地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論心得

國(guó)際隧道協(xié)會(huì)制定的斷面劃分標(biāo)準(zhǔn)：按凈空斷面面積劃分。地下工程按地質(zhì)條件可分為第四紀(jì)軟弱地層和巖石地層。城市各種地下工程多處于第四紀(jì)土沙軟弱積水地層。根據(jù)施工特點(diǎn)，地下工程可分為深埋、淺埋、超淺埋地下工程。判別方式有三中。其一，隧道拱頂埋深（與圍巖等級(jí)有關(guān)），此方法不太可取。其二，實(shí)測(cè)壓力P與垂直土柱重量rh之比來(lái)確定，P/rh﹥0.4-0.6為淺埋隧道。其三，拱頂覆土厚度（H）與結(jié)構(gòu)跨度（D）之比，即H/D覆跨比。當(dāng)0.6﹤H/D≦1.5時(shí)，均稱為淺埋；當(dāng)0.6﹤H/D≦1.5時(shí)，均稱為淺埋；當(dāng)H/D≦0.6時(shí)，均稱為超淺埋。如何有效控制淺埋地下工程由于施工擾動(dòng)誘發(fā)的地面移動(dòng)變形（由于地層損失），成為淺埋地下工程設(shè)計(jì)與施工研究的重點(diǎn)。為了達(dá)到及時(shí)支護(hù)，防止地層沉降的目的，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，即初期支護(hù)結(jié)構(gòu)由噴、錨、網(wǎng)、鋼拱架組成；當(dāng)初期支護(hù)完全穩(wěn)定后（形成承載環(huán)），再敷設(shè)防水隔離板，施加二次模筑混凝土或鋼筋混凝土襯砌。這是最符合地下工程受力特點(diǎn)的一種結(jié)構(gòu)。淺埋地下工程施工方法主有明挖法（蓋挖法）與暗挖法兩大類。明挖法又稱基坑法，主要包括敞口明挖法和基坑支護(hù)開(kāi)挖法兩類。其施工方法是先從地面向下開(kāi)挖出基坑，在基坑內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)施工，然后回填恢復(fù)地面。蓋挖法是一種先做鉆孔灌注樁（挖孔樁）或連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)（如鋼橫撐、長(zhǎng)錨索等組成支撐結(jié)構(gòu)），在該結(jié)構(gòu)保護(hù)下再做樁頂縱梁，蓋頂板，恢復(fù)路面，然后，在樁及鋼筋混凝土頂板的支護(hù)下再?gòu)纳贤逻M(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工的方法。蓋挖法根據(jù)開(kāi)挖和結(jié)構(gòu)施工順序的不同，分為蓋挖順筑和蓋挖逆筑兩類。地下工程暗挖施工法主要有盾構(gòu)法和淺埋暗挖法。最先進(jìn)的盾構(gòu)有泥水加壓復(fù)合式盾構(gòu)和土壓平衡復(fù)合式盾構(gòu)。隨著地層的變化而產(chǎn)生不適宜。淺埋暗挖法多應(yīng)用于第四紀(jì)軟弱地層，開(kāi)挖方法有正臺(tái)階法、單側(cè)壁導(dǎo)洞法、中隔墻法（CD和CRD）、雙側(cè)壁導(dǎo)洞法（眼鏡工法）。淺埋暗挖技術(shù)提出了軟弱地層必須快速施工的理念。淺埋暗挖技術(shù)適用于各種軟弱地層的地下工程。淺埋暗挖法提出了“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早成環(huán)、勤量測(cè)”。淺埋暗挖法沿用了新奧法的基本原理，創(chuàng)建了信息化量測(cè)反饋設(shè)計(jì)和施工的新理念；采用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，初期支護(hù)按承擔(dān)全部的基本荷載設(shè)計(jì)，二次模筑襯砌作為安全儲(chǔ)備；初期支護(hù)和二次襯砌共同承擔(dān)特殊荷載。應(yīng)用淺埋暗挖法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工時(shí)，同時(shí)采用多種輔助工法，超前支護(hù)，改善加固圍巖，調(diào)動(dòng)部分圍巖的自承能力;采用不同的開(kāi)挖方法及時(shí)支護(hù)、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護(hù)體系。淺埋暗挖法大多用于第四紀(jì)軟弱地層中的地下工程，由于圍巖自承能力差，為避免對(duì)地面建筑物和地中構(gòu)造物造成破壞，需要嚴(yán)格控制地表沉降量。因此，要求初期支護(hù)剛度要大，支護(hù)要及時(shí)。支護(hù)所承載的荷載越大越好，以減小圍巖的承載力，并作為支護(hù)和圍巖共同作用的安全儲(chǔ)備。其設(shè)計(jì)思想的施工要點(diǎn)可概括為二十一字方針。初期支護(hù)的施工順序?yàn)橄壬虾笙拢我r砌必須變?yōu)榱繙y(cè)后，當(dāng)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定了才展開(kāi)施工，其順序從下向上，不許先拱后墻。淺埋暗挖法的缺點(diǎn)是施工速度慢，噴射混凝土粉塵多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)械化程度不高，高水位結(jié)構(gòu)防水比較困難。對(duì)地面沉降要求不高時(shí)，可采用剛度較小的支護(hù)結(jié)構(gòu)，以發(fā)揮圍巖的自承能力；對(duì)地面沉降要求高時(shí)，則采用剛度較大，先柔后剛的網(wǎng)構(gòu)鋼拱架支護(hù)結(jié)構(gòu)，以防止圍巖的過(guò)度變形而造成大幅度地面沉降。地鐵圍巖可以自穩(wěn)的區(qū)間隧道以及其他中小型斷面地下工程，在設(shè)計(jì)驗(yàn)算的前提下，在施工過(guò)程的監(jiān)控量測(cè)的指導(dǎo)下，用噴射混凝土，鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)構(gòu)鋼拱架和部分錨桿組成的初期支護(hù)代替復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)也是可行的。特別在無(wú)水或無(wú)水壓區(qū)段實(shí)施的，將噴射混凝土改為高防水性能的噴射混凝土，然后立即在初期支護(hù)表面用水泥砂漿抹面，以解決結(jié)構(gòu)防水和美化問(wèn)題（挪威法）。用噴射混凝土、鋼網(wǎng)片、網(wǎng)構(gòu)鋼拱架和部分錨桿作為受力結(jié)構(gòu)，并用砂漿抹面，這是一種新型的結(jié)構(gòu)。在地下工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先選用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，在地質(zhì)和水文條件較好時(shí)，也可選用噴錨支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。注漿加固地層和超前小導(dǎo)管支護(hù)是最常用的輔助施工措施。開(kāi)挖到噴射混凝土的時(shí)差作為注漿設(shè)計(jì)原則，取消為了增加圍巖承載力而進(jìn)行注漿的設(shè)計(jì)原則。圍巖的固結(jié)強(qiáng)度和時(shí)間要滿足施工工序的順序要求，以提高施工速度，降低工程造價(jià)。長(zhǎng)管棚超前支護(hù)，在穿越公路、鐵路等相對(duì)較短的隧道施工中具有明顯的防塌限沉作用，但在相對(duì)較長(zhǎng)的隧道和含水地層施工中，由于施作管棚形成的過(guò)水通道以及多次擾動(dòng)地層等原因，對(duì)限制沉降所起的作用不大，反而增加沉降，應(yīng)多考慮小導(dǎo)管超前支護(hù)及其他輔助措施的綜合應(yīng)用。目前，公路隧道設(shè)計(jì)中洞口段長(zhǎng)管棚應(yīng)用太多，穿越結(jié)構(gòu)的管棚直徑過(guò)大（300-600mm是不合理的），值得商討。早支護(hù)不僅能減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載（圍巖開(kāi)挖后，地層松動(dòng)，其承載力下降，若支護(hù)不及時(shí)，則會(huì)增加作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，直至塌方。），還能避免地層過(guò)分變形。淺埋軟弱地層，錨桿支護(hù)作用明顯降低，尤其是頂部?jī)蓚?cè)各30度范圍內(nèi)的錨桿是承壓的，且工藝難以保證，可取消該區(qū)域的錨桿支護(hù)。超前小導(dǎo)管在其地層中是一種有效的超前支護(hù)形式，其設(shè)計(jì)原則是在穩(wěn)定的工作面、滿足施工要求的前提下，采取短而密的方式布設(shè)。作為初期支護(hù)主體的噴射混凝土，其噴射厚度要合理，混凝土噴得太厚，不利于發(fā)揮噴射混凝土材料的力學(xué)性能。當(dāng)其厚度d≦D/40（D為洞徑，即洞室開(kāi)挖寬度）時(shí)，噴射混凝土支護(hù)接近于無(wú)彎矩狀態(tài)，支護(hù)結(jié)構(gòu)性能較好。（我國(guó)淺埋暗挖法中的噴射混凝土厚度一般控制在20-30cm）。用增加噴射混凝土厚度的方法來(lái)加強(qiáng)支護(hù)，效果較差，應(yīng)采用合理的噴射方法，選擇噴射混凝土的材料、配合比和外加劑。如用潮噴或濕噴代替?zhèn)鹘y(tǒng)干噴，在噴料中加聚丙稀纖維等，以提高噴射混凝土材料的抗裂性，并減小回彈量。當(dāng)開(kāi)挖斷面寬度大于10m時(shí)，采用CD法或CRD法。開(kāi)挖斷面寬度小于10m時(shí)，正臺(tái)階法。在無(wú)水地層條件下，開(kāi)挖斷面跨度達(dá)12m時(shí)，采用正臺(tái)階法。臺(tái)階長(zhǎng)度規(guī)定在一倍洞徑左右。淺埋暗挖法通常采用的復(fù)合式襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)，在初期支護(hù)與二次襯砌之間鋪設(shè)防水隔離層，輔之以二次襯砌防水混凝土，組成兩道防水線，采用以防為主，防水全包不給排出的防水原則。這種結(jié)構(gòu)在無(wú)水或少水地層是可行的，但在富水地層則表現(xiàn)出很大的不合理性。不合理的原因有三點(diǎn)。其一，防水層易被損壞，使封閉防水層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想得不到落實(shí)，這是造成漏水的主要原因。其二，初期支護(hù)防水性差，易形成滲水現(xiàn)象，其滲水在防水隔離層與初期支護(hù)之間容易形成“水袋”。一但防水層被破壞，“水袋”將在薄弱環(huán)節(jié)尋找出路，使初期支護(hù)和二次襯砌之間的空隙也形成水環(huán)，造成二次襯砌施工縫漏水。其三，以防為主的全包防水板，由于水存在于二次襯砌之外，水壓直接作用在二次模筑襯砌上，增加了二次襯砌結(jié)構(gòu)的承載。由于壓力過(guò)大，可造成二襯混凝土仰拱上鼓、開(kāi)裂造成漏水。在富水地層必須以堵為主，限排為輔、防排結(jié)合的防水原則。地下工程淺埋暗挖法施工的結(jié)構(gòu)防水問(wèn)題，可以采取加強(qiáng)初期支護(hù)的防水能力（提倡噴射防水混凝土，通過(guò)改善噴射混凝土配比、添加外加劑和改進(jìn)噴射工藝等措施，提高初期噴射混凝土的防水能力），也可在初期支護(hù)與二次襯砌之間進(jìn)行填充注漿，把地下水拒之于初期支護(hù)之外。對(duì)于進(jìn)入初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和二次襯砌之間的漏水，應(yīng)遵照以排為主的原則處理。施工方法的適用條件及特點(diǎn)（見(jiàn)P14）28..地質(zhì)勘察的階段：于可行性研究階段、可行性研究階段、初步勘察階段、詳細(xì)勘察階段。29土按堆積年代可分為三類:老堆積土、一般堆積土、新近堆土。土按成因可分為殘積土、坡積土、洪積土、沖積土、淤積土、冰積土和風(fēng)積土。土按有機(jī)質(zhì)含量可分為無(wú)機(jī)土、有機(jī)質(zhì)土、泥炭質(zhì)土、泥炭。土按顆粒級(jí)配或塑性指數(shù)可分為碎石土、沙土、粉土和黏性土。30．