓦斯

当发觉瓦斯爆炸后，迅速用衣物捂住口鼻，切记不得使用明火照路，迅速撤离到洞外，避免吸入有害气体或者缺氧丧失逃生机会。及时上报情况，请有关专家前来商定灭火方案，把损失降到最小。

4关于安全管施工的建议

隧道施工时事故的发生，绝大多数是由于施工单位的错误导致。要严格审查从业人员的资格，杜绝无资格人员参与施工。在施工前，相应的隧道应力形变检测系统、通风系统、有害气体检测系统、生命保障系统等要提前到位。当检测系统检测到异常情况，应立即组织人员分析情况，必要时要停止施工，撤离人员。切不可为了抢工期而放任异常情况不管。

参考文献：

［1］张振．隧道施工中的常见地质灾害问题及其防治措施［J］．科技创业家，2014(07):32．

［2］樊晓晶．探究公路隧道施工过程中的不良地质灾害和应对措施［J］．经营管理者，2016(07):313．

［3］丁召辉．地铁隧道暗挖区间拱部塌方应急处理案例分析［J］．山西建筑，2015，41(9):177－178．

［4］李春杰．秦岭隧道岩爆特征与施工处理［J］．世界隧道，1999(01):36－41．

［5］许家林，朱卫兵，王晓振，等．松散承压含水层下采煤突水机理与防治研究［J］．采矿与安全工程学报，2011，28(03):333－339．

篇7

关键词：盾构法施工 风险源 规避

随着我国日益发展交通与社会可持续发展的需要，在城市中修建地下铁道已逐渐增多。而盾构法更是随着沿海城市与上海，杭州等地地铁的发展，地质条件的特殊性等原因，从众多工法中脱颖而出得到了最广泛的应用。

现今我国隧道区间施工多采用明挖、暗挖、盾构等工法或各区间段多种工法相结合运用。盾构法本就是在国际上一种备受争议的一种隧道施工方法，主要原因为一次性投资大，造价高，风险源多样。

盾构的施工的风险源主要为以下几点：

地质，水文，边界条件方面

地下工程施工的地质、水文、边界条件是施工方法决策的依据，因此搞清这些问题施工成败的关键，对盾构工程尤其重要。

盾构机单种类机型适应地层变化和断面变化情况能力弱，因此对地质、水文及其地下，地面上构（建）筑物勘察情况必须熟悉了解以下几方面：

地质：土层层次分布规律，不同土层的物理与力学特性，埋深，不良地层情况等。

水文：水的腐蚀性，水的补给来源，土层的渗透性、含水量，水位压力的确定。

地层中的障碍物：建筑基础、各种管线、废弃构筑物及其一些其他特殊情况，如孤石、暗浜。

地面构筑物的类型和基础特征：构筑物的使用年限，机构与基础类型，是否为保护文物，构筑物与隧道的空间位置。

盾构机的选型

在地质，水文，边界条件等熟悉的情况下，符合设计要求，就可以对盾构机进行选型，但也要注意以下几个方面：

刀盘、刀具的适用性

主轴承，推力，扭矩，对地层反力的适用性

螺旋输送器，对弃渣状态和进度要求

系统压力状态

使用寿命

3.施工管理

从经济角度说，盾构法施工工艺复杂，培养熟悉的操作工人时间较长，且设备设计、生产、组装时间长；准备困难，且造价高，只有长距离掘进时才较经济；单种类机型适应地层变化和断面变化情况能力弱。

从技术角度说，始发与接收时要注意方向失控，进（出）洞口断面土体失稳；推进中要选择合适管片，防止盾尾卡死；土压力与出土量的控制，以防止地面沉降较大，对地面建（构）物产生破坏；施工过程状态的监测。

综上所述：盾构施工的风险源主要来源有三个方面：地质，水文，边界条件调查不清；盾构机选型不匹配实际情况；施工管理、决策不当，造成地层发生变形，造成地下及地上构筑物发生破坏等。最终结果是工期难保，履约困难，经济损失大，损害企业声誉。

盾构法虽然由于其自身局限性不应也不能取代其他工法，但在不良地质条件下做长距离掘进，对进尺和地面沉降有较高要求时，他相对于其他工法在技术上更合理更经济。且其具有机械化程度高，劳动强度高，对工作人员更安全的明显优势。目前盾构法施工在我国不仅在地铁区间施工中得到了应用，而且在积极的创造在地铁车站中施工应用，目前我国的盾构机型多为土压平衡型盾构机。

