隧道工程的優(yōu)缺點精選(九篇)

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第1篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

【關(guān)鍵詞】隧道工程；潛埋暗挖法；施工要點

前言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，車輛逐漸增加，交通運輸需求加劇，因此對于各地交通的要求也日益增加?，F(xiàn)今的土地資源十分緊張寶貴，是以在有限的交通地帶，盡可能的拓寬交通路線成了當(dāng)今的熱點問題之一，相應(yīng)的，各種地下工程的交通建設(shè)逐步展現(xiàn)其不可忽視的重要性。目前出現(xiàn)的淺埋地下工程的施工方法主要有淺埋暗挖法、盾構(gòu)法、蓋挖法。淺埋暗挖法相較于其他兩法有著交通影響小、造價低、開工快等特點，所以在淺埋隧道工程中非常試用。本文將著重研究淺埋暗挖法相關(guān)施工原理和原則及淺埋暗挖法中的幾種重要方法的施工要點。

1 淺埋隧道工程簡介

淺埋隧道是淺埋地下工程的其中一種，分為淺埋的鐵路隧道和淺埋的城市地鐵兩種。其中淺埋鐵路隧道的要求為小于：III級圍巖五到七米，IV級圍巖十米到十四米，V級圍巖為十八米到二十五米，VI級圍巖為三十五米到四十米。淺埋隧道最大的施工特點是埋深較淺，因此在施工中常常會由于地層損失而引起地表的顯著移動，這對于環(huán)境的干擾與影響較大。所以在開挖、支護、排水等關(guān)鍵施工步驟中會要求更高一些。

2 淺埋暗挖法原理介紹

“淺埋暗挖法”是在1987年的北京科委和鐵道部科技共同組織的鑒定會上根據(jù)淺埋暗挖技術(shù)的評定而確定的名稱，適合于軟弱地層的地下工程施工設(shè)計。淺埋暗挖法經(jīng)過這二十多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一套完整成熟的國家級隧道工程施工方法，并逐步形成“管超前，嚴(yán)注漿，短進尺，強支護，早封閉，勤量測”的十八字規(guī)范。淺埋暗挖法引用了新奧法的原理，包含以下四點：

（1）用復(fù)合襯砌的方式，在工程初期使用支護來擔(dān)負(fù)基本的荷載，二襯是安全儲備，二襯與初支共同擔(dān)負(fù)特殊荷載的分配方式。

（2）和多種輔助功法巧妙結(jié)合使用，以起到改進牢固圍巖、加強部分圍巖自承能力的作用。

（3）因地制宜的選擇不同開挖方式，并及時支護，使其封閉成環(huán)，并和圍巖一起構(gòu)成聯(lián)合支護體系。

（4）將信息化設(shè)計與施工技術(shù)引入，以便合理化設(shè)計方案。

3 隧道工程淺埋暗挖法的施工要點

（1）應(yīng)對不同的地面建筑物、地層、器械配置等隧道施工條件，綜合選定對于地表層干擾較小、施工迅速、經(jīng)濟型的開挖方式。如果遇到斷面過大以及地層土質(zhì)較差的狀況，可靈活彈性的選擇合適的輔助功法和分步正臺階開挖法；如果出現(xiàn)斷面較小，地層土質(zhì)良好的情況，可以選擇全斷面的方法。

（2）出現(xiàn)隧道地層差，開挖面無法自穩(wěn)的狀況時候，應(yīng)合理利用輔助方法并優(yōu)先選擇大斷面開挖法。

（3）配套設(shè)備十分關(guān)鍵，應(yīng)綜合考慮到不同隧道地層環(huán)境及不同斷面情況下的開挖、通風(fēng)、二襯等基礎(chǔ)步驟需用機具的要求，設(shè)備費用一般不要低于工程造價的百分之十。

（4）在隧道工程施工中的做好現(xiàn)場監(jiān)控量測并及時反饋信息是十分必要的，所以需要加大重視力度。

（5）嚴(yán)格遵守十八字施工規(guī)范，工程步驟安排要表現(xiàn)出即時的特性。

（6）加大對員工基本素質(zhì)的培訓(xùn)，以提高人力方面的施工效率，進而促進整個隧道工程的順利進行。

（7）隨時注意隧道通風(fēng)問題，維護好工程施工與人員、環(huán)境之間的關(guān)系。

（8）利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，對隧道施工過程的進度、安全、質(zhì)量、環(huán)境等因素進行管理，把握好工程時間安排和人員調(diào)整等問題。

4 淺埋暗挖法的幾種開挖法研究

4.1 全斷面開挖法

全斷面開挖是淺埋暗挖中的相對簡單的一種方法，即：用移動式鉆孔車進行一次全斷面鉆孔且裝藥連線，接著將鉆孔車停置于五十米開外的安全位置，一次引爆待開挖面后，再將鉆孔機就為進行鉆爆循環(huán)作業(yè)，同步構(gòu)建初期支護、防水隔離層、二次模筑襯砌。全斷面施工流程特點是：初噴結(jié)束后增加復(fù)噴以穩(wěn)定地層、提高施工效率，需提前鋪底混凝土且不能之后兩百米以保障安全與質(zhì)量。

全斷面開挖主要用于I級到II級的圍巖，但是當(dāng)隧道為IV級而斷面恰在五十米以下時，為了降低對于地層的干擾，使用局部注漿等輔助方式以后可以用全斷面開挖法繼續(xù)作業(yè)。全斷面開挖法可以使用大型的配套設(shè)備，因此有較大的作業(yè)范圍，并且工序較少，施工速度較快，便于管理。可是由于開挖的斷面比較大，所以圍巖的穩(wěn)定性較低。在循環(huán)作業(yè)的時候工作量比較大，并且爆破震動較大，因此需要精心設(shè)計鉆爆步驟。

4.2 臺階開挖法

臺階開挖法就是將斷面劃分為上下斷面或者幾個斷面，然后分步進行開挖。這種方法在淺埋深挖中應(yīng)用最廣，根據(jù)土層狀況和施工設(shè)備狀況，可以將臺階法分類為正臺階法、中隔墻臺階法等。正臺階法可以及早的進行支護閉合以防范結(jié)構(gòu)形狀改變引起的地面沉降，一般可以根據(jù)土層狀況來選擇是上下兩斷面開挖還是多部分開挖，當(dāng)圍巖比較軟弱并且是第四級別地層的時候只能采用正臺階法。臺階法具有靈活、實用性強、適用面廣、作業(yè)空間大、施工速度較快的優(yōu)點，不足之處便是由于工程分為上下部或者多部分而造成相互干擾以及穩(wěn)定性方面的狀況。

4.3 中隔墻開挖法和交叉中隔墻開挖

中隔墻法又稱CD法，可用于地層比較差及不是很穩(wěn)定的圍巖并且對其地面沉降要求較高的狀況。當(dāng)CD法不能滿足施工的要求時，在中隔墻法的基礎(chǔ)之上再加上臨時的仰拱，便成為了交叉中隔墻方法，也稱CRD法。相較于CD法，CRD法將原來的中隔墻的一側(cè)中壁開挖變成了兩側(cè)交叉分別開挖，這樣步步封閉為環(huán)狀，將大的斷面轉(zhuǎn)化為小的斷面并局部逐漸封閉，可以更好的從早期控制地面沉降，另外各步步驟之間循序漸進，也使得隧道施工體系完整穩(wěn)定。但是CRD法施工較為復(fù)雜，隔墻比較難拆除，且施工成本高、進展慢。一般情況下，只用于第四級別的地層且地面沉降要求高的狀況。

4.4 單側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法

單側(cè)壁導(dǎo)坑是將大的跨面變?yōu)樾〉目缑鎭磉M行施工的，一般適用于無法使用臺階法的地層差、斷面大的開挖隧道狀況。大的跨斷面規(guī)格一般不低于十米，導(dǎo)坑跨度一般為三到四米，開挖時的單側(cè)壁導(dǎo)坑一般在兩倍洞直徑的超前距離，施工過程中，常常會與超前導(dǎo)管注漿等輔助方法配合使用以穩(wěn)定作業(yè)空間。

4.5 雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法

雙側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法又稱眼睛工法，同單側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法一樣，是一種把大的跨度轉(zhuǎn)變?yōu)樾〉目缍鹊臏\埋暗挖法，這種方法主要適用于地層比較差并且斷面大、單側(cè)壁導(dǎo)坑無法滿足要求的三線以上淺埋鐵路及地鐵的隧道。雖然其在大斷面開挖中具有明顯優(yōu)勢，但是由于其工序復(fù)雜、導(dǎo)坑支護拆除困難、成本高、進度慢、下沉值不易控制等不足，目前這種方法使用較少。這種方法介于CD和CRD方法之間，一般對于地面沉降要求過高的土質(zhì)較差的城區(qū)隧道，優(yōu)先選用CRD法；如果是從進度和經(jīng)濟的方面考慮，優(yōu)先選擇CD法；而眼睛工法是折中方法。

5 結(jié)束語

本文介紹了淺埋隧道工程基本概念以及各種潛埋暗挖方法如全斷面、臺階法、雙CD法、CRD法、單側(cè)壁導(dǎo)坑開挖法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工要點和優(yōu)缺點比較。希望對于淺埋隧道施工有一定的參考意義。

參考文獻：

第2篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

關(guān)鍵詞：連拱隧道滲漏水病害機理防治技術(shù)

中圖分類號： U45 文獻標(biāo)識碼： A

我國隧道的總長度和數(shù)量占世界第一位，隧道的建設(shè)和地下工程的建設(shè)數(shù)量龐大、施工技術(shù)復(fù)雜、發(fā)展速度最快。一般公路隧道都采用分離式隧道、連拱隧道和小凈距隧道的形式進行施工。尤其連拱隧道在使用中優(yōu)缺點十分明顯。一般整體式的連拱隧道運營期會發(fā)生很嚴(yán)重的滲漏水的病害。本文通過對連拱隧道的滲漏水病害機理進行分析，提出滲漏水的防治措施。

一、連拱隧道的優(yōu)點和缺點

1、連拱隧道的優(yōu)點

連拱隧道可以有效避免洞內(nèi)發(fā)生分幅，線路的布置非常方便，可以保持線路流暢的布置。連拱隧道的洞口占地面積比較小，節(jié)省空間。整體式的連拱隧道可以減少拆遷的次數(shù)，方便拆遷和移動。連拱隧道使隧道外梁或者其它工程實現(xiàn)更方便的連接。

2、連拱隧道的缺點

連拱隧道結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜性， 由于施工工序很多，導(dǎo)致施工進度慢。連拱隧道的洞口邊仰坡處理很困難，尤其是偏壓陡坡的地段，大大影響了施工的進度。連拱隧道的淺埋偏壓地形處理起來十分復(fù)雜，需要解決更多的技術(shù)難題，而且連拱隧道需要更高的造價，提高了工程施工的成本。

二、連拱隧道滲漏水病害發(fā)生的原因

對連拱隧道的設(shè)計、滲漏水的現(xiàn)狀和隧道地質(zhì)條件等方面進行研究，分析連拱隧道滲漏水病害的機理。

1、地質(zhì)條件的影響

連拱隧道的地質(zhì)水條件和水文條件一般都具有節(jié)理裂隙發(fā)育和巖體滲透性好的特點。隧道存在偏壓的現(xiàn)象，使連拱隧道出現(xiàn)受力不均的情況，產(chǎn)生不均勻的變形，使隧道工程出現(xiàn)襯砌的二次開裂。連拱隧道最小埋深一般只有2.8m，最大埋深只有14.5m，這就很容易使地表水輕易的滲漏到隧道各結(jié)構(gòu)處。而連拱隧道的上方地表由于坡體積聚的地下水，也會滲漏進來。

