大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道上下近接施工技術(shù)研究

PAGE大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道上下近接施工技術(shù)研究課題名稱：大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道上下近接施工技術(shù)研究課題承擔(dān)單位（蓋章）：中國(guó)建筑第七工程局有限公司課題起止時(shí)間：2011年01月至2012年12月課題驗(yàn)收時(shí)間：2013年01月目錄1緒論 11.1選題背景 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3依托工程特點(diǎn)和難點(diǎn)分析 61.3.1工程概況 61.3.2工程特點(diǎn)與難點(diǎn) 71.4本研究的方法及主要內(nèi)容 91.4.1研究方法 91.4.2主要內(nèi)容 102公路隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù) 112.1綜述 112.2隧道施工方案的確定 112.3公路軟弱圍巖淺埋段隧道施工技術(shù)和方法 122.3.1首先需要對(duì)高速公路隧道的洞口進(jìn)行加固 122.3.2采用工字鋼拱架加固隧道表面 132.3.3地表注漿加固地面 132.3.4采用洞身開(kāi)挖的方法進(jìn)行加固 142.4研究結(jié)論 153隧道地表沉降控制技術(shù) 163.1概述 163.2原因分析 163.2.1地面沉降發(fā)生的機(jī)理分析 163.2.2地面沉降發(fā)生的原因分析 163.2.3沉降控制技術(shù)的機(jī)理 183.3控制沉降措施 183.3.1新奧法開(kāi)挖時(shí)控制措施 193.3.2盾構(gòu)法開(kāi)挖時(shí)控制措施 203.4應(yīng)急處理措施 233.4.1人員配置及組織管理 233.4.2應(yīng)急處置所需設(shè)備、物料的儲(chǔ)備與管理 233.4.3沉降事故應(yīng)急響應(yīng)程序的制定 243.5研究結(jié)論 244軟弱破碎圍巖支護(hù)技術(shù) 254.1概述 254.2隧道圍巖變形影響因素 254.2.1工程地質(zhì)因素 254.2.2設(shè)計(jì)及施工因素 254.3隧道圍巖變形支護(hù)原理 294.4圍巖變形支護(hù)技術(shù)措施 294.5研究結(jié)論 315結(jié)論 335.1隧道地表沉降控制技術(shù) 335.2公路隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù) 335.3軟弱破碎圍巖支護(hù)技術(shù) 34PAGE341緒論1.1選題背景首先，連拱+小凈距+分離式的分叉式公路隧道，是為降低工程造價(jià)而發(fā)展形成的一種新型隧道結(jié)構(gòu)，因此在地形復(fù)雜的山區(qū)修建分叉式隧道結(jié)構(gòu)已經(jīng)在所難免。但其受力特點(diǎn)、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)施工方法等在國(guó)內(nèi)外尚處于經(jīng)驗(yàn)積累階段，無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范可循。其次，近年來(lái)隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，大量地出現(xiàn)了兩個(gè)及以上相鄰隧道同期施工，新建隧道鄰近既有隧道施工等地下工程近接施工問(wèn)題，且規(guī)模越來(lái)越大，距離越來(lái)越近。打雷嘴隧道工程是中建系統(tǒng)承建的首個(gè)大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道近接共建的隧道群，輕軌隧道位于公路隧道下方，并逐漸向左偏離公路隧道。因此對(duì)其設(shè)計(jì)施工進(jìn)行詳細(xì)研究總結(jié)，能填補(bǔ)中建系統(tǒng)內(nèi)的多項(xiàng)技術(shù)空白，適應(yīng)國(guó)內(nèi)隧道建設(shè)對(duì)結(jié)構(gòu)型式和施工難點(diǎn)的新要求。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來(lái)隨著基礎(chǔ)設(shè)施（鐵路、公路等）建設(shè)的發(fā)展，大量地出現(xiàn)了兩個(gè)及以上相鄰隧道同期施工，新建隧道鄰近既有隧道施工等工程現(xiàn)象，且規(guī)模越來(lái)越大，距離越來(lái)越近。同時(shí)，城市地下鐵道等地下工程的大量修建也越來(lái)越多地遇到了這類問(wèn)題，即地下工程近接重疊施工問(wèn)題。一些學(xué)者和工程技術(shù)人員對(duì)近接重疊隧道施工進(jìn)行了一定的研究和探討，但對(duì)此尚沒(méi)有明確歸屬的獨(dú)立研究學(xué)科，多將之歸于地下工程施工力學(xué)的研究范疇。在國(guó)外，尤其是美國(guó)己經(jīng)形成針對(duì)此類問(wèn)題的規(guī)范化的指南《隧道襯砌設(shè)計(jì)指南》。孫鈞、劉洪洲（2002）對(duì)上海市明珠線二期隧道區(qū)間盾構(gòu)隧道上、下近距離交疊隧道進(jìn)行了施工引起地面沉降的三維數(shù)值模擬研究，其基于“先下后上”的盾構(gòu)推進(jìn)過(guò)程，采用彈塑性分析成功模擬了交疊隧道地層位移及地表沉降曲線在盾構(gòu)推進(jìn)期間的變化關(guān)系，得出了地面最大沉降量在上下隧道開(kāi)始推進(jìn)后出現(xiàn)大幅度增長(zhǎng)，以及要將地面沉降控制在允許范圍內(nèi)就必須在施工中進(jìn)行預(yù)注漿加固并重點(diǎn)控制盾構(gòu)推進(jìn)前期地層沉降量的結(jié)論。張玉軍、劉誼平（2002）對(duì)豐澤街隧道下穿大坪山既有高速公路隧道進(jìn)行了三維彈塑性有限元分析，通過(guò)開(kāi)挖后圍巖的應(yīng)力與變形狀態(tài)，判定兩洞交叉處圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)，并建議了相應(yīng)的開(kāi)挖、支護(hù)方法和施工時(shí)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容。陳先國(guó)、高波（2003）對(duì)深圳隧道一期工程中的3種典型的重疊斷面進(jìn)行了二維平面應(yīng)變彈塑性分析，按照不同斷面布局、不同開(kāi)挖和支護(hù)形式進(jìn)行了非線性計(jì)算，結(jié)果表明重疊隧道地表和拱頂下沉及兩隧道間土體的穩(wěn)定難于控制，上層隧道易發(fā)生結(jié)構(gòu)整體下沉。王明年、潘小馬等（2004）對(duì)鄰近隧道爆破振動(dòng)產(chǎn)生的既有隧道結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了研究，分別分析了不同間距下，既有隧道襯砌迎爆側(cè)最大振速、最大主應(yīng)力及襯砌的總體安全性評(píng)價(jià)，并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。以往修建隧道時(shí)，主要采用雙洞分離式方案，我國(guó)在此方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，毋庸贅述。在地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，由于線形布置、橋隧連接、工程造價(jià)、征地拆遷等方面的原因，雙洞分離式方案往往受到較大局限，此時(shí)連拱隧道、小間距隧道、分叉式隧道成為重要的可選方案。