地下工程与隧道十篇

地下工程与隧道篇1

英文名称：Underground Engineering and Tunnels

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主办单位：上海市遂道工程轨道交通设计研究院

出版周期：季刊

出版地址：上海市

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种：中文

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本：大16开

国际刊号：1008-0910

国内刊号：31-1591/U

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发行范围：国内外统一发行

创刊时间：1987

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地下工程与隧道篇2

[关键词]卓越工程师教育培养计划 隧道与地下工程专业毕业设计 教学改革

引言

2010年6月教育部启动了“卓越工程师教育培养计划”（以下简称“卓越计划”）[1]，2011年10月，重庆交通大学入选教育部第二批卓越工程师教育培养计划，实践性较强的土木工程系为“卓越计划”实施系之一。隧道与地下工程专业（卓越工程师班）从2012届开始招收学生，2016年春期该届学生将进入毕业设计环节。

隧道与地下工程专业毕业设计不仅是学生在毕业前的最后学习和综合训练阶段、培养学生工程素质和工程实践能力的重要阶段，还是从理论学习过渡到实际工作的重要阶段，在隧道与地下工程专业教学大纲中具有举足轻重的地位。当前，人才竞争日益激烈，工程单位工作节奏日趋加快，传帮带的传统已经难以实现，使得毕业设计这个从学校学习到工作岗位的过渡阶段对于毕业生来说变得非常重要，甚至具备了部分“就业前期培训”的职能[2]。毕业设计过渡阶段的特点决定了毕业设计的选题、实施和评价不能仅停留在纸上谈兵的层次，必须要面向工程实际[2]。

本文针对重庆交通大学隧道与地下工程专业毕业设计中存在的问题，进行了适应“卓越计划”人才培养的毕业设计教学改革探讨。首先，分析现有毕业设计的现状和存在问题；其次，基于“卓越计划”的要求和特点，探讨现有毕业设计模式与“卓越计划”要求之间的差距；第三，针对现阶段毕业设计模式的问题进行改革，探索一套与“卓越计划”人才培养相适应的毕业设计模式。

一、隧道与地下工程专业毕业设计现状及存在问题

在毕业设计方面，国外毕业设计都针对实际工程项目，让学生在毕业设计中获得真正的工程经验，为未来的职业奠定基础[2]。而国内高校，毕业设计则更注重理论教学而忽视了工程应用，国内高校在与企业、同行的合作、交流上，尚处于半封闭状态。以重庆交通大学隧道与地下工程专业毕业设计为例，在整个过程中便存在以下种种问题：

（一） 毕业设计选题类型和方法的局限性

隧道与地下工程专业毕业设计选题大多为隧道工程、基坑支护、滑坡治理等工程设计与施工类题目。这类设计任务虽然能与大部分学生今后的工作挂钩，但存有以下两不足：其一是毕业设计选题的科研内容偏少，对于今后从事科研工作的同学来说，需要增加一些偏科研方向的课题；其二是毕业设计选题涉及施工和管理方面的内容不多，对于毕业后从事施工技术和现场管理的的同学来说，需要增加一些这方面的工作。

隧道与地下工程专业和地铁与轨道工程、岩土工程等两个专业同时选题，毕业设计历年的选题方法则存在很大的局限性。“毕业设计动员大会”没有教师对毕业设计题目的主要目的、要求和内容的讲解环节，学生也不能了解全系各位教师所设计的毕业设计题目的全貌。毕业设计选题采用教师在“毕业设计管理系统”网站上挂出题目及要求、内容等，学生自主选择，教师最后加以确定的方式。从往届毕业设计选题结果来看，出现“抢”毕业设计题目的现象。这就直接导致了学生们选择的题目和今后的工作挂不上钩，也非自己内心所想要的题目，教师所设计的题目也未能找到符合条件的学生。

（二） 实际工作程序认识不足

目前，学生的毕业设计大概采用在网络上或者上届的毕业设计中找到类似题目的计算书和图纸等资料，在教师或毕业设计任务书的指引下完成毕业设计的程序。一方面，本系很多教师并未直接从事设计工作和施工技术与管理方面的工作，因此对设计和施工管理整个完整过程的掌握还不是很充分。另一方面，学生对毕业设计的认识仅仅停留于“计算”和“画图”，离真正的“工程设计”还有一段距离，主要原因是学生对真正的工程建设基本程序不了解，更不清楚作为设计人员应该如何与甲方、施工以及工程监理单位打交道，导致毕业之后不能马上与实际工程设计接轨，这些观念都应该在毕业设计教学环节阶段有所体现[3]。

（三） 时间精力投入不足

毕业设计是一项综合性较强的教学任务，要求指导教师具备较高的教学水平和严谨的工作态度，以及土木行业相关工程实践经验[3]。但与此相矛盾的是：1） 部分高校为解决师资紧缺的问题引进大量缺乏工程实践经验的年轻博士，承担指导毕业设计这一综合性和实践性较强的课程，难免力不从心；2） 高校教师兼有教学、科研和学科建设等任务，部分教师甚至还有兼职工作，因此用于指导毕业设计的时间和精力皆不足；3） 高校扩招，存在一位教师指导近十名学生毕业设计的情况，不能做到针对学生各自的特点、兴趣因材施教和抽出更多精力投入毕业设计指导中。

毕业设计通常安排在本科最后一个学期，考研的学生则忙于参加考研学习、复试，很多学生还要参加各种招聘会、双选会，这些都会分散学生毕业设计的精力[3]。另外，签约之后的学生，认为毕业设计成绩的好坏已经无关紧要而轻视毕业设计，甚至把最后一学期当成毕业旅行的最佳日子。因此，学生们投入时间和精力是不足的，存在部分学生半个月、一个星期完成毕业设计的例子。

（四） 毕业设计工作量和质量参差不齐

毕业设计存在依赖电算、忽视理论计算的现象。利用有限元应用软件进行工程设计在各大设计院已经普及，各大专院校工程类毕业设计对应用软件的依赖非常严重。在毕业设计计算过程中，学生往往只注重对软件的操作和应用，而忽略专业基本知识、对规范的理解和具体计算过程的问题，因此对计算结果合理与否无从验证；更有甚者，对软件的操作尚处于一知半解，计算结果和真实值大相径庭。另一方面，利用计算机软件设计出来的图纸一般会存在某些错误，而学生在设计中缺失了基础概念和对规范的理解和掌握，因此不能及时发现并改正这些错误。

毕业设计存在严重的抄袭现象。毕业设计相关题目的设计资料在互联网上皆能找到，甚至高年级的毕业设计资料也能得到，很多学生依葫芦画瓢，有的学生到最后甚至不加思索大篇大段抄袭。在很短时间内仓促完成毕业设计任务，设计资料漏洞百出、施工图和计算书前后矛盾的现象频现。

毕业设计深度和要求不规范的现象。由于毕业设计深度和要求比较模糊，学生们做的毕业设计深度不一致，也不规范，这就使得做得全面的学生毕业设计计算书分量是深度不够的学生的几倍。毕业设计深度和要求的模糊，甚至导致考核标准的不统一。

毕业设计规范更新滞后的现象。土木专业规范近年来更新频繁，这就需要高校图书馆资料做到及时更新，但是大多图书馆更新速度较慢，导致学生不能利用最新的规范进行毕业设计；高校扩招学生人数的增加，导致学生在毕业设计时人均能利用的规范和手册较少，尤其是最近两三年新颁布的规范和规程[3]。另外，网络发达的今天，毕业设计相关最新规范互联网上基本都有电子版本，但是由于学生、甚至教师的主要精力不在其上，导致规范更新滞后，存在与社会现状脱节的现象。

二、隧道与地下工程专业毕业设计模式改革

教育部2010年6月启动的“卓越计划”目的在于通过教育和行业、高校和企业的密切合作，以实际工程为背景，以工程技术为主线，着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力，按照“3+1”人才培养模式培养造就一大批创新能力强、适应企业发展需要的多种类型优秀工程师[5]。鉴于现行毕业设计模式存在上述四个方面的问题，且而现行毕业设计模式对实践能力的培养尚有欠缺，对创新能力、团队协作能力与综合解决问题能力的培养基本为零。因此，为满足卓越隧道与地下工程专业师培养需求，在隧道与地下工程专业毕业设计模式方面应具有符合“卓越计划”要求的全新模式。

（一）毕业设计题目改革并实行双向选择

毕业设计题目设计方面：将学生走出校门后的实际工作作为毕业设计选题范围和方向，通过需求分析，进行面向实际的毕业设计选题库建设。在具体实施环节上，隧道与地下工程专业主要分为学术研究型、工程设计型和施工技术管理型三个方向。各方面毕业设计选题的数量大概由往届毕业生实际工作方向为指导。

