长沙理工大学隧道工程讲义

隧道工程讲义第一讲绪论一、隧道的基本概念及工程概述隧道的施工方法，隧道的支护结构，隧道的防排水系统，隧道的附属结构，隧道的路基。二、隧道的种类及其作用1.隧道的定义：1970年OECD（世界经济合作与发展组织）隧道会议从技术方面将隧道定义为：以任何方式修建，最终使用于地表面以下的条形建筑物，其空间内部净空断面在2m2以上者均为隧道。2.隧道的种类：1）地质条件：土质隧道和石质隧道2）埋置深度：浅埋隧道和深埋隧道3）横断面积大小：极小断面隧道（2~3m2）；小断面隧道（3~10m2）；中等断面隧道（10~50m2）；大断面隧道（50~100m2）；特大断面隧道（>100m2）4）隧道长度：短隧道（铁路隧道规定：L≤500m；公路隧道规定：L≤250m）；中长隧道（铁路隧道规定：500m10000m；公路隧道规定：L>3000m）5）隧道所在的位置：山岭隧道；水底隧道和城市隧道6）用途：交通隧道；水工隧道；市政隧道；矿山隧道3.隧道的作用1）交通隧道：铁路隧道；公路隧道；水底隧道；地下铁道；航运隧道；人行地道。2）水工隧道：引水隧道；排水隧道；导流隧道或泄洪隧道；排砂隧道。3）市政隧道：给水隧道；污水隧道；管路隧道；线路隧道；人防隧道。4）矿山隧道：运输巷道；给水隧道；通风隧道。三、隧道的发展历程1.隧道工程的历史隧道的生产和发展过程与人类的文明历史相呼应的，大致可以分为四个时代：第一个时代：原始时代，公元前3000年前的新石器时代，主要用兽骨等工具开挖出洞穴而加以利用。第二个时代：古代时期，公元前3000年到5世纪止，文明黎明时代，这是一个为生活和军事防御目的而利用隧道的时代。例如：我国长沙的楚墓，洛阳的汉墓等，埃及金字塔的地下工程建设，古代巴比伦王朝修建的一条1km长的横断幼发拉底河连接宫殿和寺院的水底隧道。罗马时代也修建了很多隧道，有的至今还在使用。 第三个时代：中世纪时代。约从5世纪到14世纪的1000年左右。这个时期为欧洲文明的低潮时期，但是由于对金属的需求，进行了矿石开采。第四个时代：近代和现代。从16世纪以后的产业革命开始的时代。由于炸药的发明和应用，加速了地下工程的发展。如：矿物开采、运河隧道、地下铁道、上下水道等，使地下空间利用的范围迅速扩大。1.我国隧道工程的发展和成就A.长隧道B.不良地质条件下修建的隧道2.国外隧道的发展情况地铁，轻轨，联合掘进机，欧洲预切施工法，冻结法，日本静态破碎剂进行安全无公害爆破，地下工程沉陷问题已经取得了可喜的成绩。总体来看，隧道结构还比较粗大厚实，施工环境恶劣，工人劳动强度大，工程进度较和工程造价较高。围岩性质还没有摸透，施工技术水平和管理方法还比较落后，人力和物力的消耗和浪费都较大。第二讲隧道勘测隧道勘测1.隧道勘测的一般规定1）制定勘测计划2）勘测资料应完备3）勘测的两个阶段（设计阶段的勘测和施工阶段的勘测）4）评价隧道工程对环境可能造成的影响。2.调查测绘1）隧道工程调查的内容（1）自然概况（2）工程地质特征（3）水文地质特征（4）不良地质地段（5）地震基本烈度等级（6）气象资料（7）施工条件（8）工程环境评价报告2）地形、地质调查（1）施工前各阶段的地形与地质调查内容 （2）施工中地质调查应完成的任务（3）施工前三阶段勘察的目标内容a.可行性研究勘察（包括预可行性研究和工程可行性研究）b.初步勘察（选择隧道位置和初步确定围岩类别）c.详细勘察d.水文勘察3）详勘应提供的资料，即隧道工程测绘遵守的规定（1）按设计阶段要求搜集或测绘地形图、纵断面图、横断面图；（2）测绘资料的图纸内容需反映隧道所在地的工程地质和水文地质情况；（3）在隧道洞口和辅助坑道口的附近，按规定设置必要的平面控制点和水准点；（4）测绘资料符合规定的精度要求。4）长隧道、特长隧道和地质条件复杂的隧道调查工作查明区域地质构造及工程地质、水文地质条件。5）设计阶段地质调查6）施工阶段地质调查A．核定地质构造、岩性等，判断有无地下水；、B．及时预测和解决施工中遇到的工程地质及水文地质问题；C．为验证修改设计提供依据。每次爆破以后开挖工作面观察并素描的主要内容有：a.地层、岩石分布、岩层走向、倾角；b.固结程度、风化及变质程度、软硬程度；c.裂隙方向及频率、充填物及性质；d.断层位置及走向、倾角、破碎程度；e.涌水位置及涌水量；f.坍塌位置及形态。7）工程评价及处理措施A．围岩自稳性；B．隧道涌水量、涌水压力、突然涌水等；C．岩土膨胀压力；D．滑坡、偏压；E．围岩状态和土压特性；F．高地应力区应力场；G．瓦斯、岩溶、人为坑洞等。第三讲隧道位置的选择一、概述 根据地形条件，在绕行方案、路堑方案、隧道方案等比较中，选择线路平缓顺直、病害少、维修简单、缩短线路、节省运输时间，并且最大限度地减少道路修建对自然植被的破坏。隧道位置选择的原则：一、按地形及地质条件进行选择洞身位置1.按地形条件进行选择1）高程障碍：（1）绕行方案优点：工程容易，工期较短，工程费用也较少。缺点：势必延长路线，增加日后长期的运程；路线弯道增多，曲线半径也可能减少，对后续技术改造带来困难。从长远利益来看，这一方案不可取。（2）深堑方案优点：展线长度比绕行方案略短。缺点：急弯陡坡仍然很多。（3）隧道方案优点：它能使线路平缓顺直，缩短运程，战争时期将是良好的掩护所。缺点：修建隧道可能工程要大一些，工期也会长一些，造价也可能更大。2）平面障碍（1）沿河傍山绕行方案（2）越岭隧道直穿方案2.按地质条件进行选择1）单斜构造与隧道位置的选择单斜构造的岩层大体平行且有同一倾角。常见的工程地质问题为不均匀的地层压力、偏压、顺层滑动等现象，故隧道中线以垂直走向穿越最为有利。（1）水平或缓倾角岩层 （1）陡倾角岩层（2）直立岩层1）褶皱构造与隧道位置的选择2）断裂构造、接触带与隧道位置的选择 1）不良地质的影响在地质条件进行隧道位置选择时，最重要的影响因素是不良地质。不良地质系指：滑坡、错落、崩塌、岩堆、危岩、落石、岩溶、陷穴、泥石流、流砂、断层、褶皱、涌水及第四纪堆积层等不良地段。（1）滑坡地区A．采用隧道避开滑坡时，应使隧道洞身埋藏在滑床（可能活动面）以下一定厚度的稳固地层中，以确保施工及运营过程中滑坡滑动时不致影响隧道安全；当隧道通过古滑坡体时，应充分预计到不致因施工开挖和运营中认为因素导致古滑坡体的复活。B．当隧道或明洞必须通过滑坡体时，应在查明滑坡的成因、性质、类型、构造的基础上，采取上部减载，下部支挡，抗滑桩（墙），地表及地下排水，加强衬砌结构等工程措施，在能确保滑坡稳定的情况下，才允许隧道或明洞通过。C．当隧道穿山坡进洞，通过不稳定并有软弱夹层的岩体时，多有引起山体滑动的可能。当隧道通过时，宜避开软弱面（夹层）而将其置于可能滑动面以下一定深度处并应有足够的覆盖厚度，对可能产生的危害必须采取相应的工程措施，以防患于未然。（2）岩堆、崩塌、错落、堆积层以及危岩落石地区 （1）泥石流当采用隧道与明洞方案比较时，一般以隧道方案通过较为安全可靠，在决定隧道位置时应使洞身置于基岩中或稳定的地层内，其顶板覆盖厚度应充分考虑如下因素对隧道产生的最不利影响：A．预计河床（主河谷和本沟）最大下切及侵蚀基准面对隧道的影响；B．泥石流可能的改道和变迁对洞身的影响；C．充分预计隧道防排水的处理难以达到要求或泥石流沟床顶板塌顶等危害最不利情况时的影响；D．施工爆破可能带来的危害，如顶板塌陷引起超载等对施工、衬砌结构安全等的影响。（2）溶洞地区（3）瓦斯地区（4）黄土地区1）不良水文地质影响（1）地下水（2）地温一、按线路类别进行选择1．越岭线上隧道位置的选择越岭线路的特点是要克服很大的高差，线路长度和平面位置又取决于线路纵坡。 越岭隧道主要应解决的问题是：垭口的选择、过岭高程的确定、垭口两侧线路展线方案的布局，这三者是相互联系又相互影响的。跨越分水岭是无法绕行的，惟一的方法就是以隧道通过。选择越岭隧道的位置时，应在附近较大范围内，对各个垭口普遍进行调查，弄清各个垭口的高程和垭口处的地质和水文地质条件。还要对垭口两侧的沟谷地势，山体厚薄，山坡台的分布情况，做出详细的调查。然后，选择一个最恰当的垭口把隧道定在最合适的高程上。1）隧道平面位置的选择垭口：当线路必须跨越分水岭时，分水岭的山脊线上总会有一些高程较底处，称之为垭口。垭口是选定越岭隧道线路方案的控制点。选择垭口时，可由面到线，由线到点，由近到远，由底到高，寻找可能穿越的各个垭口进行研究。…….除了考虑平面位置外，还要考虑垭口两端沟谷的分布情况和台地的开敞程度，主沟高程是否相差不大和沟谷是否靠近，以便设计必要的展现。2）隧道立面位置的选择1．河谷线上隧道位置的选择第四讲隧道方案比较和隧道洞口位置的选定一、隧道方案比较（一）隧道方案与明堑比较1.经济和技术上的比较2.安全条件比较（二）隧道方案与跨河建桥方案的比较（三）双线单隧道和单线两隧道的比较（四）长隧道与短隧道群方案的比较（五）对相关工程的考虑二、隧道洞口位置的选定（一）选择洞口位置的原则几点经验：1.洞口应尽可能地设在山体稳定、地质比较好地下水不太丰富的地方。