【关键词】地铁隧道；富水地段；施工方法
1、成都地铁1号线工程实例研究
成都地铁1号线起点站动物园，终点站华阳两江寺，整个线路长约27千米。整个成都地铁1期工程，具体是指地铁1号线中的一小部分，从红花堰站到世纪广场站，整个线路长约15千米。本文研究对象主要是指成都地铁1号线升仙湖站――火车站这一标段隧道施工技术，这一区间线路全长4755.972米。工程所通过的地段主要是人工填筑土层，包括可塑粘土、粉土、粉质粘土等，地下部分是卵石层，卵石直径在4到9厘米左右，有的超过12厘米，同时，还有一小部分的漂石，直径约不小于20厘米，含量约为80%左右；下面是白垩系上统灌口在泥岩，深约14至30米，南面的基岩埋藏的比较浅。地铁1号线施工范围内的地下水系是第4系孔隙潜水以及基岩隙水2类。其中，孔隙潜水一般埋于砂卵石的地层，这一层的地下水位浅，水量多，渗透系数为K=10-20m/d，主要通过降水、地表河流等补偿；同时基岩隙水主要在泥岩风化裂隙带里面，含水层比较厚约为20米，渗透系数为K=0.3～1.2m/d，这种水不发育，条件不好，补给源主要是大多是孔隙潜水。
2、区间隧道施工的技术难点探析
2.1隧道环境条件复杂
本工程位于四川省安监局、经委大楼、第二招待所、338信箱招待所等建筑下方，隧道结构两侧管线、建筑密集分布，交通量非常大。并且全部处于隧道施工振动的范围以内。因此，必须对隧道施工进行严格控制，不能威胁到周边管线、建筑物的安全。但是这一区间隧道地层地基比较软弱，对于控制变形振动非常的有难度。
2.2围岩软弱容易扰动并且稳定性非常差
区间隧道在施工过程中穿越的地层主要为第四系残积层的砂质粘性土、砾质粘性土，部分地段地段是海冲击砂层，地层非常软弱。区间隧道施工开始后，在自重力的影响下周边围岩会出现一定程度的松弛变形，甚至出现变形坍塌。另外，因为地下水的渗透失去一定程度的稳定性，给施工造成严重困难，尤其是形成流塑状态后会很容易注入隧道内出现在坍塌涌泥，给隧道施工及地上周边建筑带来严重威胁。因此，在区间地铁的施工过程中，一定要特别注意杜绝出现大的变形坍塌。
3、区间地铁隧道主要施工方法研究
根据成都地铁1号线升仙湖站――火车站这一标段隧道的地质条件及地下水情况，对这一区间隧道，主要采取了长台阶法实施施工，上台阶用弧形开挖留核心土的办法进行施工组织。在开挖前，先对开挖的结构主体进行超前降排水来降低地下水位。
3.1关于上台阶施工工程
上台阶施工过程中为进一步降低对周边围岩的干扰，使用了人工开挖法，主要借助人工风镐等工具进行挖掘，先对拱部开挖，留下核心土层，然后再对核心土进行开挖。一般台阶的长度控制在5到10米，开挖土方用人工装车的方式运到下台阶。隧道上台阶的开挖循环心一般控制在1米左右，一旦开挖完成必须马上实施初期的支护作业。
3.2关于下台阶开挖和支护工程
下台阶开挖主要使用了人工开挖与机械开挖相结合的方式，机械开挖主要借助DH55―V型号的挖掘机。在具体施工过程中，首先使用机械对中央土体进行开挖，两侧要留出30到60厘米的轮廓，实施人工开挖与修整，要确保开挖轮廓线的协调，要把对墙体的扰动降到最低。对于隧道下台阶进行施工开挖的循环尺度要控制在1米左右，一旦开挖成功后，马上实施支护作业，立即对成环进行封闭。特别是在实施开挖施工过程中，要确保不能超循环进尺开挖，以确保工程安全。
3.4关于隧道支护结构的施工要点
一是对于支护参数。区间隧道在初期支护的施工中要使用喷锚构筑的办法实施施工，在不同的地质地段要使用不同的支护参数。二是对于支护施工。超前管棚。成都地铁1号线区间隧道在富水砂层地段是使用了ф76毫米管棚超前支护。主要采用XY―100型液压钻机成孔，再傅用钻机把ф70毫米钢管插入成孔内。其中的管棚主要使用了分节组装丝扣联结，在每一段的长度约5米左右。管棚的长度约为11米，安装于拱部1600范围之内，环向间距一般约45厘米。管棚搭建施工后，使用HFV―5D型双液注浆泵用跳一注一后退的方式把水泥―水玻璃双液浆注入。浆液水灰比例约为8：10，水玻璃玻的美度约为35到40Be’，注浆压力一般约为0.6到0.8MPa，24小时后再实施开挖。
4、隧道施工关键技术策略探析
成都地铁1号线升仙湖站――火车站这一标段隧道施工中使用了超前小导管注浆、超前排水和施工监测等，确保了结构物安全和施工的关键技术。
4.1超前注浆固结地层
区间隧道穿越地段地下水丰富。设计时使用了声ф30毫米超前小导管超前注浆固结地层，对地下水进行封堵。小导管长4米，在一般地段布置在开挖轮廓线外拱部1200范围以内，砂层富水地段使用ф80毫米管棚以及ф30毫米的小导管一起实施注浆来加固地层，同时，按照1×l米的距离在开挖面上台阶进行布置，注浆时要使用KBY―50/70和HFV―5D双液注浆机进行注浆作业，注浆压力管棚控制在0.7MPa左右，小导管控制在1.0MPa。注浆采用由下至上的方式进行后退施工，然后从两侧逐步往中间靠拢，最后完成地铁拱顶的注浆作业。