选题是毕业设计能否创新的关键，选择富有科学性、新颖性和创造性的题目作为毕业设计课题，一个很好的毕业设计题目交给一个不感兴趣和不具备完成该选题基本素质的学生做是不合适的，在选题工作中充分尊重学生的个人选题意见，创造条件让学生早一些接触实际题目。

毕业设计题目双向选择方面：毕业设计动员大会前教师应该完成课题申报，并由院系毕业设计领导小组组织论证、评审，确认是否符合要求。“毕业设计动员大会”上，各教师应针对自己申报的毕业设计题目向所有学生讲解和公布，并提出选题学生所具备的条件和并作适当建议。然后，实行双向选择，学生自愿选题、选教师，指导教师依条件选择学生，最终由院系领导小组协调落实学生选定的课题与指导教师。

（二）毕业设计实行双导师制

在高等学校实施培养“卓越工程师”的教学目标，培养创造性人才，教师是关键，这一点在毕业设计工作中显得更为突出[4]。指导教师在毕业设计工作中起着非常重要的作用，直接影响到学生选题、收资、实验、研究论证、论文撰写、答辩等[4]。

基于“卓越计划”具有三个特点，即行业企业深度参与培养过程、学校按通用标准和行业标准培养工程人才和强化培养学生的工程能力和创新能力，同时限于有些青年教师自身的学术水平和工程实践经验，采取优化指导教师的师资队伍措施。通过把一些有经验、有威望、有一定指导工作能力的校外工程师请进来，让他们参与毕业设计的指导工作，有利于毕业设计的质量优化。在毕业设计教学过程中实行“学校导师”和“企业导师”联合指导的双导师制模式[4]，发挥校内外导师各自的优势共同对学生进行课题研究、工程实践和职业发展规划方面的指导，不仅能培养学生独立解决工程实际问题的能力和科学研究能力，同时使学生具备较高的社会责任感、职业素养和团队合作精神，早日与真正的“工程师”接轨。

（三） 完善毕业设计工作方法、工作流程及设计深度和规范化

完善毕业设计工作方法和工作流程是保证毕业设计教学有序、高效运作的先决条件。隧道及地下工程专业借助校企的联合力量制定符合实际工作和学生学习现状的工作方法和工作流程。有了办法、流程，认真、科学、规范地运作，并强调毕业设计中带有共性的东西的统一性，而对于富有个性特点、弹性较大的内容，应充分发挥其个性优势[4]。学校应有对毕业设计工作的具体要求，有完整规范的制度、科学的质量管理和检查评估系统。

对毕业设计计划、选题、实习调研、指导、中期检查、论文撰写、答辩、成绩评定、总结、研究分析等各环节进行科学、系统的规范，使管理者、指导教师明确科学、规范化的要求[4]。针对当前毕业设计图纸、参考资料不规范的现状，隧道及地下工程专业应编写了《样例图集及解说》方面的教参资料，详细阐明了施工图层次的设计深度要求，对图纸规范化和细节要求进行了详细解说，可供学生学习，同时起到了规范毕业设计图纸的作用。

通过规范毕业设计要求，使学生可以提前准备，并知道怎样主动做毕业设计，发挥其主观能动性，激发其强烈的“创新”意识，造就有利于学生创新实践的条件和空间，为培养“卓越工程师”提供强有力的保障[4]。

三、结语

根据“卓越计划”的目的和任务，结合“卓越计划”的三个培养特点，针对现行毕业设计存在毕业设计选题类型和方法的局限性、实际工作程序认识不足、时间精力投入不足、毕业设计工作量和质量参差不齐等问题，对隧道与地下工程专业毕业设计开展教学改革：

（1） 毕业设计题目改革并实行双向选择。将学生走出校门后的实际工作作为毕业设计选题范围和方向，通过需求分析，进行面向实际的毕业设计选题库建设。建立毕业设计选题双向选择制，学生自愿选题、选教师，指导教师依条件选择学生。

（2） 毕业设计实行双导师制。基于行业、企业深度参与培养过程，在毕业设计教学过程中实行“学校导师”和“企业导师”联合指导的双导师制模式。

（3） 完善毕业设计工作方法、工作流程及设计深度和规范化。隧道及地下工程专业借助校企的联合力量制定并完善符合实际工作和学生学习现状的工作方法和工作流程。对毕业设计计划、选题、实习调研、指导、中期检查、论文撰写、答辩、成绩评定、总结、研究分析等各环节进行科学、系统的规范，使管理者、指导教师明确科学、规范化的要求。

[参考文献]

[1]中华人民共和国教育部.教育部关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见[Z].2011，1，18.

[2]谢凌燕，潘志宏.面向工程实际的土木工程专业毕业设计教学改革探讨[J].中国电力教育，2013，7：166-167.

[3]黄鹂，郭亚然，董洁.土木专业毕业设计存在问题及对策分析研究[J].山西建筑，2013，39（23）：226-227.

[4]李晓丽，张云峰，孙颖，卢召红，杨宇.基于“卓越工程师”目标的土木工程专业毕业设计改革实践[J].中国冶金教育，2013，32（增2）：57-59.

地下工程与隧道篇3

【关键词】既有隧道 隧道施工 沉降评价 体积亏损

0.引言

在既有隧道下进行隧道工程施工，由施工引起的沉降是目前工程建设中遇到的难题之一，如果沉降控制不到位，不仅影响既有隧道的安全与稳定，还会影响隧道施工建设顺利进行。就目前研究成果来看，很少有学者对既有隧道下的隧道施工引起的沉降进行评价，同时也会对沉降控制带来不利影响。文章将结合工程实例，对施工引起的沉降进行评价，并提出沉降控制对策，可为实际工作提供给指导。

1.工程概述

某隧道工程全长4528m，从现有隧道线下穿过，现有隧道地下埋深为47.3m，新隧道则位于地下55m处，两条隧道最近间距仅为7.7m。地质勘察显示，该地区主要为松散黄土，地质条件不稳定，容易引发滑坡等地质灾害。因此，加强施工沉降评价，做好施工引起的沉降控制是十分必要的。

2.既有隧道下的隧道施工引起的沉降评价

为掌握施工引起的沉降变化，施工中采用三维有限元分析方法。

2.1地面沉降和地面体积损失。根据Mair隧道施工导致土体瞬间沉降理论，在新隧道基础上探讨现有隧道深度下的沉降和体积损失之间关系。结果表明，地面沉降会随地面损失量的增加而增加。选择隧道深度值60m，直径13.8m为例进行计算，结果表明，地面沉降与地面体积损失呈线性关系。

2.2三维有限元模型。采用FLAC有限元分析方法，模拟新隧道施工，三维模型100m×40m×99m，共有54 566个单元，新隧道呈马蹄形，宽13.8m，高11.6m，大型管棚通过提高相应元素的参数来确定。

2.3隧道挖掘引起既有隧道沉降。分析沉降观测结果表明，新隧道施工导致的沉降曲线与施工步骤对应，在既有隧道周围施工，能让既有隧道拱顶和底部产生显著位移。并且新建隧道对拱顶影响比对底部产生的影响大。

2.4隧道施工引起的沉降及控制。为确保施工安全稳定，减少新建隧道对既有隧道带来的不利影响，新隧道施工期间采用大管棚技术。观测结果表明，大管棚技术能显著降低地面沉降，采用大管棚技术的施工部位，其拱顶和底部沉降较小，比没有采用该技术的沉降量明显偏小。

2.5隧道施工引起的沉降和体积亏损。采用大管棚施工技术，能够实现对隧道施工引起的地面体积损失进行控制。通过沉降观测，得出的观测结果如下：拱底部位，无大管棚支撑的沉降量为-136.8mm，有大管棚支撑的沉降量为-13.9mm；拱顶部位，无大管棚支撑的沉降量为-253.2m，有大管棚支撑的沉降量为-14.1mm。由此可见，大管棚施工技术具有良好的沉降控制效果。

2.6沉降评价得出的结论。通过上述沉降观测，可以得出以下几个结论，地面沉降和地面体积损失间的关系可以看成是既定的，地面体积损失可通过测量地面沉降来确定。新隧道施工前采用大管棚增强技术，能够对地面沉降和地面体积损失进行有效控制，有利于确保施工安全，降低甚至避免对既有隧道施工带来不利影响。