連拱隧道具有線形順暢，占用土地少，平面線形和洞口位置易于布置等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外鐵路、公路、市政和隧道等均有應(yīng)用。但是，連拱隧道施工困難、工期長(zhǎng)、造價(jià)高，連拱隧道結(jié)構(gòu)易裂、易漏，已為不少事實(shí)所驗(yàn)證。盡管德國(guó)著名的Wuerzberg連拱隧道長(zhǎng)達(dá)5100m，但在中國(guó)，連拱隧道多用于布線極為困難的短隧道。小間距隧道介于分離式和連拱隧道之間，是指隧道問(wèn)巖柱厚度小于分離式隧道獨(dú)立雙洞間距的最小凈距規(guī)范建議值的隧道布置形式。由于兩個(gè)隧洞相距較近，往往需要對(duì)中夾巖柱進(jìn)行加固。影響小間距隧道間距的因素有圍巖條件、接線條件、施工技術(shù)、投資控制等。小間距隧道與連拱隧道相比，具有施工簡(jiǎn)單、防排水效果好、投資省的優(yōu)點(diǎn)；小間距隧道與分離式隧道相比，雖然接線靈活、占地少，但是又存在中夾巖加固、施工工序多、造價(jià)相對(duì)較高等的不足。分叉式隧道作為一種新型的隧道布置形式，在較短的距離內(nèi)由連拱隧道、小間距隧道，逐步過(guò)渡到一般分離式隧道。高速公路分叉隧道是在地形地質(zhì)條件極端困難的山區(qū)，特大橋梁和特長(zhǎng)隧道緊密相連的情況下，為了降低工程造價(jià)而發(fā)展出來(lái)的一種新型隧道結(jié)構(gòu)形式。連拱+小凈距+分離式的分叉式公路隧道，作為一種新型隧道形式，其受力特點(diǎn)、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)施工方法等在國(guó)內(nèi)外尚處于經(jīng)驗(yàn)積累階段。在地形地質(zhì)復(fù)雜的山區(qū)，由于線形布置、橋隧連接、工程造價(jià)、征地拆遷等方面的原因，雙洞分離式方案往往受到較大局限。因此，在地形復(fù)雜的山區(qū)，為節(jié)省橋梁隧道的工程投資，修建分叉式隧道結(jié)構(gòu)已經(jīng)在所難免。這些年來(lái)隨著我國(guó)建設(shè)隧道的結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越多，跨度越來(lái)越大，地表沉降問(wèn)題已成為隧道建設(shè)的重大技術(shù)難題，地表沉降控制技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生并且迅速發(fā)展，水平不斷提高，地表沉降控制技術(shù)己經(jīng)成為活躍在土木工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)。21世紀(jì)是土木工程大發(fā)展的世紀(jì)，也是隧道建設(shè)、地下空間充分利用的大發(fā)展世紀(jì)，地表沉降控制技術(shù)也必將擁有更為廣闊的前景。隧道開(kāi)挖之前，在掌子面前方的自然地層里，沿隧道橫斷面設(shè)置一個(gè)像拱殼的連續(xù)體，使其既加固掌子面前方的地層，同時(shí)利用初期支護(hù)又保持自然地層的特性，從面保證掌子面及地層的穩(wěn)定，減少地表沉降量，形成一個(gè)超前的支護(hù)體系，即通常所謂的超前支護(hù)技術(shù)，是公路隧道常用地表沉降控制技術(shù)之一。近年來(lái)隨著我國(guó)建設(shè)隧道的結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越多，跨度越來(lái)越大，如何控制爆破產(chǎn)生的沖擊波，確保圍巖以及襯砌結(jié)構(gòu)的安全及穩(wěn)定變得越來(lái)越重要。大量的試驗(yàn)研究表明，在所有影響爆破振動(dòng)強(qiáng)度的主要因素中，炸藥量和距離是兩個(gè)最為關(guān)鍵的因素。爆破振動(dòng)強(qiáng)度與炸藥量成正比，與質(zhì)點(diǎn)距離成反比。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者還分別就其他因素對(duì)爆破振動(dòng)強(qiáng)度的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。張時(shí)忠等人通過(guò)相似模型試驗(yàn)，在相同爆破試驗(yàn)條件下，對(duì)連續(xù)裝藥和空氣間隔裝藥進(jìn)行爆炸應(yīng)力波測(cè)試，得到的波形結(jié)果表明，相對(duì)于連續(xù)裝藥，空氣間隔裝藥激起的應(yīng)力波峰值減小，空氣間隔或不耦合裝藥與連續(xù)裝藥相比，爆破振速幅值可減小20％～50％。長(zhǎng)沙礦冶研究院曾在國(guó)內(nèi)十多個(gè)礦山從事爆破降震技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)裂和光面爆破、緩沖爆破、斜線式多段爆破、一般微差爆破及逐排微差爆破與齊發(fā)爆破相比，降震率為70％～20％。印度的P．K．Singh等人對(duì)爆破振動(dòng)受自由面條件的影響進(jìn)行了研究，通過(guò)比較有自由面的爆破和離自由面較遠(yuǎn)的夾制爆破兩種條件下產(chǎn)生的振動(dòng)速度，發(fā)現(xiàn)有自由面的爆破產(chǎn)生的振動(dòng)速度比離自由面較遠(yuǎn)的夾制爆破產(chǎn)生的振動(dòng)速度小；而且爆源離自由面越遠(yuǎn)，爆破振速越大；有自由面的爆破和離自由面較遠(yuǎn)的夾制爆破兩種條件下產(chǎn)生的振動(dòng)速度相比，后者為前者的1.13～5.74倍?？偨Y(jié)上述成果可知，爆破振動(dòng)強(qiáng)度基本上受爆源的距離和炸藥用量、地層條件、既有結(jié)構(gòu)物狀況的控制，此外，炸藥的類型和爆破模式也有影響。因此，在施工前，應(yīng)進(jìn)行爆破模式、地質(zhì)狀況、裝藥狀況（炸藥、掏槽、裝藥量、起爆方法、堵塞狀態(tài)）等研究；另一方面，隨著爆破技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬爆破作為爆破領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法也愈來(lái)愈引起人們的重視，從力學(xué)分析入手采用數(shù)值計(jì)算的手段來(lái)研究爆破振動(dòng)對(duì)圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，已逐漸成為輔助爆破設(shè)計(jì)與施工不可或缺的方法。自上世紀(jì)60年代，奧地利的萊布希維茲(Rabcwics)等人提出新奧法的全新設(shè)計(jì)和施工理論以來(lái)，隧道的設(shè)計(jì)和施工有了較大的發(fā)展。新奧法的特點(diǎn)在于借助現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量對(duì)圍巖和襯砌進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并據(jù)以指導(dǎo)開(kāi)挖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與完善，開(kāi)創(chuàng)了隧道“信息化設(shè)計(jì)和施工”的先河。隨著這一理論的不斷發(fā)展和完善，對(duì)于隧道的研究形成了兩個(gè)主要發(fā)展方向，一是隧道的靜力分析和動(dòng)力分析，二是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的不斷發(fā)展和完善。