中國公路隧道技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展140

中國公路路隧道技技術(shù)的現(xiàn)現(xiàn)狀與發(fā)發(fā)展——更加安全全、快捷捷、環(huán)保保、節(jié)約約重慶交通通科研設(shè)設(shè)計(jì)院院院長國國家山山區(qū)公路路工程技技術(shù)研究究中心主主任中中國公公路學(xué)會(huì)會(huì)隧道工工程分會(huì)會(huì)理事事長中中國土木木學(xué)會(huì)隧隧道與地地下分會(huì)會(huì)副理事事長蔣樹屏（研究員、、工學(xué)博博士）劈山開道道，破壞壞環(huán)境，，邊坡失失穩(wěn)——漸成歷史史逢山穿隧隧，保護(hù)護(hù)環(huán)境，，減少征征地——已成共識(shí)識(shí)遇水架橋——未必定義水下隧道道——多種選擇擇咱們共同同討論我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況2環(huán)保型隧隧道建設(shè)設(shè)技術(shù)研研究與實(shí)實(shí)踐3隧道監(jiān)控控量測及及圍巖分分級(jí)技術(shù)術(shù)創(chuàng)新11、我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況二十多年年來，中中國公路路建設(shè)蓬蓬勃發(fā)展展。截至至2007年底，我我國公路路及隧道道建設(shè)規(guī)規(guī)模如下下表所示示：1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況總里程同比增長公路358.37萬公里3.67%等級(jí)公路253.54萬公里11.06%高速公路5.39萬公里18.06%隧道2555.5公里38.75%4673座23.36%隧道同比比?公路路同比公路，向大山延伸環(huán)保，正深入人心用地，將更加節(jié)約表明:我國大陸陸特長公公路隧道道No.隧道名長度(m)位置車道通風(fēng)方式1秦嶺終南山隧道

18020陝西2×23豎井分段縱向式

2大坪里隧道

12290甘肅2×22豎井分段縱向式

3包家山隧道11500陝西2×23斜井分段縱向式4寶塔山隧道10391山西2x2豎斜井送排式縱向通風(fēng)5泥巴山隧道9985四川2x2斜井+豎井分段縱向式6麻崖子隧道9000甘肅2x2斜豎井送排+射流風(fēng)機(jī)縱向7龍?zhí)端淼?700湖北2×2立坑送排+射流風(fēng)機(jī)縱向式8米溪梁隧道7923陜西2×2左(右)洞單井送排式通風(fēng)9括蒼山隧道7930浙江2×2縱向式+半橫流式(排煙)10方斗山隧道7581重慶2×22座斜井送排式縱向通風(fēng)1我國公路路山嶺隧隧道建設(shè)設(shè)情況No.隧道名長度(m)位置車道通風(fēng)方式1廈門海底隧道(鉆爆)5960福建3×2豎井送排+射流風(fēng)機(jī)縱向式2上海長江隧道(盾構(gòu)）8955上海3×2橫向式3

武漢長江隧道(盾構(gòu))3630湖北2×2橫向式4

上中路隧道（盾構(gòu)）2800上海2×2橫向式（雙層雙向

）5

復(fù)興東路隧道

盾構(gòu)）2785上海3×2橫向式（雙層雙向

）6

南京玄武湖隧道(盾構(gòu))2660南京3×2

7

大連路隧道(盾構(gòu))2566上海2×2橫向式8

外環(huán)越江隧道(沉管)2882上海4×2縱向式9

珠江隧道(沉管)1238廣東3+3縱向式（道路、鐵道并用）10

寧波常洪隧道(沉管)1053浙江2×1縱向式我國主要要水下公公路隧道道1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況No.隧道名長度(m)位置車道數(shù)x隧道洞數(shù)1白鶴嘴隧道1240重慶4x22龍頭山隧道1020廣東4×23萬石山隧道1170福建

