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）：中國建筑第七工程局有限公司課題起止時間：2011年01月至2012年12月課題驗收時間：2013年01月目錄1緒論 11.1選題背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3依托工程特點和難點分析 61.3.1工程概況 61.3.2工程特點與難點 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首先需要對高速公路隧道的洞口進行加固 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采用洞身開挖的方法進行加固 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)的機理 183.3控制沉降措施 183.3.1新奧法開挖時控制措施 193.3.2盾構(gòu)法開挖時控制措施 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)計及施工因素 254.3隧道圍巖變形支護原理 294.4圍巖變形支護技術(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、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計施工方法等在國內(nèi)外尚處于經(jīng)驗積累階段，無相應(yīng)的設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范可循。其次，近年來隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，大量地出現(xiàn)了兩個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題，且規(guī)模越來越大，距離越來越近。打雷嘴隧道工程是中建系統(tǒng)承建的首個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。因此對其設(shè)計施工進行詳細研究總結(jié)，能填補中建系統(tǒng)內(nèi)的多項技術(shù)空白，適應(yīng)國內(nèi)隧道建設(shè)對結(jié)構(gòu)型式和施工難點的新要求。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來隨著基礎(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)模越來越大，距離越來越近。同時，城市地下鐵道等地下工程的大量修建也越來越多地遇到了這類問題，即地下工程近接重疊施工問題。一些學(xué)者和工程技術(shù)人員對近接重疊隧道施工進行了一定的研究和探討，但對此尚沒有明確歸屬的獨立研究學(xué)科，多將之歸于地下工程施工力學(xué)的研究范疇。在國外，尤其是美國己經(jīng)形成針對此類問題的規(guī)范化的指南《隧道襯砌設(shè)計指南》。孫鈞、劉洪洲（2002）對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)推進過程，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)推進期間的變化關(guān)系，得出了地面最大沉降量在上下隧道開始推進后出現(xiàn)大幅度增長，以及要將地面沉降控制在允許范圍內(nèi)就必須在施工中進行預(yù)注漿加固并重點控制盾構(gòu)推進前期地層沉降量的結(jié)論。張玉軍、劉誼平（2002）對豐澤街隧道下穿大坪山既有高速公路隧道進行了三維彈塑性有限元分析，通過開挖后圍巖的應(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)的開挖、支護方法和施工時的監(jiān)測內(nèi)容。陳先國、高波（2003）對深圳隧道一期工程中的3種典型的重疊斷面進行了二維平面應(yīng)變彈塑性分析，按照不同斷面布局、不同開挖和支護形式進行了非線性計算，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）對鄰近隧道爆破振動產(chǎn)生的既有隧道結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了研究，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價，并與現(xiàn)場實測結(jié)果進行了對比。以往修建隧道時，主要采用雙洞分離式方案，我國在此方面積累了豐富的經(jīng)驗和技術(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、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，在國內(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、造價高，連拱隧道結(jié)構(gòu)易裂、易漏，已為不少事實所驗證。盡管德國著名的Wuerzberg連拱隧道長達5100m，但在中國，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，是指隧道問巖柱厚度小于分離式隧道獨立雙洞間距的最小凈距規(guī)范建議值的隧道布置形式。由于兩個隧洞相距較近，往往需要對中夾巖柱進行加固。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，具有施工簡單、防排水效果好、投資省的優(yōu)點；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、造價相對較高等的不足。