2、設(shè)計因素的影響

連拱隧道的中隔墻滲漏水問題嚴(yán)重，沒有辦法進行根治，而中隔墻施工技術(shù)的多樣化和復(fù)雜化，使中隔墻很容易產(chǎn)生變形，造成防水體系的破壞。尤其中隔墻頂部的V型存水區(qū)，更是成為了隧道滲漏水重點發(fā)生位置。由于隧道防排水設(shè)計的不合理，使連拱隧道中隔墻進行第一步的澆筑，一旦被破壞，修復(fù)工程十分復(fù)雜。

3、設(shè)計因素的影響

隧道施工如果不嚴(yán)格管理，例如：不嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工、不精確的選擇構(gòu)件的尺寸、對預(yù)留和預(yù)封里位置設(shè)計不到位，都會使隧道發(fā)生滲漏水的病害。隧道的施工管理是保證隧道施工質(zhì)量的基礎(chǔ)。尤其是注間防排水工程的管理，防水材料、施工工藝、精細施工等，每一步都要嚴(yán)格監(jiān)督管理，才能保證隧道的施工質(zhì)量。

三、連拱隧道滲漏水的預(yù)防與治理

了解了連拱隧道滲漏水的機理，我們可以從排水、防水板的施工、特殊部位的處理、二襯混凝土的質(zhì)量和開槽引水等五個方面進行分析，制定全面的連拱隧道預(yù)防與治理的技術(shù)研究。

1、排水系統(tǒng)

中心排水管和盲管的配合襯砌在施工時，既要有效防止由于漏水導(dǎo)致的漿液外流，還要保護好混凝土或者壓漿不要進入溝管內(nèi)進行侵害，對預(yù)埋透水盲溝要注意保持通暢。環(huán)向排水盲管要貼緊支護的表面或者滲水的巖壁，保持匯水量大的位置，加密排水管的分布，將排水盲管布置平順，不能起伏不平。做好排水管的高程控制，仰拱和鋪底可以同步進行施工，在中心埋設(shè)好排水管后試驗，如果發(fā)現(xiàn)漏水及時處理。

2、防水板的施工

防水板在施工前要保證支護表現(xiàn)的平整，不能出現(xiàn)裂縫和空鼓。支護外露錨桿頭和鋼筋網(wǎng)頭等要用電焊齊根切掉，用1：2的水泥砂漿進行抹平，防止防水板被頂破，要保持表現(xiàn)的平整，對待局部凹凸的位置，要修鑿和噴補的方式找平。

隧道洞口外要將2～3幅防水板焊接一起，方便運輸和鋪掛，這樣可以有效減少洞內(nèi)焊頭與接縫的數(shù)量，可以提高焊接的質(zhì)量。沿著隧道朝著一次鋪掛的長度一定要比正常二次襯砌長1m，方便下一層的防水層連接，使防水層的接縫和襯砌的混凝土接縫錯開這1m距離，防止混凝土施工縫處出現(xiàn)滲漏水。

防水板鋪掛前做好試鋪的定位和固定點間距的選擇的工作。防水板接頭不能出現(xiàn)氣泡和折皺、空隙，焊縫的強度也不能低于母材。對已鋪掛的防水板做好保護工作，鋼筋頭加裝了保護套，進行振搗混凝土?xí)r，要控制好振搗棒與防水板的接觸。

3、特殊部位的處理

混凝土需要進行連續(xù)的澆筑，這樣可以有效減少施工縫的發(fā)生，而拱圈和仰拱不要留出縱向的施工縫。對施工縫和沉降的處理，一定要在混凝土澆筑前，清理表現(xiàn)的雜物和浮漿，涂刷凈漿（強度不能低于結(jié)構(gòu)混凝土）或者涂混凝土界面處理劑，進行混凝土的澆筑。

4、二襯混凝土的質(zhì)量

混凝土澆筑要從下部到各個分層，以左右交替和連續(xù)進行的方式開展。下層的混凝土初凝以前，就要完成對上一層混凝土的澆筑工作，這樣可以有效防止施工冷縫的出現(xiàn)?；炷恋妮斔凸芤榆浌軐崿F(xiàn)對管口和澆筑面垂距的控制，一般垂距要保持在1.2m內(nèi)。同時，混凝土不可以直接沖到防水層板面向澆筑位置的流動，防止混凝土離析情況的發(fā)生，而混凝土需要進行充分的振搗，不能出現(xiàn)缺振和漏振的現(xiàn)象。

5、開槽引水

二襯部位容易出現(xiàn)滲漏水，這里可以開槽埋設(shè)PVC半圓管進行排水處理。二襯上要沿著滲漏的位置鑿出U型槽，而槽的深度和寬度一般為6cm。U型槽要清理干凈，埋進5cmPVC的半圓管。從上到下，U型槽由內(nèi)向外分別使用堵漏王漿液和高分子聚合物砂漿對滲漏處進行封堵。U型槽表面要涂刷高強度的增厚環(huán)氧涂料，對槽口表面要做好砂漿縫隙的防止處理。

結(jié)束語：

連拱隧道滲漏水一般是由于防排水技術(shù)和地質(zhì)條件的改變導(dǎo)致的，所對，滲漏水的治理措施也要考慮到地質(zhì)條件和施工企業(yè)防排水技術(shù)的水平，應(yīng)用更經(jīng)濟、更合理、操作更簡便的方法，對連拱隧道進行全面的檢查和分段的處理的綜合治理方式，實施隧道防滲漏水技術(shù)，保證連拱隧道的安全運營。

參考文獻：

[1]王建宇，胡元芳.對巖石隧道襯砌結(jié)構(gòu)防水問題的討論[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2012，（2）： 20-25.

[2]方利成，杜彬，張曉峰． 隧道工程病害防治圖集［M］． 北京: 中國電力出版社，2011．

FANG Licheng，DU Bin， ZHANG Xiaofeng． Atlas ofDisease Prevention and Control for Tunnel Engineering［M］． Beijing: China Electric Power Press，2011．

[3]陳健蕾，劉學(xué)增，張文正，等． 貴州省公路隧道滲漏水調(diào)查及統(tǒng)計分析［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011，48(5) : 7-11．

第3篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

關(guān)鍵詞：矩形頂管機；DPLEX偏心多軸；組合刀盤；仿形刀盤；ohm刀盤；

Abstract: Introduces several kinds of cutter head of the rectangular pipe-jacking machine, including DPLEX cutter head, cutter head combination,copy cutter head and OHM cutter head, by the principle and structure of the cutter, analysis the advantages and disadvantages of various cutter, summarizes the applicableconditions of each design, which provide the reference for the rectangular pipe jacking machine cutter head’s design.

Key words: rectangular pipe jacking machine; DPLEX; cutter head combination; copy cutter head; ohm cutter head；

中圖分類號: TU47 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：

0 引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程逐漸加快，路面空間越來越小，地下隧道建設(shè)已經(jīng)成為當(dāng)前建筑施工領(lǐng)域的一個新方向。以往的地下隧道多為圓形隧道，主要用于雨水、污水、電力、地鐵等方面，現(xiàn)今隨著車流量的增加，地下人行通道、下穿車行道、等矩形截面的地下隧道需求量越來越大，且該種工程多位于鬧市中心或繁華地段，明挖法受到了很多條件的限制，比如地面有大量的人流、車流，還有高架線路等限制，造成空間不足，機械設(shè)備無法施工。

矩形頂管機是矩形隧道的施工機械，在日本發(fā)展起來的一種新式頂管機，它可用于建造地鐵車站、地下人行通道及水底隧道旁通道等。矩形管道相對于圓形管道的優(yōu)點在于大的過流斷面和少的維修費用（見圖1）。

矩形頂管機與以前的圓形頂管機斷面相比，其有效使用面積較之增大20%以上，矩形截面的設(shè)計更符合以后地鐵出入站工程的需要。

圖1圓形隧道與矩形隧道的比較

矩形頂管技術(shù)作為圓形頂管施工工藝的延伸，屬于高水平、高技術(shù)含量的隧道掘進技術(shù)。因為矩形頂管斷面利用率大、覆土淺、施工成本相對低廉等優(yōu)點，加之城市交通過街人行通道要求埋深淺，此項技術(shù)將必然在城市交通人行地道、車行地道、地下管線共同溝、引水和排水管道等隧道工程得到廣泛應(yīng)用，其省時、高效、安全、綜合造價低等明顯優(yōu)勢也必然贏得可觀的市場前景。除此之外，也在很大程度上減少了施工過程中對城市環(huán)境以及交通的影響，保證了城市的潔凈舒適。

在頂管施工中，設(shè)備的選型起到了重要的作用，而設(shè)備的關(guān)鍵在于刀盤。刀盤在頂管機中主要起到切削泥土，對切削下來的泥土進行攪拌，將土倉內(nèi)的良成具有止水性、流動性、塑性的三性土，便于螺旋輸送機出渣，形成土壓平衡的支撐面，為后續(xù)盾體及管片提供通道。

下面介紹下常用的矩形刀盤形式：

1 矩形頂管刀盤形式

DPLEX偏心多軸式刀盤

該種刀盤的設(shè)計采用平行雙曲柄機構(gòu)的運動原理，四個偏心曲軸同步驅(qū)動一個矩形仿形刀盤，刀盤上的各個刀具繞著以各自支撐圓心點與曲軸回轉(zhuǎn)支撐點之間的距離為半徑作平面圓周運動，與軸向推進的方向合成來完成全斷面的切削掘進。

圖2偏心多軸刀盤的結(jié)構(gòu)形式

刀盤位于頂管機最前端，置于前端殼體外，與刀盤驅(qū)動裝置的軸承支座用高強度螺栓連接，刀盤裝置包括：正面刀具、周邊刀具、長攪拌棒、短攪拌棒、刀盤盤體，由于采用偏心多軸驅(qū)動，使刀盤上的每把刀具以曲軸中心距為半徑作圓周運動，而刀具本身無旋轉(zhuǎn)運動，與軸向推進的方向合成來完成全斷面的切削掘進。正面刀具作為主要切削裝置位于最前方，采用十字形結(jié)構(gòu)，它通過偏心曲軸與推進油缸的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動、頂進進行土體切削，周邊刀具作為輔助切削裝置位于刀盤的四周側(cè)面上，它通過刀盤盤體作為偏心旋轉(zhuǎn)的作用，將正面刀具切削過程中未能切削掉的土體進行補充切削，長攪拌棒、短攪拌棒作為輔助設(shè)施位于刀盤盤體的最后方，它通過刀盤盤體作為偏心旋轉(zhuǎn)的作用，對刀具切削的土體進行攪碎和攪拌土體，以便于螺旋機出土，刀盤盤體作為偏心旋轉(zhuǎn)的主于整個刀盤的中間，它通過偏心驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)和推進油缸的頂進作用，使刀盤進行偏心平面運動和朝前移動，帶動正面刀具和周邊刀具切削土體，同時，帶動后面的長短攪拌棒進行切削土的攪碎和攪拌。