最寬處25.89m的地下立交4大閣山隧道496貴州4×15金州隧道521遼寧4×16雅寶隧道260廣東4×27金雞山隧道200福建4×2(連拱)8羅漢山隧道300福建4×2(連拱)9魁岐隧道1596.1福建最寬處27.42m的地下立交我國大跨跨徑公路路隧道1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況公路隧道道標(biāo)準(zhǔn)斷斷面1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況2車道A=65m2高寬比=0.673車道A=96m2高寬比=0.544車道A=136m2高寬比=0.48連拱隧道道小凈距隧隧道1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況3車道隧道道（深圳大大梅沙））連拱隧道道(南峰)小凈距隧隧道（福福建聯(lián)南南）雙洞8車道隧道道（深圳雅雅寶）秦嶺北口口1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況▇秦嶺終南南山隧道道——位于國家家高速公公路網(wǎng)包包-茂線陜西西境內(nèi)，，是世界界建設(shè)規(guī)規(guī)模最大大的高速速公路隧隧道(長2×18.02km)，最大埋埋深超過過1700m。于2007年1月試通車車為通風(fēng)與與防災(zāi)，，采取豎豎井送排排式縱向向通風(fēng)方方式，設(shè)設(shè)置三座座換風(fēng)豎豎井及地地下機(jī)房房，豎井井直徑為為11.5m，井深661m。通風(fēng)主主要按照照正常運(yùn)運(yùn)營和火火災(zāi)工況況下需風(fēng)風(fēng)量設(shè)計(jì)計(jì)。交通通量按2025年交通量量N=25849輛/日，2035交通量N=45000輛/日；為了降低低駕駛員員長時(shí)間間在隧道道內(nèi)行駛駛的疲勞勞，每座座隧道洞洞內(nèi)共設(shè)設(shè)三處特特殊照明明帶，每每處特殊殊照明區(qū)區(qū)段長150m，寬20.9m(隧道標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)寬:10.5m)，高11.9m(隧道標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)高:7.6m)。1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況秦嶺，是是黃河與與長江兩兩大水系系的分水水嶺；終終南山隧隧道，打打通了這這一天然然屏障，，實(shí)現(xiàn)了了南北交交通，其其意義重重大，令令國人驕驕傲。其其工程浩浩大、技技術(shù)復(fù)雜雜，令國國際注目目。2007年10月，出席席全國公公路隧道道學(xué)術(shù)大大會(huì)的220多位隧道道工作者者在考察察該隧道道后，稱稱它為““人類文文明的偉偉大作品品世世界交交通的重重大工程程”。南側(cè)業(yè)主主單單位位：：陜西秦嶺嶺終南山山公路隧隧道有限限公司主要設(shè)計(jì)計(jì)單位：：中鐵第第一勘察察設(shè)計(jì)院院重慶交通通科研設(shè)設(shè)計(jì)院主要施工工單位：：中鐵一一局、五五局、十十二局、、十八局局等主要科研研單位：：陜西省省公路局局重慶交通通科研設(shè)設(shè)計(jì)院長安大學(xué)學(xué)西南交通通大學(xué)等等秦嶺終南南山隧道道采用了了當(dāng)今山山嶺隧道道建設(shè)的的最新技技術(shù),是全世界界工程技技術(shù)人員員智慧的的結(jié)晶廈門翔安安隧道地地質(zhì)縱剖剖面圖1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況▇廈門翔安安隧道——我國第一一座鉆爆爆法開挖挖的六車車道海底底公路隧隧道，工工程中遇遇到大量量軟弱地地層和風(fēng)風(fēng)化槽(囊)，采取了了超前預(yù)預(yù)注漿加加固、CRD、雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑等等多種工工法，目目前工程程進(jìn)展較較為順利利。隧道長5960m。為通風(fēng)風(fēng)與防災(zāi)災(zāi)，采取取豎井送送排式縱縱向通風(fēng)風(fēng)方式，，在淺海海區(qū)域設(shè)設(shè)置二座座換風(fēng)豎豎井。