避开不良地质，如遇不良地质地段，宜早进洞或加接明洞，还可以设柔性钢丝网防护，对于有些大型危石或集中落石地区，根据具体情况分别采用清除、支顶、锚杆、锚索加固等措施处理，保证隧道运营安全。2.洞口不宜设在垭口沟谷中心或沟底低洼处，不要与水争路。洞口最好放在沟谷一侧，让出沟心，流出泄水的通路。3. 洞口应尽可能设在线路与地形等高线相垂直的地方，使隧道正面进入山体，洞门结构物不至于受到偏侧压力。切忌隧道中线与地形等高线平行。1.当线路位于有可能被淹没的河滩上或水库回水影响范围以内时，隧道洞口标高应在洪水位以上，并加上波浪高度，以防洪水倒灌到隧道中去。2.为了保证洞口的稳定和安全，边坡及仰坡均不宜开挖过高，不宜使山体扰动太甚，也不宜新开出的暴露面太大。3.若洞口附近遇有水沟或水渠横跨线路时，应慎重处理，当线路横沟进洞时，设置桥涵净空不宜太小，以免后患。4.若洞口前方岩壁陡立，基岩裸露，此时，最好不刷动原生坡面，不挖开山体。可以贴壁进洞，只把洞门墙留出一定的空挡，用以挡截小量的剥落碎块即可。5.洞口以外必须留有生产活动的场所。（一）用作图方法确定进洞里程和洞口边、仰坡开挖线。 第五讲隧道平纵断面设计和净空断面横断面设计一、公路隧道的平面线形和纵断面线形（一）隧道的平面设计隧道的平面线形除应满足《公路工程技术标准》规定以外，还应考虑到由于隧道内的运营和养护条件比洞外明线差的特点，应适当提高线形标准。当必须设置曲线时，其半径也不宜小于不设超高的平面曲线半径。有两个问题应当引起注意：小半径曲线，超高。如果设置小半径曲线，会产生视距问题，为确保视距，势必要加宽隧道断面。设置超高时，车辆倾斜，也会导致断面的加宽。隧道断面加宽，一方面要增加工程费用，另一方面使施工变得困难。加宽后的断面不统一，以及不同断面之间的相互过渡都给隧道施工带来困难。由于隧道内一般是禁止超车的，只能采用停车视距，设计时根据停车视距可以换算出设置曲线时的不加宽最小平面曲线半径。曲线隧道即使不加宽，在测量、衬砌、内装、吊顶等工序上也会变得复杂。此外，曲线隧道增加了通风阻抗，对自然通风不利。单向行驶的长隧道，如果在出口一侧放入大半径平曲线，面向驾驶者的出口墙壁亮度是逐渐增加的。尤其是当出口处阳光可以直接射入，以及洞门面向大海等亮度高的场合，此时曲线线形反而是设计所希望的。如果长大隧道需要利用竖井、斜井通风时，在线形上应考虑便于设置。（二）隧道纵断面设计公路隧道的纵坡以不妨碍排水的缓坡为宜。隧道内线路坡度可设置为单向坡（越岭线路的展线及沿河线隧道中）或人字坡（越岭隧道）。（优缺点：施工，通风，排水）控制隧道纵坡主要因素之一是通风问题，一般把纵坡控制在2%为好。（为何？）当隧道采用单坡时，纵坡不宜大于3%。当涌水量较大时应考虑减缓纵坡。采用人字形坡，施工涌水容易排出，但通风条件稍差，因此，一般把纵坡控制在1%以下为宜。以不妨碍排水的缓坡为宜。在隧道内采用平坡也是不可取的，应尽量避免。规范规定：“隧道内纵坡不应小于0.3%”。隧道纵坡变更处应根据视距要求设置竖曲线，其半径和竖曲线的最小长度应符合要求（表3.2）。为了提高视线的诱导作用及满足乘客乘坐舒适，在隧道中尽可能考虑选用较大竖曲线半径和竖曲线长度。（三）隧道接线 隧道洞口连接线的平面及纵断面线形应与隧道线形相配合，应当有足够的视距和行驶安全。尤其在进口一侧，需要在足够的距离外能够识别隧道洞口。（注视点，注视时间）。从注视点到洞口采用通视线形极为重要。在洞口及其附近放入平面曲线或是竖曲线的变更点时，应以不妨碍观察隧道，且保证有足够的注视时间为最低限度。隧道两端平面线形和路线线形相一致的最小长度规定（表3.5）隧道两端的接线纵坡应有一段距离与隧道纵坡保持一致，以满足设置竖曲线和保证各级公路停车或会车视距的要求。隧道净宽与公路路基宽度不一致时设计引线还应考虑到接近洞口的桥梁、路堤等。一、铁路隧道的平面线形和纵断面线形（一）隧道的平面设计位于曲线上的隧道的缺点：加宽（圬工量），尺寸不一致（技术复杂），空气阻力（牵引损失），离心力和空气潮湿（养护工作量），通风条件（有害气体），需要经常检查线路平面和水平（维护作业度和难度），洞内施工测量（操作复杂，精度降低）。隧道必须设置曲线时，应注意以下方面的问题：1.尽可能采用较短曲线，或是半径较大的曲线，且将曲线设置在隧道洞口附近为宜，使曲线的影响小一些；2.在曲线两端应设缓和曲线时，最好不使洞口恰恰落在缓和曲线上。因为缓和曲线在平面上半径总在改变，竖向的外轨超高也在变化，这样，在双重变化下，列车行驶不平稳，所以，应尽可能将缓和曲线设在洞外；3.隧道内若设置圆曲线，其长度不应短于一节车厢的长度；4.在一座隧道内最好不设一个以上的曲线，尤其是不宜设置反向曲线或复合曲线。如果列车同时跨在两个两个曲线上时，行使很不稳当；5.当必须设置两条曲线时，两曲线间应有足够长的夹直线，一般要求在3倍车辆长度以上。（二）隧道纵断面设计1.坡道形式2.坡度大小《铁路隧道设计规范》规定，隧道内线路不得设置为平坡，最小的允许坡度应不小于3‰，在最冷月平均气温低于-5℃的地区和地下水发育的隧道宜适当加大坡度。3.坡段长度隧道内的线路坡段不宜太短，因为坡段太短就意味着变坡点多而密集，列车行驶就不平稳，司机操纵要随时调整。隧道内线路的坡形单一，但不宜把坡段定得太长，尤其是单坡隧道。4.坡段联接二、公路隧道净空断面横断面设计 一、铁路隧道净空断面横断面设计二、隧道衬砌的其他构造要求1.隧道洞口段，比隧道中段受力复杂，除了受有横向的竖直与荷载以外，还受有纵向的推力荷载。所以，规范规定隧道洞口段应设置加强衬砌，并宜与洞身整体砌筑，其长度应根据地质、地形等条件确定；2.围岩较差的地段的衬砌应向围岩较好地段延伸5~10m；3.偏压衬砌段应延伸至一般衬砌段内5m以上；4.对衬砌有不良影响的硬软地层分界处，应设置变形缝；5.运营通风洞、联络通道等与主隧道连接处的衬砌设计应做加强处理。第六讲衬砌内轮廓线及几何尺寸拟定设计衬砌断面主要解决内轮廓线、轴线和厚度3个问题。衬砌断面的内轮廓线应尽可能地接近建筑限界，力求开挖和衬砌的数量很小。衬砌内表面力求平顺（受力条件有利），还应考虑衬砌施工的简便。衬砌断面的轴线应当尽量与断面压力曲线重合，是各截面主要承受压应力。根据以往的经验，拱圈可以采取等截面，也可采取在拱脚部分加厚20%~50%的变截面。仰拱的厚度一般略小于拱顶厚度（？），但从施工和衬砌质量要求出发，一般不应小于规定的最小厚度。一、衬砌断面1.衬砌内轮廓线2.衬砌外轮廓线，又称最小开挖线3.实际开挖线（10cm）二、道路隧道衬砌内轮廓线的求法1.圆形断面0.1m余裕量圆形断面常常用于盾构法和水下隧道、膨胀性围岩以及接近圆形的山岭隧道。2.直墙式三心圆拱，适用于无明显断层和围岩结构完整的地质条件。3.曲墙式（顶板以上设置通风道时）一般通风道都设置在顶板以上，如果设在路面板以下，则车道板必须采用钢筋混凝土结构，造价很高，既不经济也无必要。设置通风道的原则是既要使通风道断面积小，又要使内轮廓线与建筑限界侧墙部分的剩余空间最小，还要使拱部与侧墙为内轮廓线过渡圆滑，适合受力特点。三、衬砌断面几何尺寸的拟定 一、道路隧道勘测设计文件的内容和组成第七讲隧道结构构造一、洞身衬砌（一）衬砌结构的类型1.直墙式衬砌直墙衬砌，连拱边墙或柱式边墙衬砌，大拱脚薄边墙衬砌2.曲墙式衬砌3.喷射混凝土衬砌、锚喷衬砌及复合式衬砌4.偏压衬砌5.喇叭口隧道衬砌6.圆形衬砌7.矩形衬砌（二）支护结构1.整体式衬砌施工，3级及其以上围岩因拱部围岩荷载较小，临时支撑可撤走，超挖空间容易回填密实，不易形成偏载，可采用等截面形式，一般采用直墙式，3级以下采用变截面形式。严寒地区，不管围岩等级如何，只要有地下水存在，衬砌形式应采用曲墙式衬砌。特别要强调根据情况设置伸缩缝，防止或减少衬砌因温度降低而收缩，引起衬砌开裂和破坏，造成病害。4级及其以下围岩，曲墙带仰拱的衬砌。设置仰拱不仅…..内轮廓…..2.复合式衬砌3.锚喷衬砌当围岩良好、完整、稳定的地段，如2级及以上，只需采用喷射混凝土衬砌即可，此时喷射混凝土的作用为：在层状围岩中，当围岩呈块（石）碎（石）状镶嵌结构，稳定性比较差时，锚喷混凝土的主要作用原理是整体加固作用。内轮廓线，宜采用曲墙式断面形式。除了考虑锚喷变形量外，宜预留20cm。在某些不良地质、大面积涌水地段和特殊地段，不宜采用锚喷衬砌作为永久衬砌。…..不宜采用锚喷支护作为永久衬砌的情况还包括： 一、洞门（一）概述（二）洞门与洞口段…..1.端墙式洞门2.翼墙式洞门3.环框式洞门4.遮光棚式洞门（三）隧道洞门构造二、明洞（一）拱形明洞1.路堑对称型2.路堑偏压型3.半路堑偏压型4.半路堑单压型（二）棚式明洞1.墙式棚洞（墙式棚式明洞）2.刚架式棚洞3.柱式棚洞悬臂式棚洞（三）明洞基础（四）明洞填土第八讲隧道结构构造一、辅助通道（一）一般规定1.辅助通道有两类：1）为满足公路隧道营运时通风、救援的需要而设的营运辅助通道，2）为增加开挖面加快施工进度而设的施工辅助通道。2.一般情况下，隧道长度是选设辅助通道的基本条件。