隧道工程读书报告

隧道工程读书报告

一、新奥法施工、研究现状

11.1国外研究现状1古典压力理论20世纪初发展起来的以海姆、朗金和金尼克理论为代表的古典压力理论认为作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的质量Y o其不同之处在于海姆认为侧H压系数为L朗金根据松散理论认为是tan245-Q/2,而金尼克根据弹性理论认为n/1-n,其中U、Q、Y分别表示岩体的泊松比、内磨擦角和体积质量°2坍落拱理论随着开挖深度的增加，人们发现古典压力理论在许多方面都不符合实际之处，于是，坍落拱理论应运而生，其代表有太沙基和普氏理论坍落拱理论认为坍落拱的高度与地下工程跨度和围岩性质有关太沙基认为坍落拱形状为矩形，而普氏则认为坍落拱形状呈抛物线形坍落拱理论的最大贡献是提出巷道围岩具有自承能力20世纪50年代以来，人们开始用弹塑性力学来解决巷道支护问题，其中最著名的是芬纳公式和卡斯特纳公式⑶新奥法20世纪60年代，奥地利工程师L.V.Rabcewicz在总结前人经验的基础上，提出了一种新的隧道设计施工方法，被称为奥地利隧道新施工方法，简称新奥法新奥法目前已成为地下工程的主要设计施工方法之一1978年，米勒教授比较全面地论述了新奥法的基本指导思想和主要原则，并将其概括为22条1980年，奥地利土木工程学会地下空间分会把新奥法定义为在岩体和土体中设置的使地下空间的周围岩体形成一个中空筒状支撑环结构为目的的设计施工方法新奥法的核心是利用围岩的自承作用来支撑隧道，促使围岩本身变为支护结构的重要组成部份，使围岩与构筑的支护结构共同形成坚固的支撑环新奥法自奥地利起源之后，先后在欧洲诸国，特殊是意大利、挪威、瑞典、德国、法国、英国、芬兰等大量修筑山地与城市隧道的国家得以应用于发展，然后，世界各国，特殊是亚洲的日本、中国、印度；北美的美国、加拿大；南美的巴西、智利；非洲的南非、莱索托以及大洋洲的澳大利亚、新西兰等国都成功地把它应用于一些不同地质情况下的隧道施工之中，并且从最初的隧道施工扩展到采矿、冶金、水利电力等其它岩土工程领域虽然新奥法的应用已如此广泛，但不同的应用者对它的解释还存在着许多矛盾实际工程中存在着一种倾向，就是盲目地把新奥法应用于不适宜的地质条件，从而使这些巷道工程浮现这样或者那样的问题这种情况在中国也同样存在特别是煤矿，人们对软岩的物理含义和力学性质理解不够、对利用仪器进行巷道变形及荷载测量的重要性认识不足，不仅时常浮现不合理的套用新奥法理论来解释煤矿采动影响巷道、极软弱膨胀松散围岩巷道的支护机理,而且也浮现过因应用新奥法不当，而造成锚喷或者锚喷网支护的巷道大面积跨落、坍塌等事故，导致人力、物力的巨大浪费与损失4应变控制理论日本山地宏和樱井春辅提出了围岩支护的应变控制理论该理论认为隧道就位盾构从竖井或者基坑的墙壁预留孔出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或者基坑的设计预留洞推进盾构推进中所受到的地层阻力，同构盾构千斤顶传至尾部一品装的预制衬砌，再传到竖井或者基坑的后靠壁上盾构是一个技能支撑地层压力，又能在地层中推进圆形、矩形、马蹄形级其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各类的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环盾构每推进一环距离就在吨位支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方盾构是进行土方开挖、正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具它还需要其他施工技术密切配合才干顺利施工主要有地下水的降低，稳定低层，防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施，隧道衬砌结构的创造，地层开挖，隧道内的运输，衬砌与底层间的充填，衬砌的防水与堵漏，开挖土方的运输及处理方法，配合施工的测量，检测技术，合理的施工布置等此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等

2.2盾构施工技术的特点区别于明挖法等隧道施工技术，盾构施工技术有如下的特点1对城市的正常功能及周围环境的影响很小除在盾构竖井处需要一定的施工场地外,隧道沿线不需要施工场地;施工中没有噪声和振动，对周围环境没有干扰2盾构机是适合于某一特定区间的专用设备盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩的基本条件进行设计、创造或者改造3施工精度要求高管片的制作精度几乎相当于机械创造的程度，目前每片的误差要求在

0.5mm以内；在盾构施工过程中对隧道轴线的偏离、管片拼装精度也有很高的要求4盾构施工是不可后退的盾构施工一旦开始,盾构机就无法后退，因此，盾构施工的前期工作非常重要，一旦遇到障碍物或者刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后,打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理

2.3施工筹画准备

1.盾构法施工的前期准备1完成始发井土建结构盾构的始发井土建结构完成后方可进行盾构施工，始发井内须预留盾构出洞的洞门，洞圈普通为钢结构，以便安装盾构出洞的止水装置2盾构选型根据隧道所经过的地层地质及地面构筑物情况、施工进度、经济性等条件进行盾构选型，确定所用的盾构类型3管片的生产根据管片设计图纸及技术要求，设计出创造钢模的图纸，加工钢模，然后进行管片生产，由于管片钢模加工工艺复杂，故加工周期较长

2.技术准备1熟悉施工图纸和有关的设计资料学习工程建设单位提供的工程设计图纸和有关的地质资料施工验收规范及有关的技术规定，通过学习充分了结合掌握设计人员的设计意图、结构特点和技术要求，在开工前或者分项工程实施前，应有设计单位进行设计交底2了解隧道沿线的地下管线、构筑物及地质情况对地下管线及地下构筑物，需要了解管线的种类、结构、类型、埋深等，与隧道的相互关系等情况，对地面建造物，需要了解建造物的种类、结构、类型、埋深与隧道的相互关系等情况，然后采取相应的保护措施3熟悉施工用机械的特点熟悉盾构机的主要施工参数及享用的盾构施工工法，掌握施工要领4编制施工组织设计编制施工组织设计是施工准备工作的重要组成部份，隧道施工的施祖编写要求根据隧道施工的特点，确定各个关键工序的施工技术合理地布置施工现场，科学地制定施工方案

2.4盾构推进

1.盾构正面开挖方法盾构在地层中推进，为了减少对地层的扰动，要求靠千斤顶顶力使盾构切入地层，然后在切口内进行土体开挖和外运，这是软土地地层盾构推进的最基本过程1敞开式挖土手掘式及半机械式盾构都属于敞开式开挖形式这种方法主要用于地质条件较好，开挖面在切口保护下能维持稳定的自立状态其开挖方式从上代下逐层掘进若土层地质较差，还可借助支撑进行开挖，每环要分数次开挖、推进敞开掘进对正面障碍处理方便，并便于超挖配合盾构操作，提高盾构的纠偏效果°2机械切削根据土质的好坏，大刀盘可分为刀架间无封板的及有封板的两种，前者合用于土质条件好的地层中用大刀盘切削正面土体再配备运土的机械设备，就是一个完整的盾构掘进施工工艺这种方法对正面的障碍排除及盾构超挖纠偏显得有些艰难，但这种盾构实现隧道施工机械化、减轻劳动强度的必然趋势3网格式开挖这种开挖方法是在软弱粘性土层的施工中不断总结经验而发展起来的其开挖面有网格梁与隔板组成许多格子，对开挖面土体其支撑作用目前在网格后面配上提土转盘，把土体升到盾构中心筒体端头的斗内，然后由筒体内运输机将士送到施工隧道的运输平板车土箱中，一完成盾构掘进这一工序实践证明这一方法有很好的效果4挤压式开挖挤压式开挖可分为全挤式和局部式由于挤压推进不出土或者出土少，对地层扰动大故在隧道轴线设计时，必须避开地面建造物，这就限制了这种施工方法的使用范围，普通用于旷野郊区,或者滩涂处的排水工程