主隧道換風(fēng)豎井避難通道服務(wù)隧道排風(fēng)道排煙道1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況廈門翔安安隧道主主要構(gòu)成成示意圖圖1我國公路路隧道建建設(shè)基本本情況進(jìn)口——隧道由地地表軟弱弱地層逐逐步進(jìn)入入海底主隧道服務(wù)隧道隧道進(jìn)口——采用CRD工法控制圍圍巖變形1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況主隧道洞身身——采用雙側(cè)壁壁導(dǎo)坑法開開挖和支護(hù)護(hù)業(yè)主單位：：廈門路橋有有限公司設(shè)計(jì)單位：：中交第二二公路勘察察設(shè)計(jì)院重慶交通科科研設(shè)計(jì)院院施工單位：：中鐵隧道道局、十八八局、中鐵一局、、二十二局局等科研單位：：北京交通通大學(xué)等等▇廈門萬石山山地下立交交隧道——為目前我國國第一座大大型暗挖地地下互通式式立交，既既有平面分分岔結(jié)構(gòu)，，又有上下下交叉結(jié)構(gòu)構(gòu)。1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況大跨結(jié)構(gòu)段段寬25.8m連拱段為不不對稱結(jié)構(gòu)構(gòu)小凈距段中中夾巖1.42m匝道匯合處處的大跨隧隧道的斷面面沒有采采用常規(guī)的的喇叭口式式漸變結(jié)構(gòu)構(gòu)，而是以以一側(cè)邊墻墻為基準(zhǔn)，，采用單側(cè)側(cè)分段擴(kuò)大大的結(jié)構(gòu)型型式，并逐逐漸過渡至至連拱隧道道和小凈距距隧道，最最后過渡至至正常的分分離式隧道道。1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況隧道立交處處施工方法法——先開挖上行行隧道至設(shè)設(shè)計(jì)開挖線線，施作完完成初期支支護(hù)，再開開挖隧道下下穿段，澆澆注下穿隧隧道二次襯襯砌，設(shè)防防水板并回回填后，最最后澆注上上行隧道邊邊梁及二次次襯砌。1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況業(yè)主單位：：廈門路橋有有限公司設(shè)計(jì)單位：：重慶交通通科研設(shè)計(jì)計(jì)院施工單位：：中鐵隧道道局等▇上海崇明長長江隧道——上海長江隧隧橋工程全全長25.5km，為六車道道高速公路路，采用““南隧北橋橋”方案，，是世界上最最大的隧橋橋結(jié)合工程程之一，南側(cè)長江隧隧道長2×8955m。長江大橋1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況上海長江盾盾構(gòu)隧道直直徑為15m，內(nèi)徑13.7m，盾構(gòu)隧道道段長7.47Km，是世界上上最大直徑徑的盾構(gòu)隧隧道，也是是世界上最最長的水底底隧道之一一。隧道內(nèi)上部部為公路，，下部為軌軌道和避難難通道。1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況上海長江盾盾構(gòu)隧道進(jìn)進(jìn)口1我國公路隧隧道建設(shè)基基本情況養(yǎng)生中的盾盾構(gòu)管片施工中的上上海長江隧隧道22、環(huán)保型隧道道建設(shè)技術(shù)術(shù)研究與實(shí)實(shí)踐前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用Advancedtunnelentranceconstructionmethodandtheapplication蔣樹屏屏重慶交通科科研設(shè)計(jì)院院常務(wù)副副院長兼總總工程師交通部專家家委員會(huì)委委員、博士士、博士生生導(dǎo)師中國公路學(xué)學(xué)會(huì)隧道工工程分會(huì)理理事長中國土木工工程學(xué)會(huì)隧隧道與地下下分會(huì)副理理事長1問題的提出出《規(guī)范》：7.1.2隧道應(yīng)遵循循“早進(jìn)洞洞、晚出洞洞”的原則則，不得大大挖大刷，，確保邊坡坡及仰坡的的穩(wěn)定。7.1.4洞門設(shè)計(jì)應(yīng)應(yīng)與自然環(huán)環(huán)境相協(xié)調(diào)調(diào)。保證隧道洞口山體穩(wěn)定保護(hù)隧道洞口自然環(huán)境2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用7.2.1洞口的邊坡坡及仰坡必必須保證穩(wěn)穩(wěn)定。有條條件時(shí)，應(yīng)應(yīng)貼壁進(jìn)洞洞；條件限限制時(shí)，邊邊坡及仰坡坡的設(shè)計(jì)開開挖最大高高度可按表表7.2.1控制。表7.2.1洞口邊、仰仰坡控制高高度注：設(shè)計(jì)開開挖高度系系從路基邊邊緣算起。。圍巖分級(jí)I～ⅡⅢⅣV～Ⅵ邊、仰坡率貼壁1:0.31:0.51:0.51:0.751:0.751:11:1.251:1.25L:1.5高度(m)15202520251518201518普通の施工工法では、、坑口付けけにあたっっては土被被りとしてて最小2～3メートル程程度を確保保するもののとしますす。