1.2 組合刀盤形式

組合刀盤形式主要依靠前后刀盤開挖面的相互彌補，來盡可能地減少矩形區(qū)域的開挖盲區(qū)。

常見的刀盤形式有1個大刀盤在前，4個小刀盤在后布置，大刀盤的開挖直徑略大于矩形開挖面的高度，小刀盤的開挖直徑與管片的圓角外徑相同，其開挖率可以達到80~90%。大小刀盤可以各自控制，同時旋轉(zhuǎn)對土體進行切削、攪拌。

圖3一大四小刀盤的結(jié)構(gòu)形式

另外一種刀盤形式為六個刀盤前后交叉布置，臨近兩個刀盤之間保持一定的間隙，不發(fā)生相互干擾，刀盤開挖直徑比盾體高度方向的一半略大，這種刀盤布置形式開挖率可以達到90%左右，另在盾體的四周裝上特致的固定刀具，可將開挖率擴大至100%。

圖46個小刀盤交叉布置的結(jié)構(gòu)形式

1.3仿形刀盤形式

圖5仿形刀盤結(jié)構(gòu)形式

仿形刀盤的工作原理為：利用控制理論，使刀盤的超挖刀在指定區(qū)域里伸出特定的長度，仿出正方形的形狀。

其結(jié)構(gòu)多采用圓形刀盤的輻條式結(jié)構(gòu)，在輻條的末端安裝有超挖刀，液壓油缸放置在輻條結(jié)構(gòu)內(nèi)，輻條后部不同半徑上布置有攪拌棒，對切削下來的土體進行攪拌。

1.4 OHM工法刀盤

（a） OHM工法刀盤結(jié)構(gòu)簡圖

（b） OHM工法刀盤軌跡

圖6OHM刀盤的結(jié)構(gòu)及運動軌跡

Fig. 4Design of tunnel cross-section

OHM工法是 omnisectional（可以對付所有斷面），Hedge（圍攏）tunnelingMethod的略稱，是可作四方形形狀掘削的盾構(gòu)工法，一面由3根輻條組成的切削器裝置作旋轉(zhuǎn)，一面使切削整體按照所規(guī)定量的有限偏心，用3倍的速度與切削器旋轉(zhuǎn)的相反方向轉(zhuǎn)動，切削器（輻條形狀）的旋轉(zhuǎn)軌跡遵循勒洛三角形理論，可以運行成正方形的形狀。

2 各種刀盤方案的優(yōu)缺點

2.1 偏心多軸刀盤的優(yōu)缺點

偏心多軸刀盤利用了鉸鏈四桿機構(gòu)的工作原理，是一個平行雙曲柄機構(gòu)，其運動規(guī)律為刀盤上的各個點都以各自固定的圓心以曲柄的長度為半徑進行旋轉(zhuǎn)。

它的優(yōu)點在于：根據(jù)開挖的截面設(shè)計出類似的仿形刀盤，附以一定的曲柄長度，即可做到全斷面開挖，不存在切削的盲區(qū)，可以大大減少頂管機掘進時的頂力；另外它的轉(zhuǎn)動半徑小，驅(qū)動所需的扭矩也小，大約是圓形刀盤的1/2；它采用了十字刀頭，每把刀的切削路徑都很相似，刀具的切削量和磨損量比較均勻。

它的缺點也很明顯，由于各個點都圍繞各自的圓心做旋轉(zhuǎn)運動，其上面布置的刀具受到的反力無法相互抵消，切削反力傳遞給盾體，容易造成對周邊土體的擾動，如果控制不好的話，極易造成開挖的沉降量超標(biāo)；另外其后部的攪拌棒的運行軌跡也是以曲柄長度為半徑的圓，其攪拌范圍相對于整個開挖面來說極其有限，布置數(shù)量少的話起不到改良土體的作用，布置數(shù)量多的話將大大增加刀盤的扭矩，且形成反作用力對盾體的平衡不利。

2.2 組合刀盤的優(yōu)缺點

組合刀盤的結(jié)構(gòu)形式利用了圓形刀盤的切削區(qū)域前后交叉，驅(qū)動方式簡單可靠，相對于偏心多軸刀盤，圓形刀盤開挖過程中，刀盤的切削反力可以相互抵消，因此對周圍土體的擾動小，地面沉降比較容易控制；另其攪拌棒的運行半徑要遠大于偏心多軸刀盤，布置合理的話，幾乎可以覆蓋整個斷面，土體改良效果好，對于土壓平衡的形成有利，也更有利于地面沉降的控制，目前市場上6×4米矩形頂管機采用一大四小的刀盤組合形式或六刀盤組合形式的刀盤，在實際施工中，其地面沉降量可以控制+1cm---3cm之間。

但其每個刀盤的開挖范圍都是圓形，因此無論如何組合，都無法達到矩形截面的全斷面開挖，存在在盲區(qū)是其最大的缺點。

2.3 仿形刀盤的優(yōu)缺點

仿形刀盤形式主要用于日本的隧道開挖技術(shù)，它是基于控制理論來達到對矩形斷面的仿形開挖，多用在日系的盾構(gòu)機上。它的優(yōu)點在于其結(jié)構(gòu)對稱，受力均勻，對土體的擾動小，有利于機頭的頂進，開挖率可以達到100%。

但其傳動系統(tǒng)較復(fù)雜，長距離掘進的可靠性受到工作環(huán)境惡劣的制約。另外由于地下掘進工程的不可逆性和操作空間的限制，不能不對掘進設(shè)備的可靠性提出苛刻的要求。而且該種刀盤形式只適應(yīng)正方形斷面。應(yīng)用于矩形斷面，必須依靠搭配組成一定長寬比的矩形。

3 結(jié)論與討論

上述幾種矩形頂管機的刀盤設(shè)計各有優(yōu)缺點，在設(shè)計矩形頂管機的時候，要結(jié)合工程周邊情況、項目造價、覆土深淺、管線情況等綜合考慮。通過對比得出以下結(jié)論：

1、偏心多軸刀盤適用于隧道埋深較大，隧道上部管線較少，隧道之間的間距較小的工程；

2、組合刀盤形式適用于隧道長寬比大約在3:2、管線情況較復(fù)雜、沉降量要求控制嚴(yán)格的隧道工程；

3、仿形刀盤以及OHM工法刀盤在國內(nèi)未見運用，其性能有待驗證。

參考文獻：

[1] 劉平,戴燕超.矩形頂管機的研究和設(shè)計.市政技術(shù).2005,(3):92～95.

[2] 呂建中，石元奇，樓如岳.大斷面矩形隧道偏心多軸頂管機的設(shè)計和應(yīng)用.上海建設(shè)科技.2004，（2）:16～18.

[3] 邢蘇寧.矩形箱涵頂管掘進機刀盤仿形組合形式的研究.地質(zhì)裝備.2007，（8）:17～19.

第4篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

關(guān)鍵詞：公路隧道 改擴建 方案 施工工序

從1888年修建獅球嶺隧道開始，到19世紀(jì)70年代我國已經(jīng)修建了大量的隧道。但是由于當(dāng)時的經(jīng)濟條件、施工技術(shù)等各方面的限制以及交通的需求量較小，已修建的鐵路、公路隧道多以單線為主。

高速路的大量修建，為了滿足線路技術(shù)指標(biāo)、縮短路程和行車時間、減少病害，提高運營效益，隧道的優(yōu)越性日益顯著。為了適應(yīng)當(dāng)前的運輸需要、提高運輸能力以及滿足安全行駛的需要，隧道由原來的單線隧道發(fā)展到雙線或者多線，既有隧道的改擴建工程逐步提上日程。

隧道改擴建是指對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不能滿足運輸要求的既有隧道進行技術(shù)改擴建，主要內(nèi)容包括調(diào)整線路平、縱斷面，擴大隧道凈空，增設(shè)洞內(nèi)建筑物或者對隧道局部損壞地段的補強與修復(fù)。對既有線進行技術(shù)改建而要求隧道改擴建的一般形式有：既有單線隧道改建，既有單線隧道改建為雙線或多線隧道，以及既有單線隧道改建并增建復(fù)線隧道。

但在一些地區(qū)，由于受地質(zhì)地形條件和施工條件限制，不能新建復(fù)線，只能在既有隧道的基礎(chǔ)上進行擴挖，擴大隧道凈空斷面以增加行車車道，滿通客流量增加的行車需求。

1.改擴建方案

由于既有公路隧道所處地形、地質(zhì)、施工技術(shù)、交通量及其長度的不同，隧道改擴建的方案也不近相同，具體可分為如下幾種形式

（1）單洞雙向兩車道隧道改建為雙洞單向兩車道隧道；這是隧道改擴建最為簡單的一種形式，直接在原來隧道左邊或者右邊以一定的距離修一條新的隧道。

（2）雙洞單向兩車道隧道改建為雙洞單向三車道隧道；這種改建方式比較復(fù)雜，需要在既有隧道上進行擴挖，擴挖的形式一般有以下三種：①原隧道左側(cè)大部分?jǐn)U挖（對于一個單洞來說）；②原隧道右側(cè)大部分?jǐn)U挖；③原隧道處在擴挖斷面的中部。

（3）雙洞單向兩車道隧道改建為8車道隧道；擴建形式有兩種：①改建為雙洞單向四車道隧道；②改建為四洞單向兩車道隧道。

2.方案分析

（1）方案（1）最為重要的是修建新隧道盡量少擾動既有隧道，這就要求修建新隧道距原隧道中心滿足一定的要求，盡量避免兩個隧道為小凈距隧道。

表1 分離式雙洞的隧道最小凈距

注：B指的是隧道開挖寬度。

（2）方案（2）擴挖形式有三種，分別針對不同的情況：

1）當(dāng)既有兩隧道中心距太小或者向中間擴挖形成小凈距隧道，兩隧道分別向兩側(cè)擴挖。優(yōu)點：①隧道在擴建的過程中，能夠有效減少對兩隧道中間部分圍巖的擾動；②擴挖在不拆除原有隧道支護上進行，不影響原有隧道車輛通行；③擴挖斷面支護結(jié)束后，拆除原有隧道支護，交通管制時間段。缺點： ①開挖空間小，不利于大型機械開挖，施工進度慢；②需要施做臨時支撐，降低施工速度。

2）當(dāng)既有隧道中心距較大遠或者向中間擴挖不能形成小凈距隧道，兩隧道向中間擴挖。優(yōu)點：①隧道擴挖距離較近，有利于施工機械調(diào)配，現(xiàn)場許多設(shè)施可以共用。缺點：①隧道擴挖距離較近，開挖過程中，對中間的圍巖擾動比較大，容易出現(xiàn)圍巖坍塌；②隧道開挖斷面近，兩個洞施工干擾比較大，降低了施工進度。

3）當(dāng)既有隧道中心較小且隧道向兩邊擴挖受限制（比如一側(cè)埋深較淺、偏壓），這樣只能使原隧道處于擴挖斷面的中部。優(yōu)點：①開挖斷面分布均勻，有利于在原隧道支護基礎(chǔ)上進行全斷面開挖，施工速度快，對上部圍巖擾動次數(shù)少，有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定；②開挖空間大，施做臨時支撐、加固圍巖比較容易。缺點：①上部圍巖若不能及時支護，容易塌方，造成施工事故；②需要施做臨時支撐，減緩了施工速度，不利于施工進度的管理。③在施工過程中，需要對交通管制，干擾車輛的正常通行。