隧道工程監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究包括量測(cè)項(xiàng)目的規(guī)劃、測(cè)試手段和工具、測(cè)試方法、量測(cè)數(shù)據(jù)處理以及量測(cè)信息反饋等多方面的內(nèi)容，既要作理論研究工作，同時(shí)也要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，是一項(xiàng)理論聯(lián)系實(shí)際的應(yīng)用型研究。新奧法出現(xiàn)以來(lái)，隧道施工的監(jiān)控量測(cè)在歐美以及日本等許多地下工程中得到迅速的發(fā)展。在中國(guó)的公路隧道方面的應(yīng)用，是從80年代才開(kāi)始的，在國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)了20多年的發(fā)展，雖然在量測(cè)方法上有了很大的進(jìn)步，但是，公路隧道施工的監(jiān)控量測(cè)相對(duì)應(yīng)施工與設(shè)計(jì)還不算真正意義上的融合，在施工中的監(jiān)控量測(cè)不僅要能及時(shí)準(zhǔn)確的反映出施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，也要對(duì)隧道施工中即將遇到的問(wèn)題給以必要的信息，以便能指導(dǎo)施工，并通過(guò)類比的方法，對(duì)一個(gè)地區(qū)或有著同樣圍巖特征的隧道提供一套相對(duì)完善的量化的模式，以便使得以后的隧道施工和設(shè)計(jì)更為合理，以此能實(shí)現(xiàn)真正意義上的信息化施工，將監(jiān)測(cè)的信息及時(shí)的反饋到設(shè)計(jì)與施工中去。1.3依托工程特點(diǎn)和難點(diǎn)分析1.3.1工程概況漢孝城際鐵路工程，輕軌隧道位于公路隧道下方，并逐漸向左偏離公路隧道。中建系統(tǒng)承接的首個(gè)大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道近接共建的隧道群。公路隧道左洞長(zhǎng)1088.43m，右洞長(zhǎng)1085.5m，雙向六車(chē)道，連拱段最大開(kāi)挖跨度達(dá)34.60m，隧道凈距1.00～45.98m，為連拱+小凈距+分離式的大跨分叉式公路隧道，其不僅設(shè)計(jì)跨度大，支護(hù)轉(zhuǎn)換類型多，而且連拱及極小凈距隧道段還下穿地方公路，房屋密集區(qū)，存在供水管、天然氣管等干擾。輕軌隧道與公路隧道同期實(shí)施段全長(zhǎng)425m，兩隧道屬近接重疊隧道，輕軌隧道A型襯砌段拱頂距公路隧道仰拱底豎向距離為3.22-7.11m，輕軌隧道B型襯砌段拱頂距公路隧道仰拱底豎向距離為1.01-3.98m。輕軌隧道與公路隧道兩者相互影響嚴(yán)重，特別是公路隧道仰拱開(kāi)挖對(duì)輕軌隧道二次襯砌造成的影響，為近接施工問(wèn)題，施工難度大，科技含量高。1.3.2工程特點(diǎn)與難點(diǎn)漢孝城際鐵路工程是中建系統(tǒng)承建的首個(gè)大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道近接共建的隧道群。該工程具有以下幾個(gè)特點(diǎn)及難點(diǎn)：（1）近接重疊施工難度極大公軌共建段共450m，輕軌隧道位于公路隧道下方，并逐漸向左偏離公路隧道，輕軌隧道與公路隧道最小開(kāi)挖凈距僅為1.01m，兩者相互影響嚴(yán)重，特別是公路隧道仰拱開(kāi)挖對(duì)輕軌隧道二次襯砌造成的影響。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，暫擬定先行修建輕軌隧道，輕軌隧道二次襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行公路隧道的修建。大跨分叉式公路隧道的施工會(huì)改變輕軌隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，從而產(chǎn)生種種不利影響，如結(jié)構(gòu)承載力下降、甚至破壞，變形過(guò)大侵入限界等。同時(shí)大跨分叉式公路隧道的受力模式也不同于半無(wú)限體或無(wú)限體中修建單一洞室的一般狀況，其初始應(yīng)力場(chǎng)往往是經(jīng)過(guò)多次擾動(dòng)的，其施工將再次進(jìn)行擾動(dòng)，使其受力往往是非對(duì)稱的，表現(xiàn)出極大的變異性。概括地講，公路隧道的施工會(huì)使圍巖從原來(lái)的三次應(yīng)力場(chǎng)演變到五次應(yīng)力場(chǎng)，正是這種應(yīng)力的演變導(dǎo)致了輕軌隧道和公路隧道的受力變異，造成既有側(cè)的安全性和新建側(cè)的復(fù)雜性問(wèn)題。它不僅是擺在漢孝城際鐵路工程面前的不可回避和必須加以解決的問(wèn)題，也將是擺在全國(guó)公軌近接隧道面前的難題。因此，研究其復(fù)雜的受力機(jī)理、圍巖的穩(wěn)定性和相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工方法，率先形成一套較完整的大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道近接的開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。（2）分叉式公路隧道的設(shè)計(jì)跨度大，支護(hù)轉(zhuǎn)換類型多。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，當(dāng)路基設(shè)計(jì)線間距L≤4m時(shí)，中夾巖厚度小于2m，設(shè)置為復(fù)合式中墻連拱隧道，當(dāng)路基設(shè)計(jì)線間距L=4～24m時(shí)，中夾巖厚度為2～23m，設(shè)置為小凈距隧道，當(dāng)路基設(shè)計(jì)線間距L>24m時(shí)，設(shè)置為分離式隧道。因此，打雷嘴隧道是由連拱隧道過(guò)渡到小凈距隧道再到分離式隧道的分叉式公路隧道，它同時(shí)具備這三種隧道的特點(diǎn)及施工難點(diǎn)，但絕對(duì)不是這些隧道的簡(jiǎn)單疊加，尤其是連拱與小凈距過(guò)渡地段，由于其受力條件復(fù)雜，其支護(hù)方法、施工方法、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)是工程成敗的關(guān)鍵。分叉式公路隧道作為一種新型的隧道結(jié)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)其設(shè)計(jì)施工尚未見(jiàn)全面系統(tǒng)的研究，國(guó)內(nèi)外也無(wú)相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。其受力特點(diǎn)、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計(jì)施工方法等尚處于經(jīng)驗(yàn)積累階段。為確保施工的安全進(jìn)行，如何評(píng)價(jià)施工過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定性和確定合理的開(kāi)挖工藝和支護(hù)方法，都必須要進(jìn)一步深入的研究。（3）隧道洞口段地表沉降控制要求嚴(yán)格隧道洞口段下穿地方公路，房屋密集，存在供水管、天然氣管等干擾，施工時(shí)要嚴(yán)格控制地面的沉陷值，以免造成地面建筑物破壞。洞口段圍巖為Ⅴ級(jí)，且又處在公路隧道與軌道隧道近接重疊段內(nèi)，施工時(shí)圍巖將受到多次擾動(dòng)，造成地表沉降，拱頂下沉和周邊收斂。如何控制地表沉降也是打雷嘴隧道面臨的一大難題。