从当前的施工技术水平和机具设备来看，当隧道长度在3km及以上时，为满足工期要求，同时结合营运通风、救灾的要求需设置辅助通道。3.设置辅助通道的目的，主要是增加开挖面加快施工进度，而影响进度的关键多在于出渣速度。4. 斜井、平行导坑在一侧应留有宽度不小于0.75m的人行道，另一侧应设不小于0.25m的间隙宽度；运送车辆停车处，在一侧应留有宽度不小于1.0m的人行道；轨道运输时，两条轨道中心线之间的距离应大于0.2m；有摘挂钩作业的车场，两列列车车体最突出部分之间的间隙不得小于0.7m；1.近年来修建的长隧道，很多都采用了辅助通道。竣工营运后除少数利用外，多数废弃，仅做了洞口的封闭工程，在营运中往往发生病害，以致危及行车安全。因此对辅助的支护，不能仅仅从施工阶段安全的角度出发，还应保证主洞营运安全。所以，要求设计时对不予利用而可能造成各种病害的辅助通道进行妥善处理。2.隧道施工中的弃渣、废气、废水、噪声都会给环境造成不良影响，特别是弃渣堵塞水道、河道，造成水患和占用农田的事常有发生。辅助通道洞（井）口选位和设计、施工场地布置及弃渣处理等应与环境保护、道路交通总体布置相协调。3.采用竖井和斜井作辅助通道时，地下水的排出直接影响到工程的进度、造价及施工安全，因此在勘测设计过程中应切实了解和掌握地下水的情况，并根据涌水量的大小和施工组织安排及有关规定，确定井下泵房、水仓等排水系统的设置。（一）竖井（二）斜井（三）平行导坑与横洞一、内装、顶棚及路面（一）内装（二）顶棚（三）路面（四）噪声的消减二、隧道的防水与排水（一）一般规定（二）防水（三）排水（四）洞口与明洞防排水第九讲隧道围岩分级与围岩压力隧道围岩：是指地壳中受隧道开挖影响的那一部分岩体，或是指隧道（坑道）周围一定范围内，对隧道（坑道）稳定性能产生影响的岩（土）体。一、隧道围岩分级及其应用判断隧道围岩的稳定性，并针对围岩稳定的程度制定相应的工程措施（最佳的施工方法和支护结构），是研究隧道地质环境需要解决的两个问题。对此，工程界历来都并存着两种截然不同的方法可供采用：经验方法和理论方法。 所谓经验方法就是根据以往的工程经验对施工方法和支护结构这两个问题作出决策，其依据就是隧道围岩稳定性分级。隧道围岩分级是正确地进行隧道设计与施工的基础。一个较好的、符合地下工程实际情况的围岩分级，对改善地下结构设计，发展新的隧道施工工艺，降低工程造价，多快好省地修建隧道，有着十分重要的意义。（一）以岩石强度或岩石的物性指标为代表的分级方法（二）以岩体构造、岩性特征为代表的分级方法（三）与地质勘探手段相联系的分级方法（四）以多种因素进行组合的分级方法（五）以工程对象为代表的分级方法（六）我国公路隧道围岩分级一、围岩压力的确定（一）围岩压力分类1.松动压力由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力的形式直接作用在支护结构上，产生的压力称为松动压力。松动压力按其作用在支护结构上的位置不同，分为竖向压力、侧向压力和底压力。2.形变压力由于围岩变形受到与之密贴的支护结构（如锚喷支护等）的抑制，而使围岩对支护结构施加的接触压力。形变压力除了与围岩应力状态有关外，还与支护时间和支护刚度有关。3.膨胀压力当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时，由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的压力称为膨胀压力。它与形变压力的基本区别在于它是由围岩吸水膨胀引起的。4.冲击压力冲击压力是指围岩中积累了大量的弹性变形能之后，由于隧道的开挖，围岩约束被解除，能量突然释放所产生的压力。（二）围岩压力的产生1.围岩的初始地应力场2.隧道开挖后的应力场（三）围岩压力的确定方法围岩压力的确定目前常用有以下三种方法：直接量测法经验法或工程类比法理论估算法 1.深埋隧道围岩压力的确定Ⅰ~Ⅳ级围岩中的深埋隧道，围岩压力为主要形变压力，其值可按释放荷载计算。Ⅳ~Ⅵ级围岩中深埋隧道的围岩压力为松散荷载时，其垂直均布压力及水平均布压力可按下列公式计算：2.浅埋隧道围岩压力的计算3.围岩应力的现场量测第十讲围岩的二次应力场和位移场了解和认识围岩的二次应力场和位移场是支护结构设计的基础。影响围岩二次应力状态的因素是很多的，如围岩的初应力状态、岩体的结构因素（结构面、岩块组合形态等）、坑道形状和尺寸、埋深以及坑道施工技术等，要找出一种力学模型能包括上述众多因素，是非常困难的，合理的要求应该使抽象的力学模型能反映该工程条件下的主要因素。目前，研究隧道开挖后应力状态的理论，多是以下述假定为前提的：1.围岩为均质的各向同性的连续介质；2.只考虑自重造成的初始应力场；3.隧道形状以规则的圆形为主；4.隧道位于地表下一定的深度，问题简化为无限平面中的平面应变孔洞问题。隧道开挖后周围岩体中的应力、位移，视围岩强度可分为两种情况：1.弹性二次应力状态及位移状态；2.塑性二次应力状态及位移状态。一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态对于完整均匀坚硬的岩体，无论是分析围岩的应力和位移，或是评定隧道围岩的稳定性，采用弹性方法都是可以的。对于成层的和节理发育的岩体，如果层理或节理等不连续面的间距与所研究问题的尺寸相比是较小。则连续化的假定和弹性方法也是适用的。虽然实际隧道很少做成圆形，但对圆形隧道分析所得到的一切结论，在定性上不致失去其一般性。针对深埋圆形隧道的分析：ppt1ppt2公式：径向正应力：切向正应力：剪应力： 颈向位移：切向位移：（一）应力状态特征首先研究隧道周边（r=a）的应力状态，公式ppt3几点讨论：当λ=0时，公式当λ=1时，公式pp4几点讨论（二）位移状态特征公式一、隧道开挖后的塑性二次应力状态及位移状态在分析塑性区内的应力状态时，需要解决下述三个问题：1.确定形成塑性区变形的塑性判据或破坏准则；2.确定塑性区内的应力应变状态；3.确定塑性区范围。（一）判断围岩塑性状态公式（二）围岩塑性区范围的确定二、实例Pp5三、无支护坑道的稳定性及其破坏无支护坑道围岩的失稳破坏有三种形式：1.由于破碎岩体的自重作用，超过了它们脱离岩体的阻力而多在顶部、较少在侧壁处造成局部崩塌；2.由围岩应力重分布所造成的应力集中区域内的岩体强度破坏而形成的崩塌，一般发生在脆性岩体中，且在多数情况下，岩体破坏从坑道侧壁开始，同时岩体的破坏和位移也可能发生在顶部和底部；3.在塑性岩体中，稳定性的丧失是由于塑性变形的结果，即岩体产生了过度的位移，但无明显的破坏迹象。 众所周知，隧道围岩破坏机理十分复杂，目前，还没有从理论上建立起一个判别隧道围岩稳定性的标准方法。根据工程设计的实践经验，这个判据应包括三方面的内容；1.围岩的二次应力状态与岩体强度的关系；2.围岩位移状态和岩体变形能力的关系；3.围岩局部落石的稳定性。一、影响围岩稳定性的因素：1.地质因素（岩土体的结构状态，岩石的工程性质，地下水的作用和影响）2.施工因素（认为因素，施工因素，施工方法，埋深）第十一讲隧道结构计算一、引言共同变形理论，局部变形理论二、围岩的二次应力场和位移场了解和认识围岩的二次应力场和位移场是支护结构设计的基础。地下工程的一个重要的力学特性就是：地下工程是修建在应力岩体之中的，也就是在一定的应力履历和应力场的岩体中修建的。由于岩体的自重和地质构造作用，在开挖隧道前岩体中就已经存在着一定的地应力场，人们称之为围岩的初始应力场(又称原始地应力场)。它是经历了漫长的应力历史而逐渐形成的，并处于相对稳定和平衡状态之中。隧道开挖后，使得围岩在开挖边界处解除了约束，应力平衡失去，此时洞室周边的法向应力和剪应力都变为零，即=0，=0。其结果引起了洞室变形(这种变形系岩体卸载而发生的回弹变形)，产生应力重分布，形成围岩的新的应力平衡状态(应力场)，称为围岩二次应力场。由此可以看出，因开挖隧道而引起的围岩变形、破坏、应力传播等一切岩石力学现象无一不与围岩的初始应力场密切相关，都是初始应力场发展的延续。影响围岩二次应力状态的因素是很多的，如围岩的初应力状态、岩体的构造因素(结构面、岩块组合形态等)、坑道形状和尺寸、埋深以及坑道施工技术等，要找出一种力学模型能包括上述的众多因素，能够比较接近实际情况的将围岩二次应力场和位移场定量的计算出来，是非常困难的，合理的要求应该使抽象的力学模型能反映该工程条件下的主要因素。目前，研究隧道开挖后应力状态的理论，多是以下述假定为前提的：①围岩为均质的各向同性的连续介质；②只考虑自重造成的初始应力场；③隧道形状以规则的圆形为主；④隧道位于地表下一定的深度，问题简化为无限平面中的平面应变孔洞问题。隧道开挖后周围岩体中的应力、位移，视围岩强度可分为两种情况：一种是隧道开挖后围岩仍处在弹性状态，此时，隧道围岩除产生稍许松弛外(由于爆破造成的)，是稳定的，称之为弹性二次应力状态及位移状态；另一种是隧道开挖后，其周围一定范围内岩体的应力达到或超过岩体的屈服条件，此范围内的隧道围岩处于塑性甚至松弛状态，将产生塑性滑移、松弛或破坏，而在此范围以外的围岩仍处于弹性状态，称之为塑性二次应力状态及位移状态。