所以在施工不可避免的就要对以上所提到的风险源进行规避。

项目施工策划必须到位，对项目的各种风险要有充分认识，确定符合实际的技术参数，而且要留有一定的安全系数，否则施工中一定参数出现突破设定的参数，损失是很大的。

人始终是施工的第一要素，要想把盾构施工发扬光大，培养一批高素质的既懂机械又懂土建，应变能力强，具有一定的管理与技术水平的队伍，则是重中之重。

地质、水文等条件的调查。必须详细了解施工段的工程地质与水文地质情况，必要时进行补堪。必须对道路、交通流量、地面建（构）筑物及文物等进行现场踏勘和调查，对可能进行基础托换的建（构）筑物应做好施工预案。必须对地下障碍物、地下构筑物及地下管线等进行调查，必要时进行探查。必须了解工程环境保护要求进行工程环境。

盾构机的选型：必须以工程为依托，施工单位为主体，在充分考虑生产厂家的建议下进行；了解不同地区盾构法施工的经验教训；建立适应不同地质、水文条件下自己的刀盘、刀具、主轴承选型平台；对不同刀具对不同地层的切削情况进行研究。

施工管理的各项标准

总结经验，建立适应不同地层情况的操作标准，维护标准，监测标准及特殊情况下的应变作业流程，达到标准化施工，这才是盾构法成熟的标志。

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关键词：隧道 塌方冒顶 处理方案 工艺总结

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0057-02

云南省广砚高速公路是国道主干线（GZ75）衡阳～南宁～昆明公路滇镜中的一段，是交通部发展战略规划中“五纵七横”国道主干线公路系统中重点改造路段，也是云南省高等级公路网规划“三纵三横”、“九大通道”的重要组成部分，线路设计全长73.92 km。第3合同段位于珠街镇，其中有一隧道，为双幅单向通行，双车道，隧道净宽10.25 m，单幅长1227 m。

1 工程地质概况

隧道段地貌属构造剥蚀中-低丘陵地貌单元，地形起伏较大，地面标高相对高差270 m。地形坡度一般为25°～60°，山体顶部浑圆，山脊大部呈狭长、陡峭和狭长平缓状。根据目前已开挖出露的岩层，该隧道段岩层以弱风化石灰岩为主，局部地段含有绿泥钠长片岩和石英岩。勘察与设计结果表明，围岩大都为Ⅱ～Ⅳ级。除出口段右线洞口附近岩层为强风化的黑色碳质灰岩和塌方段为黄泥夹层与勘查设计情况不甚相符之外，其它地段岩层均与勘查设计相吻合。

2 塌方情况

该隧道某段原设计为Ⅲ级围岩。初期支护为：3 m长药卷锚杆，环向间距1 m、纵向间距1.2 m的格栅拱架，22 cm厚网喷混凝土。施工方式为全断面开挖，S3b复合式衬砌。原设计断面见图1。

在爆破开挖后掌子面处发现黄泥层并有渗水，拱顶靠右不时有少量塌落物，岩层为水平走向。中午黄泥层继续塌落，塌落速度加快，并有较大的渗水。在洞右方形成小型塌洞（Ⅰ），塌洞面积约1 m2左右（图2）。

在完成两榀格栅拱架的架设后，在架设第三榀格栅拱架时，发现后面已完成的初期支护混凝土出现裂纹，同时出现塌落物（软黄泥和石块，自掌子面超前小钢管间塌落），并且随着塌落物不断地增加裂纹也逐步增大。晚上开挖面开始出现大面积塌方，掌子面上方形成大的空洞（Ⅱ），如图2所示，落下的黄泥碎石土和石块。整个开挖面被塌方体覆盖，塌方体涌至YK166+352断面，塌腔高度约为5 m，塌腔纵向约为15 m。

