大跨度隧道施工方法施工力学原理

大跨度隧道的施工方法及施工力学原理摘要：本文在分析了当前特大跨度铁路隧道发展的基础上，对隧道的施工方法、辅助工法及适用条件进行了浅析，根据对围岩应力的分析归纳了隧道施工的力学原理，希望能够对隧道施工有所帮助。

关键词：大跨度车站隧道；辅助工法；力学原理

一、大跨度隧道的施工方法、辅助工法及适用条件

1、国内外大跨度隧道的施工方法简介

随着隧道工程建设的发展，以及施工技术研究工作的深入和机械设备的不断更新，尤其是新奥法理论的日趋完善和tbm施工方法在世界范围内的广泛应用，大跨度隧道施工方法相比80年代以前有了很大的改进。传统的挖掘方法已经基本淘汰，取而代之的是更快、更安全、更有效、更有利于围岩及掌子面稳定的大断面开挖掘进的多种施工新技术。

根据国内外大跨度隧道施工状况及施工经验，其施工方法主要有以下几种：

（1）中隔壁工法（cd法）

（2）交叉中隔壁工法（crd法）

（3）双侧壁导坑法

（4）二导坑（洞）法

（5）全断面法

（6）台阶法和台阶分部法

2、辅助工法及其适用条件

选择合理的施工方法及其辅助工法对顺利施工和保证施工安全具有十分重要的作用。如下为常见的的辅助工法：

（1）超前锚杆：是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角，或者沿隧道横向在拱脚附近以向下方倾斜一定外插角的密排砂浆锚杆。适用于iv~v类围岩，开挖临空后的数小时内可能剥落或局部坍塌。

（2）超前小导管注浆：是沿隧道纵向在拱上部开挖轮廓线外一定范围内向前上方倾斜一定外插角，或者沿隧道横向在拱脚附近以向下方倾斜一定外插角的密排注浆钢花管。适用于较干燥的砂土层、砂卵（砾）石层、断层破碎带、软弱围岩浅埋段等地段的隧道施工。

（3）长管棚超前支护加固地层：是将钢花管安插在已钻好的孔中，沿隧道开挖轮廓外排列形成钢管棚，管内注浆，有时还可以加钢筋笼，并与强有力的型钢钢架组合成预支护系统，以支撑和加固自稳能力极低的围岩，对防止软弱围岩的下沉、松弛和坍塌等有显著的效果。适用于含水的砂土质地层或破碎带，以及浅埋隧道或地面有重要建筑物地段。

（4）设计临时仰拱：当软弱地层中施工，及时封闭而使结构闭合式关键。当采用分部开挖法施工不能及时形成闭合结构时，应设置临时仰拱，以提高施工的安全度，有效地拟制结构及地面沉降。

二、隧道施工力学基本原理

地下工程的基本目的是在各类地质体中修筑为各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。从结构角度看，这个结构体系是由周围地质体和各种支护结构构成的，即洞室结构体系=周围地质体+支护结构。它的形成则是通过一定的施工过程或者说是一定的力学过程来实现的。这个过程大体上可作如下表达：

开挖支护时间

↓↓↓

原始岩土体→毛洞→支护体系→稳定洞室

与之相适应的力学过程如下所示：

开挖支护时间

↓↓↓

初始应力状态→坑道开挖后应力状态→支护体系应力状态→终极应力状态

（一次应力状态）（二次应力状态）（三次应力状态）（四次应力状态）

施工中必须遵循的基本技术原则是：围岩是隧道的主要承载单元，要在施工中充分保护和爱护围岩。为了充分发挥围岩的结构作用，应允许有控制的围岩变形。在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠地、足够数量的量测信息，以指导施工和设计。并且使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。

隧道施工力学基本原理有如下几个主要方面：

（1）要全面、正确地认识各种因素对隧道工程施工的影响，不

仅要研究初始地应力、地下水、岩土体的物理力学特性等自然因素的影响，还要研究在设计或施工过程中做优化工作的人为因素的影响。

（2）在复杂条件下的隧道工程中，要特别注意施工过程的设计和控制，科学地遵循围岩的动态响应规律，使人为的开挖和支护因素对围岩的损伤程度尽量最小，在满足安全性、经济性、合理性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。

（3）施工前对工程进行动态施工力学优化分析，针对不同的开挖顺序以满足围岩稳定和地表沉降为目标，做出几个较优的施工方案。

（4）应加强勘察、设计、施工、科研四个方面的紧密联系，互相渗透，根据实际中出现的新情况和新资料不断修正原有的认识和调整原有的施工方案，要有允许随时修改原有施工方案的灵活性，使之更符合实际情况。

（5）根据优化施工方案进行施工时要不断深化和修正原有的认识，做好围岩动态响应的观测及监测工作，以判断现有施工方案的合理性，必要时应及时调整现有的施工及支护方案，以保证后续工程进程的安全性及经济性、合理性。

三、结语

根据以上论述，我们对大跨度隧道施工的施工方法的发展、辅助工法及适用条件、力学原理有了初步的了解，我国近几年在隧道

施工技术上有了很大的发展，希望通过科研工作者及技术人员的不懈努力，我国的隧道施工技术更加先进、完善。