4.2预先引排地下水
成都区间隧道由于复杂的周边环境给施工带来极大的困难。结合实际状况最终选取了内部提前排水以及隧道内降水相结合的措施，确保了施工的安全进行。一是对隧道超前排水。管道内的地下水排引经排水管道直接吸出。ф108毫米钢花管使用了地质钻机钻孔，同时把管道推入孔内，仰角一般采用20左右，对钢管进行分段组装的方式，每段长约5米，同样采用丝扣连接方式，在两侧分别布置1个，并且随着开挖的进程适时拆除。二是对隧道降水。位于第四系残积砂质粘土地段，因为地层渗透性不好，使用超前引排水的具体效果并不突出，实施开挖施工时，地下水比较大，为确保工程的顺利进行，通常使用ф50毫米轻型井点降水的方式。井点在下台阶开挖过程进行地段布置，井点斜插角度约300左右，垂直深度约3米。三是对隧道监控量测技术。成都1号线隧道区间埋设较浅，施工容易对周边产生大的扰动，尤其是地上地表的沉降对路面交通和两侧管线产生了较大的影响。为确保施工的顺利，在具体过程中必须加强施工的监测工作，实施信息化战略；另外，实施监测信息动态化能够保证及时了解到围岩、支护结构、施工参数、支护参数等因素的变动情况，确保施工安全。一般而言，区间隧道施工监测的主要任务就是对地表沉降、隧道拱顶下沉、净空收敛、支护结构变形、支护内力等进行监测，对监测信息及时分析整理，以对施工作出明确准确的指导。
参考文献
[1]刘智勇.地铁连拱隧道施工技术[J].铁道标准设计，2010（4）：58260
关键词：浅埋偏压隧道现场监测数值计算施工方法对比研究
一、引言
我国西部大开发中以公路建设为主的基础设施建设得到了空前的发展，逐步形成了以中等城市为连接点的高等级公路网络。由于西部是我国的山区地带，要修建高等级汽车专用公路，必然会导致大量的隧道和桥梁出现。目前，西部高速公路网局部地段的桥隧比例达到50%左右。我国山脉纵横，地形地势陡峻险要，地质条件复杂，交通隧道建设中，浅埋偏压隧道(地表倾斜,埋深小于2.5倍坍落拱高度的隧道)占有一定的比重，如傍山隧道。这种地质条件对隧道围岩压力、衬砌结构产生很大影响。在浅埋、偏压及软弱围岩隧道中，由于技术运用或施工处理不当，经常会造成较大面积的坍方，由此带来的人身伤害、财产损失及工期延误等是无法估量的。因此，充分考虑浅埋、偏压的实际工程地质条件进行隧道结构设计是十分必要的。由于浅埋隧道必须考虑地表边界和地面局部荷载以及埋深的影响，围岩应力比深埋隧道情况更为复杂。山区公路的布线一般沿沟谷进行，沿线隧道多存在一定的偏压效应。传统的防偏压方法，一般注重采用设计措施，如增设锚杆与管棚、在偏压较小的一侧增设重力式挡墙或加大衬砌的厚度等，而对施工方法则只简单地提及而没有进行对比研究，这样无形中会加大施工成本，造成施工中不安全因素的增加。本文以具体例子为依托，对施工过程中的监测资料进行分析，提出了适合该隧道的施工方法；同时，采用数值分析的手段，从受力的角度提出了最佳的施工方案。为以后类似工程的设计与施工提供了依据。该隧道的设计为“CD”施工方法，考虑到施工工期及经济因素，拟对进口段采用正台阶施工进行试开挖并进行施工量测，通过对量测数据、施工进度、经济条件等因素的综合分析提出最终适合于该隧道的施工方法。
二、监测数据分析
根据现场条件及一般隧道的监测内容，该隧道的主要监测项目为：周边位移量测、拱顶下沉量测、地表下沉量测、钢支撑内力量测和锚杆轴力量测。
（一）地表下沉
从地表下沉的监测曲线图可以看出，当围岩开挖历经20天之后，其地表下沉基本上就处于稳定状态，而此时掌子面已经推进了一段距离。上述情况表明：该断面的地表沉降经过20天以后基本完成，可以进行下一步的工作。
（二）收敛变形
根据量测断面上台阶开挖30～97m的收敛变形血线图可以看出，量测时间共45d。在上台阶开挖过程中收敛量在3mm以内，说明在上台阶开挖过30m时围岩的大部分应力已经释放，围岩的位移大部分已发生。水平测线AC数值最大，表明隧道侧压力比竖直压力大，其中的主要原因可能是隧道左侧成拱效应比右侧成拱效应差，因此隧道左侧受到更大的围岩压力。
（三）拱顶位移
上台阶开挖后典型断面拱顶实测位移曲线图，该断面围岩主要为炭质板岩，属于Ⅲ类围岩，围岩较破碎。
通过对测量线进行拟合可知：(1)最终位移u∞=38.83mm，该值较大，这主要是由于该断面所处围岩比较破碎，且节理裂隙较发育。但在第6天位移即为33．43mm，已达到最终位移的81％，这说明围岩很快趋于稳定。(2)当t=16d时，位移速率为0.1mm／d，以后随着时间的增长，位移速率将越来越小。
（四）钢支撑内力
所选取的典型断面主要围岩类型为泥岩，属于Ⅲ类围岩。