3 塌方原因分析

根据现场地质情况以及塌方段对应地表调查和分析，造成本次塌方的原因有以下几点。

（1）从地质纵断面图来看，塌方段地表正位于两山峰之间的垭口处。而且隧道在此处埋深较浅，大约为30 m，地形陡峭。垭口处有一断层（F3）经过，位于垭口处的岩层受水平地应力作用挤压严重，致使岩石破碎，岩体内部节理裂隙被两侧地表冲积土所充填。同时，塌方发生时正值雨季，地表水丰富且沿垭口地势较低的破碎岩缝、节理裂隙中渗流。因此隧道洞内渗水较大，夹在岩石间的黄泥软弱夹层及其它松散岩体受渗水作用迅速软化，岩体抗剪强度大大降低，岩石间的摩擦力不能支撑上部岩体重量从而导致隧道拱顶围岩发生重力坍塌。（2）据现场调查及按照《公路隧道设计规范》计算，隧道塌方段实际围岩出露级别为Ⅴ级，与原设计的III～IV级围岩级别不相符。原全断面开挖方式已无法保证掌子面的临时稳定，已采用的初期支护方案也无法保证结构和施工安全。（3）对地质变化及塌方预兆未予足够重视，致使险情扩大。首先，在掌子面出现黄泥夹层时，应引起重视，加强初期支护；其次，在局部塌方时应及时密实回填塌腔；最后，在右洞发生塌方后，左洞施工应引起警惕，不应重复右洞塌方过程。

4 施工方案

为了防止塌方的进一步扩大，保证施工进度，根据隧道塌方现场实际情况，将隧道分为稳定段、塌方段和后继段三个区段，针对不同区段分别采取不同的处理措施。

4.1 稳定段处理方案

稳定段是指隧道左、右洞内初期支护已按照原设计施作完毕、塌方后尚未发生变形破坏、而二次衬砌短时间内无法跟上的区段，该段处理的原则是“加强监测，二次衬砌快跟”。

（1）采用跳跃法施作二次衬砌，根据现场情况，以最快速度施作离塌方体最近的二次衬砌，以保证初期支护施工完成区段的最终稳定和安全。（2）由于现场衬砌台车、挂布台车空间的要求及原施工工序的影响，仍有30 m左右长度范围的二次衬砌无法及时施作，对于该段以加强初期支护的监控量测为主，同时做好应急支撑方案的准备，一旦该段出现大变形情况将立即采取应急处理措施。（3）靠近塌方体5～10 m的稳定初期支护段，处于塌方体影响范围内，短期内二次衬砌无法紧跟。为保证初期支护强度和后期施工安全，采取如下措施：在原喷混凝土内层增加间距为60 cm的18型工字钢拱架，待钢拱架安装完毕后采用小导管对围岩进行系统注浆加固。导管采用4.5 m长42注浆钢花管，按1.2 m×1.2 m梅花型布置。

4.2 塌方段处理方案

4.2.1 方案比选

（1）采用大管棚注浆加固。（2）采用小管棚注浆加固。

通过现场验证，考虑到施工的工艺，安全及快速，并且考虑节约成本。通过比选采用第二方法施工。

4.2.2 方案确定

经设计、业主、监理、施工方四主协商采用如下处理措施。

（1）对塌方体进行回填反压，保证塌体稳定和后期施工的安全。（2）对塌方体表面采用12 cm厚贫混凝土封闭，并完善掌子面处的排水系统，防止地下水在掌子面处的汇集，保持该段干燥，避免由于积水浸泡导致该段围岩强度进一步降低。（3）采用环向间距40 cm、长度为12 m的超前小管棚贯穿坍塌体，以2°仰角打入拱部围岩，对塌方体进行注浆加固。小管棚材料采用外径83 mm、壁厚5 mm的热轧无缝钢管，注浆材料采用水灰比为1∶1的普通水泥浆液，同时外掺速凝剂。注浆机型号为FBY 50/70，注浆压力为0.5～1.5 MPa。管棚孔内采用M30水泥砂浆充填。待超前小管棚施工完后再对塌腔采用贫混凝土进行泵送回填。（4）采用双侧壁导洞法对坍塌体进行开挖以减少开挖断面面积。（5）在二次衬砌浇注之前，对剩余塌腔通过高压注浆回填密实。（6）塌方段采用S2c复合式衬砌进行支护。

通过现场实际操作，发现该方法在施工过程中对坍塌体扰动小，没有造成二次坍塌，初支后监控量测变形小，围岩稳定。

4.3 后继段处理方案

该段处理方案分两种情况，根据不同情况采取不同方案。

（1）当塌方段治理完毕后，如果开挖掌子面处围岩恢复到原来较好状态，则继续按原设计进行施工。（2）当塌方段治理完毕后，开挖掌子面处围岩状态仍未变化，则以每30 m为一个单元，采用加强初期支护和二次衬砌进行设计和施工。