（4）爆破振動(dòng)控制要求嚴(yán)格大跨分叉式公路隧道存在連拱段和小凈距段，單洞最小間距不足2米。與此同時(shí)，公路隧道與輕軌隧道近接重疊，最小間距為1.01m。因此爆破振動(dòng)對(duì)公路隧道和輕軌隧道的圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)影響都很?chē)?yán)重。根據(jù)設(shè)計(jì)資料，暫擬定先進(jìn)行輕軌隧道的建設(shè)，輕軌隧道二次襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行公路隧道的修建。因此，爆破產(chǎn)生的振動(dòng)必然會(huì)對(duì)公路隧道本身中夾巖巖柱及圍巖，先行洞的支護(hù)結(jié)構(gòu)（尤其是中隔墻）產(chǎn)生影響，同時(shí)更會(huì)對(duì)輕軌隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。由此可見(jiàn)，如何減弱和控制振動(dòng)產(chǎn)生的不利影響，確保中夾巖柱及圍巖穩(wěn)定，公路隧道先行洞支護(hù)結(jié)構(gòu)和輕軌隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)不被破壞，是保證隧道順利施工的關(guān)鍵，也是施工中的難點(diǎn)。1.4本研究的方法及主要內(nèi)容1.4.1研究方法以代表性工程——漢孝城際鐵路工程為載體，成立專門(mén)的課題組，將已經(jīng)實(shí)踐的施工技術(shù)以及充分挖掘我公司多年來(lái)積累起來(lái)的施工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，經(jīng)深層次加工和理論探索，最終形成大跨分叉式公路隧道與輕軌隧道上下近接施工技術(shù)，并進(jìn)一步形成相關(guān)工法，直接用于指導(dǎo)施工建設(shè)。1.4.2主要內(nèi)容1）隧道地表沉降控制技術(shù)；2）公路隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)；3）軟弱破碎圍巖支護(hù)技術(shù)。2公路隧道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)2.1綜述近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)尤其是我國(guó)城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國(guó)地質(zhì)復(fù)雜，有平原也有山脈，全國(guó)的地勢(shì)比較的復(fù)雜，因此我國(guó)城鄉(xiāng)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的難度很大，許多的高速公路、鐵路以及某些城鄉(xiāng)基層公路的建設(shè)的難度很大，需要挖隧道，但是我國(guó)的地勢(shì)又比較的復(fù)雜，隧道的建設(shè)對(duì)于地質(zhì)的要求很高，對(duì)于軟弱圍巖淺埋路段的隧道施工，是對(duì)隧道施工者的嚴(yán)峻要求，而軟弱圍巖淺埋路段的隧道施工技術(shù)對(duì)于我國(guó)隧道的建設(shè)和發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，也對(duì)我國(guó)城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)具有重大影響。2.2隧道施工方案的確定對(duì)于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工方案的選擇，對(duì)于隧道施工的質(zhì)量和效率具有重要作用。事實(shí)上，對(duì)于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工，我國(guó)已經(jīng)有許多比較成熟的方案了，但是，為了保證隧道施工的安全性，以及考慮到我國(guó)復(fù)雜的地址環(huán)境和不均衡地勢(shì)條件，對(duì)于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工，我們應(yīng)該選擇更加適合的方案。例如，我們可以采用“crd”方法進(jìn)行隧道施工，通常采用直徑為42mm，長(zhǎng)4．1m的超前小導(dǎo)管支護(hù)，80cm×80c長(zhǎng)4m中空錨桿，i18型工字鋼縱向間距o．75m，鋼筋網(wǎng)錨噴支護(hù)厚25cm。由于該地段屬于軟弱圍巖淺埋地段，地表松散，不穩(wěn)固，巖石的風(fēng)化異常的嚴(yán)重，為了保證施工的安全以及保證隧道的安全和質(zhì)量，我們應(yīng)該采用比較比crd更加合適的方法進(jìn)行隧道的施工。因此決定采用正臺(tái)階法分部開(kāi)挖方案，并對(duì)該段地表進(jìn)行注漿固結(jié)(范圍30m×30m，注漿孔直徑110mm，間距2．5m×2．5m，梅花形布置，孔深不小于10m)，加固地層，提高巖層承載力，減小地表沉降。同時(shí)，將鋼架縱向間距減小到o．5m。在對(duì)該段開(kāi)挖前1個(gè)月進(jìn)行注漿，嚴(yán)格控制洞內(nèi)爆破施工。2.3公路軟弱圍巖淺埋段隧道施工技術(shù)和方法對(duì)于該高速公路軟弱圍巖淺埋段的隧道施工我們通常采用格柵鋼架、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿結(jié)合噴射砼、錨桿、鋼筋網(wǎng)的支護(hù)技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)可以有效加固侵蝕地表的不穩(wěn)定性，使得高速公路軟弱圍巖淺埋段的隧道施工更加的安全，也使得隧道的安全性得到很大的提高。2.3.1首先需要對(duì)高速公路隧道的洞口進(jìn)行加固隧道的洞口采取錨、網(wǎng)、噴砼進(jìn)行聯(lián)合加固。洞口邊仰坡采用(p22錨桿(錨固劑錨固)、鋼筋網(wǎng)及噴射砼防護(hù)。錨桿長(zhǎng)l=3．5m，間距為1．2×1．2m，梅花形垂直巖面布置，錨桿外露5cm。錨桿安裝后，在坡面t初噴5cm厚的2004砼，然后布設(shè)鋼筋網(wǎng)覆蓋，同時(shí)在錨桿頂部設(shè)25cm×25cm(厚10mm)的錨桿媲板，將鋼筋網(wǎng)焊接在錨桿上。進(jìn)洞前，在隧道拱部開(kāi)挖弧形以外布設(shè)超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管的安設(shè)采用鉆孔打入法。將風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)回轉(zhuǎn)爪拆除，借助沖擊錘將小導(dǎo)管導(dǎo)管打入巖體，外插角為8—10。對(duì)強(qiáng)行打入的小導(dǎo)管在注漿前用高壓風(fēng)沖洗管內(nèi)砂石。注漿前，首先進(jìn)行壓水試驗(yàn)，以便檢查機(jī)具設(shè)備是否正常，管路連接是否正確。注漿壓力控制在o．5—1．5mp之間，單管注漿量達(dá)到0．05m3時(shí)，應(yīng)證即停止注漿。注漿漿液采用單液注漿，水泥為425。普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1：o.8：l，單管注漿量為：q=·r2·l·‘n·a·b，式中：r為漿液擴(kuò)散半徑，拱部為20cm；l為小導(dǎo)管長(zhǎng)度，3．5m；n為巖體空隙率，經(jīng)測(cè)試為0．11；a為漿液充填率，取o.85；b為漿液損耗系數(shù)，取1.15，因此，單根小導(dǎo)管注漿量為0．