内力变化曲线时间上可分为4个阶段。其中上台阶开挖后数据曲线形成了急剧增大缓慢增大趋于平缓这I、Ⅱ、Ⅲ三个阶段，下台阶开挖后形成了第Ⅳ阶段。下台阶开挖后，钢支撑左右两侧的内力变化并不一致，说明钢支撑所受的左、右两侧的压力并不相等。
由于各部位内力变化在上台阶开挖后基本一致，因此可以对其中某个部位的内力变化进行分析，从而得到一般的规律，现选取钢支撑内层的左侧部位，经分析其内力最终值为2.393kN；在L=50m时为1.56kN，占其最终值的65％；在L=100m时，为1.93kN，占其最终值的81％，可见内力的大部分在上台阶开挖后50m内产生。
（五）锚杆内力量测结果
锚杆内力量测结果，围岩变形超过20天之后，其变形基本处于稳定状态，在最初的一周之内，其变形发展是最为显著的时期，过此之后，其变形将逐渐趋于稳定。因此，围岩开挖之后的初始阶段是值得注意的时期。
（六）施工方法调整
鉴于实测的位移、支护结构的轴力较小且收敛较快，因此将原设计中采用的“CD”法开挖并辅助超前锚杆支护的施工方法变更为采用台阶法开挖的施工方法即可满足要求。
三、数值模型的建立与计算参数的选取
为了更好地了解在不同施工方法下偏压隧道的受力变形规律，以便从隧道受力变形的角度寻找出这种隧道的最佳施工方法，本文采用数值分析的手段，对其进行建模分析。
（一）数值模型的建立
根据不同的施工方法建立的数值模型如下图所示。为节省篇幅，在本文中只列出CD法开挖的网格剖分图。
计算参数的选取：综合国际《工程岩体分级标准》GB50218—94、《公路隧道设计规范》JTJ026-90、《铁路隧道设计规范》TB10003—2001等资料对各类围岩物理力学参数的取值情况，取各类围岩中值作为岩体的计算参数。对锚杆与型钢拱架材料参数则根据实验结果取值。
（二）计算结果与分析
采用数值模拟得出的几种不同施工方法下隧道周边与地表最大位移、隧道周边最大围岩应力。而锚杆轴力和钢支撑内力由于受篇幅限制，不再一一列出。
1、不同施工方法下受力共同点
(1)拱顶部分的锚杆与钢支撑在不同的施工阶段受力都很小。
(2)完工后受偏压较大的右墙所承受的围岩应力最大，而且拱脚与墙角往往都是应力集中的地方。
(3)锚杆与钢支撑的受力在施工中间阶段往往是右侧受力稍大，而完工后则左侧稍大。
2、不同施工方法下受力不同点
(1)、在位移方面，CD法无论是拱顶位移、地表位移，还是侧墙位移都小于全断面法与台阶法；台阶法在中间施工时的各项位移都小于全断面法，完工后除左墙位移外，其余也比全断面法施工的位移小。
(2)、锚杆所受轴力、钢拱架所受轴力和弯矩以全断面法施工最大，台阶法次之，CD法最小。
四、结语
根据以上分析可知，在偏压隧道中，要优先采用CD法进行施工，如施工断面较小，偏压不大时，也可采用正台阶法施工，一般情况下不要采用全断面法施工。
此外，笔者在采用CD法施工模拟时计算了两种开挖方法，一种是先右后左；一种是先左后右，结果表明，前者无论从受力变形大小、收敛时间长短均优于后者。因此，可以推断：在采用CD法进行施工时应从偏压较大的一侧开始施工。
参考文献：
【1】何林生，王明年。复杂地质条件下公路隧道施工方法。1999.7
曲奥隧道是在建临合高速公路的一座小净距隧道，双洞中轴线间距为20.3m，隧道净空为10.25*5m，中间岩柱净宽为8～12m，洞内单向纵坡，进出口均采用端墙式洞门，属于典型的双线、双洞、小净距隧道。地质勘察资料表明，隧址区属峡谷山地地貌单元，洞口段为崩坡积碎石土，体积较大，基岩为三叠系板岩夹砂岩，局部为砂岩、板岩互层，节理、板理发育为切层剪节理，其将板岩、砂岩切割成大小不等菱形块，造成围岩破碎，洞线走向与岩层走向小角度相交，不利于围岩稳定。本文将以该隧道成功施工经验为例，介绍浅埋、偏压小净距隧道洞口段穿越松散堆积体的施工过程，全面分析其施工工艺流程，提出其关键工序、施工方法、技术难点和重点。
1.洞口段半明半暗偏压段套拱施工
洞口开挖遵循早进洞”原则，减少洞口仰坡扰动，维持仰拱边坡稳定，及时以上至下施作防护，严禁高边坡暴露，提早施作排水系统，保持边坡稳定。
曲奥隧道洞口段施工采用偏压挡墙加套拱预支护的支护方式，隧道进洞前先清除浅埋段地表植被及地表土。对浅埋段部分地表土体进行清除的顺序为隧道浅埋段与暗洞交界处向洞口端逐段清除，清除后及时进行坡面喷锚防护；然后施作偏压挡墙，偏压挡墙与套拱同步施工，分两步，先施工基础、墙身、耳墙，然后施工套拱，一次分段施工至洞口端墙式洞门处，套拱一端与山体基岩采用R27自进式中空注浆锚杆连接，另一端坐落在偏压挡墙耳墙的根部位置。
偏压挡墙及套拱施作完后毕后，立即对偏压挡墙外侧采取回填土并压实的方式，来稳定挡墙内外侧压力，防止山体偏压严重造成已施工的偏压挡墙倾覆或者开裂，产生巨大安全隐患。