碎石土包括：漂石圓形及亞圓形為主（粒徑大于200mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、塊石棱角形為主（粒徑大于200mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、卵石圓形及亞圓形為主（粒徑大于20mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、碎石棱角形為主（粒徑大于20mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、圓礫圓形及亞圓形為主（粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、角礫棱角形為主（粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）。31．沙土包括：礫沙（粒徑大于2mm的顆粒質(zhì)量占總質(zhì)量的25％-50％）、粗沙（粒徑大于0.5mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、中沙（粒徑大于0.25mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）、細(xì)沙（粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的85％）、粉沙（粒徑大于0.075mm的顆粒質(zhì)量超過(guò)總質(zhì)量的50％）。粒徑大于0.075mm的顆粒不超過(guò)全部質(zhì)量50％，且塑性指數(shù)等于或小于10的土，定為粉土。塑性指數(shù)大于10的土為黏性土，根據(jù)塑性指數(shù)可分為粉質(zhì)黏土和黏土。當(dāng)塑性指數(shù)大于10且小于或等于17時(shí)，定為粉質(zhì)黏土；當(dāng)塑性指數(shù)大于17時(shí)，定為黏土。32．填土是指人類活動(dòng)在地面形成的任意堆積，其組成成分復(fù)雜，填筑的方法、時(shí)間和厚度都是隨意的。填土分素填土、雜填土、沖填土三類（其組成見(jiàn)P21）。33．濕陷性土：凡是土層受水浸濕，加固凝聚力消失，產(chǎn)生濕陷的土，稱為濕陷土。濕陷土可分為濕陷性黃土及其他濕陷性土（其特征見(jiàn)P22）。34．軟土：軟土主要指由細(xì)粒土組成的孔隙比大（e〉1.0）、天然含水量高（W≧WL）、壓縮性高(壓縮系數(shù)a1-2〉0.5MPa-1)、強(qiáng)度低（不排水抗剪強(qiáng)度小于20KPa）和具有靈敏結(jié)構(gòu)性的土層，包括淤泥、淤泥質(zhì)黏性土、淤質(zhì)粉土等。軟土工程性質(zhì)見(jiàn)P22。天然含水量大，只要不被破壞和擾動(dòng)，可處于軟塑狀態(tài)。但一經(jīng)擾動(dòng)，其結(jié)構(gòu)受破壞，變成流塑狀態(tài)?？紫侗却蟆Ｍ杆阅艿?，垂直方向透水性比平行土層方向的滲透系數(shù)小，對(duì)地基排水固結(jié)不利，使建筑物沉降延續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)。在加壓初期，地基土中常出現(xiàn)較高的孔隙水壓力，影響地基強(qiáng)度。壓縮性高，其壓縮變形大部分發(fā)生在垂直壓力為0.1MPa左右，對(duì)工程直接影響是建筑地基沉降量大。具有觸變性、流變性、不均勻性、抗剪強(qiáng)度低。35.黏性土的界限含水量。黏性土由一種狀態(tài)轉(zhuǎn)到另一種狀態(tài)的分界含水量稱為界限含水量，包括液限WL（土從可塑狀態(tài)過(guò)渡到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量）、塑限WP（土從可塑狀態(tài)過(guò)渡到半固結(jié)狀態(tài)的界限含水量）、縮限WS（土從半固結(jié)狀態(tài)過(guò)渡到固結(jié)狀態(tài)）。36.x許多黏性土及泥質(zhì)巖中含有大量的蒙脫石和伊利石類礦物顆粒，有很強(qiáng)的親水性。當(dāng)含水量變化時(shí)，這些顆粒能發(fā)生顯著的體積變化，從而引起巖土的體積變化（發(fā)生膨脹或收縮），最終使與其相連接的建筑物受破壞。這種巖土稱為膨脹巖土（其主要是蒙脫石，伊利石居其次）。37.風(fēng)化巖指原巖受風(fēng)化程度較輕，保存的原巖性質(zhì)較多;殘積土則是指原巖受到風(fēng)化的程度極重，基本上失去了原巖的性質(zhì)。風(fēng)化巖可以作為巖石看待，而殘積土則完全成為土狀物。其共同點(diǎn)為位置沒(méi)發(fā)生變化。38．凡溫度≦0℃，且含有固態(tài)冰的土稱為凍土。按凍結(jié)時(shí)間可分為瞬時(shí)凍土、季節(jié)凍土和多年凍土。具體定義見(jiàn)P3439．松散地層主要指第四紀(jì)沉積物和部分第三紀(jì)沉積物，其空隙間常常埋藏著豐富的地下水非可溶性巖石：地下水主要存儲(chǔ)在由構(gòu)造作用、成巖作用和風(fēng)化作用產(chǎn)生的各種裂隙中。可溶性巖石：由于各地段影響巖溶發(fā)育的因素及其作用程度不同，導(dǎo)致形成的巖溶差異很大。40．地下水露頭包括泉、井、鉆孔、既有坑道（隧道）等。其解釋見(jiàn)P37-3941.環(huán)境是指大氣、水、海洋、土地、森林、草原、野生動(dòng)植物、自然保護(hù)區(qū)、生活居住區(qū)等。42.圍巖的分級(jí)基本上由巖石的堅(jiān)硬程度和巖體的完整程度兩個(gè)因素決定。另外，還要兼顧地下水狀態(tài)、初始應(yīng)力等因素。43.圍巖穩(wěn)定性主要受到巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水特征、初始應(yīng)力等影響。這四方面的具體組合情況：巖性的軟硬，巖石強(qiáng)度的高低，巖體結(jié)構(gòu)特征（特別是軟弱結(jié)構(gòu)面的特征），結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，地下水的水量、水壓和運(yùn)動(dòng)特征，以及巖體中初始應(yīng)力的大小、方向和主應(yīng)力的比值等。44.圍巖變形和破壞的類型:巖爆、（在巖體完整、巖性堅(jiān)硬的脆性巖體中，當(dāng)水平應(yīng)力與垂直應(yīng)力的差值以及絕對(duì)應(yīng)力值都很大的情況下，由于施工開(kāi)挖或爆破震動(dòng)等作用引起巖體中大量積聚的彈性應(yīng)變能突然釋放，從而產(chǎn)生巖爆現(xiàn)象。在巖體中最大主應(yīng)力方向與洞室軸向垂直的情況下，洞室圍巖更容易產(chǎn)生這類破壞）巖體的破裂、（主要發(fā)生在裂隙較少的堅(jiān)硬、脆性的圍巖巖體中，由于勻質(zhì)，圍巖的穩(wěn)定性主要取決于巖石本身的強(qiáng)度和巖體中應(yīng)力重分布的情況。當(dāng)重分布應(yīng)力小于圍巖巖石的強(qiáng)度時(shí)，巖體只產(chǎn)生彈性變形。在巖石彈性變形不大的情況下，圍巖是穩(wěn)定的。若巖體中重分布應(yīng)力超過(guò)圍巖巖石的強(qiáng)度，在洞頂或邊墻上可能產(chǎn)生拉裂、剪斷、壓潰和剝離等破壞現(xiàn)象，特別對(duì)于薄層狀巖層會(huì)產(chǎn)生彎折內(nèi)鼓的變形破壞）、巖塊滑移和墜落（主要發(fā)生在由各種結(jié)構(gòu)面切割的、比較堅(jiān)硬的巖體中，當(dāng)圍巖中的初始應(yīng)力超過(guò)結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度時(shí)，或在重力的作用下，洞室周邊的結(jié)構(gòu)體可能會(huì)沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生松弛、滑移、墜落等變形破壞。特別是當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面受到地下水作用時(shí)，更易發(fā)生此類變形和破壞。）、破碎松散巖體的坍塌（由于破碎巖體或松散堆積層的自承能力很低，在開(kāi)挖過(guò)程中，洞頂或側(cè)壁會(huì)產(chǎn)生坍塌破壞，如不及時(shí)支護(hù)，破壞現(xiàn)象會(huì)更為嚴(yán)重。）、松散巖體的塑性變形（軟巖、膨脹性巖層、松軟土層以及含黏土的破碎巖層，由于強(qiáng)度低、塑性強(qiáng)、與水作用強(qiáng)烈，在外力作用下易變形。在洞室開(kāi)挖后或在開(kāi)挖過(guò)程中，圍巖由于應(yīng)力作用或由于向洞室臨空面膨脹、流動(dòng)，從而產(chǎn)生向洞內(nèi)擠壓等塑性變形。）。形變壓力和松散壓力統(tǒng)稱為圍巖壓力。形變壓力是由圍巖的塑性變形所引起的作用在支護(hù)襯砌上的擠壓力。對(duì)于比較軟弱的圍巖來(lái)說(shuō)，一般具有塑性變形和流變特性。因而，當(dāng)洞室開(kāi)挖后，圍巖變形隨時(shí)間而發(fā)展，往往會(huì)持續(xù)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間。在支護(hù)襯砌與圍巖密貼的情況下，這種繼續(xù)發(fā)展的塑性變形會(huì)對(duì)支撐和襯砌產(chǎn)生較大的形變壓力。隨著形變壓力的逐漸加大，支撐或襯砌對(duì)圍巖所提供的支護(hù)抗力也在逐漸加大。當(dāng)支撐或襯砌的強(qiáng)度滿足形變形成的應(yīng)力時(shí)，圍巖與支護(hù)的共同變形則逐漸穩(wěn)定下來(lái)，從而保持洞室穩(wěn)定。然而，破碎松散的圍巖巖體，在洞室開(kāi)挖后由于不能自穩(wěn)，從而發(fā)生坍塌。由結(jié)構(gòu)面切割的堅(jiān)硬的巖體，開(kāi)挖后在圍巖表面一定范圍內(nèi)也會(huì)形成松動(dòng)、滑移。當(dāng)洞室支撐襯砌后，由于支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖間不易密貼，因而使得這些坍塌體作用在支護(hù)襯砌背后，形成松散壓力。洞室剛開(kāi)挖后有較大變形，這種變形是由于巖塊失去邊界支持后裂隙張弛、巖塊錯(cuò)位并滑動(dòng)所造成的，而后由于巖塊間的摩擦效應(yīng)維持暫時(shí)平衡（松弛壓力）。荷載壓力計(jì)算見(jiàn)P48Ⅰ-Ⅱ級(jí)圍巖，因坑道圍巖穩(wěn)定，水平壓力很難出現(xiàn)，即使出現(xiàn)也是由于巖塊松動(dòng)引起的，對(duì)襯砌設(shè)計(jì)不會(huì)產(chǎn)生影響。Ⅲ-Ⅳ級(jí)圍巖主要產(chǎn)生垂直壓力，因坑道側(cè)壁較穩(wěn)定，故水平壓力也不會(huì)很大。由于圍巖的不均質(zhì)性、不連續(xù)性比較突出，故可能局部出現(xiàn)較大的水平壓力。Ⅴ-Ⅵ級(jí)圍巖水平壓力較大，對(duì)襯砌設(shè)計(jì)有很大影響。在采用先拱后墻法施工的條件下，中等堅(jiān)硬巖層中，拱腰45°處圍巖壓力約為拱頂壓力的1.6倍左右。拱腳壓力約為拱頂壓力的1.3倍左右，分布似馬鞍形。按垂直均布荷載的三心圓尖拱形襯砌，拱腰開(kāi)裂數(shù)量多于拱頂，磅山隧道也是如此。隧道兩側(cè)圍巖軟硬不一時(shí)，容易產(chǎn)生偏壓。圍巖壓力考慮采用兩側(cè)大中間小的馬鞍形，或者有一定程度偏載的梯形及均布?jí)毫D形等。對(duì)不均勻分布的圍巖壓力在襯砌全部寬度上的總值，宜大致與本文規(guī)定的圍巖垂直均布?jí)毫傊迪嗟?。圍巖穩(wěn)定性分析見(jiàn)P51-52若洞室圍巖有一組結(jié)構(gòu)面存在，根據(jù)結(jié)構(gòu)面上作用力與結(jié)構(gòu)面交角的大小及結(jié)構(gòu)面間摩擦角的關(guān)系，可以判定具有層理滑動(dòng)或可沿結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)的洞室與結(jié)構(gòu)面間摩擦角的關(guān)系，進(jìn)而判定其穩(wěn)定性。設(shè)圍巖周邊的切向應(yīng)力與結(jié)構(gòu)面的法線的夾角小于結(jié)構(gòu)面之間的摩擦角，結(jié)構(gòu)面不發(fā)生滑動(dòng)，反之則發(fā)生滑動(dòng)。當(dāng)兩夾角相等時(shí)，則結(jié)構(gòu)面處于極限平衡狀態(tài)。洞室拱頂由結(jié)構(gòu)面切割形成的鍥形體危巖是否墜落，可根據(jù)巖塊的受力狀態(tài)進(jìn)行分析。（具體計(jì)算見(jiàn)P55）洞室圍巖被幾組結(jié)構(gòu)面切割時(shí)，圍巖是否會(huì)發(fā)生沿結(jié)構(gòu)面剪切破壞的問(wèn)題，可用巖體沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞的判別式進(jìn)行分析。