3.既有隧道下的隧道施工引起的沉降控制对策

为确保新建隧道的安全与可靠，尽量降低甚至避免对既有隧道造成不利影响，施工单位综合采取以下对策，以促进隧道工程质量提高。

3.1科学合理进行隧道开挖施工。基坑开挖中做好土体卸放工作，避免基坑周围土体内力失去平衡，有效防止变形发生，避免周围土体出现沉降，预防隧道沉降、差异沉降、侧向位移等发生。施工前做好调查评估工作，全面测定基坑开挖区域内的地质情况，将其作为开挖方案组织和施工质量控制依据，以提高基坑开挖质量，预防沉降发生。

3.2合理设置隧道施工支撑结构体系。结合具体需要科学选择支撑结构体系，确保支撑结构刚度，采用有效的支撑结构布置方式，注重提高支撑结构强度，做好基底处理工作，提高支撑结构体系的稳固性与可靠性。设计支撑结构体系前，做好隧道经过地区的地质和水文调查工作，保证支撑节点承载力满足要求，布置斜撑时进行抗剪验算。控制支撑结构位移和周边地表沉降量，第一道支撑用混凝土支撑，提高整个支护结构体系稳定性。合理布置支撑结构水平和竖向间距，结合地质情况、施工方法等内容合理设置，确保基坑开挖和管道施工有足够空间。一般先支撑，再开挖，并及时支撑，严禁超挖，确保隧道开挖顺利进行。重视支撑结构体系质量控制，防止隧道开挖出现失稳现象，为管道施工顺利进行奠定基础。

3.3注重隧道施工全过程监测。整个新建隧道施工中，为取得更好的施工效果，避免对既有隧道造成破坏，加强施工监测是十分必要的。该工程施工中，施工单位加强监控测量工作，及时获取监测数据，掌握隧道沉降数据基本情况。具体监测内容包括隧道沉降量、倾斜、裂缝、周围地表沉降等，并绘制观察曲线表，掌握沉降情况。该隧道工程施工通过布置监测网，合理设置监测点，监测数据表明，沉降数据在预警值范围内。实现对沉降有效控制，确保隧道施工顺利进行，促进新建隧道施工效果提升。

4.既有隧道下的隧道施工引起的沉降控制效果

上述隧道施工中，通过采取有效的施工对策，加强沉降控制，不仅顺利完成隧道施工任务，还取得良好的施工效果。

4.1保证隧道工程施工安全。通过合理设置支撑结构体系，采用大管棚技术，不仅为隧道施工顺利进行创造良好条件，还有效控制沉降。避免倾斜、位移等问题发生，确保隧道施工安全。

4.2实现对沉降有效控制。整个施工过程中，施工单位注重加强沉降监测工作，及时掌握沉降基本情况，对存在的不足采取控制措施，实现对隧道沉降的有效控制。

4.3取得良好施工效果。通过综合应用上述施工技术措施，整个施工过程中避免因施工不当而对既有隧道造成损伤或破坏，防止出现不必要的经济损失，避免带来不利影响。确保隧道施工安全与可靠，促进新建隧道施工任务顺利完成，也赢得施工单位和周围人们一致好评，类似隧道施工可以从中得到启示与借鉴。

5.结束语

沉降控制是隧道施工的重要内容，尤其在既有隧道下施工，其作用更加凸显。今后在施工中，应该结合工程实际情况，做好沉降观测工作，注重施工经验总结，提高施工人员综合素质，加强施工沉降监测，从而更好应对施工中遇到的问题，确保隧道施工安全可靠

【参考文献】

[1]韩煊，刘W炜.隧道下穿既有线的案例分析与沉降分析方法[J].土木工程学报， 2012（1）， 134-141

地下工程与隧道篇4

关键词：半封闭围护；基坑施工；底板加固；降水

Abstract: This paper combined with the already built Yanan road tunnel in Pudong exports and things channel interface expansion ramp as the background, the half closed enclosure in the expansion of anti-floating stability difficulties, through the optimization of construction technology, adjustment, ensure that the Yanan road tunnel in safe operation condition, the expansion project of the normal construction, which can be referred for the similar engineering drawing.

Key words: semi closed enclosure; foundation construction; floor reinforcement; precipitation

中图分类号：U45文献标识码：A

概述

工程概况

上海东西通道西起延安东路隧道（下称“老隧道”）浦东出口，沿浦东大道走向，东至浦东金桥路，与轨道交通14号线有6个站和6条区间隧道共线，全长约7.8 km。东西通道拓建工程1标，需在老隧道浦东光过渡段新建1座盖板桥，将光过渡段改建为暗埋段，与老隧道北线连通。新建北侧进口匝道（下称“新匝道”）施工时，须对老隧道北侧出口进行局部改建，但必须保证老隧道的交通正常。

新匝道紧贴老隧道北线，新匝道基坑北侧围护结构采用Φ850SMW工法桩，深度23m~25m。南侧由于紧靠北线老隧道侧墙，因此利用老隧道侧墙结构作为围护结构。北侧新匝道基坑的施工是在一个半封闭的情况下进行的，基坑采用明挖顺作法进行施工，基坑开挖深度为9m，基坑内设置三道Φ609mm×16mm的横向钢管支撑，基坑保护等级为一级基坑。老隧道与新匝道平面位置详见图1。

图1 平面图

工程地质状况

拟建场地位于陆家嘴地区世纪大道等主要道路下，地形平坦。匝道基坑开挖场地大部分位于上海市正常地层分布区域，对基坑影响较大的地层主要包括：①层杂填土；②0层粘质粉土（俗称江滩土），以粘质粉土为主，渗透性较好；④层淤泥质粘土，呈流塑状态。

施工技术

针对本次施工的特殊性及其相应的普遍性，需要控制老隧道在新匝道基坑开挖过程中的变形值在允许变化范围内；新老结构衔接过程中新老底板能够共同承受因开挖而重新形成的渗流场所带来的水力变化；同时确保在上海世博会之前，南北两侧新建匝道能够正常通车，确保东西通道第二阶段主线能够顺利、按时的完成结构施工。

考虑到多方面的因素，以及施工中的难易程度，决定采用：

前期加固老隧道底板，确保在改扩建过程中，加固底板能够承载新老结构衔接过程中，隧道下方地下水浮力对老隧道的顶托力。

在开挖过程中，由于无法对老隧道下方土体进行加固处理，因此采用在新匝道及匝道外侧设置泄水井对土体进行降水，确保北侧老隧道及北侧新匝道下方的土体中的地下水压力处于一个动态平衡的状态。

北侧新匝道地基加固采用Φ850水泥搅拌桩满堂加固，加固深度为坑底以上2.5m至坑底以下4m。同时紧靠老隧道侧墙采用高压旋喷加固，加固宽度为50cm，深度同搅拌桩深度。由于考虑降水井施工，在地基加固时，在井点位置1.5m*1.5m范围内不进行加固。

老隧道底板加固

计算荷载

地下水位高度为地表以下1~1.5m，计算时取为1m，因此作用于老底板的地下水浮力均布荷载为：

，

单位长度结构自重为：

，

车辆动荷载：

，

隧道底板突出部位的上覆土重：

。

计算时做如下假定：

①老隧道在基坑开挖过程中作绕底板非开挖侧的角点作刚体转动；

②地下水浮力在老隧道发生位移的过程中不发生变化；

③新匝道基坑的开挖深度为x，堆载的重量是开挖深度的函数f(x)；

④老隧道结构的自重和车辆的动荷载作用均布于老隧道底板；

⑤堆载的作用位置距离底板非开挖侧的角点9m；

根据绕底板非开挖侧的角点力矩的平衡，则：

对上式进行简化，则得到老隧道内堆载的重量与新匝道基坑开挖深度之间的关系，即，当新匝道基坑开挖到底时，老隧道内每延米至少需要堆载78.3kN，由于老隧道在设计之初并未考虑到扩建，因此通过计算发现老隧道底板无法在改扩建过程中当老隧道底板突出部位的上覆土重因底板突出部位拆除后无法提供有效荷载，造成整个老隧道底板无法承受地下水对老隧道的顶托力，因此采用将老隧道北线底板结构的跨度由9 m加宽至20 m（最宽处），为满足承载力要求。

老隧道北线底板结构加固

底板结构加固采用加密钢筋、加厚的方式。钢筋混凝土加固厚度为20 cm，加固范围为老隧道北线光过渡段底板位置，前后长度约38.5 m。

施工时先凿除部分现有路面，再于老隧道结构底板上铺设钢筋（横向Φ32@200、纵向Φ22@100），最后，浇注混凝土，恢复路面。

基坑降水施工

与常规的基坑工程相比，本工程具有一定的特殊性。基坑一侧的围护结构为老隧道，且埋深很小。由于老隧道结构主要依靠地板突出部位的上覆土重平衡地下水浮力，基坑开挖必然会导致老隧道靠近基坑一侧发生回弹隆起，同时老隧道两侧出现压力差，会产生一定的水平位移，造成老隧道结构发生变形，如果不加以控制可能会使整个老隧道发生破坏性的变形。因此，采用动态降水结合基坑开挖的方法控制老隧道的沉降。根据新匝道基坑开挖及老隧道底板结构施工的要求，本次降水的主要目的为减少坑底隆起和围护结构尤其是老隧道的变形量。