超前大管棚支护需跟进施工，导向墙采用100cm厚C25砼，预埋Ф127mm壁厚4mm导向管，管棚采用Ф108mm壁厚6mm热轧无缝钢管分段制作为套管施工，机械连接方式，套在锚固钻机钻杆上随偏心钻头与冲击器的顶入同时顶入管棚套管。管棚注浆采用分段注浆方式，长管棚钢管环向间隔一根注浆，浆液采用水灰比1：1水泥浆。
具体施工过程：根据松散堆积体的地质情况和40m长管棚的技术要求，管棚钻进采取套管跟进施工技术，选用性能优良的锚固钻机配合专用偏心钻头成孔工艺，套管与钻头通过管靴连接，施工超前管棚至设计深度后，稍微回转钻机，使偏心钻头偏心处回位，缓慢退出钻杆及冲击器，管棚逐根施工完毕。管棚注浆设备采用双液浆机，在孔口处设置止浆阀。注浆压力为0.5-1.0MPa，终压力为2.0MPa。从两边向中间注浆，当每孔压力逐步升高到设计终压并继续注浆15min以上，浆液注入量已达到计算值的80%以上，或全段所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注情况时，可以结束注浆。
2.洞身开挖及施工顺序
2.1小净距隧道V级围岩施工开挖顺序
通过现场调查及地勘设计说明，曲奥隧道存在偏压且围岩破碎，隧道右线靠山体外侧，埋深较浅，地质较差，施工考虑优先开挖隧道右洞，及时施工初期支护，仰拱及二衬闭合成环后再开挖隧道左洞施工。
小净距隧道V级围岩地质较差，洞身开挖施工必须在超前支护（设计采用Ф42mm壁厚4mm的热轧无缝钢管加工而成的超前小导管做超前支护）施工完毕后，才能进行洞身开挖施工。
洞身开挖施工过程中，应严格按照短进尺、少扰动、强支护、快加固、早成环、勤测量”的原则，根据隧道围岩情况，上台阶采用环形开挖预留弧形核心土。开挖上台阶优先选用人工配合机械开挖，局部配合小药卷爆破的方式进行开挖，不能进行人工开挖的地段采取光面微震爆破的方式进行短距离开挖，一次开挖距离不得超过1榀钢拱架构件的设计距离，左右幅禁止同时进行爆破作业，并且爆破开挖时钻进的掏槽眼应远离中加岩墙外150倍药包半径。采用微震爆破，控制先行洞爆破时最大临界震动速度v≤5cm/s，且施工过程中减少对两洞之间的中加岩柱的扰动。
小净距隧道V级围岩先行洞与后行洞掌子面距离应控制在20m-60m，禁止<20m。预留弧形核心土的长度不小于3m，一般控制在3～5m，上台阶至下台阶工作面距离5～10m。上台阶及时施工初期支护相关的支护构件及加固措施和中加岩加固锚杆，确保施工安全。
2.2小净距隧道Ⅳ级围岩施工开挖顺序
曲奥隧道Ⅳ围岩采取上下台阶法开挖，但是后行洞XSIV围岩上台阶开挖依然采取环向预留核心土的方式循环掘进，下台阶落后于上台阶5～10m，上下台阶的初期支护施作必须紧跟开挖。右洞开挖断面超前左洞开挖断面控制在30～70m。下台阶的开挖优先开挖临近中加岩柱的一侧，然后进行下台阶初期支护，及时补打中加岩加强锚杆，确保中加岩柱的稳定。
3.确保小净距隧道中加岩柱的稳定
洞口施工时，两隧道中间岩柱坡口处原地面土体必须保留，以支档坡面，保持自然坡的稳定。
3.1中加岩柱注浆小导管
洞内施工过程中，采取中加岩柱注浆小导管进行预加固，小导管采用外径42mm，壁厚4mm，长5～6m的热轧无缝钢管加工而成，小导管15cm间隔梅花形布设8mm的注浆孔，并预留50cm的止浆段，小导管环向间距35～40cm，纵向间距150cm，外插角45°左右倾斜向隧道开挖方向，尾端支撑于钢架之上，注浆浆液扩散半径一般按75～100cm控制。
3.2中加岩柱锚杆支护
洞身开挖后，中加岩柱地段增设中加岩加强锚杆，加强锚杆采用R25自进式中空注浆锚杆，锚杆长度4.5m，间距0.75m*1m，每环6根，自起拱线开始向上梅花形布设，锚杆垂直于岩面。锚杆注浆浆液水灰比0.43～0.5，强度不小于M20。
4.初期支护
根据新奥法施工的核心内容要求，小净距隧道初期支护采取架立I20型钢，锚、网、喷联合支护的方式。初喷紧跟开挖面并封闭开挖面，避免围岩长时间暴露风化，防止围岩短期内松弛出现塌方危险。喷射砼分层复喷至设计厚度厚度，且喷射混凝土强度必须达到8.0MPa以上才能进行掌子面的开挖施工。上下台阶初期支护应及时与初支仰拱、二衬仰拱闭合成环，确保施工安全。
5.结束语
曲奥隧道施工过程中避免了地表注浆，减少防护工程数量，同时确保了隧道施工过程中的施工安全和结构安全。总结有下面几点体会：
（1）浅埋、偏压小净距隧道施工的核心是如何确保偏压段内外压力平衡，施工需围绕抗偏压的核心来确定施工方案；
（2）对于隧道穿越堆积体而言，隧道施工应注意环保，尽可能零扰动”进洞施工，避免大开挖”施工，半明半暗抗压设计理念便是为了确保隧道洞口围岩稳定；
【关键词】隧道工程；围岩变形；影响因素
1工程概况