5 施工体会与建议

通过坍方处理，笔者体会到。

坍方处理必须要找到发生坍方的原因。处理坍方必须安全、快速、施工难度小的情况下进行施工。隧道浅埋及冲沟地段在施工前一定要做好地质调查，做到有的放矢。对于浅理地段隧道一定要注意防排水，以免地下水渗透影响岩土层及构造的力学性质，危及安全。对于地质较差的浅层、较破碎的地段施工一定要有施工预案，防患于未然。

参考文献

[1] 徐茂辉，谢慧才.隧道混凝土密实度的雷达检测方法[J].科技资讯，2005（4）.

[2] 贾刘强，邱建，王志杰.隧道围岩收敛量测的新方法[J].科技创新导报，2006（5）.

[3] 何公社.基于位移反分析和安全预报要求的深基坑工程施工监测[J].安徽地质，2007（3）.

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Abstract:In the rock engineering stability analysis, mechanics parameter selection has a significant impact to calculation results. So this paper explores how to get accurate inversion of rockmass mechanics parameter of the overlying rock of Qingdao subway to improve the classification standards for rock in Qingdao.

关键词:有限元强度折减法;安全系数;岩体力学参数

Key words: finite element strength reduction method;safety factor;rockmass mechanics parameter

中图分类号:TU192 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0122-02

0引言

青岛坐落于大面积分布的燕山晚期花岗岩上,具有良好的地质条件,而且青岛市地铁一期工程,80%以上的线路处于花岗岩中,其余隧道处于第四系地层中。青岛市特有的花岗岩地质条件,对土建方面而言,将节约大量的投资,土建造价大大低于其他城市,所以对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数的研究就有其重要意义!所以本文研究任务是针对现有规范对青岛地下工程设计不尽适应的问题,利用青岛地铁水清沟试验段的观测资料,对青岛地铁上覆岩层岩体力学参数进行验算和反演,为青岛地区岩体分类进一步研究打下基础。极限分析有限元法在边坡稳定分析中取得了成功[1-2],并逐渐在地基、基坑稳定分析中得到推广应用[3]。郑颖人、胡文清、张黎明等人[4-6]开始将有限元强度折减法应用于隧道,由此求得隧道的剪切安全系数。这就给我们提出了一个新的思路,通过安全系数反演岩体的力学参数,进一步修正岩体力学参数,最终得到适合青岛地铁上覆岩层的岩体力学参数。

1剪切安全系数的定义

安全系数是指剪切破坏面上实际岩土体的强度与破坏时的强度的比值。就是事先假定一滑动面,根据力(矩)的平衡来计算安全系数。将安全系数定义为沿滑面的抗剪强度与滑面上实际剪力的比值,如式(1)所示:

ω==(1)

式中,ω――传统的强度折减安全系数;s――滑动面上各点的抗剪强度;τ――滑动面上各点的实际剪应力。将式(1)两边同除以,则式(1)变为:

1==(2)

其中:c′=,φ′=arc()

可见,极限平衡法是将岩土体的抗剪强度指标c和tanφ减少为和,使得岩土工程达到极限稳定状态时的ω即为安全系数,实际上就是强度折减系数。

2工程概况

青岛地铁试验段工程选取了地质条件具有代表性的区间(水清沟~国棉五厂),由1200m的区间隧道和218m的青纺医院站组成。

青岛地铁试验段区间隧道为双洞单线,双洞之间的距离为9m,区间隧道埋深为10~20米,横断面型式为直墙三心圆拱,跨度为4.86m,直墙高3.54m,拱高1.82m。计算选取三个不同埋深的截面,分别为10m、14m和18m。

岩体主要为花岗岩,处于微~未风化带,结构、构造清晰,岩体以整体块状结构为主,完整性好,根据国际《工程岩体分级标准》GB50218-94,分别属于Ⅱ、Ⅲ类围岩。

在节理方面:产状走向以NE~NEE向为主体,其次以NW~NWW向,倾角70~80度为主,部分50度左右,节理裂隙存在一定程度的未贯通岩桥,裂隙连通率统计在24~75%,结构面紧闭,岩块坚硬。结构面以闭合~微张裂隙为主,平面光滑,犹如刀切。