降水井设置位置离老隧道越近，隧道沉降受降水的影响越明显，因此也更利于老隧道沉降的控制。由于该新匝道基坑为长条形基坑，故采取两井间最大间距15m考虑布置，北侧新匝道与老隧道连通处在紧邻隧道的位置布设两口降水井X1、X2。

考虑到新匝道基坑开挖的需要，在基坑中部增设两口疏干井，编号J1、J2。

根据施工现场踏勘以及老隧道的结构形式，降水井的具置如图1。

施工过程中主要通过X1、X2控制调节老隧道的变形，同时疏干开挖区域内地下水，J1、J2则视新匝道基坑开挖以及坑内积水的情况配合X1、X2使用。

降水井的抽水速度根据计算结果初步拟定为单井2m3/d，抽水的深度一般控制在开挖面以下1~1.5m，施工时还应根据老隧道变形监测情况作进一步调整。

结语

延安东路隧道浦东新建北侧进口匝道的施工，由于对老隧道底板采取了加固措施，从而保证了原结构底板能在新的结构体系中满足承载地下水浮力的要求。

对半封闭状况下基坑施工，采用降水来控制老隧道的沉降，尽管降水会导致老隧道北侧结构发生沉降及隆起，但通过动态降水并加强检测，控制了老隧道南北两侧的差异沉降的发展，使新匝道基坑施工对老隧道的影响降至最小，老隧道的最大差异沉降约20mm，保证了老隧道的安全。

在上海这样的软土地基上，通过将已建并常年使用的隧道改建的形式，在不破坏其结构及附近环境的情况下，将原有单一的越江隧道改建成城市快速主干道的一个部分。其工艺是可以值得借鉴的。

目前延安东路隧道进口匝道已顺利通车，未发现因施工带来的不利影响。

参考文献：

[1] 上海市标准.基坑工程设计规程(DBJ - 61 - 97)

[2] 刘建航,刘国彬,范益群.软土基坑工程中的时空效应理论与实践[J ].地下工程与隧道,1999 ,3 :7 - 12

地下工程与隧道篇5

本文以上述影响因素为基础对西南地区隧道工程条件下岩溶地下水系统的变化进行特征分析。依据系统边界的变化及隧道涌水汇水面积，将隧道工程下岩溶地下水系统的变化归纳为3种类型。隧道穿越岩溶类型(岩溶含水岩组的埋藏条件)、构造特征、补给特征以及岩溶水径流方式不同的岩溶地下水系统时，地下水系统边界及隧道涌水汇水面积边界的变化可大致归于上述3种类型中的某一种。其中，Ⅰ类常见于型岩溶区隧道穿越背斜构造、向斜构造及单斜构造，－覆盖型岩溶区隧道穿越背斜构造、向斜构造，亦可见于－埋藏型岩溶区隧道横向穿越向斜构造或隧道走向与岩层走向垂直穿越单斜构造;Ⅱ类常见于型岩溶区隧道穿越背斜构造，亦可见于－埋藏型岩溶区隧道走向与岩层走向平行穿越单斜构造;Ⅲ类可见于－覆盖型或－埋藏型岩溶区隧道纵向穿越背斜构造、向斜构造或隧道走向与岩层走向平行穿越单斜构造。

2典型案例分析

研究区位于黑龙潭—官渡断裂以东，滇池北东岸，紧邻昆明市区。区内褶皱构造以大凹子背斜为主，背斜走向北东—南西，核部为寒武系地层，两翼产状较平缓，依次为泥盆系、石炭系、二叠系地层。选择研究区金汁河地下水系统(Ι)作为隧道工程岩溶地下水系统典例。本文假设3种隧道穿越方案，分别将不同隧道穿越方案影响下的岩溶地下水系统与天然岩溶地下水系统的特征进行对比分析，并初步预测隧道涌水量及其涌水危险性。

2.1天然岩溶地下水系统特征

金汁河地下水系统(Ι)位于研究区西北侧，靠近昆明盆地边缘。该系统北侧以金汁河和盘龙江的地下水分水岭为界，西侧以第四系和基岩的接触界线为界，东侧和南侧均以地下水分水岭为界。金汁河地下水系统(Ι)可划分为九龙湾地下水系统(Ι－1)、庄科地下水系统(Ι－2)和石头山地下水系统(Ι－3)3个子系统。九龙湾地下水系统(Ι－1)位于金汁河地下水系统的北西侧，大凹子背斜的北西翼，其北东侧以金汁河和盘龙江的地下水分水岭为界，南西侧以第四系与基岩的接触界线为界，北西侧以地表分水岭和可溶岩与非可溶岩的接触界线为界，南东侧以可溶岩与非可溶岩的接触界线为界。主要的含水岩组为P1Y、C2w和D3z地层。系统内可溶岩和非可溶岩呈单斜构造互层状出露，呈北东—南西向展布。庄科地下水系统(Ι－2)位于金汁河地下水系统的中部、大凹子背斜的北西翼，其北侧、西侧与东侧以可溶岩与非可溶的接触界线为界，岩层近南北向展布，主要的含水岩组为1l地层。石头山地下水系统(Ι－3)位于九龙湾地下水系统与庄科地下水系统之间，以可溶岩与非可溶岩的接触界线为界，主要的含水岩组为1l地层。

2.2隧道工程下岩溶地下水系统变化特征

2.2.1方案一隧道穿越P1y可溶岩地层，其走向与岩层走向近于平行。该区域地质条件较简单，为单斜构造，无断裂发育。P1y碳酸盐岩上覆P2β岩浆岩，岩层呈北东—南西走向，倾向北西。从天然岩溶地下水系统划分来看，隧道属于P2β岩浆岩地下水系统;从剖面上看，因隧道的开挖，隧道成为Ι－1系统新的排泄点。隧道施工影响范围内，地下水循环发生改变。在隧道工程的影响下，将Ι－1系统北西侧以渗透系数低于隧道所在位置天然围岩的1/10的缓冲带边界为边界进行调整(图2a)，隧道涌水汇水面积的勾画可与天然岩溶地下水系统的划分相同。

2.2.2方案二隧道平行于断裂走向穿越1l可溶岩地层，断层性质为逆断层，且导水。因断层的错动，使1l可溶岩地层再一次出露地表。D2h、2d地层相对隔水，被圈闭的1l地层形成一相对独立的岩溶地下水系统(Ι－3)。从天然岩溶地下水系统划分来看，隧道属于Ι－3系统;从剖面上看，隧道在开挖过程中，以隧道为中心形成新的势汇，同时袭夺Ι－2系统与Ι－3系统的水量，系统内地下水的运动特征和补排关系发生改变。在隧道工程的影响下，应调整天然岩溶地下水系统边界，将Ι－2系统与Ι－3系统合并为一个完整的地下水循环体系，此时隧道涌水的汇水面积增大。

2.2.3方案三隧道走向与单斜地层走向近于垂直，且隧道穿越两个相互平行的岩溶地下水系统(Ι－1，Ι－2);隧道在非可溶岩段施工时，及时衬砌止水。从隧道纵剖面上看，隧道在开挖过程中，成为系统新的排泄点。隧道施工破坏了原有的渗流场平衡，致使地下水的运动特征和补排关系发生改变。在隧道工程的影响下，将Ι－1系统和Ι－2系统北西侧以隧道线路所在平面与非可溶岩层面相交线在平面上的投影为边界进行调整，隧道涌水汇水面积的勾画可与天然岩溶地下水系统的划分相同。

2.3隧道涌水量预测及危险性分析

假设隧道涌水过程已经与改变之后的岩溶地下水系统循环过程相平衡，采用基于水均衡原理的降雨入渗系数法初步预测计算隧道的涌水量。从表2中可以看出:隧道工程的施工使地下水系统的边界发生了移动，但隧道涌水汇水面积的勾画，方案二改变，方案一和方案三与天然岩溶地下水系统的划分相同。由此可知，方案一、方案三属于隧道工程下岩溶地下水系统变化类型Ⅱ，方案二属于隧道工程下岩溶地下水系统变化类型Ⅲ。方案二中，因汇水面积的增大，隧道总正常涌水量增加1813.61m3/d，雨季最大涌水量增加3627.22m3/d，单位长度正常涌水量增加2.78m3/(d•m)，单位长度最大涌水量增加5.56m3/(d•m)，隧道发生涌突水的危险性显著提高。