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)，特大橋梁和特長隧道緊密相連的情況下，為了降低工程造價而發(fā)展出來的一種新型隧道結(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、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計施工方法等在國內(nèi)外尚處于經(jīng)驗積累階段。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、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。這些年來隨著我國建設(shè)隧道的結(jié)構(gòu)形式越來越多，跨度越來越大，地表沉降問題已成為隧道建設(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。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)置一個像拱殼的連續(xù)體，使其既加固掌子面前方的地層，同時利用初期支護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，形成一個超前的支護體系，即通常所謂的超前支護技術(shù)，是公路隧道常用地表沉降控制技術(shù)之一。近年來隨著我國建設(shè)隧道的結(jié)構(gòu)形式越來越多，跨度越來越大，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)定變得越來越重要。大量的試驗研究表明，在所有影響爆破振動強度的主要因素中，炸藥量和距離是兩個最為關(guān)鍵的因素。爆破振動強度與炸藥量成正比，與質(zhì)點距離成反比。此外，國內(nèi)外學(xué)者還分別就其他因素對爆破振動強度的影響進行了試驗研究。張時忠等人通過相似模型試驗，在相同爆破試驗條件下，對連續(xù)裝藥和空氣間隔裝藥進行爆炸應(yīng)力波測試，得到的波形結(jié)果表明，相對于連續(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％。長沙礦冶研究院曾在國內(nèi)十多個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等人對爆破振動受自由面條件的影響進行了研究，通過比較有自由面的爆破和離自由面較遠的夾制爆破兩種條件下產(chǎn)生的振動速度，發(fā)現(xiàn)有自由面的爆破產(chǎn)生的振動速度比離自由面較遠的夾制爆破產(chǎn)生的振動速度??；而且爆源離自由面越遠，爆破振速越大；有自由面的爆破和離自由面較遠的夾制爆破兩種條件下產(chǎn)生的振動速度相比，后者為前者的1.13～5.74倍?？偨Y(jié)上述成果可知，爆破振動強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，計算機模擬爆破作為爆破領(lǐng)域的新技術(shù)、新方法也愈來愈引起人們的重視，從力學(xué)分析入手采用數(shù)值計算的手段來研究爆破振動對圍巖和支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，已逐漸成為輔助爆破設(shè)計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)計和施工理論以來，隧道的設(shè)計和施工有了較大的發(fā)展。新奧法的特點在于借助現(xiàn)場測量對圍巖和襯砌進行動態(tài)監(jiān)測，并據(jù)以指導(dǎo)開挖和支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計與完善，開創(chuàng)了隧道“信息化設(shè)計和施工”的先河。隨著這一理論的不斷發(fā)展和完善，對于隧道的研究形成了兩個主要發(fā)展方向，一是隧道的靜力分析和動力分析，二是對現(xiàn)場測試的不斷發(fā)展和完善。隧道工程監(jiān)測技術(shù)的研究包括量測項目的規(guī)劃、測試手段和工具、測試方法、量測數(shù)據(jù)處理以及量測信息反饋等多方面的內(nèi)容，既要作理論研究工作，同時也要進行現(xiàn)場試驗，是一項理論聯(lián)系實際的應(yīng)用型研究。新奧法出現(xiàn)以來，隧道施工的監(jiān)控量測在歐美以及日本等許多地下工程中得到迅速的發(fā)展。在中國的公路隧道方面的應(yīng)用，是從80年代才開始的，在國內(nèi)經(jīng)過了20多年的發(fā)展，雖然在量測方法上有了很大的進步，但是，公路隧道施工的監(jiān)控量測相對應(yīng)施工與設(shè)計還不算真正意義上的融合，在施工中的監(jiān)控量測不僅要能及時準(zhǔn)確的反映出施工中出現(xiàn)的問題，也要對隧道施工中即將遇到的問題給以必要的信息，以便能指導(dǎo)施工，并通過類比的方法，對一個地區(qū)或有著同樣圍巖特征的隧道提供一套相對完善的量化的模式，以便使得以后的隧道施工和設(shè)計更為合理，以此能實現(xiàn)真正意義上的信息化施工，將監(jiān)測的信息及時的反饋到設(shè)計與施工中去。1.3依托工程特點和難點分析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1088.43m，右洞長1085.5m，雙向六車道，連拱段最大開挖跨度達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)計跨度大，支護轉(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施段全長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挖對輕軌隧道二次襯砌造成的影響，為近接施工問題，施工難度大，科技含量高。