2.施工管理和掘进管理1土压平衡式盾构土压平衡式盾构的施工管理是通过排水机构的机械控制方式进行的这种排土机构可以调整排土量，使之与挖土量保持平衡，以避免地面沉降或者对附近构筑物造成影响随着盾构推进，对有螺旋刀盘切削下来进入密舱内的土体，通过安装在密封舱内的螺旋输送机以及出土口上的滑动闸门或者螺旋式漏斗等排土机构进行排土,一面维持开挖面稳定状态，一面将盾构向前推进2加水式盾构加水式盾构施工法的开挖面稳定管理由两种方式一是不间断地掌握盾构掘进中的掘土量和排土量之间的关系，从而将密封舱内的切削土的积累量保持在最佳状态的排土率管理；二是同地下水压取得平衡的附加水压力管理3泥水加压平衡式盾构泥水加压平衡式盾构一面要保持泥水压力来平衡作用于开挖面的外部压力，一面又要向前推进，所以要对开挖面泥水压力、密封舱内的土压力，以及同掘土量平衡的出土量等级进行必要的检测和管理

3.盾构的控制1盾构偏向的判定偏向是指平面、高程偏离设计轴线的数值超过允许范围1盾构偏向的原因盾构脱离基座导轨，进入地层后，主要依靠千斤顶编组及借助措施来控制盾构的运动轨迹盾构在地层中推进时，导致偏向的因素不少，主要有地质条件因素、机械设备因素、施工操作因素2盾构偏向的反应与测定在盾构施工中的每一环推进前，先要充分了解盾构所处的位置和姿态，否则无法控制下一环推进轴线和制定纠偏措施，目前施工技术手段是通过对盾构现状位置的测量后报出的盾构现状报表来反应盾构真是状态2盾构的操作盾构的操作，主要是盾构运动轨迹始终在设计轴线容许偏差值范围内，达到隧道衬砌拼装在理想的位置上的目的要控制好盾构掘进轴线，非但要能熟练地操作盾构，懂得纠偏原理、方法，还应对隧道埋置的地质情况、盾构施工时土质与盾构相互的影响有全面的了解1土质对盾构施工的影响盾构法合用于软土层的施工软土主要有砂性土和粘性土两类砂性土的颗粒粒径在

20.005之间，其透水性较好，在地下水压力差作用下，砂粒易产生流动，〜如不采取必须的防范措施是难以正常施工的粘性土的透水性差，但具有较大的可塑性虽是最适宜盾构施工的土质，但施工时对土体有过大扰动，则带来的“后患”也大在饱和的淤泥质黏土中施工，对盾构稳定控制有一定的难度，要求掌握进土量，才干使盾构稳定向前运动2盾构的操作方法3盾构自传的纠正盾构在推进施工中，除了偏离设计轴线外，还有本身自传的现象纠偏方法有两个，一是在盾构有少量自传时，可用盾构内的举重臂、转盘、大刀盘等大型旋转设备的使用方法来纠正，另一个是当自传量较大时，采用压重的方法，使其形成一个纠旋转力偶

2.5管片拼装技术隧道是由预制管片逐环连接形成的，管片是在盾壳保护下，并在其空间内进行拼装管片的类型主要有球墨铸铁管片、钢管片、复合管片和钢筋混凝土管片，每环由数块组合而成

3.管片拼装管片拼装是建造隧道重要的工序之一，管片拼装后形成隧道，所以拼装质量直接影响工程的质量1按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装1通缝拼装各环管片的纵缝对齐的拼装方法，这种拼装方法在拼装时定位容易，纵向螺栓容易穿，拼装施工应力小，但容易产生环面不平，并有较大积累误差，导致环向螺栓难穿，环缝压密量不够2错缝拼装错缝拼装即先后环管片的纵缝错开拼装，一半错开1/21/3块管片弧长，用此法建造隧道整体性较好，拼装施工应力大，纵向穿螺栓艰难，纵缝压密性差但环面较平整，环向螺栓比较容易穿2针对盾构有无后退，可分为先环后纵和先纵后环拼装工艺1先环后纵先将管片拼装成圆环，拧好所有环向螺栓，待穿进纵向螺栓后再用千斤顶使整环纵向靠拢，然后拧紧纵向螺栓，完成一环的拼装工序2先纵后环当采用挤压或者网格盾构施工时，盾构后退量较大，为不使盾构后退，减少地面的变形，则可用先纵后环的拼装工艺来实施即缩一块管片位置的千斤顶,是管片就位，即将伸出缩回的千斤顶，这样逐块拼装，最后成环3按管片的拼装顺序可分先下后上及先上后下拼装工艺1先下后上用举重臂拼装式从下部管片开始拼装，逐块摆布交叉向上拼，这样安全，工艺也简单，拼装所用设备少2先上后下小盾构施工中，可采用烘托拼装，即先拼上部，使管片支撑于烘托架上此法安全性差，工艺复杂，需有卷扬机等辅助设备

4.盾构推进与管片拼装成环轴线的相互关系1成环轴线的形成整条隧道的轴线是由各环管片中心实际位置连接而成，由管片成环测量报表反映，所以在施工中必须把管片拼装在允许偏离的范围内，确保隧道符合要求2盾构推进对管片成环轴线的影响盾构推进的运动轨迹对隧道管片轴线起主导作用，惟独控制好盾构轴线，特别是举重臂中心轴线，才干确保总体轴线能符合工程的使用要求3管片成环轴线对盾构轴线控制的影响已成环管片盾构推进的后座，其在盾构内有一定衔接长度，对盾构的推进起到了导向作用所以，成环管片轴线将直接影响盾构推进轴线的控制

2.6隧道压浆

1.概述随着盾构的推进，在管片和土体之间会出建造空隙，为了填充这些空隙，就要进行衬砌壁后注浆衬砌壁后注浆根据注入时间可分为一边向前推进，一边注入形成的建造空隙的同步注浆和推进后即将注入的即时注浆两种在开放型盾构和泥水盾构施工中采用同步注浆法时，由于注浆材料可能想开挖面的渗透，流动的注浆材料的混入而造成正面泥水压力的变动和水泥质量的劣化，所以必须采用特殊的方法来处理土压系列盾构由于在切削刀盘内滞留着切削土，所以不会造成因注浆材料箱开挖面渗透引起的麻烦因此，采用不停地向盾尾密封部位加压、充填注浆材料的同步注浆施工法的实例也越来越多

2.压浆的作用及注浆工艺1压浆的作用压浆的作用有防止地表变形、减少隧道的沉降量、增加衬砌接缝的防水性能、改善衬砌的受力状况和有利于盾构推进纠偏2注浆工艺注浆工艺主要取决于隧道所在地层的土质在土质好的条件下，则普通先压骨料来支护土体及填充空隙，然后注水泥浆但上海地层属于软土层，地下水位高，土质的含水量基本饱和，所以应一次注浆体材料，以防止土体流失压浆量的多少，将直接影响到地表变形量的大小根据以往的施工经验，一般压浆量为理论建造空隙的150%250%范围，而实际施工应通过监测地表变形情况而〜定采用的压浆压力应根据地面建造的特点及隧道埋深而定此外还可采取多次压浆或者增补压浆，以有效地控制地表变形、盾构法优缺点

33.盾构法隧道优点1在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件影响，能经济合理地保证隧道安全施工2盾构的推进、出土、衬砌拼装等可实行自动化、智能化和施工远程控制信息化，掘进速度快，施工劳动强度较低3地面人文自然景观受到良好的保护，周围环境不受盾构施工干扰；在松软地层中，开挖埋深较大的长距离、大直径的隧道，具有经济、技术、安全、军事等方面的优越性4除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响5隧道施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道在土质差水位高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性6只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越、土中影响施工的埋设物等越多，与明挖法相比，经济上、施工进度上越有利