3讨论

(1)地下河管道系统发育的地区，地下河是该区地下水主要的运移通道，也是岩溶地下水系统主要的径流、排泄通道。为了分析隧道与系统天然排泄点间的补、排关系，明确隧道施工对渗流场的扰动范围，本文将较短小的地下河管道视作“天然排泄点”。

(2)隧道施工造成开挖空间周围应力重新分布，致使围岩发生变形与破坏。围岩变形范围内应存在某一点，该点处的渗透系数与隧道所在位置天然围岩的渗透系数成某一比例，致使在该点向隧道内与隧道外方向的岩层中，地下水流线变化明显。实际工程应用中，隧道开挖破坏地下水水流系统，形成的地下水分水岭是难以确定的。因此，可以依据隧道围岩的变形范围来考虑一个缓冲带，以该缓冲带的边界作为隧道工程下岩溶地下水系统的划分边界。

(3)隧道工程引起大范围地下水系统边界的变化是一个长期的过程。隧道涌水量的计算需要在隧道涌水过程已经与地下水循环动态平衡的前提下进行。

(4)本文仅对岩溶类型(岩溶含水岩组的埋藏条件)、构造特征、补给特征、岩溶水径流方式与隧道工程特点相组合的简单模式进行系统变化特征的归纳。而对于考虑复合构造、强径流带特征、排泄特征、隧道施工方法等的复杂情况，还需要进一步深入探讨。

4结论

地下工程与隧道篇6

关键词：铁路隧道；小净距；桩网结构；岩层稳定

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

0 引言

土与结构物之间的相互作用问题，一直是岩土工程领域中一个重要的研究内容，国内外专家和工程技术人员已经对隧道施工对近接桩基的力学行为影响进行了研究,并提出了相关工程对策,隧道截面形状系数(宽高比)、地应力大小(指侧压力系数)、埋深、泊松比以及施工方式等多种因素影响桩及隧道结构安全，安全、经济、可行的隧道下穿桩结构施工措施成为工程中的一个难点。

1 工程概况

本铁路工程以一个双线隧道、两个站台隧道的三个平行隧道下穿某机场拟建地下停车楼段，隧道结构横断面跨度分别为14.4m、15.3m，隧道间净岩柱约9m。本段桩网结构柱截面均为0.7m×0.7m，桩结构间距8m×9m（横向×纵向），地下车库底板与原始地表间回填土石，桩网结构单桩设计荷载800吨。地下停车场桩网结构与铁路隧道关系详见图1～2。

图1 桩网结构与隧道平面关系图

图2 桩网结构与隧道纵断面关系图

本段隧道埋深浅，局部隧道顶部与桩底仅有约7m岩板，下伏W2灰岩、泥质灰岩夹白云岩（T1a），陡倾角节理、裂隙较发育，岩体较破碎，主要发育9～10组陡倾角节理，多为张开型，节理间距0.5～1.2m，节理面较光滑，少数有薄层黏土充填，岩层内摩擦角35°，节理面凝聚力400kPa，饱和极限抗压强度25Mpa，极限抗拉强度1.0Mpa。工程建设工期建设时序为先行施作地下停车楼桩网结构，再进行隧道开挖。

2 岩层稳定性分析

本工程隧道顶部与桩底间岩层厚度较小，且浅表节理发育，隧道开挖下穿桩结构受岩石物理力学、岩层节理、软弱夹层等影响并非理想的均质体，且受隧道爆破振动、开挖扰动及应力释放可能引起围岩失稳或岩层破坏，危机破坏桩网结构及机场地下停车场安全，桩及回填土附加荷载也可能对运营结构隧道结构产生破坏，影响铁路隧道运营安全。因此，必须对围岩稳定性及承载能力、隧道结构所承受荷载等进行分析和检算以确保机场地下停车场及铁路隧道施工与运营安全。

2.1 按洞室地基理论分析

当隧道顶板为完整岩体，且基础直接放置在其上时，按冲切破坏锥体验算顶板岩体的抗冲切承载力,见图3。顶板岩体抗冲切承载力按下式计算[1]：

(1)

对于矩形基础 。

图3 冲切破坏示意图

表1

按洞室地基理论单柱冲切破坏临界混凝土或岩板厚度为3.3m厚C15砼板或3.9m厚灰岩、泥质灰岩夹白云岩岩板，如果桩底与隧顶混凝土厚度大于3.3m或岩板厚度大于3.9m时隧道结构无桩附加荷载，结构与围岩稳定、安全。但计算中未考虑岩层节理面等不利条件，围岩稳定与否是偏于不安全的，需进一步研究隧道结构在不利情况下的荷载。

2.2按人工洞室地基承载力分析

地面建筑物地基反力传至洞顶上的附加荷载,计算简图见图4，按下式计算[1]：

（2）

其中， -地面建筑地基反力产生的总下滑力， -洞顶岩柱侧面的摩阻力（KN）， -洞顶岩柱侧面的粘阻力（KN）。

图4人工洞室地基承载力示意图

表2

按人工洞室地基承载力计算作为隧道衬砌设计荷载参考值，完全考虑岩体破坏，由摩擦力和粘结力来承载,计算结果保守。由本计算可知：在扩大基础3 3m的情况下，岩板厚度为10m的最不利条件下结构承担竖向等效土柱约40m，双线偏压衬砌可以满足结构受力要求。

3 工程处理措施

当隧道临近桥桩施工时，其加固措施可从隧道施工措施、变形控制措施以及桥梁结构措施三个方面进行考虑。施工措施包含施工工法、施工顺序、支护方法的优化；变形控制措施包含地层改良、施工影响隔离；桥梁结构措施包含桩基补强、桩基托换和桥梁上部结构加固等[2]~[3]。

本工程为隧道在硬质岩地层下穿桩结构，通过岩层稳定性及隧道荷载分析可知：隧道顶部混凝土厚度大于3.3m、岩板厚度大于3.9m时岩层稳定，考虑到施工干扰及不利节理面的影响，设计考虑隧道顶板与桩底不小于10m厚岩层与混凝土厚度，并按人工洞室地基承载力考虑隧道衬砌附加荷载。

设计中采用如下处理措施：在桩结构施工前，桩底与隧道顶部小于10m岩板段，桩底应采用混凝土回填，以满足隧道顶至桩底间有不小于10m的岩板和混凝土层；为保证回填混凝土受力的有效性，桩基础下回填的混凝土厚度不得小于3m；桩底与隧道顶部有10～15m岩板段，考虑到岩层节理切割及可能存在的溶隙的不利影响，该段柱基础结构需采用扩大桩基础；中间隧道先行，左右隧道错开掘进，采用CRD法施工，施工工艺要求分部开挖、化大为小、分块成环、步步封闭、环环相扣；全环工20b型钢钢架加强初期支护；控制爆破振速不大于2.5cm/s，加强洞内外监测，并采用加强二次衬砌。

4 结论

采取上述措施后，本工程下穿桩网结构段的三个平行隧道已顺利施工完成，施工中隧道顶部岩稳定、桩基础变形较小、隧道结构安全。实践证明该方法、措施具有安全性、经济性和可操作性，可为类似工程提供参考。

参考文献：

[1]重庆市建设委员会. 建筑地基基础设计规范[S]. 重庆：重庆建筑出版社，2006.

[2]王明年,崔光耀,喻波.广州地铁西村站近接高架桥桩基影响分区及应用研究[J].岩石力学与工程学报, 2009, 28 (7).