3均质岩质隧道围岩稳定分析

计算按照平面应变问题来处理,准则采用DP4准则,边界范围取底部及左右两侧各5倍隧道跨度[2],地面超载按照国家规范标准20KN/m2,按照《工程岩体分级标准》,各级围岩的物理力学指标标准值如表1,下标上下表示围岩的上下限。

经过ANSYS有限元计算,逐步折减强度参数,分别得到各种工况的剪切破坏安全系数见表2,分析发现:①安全系数随埋深深度减少,明显出现两侧直墙先破坏;②通过破坏时等效塑性应变图可找出最大应变发生在拱角和墙角处,而且根据围岩等效塑性应变发生突变时各断面中等效塑性应变最大点的位置,可以发现围岩的潜在破裂面。

在Ⅱ上围岩下、埋深18米的工况下,隧道的塑性区和应力应变图如图1、图2所示。

4节理裂隙岩质隧道围岩稳定分析和岩体力学参数反演

选取埋深18米的断面,因为埋深18米的跨度最长,且通过地质勘探发现大部分为微~未风化花岗岩,且所处断面最上面基本没有覆土层,分别属于Ⅱ、Ⅲ类围岩。为了简化模型,考虑如下情况:只考虑一组起重要作用的结构面(产状走向为NE~NEE向),倾角75°,间距2.5米,贯通率为75%。各级围岩参数见表3。

经过有限元强度折减,最终分别得到各类围岩下的安全系数见表4。

在Ⅱ上围岩下、埋深18米的工况下,隧道的塑性区和应力应变图如图3、图4所示。

所以在埋深18m情况下,通过均质岩质中给出的安全系数与节理裂隙岩质的安全系数比较,进行反演,最终在表5中,对一、二、三类围岩岩体的强度参数提出了建议值。

对表5中给出的各级围岩岩体的强度参数建议值研究发现:对II类和III类围岩的,值较规范值增大,这说明青岛地铁上覆岩层主要是花岗岩,岩性好,所以岩体强度参数建议值要大于规范中的给定值。

最后通过《青岛地铁第一期工程 水清沟――青纺医院试验段 施工地质、变形量测、环境检测总结报告》中的位移检测,验证了反演的强度参数建议值的合理性。

最终通过分析发现:相对于青岛花岗岩地区,规范中给出的岩体分类的强度参数偏低,按照规范中的参数进行设计就会偏于保守,所以针对青岛地区花岗岩的岩性特征,笔者对规范中给出的岩体分类的强度参数做了修正,为进一步确定了青岛地铁上覆岩层岩体分类打下基础。

参考文献:

[1] 赵尚毅, 郑颖人, 时卫民等. 用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J]. 岩土工程学报, 2002, 24(3): 343-346.

[2]赵尚毅, 郑颖人, 邓卫东. 用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J]. 岩石力学与工程学报, 2003, 22(2): 254-260.

[3]郑颖人, 赵尚毅, 孔位学等. 岩土工程极限分析有限元法及其应用[J]. 岩土力学, 2005, 26(1):163-168.

[4]张黎明,郑颖人等.有限元强度折减法在公路隧道中的应用探讨[J].岩土力学,2007,28(1):97-101.

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关键词：高速公路隧道；机电安装；施工

中图分类号：U45文献标识码： A

前言

隧道机电工程是一个涉及机、电、自控等多个技术领域的大型复杂系统工程。具有战线长、投入大、工期短、质量高、系统复杂、技术集成度高、运行安全可靠性要求高等特点。本文结合某高速公路隧道机电安装工程施工实践，对施工准备，通风和消防系统、消防管道安装、电气及监控系统安装等关键施工工序和技术进行了重点探讨，并对施工管理要点进行了总结，

一、土建预留预埋

土建预留预埋工程（界面工程）的质量对隧道机电工程的质量进度关系极大，对此机电监理要着重做好如下几项工作。

1、与施工单位、业主共同进行现场调查，重点是土建预留预埋工程的质量，调查应是地毯是的，把存在问题按系统分门别类的列明，如在某隧道界面调查中发现大小问题数以百计，其主要问题是数量不足，尺寸偏差（深度、宽度、长度）、位置不符合设计要求及渗水等。