某隧道工程属于长大双线隧道，其上行线单洞长度为4030m，下行线单洞长度为4070m。隧道走向为南北方向，隧道开挖段面积为92m2，最大埋深超过了500m。隧道工程穿越的主要地层为河口群上岩组，穿越不良地质体较多，地质环境十分复杂，施工难度较大。该隧道工程在施工中，根据围岩条件，采取了不同的施工方法，在Ⅴ、Ⅵ级围岩中，围岩应用的是台阶法，在Ⅲ、Ⅳ级围岩中，应用的是全断面法。围岩初期支护为喷锚支护。在围岩软弱地带中，搭设钢拱架，围岩二次支护方式为复合式衬砌。
2应用有限元模拟法分析隧道围岩力学特征
2.1隧道工程施工中围岩塑性区变化分析
选择隧道工程下行线K106+700断面作为隧道围岩力学特征试验的研究对象，研究方法主要为有限元模拟法，通过有限元法对围岩物理力学指标进行数值模拟，最终获得不同岩石弹性模量、容重、内摩擦角、泊松比等力学指标数值。通过数值模拟与有限元网格分析，可以获得模拟计算结果，结果证明，在进行隧道开挖的初期阶段，因对围岩平衡造成破坏，受应力重分布的影响，围岩力学条件出现快速恶化，其中在塑性区，围岩变化程度最大。围岩变形突变的发生，让围岩处于一种不稳定状态。在采取喷锚支护措施后，围岩力学条件发生改善，其塑性区变化范围缩小，围岩变形逐渐趋于稳定，如下图1，为隧道工程二次衬砌后为围岩塑性区示意图：
图1隧道工程二次衬砌后为围岩塑性区示意图
2.2隧道施工过程中围岩变形
通知研究与数据测量发现，在隧道工程施工过程中，可以将围岩变形分为三个不同的阶段，分别为急剧变化阶段、缓慢增长阶段与基本稳定阶段。在该隧道工程施工过程中，急剧变化阶段主要发生在断面开挖之后的10d之内，在距离开挖面20m范围内，采取爆破方式进行掌子面爆破开挖，导致围岩发生急剧变形，在急剧变形阶段，其围岩变形量占围岩总变形量的一半以上。且在此阶段中，工程围岩喷射混凝土强度没有达到一定强度，且受开挖影响，对围岩原本的平衡造成破坏，存在着应力重分布效应。在施工工序影响下，围岩变形表现十分剧烈，主要表现为振荡加速趋势。随着喷射混凝土强度逐渐增加，混凝土硬化与初期支护系统作用发挥，对围岩变形进行了限制，围岩变形进入到缓慢增长阶段，其变形逐渐变小。在围岩基本稳定阶段时，开挖面与断面距离一般已经超过了两倍洞径，隧道开挖中的空间效应影响基本消失，围岩变形速度逐渐趋于平稳，最终获得再平衡。
3隧道施工影响围岩变形的因素分析
3.1隧道开挖方式与方法对围岩变形的影响
在进行隧道工程施工时，隧道开挖后会对围岩原本的平衡造成破坏，应力场的改变，导致其应力重新分布，寻求再平衡。由此，隧道工程的开挖方式是选择非爆破技术与爆破技术，隧道工程开挖方法是选择分部开挖法或全断面开挖，对围岩的应力状态都存在着直接影响，其影响的主要表现为位移场的变化。在本工程Ⅴ、Ⅵ级围岩中开挖方式采取的是台阶法，在台阶法开挖过程中，上半断面在收敛变形后，逐渐趋于稳定，而下半断面开挖，会造成在上半断面扰动，并会伴随着收敛出现变形突变，变形突变幅度大小与断面瞬间所出现的收敛突变存接近，但其数值并不大。在隧道工程开挖过程中，针对同一类型的围岩，采取台阶法与全断面开挖方法对围岩变形的影响程度不同，围岩中全断面开挖较之台阶法所引起的变形相对较小。采取台阶法进行隧道开挖，在开挖过程中，上台阶围岩会受到两次扰动。
3.2支护结构对围岩变形的影响
采取支护措施，支护结构发挥作用，可以减小塑性圈范围。隧道工程支护结构建立，对围岩的应力与变形存在着直接影响。通过支护系统，限制隧道开挖围岩变形，减少围岩变形。
3.3邻近施工对围岩变形的影响
在隧道初期支护之后，围岩变形逐渐趋于稳定，此时的围岩处于一种相对稳定状态。在隧道后期施工过程中，如进行隧道侧壁开挖等作业，会对围岩变形造成影响，围岩变形的特征主要表现为小幅震荡。
3.4施工工序对围岩变形的影响
隧道工程施工工序是影响围岩变形的主要因素。在隧道施工中，其主要工序包括隧道开挖、初期支护、仰拱设置、隧道二次衬砌等。通过研究发现，在隧道开挖过程中，围岩变形已经产生，其变形幅度约占总体变形量的30%，在初期支护施工后，虽然对围岩变形发挥了一定的抑制作用，但围岩仍存在着40%左右的变形。通过设置仰拱，缩小隧道变形，此时，围岩变形量约为20%，经过隧道二次衬砌施工后，围岩变形逐渐稳定，变形量低于10%。在隧道施工之后，围岩重新进行稳定状态。
4结语
在隧道工程施工过程中，岩体开挖，会对围岩平衡状态造成破坏，应力场的变化会引起岩体应力重新分布，从而出现围岩变形等问题。本文结合工程实例，通过有限元模拟法证明了隧道施工会对围岩变形造成较大影响。影响隧道围岩变形的主要因素包括开挖方法、支护结构的选择、邻近施工与施工工序等。在进行隧道施工中，需要根据其地质情况，分析围岩变化程度，从而采取对应措施，保证隧道工程施工的综合效益。
参考文献：
[1]肖君瑞.明垭子隧道围岩变形及合理支护结构的研究[D].长安大学，2010.