（3）方案（3）有兩種擴挖形式，有如下特點：

1）當(dāng)隧道圍巖地質(zhì)較好，適宜擴挖成大斷面，就改建為雙洞單向四車道的形式。優(yōu)點：①斷面大，有利于機械化施工，提高施工速度；缺點：①開挖斷面大，初期支護的時間較長，圍巖外露的時間較長，容易坍塌，造成工程事故；②需要拆除原隧道襯砌，耗時費力，增加成本。

2）當(dāng)隧道圍巖地質(zhì)條件較差，又滿足整條線路線形要求，就改為四洞單向兩車道的形式；優(yōu)點：①直接在原隧道附近修建兩條新隧道，不影響原有隧道車輛通行，不必拆除原有隧道襯砌結(jié)構(gòu)；②運用已經(jīng)很成熟的開挖方法，便于大型機械化施工，施工速度快。缺點：①爆破震動影響原有隧道襯砌結(jié)構(gòu)，局部襯砌結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)裂縫，新隧道修筑結(jié)束后，需要對原隧道進行加固處理。

3.方案選擇原則

（1）根據(jù)既有隧道形式和交通量大小，選擇隧道改擴建方案；

（2）根據(jù)既有隧道中心距的大小和所處地形，選擇隧道改擴建方案；

（3）根據(jù)既有隧道工程地質(zhì)條件，選擇隧道的改擴建方案。

4.隧道改擴建方案的施工方法舉例

在既有隧道改擴建實例當(dāng)中，日本大藏隧道施工技術(shù)值得我國公路隧道改擴建工程借鑒。大藏隧道位于日本北九州島國道高速4號線，因交通量增加的需求，須將其中長度170m的兩車道隧道段擴挖為三車道隧道。在施工中，既有的兩車道仍需通車。其施工程序如圖1所示。大藏隧道的擴挖斷面除建筑限界要求求之外，考慮擴挖中使用機具所占空間，擬定為可使用施工機具斷面及可使用小型機具的最小斷面。為維持施工中行駛車輛安全，車道凈空在線設(shè)置門字型鋼制防護板，避免敲除既有隧道的襯砌直接掉落，并可作為施工機具的工作平臺。

圖1大藏隧道擴挖施工工序

5.結(jié)論

本文就既有隧道改擴建方案做出歸納，分析了各個方案適用條件和優(yōu)缺點，給出隧道改擴建方案的指導(dǎo)原則，為以后的隧道改擴建工程提供了一定的借鑒和參考意義。最后介紹了日本大藏隧道改擴建施工方法，對我們以后隧道改擴建施工技術(shù)有一定借鑒意義。

參考文獻：

[1]李煜川.既有隧道擴建工程的施工力學(xué)行為研究[M].2008.

[2]武建強.公里隧道擴建開挖方案比選及施工力學(xué)行為研究[M].2009.

第5篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

【關(guān)鍵詞】：隧道工程，盾構(gòu)姿態(tài)，自動測量，系統(tǒng)開發(fā)

1引言

盾構(gòu)機姿態(tài)實時正確測定，是隧道順利推進和確保工程質(zhì)量的前提，其重要性不言而喻。在盾構(gòu)機自動化程度越來越高的今天，甚至日掘進量超過二十米，可想而知，測量工作的壓力是相當(dāng)大的。這不僅要求精度高，不出錯；還必須速度快，對工作面交叉影響盡可能小。因此，為了能夠在隧道施工過程中及時準(zhǔn)確給出方向偏差，并予以指導(dǎo)糾偏，國內(nèi)外均有研制的精密自動導(dǎo)向系統(tǒng)用于隧道工程中，對工程起到了很好的保證作用。

1.1國內(nèi)使用簡況

國內(nèi)隧道施工中測量盾構(gòu)機姿態(tài)所采用的自動監(jiān)測系統(tǒng)有：德國VMT公司的SLS—T方向引導(dǎo)系統(tǒng)；英國的ZED系統(tǒng)；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺儀）方向檢測裝置等等。所采用的設(shè)備都是由國外進口來的。據(jù)了解，目前有些地鐵工程中（如廣州、南京）在用SLS—T系統(tǒng)，應(yīng)用效果尚好。

總的來看，工程中使用自動系統(tǒng)的較少。究其原因：一是設(shè)備費或租賃費較昂貴；二是對使用者要求高，普通技術(shù)人員不易掌握；三是有些系統(tǒng)的操作和維護較人工方法復(fù)雜，在精度可靠性上要輔助其它方法來保證。

1.2國外系統(tǒng)簡況

國外現(xiàn)有系統(tǒng)其依據(jù)的測量原理，是把盾構(gòu)機各個姿態(tài)量（包括：坐標(biāo)量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、軸向轉(zhuǎn)角）分別進行測定，準(zhǔn)確性和時效性受系統(tǒng)構(gòu)架原理和測量方法限制，其系統(tǒng)或者很復(fù)雜而降低了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，加大了投入的成本，或者精度偏低，或者功能不足，需配合其他手段才能完成。

國外生產(chǎn)的盾構(gòu)設(shè)備一般備有可選各自成套的測量與控制系統(tǒng)，作業(yè)方式主要以單點測距定位、輔以激光方向指向接收靶來檢測橫向與垂向偏移量的形式為主。另外要有縱、橫兩個精密測傾儀輔助[7]。有些（日本）盾構(gòu)機廠商提供的測控裝置中包括陀螺定向儀，采用角度與距離積分的計算方法[1][2]，對較長距離和較長時間推進后的盾構(gòu)機方位進行校核，但精度偏低，對推進只起到有限的參考作用。

2系統(tǒng)開發(fā)思路與功能特點

2.1開發(fā)思路

基于對已有同類系統(tǒng)優(yōu)缺點的分析，為達到更好的實用效果，我們就此從新進行整體設(shè)計，理論原理和方法同過去有所不同，主要體現(xiàn)在：其一，系統(tǒng)運行不采用直接激光指向接收靶的引導(dǎo)方式，而是根據(jù)測點精確坐標(biāo)值來對盾構(gòu)機剛體進行獨立解算，計算盾構(gòu)姿態(tài)元素的精確值，擯棄以往積分推算方法，防止誤差積累；其二，選用具有自主開發(fā)功能的高精度全自動化的測量機器人，測量過程達到完全自動化和計算機智能控制；其三，在理論上將平面加高程的傳統(tǒng)概念，按空間向量歸算，在理論上以三維向量表達，簡化測量設(shè)置方式和計算過程。

目前全站儀具備了過去所沒有的自動搜索、自動瞄準(zhǔn)、自動測量等多種高級功能，還具有再開發(fā)的能力，這為我們得以找到另外的測量盾構(gòu)機姿態(tài)的方法，提供了思路上和技術(shù)上的新途徑。

系統(tǒng)開發(fā)著眼于克服傳統(tǒng)測控方式的缺點，提高觀測可靠性和測量的及時性，減少時間占用，最大限度降低人工測量勞動強度，避免大的偏差出現(xiàn)，有利于盾構(gòu)施工進度，提高施工質(zhì)量，在總體上提高盾構(gòu)法隧道施工水平。系統(tǒng)設(shè)計上改進其他方式的缺點，在盾構(gòu)推進過程中無需人工干預(yù)，實現(xiàn)全自動盾構(gòu)姿態(tài)測量。

2.2原理與功能特點

盾構(gòu)機能夠按照設(shè)計線路正確推進，其前提是及時測量、得到其準(zhǔn)確的空間位置和姿態(tài)方向，并以此為依據(jù)來控制盾構(gòu)機的推進，及時進行糾正。系統(tǒng)功能特點與以往方式不同，主要表現(xiàn)在：

(1)獨特的同步跟進方式：本系統(tǒng)采用同步跟進測量方式，較好克服了隨著掘進面推進測點越來越遠造成的觀測困難和不便。

(2)免除輔助傳感器設(shè)備，六要素一次給出（六自由度）。

(3)三維向量導(dǎo)線計算：系統(tǒng)充分利用測量機器人(LeicaTCA全站儀)的已有功能，直接測量點的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）,采用新算方法——“空間向量”進行嚴(yán)密的姿態(tài)要素求解。

(4)運行穩(wěn)定精度高：能充分滿足隧道工程施工對精度控制的要求以及對運行穩(wěn)定性的要求。

(5)適用性強：能耐高低溫，適于條件較差的施工環(huán)境中的正常運行（溫度變化大，濕度高，有震動的施工環(huán)境）。

圖1系統(tǒng)主信息界面示意

系統(tǒng)連續(xù)跟蹤測定當(dāng)前盾構(gòu)機的三維空間位置、姿態(tài)，和設(shè)計軸線進行比較獲得偏差信息。在計算機屏幕上顯示的主要信息如圖一所示。包括：盾構(gòu)機兩端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾構(gòu)機剛體三個姿態(tài)轉(zhuǎn)角：1)盾購機水平方向偏轉(zhuǎn)角（方位角偏差）、2)盾構(gòu)機軸向旋轉(zhuǎn)角、3)盾構(gòu)機縱向坡度差（傾斜角差），以及測量時間和盾構(gòu)機切口的當(dāng)前里程，并顯示盾構(gòu)機切口所處位置的線路設(shè)計要素。

2.3運行流程

系統(tǒng)采用跟蹤式全自動全站儀（測量機器人），在計算機的遙控下完成盾構(gòu)實時姿態(tài)跟蹤測量。測量方式如圖二所示：由固定在吊籃（或隧道壁）上的一臺自動全站儀[T2]和固定于隧道內(nèi)的一個后視點Ba，組成支導(dǎo)線的基準(zhǔn)點與基準(zhǔn)線。按連續(xù)導(dǎo)線形式沿盾構(gòu)推進方向，向前延伸傳遞給在同步跟進的車架頂上安置的另一臺自動全站儀[T1]及棱鏡，由測站[T1]測量安置于盾構(gòu)機內(nèi)的固定點{P1}、{P2}、{P3}，得到三點的坐標(biāo)。盾構(gòu)機本體上只設(shè)定三個目標(biāo)測點。該方式能較好地解決激光指向式測量系統(tǒng)的痼疾——對曲線段推進時基準(zhǔn)站設(shè)置與變遷頻繁的問題。

2.4剛體原理

盾構(gòu)機體作為剛體，理論上不難理解，剛體上三個不共線的點唯一地確定其空間位置與姿態(tài)。由三測點的實時坐標(biāo)值，按向量歸算方法（另文），解算得出盾構(gòu)機特征點坐標(biāo)與姿態(tài)角度精確值。即通過三維向量歸算直接求得盾構(gòu)機切口和盾尾特征部位中心點O1和O2當(dāng)前的三維坐標(biāo)（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同時根據(jù)里程得到設(shè)計所對應(yīng)的理論值，兩者比較得出偏差量。

2.5系統(tǒng)初始化操作

系統(tǒng)初始化包括四項內(nèi)容：

1)設(shè)置盾構(gòu)機目標(biāo)測點和后視基準(zhǔn)點；

2)固定站和動態(tài)站上全站儀安置；

3)盾構(gòu)控制室內(nèi)計算機與全站儀通訊纜連接；

4)系統(tǒng)運行初態(tài)數(shù)據(jù)測定和輸入。

在固定站[T2]換位時，相關(guān)的初態(tài)數(shù)據(jù)須重測重設(shè)，而其他幾項只在首次安裝時完成即可。

F1鍵啟動系統(tǒng)。固定的[T2]全站儀后視隧道壁上的Ba后視點（棱鏡）進行系統(tǒng)的測量定向。[T2]和安裝于盾構(gòu)機車架頂上的[T1]全站儀（隨車架整體移動）以及固定于盾構(gòu)機內(nèi)的測量目標(biāo)（反射鏡）P1、P2、P3構(gòu)成支導(dǎo)線進行導(dǎo)線自動測量。