2、对调查中发现的问题要认真整理，分清责任、妥善处理，其中有设计问题，土建与机电设计沟通不够造成，亦有机电变更后引起的，但大部分是土建施工质量问题。对此监理要发挥自己的协调职能，某隧道机电监理建议成立由业主、监理、设计、土建、机电承包人共同组成协调小组，以解决界面中存在的问题。

3、抓好预留预埋的关键部位、环节

（1）隧道口的预留预埋管道；人、手孔至关重要，一定要求设计提供总集成图，否则各工种的施工将无序进行；

a 洞口外的横穿过路管道：洞口外的横穿过路管道按功能分为很多种：主干通信管道横穿、隧道内供电、照明管道横穿、消防管道横穿、隧道内监控管道横穿。双洞隧道一般在靠内侧为强电电缆槽，靠外侧为弱电电缆槽；从变电所到隧道口通常设计为敷设数根100 钢管的管道；现在很多单位在隧道电缆沟洞口处设置手孔，在两手孔之间预埋了一定数量的钢管，一般来说这些管道只是给供电照明使用，而不包含隧道监控、通信主管道、工业以太网成环、火灾报警过路、视频光缆等，因此要根据实际需要调查管道数量是否足够。

b预留预埋孔洞：包括通风控制柜、PLC、照明配电箱、维修电源箱、疏散诱导标志箱、消防控制柜、紧急电话等设备均需要隧道土建单位在侧壁上预留孔洞，机电施工前须仔细查看核对孔洞桩号是否准确、洞室大小是否合适。

c 预留预埋管线：土建单位根据设计要求将可挠金属管预埋在侧壁内，部分设备到机箱间的电缆均走此管道，如照度仪、紧急电话、CO/VI 检测仪等与电缆沟的连接、摄像机到其配套设备箱、火灾报警综合盘、广播喇叭到电缆沟的连接等等。前期考察时要核对在对应位置上预埋了管道，还得逐根对管道进行试通，以免土建撤场后再行改造。

（2）隧道风机的预埋件的拉拔试验至关重要，一定要慎之又慎，且不可掉以轻心，某隧道通过拉拔试验发现不合格多处；风机钢板：射流风机的安装支架与隧道顶部预埋件采用焊接连接，预埋件由土建单位预留，支撑风机的结构强度应保证在风机实际静载荷的15 倍以上，因此，在土建单位撤场前需做支撑结构的载荷试验。

（3）对于土建与机电界面的问题，机电自身能解决的尽量自己解决，把那些工程量大、专业性强的请土建处理，如变电所洞室的加长和渗水的处理等；

（4）机电监理要保持与土建监理的经常沟通，对预留、预埋工程要组织有关方面按程序、标准进行验收，由于种种原因界面工程不达标屡见不鲜，因此，验收交接是一项不可缺少的环节；

（5）对于尚未完工的预留预埋工程，要经常与土建沟通，发现问题及时处理不要秋后算帐，千方百计营造一个和谐的施工氛围。

二、机电系统接地

机电系统安全接地是保证隧道内各种设备正常工作的重要条件，包括供配电、照明、通风等强电系统，以及电视监控、火灾报警、计算机测控弱电系统的接地。由于隧道本身条件的限制，设计上一般采用强电和弱电公用接地系统，要求接地电阻小于1Ω。在隧道土建施工时，要将隧道内所有钢筋结构焊接链接，在隧道钢筋段每隔2米采用2×Φ32圆钢引出至隧道电缆沟内，与沿隧道左、右电缆沟内预埋的镀锌扁钢焊接，从而形成了1个完整的接地网，实测接地电阻远远小于1Ω。并将先前隧道管理所的接地与之相连，形成一个大的接地网，这样管理所的接地也达到规范要求，小于1Ω。这些施工并不难，在钢筋结构焊接时，用钢筋焊通引出来就可以了。

三、隧道照明

1、照明供电：隧道照明是隧道机电设施中极为重要的系统，通常被列为一级用电负荷。对于较长隧道，采用两端供电的10KV环网方式。低压采用放射式和树干式相结合配电方式，为确保应急照明供电可靠性，增设在线式UPS（或EPS）作为备用电源，在没有条件取得两路10KV独立电源的情况下，应增设发电机组作备用电源，发电机组应自启动投入运行。一般山区供电质量较差，电压波动频繁，波动幅度大，对运行的电子器件，光源灯泡使用寿命有很大影响，应增加10KV隔离稳压变压器，保证供电电压稳定。