1.3.2工程特點與難點漢孝城際鐵路工程是中建系統(tǒng)承建的首個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特點及難點：（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挖對輕軌隧道二次襯砌造成的影響。根據(jù)設(shè)計資料，暫擬定先行修建輕軌隧道，輕軌隧道二次襯砌達到設(shè)計強度后，再進行公路隧道的修建。大跨分叉式公路隧道的施工會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，變形過大侵入限界等。同時大跨分叉式公路隧道的受力模式也不同于半無限體或無限體中修建單一洞室的一般狀況，其初始應(yīng)力場往往是經(jīng)過多次擾動的，其施工將再次進行擾動，使其受力往往是非對稱的，表現(xiàn)出極大的變異性。概括地講，公路隧道的施工會使圍巖從原來的三次應(yīng)力場演變到五次應(yīng)力場，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題，也將是擺在全國公軌近接隧道面前的難題。因此，研究其復(fù)雜的受力機理、圍巖的穩(wěn)定性和相應(yīng)的設(shè)計施工方法，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挖支護施工技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。（2）分叉式公路隧道的設(shè)計跨度大，支護轉(zhuǎn)換類型多。根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)，當(dāng)路基設(shè)計線間距L≤4m時，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)計線間距L=4～24m時，中夾巖厚度為2～23m，設(shè)置為小凈距隧道，當(dāng)路基設(shè)計線間距L>24m時，設(shè)置為分離式隧道。因此，打雷嘴隧道是由連拱隧道過渡到小凈距隧道再到分離式隧道的分叉式公路隧道，它同時具備這三種隧道的特點及施工難點，但絕對不是這些隧道的簡單疊加，尤其是連拱與小凈距過渡地段，由于其受力條件復(fù)雜，其支護方法、施工方法、穩(wěn)定性評價是工程成敗的關(guān)鍵。分叉式公路隧道作為一種新型的隧道結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)外對其設(shè)計施工尚未見全面系統(tǒng)的研究，國內(nèi)外也無相應(yīng)的設(shè)計、施工技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。其受力特點、圍巖穩(wěn)定性分析、設(shè)計施工方法等尚處于經(jīng)驗積累階段。為確保施工的安全進行，如何評價施工過程中的圍巖穩(wěn)定性和確定合理的開挖工藝和支護方法，都必須要進一步深入的研究。（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，且又處在公路隧道與軌道隧道近接重疊段內(nèi)，施工時圍巖將受到多次擾動，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，公路隧道與輕軌隧道近接重疊，最小間距為1.01m。因此爆破振動對公路隧道和輕軌隧道的圍巖和支護結(jié)構(gòu)影響都很嚴(yán)重。根據(jù)設(shè)計資料，暫擬定先進行輕軌隧道的建設(shè)，輕軌隧道二次襯砌達到設(shè)計強度后，再進行公路隧道的修建。因此，爆破產(chǎn)生的振動必然會對公路隧道本身中夾巖巖柱及圍巖，先行洞的支護結(jié)構(gòu)（尤其是中隔墻）產(chǎn)生影響，同時更會對輕軌隧道的支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。由此可見，如何減弱和控制振動產(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結(jié)構(gòu)和輕軌隧道支護結(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。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，成立專門的課題組，將已經(jīng)實踐的施工技術(shù)以及充分挖掘我公司多年來積累起來的施工經(jīng)驗和數(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，隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，特別是隨著我國改革開放的不斷深入，我國的經(jīng)濟建設(shè)尤其是我國城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得了突飛猛進的發(fā)展。我國地質(zhì)復(fù)雜，有平原也有山脈，全國的地勢比較的復(fù)雜，因此我國城鄉(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，但是我國的地勢又比較的復(fù)雜，隧道的建設(shè)對于地質(zhì)的要求很高，對于軟弱圍巖淺埋路段的隧道施工，是對隧道施工者的嚴(yán)峻要求，而軟弱圍巖淺埋路段的隧道施工技術(shù)對于我國隧道的建設(shè)和發(fā)展具有至關(guān)重要的作用，也對我國城鄉(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于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工方案的選擇，對于隧道施工的質(zhì)量和效率具有重要作用。