2.6運行操作與控制

本系統(tǒng)在兩個測站點[T1]、[T2]安裝自動全站儀，由通信線與計算機連接，除計算機“開”與“關(guān)”外，運行中無須人員操作和干予，計算機啟動后直接進入自動測量狀態(tài)界面，當(dāng)系統(tǒng)周而復(fù)始連續(xù)循環(huán)運行時，能夠智能分析工作狀態(tài)來調(diào)整循環(huán)周期（延遲時間），直到命令停止測量或退出。

3系統(tǒng)軟件與設(shè)備構(gòu)成

3.1軟件開發(fā)依據(jù)的基礎(chǔ)

測量要素獲得是系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)，選用瑞士Leica公司TCA自動全站儀（測量機器人）及相應(yīng)的配件，構(gòu)成運行硬件基礎(chǔ)框架?；赥CA自動全站儀系列的接口軟件GeoCom和空間向量理論及定位計算方法，實現(xiàn)即時空間定位，這在設(shè)計原理上不同于現(xiàn)有同類系統(tǒng)。系統(tǒng)通過啟動自動測量運行程序，讓IPC機和通訊設(shè)備遙控全站儀自動進行測量，完成全部跟蹤跟進測量任務(wù)。

3.2系統(tǒng)硬件組成的五個部分

■全自動全站儀

測量主機采用瑞士徠卡公司的TCA1800自動測量全站儀，它是目前同類儀器中性能最完善可靠的儀器之一。TCA1800的測角精度為±1”、測距精度為1mm+2ppm；儀器可以在同視場范圍內(nèi)安裝二個棱鏡并實現(xiàn)精密測量，使觀測點設(shè)置自由靈活，大大提高了系統(tǒng)測量的精度。

■測量附屬設(shè)備

包括棱鏡和反射片等。

■自動整平基座

德國原裝設(shè)備，糾平范圍大(10o48’)，反應(yīng)快速靈敏(±32”)。

■工業(yè)計算機

系統(tǒng)控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S計算機，它能在震動狀態(tài)、5。~50。C及80%相對濕度環(huán)境中正常運行，工礦環(huán)境下能夠防塵、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ處理器

——32M內(nèi)存

——10G硬盤或更高

——3.5英寸軟驅(qū)

——SuperVGA1024*768液晶顯示器

——PC/AT（101/102鍵）鍵盤接口

——標(biāo)準(zhǔn)PS/2鼠標(biāo)接口

——8串口多功能卡（內(nèi)置于計算機擴展槽）

■雙向通訊（全站儀D計算機）設(shè)備

系統(tǒng)長距離雙向數(shù)據(jù)通訊設(shè)備采用國內(nèi)先進的元器件，性能優(yōu)良，使得本系統(tǒng)通訊距離允許長達1000米（通常200米以內(nèi)即滿足系統(tǒng)使用要求），故障率較國外同類系統(tǒng)低得多，約減少90％以上。通訊原理如圖三所示。

3.3系統(tǒng)硬件組成簡單的優(yōu)勢

從設(shè)備構(gòu)成可知，系統(tǒng)不使用陀螺儀，也不必配裝激光發(fā)射接收裝置，并舍去其他許多系統(tǒng)所依賴的傳感設(shè)備或測傾儀設(shè)備，從而最大限度地簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)簡化提高了其健壯性，系統(tǒng)實現(xiàn)最簡和最優(yōu)。

帶來上述優(yōu)點的原因，在于機器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三維框架，通過在計算理論和方法上突破過去傳統(tǒng)方式的框框，使之能夠高精度直接給出盾構(gòu)機上任意（特征）點的三維坐標(biāo)（X，Y，Z）以及三個方向的（偏轉(zhuǎn)）角度（α，β，γ），這樣在盾構(gòu)機定位定向中，即使是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的盾構(gòu)機也能夠簡單地同時確定任意多個特征點。比如DOT式雙圓盾構(gòu)需解決雙軸中心線位或其他盾構(gòu)更多軸心、以及鉸接式變角等問題，可通過向量和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算解出而不必增加必要觀測。

由此可知，本構(gòu)架組成系統(tǒng)的硬件部件少，運行更加可靠，較其他形式的姿態(tài)測量方式優(yōu)點明顯。實際上本系統(tǒng)的最大特點就是由測量點的坐標(biāo)直接解算來直接給定測量對象（剛體）的空間姿態(tài)。

另外特別說明一點：本系統(tǒng)由兩臺儀器聯(lián)測時，每次測量都從隧道基準(zhǔn)導(dǎo)線點開始，測量運行過程中每點和每條邊在檢驗通過之后才進行下步。得到的姿態(tài)結(jié)果均相互獨立，無累積計算，故系統(tǒng)求解計算中無累計性誤差存在。因此，每次結(jié)果之間可以相互起到檢核作用，從而避免產(chǎn)生人為的或系統(tǒng)數(shù)據(jù)的運行錯誤。這種每次直接給出獨立盾構(gòu)機姿態(tài)六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的測算模式，在同類系統(tǒng)中是首次采用。

冗余觀測能夠避免差錯，也是提高精度的有效方法。最短可設(shè)置每三分鐘測定一次盾構(gòu)機姿態(tài)，由此產(chǎn)生足量冗余，不僅確保了結(jié)果的準(zhǔn)確，也保證了提供指導(dǎo)信息的及時性，同時替代了隧道不良環(huán)境中的人工作業(yè)，改善了盾構(gòu)隧道施工信息化中的一個重要但較薄弱的環(huán)節(jié)。

4工程應(yīng)用及結(jié)論

4.1工程應(yīng)用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延長路站區(qū)間盾構(gòu)推進工程，本系統(tǒng)在該隧道的盾構(gòu)掘進中成功應(yīng)用，實現(xiàn)實時自動測量，通過了貫通檢驗。該工程包括上行線和下行線二條隧道，單線全長1267米。每條隧道包含15段平曲線（直線、緩和曲線、圓曲線）和17段豎曲線（坡度線、圓曲線），線型復(fù)雜。

盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)于2001年12月11日至2002年3月7日在盾構(gòu)推進施工中調(diào)試應(yīng)用。首先在下行線（里程SK15+804～SK16+103）安裝自動監(jiān)測系統(tǒng)，調(diào)試獲得成功，由于下行線推進前方遇到灌注樁障礙被迫停工，自動監(jiān)測系統(tǒng)轉(zhuǎn)移安裝到上行線的盾構(gòu)推進施工中使用，直到上行線于2002年3月7日準(zhǔn)確貫通，取得滿意結(jié)果。

4.2系統(tǒng)運行結(jié)果精度分析

盾構(gòu)機非推進狀態(tài)的實測數(shù)據(jù)精度估計分析

通過實驗調(diào)試和施工運行引導(dǎo)推進表明，系統(tǒng)在盾構(gòu)推進過程中連續(xù)跟蹤測量盾構(gòu)機姿態(tài)運行狀況良好。測量一次大約2~3分鐘。在“停止”狀態(tài)測得數(shù)據(jù)中，里程是不變的，此時的偏差變化，直接反映出系統(tǒng)在低度干擾狀態(tài)下的內(nèi)符合穩(wěn)定性，其數(shù)據(jù)——偏差量用來指導(dǎo)盾構(gòu)機的掘進和糾偏。盾構(gòu)不推進所測定盾構(gòu)機偏差的較差<±1cm，盾構(gòu)推進時測定盾構(gòu)機偏差的誤差<±2cm。表三中和人工測量的結(jié)果對比，考慮對盾構(gòu)機特征點預(yù)置是獨立操作的，從而存在的不共點誤差，由此推估測量結(jié)果和人工測量是一致的，在盾構(gòu)機貫通進洞時得到驗證。

4.3開發(fā)與應(yīng)用小結(jié)

經(jīng)數(shù)據(jù)隨機抽樣統(tǒng)計計算得出中誤差（表一、表二）表明：以兩倍中誤差為限值，盾構(gòu)機停止和推進兩種狀態(tài)偏差結(jié)果的中誤差均小于±20毫米，滿足規(guī)范要求。

為了檢核盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)的實測精度，仍采用常規(guī)的人工測量方法，測定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并與同里程的自動測量記錄相比較（表三），求得二者的較差()。由于二者各自確定的切口中心點O1和盾尾中心點O2不一致偏差約為2cm，所以各自測定的偏差不是相對于同一中心點的，即二者之間先期存在著系統(tǒng)性差值。

通過工程實用運行，對多種困難條件適應(yīng)性檢驗，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的性能：

1)實時性——系統(tǒng)自動測量反映當(dāng)前盾構(gòu)機空間(六自由度)狀態(tài)；

2)動態(tài)性——系統(tǒng)自動跟蹤跟進，較好解決了彎道轉(zhuǎn)向問題；

3)簡易性——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單合理，操作和維護方便，易于推廣使用；

4)快速性——系統(tǒng)測量一次僅需約兩分鐘；

5)準(zhǔn)確性——結(jié)果準(zhǔn)確精度高，滿足規(guī)范要求，在各種工況狀態(tài)都小于±20毫米；

6)穩(wěn)定性——適應(yīng)震動潮濕的地下隧道環(huán)境，系統(tǒng)可以長期連續(xù)運行。

本系統(tǒng)已成功用于上海市復(fù)興東路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾構(gòu)推進中。我們相信對于結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，精確度高，維護方便的盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)，在盾構(gòu)施工中將發(fā)揮其應(yīng)有作用。

[參考文獻]

[1]隧道工程，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999年7月，劉建航主編

[2]地鐵一號線工程，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1999年7月，劉建航主編

[3]TPS1000經(jīng)緯儀定位系統(tǒng)使用手冊，Leica儀器有限公司

[4]盾構(gòu)姿態(tài)自動監(jiān)測系統(tǒng)研究與開發(fā)報告，2002年4月，上海市政二公司

[5]杭州灣交通通道數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，華東公路，1998.3，岳秀平

[6]GeoCOMReferenceManualVersion2.20，LeicaAG，CH-9435Heerbrugg(Switzerland)

第6篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

【關(guān)鍵詞】雙側(cè)壁導(dǎo)坑法；軟巖；隧道施工；技術(shù)方法

在大斷面軟巖隧道施工過程中采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能有效確保施工安全，該方法又稱雙側(cè)壁導(dǎo)洞法和眼鏡工法。在施工過程中通過建立健全的圍巖支護結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測系統(tǒng)，進行全面化、信息化的管理，并隨時檢查施工動態(tài)，根據(jù)實際情況合理安排，及時調(diào)整和設(shè)計，全方位確保施工安全。由于大多數(shù)的隧道進出口都存在土質(zhì)差，節(jié)理發(fā)育不完整，裂痕較多，存在淺埋的現(xiàn)象的特點，然而這些不利因素都會造成開挖的不安全。其大斷面隧道的面積多在100m 2 以上，如果還使用常規(guī)的臺階發(fā)開挖，將會極易造成拱頂大面積暴露松動導(dǎo)致坍塌，此類情況均采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法設(shè)計。