4.盾构法隧道缺点1盾构机械造价较昂贵，隧道的衬砌、运输、拼装、机械安装等工艺较复杂；在饱和含水的松砂地层中施工，地表沉陷风险较大2需要设备创造、气压设备供应、衬砌管片预制、衬砌结构防水及防堵、施工测量、场地布置、盾构转移等施工技术的配合，系统工程协调复杂⑶建造短于750m的隧道经济性差；对隧道曲线半径过时，施工难度较大4在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定比较艰难，甚至不能施工，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土5盾构法施工上方一定范围内的地表沉降尚未彻底防止，特殊在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才干把沉陷限制在很小的范围内，目前还不能彻底防止以盾构正上方为中心土层的地表沉降

（6）在饱和含水地层中，盾构法施工所采用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要求较高、发展趋势4近年来,随着世界范围内隧道施工的增多，为了适应复杂多变的工程条件以及降低施工费用,盾构施工技术得到了长足的发展,如异型断面盾构施工技术、长距离盾构施工技术等，下面分别介绍近年来浮现的盾构施工新技术411特殊断面盾构施工技术

4.1特殊断面盾构施工技术根据隧道直径，可以把盾构分为特大型盾构（隧道直径大于9m）、大型盾构（隧道直径6~9m）、中型盾构（隧道直径3飞ni）和小型盾构（隧道直径2~3小）然而,盾构仅仅依靠改变直径，显然不能彻底经济合理地解决日益复杂的工程问题,例如复线铁路隧道或者地下铁道,若按常规的设计方法,无论是采用两个圆形隧道或者一个大直径的隧道，其隧道断面面积显然要大于车辆的限界，相当一部份空间是多余的，造成空间的浪费和投资的增加，如果用两个相连的圆形隧道代替两个独立的圆形隧道，情况就要好得多基于这一考虑，特殊断面盾构技术得到了快速发展特殊断面盾构可分为复圆形盾构和非圆形盾构两大类其中复圆形盾构包括双圆盾构和三圆盾构双圆盾构可用于一次修筑双线地铁隧道、下水道、共同沟等,三圆形盾构则用于修筑地铁车站非圆形盾构包括椭圆形盾构、马蹄形盾构、矩形盾构和半圆形盾构,根据隧道使用目的可分别加以采用特殊断面盾构施工的实例有采用三圆盾构施工技术的东京地铁环线饭田桥车站;采用双圆型盾构施工技术的东京地下铁路等工程在进行特殊断面盾构施工时，除充分考虑断面形状特性采用特殊的盾构机械以外,还需不断掌握工程的实际走势,在掘进时需向来注意盾构机的运行情况考虑到断面形状，管片的组装应对其分割数、组装顺序、组装精度进行精密计划，即使管片可正确组装,也需严格管理和控制盾构姿式,特殊当盾构机发生偏离时,应及早使用超挖机构、修正千斤顶等进行修正盾构的尾部和出发、到达部的洞口封闭与圆形断面相比,防水比较艰难,需采取精密的措施以确保防水

4.2微型盾构施工技术除了用于地铁、公路隧道等大中型盾构外，在市政供排水、电力、通讯管道等的建设中，大量需要使用直径在23nl的微型盾构如北京、西安、天津和上海等〜城市老城区的上下水管网、煤气动力电缆、通讯管道普遍老龄化，时常发生煤气漏气、自来水管爆裂、污水管腐蚀和渗漏等事故而且老城区房屋密集，有许多风景名胜，不能随便开掘、降水、挖土、埋管，因此采用自动化程度高的微型盾构施工方法在旧市政管道的改造方面有很大的生命力微型盾构的种类和大中型盾构相似，但由于盾构尺寸较小，不少设备均需要小型化,因此在驱动方式等方面与大中型盾构有所区别目前，国外在这方面的研究较多，如日本制管（NKK）在近20年来接受的盾构机定货中，微型盾构就占到总数的46%在采用微型盾构施工方法与明挖法造价的比较方面，注意要考虑环境生态影响,考虑道路开挖、维修方面的费用，否则易得出不恰当的结论

4.3长距离盾构施工技术盾构施工方法普通适宜于长隧道施工，有资料显示:当隧道短于750m时采用盾构法被认为是不经济的止匕外,在人口特殊稠密的城市中心处,工程用地不易确保、地下结构物的存在也使得施工长度有增加趋势在过江隧道、跨海隧道工程中也存在相似问题长距离盾构施工时对盾构机中刀盘、刀头及轴承止水带、盾尾止水带的耐久性均提出了较高的要求,所以要准确预测它们的损耗量以便在预先计划好的地点进行上述设备的检查、更换在长距离施工中，出渣往往制约推进的速度，所以施工时可采用连续出渣设备以提高工作效率,其他材料也应采用自动化运输以提高施工效率在有些长距离施工的隧道中也采用了对接盾构隧道的方式,如东京湾海底隧道就采用了双向开挖技术，用两台盾构机双向开挖隧道，最后在地下连接成一条隧道双向开挖隧道的水下连接是施工中的关键技术原来曾经预料，即使采用最先进的测量仪器，由两端向中心开挖的隧道的误差也可能达到200nmi,为此采用了钻孔探测法来纠正误差,在连接段采取土壤冻结技术来保证对接安全

4.4复合盾构施工技术由于盾构是一种针对性很强的专用施工机械，每台盾构机都是针对某一种具体的地质水文条件而制定的在地质条件复杂的情况下,采用常规盾构就无法完成施工,因此复合盾构施工技术应运而生典型的工程如广州地铁二号线工程广州从地面往下10~20nl深的地层结构变化多端，局部地段是原先埋藏在地下的山包,盾构通过的就是岩石;局部地段是山沟,盾构通过的又全是泥沙而广州地铁二号线恰恰要深入地下20多mo为了适应广州复杂的地质条件，施工单位的专家和技术人员斗胆地改进了盾构机的工作部份一一刀盘,首创了巧妙的复合式刀盘,使盾构机具有了能对付软硬交织的地质结构的新功能这种复合式刀盘装有齿刀和滚刀两种刀具，以滚刀对付硬岩层,齿刀对付软岩层,两种刀具用背装的方式进行互换

4.5球体盾构施工技术该施工技术又称直角方向连续掘进施工法,根据变换方法可分为纵、横连续掘进和横、横连续掘进两种（均只使用一台盾构机）其中纵、横方向连续掘进施工是从地面开始连续沿直角方向进行竖井开挖和隧道掘进的施工方法,横、横方向连续掘进则指不需旋转竖井，在地面下朝直角方向进行连续掘进的施工法球体盾构在所使用的主盾构里设有内装次盾构的球体,在施工中必须谨慎研究盾构自重、开挖反力、推进反力的平衡关系特别在采用纵、横掘进盾构进行竖井施工时，在进行方向改变的过程中，次盾构的球体需要旋转90，此时极易发生涌水和涌砂现象，因此要充分考虑球体部的防水结构，以防止砂土及地下水流入隧道内使用球体盾构,可以在狭窄的施工场地上直接进行地下隧道的掘进，省去了构筑竖井所需要的场地、时间，因此采用球体盾构掘进可以缩短修筑工期，是一种应用前景广阔的新型盾构施工技术

4.6其它盾构施工技术除了上述盾构施工技术外，根据特定的工程条件，在一些工程中也采用了其它形式的盾构施工技术,如东京都下水道局南台干线工程中采用了世界首台纵向双圆断面分岔式泥水盾构一一把两圆形盾构机结合成切削刀并列的状态进行掘进,在分岔位置进行地中分离,构筑两个单圆形断面隧道