事實上，對于軟弱圍巖淺埋地段的隧道施工，我國已經(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，以及考慮到我國復(fù)雜的地址環(huán)境和不均衡地勢條件，對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”方法進行隧道施工，通常采用直徑為42mm，長4．1m的超前小導(dǎo)管支護，80cm×80c長4m中空錨桿，i18型工字鋼縱向間距o．75m，鋼筋網(wǎng)錨噴支護厚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更加合適的方法進行隧道的施工。因此決定采用正臺階法分部開挖方案，并對該段地表進行注漿固結(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，將鋼架縱向間距減小到o．5m。在對該段開挖前1個月進行注漿，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首先需要對高速公路隧道的洞口進行加固隧道的洞口采取錨、網(wǎng)、噴砼進行聯(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。錨桿長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。進洞前，在隧道拱部開挖弧形以外布設(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)動鑿巖機回轉(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。對強行打入的小導(dǎo)管在注漿前用高壓風(fēng)沖洗管內(nèi)砂石。注漿前，首先進行壓水試驗，以便檢查機具設(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，單管注漿量達到0．05m3時，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為漿液擴散半徑，拱部為20cm；l為小導(dǎo)管長度，3．5m；n為巖體空隙率，經(jīng)測試為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小時后即可進行開挖施工。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)過程中當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙時設(shè)騎馬墊塊，鋼架與圍巖接觸的距距離不大于50cm。為增強鋼架的整體穩(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。噴砼分層進行，每層厚度5～6cm左右，開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，最后進行復(fù)噴混凝土，復(fù)噴前先按45度角對墻面進行噴射，噴射砼超過第一層鋼筋后，再垂直墻面進行復(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于軟弱圍巖淺埋地段的隧道建設(shè)，特別要注意對該地段的地表進行加固。對于該地段地表的加固，我們通常采用的是對地表進行注漿的方法來加固。這個漿就是混凝土，這是目前處理地質(zhì)不穩(wěn)定地區(qū)工程建設(shè)的最先進的方法。對地表進行加固，首先要在該地段的地表上深挖多個大坑，每個大坑的距離不要太遠，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凝固。對于地表大坑的注漿不是一次注漿就能完成的，要進行多次注漿，并且每次注漿應(yīng)當(dāng)間隔一定的時間，以保證注漿的效果更加的好。同時，我們在對地表注漿的時候，我們還應(yīng)該加大對注漿質(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)固的時候，我們應(yīng)該及時報告，停止后續(xù)的施工，對有問題的大坑進行重新注漿，并重復(fù)前面的動作和程序。采用這種方法可以有效的在侵蝕性地表上進行施工隧道的建設(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采用洞身開挖的方法進行加固我們知道高速公路隧道洞身對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。對洞身的開挖應(yīng)該講究一定的方法，并不是隨便開挖就可以的，要知道這里畢竟是軟弱圍巖淺埋地段的隧道。對于洞身的開挖，我們首先應(yīng)該對洞身的上半斷面進行開挖，應(yīng)為上半面對于隧道的加固具有重要影響，其次就要對洞身的下半斷面中槽位置進行開挖，再次就要對洞身的下半斷面馬口進行跳挖，最后就要對洞身微仰拱進行開挖。開挖的方法也是有技術(shù)講究的，開挖采取弱爆破、短進尺的方法進行。在隧道襯砌輪廓線以外的周邊，按開挖循環(huán)所需長度，將小導(dǎo)管打入圍巖，利用注漿機的泵壓使?jié){液通過小導(dǎo)管管體的注漿孔滲透、擴散到圍巖孔隙中，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，分別對大跨段、連拱段以及極小凈距段的開挖方法、開挖順序、臺階長度和開挖步距、臨時支撐的拆除時機等進行優(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挖方法和合理工序。