05立方米。注漿結(jié)束8小時(shí)后即可進(jìn)行開(kāi)挖施工。2.3.2采用工字鋼拱架加固隧道表面為保證鋼架置于穩(wěn)固的地基上，施工中在鋼架基腳部位預(yù)留0．15～0．2m原地基，架立鋼架時(shí)挖槽就位，并在鋼架基腳處設(shè)槽鋼以增加基底承載力；在安設(shè)過(guò)程中當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙時(shí)設(shè)騎馬墊塊，鋼架與圍巖接觸的距距離不大于50cm。為增強(qiáng)鋼架的整體穩(wěn)定性，將鋼架與錨桿焊接在一起，各種鋼架設(shè)縱向連接鋼筋，其直徑為d25mm，縱向連接鋼筋按環(huán)向間距1.0m設(shè)置。鋼架架立后盡快施作噴砼，并將鋼架全部覆蓋，使鋼架與噴砼共同受力。噴砼分層進(jìn)行，每層厚度5～6cm左右，開(kāi)挖后立即噴射混凝土，從拱腳或墻腳向上噴射，然后架立格柵鋼架，最后進(jìn)行復(fù)噴混凝土，復(fù)噴前先按45度角對(duì)墻面進(jìn)行噴射，噴射砼超過(guò)第一層鋼筋后，再垂直墻面進(jìn)行復(fù)噴砼，確保鋼架與噴砼間密室度。2.3.3地表注漿加固地面對(duì)于軟弱圍巖淺埋地段的隧道建設(shè)，特別要注意對(duì)該地段的地表進(jìn)行加固。對(duì)于該地段地表的加固，我們通常采用的是對(duì)地表進(jìn)行注漿的方法來(lái)加固。這個(gè)漿就是混凝土，這是目前處理地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)工程建設(shè)的最先進(jìn)的方法。對(duì)地表進(jìn)行加固，首先要在該地段的地表上深挖多個(gè)大坑，每個(gè)大坑的距離不要太遠(yuǎn)，然后將已經(jīng)攪拌好的混凝土砂漿澆筑到已挖好的大坑里，然后就等著大坑的混凝土自動(dòng)凝固。對(duì)于地表大坑的注漿不是一次注漿就能完成的，要進(jìn)行多次注漿，并且每次注漿應(yīng)當(dāng)間隔一定的時(shí)間，以保證注漿的效果更加的好。同時(shí)，我們?cè)趯?duì)地表注漿的時(shí)候，我們還應(yīng)該加大對(duì)注漿質(zhì)量的檢查，如果發(fā)現(xiàn)注漿不夠完善，特別發(fā)現(xiàn)大坑不夠穩(wěn)固的時(shí)候，我們應(yīng)該及時(shí)報(bào)告，停止后續(xù)的施工，對(duì)有問(wèn)題的大坑進(jìn)行重新注漿，并重復(fù)前面的動(dòng)作和程序。采用這種方法可以有效的在侵蝕性地表上進(jìn)行施工隧道的建設(shè)，并且可以有效的保證軟弱圍巖淺埋段的隧道安全。2.3.4采用洞身開(kāi)挖的方法進(jìn)行加固我們知道高速公路隧道洞身對(duì)于隧道的安全是非常重要的。特別是在軟弱圍巖淺埋地段的隧道建設(shè)就更加應(yīng)該注重洞身的加固。對(duì)洞身的開(kāi)挖應(yīng)該講究一定的方法，并不是隨便開(kāi)挖就可以的，要知道這里畢竟是軟弱圍巖淺埋地段的隧道。對(duì)于洞身的開(kāi)挖，我們首先應(yīng)該對(duì)洞身的上半斷面進(jìn)行開(kāi)挖，應(yīng)為上半面對(duì)于隧道的加固具有重要影響，其次就要對(duì)洞身的下半斷面中槽位置進(jìn)行開(kāi)挖，再次就要對(duì)洞身的下半斷面馬口進(jìn)行跳挖，最后就要對(duì)洞身微仰拱進(jìn)行開(kāi)挖。開(kāi)挖的方法也是有技術(shù)講究的，開(kāi)挖采取弱爆破、短進(jìn)尺的方法進(jìn)行。在隧道襯砌輪廓線以外的周邊，按開(kāi)挖循環(huán)所需長(zhǎng)度，將小導(dǎo)管打入圍巖，利用注漿機(jī)的泵壓使?jié){液通過(guò)小導(dǎo)管管體的注漿孔滲透、擴(kuò)散到圍巖孔隙中，封閉地層中的縫隙、填充地穴，從而使圍巖的物理特性更加的明顯，對(duì)于加固地表以及隧道具有重要作用。2.4研究結(jié)論2.4.1采用大型三維數(shù)值模擬和工程類比等方法，并結(jié)合現(xiàn)有施工技術(shù)水平，分別對(duì)大跨段、連拱段以及極小凈距段的開(kāi)挖方法、開(kāi)挖順序、臺(tái)階長(zhǎng)度和開(kāi)挖步距、臨時(shí)支撐的拆除時(shí)機(jī)等進(jìn)行優(yōu)化，分析公軌隧道間巖體和公路小凈距隧道段巖柱可能出現(xiàn)的破壞模式，提出了近接輕軌隧道大跨分叉式公路隧道的開(kāi)挖方法和合理工序。2.4.2對(duì)于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工，我們應(yīng)該采用加固洞口，搭建鋼架結(jié)構(gòu)以及對(duì)隧道洞身進(jìn)行開(kāi)挖的方法來(lái)達(dá)到加固軟弱圍巖淺埋地段的地表，并進(jìn)而達(dá)到加固隧道的作用，保證隧道施工的質(zhì)量和安全。

3隧道地表沉降控制技術(shù)3.1概述地表沉降在隧道工程施工中屬于多發(fā)事故。沉降事故的發(fā)生與工程的地質(zhì)條件、施工方案的選擇等很多因素有關(guān)。在公路隧道工程施工中，由于工程所處地段的特殊性，一旦發(fā)生沉降事故，影響將十分嚴(yán)重。所以，在隧道工程的施工中進(jìn)行沉降控制是十分必要的。3.2原因分析3.2.1地面沉降發(fā)生的機(jī)理分析隧道工程以上地面的巖層或土層在自然狀態(tài)下，一般處于應(yīng)力平衡的穩(wěn)定狀態(tài)。在地下工程施工中，要通過(guò)人工、機(jī)械或者爆破等方式進(jìn)行土石方開(kāi)挖。土石方的移除、土石層孔隙水的排出，必然會(huì)改變土石地層的應(yīng)力狀態(tài)，使之處于非平衡狀態(tài)。這種狀態(tài)可以在短時(shí)間內(nèi)或者經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間效應(yīng)變化之后顯現(xiàn)出來(lái)，出現(xiàn)坍塌、變形等現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致地面沉降。3.2.2地面沉降發(fā)生的原因分析3.2.21）土層自身的特點(diǎn)：天然土體一般是由礦物顆粒構(gòu)成骨架體，孔隙水和氣體填充骨架體而組成的三相體系。飽和土由土顆粒和水組成，土顆粒之間存在膠結(jié)物，有些沒(méi)有粘結(jié)。但是它們都能傳遞荷載，從而形成傳力骨架，叫做土骨架。外載荷作用在土體上，一部分由孔隙水承擔(dān)，叫做孔隙水壓力，另一部分則由土骨架承擔(dān)，就是有效應(yīng)力，對(duì)引起壓縮和產(chǎn)生強(qiáng)度有效?？紫端畨毫梢苑殖蓛刹糠?，一個(gè)是靜水壓力，在荷載施加之前就存在，一個(gè)是超孔隙水壓力，由外載荷引起。土體的變形是孔隙流體及氣體體積減小、顆粒重新排列、顆粒間距離縮短和骨架體發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的結(jié)果。粘性土有一定的厚度，水總是在土層透水面先排出，使孔隙壓力降低然后向土層內(nèi)部傳遞。這種孔壓力降低的過(guò)程，一方面取決于土的滲透性，另一方面取決于在土中的位置。軟粘土的滲透系數(shù)很低，固結(jié)過(guò)程很長(zhǎng)。土體受外力后，土粒和孔隙中的流體均將發(fā)生位移。當(dāng)建筑物通過(guò)基礎(chǔ)將壓力傳遞給地基后或者土層下部通過(guò)土石方開(kāi)挖而失去支承，土體內(nèi)部將發(fā)生應(yīng)力變形。從而引起地基下沉或地表下沉。2）施工方案的選擇：預(yù)防沉降的發(fā)生，進(jìn)行正確的、可靠的支護(hù)是十分重要的。當(dāng)支護(hù)方法不當(dāng)或者失效的時(shí)候，難以使土層處于穩(wěn)定狀態(tài)，土層將失去穩(wěn)定性，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致地層沉降。