日本道路公公團(tuán)《隧道設(shè)計(jì)要要領(lǐng)》：2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用兩洞間的土埂被挖切“土埂”部壁2采用傳統(tǒng)施施工方法的的設(shè)計(jì)與施施工2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用20m以上采用傳統(tǒng)施施工方法的的設(shè)計(jì)與施施工實(shí)例2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用兩洞間的土埂被挖切2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用普通の施工工法では、、坑口付けけにあたっっては土被被りとしてて最小2～3メートル程程度を確保保するもののとしますす。傳統(tǒng)拉槽2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用噴射混凝土土１２m實(shí)際工程情情況2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用保留兩洞間的土埂3采用“前前置式洞口口工法”的的設(shè)計(jì)與施施工2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用前置式洞口口工法原理理圖2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用右洞施工槽槽開挖前置式洞口口工法原理理右洞施工槽槽噴錨支護(hù)護(hù)右洞前置支支護(hù)鋼拱架架架立右洞前置支支護(hù)砼澆注注右洞回填左洞施工槽槽開挖左洞施工槽槽噴錨支護(hù)護(hù)左洞前置支支護(hù)鋼拱架架架立左洞前置支支護(hù)砼澆注注左洞回填左洞前置支支護(hù)內(nèi)開挖挖右洞襯砌左洞襯砌?力學(xué)模型建建立及有限限元網(wǎng)格劃劃分橫向范圍（（X方向）：分分別以左、、右隧道中中心軸線向向左、右延延伸42m，總的水平計(jì)計(jì)算范圍為為122m；隧道縱向范范圍（Y方向）：以以面向隧道道洞內(nèi)方向向?yàn)檎颍?，自前置式式支護(hù)起點(diǎn)點(diǎn)向洞內(nèi)延伸伸70m；豎向（Z方向）：上上取至原地地面線頂部部，按地表表標(biāo)高資料料布線，向向下取至隧隧道中心水水平軸以下下40m。地表土層厚厚約2.3m，以下為強(qiáng)風(fēng)風(fēng)化灰?guī)r厚厚約5.5m，再以下為為弱風(fēng)化灰灰?guī)r。前置置式洞口支支護(hù)結(jié)構(gòu)為為鋼拱架澆澆注混凝土土厚度30cm，施工槽側(cè)側(cè)面、正面面（10~15cm）及洞內(nèi)支支護(hù)結(jié)構(gòu)（（20cm）為噴錨支支護(hù)。4洞口巖體力力學(xué)狀態(tài)三三維數(shù)值模模擬與比較較分析2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用?荷載：自重。?單元?jiǎng)澐郑海簬r土采用三三角錐四節(jié)節(jié)點(diǎn)實(shí)體單單元模擬、、錨桿采用用植入式桁桁架單元、、工字鋼采采用梁單元元、噴射混混凝土采用用板單元分分別進(jìn)行模模擬，巖土土體采用彈彈塑性分析析，選用D-P模型，屈服服面采用摩摩爾-庫侖等面積積圓。?邊界條件：：計(jì)算模型的的左、右邊邊界只有橫橫向約束（（X方向），隧隧道前后邊邊界只縱向向約束（Y方向），上上部為自由由面，下部部只有豎直直方向約束束（Z方向）。?傳統(tǒng)工法洞洞口模型共共劃分154740個(gè)單元，前前置式洞口口工法模型型共劃分160349個(gè)單元。2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用彈性模量E泊松比μ厚度容重γ粘結(jié)力c內(nèi)摩擦角φ土層10MPa0.352.3m1700KG/m310KPa19.86°強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r0.5GPa0.35.5m2200KG/m350KPa30°弱風(fēng)化灰?guī)r5GPa0.252500KG/m31.2MPa38°錨桿彈性模量E長度半徑r210GPa3.5m11mm洞內(nèi)噴射砼彈性模量E泊松比μ厚度20GPa0.1670.3m鋼拱架噴射砼折算彈性模量E泊松比μ厚度35.6GPa0.1670.3m邊仰坡噴砼彈性模量E泊松比μ厚度20GPa0.1670.15m