三、沉管法施工、研究现状1采用沉管法修筑水底隧道最早于1810年在伦敦进行了施工试验试验隧道的两个孔道由砖石砌成，外径

3.4m,沉于泰晤士河河底，但由于未能解决好管段防水问题，使这一试验未能成功到1896年美国首次利用沉管法建成穿越波士顿港ShirleyGut的输水隧道和1910年在美国建成底特律水底铁路隧道才宣告沉管法的成功诞生自1959年加拿大迪斯（Dea S）隧道成功地采用水力压接法进行管段水下连接后，沉管法很快为世界各国普遍采用到1980年为止，在北美共修筑了23座沉管隧道美国在海湾修筑的隧道较多，由于海湾的水深普通大于内河，采用钢壳或者双层钢壳的结构（钢壳普通为圆形，从受力角度考虑比矩形有利）此外，在20世纪初，水下管节间的连接技术及混凝土结构防水技术还未有重大突破，而钢壳隧道无论在接头或者防水方面都易于解决且较为可靠，因此可以说沉管隧道最早采用的是钢壳管节的结构形式20世纪30年代初修筑从美国底特律至加拿大Windsor市隧道时，就确定了钢壳隧道结构的普通形式，直至现在仍无较大变化例如，我国香港地区1972年建成的穿越维多利亚港的第一座沉管城市道路海底隧道，是由美国纽约的Parsons BrinckerhoffQuade和Douglas公司负责设计，由英国伦敦Constain国际有限公司及美国纽约Raymond国际公司和香港保华工程有限公司所组成的集团负责施工，其结构形式及工法与美国在20世纪30年代确定的钢壳沉管隧道结构的一般形式及施工工艺无根本差异日本于1935年开始修筑沉管隧道据不彻底统计，就沉管的结构形式来说，约60%是矩形钢筋混凝土结构，40%是圆形钢壳混凝土结构日本沉管隧道的修建技术，也是从钢壳结构形式开始，后逐步被矩形钢筋混凝土的结构形式所取代荷兰于1942年修筑的位于鹿特丹市的Mass河隧道，是荷兰的第一座沉管隧道，也是世界上首次采用矩形钢筋混凝土管节的沉管隧道它代表了西欧在这一领域的技术特点，与美国形成为了鲜明的对照管节之间水压接头的发明（这种水下水压接头普遍采用GINA橡胶止水带作为初始密封，n形橡胶止水带作为永久性密封）、大体积钢筋混凝土浇筑裂缝的控制、混凝土抗渗能力的提高等都促进了沉管隧道修筑技术的高速发展荷兰的这些技术在世界上处于率先地位我国早在20世纪60年代初，就曾经在上海开展过沉管法的理论研究1976年，在我国杭州湾的上海金山石化工程中，首次用此法建成为了一座排污水下隧道我国香港地区于1972年建成为了跨越维多利亚港的城市道路海底隧道广州市于1974年正式开始了用沉管法修筑城市道路水下隧道的研究进入20世纪80年代以后，我国广州、宁波两市用沉管法修筑城市道路水下隧道项目进入了基本建设程序与此同时，我国台湾省于1984年亦在高雄市建成为了高雄港沉管公路隧道到了20世纪90年代初，我国广州、宁波两市的沉管隧道相继建成通车其中，于1993年底建成通车的广州黄沙至芳村珠江水下隧道,成为我国大陆首次用沉管法建成的第一座大型公路与地下铁道共管设置的水下隧道广州珠江、宁波甬江水下隧道的建成，标志着我国在这一技术领域已进入一个新的发展阶段2002年3月2日建成通车的宁波甬江常洪隧道是我国第三条越江沉管隧道，全长3541m,其中隧道长

1053.2m常洪隧道虽是我国第o三条越江沉管隧道，但在规模上远远超过了已有的宁波甬江隧道和广州地铁1号线越珠江隧道它也是国内首个采用桩基法施工技术的越江沉管公路隧道，该技术的成功实施把我国隧道施工水平推向新的高度上海第一条采用沉管法施工的越江隧道一一上海外环隧道工程，于2003年6月21日建成通车，是世界第

三、亚洲第一的特大型江底沉管隧道它东起浦东三岔港，西至浦西吴淞公园附近，距吴淞口约2km,全长2880m外环隧道江中段由7节管段组成，每节管段自重

4.5万吨，面积与一个标准足球场差不多将这样的庞然大物沉放江底，具有很高的技术难度和巨大的风险数千名建设者采用GPS定位、三维测深、大型绞吸船吹吸作业法等技术，不仅排除了工程建设中遇到的险情，也解决了沉管隧道施工中难度最大的管段水下位移问题，从而为特大型沉管隧道在复杂条件下施工积累了珍贵经验拟建中的沉管隧道还有武汉跨越长江的城市道路与地下铁道共管的水下隧道、京沪高速铁路在南京市跨越长江的水下隧道桥隧方案比较中的隧道方案，这些隧道将于21世纪初建成到那时，我国在这一技术领域将赶上世界先进水平、沉管法施工要点

22.1适应性沉管隧道在施工时，将受气象、水文条件的制约，一定程度上影响航运选择沉管隧道要考虑以下原则1与城市总体规划要求的两岸交通疏解方案相协调要保证隧道与两岸所需衔接的道路具有良好的连接2具有较为合适的河海航道、水文及河海床条件沉管隧道多在江河的下游修筑，因下游河床较平整，水流缓水流急或者不稳定，河床有深沟、陡壁，都会给管节的沉放与对接造成艰难3施工条件满足要求如航道能否有足够的水深和宽度实施浮运、转向和储放；隧址附近有无合适的干坞修筑地带等

2.2管段制作管段的预制是沉管隧道施工的关键项目之一，关键技术包括1容重控制技术混凝土容重定了管段分量大小，如果控制不当，可能造成管段无法起浮等问题，为了保证管段浮运的稳定性干舷高度，必须对混凝土容重进行控制，措施包括配合比控制、计量衡器控制、配料控制、容重抽查等2几何尺寸控制几何尺寸误差将引起浮运时管段的干舷及重心变化，进而增加浮运沉放的施工风险特殊是钢端壳的误差，会增加管段对接难度和质量、影响接头防水效果，甚至影响隧道整条路线因此，几何尺寸误差控制是管段预制施工技术的难点、重点之一管段几何尺寸控制措施主要包括精确测量控制、模板体系控制、钢端壳控制，钢端壳采用二次安装消除安装误差3结构裂缝预防管段混凝土裂缝的控制是沉管隧道施工成败的关键之一，也是保证隧道稳定运行的决定性因素，因此需要在所有施工环节对缝控制予以充分考虑4结构裂缝处理虽然采取了一系列防裂措施，但管段裂缝是不可能避免的浮现裂缝后，应采取补救措施首先对裂缝观察描述认定，依据其性质选用合理的方案补救第一类为表面裂缝，可采用表面封堵方案处理；第二类为贯通性裂缝，可采取化学灌浆方案处理

2.3管段沉放管段沉放:沉放作业分为3个阶段进行，初次下沉、靠拢下沉和着地下沉围岩的应变随支护结构的增加而减小，而允许应变则随支护结构的增加而增大因此，通过增加支护结构，能较容易地将围岩应变控制在允许应变范围内支护结构的设计则是在由工程测量结果确定了对应于应变的支护工程的感应系数后确定的⑸能量支护理论20世纪70年代，萨拉蒙等又提出了能量支护理论，该理论认为支护结构与围岩相互作用、共同变形，在变形过程中，围岩释放一部份能量，支护结构吸收一部份能量，但总的能量没有变化于是，主张利用支护结构的特点，使支架自动调整围岩释放的能量和支护体吸收的能量，支护结构具有自动释放多余能量的功能6数值计算法目前，数值计算方法的发展日益成熟，如有限单元法、边界元法、离散元法等，以此为理论基础的计算软件大量涌现，如ADINA、NOLM.FINAL、UDEC、SAP、FLAG等程序都为泛博用户所熟知，这些软件与一些支护理论相结合，在地下工程支护中得到了广泛的应用