1 工程概況

選擇某鐵路隧道施工工程，其隧道為雙線隧道，凈長775米、寬12.06米、高8.92米，在毛洞開挖期間，最大寬度為13.56米，開挖斷面達98.2平方米。針對該鐵路隧道出洞口地段的形狀和其地段形狀加強黃土段的淺埋范圍以及其軟巖大面積特點進行分析，發(fā)現(xiàn)隧道開挖難度較大，對此根據(jù)其實際特點和軟巖大面積特點設(shè)計了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖方案。

2 開挖方案設(shè)計原理

大斷面軟巖隧道施工過程中采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，就是通過雙側(cè)壁導(dǎo)坑將大斷面進行分割，使其成為兩個或多個對稱、獨立的小斷面，使其導(dǎo)坑斷面似橢園形，有圓順的周邊輪廓，同時在分割過程中應(yīng)避免應(yīng)力集中。在施工初期，將采用格柵鋼架、掛網(wǎng)、噴混凝土柔性支護體系，加之一些防護措施。為了使斷面及時閉合，應(yīng)充分利用巖石的承受能力來控制巖石的變形程度。

3 開挖方案設(shè)計方法

根據(jù)大斷面軟巖特點將其分為四塊：①左、右側(cè)壁導(dǎo)坑；②上部核心土；③下臺階；④底拱。同時，在開挖過程中，可先在短隧道中挖通導(dǎo)坑，導(dǎo)坑挖通后再進行開挖臺階。

4 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工工藝

4.1 開挖方式

①遇到結(jié)構(gòu)較為特殊的巖石，我們多采用人工預(yù)裂爆破的方法，并且采用側(cè)壁導(dǎo)坑雙側(cè)掏槽的方法。爆破多為從周邊開始向內(nèi)爆破，利用機械開挖開挖斷面，會造成斷裂。②在開挖過程中容易遇到頑石，孤石，我們會采取利用風(fēng)鎬進行敲擊或者爆破，挖掘機來對其拆除。③在機械挖掘的過程中，很容易造成巖石破碎，如果開挖不當(dāng)，則會造成巖體更大的擾動。所以我們還要運動人工的輔助，才可對其合理的挖掘。

4.2 爆破工藝

4.2.1 炮眼深度L

通過分析，受爆破地震動強度能直接影響其炮眼深度，對此，應(yīng)按照爆破部位來適當(dāng)調(diào)整其炮眼深度。該工程軟巖屬于Ⅴ級圍巖，其炮眼深度一般為0.5至0.8米。

4.2.2 炮眼數(shù)目N

根據(jù)其炮眼深度，炮眼直徑大約為42毫米，開挖面積為13.50平方米/次，依次計算，在單位面積范圍內(nèi)炮眼約為1.5個，該計算未包含光面爆破炮眼。

4.2.3 炮眼布置

①沿爆破輪廓設(shè)置光面爆破眼，間距：E=（8-12）d（d為炮眼直徑），炮眼間距40至50cm，炮眼直徑42mm，能滿足E值要求。抵抗線：W=（1.0-1.5），裝藥集中度q控制在0.1-0.15kg/m之間，周邊眼可適當(dāng)增加數(shù)量，減小間距和單孔裝藥量。②掏槽眼采用復(fù)合式楔形掏槽，左右側(cè)壁導(dǎo)坑中心布置，掏槽面積2m3，中央可根據(jù)實際情況布置中空眼，達到最佳的掏槽效果。③掘進眼循環(huán)進尺根據(jù)開挖部位來確定爆破強度，由于隧道V級圍巖巖質(zhì)較易開挖，所以采用較大的系數(shù)W=15至18d[1]。

4.2.4 單眼裝藥量的計算

根據(jù)上文提到的周邊眼裝藥參數(shù)，結(jié)合公式q=k.a.w.L.λ即可算出其它炮眼的裝藥量。式中：q表示：單眼裝藥量（kg）；k表示：炸藥單耗（kg/m 3 ）；a表示：炮眼間距（m）；w表示：炮眼爆破方向的抵抗線（m）；L表示：炮眼深度（m）；λ表示：炮眼炮眼部位系數(shù)[2]。

4.2.5 炮眼堵塞

采用炮泥（組分：砂：粘土：水=3：1：1）堵塞炮眼，可使炸藥在受限的情況下作充分爆炸應(yīng)力提高能量利用率，所以堵塞長度應(yīng)在20厘米以下。

4.2.6 爆破器材的選擇

①炸藥。采用二號巖石銷銨炸藥，四周小藥卷炮眼直徑約為25mm，其他炮眼直徑為32mm。②雷管?？淄馔ㄟ^火雷管起爆，連接件和孔內(nèi)都采用非電毫秒雷管。③導(dǎo)火索及導(dǎo)爆索?；鸸芾撞捎脤?dǎo)火索引爆，周邊炮眼戒隔裝藥采用導(dǎo)爆索傳爆[3]。

4.2.7 裝藥結(jié)構(gòu)掏

槽眼和底板眼采用反向起爆，周邊眼采用間隔不偶合裝藥形式，使用導(dǎo)爆索連結(jié)各藥卷。采用雷管分段控制和孔外微差爆破相結(jié)合的方法減少單段起爆藥量和起爆次數(shù)。

4.3 爆破安全驗算

①對飛石爆破的影響。由于隧道施工的方法多為交叉型施工，所以很容易受到爆破飛石的影響。所以，在弱爆破作業(yè)中，爆破飛石十分重要。然而采用科學(xué)的爆破順序則十分重要，其中重點步驟是2、4這兩步開挖的過程中，上部有臨時鋼支撐，爆破時應(yīng)注重起爆順序的控制，這樣，上部臨時鋼支撐不會受到太大影響。②提高炮眼利用率。在進行爆破設(shè)計時，我們可以通過掏槽眼增加減震孔，施行周邊眼增加導(dǎo)向孔，隔孔裝藥，能使炮眼利用率大大得到提高。③有效的改進施工措施。如果工程中Ⅴ級圍巖破碎復(fù)雜，且埋層淺，那么施工時可再1、3步開挖的周邊眼及開挖面增打減震孔，適當(dāng)擴大其直接（>130mm），以便提高減震效果[4]。

5 優(yōu)缺點及適用條件

由于考慮到工期的限制，隧道沒有合理采用設(shè)計的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖方案，而是采用了臺階法，這樣確保了工程按時完成。因為針對大斷面軟巖隧道的挖掘，此方法還存在著工序繁瑣，開采速度慢，成本較高的缺陷。所以在實際應(yīng)用中，我們應(yīng)該多加關(guān)注對方案的選取，以選擇合適的施工方法，從而達到預(yù)想和效果。

綜上所述：雙側(cè)壁導(dǎo)坑法其實就是在開挖時候，將隧道開挖面分為四部分，左、右兩部分為左側(cè)壁導(dǎo)坑和右側(cè)壁導(dǎo)坑，一般情況下會先開挖兩側(cè)，然后開挖中心部分，開挖過程中需要詳細了解工程實際情況，設(shè)計多個開挖方案，選擇最適合的方案進行開挖。在大斷面軟巖隧道施工過程中采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能有效保障施工安全，促進施工順利開展。與此同時，該方法也存在工序繁瑣，開挖速度慢以及成本高的缺陷，對此在隧道施工實際應(yīng)用中，我們應(yīng)詳細分析工程實際，根據(jù)其情況設(shè)計多種開采方法，再進行綜合選取，以便達到最優(yōu)效果。

參考文獻

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[2]李宣高.八字嶺分岔隧道開挖方法[J]，《公路交通技術(shù)》，2006（04）：136-140

[3]姜晨光；張松華；彭建國.公路隧道圍巖壓力與應(yīng)力計算方法新探[J]，《廣西交通科技》，2003（04）：19-21

第7篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

【關(guān)鍵詞】地下建筑工程；凍結(jié)法；特殊開挖方法

地下建筑工程凍結(jié)法是在建筑施工中運用人工制冷技術(shù)，把待施工的地下工程周圍一定范圍內(nèi)的含水不穩(wěn)定巖土層凍結(jié)，使它形成封閉凍結(jié)壁，隔絕與地下水的聯(lián)系，改變巖土性質(zhì)，增加它的強度和穩(wěn)定性，確保地下工程安全施工的方法。這種方法起源于建筑基礎(chǔ)的土壤加固。已被應(yīng)用在礦建、地鐵、水利、隧道等工程。在地下水較多，施工困難時，也能運用冷凍法，以液氨注入地層，把隧道周圍的土壤凍結(jié)起來，進行開挖。現(xiàn)在，凍結(jié)技術(shù)已廣泛應(yīng)用在特殊地層鑿井，基坑和擋土墻加固，盾構(gòu)隧道盾構(gòu)進出洞周圍土體加固，地鐵、隧道聯(lián)絡(luò)通道及泵站施工、兩段隧道地下對接時土體加固和工程事故處理等方面。

1、地下工程開挖的凍結(jié)方法

1.1凍結(jié)法原理

凍結(jié)法運用的是傳統(tǒng)的氨壓縮循環(huán)制冷技術(shù)。為形成凍結(jié)壁，在井筒周圍由地面向地層鉆一圈或數(shù)圈凍結(jié)孔?？變?nèi)安裝凍結(jié)器。凍結(jié)站制出的低溫鹽水（-28℃左右）在凍結(jié)器內(nèi)循環(huán)流動，吸收周圍地層的熱量，形成凍土圓柱，并不斷擴大交圈形成封閉的凍結(jié)壁，實現(xiàn)設(shè)計的厚度和強度。一般將這一期間叫做積極凍結(jié)期，而把掘進時維護凍結(jié)壁厚度期間叫做消極凍結(jié)期，吸收地層熱量的鹽水，在鹽水箱內(nèi)把熱量傳給蒸發(fā)器中的液氨，變?yōu)轱柡驼魵獍?，再被壓縮機壓縮成過熱蒸氣進入冷凝器冷卻。把地?zé)岷蛪嚎s機作功出現(xiàn)的熱量傳給冷卻水，把這些熱量傳給大氣。

1.2凍結(jié)法的優(yōu)缺點

開挖地下工程的臨時支護方法，凍結(jié)法施工具有如下優(yōu)點：凍結(jié)法施工的適用范圍較為廣泛；施工的隔水性能較好；凍結(jié)法施工的凍結(jié)壁強度高；此法對所處地層擾動較小，地面沉降控制得好；按工程需要能靈活布置凍結(jié)孔和調(diào)節(jié)冷凍液的溫度，隨時增加和控制凍土壁的厚度及強度。凍土墻的連續(xù)性和均勻性較好；對地層污染程度較小。

運用凍結(jié)法施工也存在一些缺點，施工周期與其他支護方法相對較長，設(shè)備較多，造價較高，凍脹融沉可能導(dǎo)致地面的隆起，對工程造成不良影響。凍結(jié)技術(shù)可分為豎向凍結(jié)技術(shù)，水平凍結(jié)技術(shù)和特殊工程凍結(jié)技術(shù)。