2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用傳統(tǒng)施工方法的模型“前置式洞口工法”的模型2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用傳統(tǒng)施工方法的位移?Y方向位移比比較“前置式洞口工法”的位移2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用采用不同工工法進(jìn)行洞洞口開挖施施工引起的的位移值施工方法Y方向位移（DYmm）Z方向位移（DZmm）DY≥6mm的單元占有率（%）DZ≥3mm的單元占有率（%）傳統(tǒng)工法-8.7~0.18-3.6~2.325.4%3.7%前置式洞口工法單洞開挖-7.7~0-3.5~1.75.6%0.8%前置式洞口工法雙洞開挖-7.8~0-3.5~1.99%0.8%2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用?應(yīng)力場的比比較傳統(tǒng)工法仰仰坡面處出出現(xiàn)的拉應(yīng)應(yīng)力區(qū)域，，在前置式式洞口工法法保留的中中間土埂的的支撐作用用下，顯然然已經(jīng)消失失了，因此此在施工過過程中為防防止仰坡失失穩(wěn)，前置式洞口口工法所需需要的支護(hù)護(hù)參數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)統(tǒng)工法。施工方法最大拉應(yīng)力（KPa）最大壓應(yīng)力（KPa）拉應(yīng)力≥10KPa的單元占有率（%）傳統(tǒng)工法481.63.7%前置式洞口工法371.30.2~0.3%2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用5前置置式式洞洞口口工工法法的的施施工工過過程程三三維維數(shù)數(shù)值值模模擬擬主要要包包括括洞洞口口段段27個(gè)施施工工步步驟驟：：第1步，，進(jìn)進(jìn)行行自自重重應(yīng)應(yīng)力力場場計(jì)計(jì)算算；；第2步，，左左隧隧道道施施工工槽槽開開挖挖；；第3步，，左左隧隧道道邊邊仰仰坡坡錨錨噴噴支支護(hù)護(hù)；；第4步，，左左隧隧道道前前置置支支護(hù)護(hù)施施工工；；第5步，，左左隧隧道道洞洞口口回回填填；；第6步，，左左隧隧道道前前置置支支護(hù)護(hù)內(nèi)內(nèi)開開挖挖；；第7~11步，，右右隧隧道道洞洞口口施施工工（（同同左左隧隧道道第第2~6步））；；第12~19步，，左左隧隧道道暗暗洞洞內(nèi)內(nèi)開開挖挖、、支支護(hù)護(hù)，，共施施工工暗暗洞洞8m；第20~27步，，右右隧隧道道施施工工（（同同左左隧隧道道第第12~19步施施工工））。。2前置置式式洞洞口口工工法法的的開開發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用前置置式式洞洞口口工工法法施施工工過過程程有有限限元元，，共共分分202391個(gè)單單元元。。2前置置式式洞洞口口工工法法的的開開發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用?位移移場場①拱拱頂頂沉沉降降（（豎豎向向位位移移DZ）從計(jì)計(jì)算算結(jié)結(jié)果果中中可可以以看看出出，，拱拱頂頂沉沉降降值值不不大大，，暗暗洞洞拱拱頂頂最最大大值值不不超超過過6mm，前前置置支支護(hù)護(hù)最最外外端端拱拱頂頂最最大大值值1.94cm。拱拱頂頂位位置置沉沉降降量量最最大大，，而而拱拱頂頂兩兩側(cè)側(cè)沉沉降降量量相相對對較較小小。。前前置置支支護(hù)護(hù)最最外外端端拱拱頂頂沉沉降降約約2cm，自自前前置置支支護(hù)護(hù)施施作作完完成成時(shí)時(shí)就就已已發(fā)發(fā)生生，，說說明明該該沉沉降降主主要要由由結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)自自重重引引起起，，受受暗暗洞洞施施工工影影響響很很小??；；前置置支支護(hù)護(hù)與與暗暗洞洞交交界界處處拱拱頂頂沉沉降降值值不不超超過過6mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小小于于外外端端拱拱頂頂沉沉降降，，說說明明洞洞口口暗暗洞洞段段豎豎向向荷荷載載很很小小，，水平平荷荷載載對對前前置置支支護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的約約束束作作用用明明顯顯，，因因此此前前置置支支護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)施施作作后后應(yīng)應(yīng)盡盡快快進(jìn)進(jìn)行行回回填填。。