关键词重叠隧道开挖沉降变化
中图分类号：U45文献标识码：A
1工程概况
1.1工程地质和水文地质
深圳地铁某单洞双层重叠隧道工程范围内上覆地层自上而下依次为：第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、海冲积层（Q4m+al）及第四系残积层（Q4el），下伏侏罗系中统（J2）凝灰岩、震旦系（Z）花岗片麻岩，局部为燕山期（r53）花岗岩侵入体。区间隧道上部有厚2～7.5m富含地下水的砂层，具有强透水性，主要补给来源为布吉特河、深圳河河水及大气降水，并受潮汐影响；砾砂层厚2～4m，其上存在的厚2～4m流动状态淤泥质粉土为软土，稳定性极差；其下为软塑粉质粘土，遇水极易软化，特别是里程SK1+419.7～SK1+500段粘土层厚度仅为0～2m，隧道开挖时容易出现严重浸水，使浸水软化的洞身围岩（残积土层及全风化岩层）丧失自稳能力。地下水按赋存介质可分为第四系孔隙潜水、基岩裂隙水和断层带水。地下水埋深1～1.67m。
F5′断层位于本标段里程为SK1+486位置。该断层发育在凝灰岩中，视厚度4.4m。真厚度约2.0m。断层带主要为灰绿色糜棱岩、断层泥及断层角砾。断层走向NE55°，倾向倾角约为60°～75°。
1.2隧道施工情况简介
1.2.1前期施工情况
隧道上覆地层强度低，相对隔水层即残积层厚度仅为0～0.5m，且其上方呈饱和流塑状，砂层厚达6.2～7.8m；残积层为软塑土层且孔隙多，遇水极易软化。对0.5m厚的残积层作相对隔水层显然难有效果，由于水压力的作用，地下水必然通过残积层孔隙渗入工作面，从而造成隧道开挖时在工作面大量涌水，在水作用下，隧道围岩（残积土层及全风化岩）软化并失去自稳能力，导致工作面失稳。因此，前期区间隧道开挖很不顺利，辅助工法先后采用了地面旋喷止水加固（SK1+419.7～SK1+429.7）、洞内深孔注浆加固（SK1+431.9～SK1+441.9）和地面垂直旋喷加固（SK1+445.5～SK1+473）措施，隧道开挖时在前两者的加固范围内出现了两次地表塌陷，对工期造成了很大的影响。
1.2.2后期施工情况
为保证掌子面的稳定，保证隧道施工安全，对SK1+473～SK1+600段暗挖隧道第一台阶掌子面进行全断面注浆止水加固辅助施工，注水泥－水玻璃双液浆，采用Ф42钢花管（5.0m）后退式分段注浆，每循环注浆段长5.0m，开挖3.0m，注浆顺序为先隧道周边后中间，隔孔交替注浆，采用渗透及劈裂注浆方式。
现场实际地表垂直旋喷加固里程为SK1+445～SK1+473，旋喷桩桩径为Ф1000，间距和排距为0.866×0.75m。旋喷加固范围：隧道拱部开挖轮廓线至之外2.5m线范围内的土层和全风化岩层；墙为隧道第一台阶开挖底线下1.0m以上的土层和全风化岩层。
超前支护调整为4.5m（3～4榀打一次）和2.0m（每榀都打）的Ф42注浆小导管，长短结合预加固，在每榀钢架拱脚处设Ф42锁脚注浆锚管，长3.5m，第一台阶每侧两根，第二、三台阶每侧一根。注水泥－水玻璃浆液。格栅间距调整为500mm，初支采用网喷混凝土(C20)与格栅钢架(主筋Ф22)，二衬采用模筑混凝土衬砌支护。
2地表、拱顶纵向沉降
图1地表、拱顶沉降纵断面变化曲线及地质纵剖面图
从地表、拱顶沉降的纵断面变化曲线（图1）可以看到：随着地表加固情况的不同地表和拱顶沉降关系也不同，而且规律很突出，在地面旋喷止水加固（SK1+419.7～SK1+429.7）段地表沉降值小于拱顶下沉值；洞内深孔注浆加固（SK1+431.9～SK1+441.9）地段的地表沉降则比拱顶下沉量要大；地面垂直旋喷加固（SK1+445.5～SK1+473）地段和旋喷止水加固段一样，地表沉降小于拱顶下沉；从SK1+473里程开始地表未作任何地层加固措施，隧道开挖在天然的地层中进行（不考虑失水失砂固结），地表沉降量一般比拱顶下沉大30mm左右。由此可见：（1）地层的预加固措施对地表沉降的控制起到了很大的作用，但对拱顶下沉的作用相对较小，拱顶下沉最主要的是受开挖影响；（2）地表加固段地层条件很差，砂层离拱顶很近，部分的砂层甚至侵入隧道，两种加固措施实施后出现地表和拱顶不同的沉降关系，表明地表旋喷止水加固对地表和拱顶沉降控制都有效果，但对地表沉降的控制效果较好；而隧道洞内深孔注浆则对拱顶下沉的控制效果较明显，其作用主要是形成有效的加固止水环，而对地表沉降控制效果则一般。可见，不同的辅助工法对控制地表和拱顶沉降的效果是不同的。
从图1中可以看到，SK1+487里程的地表沉降最大，是其他地段的2倍左右，从地质纵剖面图看该位置的地层条件很差，隧道上覆的砂层汇水槽正好位于该里程，且隔水层厚度只有1.5m，从布设测斜孔和分层沉降孔时的现场钻孔情况看砂层中有一层卵石层，大小不均，从地面垂直旋喷加固（SK1+445.5～SK1+473）地段的取样效果看，卵石层的加固效果极差，地表旋喷后这一层基本上没有和水泥浆凝固为一体，仍为松散体；该里程恰好有一个断层斜穿隧道。因此，隧道开挖过程中水量比较大，掌子面容易滑动，开挖有一定的危险，也是造成地表沉降过大的原因。
从对地表和拱顶的沉降量观测结果表明，对地层加固的效果还是不错的，前三段地层加固后其沉降控制在了90mm内，地层未加固段随地层条件沉降变化很大，随着埋深增加和隔水层增厚，地表、拱顶沉降迅速减小，可以控制在60mm以内，当然这是在施工质量有保证的前提下才能实现的。
3地表横向沉降
单洞双层重叠隧道四个台阶均通过观测布点断面需要2个月，故主观测断面的观测时间历时较长，加上隧道开挖的超前影响、稳定阶段以及隧道施作二次衬砌，观测时间达四个多月。选择断层通过地带和地层条件较差的位置SK1+490布设了地表观测横断面，地表横断面观测结果如图2所示。