地下工程与隧道篇7

[关键词] 隧道工程地下工程 信息化施工

1 隧道和地下工程现状及信息化发展

隧道工程在土木工程领域占着重要地位。我国自从1890年在台湾基隆至新竹窄轨铁路上修建中国第一个铁路隧道―狮球岭隧道(总长216 m)以来，截止2002年底，累计完成铁路和公路隧道8 658座，总长度4 374 km，其中铁路隧道6876座，总长度3670 km，总长度为世界第一；公路隧道1782座，总长度704 km ,总数量为世界第一。其复杂多变的地质条件、传统固定的管理结构、专业各异的参与人员等在很大程度上代表了土木工程的典型特点。

受工作条件的限制，我国隧道施工已被视为环境条件差、危险程度高、技术含量高、质量事故高、工作效率低的传统行业，但其相对桥涵工程较高的利润率对施工企业仍有较大的吸引力，因此，如何提供隧道施工整体水平是许多企业考虑的重要问题。近年来隧道工程的施工方法虽然有了较大的改进，但与其它行业相比，先进技术(尤其是高新技术)的开发、研究和应用程度远远滞后。部分新技术的转化和应用，也大多应用于测量(如地质超前预报)、爆破(如液体炸药)、开挖(如电脑台车)等单个环节。目前文献中出现了隧道施工技术专家系统，其实指的是上海隧道股份公司周文波牵头开发并研制的“盾构法隧道施工专家系统”，其核心是对盾构机功能的改进与完善，其结果并不适用于一般隧道的施工与管理程序。

2 施工力学及基本原理

为了维护地下工程的稳定，有许多可供采用的工程措施，基于地下工程的开挖施工存在分期、分块的特点，在各项措施中，以采取合理的开挖顺序、适时有效的支护力案最为经济有效，这就是施工力学的基本思想 。

岩体动态力学具备6条基本原理：

(1)复杂岩体中的工程施工受到自然不确定性因素的影响，是个开放的系统，使得围岩稳定性及经济的估价判断和分析成为一个复杂的系统工程，要全面而正确地认识各种因素的影响，不仅要研究自然因素如地质条件、初始应力、岩体的力学物性等)，还需要研究人为的工程因素。

(2)在岩体工程的施工期和竣工后的运行期间 ,围岩稳定性及有关的经济效益不仅和其最终状态有关，而且和达到竣工最终状态所采取的开挖途径和力法有关，这是因为施工中若干岩体边界在时空域中是不断变化的。从力学角度来说，这是个非线性过程，不只与其最终状态有关，而且和应力路径与应力历史相关。

( 3)对这类工程的稳定性评价及施工支护设计，要运用上述观点在施工前进行岩体动态施工力学的优化分析，寻求最优或几个较优的方案，以供决策。在分析中应把施工支护因素也包括在施工内容中。

(4)对复杂条件的岩体工程，要特别注意施工过程的设计与控制，科学地遵循围岩的动态影响规律，在经济合理的前提下，因地制宜地运用开挖和支护手段，把有害的影响及隐患控制在较低的限度内。

(5)根据优化方案进行施工时，要不断深入和修正原有认识，做好围岩动态影响的观察和监测工作。用这些新的资料与原来预计情况进行对比，以判断现有方案的合理性，必要时应及时调整现有的施工和支护方案，保证后续工程进程的安全及经济性。

(6)强调勘察、设计、施工、科研4个环节紧密结合，互相渗透，不能刻板遵循前环节的结论安排，不顾条件的变化照图施工，应在施工过程中不断修改、调整原有的结论或设计，使之符合实际情况。

3 信息化施工技术

3.1地下工程施工顺序优化分析

在隧道和地下工程的开挖施工全过程中，进行三维数值模拟，按不同施工阶段和施工工序以及各个施工工况就三维问题分析研究，找出在最不利施工条件下围岩结构系统各部分的变形位移，进而针对周围环境的各个被保护对象做出有理论依据的工程险情预报和变形控制决策。

3.2地下工程的施工监控与反馈设计

地下工程施工过程中，明挖深基坑会对周围的土体、建筑物、道路、管线等造成影响，因此必须选择合适的基坑围护结构。地下连续墙是一种较为有效的力法。

基坑开挖过程中，有必要借助仪器设备和其他一些手段对围护结构、周围环境进行综合监测。根据前段开挖期间监测到的各种变化，预测下阶段施工过程中可能出现的新动态，对后期开挖方案与开挖步骤提出建议，对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报。

基坑开挖之前，应结合本工程的实际情况，做出系统的开挖监测方案，对于不同的工程，其监测内容、使用的仪器、监测的频率、警戒值、监测方法、监测点布置、精度要求应根据工程实际进行相应的确定。

虽然隧道和地下工程的设计是建立在地质研究的基础之上，但地质条件千变万化，在隧道和地下工程的开挖中，常常发现实际地质条件与设计时会有出入，加上工程岩体的复杂性，人们对地质情况的把握往往很难准确，因此，隧道和地下工程的信息化施工监控与反馈设计是必不可少的关键环节，目的是为了做到信息化施工，并及时发现问题，马上进行处理，并及时更改设计和施工中的不足，为下一步安全施工做准备，杜绝工程事故，确保工程的安全。其核心内容为：以量测数据为依据，制定和修改施工方案，确定支护参数，达到工程目标。

4 隧道施工安全管理技术

近年来，新奥法施工技术在高速公路隧道施工中得到了广泛应用，量测信息的价值越来越重要，在某种程度上，量测信息是反映隧道施工过程中围岩与支护结构稳定安全与否的晴雨表。它对指导隧道施工过程中的设计变更、维护隧道安全施工等具有十分重要的意义。

首先，按照设计方案进行隧道断面的开挖，随着掌子面的不断推进，利用各种量测仪表在隧道工程施工现场进行量测获取各种信息，如用各类收敛仪量测获得的洞室收敛位移、多点位移计量测获得隧道围岩域内的位移、应力盒量测获得支护结构及围岩应力等。

进而根据各类量测信息对隧道围岩与支护变形等进行预测分析，同时依据隧道施工规范和隧道工程的具体条件，分析确定围岩与支护结构变形的安全阈值。

最后分析比较预测值与安全阈值之间的接近度，判定隧道围岩与支护结构是否安全稳定，如果满足安全条件则可进行下一道工序施工，否则应通知施工人员立即停比施工，并会同相关部门对隧道施工安全性进行综合评估，必要时应及时调整隧道开挖的施工工序，甚至变更隧道的设计方案，以确保隧道工程的施工安全。

地下工程与隧道篇8

并且本文使用MIDAS软件对高达双线隧道进行三维开挖仿真模拟，从而得出更为符合工程实际的理论数据，为工程实际提供更为准确的理论参考

【关键词】隧道；不同断面；数值分析；稳定性

1. 引言

公路隧道的一般设计过程与铁路隧道大体相同，但铁路隧道建筑限界固定统一，而公路隧道的建筑限界却不固定，且公路隧道为大跨度、扁平、几何形状呈多样化的特点，它取决于公路等级、技术标准、车道数、通风要求、工程地质、施工方法等条件，公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多、要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。因此，公路隧道难以像铁路隧道那样编制出标准设计图，而需根据其具体的要求进行单独设计，其中魏建军、蒋斌松发表的公路隧道内轮廓形状的数值优化中对此内容进行了研究。

本文基于高达隧道所遇到的选择断面问题为背景，尝试借助于数值分析的方法，从理论上来探讨高达隧道断面形状的设计比选、优化，并使用MIDAS软件分析工程稳定性问题，国内韩贝传发表的数值分析技术的发展现状及在岩土工程中的应用，张云峰发表的隧道施工过程的数值模拟分析与方案的优化对这方面的问题进行了阐述。

2. 工程概况

高达隧道位于辽宁省东部的宽甸县青山沟乡，走向南西237°左右。设计双线分离隧道，间隔40m左右，属短隧道。

隧道区位为中低山区，属长白山脉东南部余脉。总体上北西侧高，向南东倾斜，海拔高度370.60～433.60m之间，相对高差63.00m，山势较缓，树枝状沟谷发育，冲沟窄坡陡，东侧洞口（右进左出口）中等坡地貌，坡角18～24°左右，西侧洞口（右出左进口），坡角11～17°左右。

根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中的公路隧道围岩分级方案的有关规定，综合考虑隧道底板标高以上三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及岩土体物理力学性质诸多要素，对隧道围岩进行工程地质分级，洞口段为Ⅴ级围岩，洞身为Ⅲ、Ⅳ级围岩。

由高达隧道工程地质概况可以得出隧道大部分地段处在Ⅲ级、Ⅳ级围岩下，地质条件较为差，所以隧道稳定性研究需要在弹塑性理论下进行。而稳定性研究主要考虑在较不利的条件下进行的开挖受力情况，所以本文不讨论隧道断面在Ⅲ级围岩下的稳定性问题，而主要分析讨论Ⅳ级围岩下不同断面的稳定性问题。

3. 不同断面隧道的开挖模拟数值分析

由于本隧道属于细长结构物，即隧道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载作用下，在其纵向没有位移，只有横向发生位移，所以隧道的力学分析可以采用平面应变模型进行。

本文选取了四种典型的隧道断面进行计算分析，分别为圆形隧道、单心圆隧道、直墙圆拱形隧道和三心圆隧道，计算分析隧道围岩及衬砌内力和位移。通过隧道开挖过程中的仿真力学分析，以模拟结果比较分析得出最为适合本工程的隧道断面形式。