下面就以上两种情况，分别加以介绍。一、隧道开挖后的弹性二次应力状态及位移状态对于完整均匀坚硬的岩体，无论是分析围岩的应力和位移，或是评定隧道围岩的稳定性，采用弹性方法都是可以的。 对于成层的和节理发育的岩体，如果层理或节理等不连续面的间距与所研究的问题的尺寸相比是较小的话，则连续化的假定和弹性方法也是适用的。虽然在实际铁路工程中隧道很少做成圆形的，但对圆形隧道分析所得到的一切结论，在定性上不致失去其一般性。尽管端部开挖面的约束作用使围岩二次应力场成为三维的，但如上所述，这种约束作用的影响距离较短，隧道长度与其横截面尺寸相比又小得多，如果不考虑开挖面的空间效应，而将其视为平面问题，误差也只集中在开挖面附近地段，约2～3倍洞径处。为了计算围岩的二次应力场和位移场。可以采取如下的步骤：用第四章中所述的方法推算隧道开挖前围岩的初始应力状态，以及与之相适应的位移场。隧道开挖后，因其周边上的径向应力和剪应力都为零，故可向具有初始应力的围岩，在隧道周边上反方向施加与初始应力相等的释放应力。用弹性力学方法计算带有孔洞的无限平面在释放应力作用下的应力和位移。而真实的围岩二次应力场及位移场为：(5-3)因为初始位移在开挖隧道前就已经完成，而我们的着眼点又仅仅是因开挖隧道所引起的变化，并不关心位移的绝对情况。以上模拟隧道开挖所经历的力学过程可以用图表示。上述的计算步骤也可以用在有孔洞的无限平面上直接加载来代替。例如，在自重应力场中，就可以将由自重所形成的初始应力作为无限平面的体积力来直接分析，求出应力和位移，如以开挖前的位移状态为基准，则围岩二次应力场及位移场为：(5-4)进一步研究还发现，对于埋深较大的隧道，在开挖所影响的范围内，围岩自重应力的变化量，比自重应力绝对值要小得多。所以，对于自重应力场中的深埋隧道，常常将它的围岩初始应力场简化为常量场，也就是假定围岩的初始应力到处都是一样。并取其等于隧道中心点的自重应力，即式中为隧道中心点的埋深，以m计， 是围岩的侧压力系数，无量纲。如按直接加载法求解这种初始应力状态下的围岩二次应力场和位移场，就可以将体积力视为常数。根据弹性力学原理，这个问题的求解还可以简化为不考虑体积力的形式，而用在有孔无限平面(无重的)无穷远边界上作用有垂直均布荷载和水平荷载的形式来代替，如图所示。由此而引起的计算误差在洞周上是不大的，并随着隧道埋深的增加而减少。当埋深超过10倍洞径时，其误差可以忽略不计。正如上式表示的那样，按图所求得的位移，必须减去挖洞前围岩在初始应力和作用下所产生的变形，才是围岩真实的二次位移场。在岩体中开挖半径为的圆形隧道后，其二次应力状态及位移状态可近似用下式表达。径向正应力：切向正应力：剪应力：径向位移切向位移式中，隧道开挖半径，为隧道中心到所论点的径向距离；为所论点方向线与垂直轴之间的夹角；是围岩的剪切模量；是围岩泊松比。以上各式中正应力又称法向应力，以压为正；剪应力以作用面外法线与坐标轴—致而应力方向与坐标轴指向相反为正。径向位移向隧道内为正，切向位移顺时针为正。而公式中的位移分量中已减去了初始应力所引起的部分。下面我们来分析上述公式所表述的圆形隧道围岩弹性二次应力状态及位移状态特征。(一)应力状态特征首先，研究隧道周边(，即＝1)的应力状态。这时，由此可见，沿隧道周边只存在切向应力。这说明隧道的开挖使坑道周边的围岩从二向(或三向)应力状态变成单向(或二向)应力状态。沿隧道周边的应力值及其分布主要决定于岩体侧压力系数值。分别以不同的值(＝0、1/3、0.5、1)代入上式，则切向应力沿隧道周边的分布如图右所示。关于右图的几点讨论：①当=0(即只有初始垂直应力)时，在拱顶处(=0)出现最大切向拉应力(其值，相当于初始垂直应力)，并在拱顶附近一定范围内(=-30°～30°，即出现在与垂直轴成30°角的范围内)出现拉应力。②随着侧压力系数的增加，拱顶切向拉应力值及其范围逐渐减少。当＝1/3时，拱顶切向拉应力等于0。大于1/3后，整个隧道周边的切向应力皆为压应力。这说明，在0～1/3之间时，隧道拱顶(拱底)范围是受拉的。由于岩石的抗拉强度较弱，当切向拉应力超过其抗拉强度时，拱顶可能发生局部掉块和落石，但不会造成整个隧道的破坏。当＞1/3后，隧道则逐渐变得稳定。 ③在侧壁范围内，值变化在0～1.0之间时，周边切向应力总是压应力，而且总比拱顶范围的应力值大。这说明，侧壁处在较大的应力状态下。随着侧压力系数值的增大，侧壁中点的压应力逐渐减小，例如当＝0时，侧壁中点(=90°)的最大压应力，而当＝1时，其值变化为。侧壁处在较大的压应力作用下是造成侧壁剪切破坏或岩爆(分离破坏)的主要原因之一。而且，常常是整个隧道丧失稳定的主要原因，应予以足够重视。④当＝1(即初始垂直应力与初始水平应力相等)时，隧道围岩的应力状态是回转对称的，各点的应力皆相同，为一常数值()，这种应力状态对圆形隧道稳定是很有利的。⑤通常围岩的水平应力系数(侧压力系数)变动在0.2～0.5之间。在这个范围内，隧道周边切向应力()都是压应力。因此，要十分注意切向应力的变化，它是造成坑道破坏的主要原因之一。下面，进一步分析围岩应力向深处变化的规律。为简单计，针对＝0和＝1两种情况的围岩应力向深处变化情况作一些分析，其它情况在两者之间变化。由前式可得：当＝0时：当＝1时：根据上两式，围岩应力沿隧道水平轴断面(=90°)及沿隧道垂直轴断面(=0°)的分布示于下图。(a)λ=0(b)λ=1洞室水平、竖直轴上的应力分布从上图可以看出：①侧壁中点(=90°)处，在＝0～1.0范围内隧道周边的切向应力都为正值(压应力)。最大值为(＝0)，最小值为(=1)。随着r的增加(即离坑道周边愈远)，切向应力逐渐减小，最后趋于 值(初应力状态的垂直应力值)。隧道周边的径向应力等于0。当＝0时，开始随着r的增加而增大，在处达到最大，r继续增大则减小，最后趋于0(初应力状态的水平应力值)；当＝1时，随着r的增加而增大，最后趋于(初应力状态的水平应力值)。②拱顶处(=0°)，在周边上的值由-(＝0)变到2(＝1)。当=1/3时，＝0；当＝0时，随着r的增加，逐渐增加(拉应力逐渐减小)，在处，随后由拉应力变为压应力并继续增大，在处达到最大(压应力)，r继续增大则减小，最后趋于0(初应力状态的水平应力值)；当＝1时，随着r的增加，逐渐减小，最后趋于(初应力状态的水平应力值)。隧道周边的径向应力等于0。当＝0时，开始为拉应力并随着r的增加而增大，在处达到最大拉应力，r继续增大则减小，在处，随后由拉应力变为压应力并继续增大，最后趋于(初应力状态的垂直应力值)；当＝1时，随着r的增加而增大，最后趋于(初应力状态的垂直应力值)。由此可见，隧道开挖后的二次应力分布范围是很有限的。视值的不同而不同，其范围大致在(5～7)a左右(愈大范围愈大)。在此范围之外，围岩仍处在初应力状态。这说明：隧道开挖对围岩的影响(扰动)范围是有限的。③在拱顶处的拉应力深入围岩内部的范围约为0.732a(＝0时)，而后转变为压应力。这也说明，隧道围岩内的拉应力区域是有限的，而且只在小于1/3时的情况下出现。前已指出，拉应力区的存在对造成围岩的局部破坏(松弛、掉块、落石)是有影响的。尤其是在大跨度洞室的情况下。上述的应力状态是针对围岩属于弹性的、各向同性的、均质的介质而言的。隧道是圆形的，其表面是平整的。实际围岩状态、隧道状态都会有所不同，因而，二次应力状态也会有所不同。例如超欠挖，使隧道表面变得极不平整，于凹凸处形成局部应力高度集中的弱点。某些实验指出，欠挖处的应力可达初始应力值的十几倍，常常造成坑道的局部破坏。因此，如何消除这种应力集中现象是现代隧道施工技术研究的重要内容之一。这也促使了光面爆破及喷混凝土支护等项技术的发展。对于非圆形隧道的围岩二次应力场和位移场的确定，这里不详列。当隧道形状不是圆形时，相应公式都要改变，要用到复变函数的映射理论，公式比较繁杂，此时可用有限单元数值分析方法进行求解。但在初步设计中，亦可采用将不同形状隧道变换成当量的圆形隧道的方法加以分析，或直接以隧道跨度代替公式中的隧道直径。还应该指出，隧道围岩的二次应力状态即使是弹性的，但由于爆破开挖的影响，也会使坑道周围岩体松动、破碎，使其强度减弱，这个范围是有限的。在采用光面爆破时可以大大减缓爆破的影响，受到爆破震动影响的隧道需要进行局部支护或轻型支护。围岩长期暴露在空气、水气等各种外界条件下会逐渐风化、剥蚀，从而降低隧道围岩的强度。因此，即使在弹性应力状态下隧道围岩是稳定的，进行一定的饰面防护也是必要的。(二)位移状态特征隧道开挖后，围岩的各处的弹性状态位移可由前公式所表示。在隧道工程中，我们关心的是隧道断面收敛情况，亦即隧道周边的径向位移状态。在此，我们讨论＝0和＝1两种情况下隧道周边的径向位移状态，其它情况在两者之间变化。隧道周边各点的位移可由下式决定当＝1时，有 由此可见，周边各点的位移值随值不同而发生变化，在不同的值条件下，隧道开挖后的断面收敛状态是不同的。