（具體見(jiàn)P56）目前，一般是用量測(cè)坑道斷面的收斂值（即位移量測(cè)）來(lái)獲得位移信息，從而判定圍巖的穩(wěn)定狀態(tài)。洞室跨度的大小影響圍巖的穩(wěn)定性（跨度越大，其巖體的破碎程也增大），洞室的形狀影響圍巖的穩(wěn)定性（圍巖周邊的應(yīng)力狀態(tài)不同）,施工方法。圍巖分級(jí)主要考慮的因素是地質(zhì)因素。作為分級(jí)指標(biāo)有單一的巖性指標(biāo)、單一的綜合巖性指標(biāo)、復(fù)合指標(biāo)。圍巖分級(jí)的主要考慮指標(biāo)：巖塊強(qiáng)度或巖體強(qiáng)度（一般用抗壓強(qiáng)度表示，反映了其力學(xué)性質(zhì)，表示了圍巖物質(zhì)的基本性質(zhì)。在自然界中，巖石普遍存在著裂隙，采用巖體強(qiáng)度更為合適。）巖體的完整程度（這取決于巖體在地質(zhì)構(gòu)造作用下的影響程度以及結(jié)構(gòu)面的特征）。地下水的影響（地下水對(duì)圍巖的穩(wěn)定性有明顯影響，但很難用具體的指標(biāo)來(lái)表示）。天然應(yīng)力狀態(tài)（了解天然應(yīng)力的大小和方向）有的圍巖分級(jí)方法中籠統(tǒng)地把初始應(yīng)力分為低應(yīng)力、中應(yīng)力、高應(yīng)力三種情況來(lái)考慮對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響，但多數(shù)分級(jí)方法中還沒(méi)有考慮巖體初始應(yīng)力的影響。洞室的跨度和高度對(duì)洞室圍巖穩(wěn)定性有一定的影響，應(yīng)對(duì)高跨比作出一定限制，超出此值后就要考慮尺寸的影響。洞室的跨度與裂隙間距的比值反映了洞室圍巖的相對(duì)完整性,這也是決定洞室圍巖穩(wěn)定性的重要因素。洞室形狀不同時(shí)，可考慮洞室形狀系數(shù)的影響。圍巖分級(jí)的基本標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)P60圍巖級(jí)別修正的因素：地下水狀態(tài)、初始應(yīng)力。地下洞室埋深較淺時(shí)，應(yīng)根據(jù)圍巖受地面的影響進(jìn)行圍巖級(jí)別的修正。若圍巖僅受地面影響，應(yīng)將相應(yīng)圍巖降低1-2級(jí)。圍巖的幾種分級(jí)方法：巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD（以圍巖的穩(wěn)定性取決于巖石完整或破碎的程度的)觀點(diǎn)為依據(jù)）其分級(jí)適用表見(jiàn)P62。RSR（以施工前有關(guān)巖體結(jié)構(gòu)的一般地質(zhì)狀態(tài)A、節(jié)理產(chǎn)狀與掘進(jìn)方向的關(guān)系B、以及地下水的影響C）巖體質(zhì)量Q（由節(jié)理組數(shù)目、節(jié)理粗糙度、沿最弱節(jié)理面的蝕變或填充程度、節(jié)理含水折減系數(shù)及應(yīng)力折減系數(shù)）其計(jì)算式見(jiàn)P64。巖體的地質(zhì)力學(xué)（考慮了巖石強(qiáng)度、RQD、結(jié)構(gòu)面特征、地下水情況等因素的影響，特別考慮了結(jié)構(gòu)面的走向和傾角對(duì)隧道工程的影響。）淺埋暗挖法設(shè)計(jì)理論是建立在巖石的三向剛性壓縮試驗(yàn)特性和巖石的二向壓縮應(yīng)力應(yīng)變特性以及莫爾理論基礎(chǔ)之上，并考慮了隧道掘進(jìn)時(shí)的空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)。這一理論集中在支護(hù)結(jié)構(gòu)種類、支護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑時(shí)機(jī)、巖壓、圍巖變位這四者的關(guān)系上，貫穿在不斷變更的設(shè)計(jì)施工過(guò)程中。（它指導(dǎo)著噴錨支護(hù)的設(shè)計(jì)和施工，指導(dǎo)著構(gòu)筑隧道的全過(guò)程）圍巖與支護(hù)共同作用，最大限度地發(fā)揮圍巖本身原有的支承能力，這是新奧法設(shè)計(jì)思想的核心。淺埋暗挖法沿用新奧法原理分析體系，運(yùn)用量測(cè)信息反饋于設(shè)計(jì)和施工，同時(shí)采取超前支護(hù)、改良地層、和注漿加固。應(yīng)用淺埋暗挖法應(yīng)遵循的原則有強(qiáng)調(diào)采用預(yù)加固措施、隧道支護(hù)考慮時(shí)間和空間效應(yīng)、隧道開(kāi)挖后應(yīng)盡早提供有足夠剛度和早強(qiáng)的初期支護(hù)，從而控制圍巖變形，而不是最大限度的選擇圍巖的自身承載能力、盡早施作仰拱并封閉成環(huán)（仰拱距工作面的距離最大不超過(guò)1倍洞徑）、二次襯砌在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后再施作，但在采取輔助措施后，未滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，也可施作二次襯砌、（由于淺埋隧道荷載明確，提前施作二次襯砌是可能的，多在超淺埋大跨度車站之處應(yīng)用）襯砌形式采用復(fù)合式，兩層之間設(shè)防水隔離層，起防水、防裂作用，兩層之間剪力為零，二次襯砌才不會(huì)開(kāi)裂?？刂茋鷰r變形是淺埋暗挖法設(shè)計(jì)施工的核心問(wèn)題隧道深埋、淺埋、超淺埋，并非單純指洞頂?shù)貙雍穸榷?，還應(yīng)結(jié)合上覆地層的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)特征，松散狀況，圍巖構(gòu)造特征，風(fēng)化、破碎、斷層影響的程度與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及地下水等因素。洞頂?shù)姆€(wěn)定與否對(duì)施工方法有直接的影響。深埋、淺埋、超淺埋隧道的計(jì)算方法：深埋隧道按塌落拱荷載計(jì)算，淺埋隧道按松散荷載計(jì)算，超淺埋隧道按全土柱加地面動(dòng)、靜換算荷載計(jì)算。隧道襯砌裂縫約有2/3發(fā)生在淺埋段，裂縫發(fā)生的規(guī)律是：拱腰部位多，拱頂部位少；淺埋、超淺埋的多，深埋的少；地層與襯砌不密貼的多，密貼的少；無(wú)防水隔離層的多，有防水隔離層的少；前拱后墻法的多；先墻后拱法的少；全斷面一次模筑襯砌的多，全斷面間歇灌注的少；養(yǎng)護(hù)不好的多，養(yǎng)護(hù)好的少；剛性大、襯砌厚的多，剛性小、襯砌薄的少；按礦山法施工的多，按新奧法施工的少；小斷面開(kāi)挖施工的多，大斷面、全斷面開(kāi)挖施工的少。裂縫的多少與埋深的關(guān)系很大。以埋深等于塌方統(tǒng)計(jì)平均高度2倍的方法作為判別深埋與淺埋隧道分界的主要標(biāo)準(zhǔn)，圍巖垂直壓力、地面沉降和電算分析可作為參考標(biāo)準(zhǔn)。圍巖變形過(guò)大時(shí)隧道上方會(huì)形成塌落拱（壓力拱），塌方是圍巖因失穩(wěn)而破壞的最直觀的形式。當(dāng)埋深大于2倍塌方高度時(shí)，才能用塌落拱公式計(jì)算。塌落拱高度與圍巖級(jí)別有很大關(guān)系。H/D與P/(rh)的關(guān)系結(jié)合圍巖等級(jí)判別隧道埋深。（見(jiàn)P78）P/(rh)的值結(jié)合圍巖等級(jí)判別隧道埋深。（見(jiàn)P79）深埋與淺埋隧道分界深度建議采用下列值：VI級(jí)圍巖為4D-6D，V級(jí)圍巖為2.5D-3.5D，IV級(jí)圍巖為1.5D-2.5D，III級(jí)圍巖為0.5D-1.0D，II級(jí)圍巖為0.3D-0.5D，I級(jí)圍巖為0.15D-0.30D。同時(shí)，分界深度與施工方法及施工技術(shù)水平密切相關(guān)，若采用新奧法施工，光面爆破，且施工技術(shù)水平高，則可取小值；否則，取大值。在初期支護(hù)作用下，圍巖塑性區(qū)達(dá)到地面，地中圍巖變形值與地面沉降值相等時(shí)，即覆蓋整體位移下沉?xí)r為超淺埋，荷載除了按rh全部土柱計(jì)算外，還應(yīng)計(jì)算地面交通沖擊產(chǎn)生的附加荷載。見(jiàn)P81深埋隧道與淺埋隧道分界深度的確定方法，即以隧道開(kāi)挖時(shí)對(duì)地面不產(chǎn)生影響為限進(jìn)行區(qū)分。見(jiàn)P81表3-3。以荷載等效高度進(jìn)行界定見(jiàn)P83淺埋與超淺埋的判別方法：1.覆跨比即覆蓋土厚度H與隧道跨度D（隧道斷面直徑）之比，H/D≦0.4為超淺埋隧道，H/D﹥0.4為淺埋隧道。2。蓋層整體下沉?xí)r，即洞內(nèi)拱頂變位值≦地面沉降值時(shí)可視為超淺埋。3。隧道結(jié)構(gòu)頂部進(jìn)入地面以下5m范圍的管道層中時(shí)，統(tǒng)稱超淺埋。4。實(shí)測(cè)壓力P與垂直土柱重量（rh）之比確定深埋、淺埋、超淺埋。當(dāng)P/(rh)≦0.4為深埋隧道，0.6≧P/(rh)﹥0.4為淺埋隧道，P/(rh)﹥0.6為超淺埋隧道。超淺埋隧道在初期支護(hù)的作用下，圍巖塑性區(qū)一般可達(dá)到地面，覆蓋層易發(fā)生整體位移下沉。淺埋設(shè)計(jì)會(huì)因?yàn)槭┕げ划?dāng)而引起很大的附加荷載，進(jìn)而產(chǎn)生超淺埋設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的不利因素。斷面結(jié)構(gòu)形式按跨度分類為：?jiǎn)慰缃Y(jié)構(gòu)、雙跨連拱結(jié)構(gòu)（雙連拱結(jié)構(gòu)的兩拱中部可以是中隔墻，兩拱中部也可由立柱和頂、底梁組合。其結(jié)構(gòu)形式在軟弱、富水地層，經(jīng)常開(kāi)裂、漏水，施工中力的轉(zhuǎn)換也很復(fù)雜，不提倡使用）、三跨連拱結(jié)構(gòu)（有雙層、單層結(jié)構(gòu)形式，其單層結(jié)構(gòu)形式比較合理）、多跨連拱結(jié)構(gòu)（由于其結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，容易出現(xiàn)較多的裂縫和滲漏水現(xiàn)象）。雙連拱、多連拱隧道設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“宜近不宜聯(lián)”的原則，只有硬巖和受特殊地形限制之處可以例外。斷面結(jié)構(gòu)形式按層數(shù)分類為：?jiǎn)螌樱ú捎脺\埋暗挖法施工的隧道多為單層、其設(shè)計(jì)施工難度?。?、雙層（其設(shè)計(jì)施工難度大，為其降低施工難度，目前車站兩端大多是明挖多層、中間暗挖，這對(duì)單層是比較合理的）、多層（在淺埋工程中，其設(shè)計(jì)施工極難，地面沉降難以控制，其結(jié)構(gòu)很少采用）。斷面結(jié)構(gòu)形式按邊墻形式分類為：直墻式（在鐵路隧道中I-III類圍巖采用曲墻，IV-VI類圍巖采用直墻形式，以便使結(jié)構(gòu)受力處于良好狀態(tài)，支護(hù)厚度合理。但在淺埋暗挖工程中，由于埋深較淺，垂直荷載較明確，垂直壓力較大，側(cè)壓力較小，斷面可以根據(jù)結(jié)構(gòu)受力情況設(shè)計(jì)成直邊墻，以提高斷面利用率。曲墻式（由于淺埋隧道一般位于軟弱地層，地質(zhì)條件較差，圍巖自穩(wěn)能力差，結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為曲墻，并盡可能圓順，以減少應(yīng)力集中點(diǎn)。）斷面結(jié)構(gòu)形式按拱的形式分類為：失跨比不宜小于1/3.，但在超淺埋工程中，由于垂直荷載較小，為了提高斷面利用率，降低埋深，有時(shí)設(shè)計(jì)為坦拱結(jié)構(gòu)，甚至平頂結(jié)構(gòu)。單跨斷面結(jié)構(gòu)形式按端面形狀分類為：馬蹄形斷面（一般用于山嶺隧道）、蛋形斷面（一般用于第四紀(jì)地層和極軟弱地層）、圓形斷面（多用于水工隧道）?？紤]施工的方便和可操作性，初期支護(hù)采用馬蹄形斷面，二次襯砌采用圓形斷面。采用淺埋暗挖法施工的地鐵站結(jié)構(gòu)形式在第四紀(jì)地層中：1.三拱兩柱式（三拱車站有塔柱式和立柱式地鐵站。第四紀(jì)地層中大多采用三拱立柱式地鐵站，三拱塔柱式已很少采用）三拱兩柱式地鐵站存在的問(wèn)題：1.連拱結(jié)構(gòu)在柱頂存在V形節(jié)點(diǎn),結(jié)構(gòu)防水處理困難。