图2中的曲线分别表示一台阶开挖（11月22日）前后一天、二台阶通过（12月11日）前后、三台阶通过（1月3日）后、四台阶通过（1月16日）当天以及稳定后的沉降槽，曲线的基本变化趋势是一致的，都可以用2次多项式或正态曲线拟合，从图中可以看出：
图2地表横断面累计沉降曲线
（1)各个台阶开挖的沉降量占最终地表沉降量的26.2％、36.2％、23.6％、9.7％，四台阶开挖完后的沉降量很小，仅为4.7％，可见一台阶开挖后，二台阶开挖前的沉降量所占的比重最大，这是因为现场施工由于实际中对施工进度的要求，一台阶投入更多的人力开挖，故一、二台阶的间距较长，一般有20多米，而二、三、三四台阶则一般在15m以内，且隧道一、二台阶穿越粉质粘土，强度相对较低，隧道初期支护渗水量较大，地层失水固结较大。从分步开挖的百分比可以看出，施工扰动对地层的影响很大，而浅埋暗挖法的实质就是在允许的范围内最小程度地控制地表沉降，因此，只要掌握合理的开挖顺序、台阶长度、超前预加固等施工要素都可以合理控制地表沉降。
（2)隧道开挖的横向影响范围为离隧道中线左右各40m，从沉降槽可以看到，隧道左侧的影响范围要大，隧道左侧道路交通繁忙，存在车辆的动荷载，而右侧虽然也是行车道，但车辆较少，而且天安国际大厦的桩基础就在旁边，地表沉降相对较小；横向影响范围内地表变形比较大的位置是隧道中线两侧各15m的范围，隧道中线左侧18.1m处最终沉降76.1mm，右侧12.8m处最终沉降60.1mm，均超过了30mm的标准，可见欲将隧道上方地表沉降控制在30mm以内，对地层的改良和完善施工工艺都是必须的。
4地表和拱顶沉降资料的关连分析
选取SK1+480和SK1+487两个位置的地表和拱顶下沉沉降资料做关连分析，见图3、4，从图中可以分析得到：
1)图中两条曲线有着极其相似之处，反映了地表和拱顶下沉的同步关系，随着隧道开挖拱顶和地表同步沉降，其历时曲线基本平行，说明隧道开挖引起地层的塑性变形；
2)曲线表现的是地表沉降大于拱顶下沉，但由于拱顶下沉的超前沉降部分无法观测，因此两者的关系不能直接下定论，还要结合其他的观测结果共同分析，以期得到真实的结果；
3)从曲线中可以清晰看出，二台阶通过后上台阶停工3天，但沉降发展很快，地表沉降14mm，拱顶沉降17mm，说明掌子面通过观测断面前后是沉降发展的主要阶段，因此，控制每榀初期支护的开挖－支护时间是控制地表沉降和拱顶下沉的关键，这也是浅埋暗挖法“早支护”的实质，掌子面通过后仍要及时对前方掌子面周围做一定加固措施，保证一台阶的稳定；
4)从沉降曲线的趋势看有一个明显的稳定值，隧道开挖引起的地表变形有一个限度。如果能够把曲线向上平移，则最终沉降将会减小，至少可以将超前沉降量去掉一部分。这涉及到超前预加固的加固效果是只保证掌子面附近小范围的安全，还是掌子面附近大范围内地层的强度，两者的效果是显然不同的，这可以从上述各段的地层加固比较得到，也就是说不同辅助工法的选择对控制超前沉降和开挖中的沉降作用不同。但从经济角度则又是另一个问题，在工程施工安全允许变形的基础上尽量降低造价是投资者所希望的；
5)从沉降曲线图中可以看到开挖中4个台阶之间的间距较长，特别是一、二台阶，开挖进度本身比较慢，每一步开挖都不同程度扰动地层，且地下水在开挖过程中不断流失，这些都加速了地表的沉降，因此，尽早使结构成型，实现4步台阶封闭成环才能从根本上控制地表沉降。
图3SK1+490地表、SK1+487拱顶沉降与掌子面间距关系
图4SK1+480里程地表、拱顶沉降与掌子面间距关系曲线
5几点体会
地表沉降受到多种因素的影响，主要包括地层结构及强度、含水状况、预加固措施、施工工艺参数、支护参数及支护时机等，即施工技术和地质条件两个方面的因素。因此控制地表沉降也应从改良地层条件和提高施工技术水平两个方面考虑。
从地质图上看，地质条件除SK1+420左右的洞门位置隧道穿越砂层外，SK1+487里程地质情况最差，但塌方却没有出现在该位置，这说明浅埋暗挖法施工中施工方法的掌握是十分重要的，即现场技术人员和施工人员对地层的了解和掌握程度及贯彻浅埋暗挖法的18字方针就能顺利完成隧道的开挖。做好地质超前预报和掌子面的超前加固后，提高开挖的进度，使开挖－支护控制在最短的时间内；加强隧道监控量测的力度，特别是在特殊地层、较差地层和特殊断面，要及时有效地做好地表、拱顶和其他项目的量测，并辅以若干个断面进行研究，以便指导后续的开挖。
在隧道横向影响范围内，开挖对地表的影响很大，现场对地表的观察发现在隧道左右两侧都有不同程度的破坏，地表形成了一个凹槽，这在下雨后可以明显看出。隧道开挖造成了地表的变形，而地表的变形对周边的环境没有太大的影响，建筑物沉降和倾斜非常微小，只是对一些普通的路面和台阶有较大影响，没有影响交通，可以在隧道施工完成后做一定的修复，若投采用地表旋喷预加固则工程成本较大。因此，制定措施时，应进行综合技术经济比较。
参考文献
[1]施仲衡主编.地下铁道设计与施工.西安：陕西科学技术出版社,1997
关键词：软弱围岩大变形初期支护
中图分类号：P62文献标识码：A文章编号：1007-3973(2010)012-042-02
1概述
松桂1号隧道进口里程为DIK108+463，出口里程为DK110+958，全长2495米，是大丽铁路W9标最长的隧道，也是全线的控制性工程之一。所属地质层为剥蚀中山地貌，上覆粉质黏土、块石土，下伏基岩为灰质角砾及页岩、砂岩夹泥岩及煤线。由于云南省演西地区处于太平洋和印度洋两大板块交界处，地壳活动极为活跃，地震极为频繁，地应力较高；加之滇西地区位于三江断裂带，地质构造极为复杂破碎。该隧道原设计Ⅴ级围岩125米，Ⅳ围岩1120米，Ⅲ级围岩1250米。而实际开挖Ⅲ级围岩只有26米，大部分为Ⅴ级围岩。本隧道的变更比例高达：81％。本隧道围岩大变形的整治引起铁道部、建设、设计、科研单位的密切关注，曾多次组织各方面的专家进行现场踏勘、技术研讨。