2前置置式式洞洞口口工工法法的的開開發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用拱頂頂沉沉降降位位移移分分布布及及其其隨隨施施工工過過程程變變化化2前置置式式洞洞口口工工法法的的開開發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用②縱向向（（Y方向向））位位移移前置置支支護(hù)護(hù)施施工工槽槽開開挖挖仰仰坡坡頂頂面面處處縱縱向向位位移移最最大大約約9mm，洞洞口口前前置置支支護(hù)護(hù)施施工工槽槽兩兩側(cè)側(cè)處處及及兩洞洞之之間間縱縱向向位位移移均均不不超超過過5mm，說說明明前前置置支支護(hù)護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)及及兩兩洞洞間間土土體體對對洞洞口口山山體體起起到到了了非非常常明明顯顯的的支支撐撐作作用用。。前置置支支護(hù)護(hù)最最外外端端拱拱頂頂縱縱向向位位移移隨隨施施工工過過程程逐逐步步減減小小，，但但位位移移量量變變化化不不大大，，說說明明仰仰坡坡面面山山體體的的縱縱向向下下推推力力很很小小，，處處于于穩(wěn)穩(wěn)定定狀狀態(tài)態(tài)。。2前置置式式洞洞口口工工法法的的開開發(fā)發(fā)與與應(yīng)應(yīng)用用?巖體體應(yīng)應(yīng)力力場場隧道道明明、、暗暗洞洞交交界界處處（（Y=-8m）斷斷面面應(yīng)應(yīng)力力隨隨施施工工過過程程變變化化情情況況模模擬擬結(jié)結(jié)果果表表明明，洞洞口口前前置置式式支支護(hù)護(hù)回回填填后后未未進(jìn)進(jìn)行行支支護(hù)護(hù)內(nèi)內(nèi)開開挖挖時(shí)時(shí)，，在在支支護(hù)護(hù)拱拱腰腰部部位位回回填填土土體體較較大大范范圍圍內(nèi)內(nèi)出出現(xiàn)現(xiàn)拉拉應(yīng)應(yīng)力力區(qū)區(qū)，，且且最最大大拉拉應(yīng)應(yīng)力力值值超超過過10KPa；自自前前置置支支護(hù)護(hù)內(nèi)內(nèi)土土體體開開挖挖后后，，最最大大拉拉應(yīng)應(yīng)力力值值降降至至10KPa以內(nèi)內(nèi)，，直直至至暗暗洞洞施施工工支支護(hù)護(hù)4m，拱拱腰腰部部回回填填土土拉拉應(yīng)應(yīng)力力值值及及拉拉應(yīng)應(yīng)力力區(qū)區(qū)域域均均逐逐步步減減小小為為0；進(jìn)入入暗暗洞洞4m后，后續(xù)施施工對該斷斷面的應(yīng)力力及位移幾幾乎沒有影影響。同時(shí)，在前前置支護(hù)拱拱部回填土土邊緣始終終處于0~10KPa的拉應(yīng)力狀狀態(tài)，其余余部位均處處于壓應(yīng)力力狀態(tài)（圖圖a~i）。2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用第4步，左隧道道前置支護(hù)護(hù)施工第5步，左隧道道前置支護(hù)護(hù)回填第6步，左隧道道前置支護(hù)護(hù)內(nèi)開挖第12步，左隧道道暗洞開挖挖2m第13步，左隧道道暗洞支護(hù)護(hù)2m第14步，左隧道道暗洞開挖挖4m第15步，左隧道道暗洞支護(hù)護(hù)4m第16步，左隧道道暗洞開挖挖6m第18步，左隧道道暗洞開挖挖8m?前置支護(hù)與與暗洞支護(hù)護(hù)應(yīng)力前置支護(hù)最最外端拱頂頂內(nèi)側(cè)出現(xiàn)現(xiàn)最大拉應(yīng)應(yīng)力約3.0MPa，其余大部部分拱部位位置拉應(yīng)力力值在1.4~2.2MPa之間；壓應(yīng)應(yīng)力最大值值為4.8MPa，出現(xiàn)在起起拱線部位位內(nèi)側(cè)；待待前置支護(hù)護(hù)回填后，，最大支護(hù)護(hù)拉、壓應(yīng)應(yīng)力均有所所降低，分分別為2.7MPa和4.3MPa；此后的暗暗洞施工對對支護(hù)應(yīng)力力影響很小小，其最大大拉、壓應(yīng)應(yīng)力分別穩(wěn)穩(wěn)定在2.7MPa和4.4MPa。2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用前置式支護(hù)護(hù)施工后前前支護(hù)應(yīng)力力分布圖回填后支護(hù)護(hù)應(yīng)力分布布圖暗洞開挖支支護(hù)2m時(shí)支護(hù)應(yīng)力力分布圖暗洞開挖支支護(hù)8m時(shí)支護(hù)應(yīng)力力分布圖6隧道洞口穩(wěn)穩(wěn)定監(jiān)控量量測