1.2国内研究现状中国软岩巷道支护系统工作开始于1958年春，北京市西部九龙山向斜北翼安家滩井田西部近向斜长轴处，木支架大巷遇到灰黑色泥岩，发生强烈底膨，后改用五节棚支护，再加底梁，均无效，巷道失稳而报废自此上报，提出软岩支护难题后开辟辽宁的沈北矿区，在前屯矿建设时浮现井口大变形，支护挤裂，无法继续掘进，停工维修，前掘后塌，停掘返修，工程难前进而报废，以致停工数年此后，该矿区的蒲河矿、大桥矿、平庄矿区红庙矿也浮现重大软岩技术事故为此，煤炭部集中了一些科研院所、高校和设计院的技术力量，在前屯矿

二、三井和红庙进行了多种巷道支护形式的试验和测试工作，在巷道断面、支护形式及施工工艺等方面都取得了初步经验20世纪80年代以来，与软岩工程相关的全国性会议召开了20余次，对地下工程软岩问题的理论研究进入了一个新的阶段中国煤矿矿压专业委员会软岩分会召集全国的软岩科研、施工、生产各方面的专业人员进行交流，起到了很好的组织、交流、提高作用特殊是20世纪90年代初，中国岩石力学与工程学会软岩工程专业委员会以及全国煤矿软岩工程技术研究推广中心成立，更为软岩工程理论与技术的交流与推广，创造了良好的条件°1岩性转化理论中国著名岩土工程专家陈宗基院士在20世纪60年代从大量工程实践中总结出岩性转化理论该理论认为同样矿物成份、同样结构形态，在不同工程环境工程条件下，会产生不同应力应变，以形成不同的本构关系坚硬的花岗岩，在高温高压的工程条件下，产生了流变、扩容，并指出，岩块的各种测试结果与掩体的工程设计应有明显的区别强调岩体是非均质、非连续的介质，岩体在工程条件形成的本构关系绝非简单的弹塑、弹黏塑变形理论特征⑵轴变论理论于学馥教授等提出轴变论理论，认为巷道坍落可以自行稳定，可以用弹塑性理论进行分析围岩破坏是由于应力超过岩体强度极限引起的，坍落是改变巷道轴比，导致应力重分布应力重分布的特点是高应力下降，低应力上升，并向无拉力和均匀分布发展，直到稳定而住手应力均匀分布的轴比是巷道最稳定的轴比，其形状为椭圆形近年来，于学馥教授等运用系统论、热力学等理论提出在沉放前，应对气象、水文条件等进行监测、预测，确保在安全条件下进行作业

2.4管段的水下连接管段的水下对接采用水下压接法完成，该法是利用静水压力压缩GINA止水带，使其与被对接管段的端面间形成密闭隔水效果，水下对接的主要工序包括对位、拉合、压接内部连接、拆除端封墙等工序为了确保沉管隧道各个管段能准确连接，需要建立测量系统和调整装置测量系统包括引导管段到位和使管段正确对接两个部份引导管段到位的测量系统是在陆地上用扫描式全站仪自动跟踪测量定位控制塔上的棱镜，根据测量结果用计算机算出管段现在位置，显示在屏幕上，指导指挥人员下一步决策（进一步下沉或者平面位置调整）使管段正确对接的测量系统可采用超声波探测装置（水下三维系统）配合陆地上的引导系统，以及时掌握管段的绝对位置与状态（管段摆动与否），以及正沉放管段与已沉放管段之间的相对位置（端面间距离、方向、纵横断面的倾斜等），从而安全、正确并以最短期实现管段的沉放与对接，避免沉放过程中管段碰撞和GINA橡胶止水带损伤等事故发生超声波探测装置可自动测量管段端面之间的相互距离、水平和垂直偏移、管段倾斜，检测结果通过计算机处理后显示出图象，作为监控管段沉放的根据最后对接时，还需潜水员大量、多次的检查，确认位置正确，保证沉放安全、成功管段压舱水箱加减压舱水时，管内需要人工操作多个阀门，管段沉放开始之前管内人员必须全部离开，拉合管段并初步止水后，人员方可再进入管内进行水力压接，这是沉管隧道施工的安全要求，但实际操作很难做到因管段沉放接近基槽底部时,通常周围水体容重会增加，管段负浮力会减小，这时需要施工人员进入管内进行操作增加压舱水瑞典到丹麦的厄勒沉管隧道13号管段的事故最能说明管段沉放过程中管内不允许有人的安全观点，13号管段沉放离目标还有

1.3m时，管尾的混凝土封门由于底部枕梁缺少箍筋引起局部破坏，导致大量海水在极短期内进入管内并从人孔中涌出约30m,管段急剧下沉到基槽底此外，由于同一潜水员24h内不能复潜，完成一节管段的沉放，需要8-10位潜水员挨次工作,潜水准备、潜水员更换，也占用不少时间在上海外环隧道7节管段的沉放对接施工中，曾经有多次由于潜水探摸占用太多施工时间，错过了平潮流速较小时段可以进行管段初步对接的机会，只好等待下一个平潮，迟延了沉放作业进度因此，扫描式全站仪、超声波探测装置的应用，可大大减小现场施工人员的作业强度，减少施工风险，降低作业成本

2.5管段基础处理沉管隧道基础设计与处理是沉管隧道特殊是矩形沉管隧道的关键技术之一沉管隧道基础沉降问题与普通地面建造的情况截然不同沉管隧道在基槽开挖、管段沉放、基础处理和最后回填覆土后，抗浮系数仅作用在沟槽底面的荷载不会因设置沉管而增加，相反却有所减小在沉管隧道沉管段中构筑人工基础，沉降问题普通不会发生有些国家（如日本）明确规定，当地基容许承载力[R]N20kN/ni2,标准贯入度N21时，不必构筑人工沉管基础但是在沉管段基槽开挖时，无论采取何种挖泥设备，浚挖后沟槽底面总留有15-50cm的不平整度沟槽底面与管段表面之间存在众多不规则的空隙，导致地基土受力不均匀，同时地基受力不均也会使管段结构受到较高的局部应力，以致开裂，因此，必须进行适当的基础处理，以消除这些有害空隙沉管隧道基础处理主要是解决

①基槽开挖作业所造成的槽底不平整问题；

②地基土特殊软弱或者软硬不均等工况;

③考虑施工期间基槽回淤或者流砂管涌等问题从沉管隧道基础发展来看，早期采用的是刮铺法先铺法该方法是在疏浚地基沟槽后，在两边打桩并设立导轨，然后在沟槽上投放砂石，用刮铺机进行刮铺它合用于底宽较小的钢壳圆形、八角形或者花篮形管段美国早期的沉管隧道常用此法该法有不少缺点，特殊是对矩形宽断面隧道不合用，而逐渐被淘汰，取而代之的是后填法后填法是将管段先沉放并支承于钢筋混凝土暂时垫块上，再在管段底面与地基之间垫铺基础后填法克服了刮铺法在管段底宽较大时施工艰难的缺点，并随着沉管隧道的广泛应用，不断得到改进和发展，现有灌砂法、喷砂法、灌囊法和压注法，其中,压注法又分为压浆法和压砂法

2.6管段防水设计毫无疑问，对沉管隧道来说，防水是一个非常重要的工程沉管隧道的防水包括管段的防水和接头的密封防水管段结构形式有圆形钢壳式和矩形钢筋混凝土式两大类，钢壳管节以钢壳为防水层，其防水性能的好坏取决于拼装成钢壳的大量的焊缝质量为了保证焊缝的防水质量，应对焊缝质量进行严密检查钢筋混凝土管段的防水又包括管段混凝土结构的防水和接缝防水自防水是隧道防水的根本，对于混凝土管段来说，渗漏主要与裂缝的发展有关因此，在提高混凝土抗渗等级的同时，要采用低水化热水泥并严格进行大体积混凝土浇筑的温升控制，将管段混凝土的结构裂缝和收缩裂缝控制在允许范围内为了保证焊缝的防水质量，应对焊缝质量进行严密检查钢筋混凝土管段的防水又包括管段混凝土结构的防水和接缝防水自防水是隧道防水的根本，对于混凝土管段来说，渗漏主要与裂缝的发展有关因此，在提高混凝土抗渗等级的同时，要采用低水化热水泥并严格进行大体积混凝土浇筑的温升控制，将管段混凝土的结构裂缝和收缩裂缝控制在允许范围内除了管段的自防水以外，管段外防水层的敷设通常也是很有必要的厄勒海峡隧道的建设者们对不同的裂缝宽度估计了运营期间可能渗入的水量，即使对于