2.4.2對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)以及對隧道洞身進行開挖的方法來達到加固軟弱圍巖淺埋地段的地表，并進而達到加固隧道的作用，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，要通過人工、機械或者爆破等方式進行土石方開挖。土石方的移除、土石層孔隙水的排出，必然會改變土石地層的應(yīng)力狀態(tài)，使之處于非平衡狀態(tài)。這種狀態(tài)可以在短時間內(nèi)或者經(jīng)過較長的時間效應(yīng)變化之后顯現(xiàn)出來，出現(xiàn)坍塌、變形等現(xiàn)象，進而導(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：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，對引起壓縮和產(chǎn)生強度有效。孔隙水壓力可以分成兩部分，一個是靜水壓力，在荷載施加之前就存在，一個是超孔隙水壓力，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)生錯動的結(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)過程很長。土體受外力后，土粒和孔隙中的流體均將發(fā)生位移。當(dāng)建筑物通過基礎(chǔ)將壓力傳遞給地基后或者土層下部通過土石方開挖而失去支承，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，進行正確的、可靠的支護是十分重要的。當(dāng)支護方法不當(dāng)或者失效的時候，難以使土層處于穩(wěn)定狀態(tài)，土層將失去穩(wěn)定性，進而會導(dǎo)致地層沉降。3.2.21）巖石層的沉降與巖石層的地質(zhì)特點有直接關(guān)系：巖石在長期的地質(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。巖石中沿斷裂面沒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建筑中易發(fā)生巖層順層滑動。斷層是兩盤巖石沿斷裂面發(fā)生位移的斷裂，一般伴有幾米到幾十米的巖石破碎帶。隧道隧道工程通過斷裂帶時易發(fā)生坍塌，車站建筑物易發(fā)生不均勻沉降等。2）施工方案的選擇：防排水、支護等施工方式的正確選擇以及方案的有效性都會影響到巖層沉降控制的效果。當(dāng)方案失效的時候，可能會導(dǎo)致生沉降的發(fā)生。3.2.3沉降控制技術(shù)的機理施工中會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，同時還可能發(fā)生支護結(jié)構(gòu)的變形等情況的發(fā)生。所以，進行地層沉降控制，其出發(fā)點是保持或者加強原有地層的穩(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，不同的施工方法引起的地表沉陷會有很大的差異。因此，對隧道的施工方法進行對比分析是建設(shè)者必須首先論證的問題。隧道的施工方法主要有3種：明挖法、新奧法和盾構(gòu)法。明挖法由于對地面交通干擾大，且因敞開作業(yè)對周圍環(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)生與控制措施對這2種施工方法進行概述。3.3.1新奧法開挖時控制措施所謂新奧法就是施工過程中充分發(fā)揮圍巖本身具有的自承能力，即洞室開挖后，利用圍巖的自穩(wěn)能力及時進行以噴錨為主的初期支護，使之與圍巖密貼，減小圍巖松動范圍，提高自承能力，使支護與圍巖聯(lián)合受力共同作用。采用新奧法時主要的施工方法有：（1）全斷面開挖法，原則上是一次完成設(shè)計開挖斷面，是在穩(wěn)定的圍巖中采用的方法；（2）臺階開挖法；（3）側(cè)壁導(dǎo)坑環(huán)型開挖法，這是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件特別差時所采用的一種方法，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，地面沉陷主要取決于開挖的方法、初期支護及永久支護的時間和強度，有以下防止地面下沉的措施：（1）改變施工方法：縮短開挖進尺，如計劃1個循環(huán)1.5m，可縮短為1m或0.8m；不用全斷面開挖方法，而用環(huán)型開挖方法．（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、開挖面噴射混凝土和安設(shè)錨桿等。開挖面超前支護是在開挖面前方的圍巖內(nèi)插入鋼筋、鋼管和鋼板作為輔助性支護構(gòu)件，用以防護開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。開挖面噴射混凝土應(yīng)盡早進行，對于土砂圍巖，一般噴射3cm厚的混凝土就能防止開挖面的局部塌落。（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，是先在開挖斷面外鉆孔，然后在管子的內(nèi)外注漿，以加固開挖斷面。這種方法，可以加固堆積層和斷層破碎帶等不穩(wěn)定圍巖，能有效防止開挖的圍巖松動。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，控制隧道開挖時產(chǎn)生的松動范圍。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，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，可以加固開挖面前方的圍巖，防止圍巖松動。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，施工困難，在砂巖和泥巖中效果顯著。