ANSYS分析隧道及开挖、支护利用软件中的生死单元法，平面单元采用PLANE42单元，锚杆采用Link1单元，支护用BEAM3梁单元进行模拟。计算中采用了Drucke-Prager屈服准则。

3.1 圆形断面开挖模拟分析。

圆形隧道位移图见图1。

通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的拱脚处发生较大的位移0.314e-3m，Y方向拱顶处发生最大位移0.0155m。

3.2 单心圆断面开挖模拟分析。

单心圆隧道位移图见图2。

通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的拱脚处发生较大的位移0.812e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.00413m。

3.3 直墙圆拱形断面开挖模拟分析。

直墙式隧道位移图见图3。

通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的边墙处发生最大位移0.967e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.004122m。

3.4 三心圆断面开挖模拟分析。

三心圆隧道位移图见图4。

通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的边墙处发生最大位移0.909e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.0041m。

3.5 特征内力。

各开挖断面位移最大值及位置见表1。

由图可以看出，圆形断面的受力是最小的，而且内力沿断面分布也很均匀，断面受力最为合理；而单心圆断面、三心圆断面的剪力、弯矩则在边墙脚处发生较大的突变；直墙圆拱形断面的剪力同样在边墙发生突变，而断面的弯矩也在边墙中处有一定的突变，对工程稳定性有较大的影响。

本隧道模拟选用Druker-Prager屈服准则，对四种隧道断面进行开挖模拟分析。分别比较了隧道的洞周位移、应力及衬砌的弯矩、剪力和轴力等力学数据，从各项数据中可以得到结论，圆形断面隧道的受力是最为合理，但是同时隧道的断面面积过大，对于实际工程来说很不经济。而相比较之下直墙圆拱断面的断面面积最小，受力较为合理，并且开挖方法也最为简便，故综合比较各断面的经济、力学等因素，最终选择直墙圆拱形断面为高达隧道的断面形式

4. 高达隧道工程稳定性分析

鉴于MIDAS/GTS软件在隧道三维建模及施工。

模拟方面的优越功能，本文将采用MIDAS/GTS对高达隧道进行开挖过程的模拟及工程稳定性的分析。

在断面优化比选中，本文选择了直墙圆拱断面形式为高大隧道的主隧道断面，下面将进行隧道的稳定性分析：隧道周围的围岩位移从有限元分析结果来看隧道在开挖过程中总的拱顶下沉在19.2mm，两侧边墙的水平位移27mm。隧道周围的围岩的移动趋势水平方向上拱脚、边墙处的位移较为明显施工时需注意加强支护。

隧道周围的围岩应力从各个方向地层的应力图以及主应力图可以看出随着隧道的开挖修建整个地层大部分区域都是受压的，水平方向上隧道边墙应力明显集中，垂直方向上隧道拱顶应力较集中。故需对隧道边墙中加强支护。

5结论

5.1 本文以辽宁丹东地区高达隧道工程施工实际遇到的选择断面问题为工程背景，采用有限元分析等手段，模拟工程实际情况，通过ANSYS有限元分析软件，对不同断面的受力状态进行分析和比较，通过比选得出高达隧道工程技术可行、经济合理的开挖断面为直墙圆拱形断面。

5.2 为更好对高达隧道工程提供理论上的参考，本文最后采用MIDAS软件对高达隧道工程进行三维仿真开挖模拟。对高达隧道提供更为准确的理论参考数据。

5.3 通过对高达隧道开挖模拟的三维仿真模拟可以得出，总体上说隧道结构是安全的，但是隧道的边墙、拱脚及隧道的底部需注意加强防护工作，尽量早的对隧道进行支护，以保证隧道的安全施和运营。

参考文献

［1］韩贝传，数值分析技术的发展现状及在岩土工程中的应用［J］，全国岩土工程计算机高效率利用展示与研讨 19990512 中国建筑学会.

地下工程与隧道篇9

如今，随着我国经济的快速发展，国家和人们对出行的交通工具也要求越来越高，铁路和高铁频频建立，高风险隧道的施工会随之会出现在隧道工程中。众所周知隧道的施工中存在着很多的安全隐患，所以我们对其应高度重视，并应用有效的管理方法和技术措施来避免隧道工程事故的发生。隧道工程安全管理是一个动态的、全过程的控制行为。随着高水平隧道工程的建设施工，更多的因素增添了隧道的风险系数，隧道施工存在的潜在风险极大有可能对隧道的施工产生很大的影响，由于施工风险管理的实施能够使发生施工风险的概率减小到最低限度。所以，进行隧道工程建设风险管理是很有必要的。

【关键词】

隧道工程；施工安全；风险控制

改革开放以来，我国的高速铁路、高等级公路、高速公路、城际铁路、地铁、城市轨道交通等得到了较快的发展，隧道及地下工程也越来越多，而隧道施工一直是这些施工中的难点，怎样才能控制隧道施工的风险是参加施工的单位应该思考和担忧的问题。因此，做好隧道工程施工中的安全管理，是保证国家财产安全和人民生命安全的关键。隧道工程不仅仅是一个有涉及很多学科的复杂工程，并且还具有现金投入量大、技术难、建设周期长、项目涉及范围广等特点。

由于隧道建设存在着很多的风险和不确定性因素，复杂难懂的工程地质条件及勘察资料的片面性和相关设计理论的不完整性，使得很多意外事故在工程施工不可避免的发生了。同时，地层、水文地质及周围环境都会由于工程的施工造成了直接影响，并且由于工程施工要与环境发生直接或间接的关系，所以使得隧道以及地下工程风险不仅仅具有多样性、复杂性的内部因素，也有综合性、层次性的外部因素。另外，由于隧道工程施工建设时间长涉及到的工作人员比较多，在工程建设中由于人为的疏忽，也会发生一些意想不到的事件，工程风险也具有很大的偶然性和突发性，现如今隧道工程中施工工程风险的研究大部分还很不完善。由于我国地域了阔，所以有着各种各样的地形。很多的隧道工程都需要在交通建设工程过程中来进行。另外随着城市经济的快速发展，很多的地下轨道交通和高速铁路也需要加大建设，这也使得对隧道工程的需求量不断增加。因此我们必须加大对隧道工程施工安全因素的研究分析。

一、隧道施工风险所具有的特性

在隧道施工中的地下施工、照明通风、岩爆塌方等问题都是地下施工中所具有的问题。另外，由于片面的地质勘探、复杂和变化的地质条件，它的好坏以及正确性直接影响了隧道施工的安全、质量和进度。因此，隧道工程施工风险除具有一般的风险特征外，并且还具有其自身所独有的特点，主要体现在高度依赖工程地质和水文地质条件，还有由此产生的隧道施工风险的随机性和隐蔽性的风险发生。众所周知，隧道施工风险的结果相当严重，除了有比较大的影响外，还会在隧道工程施工的过程中增加一定性的风险性。另外，隧道工程施工现场的环境与其风险在某些程度上也有一定的关系。通过隧道风险各不相同的特点，结合现成的分析和经验积累，得出包括技术风险、施工风险和设备风险在内的隧道工程施工中常见的风险因素。由于隧道施工风险所具有的这些各不相同的个性，所以我们应该充分认识与了解这些特性在隧道施工过程风险管理中的影响大小，采取适当的措施来应对风格不同的隧道施工风险，以达到隧道施工风险的有效管理。

二、隧道施工风险管理内涵

隧道工程是一个投资资金多、建设时间长、涉及面大的复杂系统，在建设这些项目的过程中，也有很多不确定性和不可预知的环境因素，另外还有更多、更大的风险因素存在于隧道工程建设中。为了使危险因素对项目造成的不利影响能减小到最低，我们应该将合理有效的风险管理用在隧道工程施工的实施上。通过风险分析、风险规划和风险监控，来科学合理地使用具体的管理办法、技术手段对项目涉及的风险实施有效控制，主动进行对项目风险进行全过程管理及监控，以减小到项目最低风险。

三、进行隧道施工安全的风险评估

在隧道施工前，应该组织隧道方面的专家对隧道不良地质和可能发生的地质灾害，进行相关性的风险评估，通过实施隧道风险等级管理，建立安全有效的计划和有针对性的预防演练，并主动进行必要的安全监控及防护措施，继续加强在施工过程中的安全保证措施。为了保证重大技术安全问题的隐患在隧道施工的过程中尽可能少发生，我们应该通过组织隧道方面的专家来进行研讨和咨询，建立专家研讨和协商制度，尽力确保隧道施工的安全性，并且利用科技手段、先进的设备以及可靠的经验，有效降低项目成本和施工风险系数。