当=1时，隧道断面是均匀缩小的，隧道断面仍保持圆形；随着值的减小，隧道上、下顶点向隧道内挤入增大，水平直径处则减小，而变成扁平的断面形状。隧道位移状态说明，坑道开挖后，围岩基本上是向隧道内移动的(收敛)，只是在一定的值条件下(≤0.25)，在水下直径处围岩有向两侧扩张的趋势。而且在多数情况下，拱顶位移(即拱顶下沉)均大于侧壁(水平直径处)位移。上面的讨论都是针对深埋圆形隧道而言的，对于浅埋圆形隧道(H/D＜2.5，H为埋深，D为隧道直径)，围岩的二次应力场和位移场就不能按以上各式确定了，应采用弹性力学中的明德林(R.D.Mindlin)公式。更一般的方法是采用有限单元法。二、隧道开挖后形成塑性区的二次应力状态及位移状态在深埋隧道或埋深较浅但围岩强度较低时，上述应力状态可能超过围岩的抗压强度。此时隧道围岩或发生脆性破坏，如岩爆、剥离等(坚硬、脆性、整体的围岩中)或在坑道附近围岩内形成塑性应力区域，发生塑性剪切滑移或塑性流动。塑性应力区域是由于多数围岩具有塑性这一性质而造成的。塑性就是指围岩在应力超过一定值后产生塑性变形的性质。此时，应力即使不增加，变形仍继续。当围岩内应力超过围岩的抗压强度后，围岩发生塑性变形并迫使塑性变形的围岩向隧道内滑移。塑性区的围岩因变得松弛，其物理力学性质(、值)也发生变化。在分析塑性区内的应力状态时。需要解决下述三个问题：①确定形成塑性变形的塑性判据或破坏准则；②确定塑性区内的应力应变状态；③确定塑性区范围。为了简化叙述，这里只讨论侧压力系数＝1时，圆形隧道图岩的弹塑性二次应力场和位移场的解析公式。我们已知，当＝1时，荷载和洞形都呈轴对称分布，而且围岩中不产生拉应力。因此，要讨论的只有进入塑性状态的一种可能性。圆形坑道周围弹塑性应力分布 不同值时的塑性区范围1时的围岩弹塑性二次应力场和位移场比较复杂，这里不再详述，需要学习者可参阅有关专著。现仅将不同的值时的塑性区范围大致地画在右图中，可以看出，当1时，在坑道侧壁，塑性区显然扩大，这一点对研究隧道破坏状态有很重要的意义。以上所讲的确定围岩二次应力场和位移场的方法，都没有考虑围岩变形的时间效应，也就是说无论是弹性变形或塑性变形都是瞬时完成的。近年来，考虑时间效应的二次应力场、位移场的计算理论已有了很大进展，限于篇幅这里从略。二、隧道结构体系的计算模型（一）计算模型的建立原则通过上面的叙述，我们已经基本上了解了隧道围岩和支护结构是如何在相互作用过程中达到新的平衡状态的。现在即可进一步研究围岩的三次应力场和支护结构的内力与位移的具体计算方法，以及怎样判断所选择或设计的支护结构的安全度。对于均匀介质中的圆形隧道，当它处于平面轴对称状态时，我们曾经将围岩与支护结构的相互作用问题抽象为支护需求曲线和支护补给曲线的收敛—约束关系，从而求出围岩与支护结构达到平衡时的支护阻力。有了这个值就可以计算出围岩和支护结构的应力状态。由此可以看出，即使对于如此理想的问题，都需要事先将研究对象的几何形状、初始应力状态、开挖和支护过程、岩体和支护结构的物理力学特性等条件转换为数学力学模型，然后运用数学力学方法求出模型的、作为设计标准的特征值(如应力、位移或极限荷载等)。一个理想的隧道工程的数学力学模型应能反映下列的因素：①必须能描述有裂隙和破坏带的，以及开挖面形状变化所形成的三维几何形状。②对围岩的地质状况和初始应力场不仅要能说明当时的，而且还要包括将来可能出现的状态。③应包括对围岩应力重分布有影响的岩石和支护材料非线性特性，而且还要能准确地测定出反映这些特性的参数。④如果要知道所设计的支护结构和开挖方法能否获得成功，即想评估其安全度，则必须将围岩、锚杆和混凝土等材料的局部破坏和整体失稳的判断条件纳入模型中。当然，条件必须满足现行设计规范的有关规定。⑤要经得起实际的检验，这种检验不能只是偶然巧合，而是需要保证系统的一致性。这样的理想模型对于科学研究是十分必要的，因为只有准确地模拟围岩性质和施工过程，才能更好地了解围岩与支护结构的实际工作状态，作出符合实际的决策。然而这种理想模型的参数太多又不易精确测定，将各种影响因素都机械地转换到模型中来也是十分困难的。因此，理想模型还不宜直接用于设计实践，必须在可能的情况下，由理想模型推演出一些较简单的计算模型，或称为工程师模型。这种模型应力求满足下列在某些方面可能是相互矛盾的目标：①应能体现经济而安全的设计，即按这种模型所设计的支护结构既不应过于保守也不应冒险。②应该尽可能地将有关因素都包括进去，但必须是实用的，即模型所涉及的参数都是能够决定的，并具有公认的真实性。③应具有普遍应用的可能性，即能用于较大范围的地质状况、洞室尺寸和形状、施工程序和支护类型。而且还必须认识到模型都有它本身的局限性，事实上没有一个模型是普遍适用的。 ④必须对照试验和实例正确地对模型进行标定，而这些试验和实例必须具有代表性。一般来说根据模型所得的计算结果和实地量测值是不会一致的，大部分清况下都是量测值偏小，这是因为模型都向偏于安全方面做了简化。即使量测结果证实了计算结果偏小，也未必就意味着按模型所设计的支护结构会遭到破坏，因为有些模型有意地略去了一些次要因素，如温度影响等，而这些次要因素在结构进入极限状态后会自动消失。这一切都说明，在设计实践中我们不是验算“实际”情况，而是验算在力学上基本能代表实际情况的模型，当然，这个模型必须是经过实际检验的。理论分析必须依赖事先建立的模型，经验设计也是建立在力学模型基上的，即便那模型很含糊或仅属一种暗示。（二）常用的计算模型国际隧道协会在1987年成立了隧道结构设计模型研究组，收集和汇总了各会员国目前采用的地下结构设计方法，经过总结，国际隧道协会认为，目前采用的地下结构设计方法可以归纳为以下四种设计模型：①以参照过去隧道工程实践经验进行工程类比为主的经验设计法；②以现场量测和实验室试验为主的实用设计方法，例如以洞周位量测值为根据的收敛－约束法；③作用与反作用模型，即荷载—结构模型，例如弹性地基圆环计算和弹性地基框架计算等计算法；④连续介质模型，包括解析法和数值法。数值计算法目前主要是有限单元法。各种设计模型或方法各有其适用的场合，也各有自身的局限性。由于地下结构的设计受到各种复杂因素的影响，因此经验设计法往往占据一定的位置。即使内力分析采用了比较严密的理论，其计算结果往往也需要用经验类比来加以判断和补充。以测试为主的实用设计方法常为现场人员所欢迎，因为它能提供直觉的材料，以更确切地估计地层和地下结构的稳定性和安全程度。理论计算法可用于进行无经验可循的新型工程设计，因而基于作用与反作用模型和连续介质模型的计算理论成为一种特定的计算手段愈益为人们所重视。当然，工程技术人员在设计地下结构时，往往要同时进行多种设计方法的比较，以作出较为经济合理的设计。从各国的地下结构设计实践看，目前在设计隧道的结构体系时，主要采用两类计算模型：第一类模型是以支护结构作为承载主体，围岩作为荷载主要来源，同时考虑其对支护结构的变形起约束作用；第二类模型则相反，是以围岩为承载主体，支护结构则约束和限制围岩向隧道内变形。第一类模型又称为传统的结构力学模型。它将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体，围岩作为荷载的来源和支护结构的弹性支承，故又可称为荷载—结构模型(图5-23a)。在这类模型中隧道支护结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。围岩的承载能力越高，它给予支护结构的压力越小，弹性支承约束支护结构变形的抗力越大，相对来说，支护结构所起的作用就变小了。这一类计算模型主要适用于围岩因过分变形而发生松弛和崩塌，支护结构主动承担围岩“松动”压力的情况。所以说，利用这类模型进行隧道支护结构设计的关键问题，是如何确定作用在支护结构上的主动荷载，其中最主要的是围岩所产生的松动压力，以及弹性支承结支护结构的弹性抗力。一旦这两个问题解决了，剩下的就只是运用普通结构力学方法求出超静定体系的内力和位移了。由于这个模型概念清晰，计算简便，易于被工程师们所接受，故至今仍很通用，尤其是对模注衬砌。 属于这一类模型的计算方法有：弹性连续框架(含拱形)法，假定抗力法和弹性地基梁(含曲梁和圆环)法等。当软弱地层对结构变形的约束能力较差时(或衬砌与地层间的空隙回填、灌浆不密实时)，地下结构内力计算常用弹性连续框架法，反之，可用假定抗力法或弹性地基法。弹性连续框架法即为进行地面结构内力计算时的力法与变形法，假定抗力法和弹性地基梁法则已形成了一些经典计算方法。经典计算方法按所采用的地层变形理论不同，荷载结构法又可区分为两类：局部变形理论计算法和共同变形理论计算法。隧道计算模型第二类模型又称为现代的岩体力学模型。它是将支护结构与围岩视为一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩—结构模型或复合整体模型(图5-23b)。