連拱結(jié)構(gòu)開(kāi)挖施工時(shí)易產(chǎn)生不平衡推力，導(dǎo)致初期支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，節(jié)點(diǎn)難以連接，施工較難控制；導(dǎo)致初期支護(hù)扣拱時(shí)鋼管柱承受水平推力，使初期支護(hù)和二次襯砌的拱部容易開(kāi)裂。3.容易開(kāi)裂漏水。單跨單層在軟土地層中修建單拱大跨結(jié)構(gòu)采用眼鏡法（側(cè)壁導(dǎo)洞法）開(kāi)挖仰拱部分時(shí)，變形迅速加大，仰拱封閉后，達(dá)到完全穩(wěn)定。采用混凝土砌塊組成的結(jié)構(gòu)適用于有一定自穩(wěn)能力的地層，采用裝配式砌塊可以保證拱圈迅速承載。管拱法在第四系松散地層中修建單拱地鐵站的施工程序：先在墻腳處開(kāi)挖兩個(gè)小隧道并澆注混凝土；在地鐵站隧道的一端施作一個(gè)10米*20米的工作井，在其中拱輪廓線處沿隧道縱向頂入10個(gè)外徑2.1米、內(nèi)徑1.8米的鋼筋混凝土圓管，其內(nèi)澆注混凝土使它們連接成管拱，覆蓋整個(gè)地鐵站隧道；進(jìn)行拱部開(kāi)挖，立模澆注鋼筋混凝土肋形拱；開(kāi)挖底部，施作仰拱。管拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：1.拱部主要承載結(jié)構(gòu)是管拱，肋形拱可以提高拱圈承壓后的穩(wěn)定性。2.結(jié)構(gòu)頂部設(shè)有管拱，不僅可以避免采用地層加固法，而且地鐵站的埋深可以做得很淺，如2-3米。3.單拱結(jié)構(gòu)受力簡(jiǎn)明。單拱地鐵站除了管拱結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)外，還具有1。結(jié)構(gòu)輪廓圓順，防水層可做得很好，避免了多拱地鐵站往往出現(xiàn)的積水溝槽，結(jié)構(gòu)防水效果顯著；2。單拱地鐵站既可以做成島式站臺(tái)，也可做成側(cè)式站臺(tái)，而單拱地鐵站采用側(cè)式站臺(tái)可以使開(kāi)挖總跨度的尺寸更緊湊。采用淺埋暗挖法施工的地鐵站結(jié)構(gòu)形式在巖石地層中，由于圍巖為IV-V類，整體性較好，地下水不發(fā)育，地面建筑物較多。地鐵站埋深一般為0.5D-1.0D(D為隧道洞徑)。拱和墻采用圓滑過(guò)渡的五心圓斷面，平底板，復(fù)合式襯砌。初期支護(hù)為錨桿噴射混凝土結(jié)構(gòu)，在淺埋或埋深較淺且穿過(guò)高層建筑時(shí)，加鋼筋格柵拱。為避免先期澆注的二次襯砌對(duì)后澆樓板混凝土產(chǎn)生收縮約束作用，樓板簡(jiǎn)支在邊墻的“牛腿“上。開(kāi)挖和襯砌方法根據(jù)不同的埋深、地層條件和環(huán)境條件，采用品字形開(kāi)挖、二次襯砌先墻后拱法。石質(zhì)良好時(shí)，單拱地鐵站可采用大拱腳、薄邊墻襯砌。見(jiàn)P105圖3-51（b）。鄰近工程的種類主要是根據(jù)新建隧道與鄰近既有工程的間隔劃分鄰近度，其鄰近度的劃分見(jiàn)P111表3-8-表3-13。這里所謂“間隔”，是指鄰近既有工程襯砌外面到新建隧道的最小距離。判別鄰近度時(shí)采用的D”（隧道外徑）值，是指鄰近既有工程或新建隧道襯砌外輪廓的垂直高度和水平寬度中的最大值。在隧道并列、交叉的場(chǎng)合，采用新建隧道的外徑D′。鄰近度分為：不考慮范圍、要注意范圍、限制范圍。鄰近地下工程施工分為新建工程接近既有隧道施工和新建隧道接近既有工程施工見(jiàn)P113-P115表。單一洞室彈性條件下的力學(xué)模型見(jiàn)P116圖3-54。其徑向應(yīng)力、切向應(yīng)力、剪應(yīng)力計(jì)算式見(jiàn)式3-5隧道開(kāi)挖后引起的圍巖應(yīng)力重分布局限在一定范圍內(nèi)，在離隧道開(kāi)挖周邊比較近的地方，應(yīng)力集中度高，在離隧道開(kāi)挖周邊比較遠(yuǎn)的地方，應(yīng)力集中度低，越遠(yuǎn)影響越小。因此，新建隧道開(kāi)挖對(duì)周邊產(chǎn)生的影響僅局限在一定范圍內(nèi)。兩條平行或重疊的鄰近隧道開(kāi)挖時(shí)，隧道中心間距越小，隧道周邊的應(yīng)力越大，從而使隧道周邊應(yīng)力重分布惡化。為了避免相互影響，兩鐵路隧道線間距一般不小于2D為宜。由于工況狀態(tài)轉(zhuǎn)化受力模式的條件見(jiàn)P118兩洞室鄰近開(kāi)挖的相互影響也存在一個(gè)范圍，越近影響越大，越遠(yuǎn)影響越小，遠(yuǎn)到一定距離，影響就消失了。鄰近施工的影響存在著范圍有限性的規(guī)律-僅局限于一定的區(qū)域。這種性質(zhì)是由開(kāi)挖后引起圍巖應(yīng)力重分布的局限性決定的。兩洞室鄰近時(shí)的受力狀態(tài)不同于單一洞室的情況（應(yīng)力多次重新分布，導(dǎo)致受力的復(fù)雜性）。穿越既有線所面臨的主要技術(shù)措施包括對(duì)開(kāi)挖隧道周圍及既有結(jié)構(gòu)周圍土體進(jìn)行預(yù)加固、減少地層擾動(dòng)對(duì)既有線的影響、保持周邊圍巖的穩(wěn)定性等（還應(yīng)注意既有結(jié)構(gòu)上臺(tái)量的計(jì)算及控制途徑）。淺埋暗挖法設(shè)計(jì)的地下工程一般采用復(fù)合式襯砌，復(fù)合式襯砌由初期支護(hù)、隔離層和二次襯砌組成。初期支護(hù)在二次襯砌施作前應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，確保施工期間的安全和地面沉降不超過(guò)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。初期支護(hù)是施工期間的承載結(jié)構(gòu)，承受施工期間的主要荷載（土壓力、部分水壓力）。二次襯砌和初期支護(hù)共同承擔(dān)永久荷載（二次襯砌還要承受水壓力）。應(yīng)將初期支護(hù)和地層視為統(tǒng)一的承載體，計(jì)算中應(yīng)考慮施工輔助措施的作用，初期支護(hù)應(yīng)做到及時(shí)、密貼、柔性、早強(qiáng)，并能與圍巖共同變形。初期支護(hù)變形大，允許出現(xiàn)不影響整體穩(wěn)定的裂縫。從強(qiáng)度和防水要求出發(fā),二次襯砌不容許產(chǎn)生有害裂縫，裂縫寬度一般不得超過(guò)0.2-0.3mm。初期支護(hù)和二次襯砌共同承載，相互依賴、影響。初期支護(hù)的強(qiáng)度應(yīng)適應(yīng)不同的圍巖壓力。調(diào)整支護(hù)參數(shù)，確保地層穩(wěn)定后，才能施作二次襯砌。二次襯砌的目的，一是承受流變荷載，二是安全儲(chǔ)備。所以，初期支護(hù)和二次襯砌的強(qiáng)度及剛度應(yīng)綜合考慮。初期支護(hù)背后要及時(shí)回填注漿，以保證初期支護(hù)和圍巖的密貼性，初期支護(hù)和二次襯砌應(yīng)密貼，不留空隙。初期支護(hù)和二次襯砌間設(shè)置防水隔離層，使初期支護(hù)和二次襯砌之間只傳遞徑向力，不傳遞切向力，從而減少二次襯砌的裂縫。初期支護(hù)由噴射混凝土、鋼拱架、鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨桿、連接筋等組成。初期支護(hù)的參數(shù)由經(jīng)驗(yàn)類比和結(jié)構(gòu)計(jì)算確定。初期支護(hù)最小應(yīng)預(yù)留3-5cn變形量。噴錨構(gòu)筑法強(qiáng)調(diào)噴射混凝土的柔性規(guī)定噴射混凝土的厚度不宜小于5mm，不宜大于250mm。淺埋暗挖法設(shè)計(jì)的隧道則不同，由于初期支護(hù)要有一定的剛度和強(qiáng)度，需設(shè)鋼拱架，鋼拱架要有一定厚度的保護(hù)層，因此初期支護(hù)的厚度一般不低于250mm，常用的厚度為250mm，300mm，350mm。鋼拱架環(huán)向接頭是鋼架的弱點(diǎn)，從受力角度考慮應(yīng)盡量減少接頭，單過(guò)長(zhǎng)太重，不宜施工，綜合考慮拱部格柵長(zhǎng)度為2-3m。為確保接頭部分的噴射混凝土密實(shí)度，接頭連接件應(yīng)優(yōu)先采用角鋼螺栓連接。鋼筋網(wǎng)可提高噴射混凝土的抗剪和黏結(jié)強(qiáng)度，能提高噴層的整體性，使其應(yīng)力分布均勻，從而減少混凝土的收縮和噴層裂縫。需要拆除的臨時(shí)支護(hù)中可設(shè)塑料網(wǎng)（日本設(shè)計(jì)常用）鋼筋網(wǎng)中鋼筋間距宜為100-300mm。當(dāng)小于100mm時(shí)，噴射混凝土回彈增加，且鋼筋網(wǎng)與壁面之間易形成空洞，不能保證混凝土的密實(shí)度；當(dāng)大于300mm時(shí)，會(huì)大大消弱鋼筋網(wǎng)在噴射混凝土中的作用。在山嶺隧道中錨桿和噴射混凝土圍巖共同組成支護(hù)體系，錨桿是不可或缺的。錨桿有懸吊作用、組合梁作用、加固作用，有全長(zhǎng)黏結(jié)型、端頭錨固型、摩擦型等形式。在土質(zhì)淺埋隧道中錨桿的作用卻不明顯，特別是在城市土質(zhì)淺埋地下工程一般不設(shè)錨桿，在需要加固地層的地方設(shè)注漿錨管，在分步施工的墻腳設(shè)鎖腳錨管。一般在圍巖較好的山嶺隧道采用錨噴支護(hù)做永久支護(hù)。淺埋暗挖法在較小斷面中用250mm厚初期支護(hù)作為永久支護(hù)，表面采用氯化鐵防水砂漿做防水層。二次襯砌應(yīng)在圍巖和初期支護(hù)變形基本穩(wěn)定后才能施作，在特殊情況時(shí)，也可提前施作二次襯砌。二次襯砌的最小厚度為250mm，常規(guī)的厚度為300-500mm。仰拱結(jié)構(gòu)及其與邊墻的連接形式是影響隧道結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度的重要因素。要保證仰拱有足夠的強(qiáng)度和剛度，邊墻與仰拱要有圓順的連接形式。仰拱失跨比應(yīng)不小于1/12。為控制變形，避免墻基應(yīng)力集中，應(yīng)盡早形成封閉結(jié)構(gòu)。一般情況下，施作仰拱距開(kāi)挖工作面的距離不宜超過(guò)1-1.5B（開(kāi)挖寬度）。采用淺埋暗挖技術(shù)施工的區(qū)間，隧道仰拱失跨比為1/5-1/6。地鐵車站的底板或仰拱的厚度達(dá)到1-1.2m。在深埋的山嶺隧道中應(yīng)采取排堵結(jié)合，限堵為輔，防排結(jié)合，因地制宜，綜合治理的原則，結(jié)構(gòu)計(jì)算可考慮少量水壓力。在城市地下工程中，結(jié)構(gòu)埋深比較淺，隧道頂部是沙層，滲透系數(shù)較大，大量排水將會(huì)對(duì)城市地下水系統(tǒng)、周圍建筑物、地下管線等造成影響，甚至破壞，所以應(yīng)遵循以堵為主，限排為輔的設(shè)計(jì)原則；防水方法應(yīng)遵循多道防線，剛?cè)峤Y(jié)合，因地制宜，綜合治理的原則。計(jì)算中應(yīng)考慮二次襯砌承受的含水頭水壓力，如隧道所處的地層為黏土或沙黏土等，滲透系數(shù)較小，實(shí)踐證明，排放適量的地下水，對(duì)城市地下水位無(wú)影響，可取得較好的整體防水效果。結(jié)構(gòu)計(jì)算也應(yīng)按全水壓力進(jìn)行計(jì)算。區(qū)間隧道防水板應(yīng)采用鐵路隧道方式，防水板敷設(shè)到邊墻底，不全包，仰拱不計(jì)水壓，受力均勻。目前，地鐵區(qū)間隧道防水板全包，將地下水引入道床下面，這樣做對(duì)運(yùn)營(yíng)不利，應(yīng)采用鐵路的半包式方法。超前預(yù)注漿和初期支護(hù)背后注漿，不能形成主要防水防線，但注漿填充了圍巖裂縫和土層孔隙，可起到一定的阻水作用。特別是對(duì)圍巖集中出水點(diǎn)的注漿堵水，能起到較好的止水效果（成本高，不能全堵死，必須結(jié)合其他方法綜合使用）。初期支護(hù)在理想條件下，可達(dá)到較高的抗?jié)B等級(jí)，但由于噴射混凝土和施工工藝的離散性，使得現(xiàn)場(chǎng)噴射混凝土的整體抗?jié)B性能較差，不能形成永久的防線，可以當(dāng)做施工期間的防水線。在初期支護(hù)和二次襯砌之間設(shè)置防水層進(jìn)行防水，稱為防水材料防水。防水層一般為柔性的，從國(guó)內(nèi)外地下工程復(fù)合式襯砌防水材料的選擇來(lái)看，防水板（膜）應(yīng)用較多（因?yàn)槌跗谥ёo(hù)的受力和二次模筑的受力不能協(xié)調(diào)，通過(guò)防水板傳力且剪力為零，所以防水板不但可以防水，還可以防止二次襯砌開(kāi)裂）。防水涂料的施作方法為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械噴涂或人工涂刷，其厚度難以控制，不便施工，對(duì)環(huán)境有污染。