0.2mm的裂缝，在100年通过的总渗水量也达900*1043可见潜在渗水危wei险是存在的因此，为了确保管段具有非常可靠的防水性能,除发挥管段自防水性能外，在管段外两侧面和顶面涂抹一层很薄的外防水涂料是很有必要的日本、澳大利亚等国习惯采用底板铺设带键的防水板，侧墙、顶板喷涂聚合物或者环氧涂层的全包防水或者半包防水、优缺点

31.优点1容易保证隧道施工质量因管段为预制，混凝土施工质量高，易于做好防水措施；管段较长，接缝很少,漏水机会大为减少，而且采用水力压接法可以实现接缝不漏水2工程造价较低因水下挖土单价比河底下挖土低；管段的整体制作，浮运费用比创造、运送大量的管片低得多；又因接缝少而使隧道每米单价降低；再因隧道顶部覆盖层厚度可以很小，隧道长度可缩短不少，工程总价大为降低3在隧道现场的施工期短因预制管段包括修筑暂时干坞等大量工作均不在现场进行4操作条件好、施工安全因除极少量水下作业外，基本上无地下作业，更不用气压作业5合用水深范围较大因大多作业在水上操作，水下作业极少，故几乎不受水深限制，如以潜水作业实用深度范围，则可达70米6断面形状、大小可自由选择，断面空间可充分利用大型的矩形断面的管段可容纳48车道，而盾构法施工的圆形断面利用率不高，且只能设双车道〜

2.缺点1需要一个占用较大场地的干坞，这在市区时内有时很难实施，需在远离市区较远的地方建造干坞2基槽开挖数量较大且需进行清淤，对航运和市区环境的影响较大另外，河海床地形地貌复杂的情况下，会大幅增加施工难度和造价3管节浮运，沉放作业需考虑水文、气象条件等的影响，有时需局部短期封航此外，水体流速会影响管段沉放的准确度超过一定的流速可能会导致沉管无法施工、发展趋势41每节管节长度越来越长，每节管节中的车道数越来越多1910年，在美国底特律河下用沉管法施工的隧道全长惟独782nb由10节管节组成，平均每节长

78.2m而1970年，在旧金山建成的海湾地区快速交通运输系统BART海底隧道全长o5825m,由57节管节组成，平均每节长

102.2m目前世界上的沉管隧道单节管节长度普通为100T30ni,最大分量普通在30000-40000之间如荷兰京斯麦尔隧道仅有4节管节，每节长度268m,重达50000to城市道路或者公路的沉管隧道，过去多为二车道，目前普遍为

四、六车道，但也有采用八车道的如美国采用钢壳结构形式的Fort MeHenry隧道，以及荷兰采用矩形钢筋混凝土结构形式的Drecht隧道，其横断面结构形式如图4O这两条结构形式截然不同的沉管隧道是迄今为止世界上车道数最多的水下道路隧道我国上海即将建成的黄浦江下游城市高速公路的沉管隧道，将成为世界上第三座八车道的水下道路沉管隧道2从单一用途向多用途发展最初的沉管隧道和用矿山法或者盾构法修筑的隧道一样，用途较为单一，即为城市道路公路或者为铁路地铁水下隧道随着沉管技术的发展，特殊是矩形钢筋混凝土结构沉管隧道的浮现，其横断面宽度尺寸可以较大，这样就浮现了城市道路与地铁、公路与铁路共管设置,甚至可同时设置公共管廊通行轨道运输系统的沉管隧道最近亦发展为能通行高速铁路的水下隧道，隧道内的行车速度最大可达200km/h,平均达160km/hO3沉管隧道的地基适应性越来越广沉管隧道可修筑在较坚硬地基河、海床上，亦可修筑在软弱地基河、海床上世界上已建成的107座沉管隧道中，不少是修筑在软弱地基上4创造管节的材料逐步由钢筋混凝土所取代从管节制作方式和材料来看，圆形钢壳混凝土结构往往先在岸边的预制场创造钢壳后再下水，然后在水中处于悬浮状态下浇筑内衬混凝土这种圆形隧道内普通只能设置两车道，在建造四车道隧道时就需制作两管并列管节此结构形式的优点在于横断面接近圆形，受力较好，于是在水深大时比较经济圆形管节底面较小，基础易于处理钢壳既是浇筑内衬混凝土的外模又是防水层，在浮运过程中不易破损，预制管节场地也好解决但圆形横断面的内部空间常不能充分利用在钢壳下水及悬浮状态下浇筑内衬混凝土时，应力状态复杂，必须加强结构，故用钢量大，管节造价高难以保证，如有渗漏则不易补救5在钢筋混凝土管节预制过程中，需采取多种混凝土裂缝控制的技术措施，以确保钢筋混凝土管节的质量，特殊要防止贯通裂缝的浮现在最近世界上一些新建的沉管隧道中，除采用传统控制混凝土裂缝产生的技术措施外，为了增加管节结构的抗拉强度，还采用了纵向预应力措施此外，也有采用钢纤维或者化学纤维混凝土的，例如采用Dura纤维——美国Hill兄弟化工公司生产的高强聚丙烯单丝或者网状纤维，可以极其有效地控制管节混凝土塑性收缩及离析裂缝，大大改善钢筋混凝土管节的抗渗能力开挖系统控制理论该理论认为开挖扰动怕破坏了岩体的平衡，这个不平衡系统具有组织功能⑶联合支护理论冯豫、陆家梁、郑雨天、朱效嘉教授等提出的联合支护技术是在新奥法的基础上发展起来的，其观点可以慨括为对于巷道支护，一味强调支护刚度是不行的，要先柔后刚，先抗后让，柔让适度，稳定支护由此发展起来的支护型式锚喷网技术、锚喷网架技术、锚带网架技术、锚带喷架等联合支护技术4锚喷一弧板支护理论孙均、郑雨天和朱效嘉教授等提出的锚喷一弧板支护理论是对联合支护理论的发展该理论的要点是对软岩总是强调放压是不行的，放压到一定程度，要坚决顶住，即采用高标号、高强度钢筋混凝土弧板作为联合支护理论先柔后刚的刚性支护形式，坚决限制和顶住围岩向中空位移5松动圈理论松动圈理论是由中国矿业大学董方庭教授提出的，其主要内容凡是坚硬围岩的裸体巷道，其围岩松动圈都接近于零，此时巷道围岩的弹塑性变形虽然存在，但并不需要支护松动圈越大，收敛变形越大，支护难度就越大因此，支护的B的在于防止围岩松动圈发展过程中的有害变形6主次承接区支护理论主次承接区支护理论是由方祖烈教授提出的该理论认为巷道开挖后，在围岩中形成拉压域；压缩域在围岩深部，体现了围岩的自撑能力，是维护巷道稳定的主承载区张拉域形成于巷道周围，通过支护加固，也形成一定的承载力，但其与主承载区相比，只起辅助作用，故称为次承载区主、次承载区的协调作用决定巷道的最终稳定支护对象为张拉域，支护结构与支护参数要根据主、次承载区相互作用过程中呈现的动态特征来确定支护强度原则上要求一次到位⑺应力控制理论应力控制理论，也称为围岩弱化法、卸压法等该方法起源于前苏联，其基本原理是通过一定的技术手段改变某些部份围岩的物理力学性质，改善围岩内的应力及能量分布，人为降低支撑压力区围岩的承载能力，使支撑压力向围岩深部转移，以此来提高围岩稳定的一种方法8软岩工程力学支护理论软岩工程力学支护理论是由何满潮教授运用工程地质学和现代大变形力学相结合的方法，通过分析软岩变形力学机制，提出了以转化复合型变形力学机制为核心的一种新的软岩巷道支护理论它涵盖了从软岩的定义、软岩的基本属性、软岩的连续性概化，到软岩变形力学机制的确定、软岩支护荷载的确定和软岩非线性大变形力学设计方法等内容、新奥法研究内容