在这个模型中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，这一点正好和第一类模型相反。复合整体模型是目前隧道结构体系设计中力求采用的或正在发展的模型，因为它符合当前的施工技术水平，采用快速和早强的支护技术可以限制围岩的变形，从而阻止围岩松动压力的产生。在围岩—结构模型中可以考虑各种几何形状、围岩和支护材料的非线性特性、开挖面空间效应所形成的三维状态以及地质中不连续面等等。在这个模型中有些问题是可以用解析法求解，或用收敛—约束法图解，但绝大部分问题，因数学上的困难必须依赖数值方法，尤其是有限单元法。利用这个模型进行隧道结构体系设计的关键问题，是如何确定围岩的初始应力场以及表示材料非线性特性的各种参数及其变化情况。一旦这些问题解决了，原则上任何场合都可用有限单元法求出围岩与支护结构的应力、位移状态。三、隧道结构体系设计计算方法（一）结构力学方法1.荷载—结构模型的建立显然，只要在施工过程中不能使支护结构与围岩保持紧密接蚀，有效地制止周围岩体变形松弛而产生松动压力，隧道的支护结构就应该按荷载—结构模型进行验算。一般来说，按此模型设计的隧道支护结构偏于保守。荷载—结构模型虽然都是以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征。但对围岩与支护结构相互作用的处理上却有几种不同的做法：①主动荷载模型。它不考虑围岩与支护结构的相互作用，因此，支护结构在主动荷载作用下可以自由变形，其计算原理和地面结构一样。这种模型主要适用在围岩与支护结构的“刚度比”较小的情况下，软弱的围岩没有“能力”去约束刚性衬砌的变形。 荷载—结构模型②主动荷载加围岩弹性约束的模型。它认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载，而且由于围岩与支护结构的相互作用，围岩还对支护结构施加被动的弹性抗力。因为，在非均匀分布的主动荷载作用下，支护结构的一部分将发生向着围岩方向的变形，只要围岩具有一定的刚度，就必然会对支护结构产生反作用力来约束它的变形，这种反作用力就称为弹性抗力，属于被动性质。而支护结构的另一部分则背离围岩向着隧道内变形，不会引起弹性抗力，形成所谓“脱离区”。支护结构就是在主动荷载和围岩的被动弹性抗力同时作用下进行工作的。这种模型几乎能适用于所有的围岩类型，只不过各类围岩所能产生的弹性抗力大小和范围不同而已。当前还正在发展一种以实地量测荷载代替主动荷载的①类模型的亚型。实地量测的荷载值是围岩与支护结构相互作用的综合反映，它既包含围岩的主动压力，也含有弹性抗力。在支护结构与围岩牢固接触时，不仅能量测到径向荷载而且还能量测到切向荷载。否则，就只有径向荷载。但应该指出，实地量测的荷载值除与围岩特性有关外，还取决于支护结构的刚度以及支护结构背后回填的质量。因此，某一种实地量测的荷载，只能适用于和量测条件相同的情况下。对于①类模型，只要确定了作用在支护结构上的主动荷载，其余问题用结构力学的一般方法(如力法、位移法)即可解决。对于②类模型，除了上述的主动荷裁外，尚需解决围岩的弹性抗力问题。正如上面所述，所谓弹性抗力就是指由于支护结构发生向围岩方向的变形而引起的围岩的被动抵抗力。在围岩上引起的弹性抗力的大小，目前常用以“温克列尔(Winkler)假定”为基础的局部变形理论来确定。它认为围岩的弹性抗力是与围岩在该点的变形成正比的，用公式表示为：隧道衬砌结构受力变形特点式中的为围岩表面上任意一点所产生的弹性抗力；为围岩在同一点的压缩变形；为比例系数，称为围岩的弹性抗力系数。弹性抗力的大小和分布形态取决于支护结构的变形，而支护结构的变形又和弹性抗力有关，所以，按②类模型计算支护结构的内力是个非线性问题，必须采用迭代解法或某些线性化的假定。例如，假设弹性抗力的分布形状为已知，或采用弹性地基梁的理论，或用弹性支承代替弹性抗力等等。于是，支护结构内力分析的问题，就成了通常的超静定结构求解。2.隧道衬砌结构受力变形特点隧道衬砌在围岩压力作用下要产生变形。在隧道拱顶，其变形背向围岩，不受围岩的约束而自由地变形，这个区域称为“脱离区”；而在隧道的两侧及底部，结构产生朝向围岩的变形，受到围岩的约束作用，因而围岩对隧道衬砌结构产生了约束反力(弹性抗力)，这个区域称为“抗力区” 。由此可见，围岩对隧道衬砌结构的变形起着双重作用：既产生主动围岩压力使衬砌结构变形，又产生被动的抗力阻止衬砌结构变形。这种效应的前提条件是围岩与隧道衬砌必须全面紧密地接触。而实际的接触状态是相当复杂的，受到围岩性质、施工方法、衬砌类型等因素的影响。为了便于计算，一般予以简化，即假定衬砌结构与围岩是全面紧密地接触的。3.支护结构的几种计算方法在荷载—结构模型中，分析计算的对象是支护结构，即衬砌。因此，要根据衬砌的受力特点，进一步研究它的力学模拟和计算图式的问题。由于隧道长度较之横断面尺寸要大得多，而且，又假设荷载和结构特性沿隧道长度方向是不变的，因此，可以认为隧道衬砌不会产生纵向位移，即处于平面变形状态。在进行力学分析时，沿纵向取出单位长的一段作为研究对象，并用、代替平面应力分析中的、。（1）主动荷载模式A.弹性固定的无铰拱适用于这类计算模式的常有半衬砌。用先拱后墙施工时，先作好的拱圈在挖马口前的工作情况也是这种半衬砌。这种拱圈的拱脚支承在弹性围岩上，故称弹性固定无铰拱。半衬砌拱圈的拱矢和跨度比值一般是不大的，当竖向荷载作用时，大部分情况下，拱圈都是向坑道内变形，不产生弹性抗力。B.圆形衬砌修建在软土地层中的圆形衬砌，也常常按主动荷载模式进行结构计算。承受的荷载主要有土压力、水压力、结构自重和与之相平衡的地基反力。（2）主动荷载加被动荷载模式A.假定抗力图形该法的计算特点是假定抗力的分布范围的分布规律，如上、下零点和最大值的位置。而抗力的最大值和结构由主动荷载与被动荷载共同作用在该点产生的变位有关。因此这是一个非线性问题。只要能附加一个最大抗力点的抗力与其位移成正比为条件列出的方程即可求出最大抗力值和冗力。将主动荷载与被动荷载求出的内力值进行叠加，即为结构内力。B.局部变形地基梁法局部变形地基梁法由纳乌莫夫首创，该法计算拱形直墙衬砌内力的特点，是将拱圈和边墙分为两个单元分别进行计算，而在各自的计算中考虑相互影响。计算中拱圈视为弹性固定无铰拱，边墙视为双向弹性地基梁。拱圈和边墙受力变形的相互影响，表现为计算拱圈时拱脚的变位应取边墙墙顶的变位，计算边墙时墙顶的初始条件与拱脚的内力和变位一致。局部变形地基梁法计算简图中关于弹性抗力的考虑方法也按拱圈和边墙分为两种情况。拱圈弹性抗力仍采用假定的抗力图形，零点位于拱顶两侧约附近，最大抗力发生在墙顶，作用方向为水平。拱圈任意截面抗力的作用方向为径向，抗力图形假设为二次抛物线。C.弹性支承法利用弹性支承法计算隧道衬砌结构内力的基本思想是：采用符合“局部变形原理”的弹簧来模拟隧道围岩，而将衬砌与围岩所组成的隧道结构体系离散化成有限个衬砌单元和弹簧单元所组成的组合体。采用结构力学方法求解该体系即可求得衬砌内力。离散化的隧道结构体系是一个多次超静定问题，常用的分析方法是矩阵位移法。配合衬砌的离散化，主动荷载也要进行离散，也就是将作用在衬砌上的分布荷载置换为节点力。严格地说，这种置换应按静力等效的原则进行，即节点力所做虚功应等于单元上分布荷载所做的虚功。但因荷载本身的准确性较差，故可按简单而近似的方法，即简支分配原则进行置换，而不计作用力迁移位置时所引起的力矩的影响，对于竖向或水平的分布荷载、其等效节点力分别近似地取为节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一半乘以衬砌计算宽度这一面积范围内的分布荷载的总和。对于衬砌自重，其等效节点力可近似地取为节点两相邻单元重量的一半。 围岩的弹性抗力通过弹簧单元模拟，弹性抗力作为被动荷载，其值与衬砌结构的变形有关，可用逐次逼近的方法求得，即先假定衬砌的某些区域的变形指向围岩，与围岩有相互作用而设置弹簧单元，求出衬砌的变形轮廓。然后从没有相互作用的区域去掉弹簧单元，在有相互作用而原先未设置弹簧单元的区域加上弹簧单元，再进行计算。如此反复进行计算，直到弹簧单元都正好设置在相互作用的区域为止。需要说明的是，上述方法求得的衬砌内力为离散体系的单元节点力，与某节点连接的两个单元在该节点处的内力是不同的，即节点处的结构内力将产生突变，这与分布荷载作用下的结构内力不相符，应进行处理，最简单的方法是取相邻两单元的内力平均值。（二）岩体力学方法由于现代隧道施工技术的发展，可在隧道开挖后及时地给围岩以必要的约束，抑制其变形，阻止围岩松弛，不使其因变形过度而产生松动压力。此时，开挖隧道而释放的围岩应变能将由围岩和支护结构所组成的结构体系共同承担，隧道结构体系产生应力重新分布而达到新的平衡状态。在隧道结构体系中，一方面围岩本身由于支护结构提供了一定的支护抗力，而引起它的应力调整，从而达到新的稳定；另一方面由于支护结构阻止围岩变形，也必然要受到围岩给予的反作用力而发生变形。