在老山1號(hào)隧道出口前置洞口施工中，在洞口邊仰坡開挖時(shí)及前置支護(hù)施工時(shí)埋設(shè)測樁、應(yīng)力計(jì)、鋼筋計(jì)、錨桿軸力計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)等傳感器，通過監(jiān)測兩側(cè)邊坡及仰坡相對變形，錨桿軸力，混凝土內(nèi)應(yīng)力和型鋼拱軸力，了解邊坡的穩(wěn)定性和前置支護(hù)的安全性。測點(diǎn)布置形式如下圖。量測點(diǎn)布置置情況現(xiàn)場計(jì)測にによって前前置き坑口口の安定性性を調(diào)べまます（1號(hào)トンネルルの出口））。そのの計(jì)測の結(jié)結(jié)果は次のの通りですす。地中変位0.8mm以下ロックボルト軸力10KNコン基礎(chǔ)の內(nèi)力1MPa以下アーチ工沈下量10mm以下內(nèi)空変位2mm以下鋼アーチの內(nèi)力60KN?現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)結(jié)果與數(shù)值值模擬結(jié)果果對比監(jiān)測項(xiàng)目監(jiān)測值數(shù)值模擬值拱頂沉降（mm）106周邊收斂（mm）41混凝土內(nèi)部應(yīng)力（MPa）-0.8-1.3鋼支撐內(nèi)力（KN）60—支護(hù)基底應(yīng)力（MPa）0.10.55錨桿軸力（KN）8.58邊坡圍巖內(nèi)部位移（mm）0.80.82現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)結(jié)果與數(shù)值值模擬結(jié)果果對比列表表7.設(shè)計(jì)2前置式洞口口工法的開開發(fā)與應(yīng)用用8前置式洞口口工法的實(shí)實(shí)施效果20~60cm完成完成噴射混凝土土１２m實(shí)際工程情情況完成減少邊仰坡坡開挖面積積2362m2，減少洞口口土石方工工程數(shù)量6480m3，少砍伐老老山樹木1575棵，原生灌木木7086株。?首次開發(fā)了了公路隧道道前置式洞洞口工法，，并對傳統(tǒng)統(tǒng)施工方法法與前置式式洞口工法法進(jìn)行了數(shù)數(shù)值模擬分分析，通過過對兩種施施工方法所所產(chǎn)生的位位移場、應(yīng)應(yīng)力場與穩(wěn)穩(wěn)定性等的的綜合比較較，為前置置式洞口工工法在環(huán)保保及洞口仰仰坡穩(wěn)定方方面的優(yōu)越越性提供了了理論依據(jù)據(jù)。?通過前置式式洞口工法法施工過程程三維數(shù)值值模擬與現(xiàn)現(xiàn)場量測，，提出了前前置式洞口口工法的合合理施工步步序、施工工關(guān)鍵點(diǎn)及及工程措施施，并在依依托工程中中實(shí)施，獲獲得成功。。9歸納與創(chuàng)新新33、隧道監(jiān)控量量測及圍巖巖分級(jí)技術(shù)術(shù)創(chuàng)新隧道圍巖坍坍塌具有隨機(jī)性模模糊性不不可可預(yù)見性隧道開挖圍圍巖松動(dòng)圍圍巖坍塌加加固處治治怎樣預(yù)測，，合理開挖挖，防止坍坍塌？現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)判斷隧道圍巖穩(wěn)定分分析及處治治的技術(shù)路路線隧道支護(hù)、、襯砌設(shè)計(jì)計(jì)隧道開開挖施施工圍巖支護(hù)變變形監(jiān)測內(nèi)空收斂量量拱頂下沉量量錨桿軸軸力錨桿拉拔力力襯砌應(yīng)應(yīng)力地表下沉量量鋼支撐應(yīng)力力非確定性反反分析基于擴(kuò)張卡卡爾曼濾波波器與有限元法法耦合算法法（Ｆ-FEM）的反分析析最終初始應(yīng)應(yīng)力參數(shù)的的預(yù)測方法隧道圍巖塑塑性區(qū)估計(jì)計(jì)歷時(shí)變化預(yù)測圍巖體體坍塌修正開挖方案修正支護(hù)結(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)2.量測方法與與工具問題題2345671現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)監(jiān)測的項(xiàng)目目、頻率選擇項(xiàng)目、、采集數(shù)據(jù)據(jù)頻率現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)A型量測斷面測點(diǎn)位位置（選選測項(xiàng)目））現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)隧道邊墻部部收斂量測測圍巖內(nèi)部位位移的量測測現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)圍巖與噴射射混凝土間間接觸壓力壓壓力盒、應(yīng)應(yīng)力計(jì)、鋼鋼支撐應(yīng)力力計(jì)、埋設(shè)錨桿軸力計(jì)計(jì)埋設(shè)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采采集課題組科研研人員在施施工現(xiàn)場現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)３.