2、光源选用：高速公路隧道照明大都采用高压钠灯光源，也有的隧道已经采用无极灯和高压钠灯混光照明、及LED 灯。

3、照明灯具布置和控制：隧道内照明设施分为入口段、过度段、中间段、出口段，灯具沿隧道两侧布置为好，灯具的间距应按灯具形式及性能和距高比来确定，间距8～10 米为宜，12 米间距亮暗光斑明显加重，应急灯间距16～20 米沿隧道内侧布置较好。

4、隧道照明工程要点：

（1）隧道照明灯具多，工程量大，灯具定位是关键工序，关系到照明效果，灯具安全运行，隧道的环境美观，要求安装距离均匀，平直，线形流畅美观，采用激光指向仪进行定位化线；在照明工程开工前，监理人员应详细阅读审核施工单位编制的施工组织设计，同时在开工后，要求施工单位首先在洞口安装一套照明灯具作为样板，再经业主、监理检查确认，在得到认可后，方可以此为标准进行所有灯具的安装。灯具的安装距离按规范和设计要求要均匀、平直、美观，这也是整体灯具安装的基本要求，为此，在施工前，监理人员应对所有隧道进行巡视，根据隧道中心点及有关参照物尺寸，先对隧道进行了一编粗测，目的是了解所有隧道的土建平整和地面起伏度，作到心中有数。根据各起伏点的不平整性，要求施工单位沿隧道侧壁做标示点。同时要求施工单位一定要采用激光指向仪进行水平定位并利用光的折射程度找出土建施工造成隧道顶凹凸不平的地点做出明显标识，而后根据水平、垂直的各点标示，计算出基准线点的误差。根据误差和隧道的机电安装限距，确定水平基准线并用测量尺逐点定位。此定位方法可提高工效3 至5倍，精确度较经纬仪高出1.5 至2 倍，并可在长度800 米以下的隧道定位一次成型。在灯具安装完毕后，应和施工单位再进行了一次全面的检验，对存在问题的地段做了详细记录，并要求施工单位限时进行调整。

（2）线缆敷设及接线是灯具可靠运行的保证，回路分配正确，项序符合设计，接线工艺符合规范；

（3）灯具安装角度的确定对单台灯具进行照度测试找出照明效果最佳的角度，所有灯具安装均按此角度安装调整，在全隧道亮灯后进行线形调整。

四、关键施工工序和技术

1、通风和消防系统施工

某隧道机电安装工程中，通风系统和消防系统的设备是主要的大型机械系统设备。该隧道通风系统选用纵向射流风机通风方式，在隧道洞顶上分散均匀地安装了15 台1250mm、功率为60kW 的射流风机，风机采用预制钢支架固定；消防系统供水设备主要包括有2 台潜水泵（型号为QXl0）和2 台消防泵（型号为XBD6.4/5-65 型），潜水泵安装设置在相应的集水井内，消防泵则设置在消防泵房内。上述设备的主要安装程序如下：预埋件荷载试验，基础质量验收，机械设备进场验收，吊装就位，粗平、精平，安装，调校，单机试运行。在隧道洞顶上安装射流风机时，要求对每块预埋铁构件进行相应的额定载荷试验，每一块预埋构件的强度和稳定性要通过试验验证后才能进行设备安装，射流风机的钢吊架选材、预制、安装及焊接施工都应充分考虑到通风机长期悬空吊挂持续运行的特殊要求，确保通射流风机的长期运行安全。

2、消防管道安装施工

隧道消防管道（包括隧道外消防集水井进出水管），总管均采用直径DN200 的管材，支管视具体情况选用，消防管道接头处采用沟槽式方式进行连接，其主要安装程序如下：现场测绘，绘制消防管道系统（包括消防栓）加工草图，管材预制，管道支架、吊架预制，支吊架热镀锌处理，支墩混凝土浇注施工，管道、消火栓铺装，设备接口连接，管道吹扫，消防系统试压、调试，系统试运行。