这种反作用力和围岩的松动压力极不相同，它是支护结构和围岩共同变形过程中对支护施加的压力，故可称为“形变压力”。显然，这种形变压力的大小和分布规律不仅与围岩的特性有关，而且还取决于支护结构的变形特性—刚度。要研究这种情况下围岩的三次应力场和支护结构中的内力和位移，就必须采用整体复合模型(地层—结构模型)，其中围岩是主要承载单元，支护结构是镶嵌在围岩孔洞上的加劲环。目前对于这种模型求解方法有解析法、数值法、特征曲线法三种。1、解析法该方法根据所给定的边界条件，对问题的平衡方程、几何方程和物理方程直接求解。这是一个弹塑性力学问题，求解时，假定围岩为无重平面，初始应力作用在无穷远处，并假定支护结构与围岩密贴，即其外径与隧道的开挖半径相等，且与开挖同时瞬间完成。由于数学上的困难，现在还只能对少数几个问题(例如圆形隧道)给出具体解答。2、数值方法对于几何形状和围岩初始应力状态都比较复杂的隧道，一般需要采取数值方法，尤其是需要考虑围岩的各种非线性特性时。该方法主要是指有限单元法，它是把围岩和支护结构都划分为单元，然后根据能量原理建立起整个系统的虚功方程，也称刚度方程，从而求出系统上各节点的位移以及单元的应力。隧道结构体系有限元分析的一般步骤为：结构体系离散化(包括荷载的离散化)、单元分析(形成单元刚度矩阵)、整体分析(形成总体刚度矩阵)、求解刚度方程(求节点位移)、求单元应力。3、特征曲线法特征曲线法也称为“收敛—约束”法，是用围岩的支护需求曲线和支护结构的补给曲线以求得达到稳定状态时支护结构的内力。特征曲线法的基本原理是：隧道开挖后，如无支护，围岩必然产生向隧道内的变形(收敛)。施加支护以后，支护结构约束了围岩的变形(约束)，此时围岩与支护结构一起共同承受围岩挤向隧道的变形压力。对于围岩而言，它承受支护结构的约束力；对支护结构而言，它承受围岩维持变形稳定而给以的压力。当两者处于平衡状态时，隧道就处于稳定状态。所以，特征曲线法就是通过支护结构与隧道围岩的相互作用，求解支护结构在荷载作用下的变形和围岩在支护结构约束下的变形之间的协调平衡，即利用围岩特征曲线与支护结构的特征曲线交会的办法来决定支护体系的最佳平衡条件。从而求得为了维持坑道稳定所需的支护阻力，也就是作用在支护结构上的围岩的形变压力。之后，就可按普通结构力学方法计算支护结构内力和校核其强度。支护体系的平衡条件（三）以围岩分级为基础的经验设计方法 在大多数情况下，隧道支护体系还是依赖“经验设计”的，并在实施过程中，依据量测信息加以修改和验证。经验设计的前提是要正确地对隧道围岩进行分级，然后在分级的基础上编制支护结构系统的基本图示。从近期实践中，我们大致上可以发现在进行支护结构经验设计时，需要注意的几点的原则是：(1)首先对隧道围岩要有一个正确的分级，这些分级大都是根据地质调查结果，为隧道单独编制的；或者采用目前在奥地利等国广泛采用的Luffer分级。但不管采用何种分级，大体上都是把隧道围岩分为四个基本类型。即：①完整、稳定岩体；②易破碎、剥离的块状岩体；③有地压作用的破碎岩体；④强烈挤压性岩体或有强大地压的岩体。其中某些类别还有些亚类。(2)在各类岩体中，支护结构参数大体是按下述原则选用的：①完整，稳定的岩体：锚杆长＜1.5m，根数n=4～4.2根/m左右，从力学上看是不期待锚杆的，围岩本身强度就可以支护坑道，但因有局部裂隙或岩爆等，用其加以控制而已。喷混凝土用于填平补齐，为确保洞内安全作业应设金属网防止顶部岩石剥离。二次衬砌用能灌注的最小混凝土厚度，约30cm左右。②易破碎、剥离的块状岩体：这类岩体范围较广，还可细分为若干亚类。锚杆长1.5～3.5m，n=10根/m左右，多数情况是长、短锚杆配合使用，短锚杆用胀壳式，长锚杆用胶结式。喷层厚0～10cm，稳定性好些的用来填平补齐，也可只在拱部喷射，此时开挖正面无需喷射。金属网与①同，特殊情况要采用可缩性支撑或轻型格栅钢支撑。二次衬砌厚度约30～40cm，包括喷层在内约40cm就可以了。③有地压作用的破碎岩体：锚杆长3.0～4.0m，有时用6.0m的全面胶结式，n=10根/m左右，这种围岩视单轴抗压强度与埋深压力的比值，预计有塑性区发生时，从控制它的发展看，锚杆必须用喷混凝土等加强。喷层厚约15～20cm(拱部和侧壁)，视岩体破碎情况正面也要喷3cm左右。开挖进度要注意，必要时控制在1m以下。二次衬砌厚度，包括喷层在内为40～50cm，尽可能薄些。④强烈挤压性岩体或有强大地压的岩体：在这种围岩中施工是很困难的，要分台阶施工，限制分部的面积。锚杆长4.0～6.0m，n=15根/m左右。喷层厚20～25cm，正面喷3～5cm。必须采用可缩性支撑，间距约75cm左右。二次衬砌厚度，按总厚度50cm决定。在30天以内断面要闭合，即要修好仰拱。(3)在施工中应尽量少损害围岩，使其尽量保持原有岩体的强度，因此，应采用控制爆破技术。(4)预计有大变形和松弛的情况下，开挖面要全面防护(包括正面)，使之有充分的约束效应，在分台阶开挖时，上半断面进深不宜过长，以免影响整个断面的闭合时间。(5)二次衬砌通常是模筑的，在修二次衬砌之前要设防水层，形成具有防水性能的组合衬砌。应使衬砌成为薄壳，这样可减少弯矩而使弯曲破坏的发生为最小。因此，一次衬砌和二次衬砌都要薄些。(6)允许甚至希望岩石出现一定的变形，以减少为完成支护作用所需的防护措施，这些防护措施包括衬砌，必要时加上抑拱以及附在或深入到不稳定岩层内部的锚固系统，或其他结构构件。允许变形，在有钢支撑的情况下是由支撑的可缩量实现的，这个值可采取15～35mm不等，要视地质情况而定。(7)与此方法不可分割，且属于此法的基本特征是一个详细周密的量测计划。它系统地控制变形与应力，确定所建立的支护阻力是否和围岩类型相适应以及还需要什么样的加强措施等。这些量测包括位移、接触应力、松弛范围等。根据现场量测结果不可避免地需要作些修正，经过这样修正以后，就可制定最经济的解决方案。Rabcewicz认为这种确定支护尺寸的方法是不可缺少的，它可能为解析方法所补充，但决不会被解析方法所代替。(8 )支护结构的施工顺序与正确地掌握岩体的时间效应很有关系。因此，施工要严格按着预定的施工程序施工。在施工中要不断地改变开挖循环、衬砌时间、仰拱闭合时间、上半断面开挖长度等，以使岩体与支护结构成为一个体系来保证坑道的稳定。由上述可知，支护结构的“经验设计”不仅仅是决定支护结构的参数，还包括施工过程以及施工量测的设计。这是现代隧道支护结构设计的关键，必须予以高度重视。一、衬砌截面强度验算二、结构刚度矩阵隧道衬砌内力分析基本上沿着两个方向发展，一个是将围岩与衬砌分开考虑，作用在衬砌上的围岩压力，由现场实测结果或实验室量测结果确定，衬砌用一般结构力学方法求解；另一种是将围岩与衬砌作为一个整体来考虑，用有限元发求解。第十二讲锚喷支护结构的设计与施工一、概述隧道围岩与支护结构的共同作用（一）收敛和约束的概念开挖隧道时，由于临空面的形成，围岩开始向洞内产生位移，这种位移我们称之为收敛。若岩体强度高，整体性好、断面形状有利，岩体的变形到一定程度，就将自行停止，围岩是稳定的。反之，岩体的变形将自由地发展下去，最终导致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种情况下，应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构，对岩体的移动产生阻力，形成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力，并产生变形。支护结构变形后所能提供的阻力会有所增加，而围岩却在变形过程中释放了部分能量，进一步变形的趋势有所减弱，需要支护结构提供的阻力以及支护结构所承受的反力都将降低。如果支护结构有一定的强度和刚度，这种隧道围岩和支护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围岩应力之间达到平衡为止，从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。这时的隧道围岩应力状态称为三次应力状态。假定在开挖隧道的同时，支护结构立即施设并发挥作用。在支护结构具有极大刚度的情况下，围岩可以一点也不产生变形，但支护结构必须使围岩保持在原来的初始应力状态，因而支护结构所受到的反力也必然等于围岩中初始应力所形成的全部压力。反之，支护结构施设得过迟，或它的刚度过小，都将会引起围岩结构松弛，自承能力下降，所需的支护阻力或支护结构的受力又将增大。所以说，要经济合理地设计支护结构，必须进一步地研究隧道围岩的收敛和支护结构的约束作用的机理。上述的弹塑性平衡理论是解决这个问题的基础。（二）坑道支护后的围岩应力状态及位移状态周边作用支护力的坑道力学模型隧道开挖后，围岩应力状态出现两种情况：一种是开挖后的二次应力状态仍然是弹性的，隧道围岩除因爆破、地质状态、施工方法等原因可能引起稍许松弛掉块外，是稳定的，在这种情况下，坑道是稳定的，原则上无需支护，即使支护也是防护性的，支护方法一般可采用喷浆或者喷射混凝土；另一种是开挖后隧道围岩产生一定范围的塑性区，此时应采用承载型的支护结构，以维护坑道的稳定。