四、控制隧道施工风险的措施

1、建立风险管理系统，科学有效的进行风险防范工作为了保证隧道施工的安全，应对风险管理应该进行理念的树立，要进一步树立“安全发展”的观念。要形成安全生产责任制，强化企业的安全责任。施工建设单位要按照设计文件进行防范措施的制度，监理单位也要进行审查防范措施，另外还要检查隧道施工风险管理制度的执行情况。加强危险源的监视，加强风险排查，特别是增加风险排查和管理工作。必须针对查出来的安全隐患进行立即组织整改，有效防范、阻止施工安全事故的发生。

2、要做好地质预报工作，真实落实地质预报的责任施工单位应结合隧道工程相关的地质条件以及超前地质预报方案进行指导，首先明确隧道地质预报的方案、预报频次、预报的内容、实施计划，其次要提出设备配置及操作要求、数据采集、信息判断与处理、预报成果报告制作等技术要求。要对能够胜任超前地质预报工作的工作人员进行一定的培训，用来保证超前地质成果及数据的有效性。

3、加强施工安全的培训，落实施工安全的责任要加强安全的意识和培训，根据各企业的情况来建设施工单位的安全文化。负责隧道施工安全的施工单位，必须提高工作人员的安全生产意识，进行相关方面的技术培训，增加管理人员和技术人员的安全生产知识。严格遵守国家的安全法律和规章制度，建立合适的安全生产保障体系，做好安全方面生产的措施，并且做好安全应急救援预案，还应配备相应的应急救援人员、器材、设备，应急救援预案按规定应报监理单位批准并报建设单位备案，并定期进行演练。某些工作程序的操作人员必须进行上岗前的技术、安全培训，考试合格后才能上岗。

五、小结

地下工程与隧道篇10

隧道工程现代化施工建设进程中,从其进展趋势来讲,随着隧道工程越建越长其所穿越的各类地层地质状况条件会变得越来越复杂。尤其是许多大隧道工程或建设于复杂地层条件的隧道工程,更需要过硬的设计施工方案技术。例如深埋隧道工程建设中将会面临较多高地应力岩爆问题、高地温问题等,而超长隧道工程施工建设中则会面临一些通风问题,而在富含地下水地质条件的越海越江隧道工程与软弱围岩工程隧道则会面临塌方、渗透等不良问题,这些不良现象均是现代隧道工程建设施工进程中常常面临的难点环节。综合起来,隧道工程施工建设的科学发展主要受到两层面因素的影响,即隧道工程施工建设技术以及施工进程中有效防治及预测地质灾害技术。面对隧道施工建设进程中许多地质灾害状况成为经常影响隧道工程建设质量的关键问题,隧道工程地质勘察技术的综合应用尤为重要,其是提升工程建设质量、营造安全可靠施工环境的重要保障。

1山区隧道工程地质状况

山区隧道地质状况从属于岩溶蚀峰地貌,具有较大的地形切割特征,且高差范围可达到三百米以上,山顶高程则体现为从进洞直至出洞逐步降低的趋势,且隧址区有落水洞与岩溶漏斗发育。岩体则体现出较差的完整性,呈现的节理裂隙则令隧道围岩的综合稳定性不良降低。通过实际隧道开挖揭露的一系列地质状况及灾害不难发现,工程实际缝质及地质水文状况与相关勘察地质报告存在一定的差距,因而为深入探明山区隧道真实的地质水文状况条件、地质构造规律特征、岩溶的发育状况趋势及其对地质水文条件产生的影响,进一步分析开发隧道与运营阶段地下水径流、补给与排泄关系,合理判定隧道动态、静态涌水量与总体涌水量,对影响区与疏干区范围进行预测,针对未开挖隧道段可能形成的突水、涌水地段提出有效的预防治理措施意见,我们应综合应用地质勘察技术进行专项深层物探与地质水文状况调查,进而为后续的隧道工程施工方案的确立提供有力参考依据。

2地质勘察技术综合应用方式与效果

2.1 地质调绘技术与应用效果

地质调绘的大面积工作是实施综合地质探测勘察技术的关键环节,其目的在于清晰查明山区隧道区域范畴中的地质与地貌条件,进而结合具体的区域地质状况资料对山区隧道工程的适宜性与稳定性作出综合评价,为工程地质钻探、物探与测试等工作的科学布置创设有力依据。基于山区隧道工程现有地质条件相对复杂,我们通过地质调绘技术进行各类地质状况因素的直接观察、通过细化分析发现较多各类地质问题并对该区域呈现的地质规律有所掌握,进而我们提出应用勘探方法手段进行地质体内相关于隧道工程岩性、地层、地质水文、构造等定量重要参数的探查。例如我们通过初步地面调绘探查判断出f4断层的主断裂方位。基于大部分地表由第四系所覆盖,进而令构造行迹呈现出出露不清的现象,我们可参照调绘分析指导合理布设物探测线四条,结合应用地震法与电法进行勘探,进而有助于我们基本上探查清楚地层断裂的具体走向、未来发展倾向与规模等。同时我们还可基于地质调绘,位于孔内实施地质水文、采集岩芯、物探测井等试验,获取定量断层参数,进而为设计隧道工程出具完整优质的地质资料。借助大面积的地质调绘填图,我们还发现山区隧道通过三条大小断层追踪、分析与量测了每条断层,因此我们可针对各断层影响隧道程度及发育特征应用与之相适应的不同类别探查手段。首先我们可采用物探法进行断层位置、规模及产状的探查,针对相交于隧道地下水发育以及主要断层区段,具有较厚的软质岩层地段我们可应用钻探法实施验证。地质调绘技术是综合勘探开展的关键环节,山区隧道工程实施勘察工作的首要特征便是基于调绘层面进行了较大力量的组织,解决各项地质问题也均是基于调绘对配合应用各类勘察技术手段进行正确的指导并实现了最终目标。

2.2 综合物探技术与应用效果

基于大面积地质调绘我们对山区隧道工程区域的岩性、地层及格局构造、地质水文条件具有了较全面的了解认识,并分析了密切相关于隧道工程的主要地质问题。基于绘测树立了勘探目标并创设了实践手段,物探应用高密度电法、地震折射法、电测探法、室内岩芯与综合测井法展开综合物探。首先我们应用地震折射方式顺着线路发展走向进行两条物探纵剖面的布置,应用电测探法与高密度电法位于隧道的进口位置与出口位置布设四条横剖面,上述六条剖面的总体长度为八千三百米。同时我们可应用地震折射法相应的连续简单观测体系测定完整浅部基岩界面的实际速度,按照岩层倾角逐步推延直至洞身,同时我们还可参照钻孔岩芯测试弹性波速的相应结果实施统计与对比。综合钻探状况与地质调绘明晰覆盖层的具体厚度,并确定各断层的倾角、走向、线路位置及大致宽度。基于现实地质资料我们可进行综合分析进而实现划分弹性波围岩种类的科学目标。同时我们可应用电测探法与高密度电法结合钻探工作与地质调绘应用差时距曲线实现定量解释,进而明晰进出口隧道位置具体的地层结构、覆盖层厚度、各边界岩层风化程度、岩体完整性状况等,同时我们用结合试验测试工作为相应设计提供具体参数。

2.3 钻探技术与应用效果

钻探技术是山区隧道地质综合勘察中推断地质调绘与解释物探成果的最直接且最正确的检验方式,同时也是采集地质水文参数的重要方式之一。基于钻探我们可深入准确明晰物探工作与地质调绘查明的地质构造,并联合上述工作进行综合相互验证。另外我们还可基于岩芯状况合理判断出地层的具体岩性,并综合各类试验测试获取地质相应参数。地质水文试验中我们对各类地下水钻孔均应用了多重方式进行测试,具体方法为,采用分层止水、清水钻进方式分布进行三次降深的抽水、提水试验,进而适宜选定试验方式计算参数。为提升试验精度,我们采用专业口径小、深井潜水泵以及测流仪进行钻探,进而优化探测效果。另外我们还可采用放射性、自然电位测井方式进行准确水层位置的直接了解,借助提水试验、钻机抽、地质水文调查、物理测井综合查明山区隧道总体地下水状况,即具有较大的渗透系数,后部隧道为厚层灰岩,伴随沟谷发育期裂隙水将相通于隧道,并在雨季持续大幅增加。因此山区隧道雨季施工阶段我们应高度重视可能产生的断层破碎带突水、涌水事故,进而采取有效科学的预防措施,降低不必要的损失。

3结语

总之,基于山区隧道地质状况、勘探技术综合应用重要性我们只有制定科学的应用方式策略,总结实践应用效果,才能为后续更好的隧道工程施工打下坚实的基础,营造良好的施工建设环境。

参考文献