量測數(shù)據(jù)管管理監(jiān)控量測過過程中，采采集到大量量數(shù)據(jù)，需需要對這些些數(shù)據(jù)進(jìn)行行管理和分分析。平臺(tái)基于VB和VC語言進(jìn)行開發(fā)。。特點(diǎn)能夠方便地地輸入現(xiàn)場場監(jiān)控量測測數(shù)據(jù)以及及時(shí)掌子面面距離等工工程情況數(shù)數(shù)據(jù)。能查查詢、添加加、修改、、刪除數(shù)據(jù)據(jù)，能生成成應(yīng)力、變變形的時(shí)間間、空間效效應(yīng)曲線，，幫助圍巖巖分析?，F(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)管理界界面現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)４.量測結(jié)果的的分析問題題現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)LK77+866斷面圍巖變變形圖現(xiàn)場量測與與量測數(shù)據(jù)據(jù)管理系統(tǒng)統(tǒng)隧道開挖５.反分析數(shù)值值計(jì)算問題題隧道地層層中存在在大量的的不確定定性地質(zhì)質(zhì)信息：：材料性質(zhì)質(zhì)的不確確定性本構(gòu)模型型的不確確定性總體思路路思想基礎(chǔ)礎(chǔ)圍巖變形形是必然然的，但但變形多多少則是是隨機(jī)的的；圍巖變形形過程是是一種隨隨機(jī)過程程；圍巖初始始應(yīng)力和和材料彈彈模等參參數(shù)（發(fā)射信信號(hào)）與圍巖變變形觀測測量（接受信信號(hào)）之間關(guān)系系是一個(gè)個(gè)隨機(jī)系系統(tǒng)。捕獲圍巖巖非確定定性動(dòng)態(tài)態(tài)過程，，就能揭揭示地下下工程開開挖中圍圍巖體動(dòng)動(dòng)態(tài)的真真實(shí)?；臼址ǚìF(xiàn)代最優(yōu)優(yōu)控制估估計(jì)理論論之一的的卡爾曼曼濾波器器，具有有修正-預(yù)測，吐吐故納新新，不斷斷產(chǎn)生待待估參數(shù)數(shù)濾波新新息之功功能；有有限元分分析具有有迭代計(jì)計(jì)算功能能，并能能反映整整個(gè)圍巖巖場域問問題。采采用卡爾曼濾濾波器與與有限元元分析相相結(jié)合，，建立擴(kuò)擴(kuò)張卡爾爾曼濾波波器有限限元法設(shè)設(shè)計(jì)模型型可以解解決非確確定性動(dòng)動(dòng)態(tài)問題題。非確定性性反分析析卡爾曼濾濾波器卡爾曼濾濾波器是是現(xiàn)代控控制理論論的重要要內(nèi)容。。濾波的類類型Wiener——恒定時(shí)序序列、無限時(shí)間間觀測Kalman，Bucy—采用狀態(tài)態(tài)空間法法、正交交投影理理論，提出新的的濾波算算法、有限時(shí)間觀觀測卡爾曼濾濾波器的的理論基基礎(chǔ)馬爾科夫夫型隨機(jī)機(jī)過程馬爾科夫夫-高斯聯(lián)合合概率分分布貝葉斯最最優(yōu)估計(jì)計(jì)非確定性性反分析析卡爾曼濾濾波器的的類型連續(xù)時(shí)間間濾波器器離散時(shí)間間濾波器器卡爾曼濾濾波器的的特點(diǎn)修正—推優(yōu)—預(yù)測卡爾曼濾濾波器的的應(yīng)用宇宙工程程、控制工程程、通訊工程程、土木工程程、...理論曲線實(shí)際飛行曲線非確定性性反分析析圍巖初期位移量測結(jié)果非確定性反演計(jì)算臨時(shí)初始應(yīng)力及材料彈性模量預(yù)測計(jì)算分析圍巖最終初始應(yīng)力及材料彈性模量正演計(jì)算最終位移狀態(tài)最大剪應(yīng)變分布圍巖穩(wěn)定分析、坍塌預(yù)測工程預(yù)防措施(支護(hù)形式與開挖步驟等)非確定性性反分析析初始條件件：1.輸入T0時(shí)刻的觀觀測位移移量Zj2.確定性反反分析計(jì)計(jì)算(考慮初始始應(yīng)變?chǔ)?作用)3.設(shè)定初始始估計(jì)誤誤差協(xié)方方差P0(t0)、觀測次數(shù)數(shù)KAI濾波次ITT=1序貫數(shù)J=1FEM計(jì)算狀態(tài)態(tài)量的向向量函數(shù)數(shù)影響系數(shù)數(shù)法計(jì)算算觀測矩矩陣計(jì)算卡爾爾曼濾波波增益矩矩陣計(jì)算增益益預(yù)測殘殘差、圍巖狀態(tài)態(tài)新息量量計(jì)算估計(jì)計(jì)誤差協(xié)協(xié)方差矩矩陣J≥IRTFEM順解析析隧隧道圍圍巖全域域(u、ε、γmax)ITT及塑性區(qū)估估計(jì)輸入序貫貫數(shù)J=J+1的觀測分量量ITT≥KAI結(jié)束輸入濾波波次ITT+1的觀測量z(ITT+1)設(shè)計(jì)觀測測噪音協(xié)方差矩矩陣RITT(j×j)U-D協(xié)方差分分解算法法非確定性性反分析析開挖后第第2天第4天第5天第10天第15天第20天第25天第30天第35天第40天第50天第60天監(jiān)控量測測與反分分析和施工現(xiàn)現(xiàn)場動(dòng)態(tài)態(tài)圍巖分分級(jí)隧道支護(hù)護(hù)、襯砌砌設(shè)計(jì)隧道開開挖挖施工工圍巖支護(hù)護(hù)變形監(jiān)監(jiān)測內(nèi)空收斂斂量拱頂下沉沉量錨桿軸軸力力錨桿拉拔拔力襯砌應(yīng)應(yīng)力力地表下沉