3.2.21）巖石層的沉降與巖石層的地質(zhì)特點(diǎn)有直接關(guān)系：巖石在長(zhǎng)期的地質(zhì)演變中產(chǎn)生出褶皺、裂隙、斷層等地質(zhì)構(gòu)造。褶皺是巖石在構(gòu)造中受力形成的連續(xù)彎曲變形。巖石中沿?cái)嗔衙鏇](méi)有位移的斷裂為裂隙。褶皺巖層核部產(chǎn)生許多裂隙，而背斜頂部巖層易塌落，向斜核部是儲(chǔ)水豐富的地段，隧道隧道中易發(fā)生巖層的塌落、漏水及涌水。隧道隧道與褶皺走向一致時(shí)建筑中易發(fā)生巖層順層滑動(dòng)。斷層是兩盤(pán)巖石沿?cái)嗔衙姘l(fā)生位移的斷裂，一般伴有幾米到幾十米的巖石破碎帶。隧道隧道工程通過(guò)斷裂帶時(shí)易發(fā)生坍塌，車(chē)站建筑物易發(fā)生不均勻沉降等。2）施工方案的選擇：防排水、支護(hù)等施工方式的正確選擇以及方案的有效性都會(huì)影響到巖層沉降控制的效果。當(dāng)方案失效的時(shí)候，可能會(huì)導(dǎo)致生沉降的發(fā)生。3.2.3沉降控制技術(shù)的機(jī)理施工中會(huì)造成地層的地層損失、原始應(yīng)力狀態(tài)變化、土體固結(jié)、土體的蠕變，同時(shí)還可能發(fā)生支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形等情況的發(fā)生。所以，進(jìn)行地層沉降控制，其出發(fā)點(diǎn)是保持或者加強(qiáng)原有地層的穩(wěn)定性，維持其穩(wěn)定的應(yīng)力平衡狀態(tài)。3.3控制沉降措施資料表明，隧道施工引起地表沉陷的程度主要取決于：（1）地層和地下水條件；（2）隧道埋深和直徑；（3）施工方法。其中，施工方法的影響更為明顯。同樣的地質(zhì)條件和設(shè)計(jì)，不同的施工方法引起的地表沉陷會(huì)有很大的差異。因此，對(duì)隧道的施工方法進(jìn)行對(duì)比分析是建設(shè)者必須首先論證的問(wèn)題。隧道的施工方法主要有3種：明挖法、新奧法和盾構(gòu)法。明挖法由于對(duì)地面交通干擾大，且因敞開(kāi)作業(yè)對(duì)周?chē)h(huán)境千擾、污染嚴(yán)重，現(xiàn)在已經(jīng)較少使用。新奧法和盾構(gòu)法對(duì)環(huán)境干擾小，是主要的施工方法。下面結(jié)合地表沉陷的產(chǎn)生與控制措施對(duì)這2種施工方法進(jìn)行概述。3.3.1新奧法開(kāi)挖時(shí)控制措施所謂新奧法就是施工過(guò)程中充分發(fā)揮圍巖本身具有的自承能力，即洞室開(kāi)挖后，利用圍巖的自穩(wěn)能力及時(shí)進(jìn)行以噴錨為主的初期支護(hù)，使之與圍巖密貼，減小圍巖松動(dòng)范圍，提高自承能力，使支護(hù)與圍巖聯(lián)合受力共同作用。采用新奧法時(shí)主要的施工方法有：（1）全斷面開(kāi)挖法，原則上是一次完成設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面，是在穩(wěn)定的圍巖中采用的方法；（2）臺(tái)階開(kāi)挖法；（3）側(cè)壁導(dǎo)坑環(huán)型開(kāi)挖法，這是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差時(shí)所采用的一種方法，也是城市隧道抑制下沉?xí)r常用的方法。采用新奧法施工時(shí)，地面沉陷主要取決于開(kāi)挖的方法、初期支護(hù)及永久支護(hù)的時(shí)間和強(qiáng)度，有以下防止地面下沉的措施：（1）改變施工方法：縮短開(kāi)挖進(jìn)尺，如計(jì)劃1個(gè)循環(huán)1.5m，可縮短為1m或0.8m；不用全斷面開(kāi)挖方法，而用環(huán)型開(kāi)挖方法．（2）穩(wěn)定掌子面法：掌子面的穩(wěn)定是施工的前提條件，對(duì)于粘聚力小的土砂圍巖，應(yīng)選用輔助施工方法，如超前支護(hù)、開(kāi)挖面噴射混凝土和安設(shè)錨桿等。開(kāi)挖面超前支護(hù)是在開(kāi)挖面前方的圍巖內(nèi)插入鋼筋、鋼管和鋼板作為輔助性支護(hù)構(gòu)件，用以防護(hù)開(kāi)挖面及拱部以及防止圍巖松弛。插入的角度應(yīng)盡可能地小，以減少超挖量。開(kāi)挖面噴射混凝土應(yīng)盡早進(jìn)行，對(duì)于土砂圍巖，一般噴射3cm厚的混凝土就能防止開(kāi)挖面的局部塌落。（3）特殊施工法：有管棚法，擋墻施工法、從地表打錨桿法、特殊鋼板施工法（麥塞爾插板法）、注漿法和凍結(jié)法等。管棚法，是先在開(kāi)挖斷面外鉆孔，然后在管子的內(nèi)外注漿，以加固開(kāi)挖斷面。這種方法，可以加固堆積層和斷層破碎帶等不穩(wěn)定圍巖，能有效防止開(kāi)挖的圍巖松動(dòng)。但此法需要大量的設(shè)備。擋墻施工法，是在隧道的兩側(cè)（或一側(cè)）設(shè)置擋墻，控制隧道開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的松動(dòng)范圍。有混凝土連續(xù)墻法和鋼管、H型鋼和鋼插板等擋墻施工法。從地表打錨桿法，是在隧道開(kāi)挖之前，先從地表大致垂直地打入錨桿，四周用砂漿固結(jié)起來(lái)，這種方法能有效地防止地表下沉。特殊鋼插板施工法又稱麥塞爾插板法，可以加固開(kāi)挖面前方的圍巖，防止圍巖松動(dòng)。這種施工方法是采用特殊加工的鋼插板，用千斤頂將其頂入圍巖中。但巖層中夾有鵝卵石時(shí)，施工困難，在砂巖和泥巖中效果顯著。（4）動(dòng)態(tài)施工力學(xué)法，這種方法是由朱維申教授總結(jié)完善的，這種方法強(qiáng)調(diào)勘察、設(shè)計(jì)、施工、科研各環(huán)節(jié)的緊密配合，能有效減少圍巖的松動(dòng)區(qū)，抑制地表沉降量。3.3.2盾構(gòu)法開(kāi)挖時(shí)控制措施盾構(gòu)法是在地下暗挖隧道的一種有效方法。施工中，先在隧道的某一端建造豎井或基坑，以供盾構(gòu)安裝就位。盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開(kāi)孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計(jì)軸線，向著另一豎井或基坑的設(shè)計(jì)孔洞推進(jìn)。盾構(gòu)推進(jìn)中所受的阻力，通過(guò)盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已拼裝的預(yù)制隧道襯砌結(jié)構(gòu)，再傳到豎井或基坑的后靠壁上。盾構(gòu)是這種施工方法中最主要的獨(dú)特的施工機(jī)具，它是一個(gè)既能支承地層壓力又能在地層中推進(jìn)的圓形或矩形或馬蹄形等特殊形狀的鋼筒結(jié)構(gòu)。在鋼筒結(jié)構(gòu)的前面設(shè)置各種類型的支撐和開(kāi)挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)面安裝頂進(jìn)所需的千斤頂，鋼筒尾部是具有一定空間的殼狀體，在盾尾可以拼裝1～2環(huán)預(yù)制的隧道襯砌環(huán)。盾構(gòu)每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護(hù)下拼裝l環(huán)襯砌，并及時(shí)地向緊靠盾尾后面的開(kāi)挖坑道周邊與襯砌環(huán)外周之間的空隙中壓注足夠的漿體，以防止隧道及地面下沉。盾構(gòu)施工中引起的地層損失和盾構(gòu)隧道周?chē)軘_動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是地面沉降的基本原因。