（4）動態(tài)施工力學(xué)法，這種方法是由朱維申教授總結(jié)完善的，這種方法強調(diào)勘察、設(shè)計、施工、科研各環(huán)節(jié)的緊密配合，能有效減少圍巖的松動區(qū)，抑制地表沉降量。3.3.2盾構(gòu)法開挖時控制措施盾構(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孔處出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向著另一豎井或基坑的設(shè)計孔洞推進。盾構(gòu)推進中所受的阻力，通過盾構(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特的施工機具，它是一個既能支承地層壓力又能在地層中推進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挖土體的裝置，在鋼筒中段周圈內(nèi)面安裝頂進所需的千斤頂，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)每推進一環(huán)距離，就在盾尾支護下拼裝l環(huán)襯砌，并及時地向緊靠盾尾后面的開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)隧道周圍受擾動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）開挖面土體移動。當(dāng)盾構(gòu)掘進時，開挖面土體受到的水平支護應(yīng)力小于原始側(cè)向力，開挖土體向盾構(gòu)內(nèi)移動，引起地層損失而導(dǎo)致盾構(gòu)上方地面沉降；當(dāng)盾構(gòu)推進時，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，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)暫停推進中，由于盾構(gòu)推進千斤頂漏油回縮而可能引起盾構(gòu)后退，使開挖面土體坍落或松動，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，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，引起地層損失。（4）改變推進方向。盾構(gòu)在曲線推進、糾偏、抬頭推進或叩頭推進過程中，實際開挖面不是圓形而是橢圓，因此引起地層損失。（5）盾構(gòu)移動對地層的摩擦和剪切。（6）在土壓力作用下，隧道襯砌產(chǎn)生的變形也會引起少量的地層損失。3.3.2.2受擾動土的固結(jié)盾構(gòu)隧道土體受到盾構(gòu)施工的擾動后，便在盾構(gòu)隧道的周圍形成超孔隙水壓力區(qū)（正值或負值）。當(dāng)盾構(gòu)離開該處地層后，由于土體表面壓力釋放，隧道周圍的孔隙水壓力便下降。在超孔隙水壓力釋放過程中，孔隙水排出，引起地層移動和地面下降。此外，由于盾構(gòu)推進中的擠壓作用和盾尾后的壓漿作用的施工因素，使周圍地層形成正值的超孔隙水壓區(qū)。其超孔隙水壓力，在盾構(gòu)隧道施工后的一段時間內(nèi)復(fù)原，在此過程中地層發(fā)生排水固結(jié)變形，引起地面沉降。土體受擾動后，土體骨架還會有持續(xù)很長時間的壓縮變形，在此過程中發(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、支護不當(dāng)或者失效等事故直接引起，容易造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。所以，針對地鐵施工中沉降事故的發(fā)生，制定和實施一套健全的應(yīng)急預(yù)案是相當(dāng)重要的。應(yīng)急預(yù)案是指未來加強對重大事故的處理能力，防止事故擴大，使事故損失降到最低限度，而根據(jù)實際情況制定的事故應(yīng)急救援對策。通過制定應(yīng)急預(yù)案并進行必要的演練，事故發(fā)生時采取正確的應(yīng)對措施，一方面可以控制事故的影響范圍，降低人員傷害呵財產(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、設(shè)備物料運送、其他人員）。人員的組織管理要建立起一個完善的組織體系，實行明確的分工，擁有高效的協(xié)調(diào)機制。3.4.2應(yīng)急處置所需設(shè)備、物料的儲備與管理應(yīng)急所需設(shè)備和物料是進行應(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，另一方面對所配備設(shè)備、物料的嚴(yán)格保養(yǎng)、檢驗也要寫進組織程序。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)生在時間上具有突發(fā)性，應(yīng)急預(yù)案的啟動必須在短時間內(nèi)完成。那么，如何使應(yīng)急預(yù)案在短時間內(nèi)全面協(xié)調(diào)地運作起來就成為事故處置效果的關(guān)鍵影響因素。應(yīng)急預(yù)案的啟動在短時間內(nèi)的啟動是一個系統(tǒng)工程，需要調(diào)動起人員、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)、指揮者扎實的知識基礎(chǔ)和敏捷的處理能力、有效的人員協(xié)調(diào)機制。3.5研究結(jié)論3.5.通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和數(shù)值模擬計算，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)律以及對建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)安全性的影響程度進行預(yù)測和評估，即可及時調(diào)整施工方案和支護參數(shù)。