1.3凍結(jié)法的施工工藝

凍結(jié)方案選擇要全面分析隧道穿過巖層（土層）的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特征，按凍結(jié)深度、冷凍設(shè)備和施工隊伍素質(zhì)統(tǒng)籌確定。要以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果為出發(fā)點，選擇技術(shù)先進、經(jīng)濟合理的凍結(jié)方案。如：凍結(jié)法鑿井的凍結(jié)方案有一次凍全深方案、分期凍結(jié)方案、差異凍結(jié)方案、局部凍結(jié)方案等。凍結(jié)深度要按地質(zhì)條件確定，凍結(jié)壁厚度取決于地壓狀況、凍土強度、變形特征、凍結(jié)壁暴露時間、掘進段高及凍土溫度，凍結(jié)孔設(shè)置通常由井筒斷面、凍結(jié)深度、鉆孔允許偏差和凍結(jié)壁厚度確定，測溫孔按工程特點設(shè)置。

冷凍站的一般設(shè)備有氨壓縮機、冷凝器、蒸發(fā)器等。輔助設(shè)備有氨油分離器、貯氨器、集油器、調(diào)節(jié)閥、液氨分離器和除塵器等。氨壓縮機是冷凍站的主設(shè)備，它是將飽和蒸發(fā)氨壓縮為過熱蒸氣氨，實現(xiàn)冷凝壓力，形成氨的卡諾循環(huán)。它是實現(xiàn)補償功的機械。冷凝器是用來冷卻氨，把氨由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的裝置。蒸發(fā)器是熱交換系中必要的熱交換設(shè)備。凍結(jié)法的施工工藝主要包括：安裝凍結(jié)站，凍結(jié)管施工，凍結(jié)期，維護凍結(jié)期和解凍期。

2、其他地下工程的開挖方法

2.1地下工程開挖的氣壓室法

這種方法是把開挖洞段密封好，在進出口段布置氣密室，從洞外進入氣密室再進入洞內(nèi)，要經(jīng)兩層密封門，洞內(nèi)氣壓大于外壓或大氣壓12bar。用這個超壓來減少滲入洞中的水，也以此壓力改善圍巖穩(wěn)定狀況。氣壓室法要有額外的設(shè)備投資，施工速度會降低，通常只是在必須時采用。

2.2地下工程開挖的分部開挖、支護的方法

在軟弱地層中開挖洞室，一般辦法是先開挖一小部分，再用噴錨支護做全斷面保護，再不斷擴挖，逐步支護。通常采用雙側(cè)導(dǎo)坑法，挖好一個側(cè)導(dǎo)坑，支護好，再挖另一側(cè)導(dǎo)坑，支護好。再挖掉中間遺留下來的土柱，并支護形成封閉結(jié)構(gòu)。開挖后在其中做鋼筋混凝土二次襯砌。

2.3地下工程開挖的超前灌漿、超前錨桿法

在地下水較為豐富的工程，通常采用超前灌漿法。就是在開挖前先在掌子面上鉆孔深為20m、30m的深孔，進行壓力固結(jié)灌漿，使要開挖洞段的巖石縫盡量固結(jié)起來并減少漏水，之后開挖。挖到灌漿深度一半時，再作一圈深孔灌漿，循環(huán)進行。使開挖工作面在灌漿固結(jié)過的巖層中進行。

超前錨桿法是在掌子面頂拱部位向前上方打入4~5m的錨桿，錨桿后端出露較長，用噴射混凝土或鋼拱架支護好，再向前開挖1~2m，支護好，繼續(xù)打下一輪錨桿，循環(huán)作業(yè)，使開挖在頂部錨桿的保護下進行。

參考文獻

[1]胡楚旺.深基坑支護工程技術(shù)的淺析.陜西建筑,2010.6

[2]武亞軍等.人工凍結(jié)技術(shù)在城市地下工程中的應(yīng)用.探礦工程:巖土鉆掘工程,2006.6

[3]王秀梅等.深基坑支護技術(shù)對比分析.佳木斯大學(xué)學(xué)報,2009.2

第8篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

【關(guān)鍵詞】超前地質(zhì)預(yù)報; TSP;地鐵施工;工作原理;技術(shù)應(yīng)用

TSP Geological Prediction and Application in the Subway Construction

Zhou Kezhang，Zhou Hao，Lu Ning，He Zhonglian，Wang Wei

（The Fourth Company of China Eighth Engineeing Burrau Ltd Qingdao 266071 ）

Abstract： This paper simply introduces TSP tunnel geological prediction system development course，and the present situation of the application of this technology and the technical principle in our country. Expounded TSP’s application steps and relative merits Combined with engineering practice and which shoud notices In the construction engineering. Based on the TSP and geological radar specific survey’s character and actual results obtained make contrast，got the conclusion that a combination using can increase the accuracy of Survey. For TSP’s application in engineering as well as with other survey equipment comprehensive application in the future has important guiding significance.

Key words： tunnel geological prediction; TSP; subway construction; principle; technology

0 引言

超前地質(zhì)預(yù)報出現(xiàn)在上個世紀(jì)的中后期，是工程地質(zhì)學(xué)的一個分支，我國在這個方面的研究始于20世紀(jì)70年代以后，幾十年來地質(zhì)超前預(yù)報在我國也有了很大的發(fā)展。然而隨著近些年來鐵路、公路、城市軌道交通等的迅速發(fā)展，隧道的長度和埋深的不斷增大，隧道施工中出現(xiàn)的問題也越來越多。如果對這些問題處理不當(dāng)，將有可能造成嚴(yán)重的工程問題和巨大的經(jīng)濟損失。為了避免因地質(zhì)問題而引起工程事故，超前地質(zhì)預(yù)報在工程施工中就顯得越來越重要。現(xiàn)在在我國應(yīng)用的主要的地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)有負(fù)視角速度法、HSP、TSP、TGP、TST等[1]，其中TSP作為一種進入中國較晚的勘測技術(shù)，代表了中國地質(zhì)預(yù)報領(lǐng)域的先進水平。文本通過將TSP技術(shù)應(yīng)用在地鐵工程中，驗證了TSP超前預(yù)報系統(tǒng)的效果。并提出了一些增強TSP勘測效果準(zhǔn)確性綜合性勘測方法。

1 TSP的簡介及其工作原理

1.1 TSP簡介

二十世紀(jì)六十年代，美國國家安全局網(wǎng)羅了眾多資深地球物理學(xué)家應(yīng)用地震波勘測技術(shù)來研究地層應(yīng)力釋放現(xiàn)象及地層結(jié)構(gòu)掃描成像。在此過程中形成了隧道反射層析掃描成像超前預(yù)報技術(shù)（Tunnel Reflection Tomography），簡稱TSP技術(shù)。TSP系統(tǒng)是一種新穎、快速、有效、無損的反射地震預(yù)報技術(shù)，以其簡單的操作，準(zhǔn)確、全面、直觀的勘測結(jié)果，在國內(nèi)迅速發(fā)展起來。

1.2 TSP系統(tǒng)的工作原理

TSP隧道地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)是利用地震波的反射原理進行地質(zhì)預(yù)報的。預(yù)報時，通過錘擊或激震器產(chǎn)生的地震波，地震波在隧道中的巖體內(nèi)傳播，當(dāng)遇到一個地震界面時，如斷層、破碎帶、溶洞、大的節(jié)理面等，一部分地震波就被反射回來，反射波經(jīng)過一個短暫時間到達傳感器后被接收并被記錄主機記錄下來，然后經(jīng)專門的3D軟件進行分析處理，對地震波進行疊加，就得到清晰的異常體的層析掃描三維圖像。再通過對異常體的里程、形狀、大小、走向，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料、跟蹤觀測地質(zhì)資料就可以確定隧道前方及周圍區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的位置和特性。入射到邊界的反射系數(shù)計算公式如下：

式中R為反射系數(shù)，r為巖層的密度，V等于地震波在巖層中的傳播速度。地震波從一種低阻抗物質(zhì)傳播到一個高阻抗物質(zhì)時，反射系數(shù)是正的;反之，反射系數(shù)是負(fù)的。因此，當(dāng)?shù)卣鸩◤能浶缘刭|(zhì)體傳播到硬質(zhì)地質(zhì)體時，回波的偏轉(zhuǎn)極性和波源是一致的。當(dāng)巖體內(nèi)部有破裂帶時，回波的極性會反轉(zhuǎn)。反射體的尺寸越大，聲學(xué)阻抗差別越大，反射波就越明顯，越容易被探測到[2]。

2 應(yīng)用實例

2.1 預(yù)報地段

對某地鐵車站小導(dǎo)洞進行超前預(yù)報檢測，以對掌子面前方的地質(zhì)情況進行分析評估。預(yù)報內(nèi)容為地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)構(gòu)造及地下水含量。預(yù)報長度110m。

2.2 地質(zhì)狀況

根據(jù)勘察資料，場地地層從上至下依次為：

（1） 第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml），主要由粘性土、灰?guī)r碎石、石英巖碎石、板巖碎塊及少量的生活建筑垃圾等組成的素填土;

（2） 第四系全新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）主要由稍濕的粉質(zhì)粘土，卵石組成;

（3） 震旦系長嶺子組板巖（Zwhc），長嶺子組上部為板巖夾黃色薄層泥灰?guī)r，局部夾薄層粘土質(zhì)粉晶灰?guī)r;

（4） 燕山期輝綠巖（βμ）。

2.3 數(shù)據(jù)采集與處理

本次測試安裝8個傳感器，左、右邊墻各4個;錘擊震源點共計12個，靠近掌子面的兩邊墻上各6個?？睖y范圍：豎向為隧道中心線上下各20m，橫向為隧道中心線左右各20m ，縱向為110m。圖1為數(shù)據(jù)采集軟件工作界面。圖2是軟件操作界面示意。

圖1 數(shù)據(jù)采集界面

Fig.1 Data Acquisition Interface

圖2 軟件操作界面

Fig.2 Software interface

2.4 分析結(jié)果

地震波波速圖，地震波層析掃描成像三維圖，圖中最上部分的條狀線顏色值從低到高，代表反射系數(shù)，地震波從高密度巖層向軟層傳播，反射系數(shù)為負(fù)，反之為正。

圖3 地震波波速圖

Fig.3 Seismic wave velocity

圖4 層析反射成像圖

Fig.2 Reflection tomography Image

2.5 預(yù)報結(jié)論與建議

通過對地震波波速，地震波反射掃描成像三維圖及掌子面資料分析，可以得出如下結(jié)論：

（1） DK7+255.88～DK7+312.88段：該段巖層巖體較破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，圍巖變化很小。

（2） DK7+312.88～DK7+365.88段：該段巖層巖體極破碎，節(jié)理裂隙很發(fā)育，可能會產(chǎn)生細小斷層，含有少量的地下水，施工時容易產(chǎn)生掉塊，加強初期支護和排水工作。

（3） 由于車站為兩端對向開挖，進行TSP探測時，另一端DK7+312.88～DK7+365.88里程段已經(jīng)進行了導(dǎo)洞施工，完成了初期支護。相當(dāng)于人為提高了該段的反射系數(shù)，測試結(jié)果顯示該段破碎程度明顯增大，但不是巖層的破碎，而是反射波作用到初支上的結(jié)果。

2.6 TSP的優(yōu)缺點

（1） 優(yōu)點：

① 采用三維數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠清晰直觀的反映地質(zhì)體的異常情況，能有效地對反射異常區(qū)域進行識別解釋。