3.3.2.1引起地層損失的施工及其他因素是：（1）開(kāi)挖面土體移動(dòng)。當(dāng)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，開(kāi)挖面土體受到的水平支護(hù)應(yīng)力小于原始側(cè)向力，開(kāi)挖土體向盾構(gòu)內(nèi)移動(dòng)，引起地層損失而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降；當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，如作用在正面的土體的推力大于原始側(cè)向力，則正向土體向上、向前移動(dòng)，引起地層損失（欠挖）而導(dǎo)致盾構(gòu)前上方土體隆起。（2）盾構(gòu)后退。在盾構(gòu)暫停推進(jìn)中，由于盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂漏油回縮而可能引起盾構(gòu)后退，使開(kāi)挖面土體坍落或松動(dòng)，造成地層損失。（3）土體擠入盾尾空隙。由于盾尾后面隧道外周建筑空隙中壓漿不及時(shí)，壓漿量不足，壓漿壓力不恰當(dāng)，使盾尾后周邊土體失去原始三維平衡狀態(tài)，而向盾尾空隙中移動(dòng)，引起地層損失。（4）改變推進(jìn)方向。盾構(gòu)在曲線推進(jìn)、糾偏、抬頭推進(jìn)或叩頭推進(jìn)過(guò)程中，實(shí)際開(kāi)挖面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。（5）盾構(gòu)移動(dòng)對(duì)地層的摩擦和剪切。（6）在土壓力作用下，隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會(huì)引起少量的地層損失。3.3.2.2受擾動(dòng)土的固結(jié)盾構(gòu)隧道土體受到盾構(gòu)施工的擾動(dòng)后，便在盾構(gòu)隧道的周?chē)纬沙紫端畨毫^(qū)（正值或負(fù)值）。當(dāng)盾構(gòu)離開(kāi)該處地層后，由于土體表面壓力釋放，隧道周?chē)目紫端畨毫Ρ阆陆?。在超孔隙水壓力釋放過(guò)程中，孔隙水排出，引起地層移動(dòng)和地面下降。此外，由于盾構(gòu)推進(jìn)中的擠壓作用和盾尾后的壓漿作用的施工因素，使周?chē)貙有纬烧档某紫端畨簠^(qū)。其超孔隙水壓力，在盾構(gòu)隧道施工后的一段時(shí)間內(nèi)復(fù)原，在此過(guò)程中地層發(fā)生排水固結(jié)變形，引起地面沉降。土體受擾動(dòng)后，土體骨架還會(huì)有持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間的壓縮變形，在此過(guò)程中發(fā)生的地面沉降稱為次固結(jié)沉降。在孔隙比和靈敏度較大的軟塑和流塑性粘土中，次固結(jié)沉降往往要持續(xù)幾年以上，它所占的沉降量比例可高達(dá)35％以上。從盾構(gòu)法施工引起地面沉陷的原因可以看出，控制盾構(gòu)施工參數(shù)如推力、推速、正面土壓、同步注漿量和壓力等，可有效地抑制其引起的地面沉陷。3.4應(yīng)急處理措施隧道工程中地表沉降事故的發(fā)生，一般由地下空間的塌方、爆破、支護(hù)不當(dāng)或者失效等事故直接引起，容易造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。所以，針對(duì)地鐵施工中沉降事故的發(fā)生，制定和實(shí)施一套健全的應(yīng)急預(yù)案是相當(dāng)重要的。應(yīng)急預(yù)案是指未來(lái)加強(qiáng)對(duì)重大事故的處理能力，防止事故擴(kuò)大，使事故損失降到最低限度，而根據(jù)實(shí)際情況制定的事故應(yīng)急救援對(duì)策。通過(guò)制定應(yīng)急預(yù)案并進(jìn)行必要的演練，事故發(fā)生時(shí)采取正確的應(yīng)對(duì)措施，一方面可以控制事故的影響范圍，降低人員傷害呵財(cái)產(chǎn)損失，另一方面可以避免人為措施的失當(dāng)造成的事故擴(kuò)大。3.4.1人員配置及組織管理應(yīng)急處置所需的人員有三個(gè)方面：指揮人員、沉降事故處理技術(shù)人員、應(yīng)急處置輔助人員（包括醫(yī)療救護(hù)、設(shè)備物料運(yùn)送、其他人員）。人員的組織管理要建立起一個(gè)完善的組織體系，實(shí)行明確的分工，擁有高效的協(xié)調(diào)機(jī)制。3.4.2應(yīng)急處置所需設(shè)備、物料的儲(chǔ)備與管理應(yīng)急所需設(shè)備和物料是進(jìn)行應(yīng)急處置的基礎(chǔ)，所需設(shè)備、物料的配備和使用管理關(guān)系到應(yīng)急響應(yīng)能否有效進(jìn)行。一方面設(shè)備、物料的全面配備要有嚴(yán)格的組織程序保障，另一方面對(duì)所配備設(shè)備、物料的嚴(yán)格保養(yǎng)、檢驗(yàn)也要寫(xiě)進(jìn)組織程序。這樣才能保證設(shè)備物料的有效性。3.4.3沉降事故應(yīng)急響應(yīng)程序的制定事故發(fā)生在時(shí)間上具有突發(fā)性，應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)必須在短時(shí)間內(nèi)完成。那么，如何使應(yīng)急預(yù)案在短時(shí)間內(nèi)全面協(xié)調(diào)地運(yùn)作起來(lái)就成為事故處置效果的關(guān)鍵影響因素。應(yīng)急預(yù)案的啟動(dòng)在短時(shí)間內(nèi)的啟動(dòng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要調(diào)動(dòng)起人員、設(shè)備、物料等多方面因素。這需要有快捷的通訊聯(lián)絡(luò)技術(shù)、指揮者扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)和敏捷的處理能力、有效的人員協(xié)調(diào)機(jī)制。3.5研究結(jié)論3.5.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和數(shù)值模擬計(jì)算，研究連拱隧道引起的上覆地層位移大小和分布、地層失水等引起的密集建（構(gòu)）筑物整體和局部變形規(guī)律以及對(duì)建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)安全性的影響程度進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)估，即可及時(shí)調(diào)整施工方案和支護(hù)參數(shù)。3.5.2按照控制巖體變形的方法進(jìn)行施工，模筑鋼格柵拱砼技術(shù)，可確保建（構(gòu)）筑物沉降（差異沉降）控制在要求的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，使建筑物不產(chǎn)生功能性破壞。