防水板應(yīng)具有其延伸率應(yīng)大于600﹪，耐久性，接縫嚴(yán)密可靠等，確保防水工程具有連續(xù)性、整體水密性、變形適應(yīng)性和耐久性。鋪設(shè)工藝必須采用無(wú)釘鋪設(shè)法，先鋪設(shè)無(wú)紡布，再將防水板熱粘在無(wú)紡布上，不能將無(wú)紡布和防水板制作在一起進(jìn)行鋪設(shè)，否則無(wú)紡布與圍巖不能密貼，形成很大空洞，防水板也易撕裂。應(yīng)重視混凝土自防水（如限制混凝土裂縫寬度、盡量減少變形縫、誘導(dǎo)縫）?；炷磷苑浪饕欠乐菇Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生貫通性裂縫。設(shè)計(jì)人員往往認(rèn)為混凝土的強(qiáng)度越高，其抗拉強(qiáng)度越高，因而抗裂性能越好；混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)越高，其抗?jié)B能力越強(qiáng)。施工中出現(xiàn)了片面提高混凝土標(biāo)號(hào)和抗?jié)B標(biāo)號(hào)的現(xiàn)象，殊不知其結(jié)果往往適得其反，事與愿違（一般來(lái)說(shuō)，混凝土標(biāo)號(hào)越高、抗?jié)B標(biāo)號(hào)越高，單位水泥用量越多，其結(jié)果是水化熱增高，收縮量加大，更易導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生）。設(shè)計(jì)人員合理選定混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B標(biāo)號(hào)，合理地確定結(jié)構(gòu)受力和支承條件，合理設(shè)置各類“縫”并正確設(shè)計(jì)其構(gòu)造。施工人員合理選擇混凝土的配合比、水泥用量、水灰比、如模溫度、澆搗順序、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和條件等。質(zhì)量員嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)?；炷凉こ讨幸蠡炷潦歉咝阅芑炷?，而不是高強(qiáng)度混凝土。在地鐵淺埋暗挖工程中，對(duì)各類“縫”的設(shè)置及其構(gòu)造頗有爭(zhēng)議。如果設(shè)置或構(gòu)造不當(dāng)，往往是防水的薄弱環(huán)節(jié)（地鐵工程因行車的特殊要求，一般不能設(shè)置沉降縫，即通稱的變形縫。如果設(shè)置要求有特殊構(gòu)造，則兩側(cè)結(jié)構(gòu)的沉降差不超過(guò)0.3mm，否則就可能導(dǎo)致鋼軌的斷裂。因此，實(shí)際上地鐵工程中只能設(shè)置施工縫）施工縫是施工過(guò)程中工藝分段要求所需要設(shè)置的，它可消除部分收縮應(yīng)力，必須設(shè)置，但宜少不宜多。目前，二次襯砌多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式，鋼筋和混凝土相結(jié)合可以共同受力，但承受水壓的效果不好。鋼筋外的混凝土保護(hù)層非常重要，它是確保鋼筋混凝土不漏水的重要防線。在鋼筋混凝土工程設(shè)計(jì)和施工時(shí)，一定要重視鋼筋保護(hù)層的施工措施。國(guó)內(nèi)地鐵的一些區(qū)間出現(xiàn)底鼓和漏水的原因，一是對(duì)水壓力考慮不足；二是仰拱施工質(zhì)量較差，厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。淺埋暗挖技術(shù)是適合富水地區(qū)修建城市地鐵的主要施工技術(shù)之一，該工法的隧道設(shè)計(jì)應(yīng)遵循防水設(shè)計(jì)優(yōu)先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則（防排結(jié)合）。地鐵設(shè)計(jì)一般的錯(cuò)誤理念：1.防水板全包,將水堵在二次模筑之外,形成水環(huán)；2.認(rèn)為初期支護(hù)不會(huì)漏水(結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)下,在施工后通過(guò)應(yīng)力調(diào)整,開(kāi)裂是必然的。)；3.不設(shè)置水流入隧道的出路,從而在全線形成壓力水頭。隧道襯砌拱橋設(shè)計(jì)法：只考慮了襯砌承受圍巖的主動(dòng)荷載，而未考慮圍巖對(duì)襯砌變形的約束和由此產(chǎn)生的抗力，所以，襯砌厚度偏大。隧道錨噴用于初期支護(hù)，其能保證圍巖穩(wěn)定的同時(shí)，也允許圍巖有一定程度的變形，使其圍巖內(nèi)部應(yīng)力重新調(diào)整，從而發(fā)揮其自承作用，因此，可以將內(nèi)層襯砌的厚度減小很多。常用計(jì)算模式：1.荷載-結(jié)構(gòu)模式（作用-反作用模型），結(jié)構(gòu)上方的巖層最終要塌落，因此作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載就是上方塌落巖體的重量。然而，一般情況下巖層由于支護(hù)的限制而不會(huì)塌落，實(shí)際上圍巖向支護(hù)方向產(chǎn)生變形受到支護(hù)的阻止，從而對(duì)支護(hù)產(chǎn)生壓力。這種情況下作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載是未知的，引用荷載-結(jié)構(gòu)模式就有困難。所以，荷載-結(jié)構(gòu)模式只適用于淺埋情況及圍巖塌落而出現(xiàn)松動(dòng)壓力的情況。荷載-結(jié)構(gòu)模式還可以按荷載的不同細(xì)分成主動(dòng)荷載模式、主動(dòng)荷載+被動(dòng)荷載模式、量測(cè)壓力模式。前兩種模式考慮的是巖層重量作用在結(jié)構(gòu)上，這種荷載通常是根據(jù)松散壓力理論或經(jīng)驗(yàn)確定的。在沒(méi)有抗力的土體中采用第一種計(jì)算模式，一般情況下采用第二種計(jì)算模式。第二種模式考慮了結(jié)構(gòu)和巖體的相互作用，部分體現(xiàn)了地下結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。為了保證地層抗力的存在，應(yīng)當(dāng)使地層與結(jié)構(gòu)之間保持緊密接觸。第三種模式是反饋計(jì)算的一種方法，即根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地量測(cè)獲得的圍巖壓力，作為荷載對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的作用進(jìn)行計(jì)算。這種荷載反映了結(jié)構(gòu)與圍巖的共同作用。支護(hù)結(jié)構(gòu)體系與圍巖共同作用的計(jì)算模式（連續(xù)介質(zhì)模型），其主要用于圍巖變形產(chǎn)生的壓力，壓力值必須通過(guò)支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用而求得。支護(hù)結(jié)構(gòu)體系不僅是指襯砌與噴層等結(jié)構(gòu)物，而且包含錨桿、拱架等支護(hù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)。其計(jì)算模式的計(jì)算方法通常有數(shù)值解法和解析解法兩種（一般只適用于軸對(duì)稱情況，可以說(shuō)明現(xiàn)代支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的機(jī)理和概念）。剪切滑移破壞法只是近似的工程計(jì)算法。圍巖壓力是指引起地下開(kāi)挖空間周圍巖體和支護(hù)變形、破壞的作用力，包括由地應(yīng)力（即原巖應(yīng)力）引起的圍巖應(yīng)力，以及圍巖變形受阻作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的總作用力。圍巖壓力也稱地壓。由圍巖壓力引起的圍巖和支護(hù)的變形流動(dòng)與破壞等現(xiàn)象稱為圍巖壓力顯現(xiàn)或地壓顯現(xiàn)。圍巖壓力分為松動(dòng)壓力、變形壓力、膨脹壓力、沖擊壓力（具體定義見(jiàn)P142-P143）圍巖壓力計(jì)算的適用條件1.H≤ha;2.ha＜H＜hp（洞頂上覆土柱下沉，從而帶動(dòng)兩側(cè)土體變形下沉，出現(xiàn)兩道破裂面。當(dāng)土柱下沉?xí)r，兩側(cè)土體對(duì)它施加摩擦阻力，而當(dāng)破裂面間的土體下沉?xí)r，又受到未擾動(dòng)土體的阻礙）具體分析見(jiàn)P144應(yīng)力傳遞本質(zhì)上屬于挖洞后原巖應(yīng)力的轉(zhuǎn)移；在松散地層中挖洞后，由于洞頂下沉及下沉巖柱兩側(cè)存在摩擦力，使頂部巖體卸載，兩側(cè)巖層加載。巖柱理論和太沙基公式分析見(jiàn)P147實(shí)踐表明，淺埋時(shí)利用式3-32所算得的圍巖壓力與實(shí)際相差較小，而埋深較大時(shí)，則誤差較大。原因是深埋時(shí)上覆巖體的破裂面已不再是沿著整個(gè)巖柱的側(cè)面，而是形成一個(gè)封閉的拱形曲面，即所謂形成平衡拱，因而將太沙基公式應(yīng)用于深埋的隧道則有較大的誤差。隧道施工時(shí)，由于承載拱效應(yīng)，原始地層應(yīng)力并非全部轉(zhuǎn)化為作用在結(jié)構(gòu)上的荷載，即使在隧道建成幾千年后，作用在隧道襯砌上的壓力任然小于初始應(yīng)力。其原因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖后洞室洞室開(kāi)挖周圍地層應(yīng)力的釋放，隧道的拱形形狀及地層內(nèi)部摩擦力等導(dǎo)致承載拱發(fā)揮作用，周圍地層應(yīng)力進(jìn)行重分布產(chǎn)生兩種變化，即一部分被釋放，另一部分向深部和其他方向轉(zhuǎn)移。當(dāng)施作襯砌支護(hù)后，地層應(yīng)力的釋放過(guò)程受到抑制，一部分釋放荷載作用于襯砌結(jié)構(gòu)上，這部分荷載的大小正是我們所需要了解的作用于襯砌結(jié)構(gòu)上的壓力。原始地層應(yīng)力的釋放率與地面沉降和拱頂下沉之比有很好的一致性。實(shí)踐證明，初期支護(hù)厚度與作用在其上的荷載關(guān)系不大，這是因?yàn)榻^大部分變位是在初期支護(hù)施設(shè)前完成的，在這一過(guò)程中伴隨著變位的發(fā)展，地層應(yīng)力釋放或向深部地層轉(zhuǎn)移，初期支護(hù)施設(shè)后，只能抑制后期數(shù)值不大的變位。初期支護(hù)的較大剛度對(duì)于荷載的作用程度是有限的。因此，當(dāng)只考慮承擔(dān)基本荷載時(shí)，初期支護(hù)厚度不宜過(guò)大。新奧法原理展示了這樣一條原則：在一定范圍內(nèi)（通常指隧道開(kāi)挖后能維持自穩(wěn)的時(shí)間）襯砌越緊跟，作用在襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載就越大。大量資料證明，臺(tái)階長(zhǎng)度（或閉合長(zhǎng)度）與作用在結(jié)構(gòu)上的荷載有著密切的關(guān)系，即閉合長(zhǎng)度越長(zhǎng)，作用在結(jié)構(gòu)上的荷載越大。計(jì)算式見(jiàn)P151地震對(duì)地下結(jié)構(gòu)的影響大致有兩個(gè)方面：剪切錯(cuò)位和震動(dòng)。剪切錯(cuò)位通常是由基巖的剪切位移引起的，一般發(fā)生在地質(zhì)構(gòu)造帶附近，和土體失穩(wěn)引起的較大土體位移。地震的破壞作用，自地面深入地下而迅速衰減。預(yù)支護(hù)指預(yù)先設(shè)于隧道輪廓線以外一定范圍內(nèi)的支護(hù)，或與開(kāi)挖面后方的支架等共同組成的支護(hù)系統(tǒng)，是有效的輔助施工措施，可以在隧道開(kāi)挖后至洞內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生支護(hù)作用前的時(shí)段內(nèi)支承臨空的巖體，從而維持開(kāi)挖面的圍巖穩(wěn)定。有些預(yù)支護(hù)結(jié)構(gòu)也可設(shè)計(jì)為永久支護(hù)結(jié)構(gòu)的組成部分。隧道施工中的預(yù)支護(hù)類型主要有超前錨桿、小導(dǎo)管注漿、管棚。