22.1施工特点1及时性新奥法施工采用喷锚支护为主要手段，可以最大限度地紧跟开挖作业面施工，因此可以利用开挖施工面的时空效应，以限制支护前的变形发展，阻挠围岩进入松动的状态，在必要的情况下可以进行超前支护，加之喷射混凝土的早强和全面粘结性于是保证了支护的及时性和有效性在巷道爆破后即将施工以喷射混凝土支护能有效地制止岩层变形的发展，并控制应力降低区的伸展而减轻支护的承载，增强了岩层的稳定性2封闭性由于喷锚支护能及时施工，而且是全面密粘的支护，因此能及时有效地防止因水和风化作用造成围岩的破坏和剥落，制止膨胀岩体的潮解和膨胀，保护原有岩体强度巷道开挖后，围岩由于爆破作用产生新的裂缝，加之原有地质构造上的裂缝，随时都有可能产生变形或者塌落当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度提高围岩的粘聚力C和内磨擦角同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定3粘结性喷锚支护同围岩能全面粘结，这种粘结作用可以产生三种作用

①联锁作用，即将被裂隙分割的岩块粘结在一起若围岩的某块危岩活石发生滑移坠落，则引起临近岩块的联锁反应，相继丧失稳定，从而造成较大范围的冒顶或者片帮开巷后如能及时进行喷锚支护，喷锚支护的粘结力和抗剪强度是可以反抗围岩的局部破坏，防止个别威岩活石滑移和坠落，从而保持围岩的稳定性

②复和作用，即围岩与支护构成一个复合体受力体系共同支护围岩喷锚支护可以提高围岩的稳定性和自身的支撑能力，同时与围岩形成为了一个共同工作的力学系统，具有把岩石荷载转化为岩石承载结构的作用，从根本上改变了支架消极承担的弱点

③增加作用，开巷后及时继进行喷锚支护，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除因岩面不评引起的应力集中现象，避免过大的应力集中所造成的围岩破坏；另一方面，使巷道周边围岩由双方向受力状态，提高了围岩的粘结力C和内磨擦角，就是提高了围岩的强度4柔性喷锚支护属于柔性薄性支护，能够和围岩紧粘在一起共同作用，由于喷锚支护具有一定柔性，可以和围岩共同产生变形，在围岩中形成一定范围的非弹性变形区，并能有效控制允许围岩塑性区有适度的发展，使围岩的自承能力得以充分发挥另一方面，喷锚支护在与围岩共同变形中受到压缩，对围岩产生越来越大的支护反力，能够抑制围岩产生过大变形，防止围岩发生松动破坏

3.2合用范围1具有较长自稳时间的中等岩体；2弱胶结的砂和石砾以及不稳定的砾岩；3强风化的岩石；4刚塑性的黏土泥质灰岩和泥质灰岩；5坚硬黏土，也有带坚硬夹层的黏土；6微裂隙的，但很少黏土的岩体；7在很高的初应力场条件下，坚硬的和可变坚硬的岩石；在下述条件下应用新奥法必须与一些辅助方法相配合1有强烈地压显现的岩体；2膨胀性岩体要与仰拱与底部锚杆相配合；3在一些松散岩体中，要与钢背板与之配合;4在蠕动性岩体中，要与冻结法或者预加固法等配合；在下列场合中应用应谨慎1大量涌水的岩体；2由于涌水会产生流砂现象的围岩；3极其破碎，锚杆钻孔、安装都极其艰难的岩体；4开挖面彻底不能自稳的岩体等

2.2新奥法理论要点及施工要点1新奥法与传统施工方法的区别传统方法认为巷道围岩是一种荷载，应用厚壁混凝土加以支护松动围岩而新奥法认为围岩是一种承载机构，构筑薄壁、柔性、与围岩紧贴的支护结构以喷射混凝土、锚杆为主要手段并使围岩与支护结构共同形成支撑环，来承受压力，并最大限度地保持围岩稳定，而不致松动破坏新奥法将围岩视为巷道承载构件的一部份，因此，施工时应尽可能全断面掘进，以减少巷道周边围岩应力的扰动，并采用光面爆破、微差爆破等措施减少对围岩的震动，以保全其整体性同时注意巷道表面尽可能平滑，避免局部应力集中新奥法将锚杆、喷射混凝土适当进行组合，形成比较薄的衬砌层，即用锚杆和喷射混凝土来支护围岩，使喷射层与围岩密切结合，形成围岩-支护系统，保持两者的共同变形，故而可以最大限度地利用围岩本身的承载力2保护巷道围岩自身的承载能力新奥法施工在巷道开挖后采取了一系列综合性措施构筑防水层、围岩巷道排水；选择合理的断面形状尺寸；给支护留变形余量；开巷后及时做好支护、封闭围岩等，都是为保护巷道围岩的自身承载能力，使围岩的扰动影响控制在最小范围内，并加固围岩，提高围筵强度使其与人工支护结构共同承受巷道压力3允许围岩由一定量的变形，以利于发挥围岩的固有强度同时巷道的支护结构，也应具有预定的可缩量，以缓和巷道压力围岩的变形是控制在一定范围内的，必须避免围岩变形过大，从而导致围岩强度的削弱以致引起垮落、失稳支护结构具有一定的变形量，允许巷道围岩产生一定的变形，以缓和来自巷道的巨大压力，更进一步减轻支护荷载4新奥法施工过程中量测工作的特殊性由于岩体生成条件与地质作用的复杂性，施工条件的复杂性，以及对工程设计参数的精确要求，得要通过许多量测手段，在施工过程中对围岩动态和支护结构工作状态和支护结构工作状态进行监测并用监测结果修改初步设计，指导施工量测的结果可以作为施工现场分析参数和修改设计的依据，于是能够预见事故和险情，以便及时采取措施，防患于未然提到施工的安全程度由上所述，新奥法的支护原则是围岩不仅是载物体，而且是承载结构；围岩承载圈和支护体组成巷道的统一体，是一个力学体系；巷道的开挖和支护都是为保持改善与提高围岩的自身支撑能力服务

2.3主要支护手段与施工顺序新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段，因锚杆喷射混凝土支护能够形成柔性薄层，与围岩密切粘结的可缩性支护结构，允许围岩又一定的协调变形，而不使支护结构承受过大的压力施工顺序可以概括为开挖一一次支护一二次支护1开挖开挖作业的内容挨次包括钻孔、装药、爆破、通风、出渣等开挖作业与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支撑能力，第一次支护工作应尽快进行为了冲分利用围岩的自身支撑能力开挖应采用灌面爆破控制爆破或者机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可以采用分块多次开挖一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时长度可小一些，在同等岩质条件下，分块多次开挖长度可大一些，全断面开挖长度就要小一些普通在中硬岩中长度约为2-