3.5.2按照控制巖體變形的方法進行施工，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軟弱破碎圍巖支護技術(shù)4.1概述軟弱破碎圍巖對隧道大變形的破壞較為普遍，洞室開挖后圍巖變形較大。對隧道施工狀況以及變形機理分析表明：此軟弱圍巖需要采用預(yù)支護和加強初期支護措施來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)外動力地質(zhì)作用的結(jié)果，主要以巖塊的堅硬程度和結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出來。巖體強度主要取決于軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強度，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)造運動后由斷層泥、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。這類圍巖強度低，幾乎沒有自穩(wěn)能力。這種圍巖開挖后，地應(yīng)力重新分布，若沒有及時且強有力地支護，圍巖很快由彈性變形進入松弛變形，出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。4.2.2設(shè)計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)計施工的影響。設(shè)計施工影響主要是指隧道的斷面形狀、尺寸、埋深、開挖方法、施工工序、支護形式等工程活動的影響。4.2.2對于相同類型的隧道，開挖空間越大，開挖時釋放荷載越大，開挖后的二次應(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)計斷面面積為143m3，因有預(yù)留量，實際開挖斷面有169m4.2.2隧道開挖后由于應(yīng)力重分布，應(yīng)力場發(fā)生變化。施工中采用不同的開挖工法對開挖后圍巖的二次、三次應(yīng)力有很大的影響。針對軟弱圍巖一般采用分部開挖，優(yōu)點是每次的應(yīng)力變化不大，缺點是由于擾動次數(shù)過多，易造成圍巖變形累計增加。由附圖三可知，DK412+270斷面上臺階新開挖后沉降量最大，中臺階、下臺階開挖到此時，下沉量會凸顯，直至仰拱施作完畢成環(huán)后才趨于穩(wěn)定。4.2由于支護結(jié)構(gòu)的作用，減小了圍巖塑性圈的范圍。因此，支護結(jié)構(gòu)直接影響圍巖的應(yīng)力和變形，限制了隧道開挖引起的圍巖變形，使收斂變形逐漸減小。破碎圍巖開挖后自穩(wěn)能力差，如果快速、及時的施加支護系統(tǒng)，可以迅速給松動巖體提供支護抗力，減小對深部巖體的傳遞，也能有效降低圍巖的變形。同時根據(jù)施工經(jīng)驗可得出，洞室開挖后支護結(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，那么支護結(jié)構(gòu)就要發(fā)揮原始圍巖平衡狀態(tài)時的力學(xué)要求及圍巖特性。據(jù)此可以提出很多支護措施的理念。舉例說明：洞室開挖后，圍巖情況為：巖體風(fēng)化不均勻，洞室中部巖石為強風(fēng)化或弱風(fēng)化，強度高，拱墻附近巖石強風(fēng)化至全風(fēng)化，巖石間解理面光滑且圍巖較破碎，自身強度不高（中部巖石強度遠大于拱墻巖石強度）；洞室未開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，并且強度低的巖石無法承擔(dān)其應(yīng)力，所以中部強度較高的巖石地應(yīng)力極大，此時中部巖石承擔(dān)了穩(wěn)定洞室平衡的關(guān)鍵。若開挖后為使其圍巖穩(wěn)定，那么該支護結(jié)構(gòu)就要承擔(dān)類同中部巖體的抗應(yīng)力，如果支護結(jié)構(gòu)強度低于原中部巖石強度就會出現(xiàn)初支開裂甚至拱架扭斷等現(xiàn)象；此種圍巖的支護措施可以增大拱墻圍巖摩擦系數(shù)，改善拱墻圍巖受力性，加強初支支護強度等。4.2.2隧道主要施工工序，如開挖、初期支護、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而發(fā)生相應(yīng)的變形。4.2.2隧道初期支護后，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長，造成遠離仰拱斷面縱向變位大，引起周圍地層的擾動，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，以致洞室開挖后拱頂會迅速下降，圍巖變形壓力迅速轉(zhuǎn)化為松弛壓力，圍巖進入松弛狀態(tài)，及很快從非穩(wěn)定平衡狀態(tài)進入失穩(wěn)狀態(tài)。4.2.2有研究表明：圍巖開挖后與時間等有著函數(shù)關(guān)系。對于軟弱破碎的圍巖，特別是粘土質(zhì)巖、泥巖等有明顯的流變性質(zhì)。洞室開挖后會有明顯的拱頂沉降；原始圍巖隨著時間的增加，風(fēng)化程度也會隨著圍巖與溫度、濕度接觸后加劇。詳見附圖四.附圖四

Ⅳ、Ⅴ級圍巖穩(wěn)定距離/時間正態(tài)分布參數(shù)類別o/mo/mo/do/dⅣ級圍巖上臺階77.9032.7845.8022.32Ⅳ級圍巖下臺階42.1219.0721.008.27Ⅴ級圍巖上臺階87.1142.7046.0519.53Ⅴ級圍巖下臺階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間要求。4.3隧道圍巖變形支護原理隧道穩(wěn)定基本原理：“充分發(fā)揮圍巖的自