洞室開(kāi)挖問(wèn)題的基本研究思路：在應(yīng)力釋放及應(yīng)力重分布過(guò)程中，當(dāng)洞室開(kāi)挖后初始應(yīng)力得到釋放，將釋放的應(yīng)力作為等效荷載加在開(kāi)挖后的洞室結(jié)構(gòu)上，以研究開(kāi)挖后的洞室的力學(xué)行為。計(jì)算考慮初期支護(hù)對(duì)圍巖的加固作用和不同部分開(kāi)挖過(guò)程中各部分之間的相互影響，分部開(kāi)挖步數(shù)及開(kāi)挖的順序?qū)⒂绊憫?yīng)力-應(yīng)變過(guò)程的狀態(tài)，也將影響最終應(yīng)力和位移。隧道底腳和側(cè)壁應(yīng)力集中，彎矩和軸力較大，產(chǎn)生了較大松弛底壓。這和開(kāi)挖跨度大有關(guān)系。圍巖條件越差，這種情況越嚴(yán)重。底腳和側(cè)壁松弛范圍均較大，要求底腳有較大的承載力，這是應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)的部分。對(duì)初期支護(hù)設(shè)置不均衡支護(hù)（錨桿設(shè)置情況：拱頂3.5米，拱腳30度-60度范圍內(nèi)5.5米，邊墻4.5米；噴射混凝土25厘米），在拱腳處加長(zhǎng)的錨桿起到了重要的作用，有效地控制了塑性區(qū)的發(fā)展，塑性區(qū)的范圍變小了，拱頂減短的錨桿完全能滿足要求。減應(yīng)力產(chǎn)生的大小和方向與開(kāi)挖順序有關(guān)。在方向上，中壁法的剪應(yīng)力與上臺(tái)階法、側(cè)壁導(dǎo)洞法的剪應(yīng)力相比旋轉(zhuǎn)了90度，在量值上，側(cè)壁導(dǎo)洞法的剪應(yīng)力要大近三分之一，這說(shuō)明其值與開(kāi)挖順序有關(guān)。設(shè)置仰拱后，底腳處的塑性區(qū)得到較好的控制，說(shuō)明先修仰拱，及時(shí)封閉結(jié)構(gòu)，對(duì)提高底部承載力和穩(wěn)定整個(gè)隧道結(jié)構(gòu)起著重要的作用。扁平率隨跨度增加而減小，說(shuō)明既要考慮凈高，又要經(jīng)濟(jì)。同跨度的二到三類軟巖與四到五類硬巖相比，扁平率比較大。軟巖相對(duì)硬巖拱頂穩(wěn)定性較差，兩側(cè)壁松弛壓力和底鼓較大，在設(shè)計(jì)中考慮取較小的曲率半徑，以利于結(jié)構(gòu)的受力和穩(wěn)定性。隧道扁平率越小，襯砌軸力也隨之減小，而襯砌兩側(cè)負(fù)彎矩變大，拱頂正彎矩幾乎沒(méi)有變化，這說(shuō)明襯砌兩側(cè)的應(yīng)力也變大了。因此，加大襯砌兩側(cè)的厚度，對(duì)于控制隧道襯砌的應(yīng)力是有利的。加強(qiáng)初期支護(hù)，如使用長(zhǎng)錨桿、基腳和拱腳注漿錨桿等，是加固圍巖、防止圍巖松弛變形、保證施工安全的重要措施。先修仰拱，這對(duì)于及時(shí)封閉和穩(wěn)定整個(gè)結(jié)構(gòu)起到重要作用。超前錨桿又稱斜錨桿，是沿隧道縱向，在拱上部開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)向前上方傾斜一定外插角，或者沿隧道橫向、在拱腳附近向下方傾斜一定外插角密排的砂漿錨桿。前者稱拱部超前錨桿（其用以支托拱上部臨空的圍巖，起插板作用），后者稱邊墻超前錨桿（用以在拱線附近巖體所承受的拱部荷載傳至深部圍巖時(shí)，起提高施工中的圍巖穩(wěn)定性作用）。拱部超前錨桿布置范圍公式:L=(1/2)a-(2/3)a。L為設(shè)計(jì)錨桿布置范圍內(nèi)之半弧長(zhǎng)，a為隧道拱部外弧半長(zhǎng)。拱部超前錨桿縱向兩排之間應(yīng)重疊1米以上的水平搭接段。拱部超前錨桿鉆孔口位于開(kāi)挖輪廓線以外10-20厘米，邊墻超前錨桿鉆孔口位于起拱線以上10-20厘米，可設(shè)一排或數(shù)排。填充砂漿標(biāo)號(hào)≥200號(hào)，宜用早強(qiáng)砂漿。小導(dǎo)管是沿隧道縱向，在拱上部開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)向前上方傾斜一定外插角，或者沿隧道橫向、在拱腳附近向下方傾斜一定外插角密排的注漿花管。注漿花管的外露端通常支于開(kāi)挖面后方的格柵鋼架上，共同組成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)。注漿小導(dǎo)管既能加固洞壁一定范圍內(nèi)的圍巖，又能支托圍巖，其支護(hù)剛度和預(yù)支護(hù)效果均超過(guò)超前錨桿，適用于較干燥的沙土層、砂卵（礫）石層、斷層破碎帶、軟弱圍巖淺埋段等地段的隧道施工。小導(dǎo)管長(zhǎng)度一般為臺(tái)階高度加1米，其前部應(yīng)鉆注漿孔，孔徑為6-8毫米，孔間距為10-20厘米，梅花布置，前端加工成錐形，尾部長(zhǎng)度不小于30厘米，作為預(yù)留止?jié){段。小導(dǎo)管通常壓注水泥砂漿，水灰比W/C為0.5-1.0。當(dāng)圍巖破碎，巖體止?jié){效果不好時(shí)，可采用水泥-水玻璃雙液漿，將漿液凝結(jié)時(shí)間控制在數(shù)分鐘之內(nèi)。注漿壓力為0.5-1.0MPa,必要時(shí)在孔口設(shè)止?jié){塞。漿液擴(kuò)散半徑R，考慮注漿擴(kuò)散范圍相互重疊的情況，安其R=（0.6-0.7）L0，L0為導(dǎo)管中心間距。單根導(dǎo)管注漿量Q按計(jì)算式Q=3.14*R2ln.n為圍巖孔隙率。小導(dǎo)管外插角小于10度，外插角過(guò)大會(huì)造成超挖。兩組小導(dǎo)管縱向水平搭接長(zhǎng)度不小于1米。格柵鋼架又稱格構(gòu)梁（施工現(xiàn)場(chǎng)多稱為花拱），由主筋（直徑為22-30毫米）與構(gòu)造筋（直徑為12-16毫米），它與注漿小導(dǎo)管組合成的預(yù)支護(hù)系統(tǒng)具有類似管棚的作用，也可稱為短管棚（1.比超前錨桿或小導(dǎo)管的支護(hù)能力大，2.比管棚簡(jiǎn)單易行，但支護(hù)能力較弱，3.格柵鋼梁內(nèi)空間被噴射混凝土填充、覆蓋，具有較好的防水性能，4.填充的噴射混凝土與圍巖和鋼筋均緊密黏結(jié)，形成剛度較接近的共同變形體，受力條件合理）。管棚宜布置在洞口和洞口附近，導(dǎo)管中還可增設(shè)鋼筋籠（由4根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為16-20毫米，固定環(huán)用短管或鋼筋環(huán)焊接而成，以提高導(dǎo)管的抗彎能力），并與強(qiáng)有力的型鋼鋼架（采用鋼軌、H型鋼及鋼管等加工制成）組合成預(yù)支護(hù)系統(tǒng)，以支承和加固自穩(wěn)能力極低的圍巖。它對(duì)防止軟弱圍巖的下沉、松弛和坍塌等有顯著的效果。其特點(diǎn)是支護(hù)能力大，但施工技術(shù)復(fù)雜，造價(jià)較高。管棚外徑一般為80-180毫米，根據(jù)模擬受力分析和實(shí)際應(yīng)用情況，直徑一般以105-150毫米為宜，導(dǎo)管直徑再增大作用不是很明顯。導(dǎo)管長(zhǎng)度一般為10-45米，分段安裝，分段長(zhǎng)為4-6米，兩段之間呈V形對(duì)焊或絲扣連接。導(dǎo)管上必須鉆注漿孔，孔徑為10-16毫米，孔間距為15-20厘米，梅花布置。尾部留有止?jié){段。其注漿形式有兩種形式。其一，是通過(guò)導(dǎo)管上的注漿孔向地層內(nèi)注漿，既加固地層又填充導(dǎo)管，其二，向?qū)Ч軆?nèi)灌注水泥砂漿或混凝土，砂漿或混凝土的標(biāo)號(hào)為200-300。導(dǎo)管間距應(yīng)根據(jù)地層性質(zhì)、地層壓力、設(shè)置部位等條件確定，一般為30-50厘米，或按2-2.5d估算（d為導(dǎo)管外徑）?？v向兩組管棚應(yīng)有不小于1.5米的水平搭接長(zhǎng)度。導(dǎo)管安裝偏差小于等于0.006L-0.015L，L為導(dǎo)管長(zhǎng)度。長(zhǎng)管棚一般均安設(shè)在隧道頂部輪廓線外的0.5米處，屬于傳力結(jié)構(gòu)為主、局部受彎為輔的傳彎結(jié)構(gòu)，是放在彈塑性地層一個(gè)半柔半剛性的梁。地層荷載通過(guò)它傳給管棚下面的地層，傳力結(jié)構(gòu)一般沒(méi)有變形，也就不會(huì)受力。但由于長(zhǎng)管棚放在不均質(zhì)的地層中，受地層的阻力不同，在局部可能會(huì)產(chǎn)生很小的變形和相應(yīng)的彎矩。尤其開(kāi)挖進(jìn)尺較短，會(huì)產(chǎn)生局部變形和彎矩，但其值不大。長(zhǎng)管棚不是主要承載結(jié)構(gòu)。管棚在地層中的作用為：1.提高地層的剛度和承載能力。管棚的剛度與周圍地層的剛度比值不宜過(guò)大，應(yīng)相匹配。否則，兩者受力分配不均勻，會(huì)破壞管棚底部土體的承載能力，所以管棚直徑不宜過(guò)大。2.可以隔斷地層重點(diǎn)位移向地面?zhèn)鬟f。3.可以將地面沉降曲線呈現(xiàn)的不均勻的正態(tài)分布均值變?yōu)槠骄植?，有利于控制地面的沉降。根?jù)隧道力學(xué)的分析，施工過(guò)程中隧道前方與隧道開(kāi)挖面距離大約在1.5D(D為隧道直徑)范圍內(nèi)時(shí)，土體應(yīng)力已開(kāi)始釋放，土體變形已開(kāi)始發(fā)生。在距開(kāi)挖面大約為0.5D范圍內(nèi)時(shí)，土體原始應(yīng)力已釋放約30﹪左右，這種現(xiàn)象被稱為“掌子面效應(yīng)”，此時(shí)基床系數(shù)會(huì)降低。按照普洛托季雅可成洛夫的理論，在暗挖工程上部的覆土超過(guò)一定高度時(shí)，暗挖洞室上方會(huì)形成一個(gè)拋物線壓力拱，拱內(nèi)土體的重量就是作用在襯砌上的土層總壓力。改變管棚的I值，變動(dòng)管棚所用鋼管的直徑和間距（為確保管間土體穩(wěn)定，設(shè)管體水平間距為2倍管徑）。在允許的范圍內(nèi)，管棚剛度約增加到原來(lái)的15倍時(shí)，鋼材用量增加到1.8倍，水泥用量增加到3.1倍,管棚最大沉降值僅減少1厘米。（僅靠增加管棚的剛度來(lái)減少管棚的最大沉降，效果不太明顯，除非對(duì)沉降要求很嚴(yán)格）管棚直徑不宜過(guò)大，建議控制在直徑為150毫米以內(nèi)為宜。在開(kāi)挖進(jìn)尺為1米左右時(shí)，開(kāi)挖與初期支護(hù)建成并達(dá)到一定強(qiáng)度之間存在著時(shí)間差，因而形成局部懸空面。管棚在上部荷載作用下繞曲，形成管棚的局部下繞。注滿水泥漿液的鋼管的彈性模量要高出土體許多倍，所以通常情況下，管棚的總體下沉比管棚的局部下繞大許多倍。在此情況下，增大管棚剛度雖可減少管棚在荷載作用下的局部繞度值，但對(duì)控制總體沉降的作用卻很小。在開(kāi)挖階段，長(zhǎng)管棚實(shí)際上只起到將開(kāi)挖臨空面上方的土體荷載向開(kāi)挖面前后轉(zhuǎn)移和防止管間土體塌落的作用，其材料使用應(yīng)力很低。管棚支撐在土層上的特點(diǎn)也決定它的使用應(yīng)力不可能太高。因此，管徑截面越大，材料強(qiáng)度利用得就越不充分。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架間距越大，地面沉降瞬時(shí)值越大，且作用在結(jié)構(gòu)上的荷載和內(nèi)力的瞬時(shí)值也越大。臺(tái)階過(guò)長(zhǎng)，各階段有充分的變形積累時(shí)間，管幕是管棚的一種特殊情況，在日本應(yīng)用較多。一般在穿越既有鐵路、公路或既有重要建筑物時(shí)，為了盡量減少沉降，采用頂進(jìn)法施作直徑為600-1000毫米的鋼管作為管幕預(yù)支護(hù)。管幕的兩端必須有穩(wěn)固的支點(diǎn)，管幕造價(jià)較高。噴射混凝土、錨桿是新奧法的主要支護(hù)手段。其設(shè)計(jì)原則：適當(dāng)控制圍巖變位量，及時(shí)構(gòu)筑支護(hù)結(jié)構(gòu)，恰當(dāng)選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)剛度，以保證隧道的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)合理性。對(duì)于巖質(zhì)條件較差的淺埋大跨度隧道，要求支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)圍巖施加較大的約束力，這時(shí)常采用鋼拱架來(lái)加強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度。