2.5米，在膨胀性地层中大约为

0.8-

1.0米2第一次支护作业包括一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土在巷道开挖后，应尽快地喷一层薄层混凝土3-5mm,为争取时间在较松散的围岩掘进中第一次支护作业是在开挖的渣堆上进行的，待把未被渣堆覆盖的开挖面的一次喷射混凝土完成后再出渣按一定系统布置锚杆，加固深度围岩，在围岩内形成承载拱，由喷层、锚杆及岩面承载拱构成外拱，起暂时支护作用，同时又是永久支护的一部份复喷后应达到设计厚度普通为10-15mm,并要求将锚杆、金属网、钢拱架等覆裹在喷射混凝土内完成第一次支护的时间非常重要，普通情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成目前的施工经验是松散围岩应在爆破后三小时内完成，主要由施工条件决定在地质条件非常差的破碎带或者膨胀性地层如风华花岗岩中开挖巷道，为了延长围岩的自稳时间，为了给一次支护争取时间，安全的作业，需要在开挖工作面的前方围岩进行超前支护预支护，然后再开挖在安装锚杆的同时，在围岩和支护中埋设仪器或者测点，进行围岩位移和应力的现场测量依据测量得到的信息来了解围岩的动态，以及支护抗力与围岩的相适应程度3一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底，即永久性的支护或者是补喷射混凝土，或者是浇注混凝土内拱，起到提高安全度和整个支护承载能力增强的作用，而此支护时机可以由监测结果得到对于底板不稳，底鼓变形严重，必然牵动侧墙及顶部支护不稳，所以应尽快封底，形成封闭式的支护，以谋求围岩的稳定、存在的不足31实施不仅要求有良好的施工组织和管理，也要求技术人员和量测人员都十分熟练，没有这一点就易于发生错误；作业质量都与每一个人的子细操作有关2开挖暴露出的地质会即将改变其状态，因此要求施工地质人员要亲临现场，以便发现问题；3用能控制的施工量测，往往给施工带来不便；4干喷射带来的灰尘以及由于易受化学药品的伤害必须加强防护，特别是对眼睛的防护，湿喷虽然可以避免此缺点，但在同样条件下，不如干喷那样有效的支护岩体

二、盾构法施工、研究现状

11.1盾构的研究情况与发展盾构法施工隧道是在地表以下土层中暗挖隧道的一种现代技术用此法修筑地下隧道已有170余年历史1818年，英国人布鲁诺尔从一种食船虫在船身上打洞一事受到启示，研究出了盾构施工技术，并获得专利19世纪末到20世纪中叶，盾构机技术取得较快的发展，主要以气压式、手掘式、半机械式、机械式盾构为主20世纪60年代中期至80年代末，在软黏土中使用了挤压式盾构机，开辟了闭胸式盾构机并得到广泛应用，形成为了现代盾构技术的主流20世纪90年代以来，闭胸式的泥水式盾构机和土压平衡式盾构机成为世界范围内的主流产品20世纪初，盾构法施工已在美、法、英、俄等国开始推广，已用在水底公路隧道、地下铁道、上下水道、电力、通讯煤气等市政公用地下设施管道的施工中1917年人日本开始在铁羽越线的折返段隧道施工中引进盾构法，1938年正式在国铁关门隧道应用盾构法施工，为日本盾构技术的发展奠定了基础1967年由英国提出的泥水加压系统在日本得到实施，日本研制成功第一台有切削刀盘、水力出土的泥水加压式盾构1974年日本独创性的研制成功土压平衡盾构，同时德国WayssFreytag也研制成功颇具特点的膨润土悬浮液支撑开挖面的泥水平衡盾构之后，盾构技术得到了迅猛发展，已成功应用于各种公路隧道、地铁隧道、引水隧道以及市政公用设施隧道等几十年来，通过对土压平衡式、泥水式盾构机中的关键技术，如盾构机有效封闭、监测开挖面的稳定及控制盾构前进的方向、地表塌陷在安全范围内、刀具的使用寿命以及在封闭条件下更换刀具等方面的探索，通过对盾构施工新技术，如特殊断面盾构施工、复合盾构施工技术、球形盾构施工技术等研究，地铁盾构法施工技术有了长足发展我国从五十年代开始使用、研制盾构，1966年上海采用网格式挤压盾构修建了直径达10m的打浦路过江隧道，至今，盾构法施工技术已广泛应用于我国城市的地铁建设21世纪是我国隧道及地下工程大发展的世纪，据有关专家预测，到2022年,我国将要完成近6000km的地下隧道建设,平均每年约300km到2022年，国内各o种地下工程建设约需岩石掘进机、盾构机约180台（不包括微型机），年均需求量约为30台截至目前,使用的盾构总数约有200多台次城市地铁快速发展,对盾构需求最多我国城市地铁正处在高速发展期,地铁和轨道交通规划总长度已超过3000km目前已建成和在建的数量仅占规划数量的10府罢布，未来城市地铁建设仍将快速发展越江隧道建设方兴未艾,对大直径和超大直径盾构的需求将有快速增长至今有10个城市已建或者在建20多座盾构法越江隧道计划中的越江盾构隧道更多城市各种地下管线隧道有待发展,对盾构的潜在需求大有关专家预测，我国城市的给水、排水、电缆、电讯、热力、输气等隧道工程的长度将超过1000km,其对小型盾构、微型盾构或者掘进机的需求量也相当大

1.2盾构衬砌土压力的研究现状作用于陈其上的土压力实际上是周围土层与衬砌共同作用面上的接触应力，其大小与分布形式不仅与地层的物理力学性质、衬砌的刚度有关，而且与施工方法、隧道的埋深、直径、形状等几何参数有关目前隧道衬砌管片有钢制管片、混凝土管片、球墨铸铁管片和合成管片，其中以混凝土管片使用较多，管片之间可采用柔性连接或者刚性连接，普通采用钢螺栓进行连接，对于特殊地质条件液化地层和软硬地层的分界面等和衬砌结构刚度突变位置，可采用特殊的柔性接头以适应变形需要由于作用于衬砌上的土压力受诸多因素的影响，对其进行研究非常艰难，迄今为止，有关这方面的论文及研究报导均不多见从已有的文献来看，按其所采用的原理不同，可将衬砌上土压力的计算方法分为三种，即简化计算法、考虑衬砌与地层相互作用的分析方法、现场量测及模型试验方法等

1.3管片接头刚度的研究由于盾构隧道普通是在盾构拼装由预制管片而成的，必然存在管片接头这样使得管片环的整体弯曲刚度相对于现浇的混凝土管片环而言，有所降低由于管片环整体弯曲刚度的降低，其变形必然有所增加，从而可导致被动地基抗力的增加，有利于减少管片截面的偏心应力，即弯矩如何评价接头刚度对管片和变形的影响，是管片设计中的一个重要内容接头刚度的确定普通分为两种，一是经验参考或者模型研究，另一种为接头刚度数值模型目前大多数重大地下工程都采用第一种方法确定，但是由于我国地铁工程起步较晚，隧道设计经验缺乏，同时由于足尺寸的管片接头或者整体试验成本较高，目前这方面的成果很少见诸报导为此不少学者非常重视接头刚度的整体研究，从而可以得到考虑主要影响因素的接头刚度计算理论，而且可以考虑接头刚度随外荷载的非线性关系，从而使得管片设计精度得以提高

1.4国内管片的发展趋势国内的管片有以下几个趋势1通用管片目前，国内通用管片的使用量不大，但国外已大量采用通用管片射中管片给设计，生产，施工都能带来方便较好的经济效益通用管片不但能满足平面曲线的要求而且可以通过调整封顶块的位置，满足竖曲线的要求，不需采用以前使用的楔形片，大大提高防水效果2管片宽度增大，接头减小盾构隧道衬砌管片的宽度有增加的趋势通过增加衬砌管片的宽度在隧道方向上管片的接头数目减少，管片的生产费用降低，隧道防水情况得到改善，施工速度提高，工程造价也得以降低需注意的是管片宽度的增加是有前提的，在采用高强度连接接头，管片边缘部位钢筋加密等相关措施，而且要经过试验验证后才可进行、盾构法施工要点及施工过程

22.1盾构法的基本原理盾构法隧道的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体向前推进这个钢质组件在初步或者最终隧道衬砌建成前，主要其防护开挖出的士提、保证作业人员和机械设备安全的作用盾构的另一个作用是能够承受来自地层的压力，防止地下水或者流沙的入侵盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械城市市区建造、公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特殊是在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点盾构法的主要内容是先在隧道某段的一端建造竖井或者基坑，以供盾构安装。