4軟弱破碎圍巖支護(hù)技術(shù)4.1概述軟弱破碎圍巖對(duì)隧道大變形的破壞較為普遍，洞室開(kāi)挖后圍巖變形較大。對(duì)隧道施工狀況以及變形機(jī)理分析表明：此軟弱圍巖需要采用預(yù)支護(hù)和加強(qiáng)初期支護(hù)措施來(lái)承載施工期間的主要荷載（全部土壓力、部分水壓力），以控制圍巖變形，到達(dá)圍巖平衡穩(wěn)定。4.2隧道圍巖變形影響因素4.2.1工程地質(zhì)因素在隧道圍巖變形諸多地質(zhì)因素之中，巖體的性質(zhì)是內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用的結(jié)果，主要以巖塊的堅(jiān)硬程度和結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出來(lái)。巖體強(qiáng)度主要取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，巖體的結(jié)構(gòu)特征主要取決于結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。因此影響隧道穩(wěn)定性的地質(zhì)因素可以最終歸納為巖塊的堅(jiān)硬程度、巖塊的完整程度、結(jié)構(gòu)面性質(zhì)和空間組合、地下水及地應(yīng)力等。對(duì)于興源隧道的圍巖情況，全風(fēng)化的炭質(zhì)泥巖，呈散體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面交錯(cuò)復(fù)雜。而散體結(jié)構(gòu)巖層一般經(jīng)受十分劇烈的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)后由斷層泥、巖粉、壓碎的巖石碎屑、碎塊等組成，巖層走向和傾向變化極不規(guī)則。這類圍巖強(qiáng)度低，幾乎沒(méi)有自穩(wěn)能力。這種圍巖開(kāi)挖后，地應(yīng)力重新分布，若沒(méi)有及時(shí)且強(qiáng)有力地支護(hù)，圍巖很快由彈性變形進(jìn)入松弛變形，出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。4.2.2設(shè)計(jì)及施工因素隧道圍巖失穩(wěn)變形除了受地質(zhì)條件的影響外，還受設(shè)計(jì)施工的影響。設(shè)計(jì)施工影響主要是指隧道的斷面形狀、尺寸、埋深、開(kāi)挖方法、施工工序、支護(hù)形式等工程活動(dòng)的影響。4.2.2對(duì)于相同類型的隧道，開(kāi)挖空間越大，開(kāi)挖時(shí)釋放荷載越大，開(kāi)挖后的二次應(yīng)力也相應(yīng)增大，導(dǎo)致圍巖變形顯著，而興源隧道出口設(shè)計(jì)斷面面積為143m3，因有預(yù)留量，實(shí)際開(kāi)挖斷面有169m4.2.2隧道開(kāi)挖后由于應(yīng)力重分布，應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化。施工中采用不同的開(kāi)挖工法對(duì)開(kāi)挖后圍巖的二次、三次應(yīng)力有很大的影響。針對(duì)軟弱圍巖一般采用分部開(kāi)挖，優(yōu)點(diǎn)是每次的應(yīng)力變化不大，缺點(diǎn)是由于擾動(dòng)次數(shù)過(guò)多，易造成圍巖變形累計(jì)增加。由附圖三可知，DK412+270斷面上臺(tái)階新開(kāi)挖后沉降量最大，中臺(tái)階、下臺(tái)階開(kāi)挖到此時(shí)，下沉量會(huì)凸顯，直至仰拱施作完畢成環(huán)后才趨于穩(wěn)定。4.2由于支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，減小了圍巖塑性圈的范圍。因此，支護(hù)結(jié)構(gòu)直接影響圍巖的應(yīng)力和變形，限制了隧道開(kāi)挖引起的圍巖變形，使收斂變形逐漸減小。破碎圍巖開(kāi)挖后自穩(wěn)能力差，如果快速、及時(shí)的施加支護(hù)系統(tǒng)，可以迅速給松動(dòng)巖體提供支護(hù)抗力，減小對(duì)深部巖體的傳遞，也能有效降低圍巖的變形。同時(shí)根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)可得出，洞室開(kāi)挖后支護(hù)結(jié)構(gòu)在其應(yīng)力、應(yīng)變的變化特征與原始圍巖平衡狀態(tài)下巖性等方面相似，若要其洞室穩(wěn)定，那么支護(hù)結(jié)構(gòu)就要發(fā)揮原始圍巖平衡狀態(tài)時(shí)的力學(xué)要求及圍巖特性。據(jù)此可以提出很多支護(hù)措施的理念。舉例說(shuō)明：洞室開(kāi)挖后，圍巖情況為：巖體風(fēng)化不均勻，洞室中部巖石為強(qiáng)風(fēng)化或弱風(fēng)化，強(qiáng)度高，拱墻附近巖石強(qiáng)風(fēng)化至全風(fēng)化，巖石間解理面光滑且圍巖較破碎，自身強(qiáng)度不高（中部巖石強(qiáng)度遠(yuǎn)大于拱墻巖石強(qiáng)度）；洞室未開(kāi)挖之前巖體處于平衡狀態(tài)，若山體內(nèi)部壓應(yīng)力極大，而拱墻圍巖由于巖體摩擦系數(shù)低等自穩(wěn)能力較差，并且強(qiáng)度低的巖石無(wú)法承擔(dān)其應(yīng)力，所以中部強(qiáng)度較高的巖石地應(yīng)力極大，此時(shí)中部巖石承擔(dān)了穩(wěn)定洞室平衡的關(guān)鍵。若開(kāi)挖后為使其圍巖穩(wěn)定，那么該支護(hù)結(jié)構(gòu)就要承擔(dān)類同中部巖體的抗應(yīng)力，如果支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低于原中部巖石強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)初支開(kāi)裂甚至拱架扭斷等現(xiàn)象；此種圍巖的支護(hù)措施可以增大拱墻圍巖摩擦系數(shù)，改善拱墻圍巖受力性，加強(qiáng)初支支護(hù)強(qiáng)度等。4.2.2隧道主要施工工序，如開(kāi)挖、初期支護(hù)、仰拱及二襯等工序是影響隧道變形的主要因素。隧道區(qū)巖體極易受到施工擾動(dòng)而發(fā)生相應(yīng)的變形。4.2.2隧道初期支護(hù)后，變形逐漸趨于穩(wěn)定，但由于受后期施工影響，圍巖變形表現(xiàn)為小幅震蕩變化特征。對(duì)于興源隧道出口自穩(wěn)能力很差的圍巖受后續(xù)施工尤為顯著，若仰拱與掌子面的步距過(guò)長(zhǎng)，造成遠(yuǎn)離仰拱斷面縱向變位大，引起周?chē)貙拥臄_動(dòng)，塑性區(qū)增大，使拱腳位置附近受力大而失穩(wěn)。比如興源隧道DK412+270段仰拱距離掌子面58m，以致洞室開(kāi)挖后拱頂會(huì)迅速下降，圍巖變形壓力迅速轉(zhuǎn)化為松弛壓力，圍巖進(jìn)入松弛狀態(tài)，及很快從非穩(wěn)定平衡狀態(tài)進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)。4.2.2有研究表明：圍巖開(kāi)挖后與時(shí)間等有著函數(shù)關(guān)系。對(duì)于軟弱破碎的圍巖，特別是粘土質(zhì)巖、泥巖等有明顯的流變性質(zhì)。洞室開(kāi)挖后會(huì)有明顯的拱頂沉降；原始圍巖隨著時(shí)間的增加，風(fēng)化程度也會(huì)隨著圍巖與溫度、濕度接觸后加劇。詳見(jiàn)附圖四.附圖四

Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖穩(wěn)定距離/時(shí)間正態(tài)分布參數(shù)類別o/mo/mo/do/dⅣ級(jí)圍巖上臺(tái)階77.9032.7845.8022.32Ⅳ級(jí)圍巖下臺(tái)階42.1219.0721.008.27Ⅴ級(jí)圍巖上臺(tái)階87.1142.7046.0519.53Ⅴ級(jí)圍巖下臺(tái)階54.0326.3331.429.81注：o為位置參數(shù)，o為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。從上面可以得出仰拱、二襯與掌子面的距離要求以及施做完畢的時(shí)間要求。4.3隧道圍巖變形支護(hù)原理隧道穩(wěn)定基本原理：“充分發(fā)揮圍巖的自