② 在數(shù)據(jù)采集上實現(xiàn)無線傳輸，更為有效快捷。

③ 不使用炸藥作為震源，減少了對隧道圍巖產(chǎn)生的擠壓破壞。

（2） 缺點：TSP系統(tǒng)要在三維空間內(nèi)布置傳感器，因此必須使用升降設(shè)備將傳感器安裝在隧道的拱頂、拱腰等位置，而且必須測量出TSP的三維大地坐標(biāo)（精確到10 cm 以內(nèi)），這給預(yù)報作業(yè)又增加了一定的難度。另外，TSP采用錘擊震源激發(fā)地震波，要求傳感器靈敏度高以便更好地接受地震波信號，但是傳感器接收到的外界干擾噪聲的能量與采集信號的靈敏度高低是成正比的， 如何消除干擾是有待解決的問題[3]。

2.7 在本工程中還將TSP與地質(zhì)雷達（GPR）結(jié)合使用

GPR一般用作距離為30米以內(nèi)的短距離預(yù)測，地質(zhì)雷達是目前分辨率最高的工程地球物理方法，對于斷層帶特別是含水帶與破碎帶有較高的識別能力，而且操作方便，占用施工時間少，處理數(shù)據(jù)速度快[4]。對于地鐵工程，由于埋深較淺，采用地質(zhì)雷達可以直接探測到地下部分的地質(zhì)狀況。

表1 TSP與GPR比較

Table 1 TSP compared with the GPR

TSP

GPR

預(yù)測距離

100～150m

30m以下

特點

對含水體效果差，TSP能描繪到隧道水平和垂直方向的所有異常。對于斜交隧道（尤其是大角度斜交隧道）的裂隙可能沒有反映。對于所描繪的傾斜裂隙，會低估它們的距離。

對破碎帶，空洞，含水體效果好，預(yù)測距離短。

本工程中GPR的預(yù)測結(jié)論為：

（1） 由于施工段位于市區(qū)，探測區(qū)內(nèi)地下管線較多，表現(xiàn)為雷達圖像地表部分較多異常;探測范圍內(nèi)深部暫未發(fā)現(xiàn)異常體。

（2） 探測剖面中顯示2車站地下導(dǎo)洞C1-C2段的6-50m基層有輕微破壞，建議在1站-2站整個施工段爆破施工中，加強支護和監(jiān)測。

地鐵工程一般位于城市的繁華地段，大部分城市都有錯綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)，甚至是地下商場等隱蔽性建（構(gòu)）筑物。 施工過程具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等突出的特點， 又因其復(fù)雜的地質(zhì)和外部情況，給施工帶來了諸多不便，如果地質(zhì)狀況不良，施工措施不當(dāng)，將有可能引起重大的安全事故。因此將短距離預(yù)測與長距離預(yù)測相結(jié)合，可以得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果，能夠更有效地反映地下的真實狀況。

3 結(jié)論

第9篇：隧道工程的優(yōu)缺點范文

Abstract： In the public underground works， because of underground obstacles and restrictions of surrounding environment， shallow tunneling method is usually used. Its prominent advantage is suitable for urban soft formations， does not affect the city traffic， no pollution， no noise， and is suitable for a variety of sizes and section forms of the tunnel cavern. Combined with the construction practice of Zhengzhou Metro Line-1 02-contract section Zhengzhou University-Eastern Zhongyuan road station underground-cut section tunnel， this paper studied the construction technique of shallow tunneling method for tunnel earth excavation， introduced the construction technique and method of up and down stairs ring reservation core soil method and CRD method.

關(guān)鍵詞：淺埋暗挖法；優(yōu)勢；地鐵隧道；土方開挖；臺階法；CRD法

Key words： shallow tunneling method；advantage；subway tunnel；earth excavation；step method；CRD method

中圖分類號：TU761 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2015）12-0146-03

0 引言

傳統(tǒng)地鐵隧道土方施工方案一方面會煩擾正常行車秩序，破壞環(huán)境；另一方面，需要拆遷一部分管線和建筑物，成本昂貴，材料難以靈活周轉(zhuǎn)。尤其是租賃或購置盾構(gòu)機械需要一大筆費用，整套工程項目耗資巨大。淺埋暗挖法是在距離地表較近的地層暗挖地下洞室的施工方法。相較于傳統(tǒng)工法來說，采用淺埋暗挖法開展隧道施工，可以保證大部分地上的管線、設(shè)備、建筑等的正常秩序，無需過多搬遷地上設(shè)備，不污染環(huán)境，也不擾民，總之這套工法兼容性極強，具有傳統(tǒng)工法不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢。

1 淺埋地下工程基本概念

1.1 淺埋隧道的定義

①鐵路隧道。對于單線或雙線隧道洞頂埋深小于：Ⅵ級圍巖35～40m，Ⅴ級圍巖18～25m，Ⅳ級圍巖10～14m，Ⅲ級圍巖5～7m，為淺埋隧道。

②城市地鐵。覆跨比H/D在0.6～1.5m時為淺埋，在0.6m以下時為超淺埋。

1.2 淺埋隧道特點

埋深淺是淺埋隧道的顯著特點。施作地鐵隧道難免引起地層損失，繼而導(dǎo)致地面小幅度移動，嚴(yán)重影響了周邊環(huán)境的正常秩序，鑒于此，應(yīng)適當(dāng)提高開挖、支護、襯砌、排水、注漿等工序的技術(shù)指標(biāo)施工難度。

1.3 淺埋地下工程的施工方法

目前業(yè)界常用盾構(gòu)法、蓋挖法、明挖法和淺埋暗挖法施作地鐵隧道。表1按照“場地占用情況、斷面、深度”等幾個維度，總結(jié)了各種工法的的優(yōu)缺點。

2 淺埋暗挖法原理和特點

淺埋暗挖法是一種基于新奧法施工原理延伸而來的合配套施工工法。它通過多種加固技術(shù)措施來提高圍巖穩(wěn)固性。利用圍巖自身的承載力來支護開挖后的隧道，并封閉成環(huán)，使圍巖結(jié)構(gòu)與支護結(jié)構(gòu)形成一套能夠控制圍巖變形的聯(lián)合支護體系。這套工法在新奧法原理基礎(chǔ)上提出了新的信息化量測設(shè)計與施工理念，應(yīng)用先柔后剛復(fù)合式襯砌新型支護結(jié)構(gòu)，以全部承擔(dān)基本荷載為基準(zhǔn)設(shè)計初期支護，將二次模筑襯砌作為安全儲備，前后兩次支護共同承擔(dān)特殊荷載。在實際施工中，須嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”十靈活運用這套工法。

淺埋暗挖法常用在第四紀(jì)軟弱地層的地下施工項目上，圍巖本身欠缺穩(wěn)固性，地表沉降極易導(dǎo)致圍巖松散、變形。為避免此類現(xiàn)象出現(xiàn)，必須及時、適當(dāng)?shù)卦黾映跗谥ёo的剛度。在圖1所示的特征曲線中，C點距離A點越近越好，距離越近，支護結(jié)構(gòu)的承載力越強，可有效減少圍巖的自承載。

3 淺埋暗挖法施工方法

本文結(jié)合鄭州地鐵1號線02合同段鄭～中暗挖區(qū)間土方開挖的施工實踐，對土方施工臺階法和CRD法的施工方法、施工工藝進行分析。

4 工程概況

鄭州大學(xué)站～中原東路站區(qū)間沿中原東路自西向東布置，區(qū)間隧道右線長511.1m，區(qū)間隧道左線長511.101m，共計1022.201m。隧道頂覆土厚度9.4m～10.6m。區(qū)間所在地層主要為粉土層，含少量粉砂。區(qū)間左右線間距13m～13.4m。左線共設(shè)置兩組平曲線，半徑均為3000m。區(qū)間隧道最大縱坡4.17‰，最小縱坡2.0‰，最小豎曲線半徑3000m。區(qū)間隧道設(shè)計為單洞單線馬蹄形暗挖結(jié)構(gòu)形式，區(qū)間主要分為Ⅵ級圍巖斷面和人防段斷面兩種斷面類型，Ⅵ級圍巖斷面采用上下臺階環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，人防段采用CRD法進行施工。

5 臺階法施工

臺階法是最基本、運用最廣泛的施工方法，而且是實現(xiàn)其它施工方法的重要手段。當(dāng)開挖斷面較高時可進行多臺階施工，每層臺階的高度常用3m～5m，或以人站立方便操作選擇臺階高度。根據(jù)臺階的長度可分為以下幾種類型：

長臺階：長臺階對掌子面的穩(wěn)定有利，但施工的干擾大；上臺階上設(shè)備、材料困難；上臺階向下臺階出碴困難；不能及時封閉成環(huán)，有時不得不在上臺階底板上作臨時仰拱，這種方法在一般情況下不宜采用。

階：階的特點介于上臺階和短臺階之間，由于臺階有一定長度，當(dāng)拱部錨桿和初期支護壁后注漿工作量大時可減少和上臺階開挖的施工干擾。由于上臺階的距離不長，噴砼和注漿設(shè)備仍可放在下臺階。

短臺階：在土質(zhì)隧道中上臺階不必上大型設(shè)備，而且從上臺階向下臺階運土的距離短，下半段能在6～10m內(nèi)封閉成環(huán)，也能保證圍巖開挖后的穩(wěn)定，這種臺階長度在城市地鐵的第四系地層中普遍采用。

微臺階：在滿足掌子面開挖穩(wěn)定要求、滿足開挖下臺階時噴砼的強度和方便施工的原則下進行選擇，一般為3～4m。當(dāng)使用反向挖掘機開挖裝碴時，上臺階大部分可利用該機進行挖、裝，可以提高施工速度。

本區(qū)間Ⅵ級圍巖斷面采用臺階法，主要施工工藝流程如圖4、圖5所示。

主要施工方法如圖6所示。

6 CRD法

CRD是“Center Cross Diaphragm”的縮寫，即交叉中隔墻法。

CRD法實際上是左右分塊、上下分臺的開挖方法，將大斷面分割成小斷面施工，逐步封閉成環(huán)，各個施工階段自成一套結(jié)構(gòu)均勻的受力系統(tǒng)。CRD法模筑砼施工方案，即先實施支承替換法施作底板，將中壁分段拆除，設(shè)防水板和施工底板，再用支撐恢復(fù)中壁，最后將中壁即臨時仰拱按段依次拆掉，由初期支護承受荷載來進行墻、拱襯砌。這樣一來，不僅大幅度提高了支護體系的安全系數(shù)，有效控制了地表沉降量，同時減少了中隔壁和臨時仰拱施工和拆除的麻煩。CRD法的施工工藝流程見圖7。CRD法施工方法見圖8。

7 結(jié)束語

淺埋暗挖法作為噴錨暗挖法隧道施工的一種，與新奧法相比，未考慮利用圍巖的自承能力，更強調(diào)地層的預(yù)支護和預(yù)加固，適合于城市地區(qū)隧道埋深小、松散土質(zhì)圍巖條件下、通過控制地表沉降來建造地鐵隧道。解決了城市隧道由于地下障礙物及周圍環(huán)境（如地表拆遷量大等）等影響無法使用盾構(gòu)施工、明挖施工時的諸多難題。通過鄭～中暗挖隧道的施工實踐，深入的了解了淺埋暗挖法臺階法、CRD法施工工藝和施工方法，為淺埋暗挖法小斷面隧道施工積累了豐富的施工經(jīng)驗，收集了大量的施工指導(dǎo)數(shù)據(jù)，為今后類似地鐵暗挖隧道施工具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻：

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