2变形过程
2.1DK110+880～+935段
2006年2月19日，DK110+880～+935段初期支护产生变形，两侧边墙部位变形最大，DK110+905处最大，右侧边墙平均位移量49cm，左侧边墙平均位移量29cm，DK110+880～+905段变形主要位于上台阶拱部及拱脚处，位移量约10cm；后采用临时横撑加固，变形基本得到控制。
2.2DK110+800～+880段
由于DK110+880～+935段发生变形时，上台阶已施工至DK110+835，DK110+880～+935段变形处理至2006年3月底结束。随后上台阶和下台阶继续往前施工，2006年5月6日，当上台阶施工至DK110+754，下台阶施工至DK110+840，仰拱施工至DK110+850时，发现边墙部位向内挤出，且变形速率较快；至5月8日，DK110+850～+880段线路左侧C、D单元钢架接头处最大位移量45cm，DK110+829～+850段边墙变形量19cm，DK110+785一+829段变形未侵入二次衬砌净空。
2.3DK110+750～+796段
2006年5月6日上台阶掘进至DK110+754，下台阶至DK110+840，DK110+829～+880段初期支护出现变形并侵入二次衬砌，侵入二衬尺寸最大为12～19cm。
3原因分析
(1)隧道开挖暴露后，由于开挖轮廓周边页岩、炭质页岩层理体具有恢复原状的临空面，随着暴露空气和水作用时间的延长，密度会逐渐减小，岩体软化、崩解甚至失稳，层间结合力降低，围岩压力增大，若不及时的将初期支护封闭成环，形成整体受力结构，难以长时间抵抗围岩压力。
(2)受构造影响，部分层理面镜面擦痕明显，光滑如镜，镜面擦痕降低了围岩层间结合，线路左侧岩层层面倾向洞内，使该侧侧压力增大，导致线路左侧的边墙发生较大变形，局部地段侵入二衬空间。
(3)隧道出口区初期支护变形较大时，虽然通过变更设计对支护措施进行了加强，但由于对本隧围岩特性及构造对工程的影响程度需要一个不断认识的实践过程，故初始变更设计支护措施并未完全抑制支护体系变形。
(4)在施工过程中监控量测和信息反馈不及时，导致支护体系变形不断增大；施工中上下台阶距离太长，工序时间间隔较长，初期支护不能及时封闭成环，特别是下台阶及仰拱开挖时，使初期支护变形急剧加大。松桂1#隧道是大丽铁路后期的控制性工程之一，工期紧、任务重，通过开展“偏压软岩隧道大变形机理及综合施工技术”研究工作，了解炭质页岩隧道围岩变形的机理和规律，掌握围岩应力释放(变形)与支护应力大小的规律，合理地确定隧道结构安全度，为优化设计支护参数与施工方案提供理论依据，确保松桂1#隧道施工期间和运营期间的安全、控制工程造价，并为今后类似工程提供有益的经验和参考体系。
4主要解决措施
(1)改变初期支护断面形式，改善受力状态。根据炭质页岩变形和应力释放的特点，改变隧道开挖断面的形式。经过各方专家的研究后决定将钢架边墙部位的曲率，由原设计的直墙调整为半径913cm的曲墙。
(2)调整系统支护措施，由于对炭质页岩的膨胀变形和破坏性认识不足，造成初期支护多次重复替换(局部地段处理多达三次)。原设计的初支护参数为：格栅钢架间距1.0米，榀，拱部采用3.0米置入式中空锚杆，边墙为3.0米砂浆锚杆，喷射砼厚度为20cm。第一次变形后的支护措施调整为系统锚杆3.5米，拱墙I16型钢拱架间距1.0米，榀，喷射砼厚度20cm。第二次变形后的支护措施调整施为：变形段采用径向5m长(p42钢花管加固围岩，全环116型钢钢架拆换原有钢架，型钢钢架纵向间距0.8m，喷射砼20cm。第三次变形后的支护措施调整为：变形段采用径向5m长Q42钢花管加固围岩，全环118型钢钢架拆换原有钢架，型钢钢架纵向间距0,8m，喷射砼20cm。后续施工均采用拱部3.5米的中空锚杆，边墙4.0米的砂浆锚杆，墙钢架的接点部位增设锁脚锚杆，长5.0米的cp42钢花管，全环118型钢钢架，型钢钢架纵向间距0.8m，喷射砼厚度25cm。
(3)合理的开挖方式和二次衬砌跟进施工中采用三步台阶八流程法施工，同时在起拱线部位增设临时仰拱。变形段的二次衬砌时间不再按照新奥法的施工理论，应该作为新奥法特例来处理。由于变形段的围岩没有收敛稳定，所以二次衬砌要根据监控量测资料结果分析，在变形侵限前采用不同的衬砌断面及时施做。
5主要研究成果及技术水平
松桂1号隧道炭质页岩大变形地段综合技术研究，结合工程实践，取得了多项有使用价值的成果，归纳起来，主要有以下几项：
(1)系统分析了炭质页岩基本物理力学性质及其工程特性；对松桂一号隧道炭质页岩地段的变形机理进行了深入分析，对不同层里地层隧道施工的围岩稳定性做了系统的分析，建立了相应的模型及计算方法；并对支护结构的安全性进行了评价。得出了隧道穿越的主要围岩是页片状一薄层状的炭质页岩、泥岩，层间结合差，遇水很容易软化，存在高地应力软岩变形和浅埋顺层偏压问题，对隧道施工很不利；当地层走向与隧道中轴线小角度斜交、倾角缓、地下水丰富时尤为不利。
(2)本着经济高效的原则，研究提出了适合松桂1号隧道地质情况的合理支护、快速施工的模式。确保工程顺利完工。
(3)建立了复杂应力条件下炭质页岩软岩大变形隧道施工监测方法和监控体系，在现场变形监测的基础上，利用神经网络或灰色理论技术，对施工过程中近期围岩变形进行预测，并根据施工现场情况和数值计算结果，对隧道施工过程中可能发生的变形制定控制基准，实现施工位移的分级管理和分级控制，以确保隧道施工的快速和安全并通过。掌握隧道变形、支护压力应力与区段地质及施工步序的关系，为设计、施工决策提供了科学依据。
参考文献：