由于隧道内同时施工的分部工程较多，导致施工队伍较多，另外还放着大量正在使用的机械设备和材料，且要预留好相应的运输车辆通道，因此施工空间十分有限。为了尽量提高施工效率，拓展隧道内施工作业面，可将管道切割加工、配件制作等工序安排在隧道外的相应场地上进行，待隧道内管道支墩、支架等基础设施完工后再将预制管道构件直接运进隧道内安装，但运输过程中应注意防止管道管口等易损部位或构件压槽碰伤。安装消防管道时，应按管道走向顺序依次铺装，并遵循先总管后支管、先大管后小管的基本原则，各总管和支管的三通接口处也均采用沟槽式管接头进行连接处理。消防栓应嵌入隧道侧壁结构内进行安装。

3、电气及监控系统安装

该隧道电气系统主要包括有1 个12kV 电压的配电所，3 个12/0.4kV 电压的变电所，隧道内通风机动力系统及照明系统，以及防雷接地系统等设备，隧道内的照明灯具主要吊挂在隧道洞顶纵向布置的桥架下方，局部侧壁上也安装了转向信号灯。隧道内监控系统主要包括有中央控制室内的计算机、网络服务器、控制台、智能火灾探测器、消防报警系统、扬声器、车速测定仪、紧急求救电话、区域性控制器、彩色摄像机及电力监控系统等设备。

安装隧道洞顶部位的桥架时，由于隧道顶部沿水平方向存有相对较大的曲率，直接在洞顶放线定位安装桥架具有相当的难度。经项目部施工技术人员讨论和监理工程师的批准，先在隧道路面上放线定位，然后再用线坠将桥架的设计点位返至洞顶。鉴于隧道洞顶的桥架、灯具、通信电缆及其他测量、监控设备的安装量相对较大，还特别改装研制了二十多只移动式安装施工平台。为了适应隧道洞顶的不同拱度变化，将平台上表面设计成台阶状，平台的宽度设计为大约一半路宽，且在平台立柱上贴了明显的反光警示标识，避免在施工过程中遭遇撞击，大大提高了施工效率。

五、施工管理要点总结

1、进度控制

隧道机电安装工程的进度控制，其核心任务是根据各项分部分项工程的网络计划按节点进行验收。对各项分部分项工程的每个控制阶段，项目管理部应按时组织项目验收，检查阶段性的施工任务是否切实完成，如未完成则应制定相应的加班赶工方案，以确保后续工序的按期开始。如有需要，还应根据工程的具体情况在施工过程中对施工组织计划进行相应的调整，尽可能提高施工效率。此外，还应加强对大型设备和关键材料采购、设备运行保障、现场施工技术人员保障和后勤保障等方面的控制，最大限度地消除对项目施工进度影响不利的各种因素。

2、质量控制

建立系统的质检员现场巡检制度，安排专职的施工质量质检员在全作业面进行施工巡查，发现问题及时解决。对关键施工部位和某些无法进行事后质量检验的隐蔽工程，质检员要和监理工程师共同进行全过程施工监检。高速公路隧道机电安装工程的交工资料一般应按交通质检部门提供的统一表格填制，质检员应严格监督各施工技术人员及时完成相关交工资料的填报工作，并按照相关质检部门的要求统一组卷、装订，待验收时审查。

3、安全控制

在隧道内部施工过程中，施工作业面狭小、光线暗淡且运输车辆较多，为了确保施工人员和机械设备的安全，在施工技术人员的安全帽、安装平台立柱、施工机械轮廓线上的适当部位均贴上明显的反光标识；隧道内施工运输车辆对施工人员的危险性相对较大，施工过程中要采取有效措施防止车辆伤害事故，重点注意检查隧道内的移动安装平台停放位置，应留出足够距离供运输车辆通行。在车辆频繁通行的区域或时段，施工时应安排专职指挥人员临时指挥交通。加强隧道内施工现场的通风、环境和保卫工作，防止毒气中毒或流行疾病的转染。

结束语

总之，机电安装施工质量关系到隧道机电设备正常运行，高质量的施工可以提高机电设备使用寿命，减少机电设备在运行过程中的维护量，节约机电设备运营成本。

参考文献

[1] 冯璇.高速公路机电设备安装施工管理探析[J]. 交通标准化. 2013(17)

[2] 冯璇.高速公路机电维修维护管理研究[J]. 交通标准化. 2013(15)