鋼拱架的支護(hù)機(jī)理是在噴射混凝土還不能提供足夠的強(qiáng)度時(shí)，由鋼拱架承受圍巖荷載，減緩圍巖變位速度。隨著噴射混凝土層的凝結(jié)硬化和強(qiáng)度的逐漸增加，圍巖荷載轉(zhuǎn)由噴射混凝土、鋼拱架、錨桿聯(lián)合支護(hù)體系共同承擔(dān)。鋼拱架必須有一定的剛度、強(qiáng)度、和穩(wěn)定性，使噴射混凝土在早期無(wú)承載能力時(shí)承擔(dān)圍巖的部分荷載。限制圍巖產(chǎn)生較大變位，但要保持支護(hù)結(jié)構(gòu)具有一定的柔性。圍巖產(chǎn)生較大的變位量時(shí)，支護(hù)結(jié)構(gòu)被彎曲壓縮而對(duì)圍巖壁面施加徑向約束壓力，通常需要鋼拱架來(lái)提供支護(hù)抗力，以達(dá)到提高噴射混凝土的楔效應(yīng)和防止局部應(yīng)力集中。同時(shí)，還可以結(jié)合其他支護(hù)手段形成復(fù)合式支護(hù)體系。鋼拱架應(yīng)滿足的要求：在噴射混凝土早期強(qiáng)度不高的情況下，能夠承擔(dān)圍巖部分荷載，要求橫、縱軸的截面系數(shù)比不大于3。與噴射混凝土結(jié)合良好，回彈少，拱架背后無(wú)空洞，以提高噴射混凝土的楔效應(yīng)和防止局部應(yīng)力集中。其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性相匹配，受力合理。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架是較好的新型支護(hù)拱架，它不僅具有傳統(tǒng)鋼拱架的功能，還有其不可比擬的優(yōu)點(diǎn)特別適用于軟弱地層的地下洞室。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架支護(hù)過(guò)程是：在噴混凝土初期為單獨(dú)承載，噴混凝土后期是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體，其剛度隨噴射混凝土強(qiáng)度的增加而增大，它的剛度可通過(guò)調(diào)整噴層厚度和縱向拱架間距等方式進(jìn)行，以適宜不同的地層要求，表現(xiàn)為先柔后剛，能與圍巖剛度匹配，符合NATM原則。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架是由鋼筋焊接而成的，截面形狀可以改變，適宜于不同跨度的需要，更適宜于大跨度隧道。采用16Mn螺紋鋼筋加工的網(wǎng)構(gòu)鋼拱架，其容許抗拉強(qiáng)度可達(dá)240MPa，遠(yuǎn)大于160MPa的工字鋼強(qiáng)度。在斷面相同時(shí)其承載力相應(yīng)地提高了百分之50。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架和噴射混凝土結(jié)合良好，形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系，并能與圍巖形成一體，有利于提高圍巖的自承能力。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架和噴射混凝土形成拱殼，而工字鋼拱架和混凝土易全部剝離。形成弱點(diǎn)和斷點(diǎn)，使之波及范圍到此終止。結(jié)構(gòu)整體越強(qiáng)，破壞所波及的范圍越廣。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架和噴混凝土所組成的結(jié)構(gòu)體系的彈性模量隨混凝土齡期的增加而提高，支護(hù)剛度隨噴射混凝土厚度增加而增大，表現(xiàn)為先柔后剛，能與圍巖剛度相匹配。其背后與地層之間有效地被噴射混凝土填充密實(shí)，在軟弱地層中對(duì)控制地面沉降極為有利。其具有明顯的各向同性、等強(qiáng)度、等剛度、等穩(wěn)定性。能與錨桿、超前小導(dǎo)管形成整體支護(hù)體系，尤其是超前小導(dǎo)管可以從網(wǎng)構(gòu)中間穿過(guò)，且不影響拱架本身的強(qiáng)度。在不能自穩(wěn)或自穩(wěn)時(shí)間短的圍巖中，必須按能立刻承受可能產(chǎn)生的部分松動(dòng)荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，拱架的截面高度應(yīng)由可能產(chǎn)生的松動(dòng)土柱高的荷載來(lái)決定，同時(shí)，拱架附近噴射混凝土厚度必須大于拱架截面高度，以便形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共同受力。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架有四肢形和三肢形，等高四肢形比等高三肢形的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩大，用鋼量較大，一般用于受力大的情況。四肢主筋各肢截面積相等,三肢主筋兩水平主筋截面積之和等于單筋截面積。四肢形加強(qiáng)筋形式分為內(nèi)對(duì)角線托架形式、縱向斜桿托架形式、K形加強(qiáng)筋形式。見(jiàn)P189。三肢形加強(qiáng)筋形式分為剪力式加強(qiáng)筋系統(tǒng)、水平筋加強(qiáng)系統(tǒng)。見(jiàn)P190。接頭形式分為螺栓連接、卡銷式連接、套管螺栓接頭。在大跨度、地質(zhì)條件差、淺埋情況下，常采用截面為四肢形，加強(qiáng)筋為K形，連接板連接。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架截面高度應(yīng)考慮松動(dòng)高度土柱荷載來(lái)進(jìn)行計(jì)算，截面寬度應(yīng)考慮運(yùn)輸、加工、掌子面情況，選擇高寬相等的截面形式。節(jié)間長(zhǎng)由加強(qiáng)筋鋼架長(zhǎng)度兩鋼架之間加強(qiáng)筋的空隙預(yù)留主筋長(zhǎng)度組成。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架由抗架剪能力控制其承載力，而抗剪力主要由加強(qiáng)筋的拉壓桿系統(tǒng)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)，加強(qiáng)筋系統(tǒng)最佳尺寸的選擇，可產(chǎn)生最優(yōu)抗剪能力。加強(qiáng)筋預(yù)留主筋長(zhǎng)度部分由鋼架加強(qiáng)，預(yù)留長(zhǎng)度也有一個(gè)最佳尺寸（保證預(yù)留長(zhǎng)度部分主筋不是整體結(jié)構(gòu)最弱點(diǎn)），節(jié)間長(zhǎng)度由最佳長(zhǎng)度來(lái)控制。節(jié)間長(zhǎng)度起著控制網(wǎng)構(gòu)鋼拱架剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性的作用，加強(qiáng)筋鋼架結(jié)構(gòu)剛度越大，布置越密（主筋預(yù)留長(zhǎng)度越?。?，拱架剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性越好。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架主筋、加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)尺寸、預(yù)留主筋長(zhǎng)度（加強(qiáng)筋鋼架密度）之間應(yīng)合理匹配。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)驗(yàn)算見(jiàn)P192-P202網(wǎng)構(gòu)鋼拱架橫斷面不僅受到平面力的作用，還受到空間力的作用，因此橫斷面上四肢主筋受扭，超出應(yīng)力值往往發(fā)生在同一截面四根主筋的其中一根上（拱架加工有誤差）。拱架平面的平整度、加工精度、接頭形式在很大程度上影響著拱架的承載能力。節(jié)間腹桿加強(qiáng)筋起著固定縱向筋的作用，并承受剪力、部分拱架法向力和彎矩。加強(qiáng)筋起著傳遞剪力的作用，腹桿加強(qiáng)筋可以有效傳遞集中荷載。分散到各桿件上的腹桿加強(qiáng)筋的應(yīng)力變化與主筋應(yīng)力變化相。加強(qiáng)筋應(yīng)力值平均為主筋應(yīng)力值的60﹪，加強(qiáng)筋的最大值稍小于主筋平均應(yīng)力值。節(jié)間結(jié)構(gòu)體內(nèi)部有應(yīng)力調(diào)整，荷載越大越明顯，斜桿的應(yīng)力比豎桿或橫桿的應(yīng)力增加幅度更大。接頭附近主筋的應(yīng)力最先達(dá)到極限，接頭剛度不必太大。接頭傳遞力主要靠角鋼間的承壓來(lái)傳遞。螺栓傳遞軸力100﹪，傳遞彎矩小于20﹪。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架局部出現(xiàn)應(yīng)力集中，彎矩值增加很快，出現(xiàn)局部失穩(wěn)，導(dǎo)致主筋脫離原位，變形明顯，而加強(qiáng)筋變形稍小，這是因?yàn)橹鹘畹募?xì)長(zhǎng)比大，加強(qiáng)筋的細(xì)長(zhǎng)比小，而且主筋是主要受力構(gòu)件，所以主筋易失穩(wěn)。拱架剛度隨荷載量變化，表現(xiàn)為先柔后剛，但不太明顯。拱架穩(wěn)定性好，無(wú)整體失穩(wěn)，破壞原因主要是主筋的局部失穩(wěn)造成。剪力傳遞靠加強(qiáng)筋鋼架桿系的拉壓作用傳遞，斜桿筋作用比豎桿筋大。焊接角鋼接頭處應(yīng)力傳遞靠螺栓傳遞全部軸力和部分（≦20﹪）彎矩。噴射混凝土與網(wǎng)構(gòu)鋼拱架組成的支護(hù)體系的承載力是單獨(dú)網(wǎng)構(gòu)鋼拱架承載力的11倍。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架與噴射混凝土結(jié)合性較好（抗扭性能高），形成了拱殼。工字鋼拱架與噴射混凝土結(jié)合性較差，噴射混凝土與工字鋼結(jié)合易全部剝離，并扭曲折斷。工字鋼拱架不僅與噴射混凝土噴層結(jié)合差，易繞Y軸方向發(fā)生壓屈，對(duì)噴射混凝土早期的支護(hù)穩(wěn)定性不利。網(wǎng)構(gòu)鋼拱架受壓，對(duì)支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)有利，能更好地利用圍巖和混凝土的抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，從而可提高復(fù)合襯砌承載能力。地面裂縫常與地下洞室掘進(jìn)工作面平行，并隨開(kāi)挖工作面的推進(jìn)而推進(jìn)，裂縫一般上寬下窄。盾構(gòu)法引起的地層變形特征與淺埋暗挖法施工引起的地層變形特征類似。盾構(gòu)法施工的隧道最大沉降值比暗挖法施工的隧道最大沉降值小。盾構(gòu)法與暗挖法相比，有兩個(gè)不同點(diǎn)（盾構(gòu)掘進(jìn)面的前方可能產(chǎn)生地面隆起，施工沉降除了地層損失引起的沉降外，還存在盾尾空隙沉降）。地面變形的五個(gè)階段（1.先行沉降-由于地基有效上覆土層厚度增加而產(chǎn)生的壓縮和固結(jié)沉降。2.開(kāi)挖面之前的沉降和隆起-由于開(kāi)挖面的崩塌所引起的開(kāi)挖面土壓力失衡所致,這是一種土體應(yīng)力釋放或地層向開(kāi)挖面傾斜而產(chǎn)生的地基塑性變形。3.開(kāi)挖面之后的沉降-由于土從三維擾動(dòng)變成二維擾動(dòng)。4.噴錨支護(hù)后的空隙沉降-由于噴射混凝土的自重引起鋼筋網(wǎng)下垂并出現(xiàn)空隙所產(chǎn)生的沉降，它是該空隙土體應(yīng)力釋放所引起的彈塑性變形。5.后續(xù)沉降-由于地層被擾動(dòng)后進(jìn)行的應(yīng)力調(diào)整所致，沉降緩慢，其與注漿、支護(hù)等因素有關(guān)。地下水的長(zhǎng)期作用會(huì)使圍巖強(qiáng)度降低，引起地層不穩(wěn)，加大圍巖壓力，從而增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的壓力。掌子面開(kāi)挖時(shí)，若工作面土體松動(dòng)、坍塌，將會(huì)導(dǎo)致地層原始應(yīng)力和土體極限平衡狀態(tài)改變。洞室斷面設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。覆跨比對(duì)地面沉降影響很大，其值在1-2時(shí)，沉降較好控制，其值小于1時(shí)，沉降控制需采用輔助工法，所需費(fèi)用幅度增加。在降落漏斗范圍內(nèi)的巖土由原來(lái)的浮重度變?yōu)轱栂嘀囟然驖裰囟?，巖土顆粒的自重壓力相應(yīng)增加了。在抽水孔周圍的地面可能出現(xiàn)一個(gè)凹形變形區(qū)。第四紀(jì)砂卵石地層，降水只是吸出顆粒之間的水，對(duì)地面、地中沉降的影響不大。工程降水會(huì)引起土層固結(jié)而壓密，導(dǎo)致地層收縮而沉降。會(huì)改變地下水的抗浮力，地下水的浮力減小會(huì)引起地層顆粒的位置改變而沉降。會(huì)改變地層滲透壓力，滲透壓力是一種體積力，具有方向性和分層壓密地層的作用。由粗、中、細(xì)沙層組成的含水層，由間隔在其中的黏性土層組成不透水層或弱透水層，構(gòu)成多層承壓含水層。在這類含水層中長(zhǎng)期抽吸地下水，必將引起含水層承壓水頭下降，使含水層的孔隙水壓力以不同速度降低，顆粒骨架的粒間壓力增加，從而導(dǎo)致地面沉降。此沉降為非彈性的永久性變形。降水期間，降水面以上的土層通常不可能產(chǎn)生較明顯的固結(jié)沉降，但降水面以下的土層由于排水而會(huì)很快產(chǎn)生沉降，通常降水所引起的地面沉降就是用這一部分沉降量來(lái)衡量，計(jì)算公式見(jiàn)P228深井降水中，深井泵的吸口宜高于井底1米以上，低于井內(nèi)動(dòng)水位3米。井點(diǎn)降水必然會(huì)形成降水漏斗，從而造成周圍地面的沉降，但只要合理使用井點(diǎn)，就可以把這類影響控制在周圍環(huán)境可以承受的范圍內(nèi)。其措施有：1.防止抽水帶走土層中的細(xì)顆粒（會(huì)增加周圍地面的沉降，還會(huì)使井管堵塞、井點(diǎn)失效。為此，應(yīng)根據(jù)周圍土層的情況選用合適的濾網(wǎng)，同時(shí)重視埋設(shè)井管時(shí)成孔和回填沙濾料的質(zhì)量）2.適當(dāng)降低降水漏斗線的坡度(在同樣降水深度的前提下,降水漏斗線的坡度越緩,影響范圍越大,產(chǎn)生不均勻沉降越小。)3.井點(diǎn)應(yīng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，盡量避免間歇和反復(fù)抽水（輕型井點(diǎn)和噴射井點(diǎn)應(yīng)埋設(shè)在沙性土層內(nèi)，降水引起的沉降量很小，除松沙外。但降水間歇和反復(fù)進(jìn)行，每次降水都會(huì)產(chǎn)生沉降，沉降量隨次數(shù)的增多而減小，趨于零，但總的積累量是可觀的。）4.防止開(kāi)挖基坑時(shí)由于承壓水頭而造成流沙和附近地面的大量沉降（將井點(diǎn)管伸到黏土層下面含水沙層中，以降低沙層中承壓水頭h，從而使坑底得以穩(wěn)定。）5.防止井點(diǎn)和附近儲(chǔ)水體穿通而導(dǎo)致地下水位下降，進(jìn)而出現(xiàn)流沙現(xiàn)象（在井點(diǎn)和儲(chǔ)水體之間設(shè)置隔水墻。）6.采用內(nèi)井點(diǎn)降水的方法減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響(使板樁下端比井點(diǎn)濾水管下端深2m左右)7.采用以水射泵降水井點(diǎn)組成的封閉式井點(diǎn)系統(tǒng)8.對(duì)K值很小的地層,采用深井泵和真空泵配合使用的方法。由于回灌水時(shí)會(huì)有Fe(OH)2的沉淀物、活動(dòng)性的銹鉵和不溶解的物質(zhì)等積聚在注水管內(nèi)，在注水期間內(nèi)需不斷增加注水壓力，才能保持穩(wěn)定的注入水量。對(duì)于注水期較長(zhǎng)的工程，采用涂料加陰極防護(hù)的方法。隧道上方地面沉陷槽寬度主要取決于最接近隧道拱頂?shù)哪且粚油寥赖臓顩r。隧道完全處于地下水位之下，鄰近隧道上方的承壓水土層對(duì)沉陷槽也有重大影響。隧道上方的豎直壓力對(duì)地層沉陷的影響極大。計(jì)算公式見(jiàn)P233隨著開(kāi)挖面掘進(jìn)，地面沉降的變化規(guī)律：1.地面開(kāi)始沉陷至急劇沉陷階段（占總沉降量10﹪-20﹪）。2.地面急劇沉降階段。3.沉陷轉(zhuǎn)緩趨于基本穩(wěn)定（占總沉降量20﹪-30﹪）。4.長(zhǎng)期緩慢變形階段（占總沉降量5﹪-10﹪）。具體見(jiàn)P234-P235。在無(wú)水、少水情況下，地面橫向沉降范圍一般認(rèn)為等于結(jié)構(gòu)埋深Z，也就是從結(jié)構(gòu)物邊橫向向外Z寬度。影響地面最終沉降量的主要因素是地層情況及覆跨比。影響沉陷槽的主要因素有地層情況、洞跨B、覆蓋土厚度H等。城市軟土地層的隧道地面沉陷槽寬度大約為B+4H。淺埋地下工程，其穩(wěn)定性主要應(yīng)該由拱頂?shù)拇怪蔽灰坪偷孛娴某两抵祦?lái)判斷。沉陷槽寬度的經(jīng)驗(yàn)公式見(jiàn)P241?？v向的不均勻下沉是由于在不均勻的地基土層中，地層固結(jié)變形、土層蠕變以及列車荷載及震動(dòng)等因素的作用所造成。嚴(yán)重還會(huì)造成縱向結(jié)構(gòu)破壞（見(jiàn)P242驗(yàn)算）。城市淺埋地下工程上覆地層的垂直位移通常表現(xiàn)出整體下沉的特點(diǎn)。城市地鐵隧道與山嶺隧道相比，嚴(yán)格控制地面沉降和地面和地面水平位移。由于隧道周圍的應(yīng)力路徑發(fā)生了變化，從而造成土體的基本計(jì)算參數(shù)發(fā)生了施工變異。隧道在開(kāi)挖中，在無(wú)支護(hù)情況下，隧道頂部都出現(xiàn)了松動(dòng)區(qū)，且隧道上部土體應(yīng)力路徑變化較為復(fù)雜，隧道底部向下延伸近似三角的區(qū)域?yàn)樾遁d區(qū)域（隧道底部回彈的區(qū)域）。隧道側(cè)面向上和向下延伸的“蝴蝶”區(qū)域?yàn)榧羟袎嚎s區(qū)（事故經(jīng)常在此區(qū)域發(fā)生）地下洞室開(kāi)挖后，其周圍將形成三個(gè)不同的區(qū)域，松動(dòng)圈、應(yīng)力增高區(qū)（承載環(huán)）和原始應(yīng)力區(qū)。洞室開(kāi)挖后增加了臨空面，洞壁由原來(lái)的三向應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槎驊?yīng)力狀態(tài)。由于洞周應(yīng)力集中，松動(dòng)圈內(nèi)的巖石松動(dòng)，與原巖呈脫開(kāi)之勢(shì)，形成作用在支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載。若支護(hù)剛度較大、支護(hù)較及時(shí)，即支護(hù)結(jié)構(gòu)提供的支撐力大于支護(hù)結(jié)構(gòu)上的荷載，則支護(hù)結(jié)構(gòu)便會(huì)限制巖體的變形，減小塑性區(qū)的擴(kuò)展半徑。隧道開(kāi)挖時(shí)，擾動(dòng)四周巖層，此時(shí)，地層中的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生了變化，在洞體四周表現(xiàn)較為明顯。隧道的形成破壞了地層原狀力線，通常，力線在洞體四周相對(duì)集中。此時(shí)，毛洞或初期支護(hù)所能提供的抗力很小，固此處只存在切向應(yīng)力和指向隧道的徑向應(yīng)力，這就造成了洞體開(kāi)挖后，洞體四周的圍巖向隧道位移，且周邊的切向應(yīng)力隨位移增大而增大。當(dāng)內(nèi)層圍巖向隧道內(nèi)位移后，由于應(yīng)力的調(diào)整，相鄰的圍巖也隨之向隧道內(nèi)位移，直到切向應(yīng)力在圍巖中達(dá)到新的平衡時(shí)，洞體才進(jìn)入初步穩(wěn)定狀態(tài)。這種應(yīng)力-位移的交替變化會(huì)逐漸向遠(yuǎn)離洞周的地層深部發(fā)展，其發(fā)展的深度和變化數(shù)值大小取決于圍巖狀況、隧道跨度或洞室直徑、施工方法以及隧道埋深。對(duì)于深埋隧道來(lái)說(shuō)，應(yīng)力-位移的變化在發(fā)展到一定深度后就會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)。但是，對(duì)于淺埋隧道來(lái)說(shuō)，交替變化會(huì)波及到地面，造成地面的下沉（頂部位移直到地面為止，橫向也波及一定的范圍，構(gòu)成沉陷槽）。盾構(gòu)法施工引起的地層損失和隧道周圍受擾動(dòng)或受剪切破壞的重塑土的再固結(jié)，是導(dǎo)致地面沉降的基本原因。這種情形和淺埋暗挖法施工相同。見(jiàn)P249-250地下工程新奧法施工的實(shí)質(zhì)是減小對(duì)地層的擾動(dòng)，充分利用圍巖自身的承載力，有效控制地層的變形?？刂频孛娉两档年P(guān)鍵是保持開(kāi)挖面穩(wěn)定，及時(shí)、密貼、大剛度的支護(hù)以及初期支護(hù)后的減小沉降措施。分部開(kāi)挖可以保證開(kāi)挖面穩(wěn)定，又可及時(shí)、有效的支護(hù)，對(duì)地層擾動(dòng)也減小了。地層預(yù)加固方法很多，常用的有：預(yù)注漿、超前管棚、插板法、超前錨桿。預(yù)注漿法包括從開(kāi)挖面、地面或?qū)Ф磧?nèi)注漿。注漿方式有滲透注漿、劈裂注漿、射流注漿等。注漿材料有化學(xué)漿液（水玻璃類、高分子類、水泥、黏土和藥劑配合液）和非化學(xué)漿液（水泥漿、黏土漿、水泥+黏土、水泥+鵬潤(rùn)土、砂漿等）。對(duì)于孔隙率較大的沙層、砂卵石層滲透注漿使用非化學(xué)漿液，對(duì)于滲透性較小的沙層滲透注漿可使用化學(xué)漿液。劈裂注漿適用于黏土層和密實(shí)粉細(xì)沙層。射流注漿適用于各種沙地層，特別是級(jí)配較好的砂卵石地層。滲透注漿通常在洞內(nèi)進(jìn)行，隧道開(kāi)挖前在開(kāi)挖輪廓以外注漿，形成一定厚度的加固帶，然后再其保護(hù)下開(kāi)挖隧道。若采用分布開(kāi)挖隧道，開(kāi)挖面任不易穩(wěn)定，可在開(kāi)挖面前方注入少量漿液，以穩(wěn)定開(kāi)挖面。通常，滲透注漿法有良好的防滲性。劈裂注漿適用于黏土和密實(shí)粉細(xì)沙層，常用于范圍較大的地層注漿加固，漿液一般用較稠的水泥漿液，對(duì)于有些地層，通過(guò)控制注漿壓力可達(dá)到劈裂注漿和滲透注漿的目的。射流注漿在實(shí)施時(shí)，空氣、水、稀漿液被噴進(jìn)地層，并在適當(dāng)位置與土顆粒、水泥和化學(xué)漿液混合，通過(guò)水和空氣射流將不合要求的土粒沖走，然后固結(jié)成較高強(qiáng)度的固結(jié)體，然后，在其保護(hù)下進(jìn)行隧道開(kāi)挖。射流注漿可豎直、水平或傾斜進(jìn)行。壓密注漿作為補(bǔ)救措施，解決沉降損失或修正沉降的一種注漿方式。它是在支護(hù)完成后通過(guò)高壓向支護(hù)體的上部注入很稠（塌落度小于5厘米）的漿液，以置換和壓實(shí)松散基土。注漿體是一種勻質(zhì)體，隨著注漿的繼續(xù)，其體積增大，從而逐漸減小地面沉降。壓密注漿不適合高壓縮性的淤泥質(zhì)黏土。劈裂注漿比滲透注漿可減小地面沉降1/3-1/2。地面錨桿一般采用全長(zhǎng)砂漿錨桿，錨桿與砂漿共同組成錨固體。它的錨固作用是通過(guò)錨桿與砂漿之間、砂漿與巖土體之間的摩擦阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。前者的主要功能是提高巖土體整體的強(qiáng)度和剛度，后者則是增強(qiáng)巖土體的摩擦阻力和抑制巖土體的沉陷滑移，進(jìn)而達(dá)到減小山體壓力的效果。提高巖土體整體強(qiáng)度和剛度的作用機(jī)理：向錨桿孔中注砂漿時(shí)，由于壓力的作用，漿液會(huì)擴(kuò)散，且順著巖土體的孔隙和裂隙滲透擴(kuò)散，當(dāng)錨桿孔間距布置合理，漿液擴(kuò)散半徑相互搭接，形成網(wǎng)狀膠質(zhì)結(jié)構(gòu)體，從而大大提高了巖土體強(qiáng)度和剛度，使巖土體的抗壓強(qiáng)度、剛度、強(qiáng)度有明顯提高。為保證加固效果、錨桿間距保持在漿液擴(kuò)散半徑范圍之內(nèi)。錨桿錨固的有效長(zhǎng)度為錨桿全長(zhǎng)的3/5-4/5。計(jì)算式見(jiàn)P266抑制巖土體沉降和減少壓力的作用機(jī)理：由于砂漿對(duì)錨桿的握裹力，以及砂漿與周圍孔壁的黏結(jié)力（孔內(nèi)砂漿灌注飽滿），使錨桿產(chǎn)生串掛固結(jié)作用，形成一個(gè)以錨桿為中心的加固區(qū)，使錨桿周圍巖土內(nèi)的抗剪強(qiáng)度大為提高。另外，錨桿的彈性模量比巖土體的彈性模量大，因而錨固體還可以約束巖土體