这里，我们重点分析承载型支护情况下的隧道围岩应力状态及位移状态。坑道支护后，相当于在坑道周边施加了一个阻止隧道围岩变形的支护阻力(抗力)，从而也改变了围岩的二次应力状态。支护阻力的大小和方向对围岩的应力状态有着很大的影响。为了简化，这里假定支护阻力是径向的，并沿隧道周边均匀分布，以表示，而且坑道开挖后立即发挥其作用。分析时，仍以＝1时的圆形隧道为研究对象，因此，它还是一个轴对称平面应变问题。 1.弹性应力及位移状态在弹性应力状态下，当坑道周边有径向阻力作用时，围岩径向应力和切向应力可由下式表示式中，，为隧道半径，为所论点至隧道中心的距离；前一项是由初始应力造成的，后一项是由支护阻力造成的。当=1，即时，有，应力圆由此可见，支护阻力的存在，使周边围岩的径向应力增大，切向应力减小。也就是说，使隧道周边的岩体应力状态从单向(或二向)应力状态转变为二向(或三向)应力状态，从而提高了隧道周边岩体的承载能力。根据莫尔—库仑破坏准则，如使隧道围岩处于弹性状态，则有即因此，维持隧道围岩处于弹性应力状态所需的最小支护阻力为：。它仅与初始应力场及岩性指标有关，而与坑道尺寸无关。根据前面的分析结果，在支护阻力作用下，隧道周边向隧道内的弹性位移为由上式可以看出，支护阻力越大，隧道周边向隧道内的弹性位移就越小。反之，越小，就越大，这一点说明了当允许围岩有较大的位移时所需的支护阻力是不大的。若=0，则有(无支护隧道洞壁弹性位移值)。若要=0，则需，即要使隧道周边不产生径向位移，隧道周边必须恢复到初始应力状态，但实际上这是办不到的，也没有这个必要。2.塑性应力及位移状态（1）塑性应力状态在塑性应力状态下，当坑道周边有径向支护抗力作用时，其应力值可按前述方法确定。对于塑性区应力平衡方程(5-20)的积分结果，将边界条件改为：时，，可求得积分常数相应地，可得塑性区的应力分量 （2）塑性区半径将弹塑性交接面＝处的应力条件的第一式代入，即可得出塑性区半径的表达式：由上式可以看出，隧道支护阻力越大，其塑性区范围越小。这说明了径向支护阻力对限制围岩塑性区的发展能起重要作用。这是因为支护阻力的存在，使围岩的应力状态由二维的变为三维的，从而提高了围岩的抗屈服能力。当支护阻力增加到一定程度，就有可能在围岩中不形成塑性区。若使坑道周围不存在塑性区，即，由上式可求得或写成这与上面的分析结果是一样的。此外，由式(5-37)还可解出上式清楚地说明了支护阻力()与初始应力()、岩性指标(、、)以及隧道尺寸之间的关系。在其它条件相同时，支护阻力随着塑性区半径的增大而减小。同时说明了当允许岩体形成较大的塑性区时，所需的支护阻力是不大的。（3）塑性位移状态隧道围岩应力重分布的结果，必然伴随着变形的发展，这种变形表现在隧道直径的减小，即坑道壁向坑道内的径向位移。前已述及，当支护阻力作用时，在弹性应力状态下，坑道周边位移为：而在塑性应力状态下，坑道周边位移为：式中为弹塑性区交界面上的径向应力，由塑性条件式(5-28)可知：将其代入式(5-42)并考虑式(5-37)得：由此可见，在形成塑性区后，隧道周边位移 不仅与岩性指标、坑道尺寸、初始应力场有关，还与支护阻力有关。在一定条件下，允许变形(位移)越大，塑性区范围也越大，而所需的支护阻力就越小。（三）围岩特性曲线(支护需求曲线)现在我们来进一步分析支护阻力对围岩位移状态的影响，绘制支护阻力与隧道洞壁位移的关系曲线。根据公式(5-43)可以发现：①在形成塑性区后，无论加多大的支护阻力都不能使围岩的径向位移为零；②不论支护阻力如何小(甚至不设支护)，围岩的变形如何增大，围岩总是可以通过增大塑性区范围来取得自身的稳定而不致坍塌。这两点显然与客观实际有出入：如隧道开挖后立即支护并起作用，只要支护阻力，围岩内就可以不出现塑性区，当支护阻力等于围岩的初始应力时，洞壁径向位移就为零；其次，实践证明，任何类别的围岩都有一个极限变形量，超过这个极限值，岩体的、、值将急剧下降，造成岩体松弛和坍落。而在较软弱的围岩中，这个极限值一般都小于无支护阻力时洞壁的最大计算径向位移量。因此，在洞壁的径向位移超过，围岩就将失稳，如果在此时进行支护以稳定围岩，无疑的，其所需的支护阻力必将增大。也就是说，当达到后，随着的继续增大，不再继续下降而是上升。鉴于上述原因，支护阻力与隧道洞壁位移的关系曲线应该由弹性状态和塑性状态两部分组成，而且应根据隧道洞壁位移极限值作适当修正：①在阶段，隧道围岩处于弹性状态，坑道周边位移可由(5-37)式决定，—曲线为直线段。该式指出，当=0时，，即欲使坑道周边不产生位移，就需要有相当于初始应力大小的支护阻力，使坑道围岩仍处于初应力状态之中，也就是说，应力重分布的全部都要由支护结构负担，而岩体的承载能力丝毫也没有利用。实际中这显然是不可能的。②当二次应力形成塑性区时()，支护阻力与隧道洞壁位移的关系曲线由式(5-43)给出。该式表明，随着隧道周边位移值的增大，稳定围岩所需的支护阻力则逐渐减小。因此，(5-43)式表达了支护结构与隧道围岩之间的相互作用。这种相互作用表明，当达到最大值时，隧道围岩仍然是稳定的话，则岩体负担了应力重分布的全部结果。在通常情况下，应力重分布的结果是由岩体和支护结构共同负担的。③当洞壁径向位移超过后，围岩将变得不稳定，支护结构承受松散压力，这时的—曲线是一个上升的凹曲线，说明随着位移的发展，所需的支护阻力将大增。遗憾的是，虽经多年努力，提出过各种假设，但对于超过极限变形量后所需支护阻力的真实情况仍然很不清楚。所以，这段曲线性态只能任意假定。不过，如此做法并不影响我们对围岩与支护结构相互作用的分析。 围岩特性曲线当然，在＜的情况下，就不必做第③项修正。由此得到的—关系曲线如图所示。从图中可以看出，随着的增大，逐渐减小，超过后，又逐渐增大；反之，随着的增大，也逐渐减小。可以认为这条曲线形象的表达了支护结构与隧道围岩之间的相互作用：在极限位移范围内，围岩允许的位移大了，所需的支护阻力就小，而应力重分布所引起的后果大部分由围岩所承担；围岩允许的位移小了，所需的支护阻力就大，围岩的承载能力就得不到充分的发挥。—关系曲线，反映了隧道周边位移与坑道稳定所需的支护阻力之间的关系，所以这条曲线可以称为“支护需求曲线”或“围岩特性曲线”，这条曲线是研究隧道荷载的基础，也称之为“荷载特征曲线”。综合上述，可以看出，支护阻力的存在控制了隧道围岩的变形和位移。从而控制了围岩内塑性区的发展和应力变化，这就是支护结构的支护实质。同时由于支护阻力的存在也改善了周边岩体的承载条件，从而相应地提高了岩体的承载能力。应该指出，上述分析是在理想条件下进行的，例如，假定洞壁各点的径向位移都相同、支护需求曲线与支护的刚度无关等。事实上，即使在标准固结的粘土中，洞壁各点的径向位移相差也很大，也就是说洞壁的每一点都有自己的支护需求曲线。再说支护阻力是支护结构与隧道围岩相互作用的产物，而这种相互作用与围岩的力学性质有关，当然也取决于支护结构的刚度不能认为支护结构只有阻力而无刚度。不过，尽管存在这样一些不准确的地方，但上述的隧道围岩与支护结构相互作用的机理仍是有效的。从隧道围岩的三次应力场的研究可以清楚地看出：地下工程象地面工程一样也是一个结构体系，而且是岩体和支护结构组成的结构体系，荷载主要来自岩体。而这种结构体系的主要材料是由绝大部分的岩体构成的，混凝土及其他支护材料只占很小部分。因此，岩体既是承载结构一个重要组成部分，也是构成承载结构的基本的建筑材料，它既是承受一定荷载的结构体，又是造成荷载的主要来源，这种三位(荷载、材料、承载单元)一体的特征与地面工程是完全不同的，因此研究三者之间的内在联系是非常重要的。由此可见，地下工程研究和计算的对象应该是岩体。而长期以来的隧道和地下工程的设计和施工中，我们并没有充分地考虑和认识到岩体的这些作用，即作为承载体的结构作用；作为材料的工程性质以及作为荷载的主要效应，把着重点放在支护结构的设计和计算上，这显然是不恰当的。从地下工程这一力学特点出发，必须把研究和计算的重点转移到岩体这方面来，这首先要求我们搞清岩体的工程性质以便更好地发挥岩体的结构作用。例如岩体的承载条件是不断变化的，在开挖前它处于三向应力状态条件下，岩体具有较高的承载能力；在开挖过程中，承载条件有了改变，从三向应力状态变成双向应力状态，使岩体的承载能力有了显著的降低。其次，开挖过后，岩体发生松弛、变形，而使其性质变异(强度降低、粘结力或者摩擦角变小等)，从而降低了它的承载能力。当施加支护措施后，改善了岩体承载条件，岩体的承载能力又有所提高。因此，研究岩体承载条件(开挖、支护造成的)的变化及其对岩体强度的影响是十分重要的，尤其对地下工程来说，更是如此。岩体既然是主要承载单元，那么在施工过程中就必须“保护”和“爱护”岩体，以便更充分地发挥岩体的承载作用。从这一点出发，在修筑一个长期稳定的洞室结构中，虽然开挖和支护都是重要的，但搞好开挖作业，提高开挖作业的质量远较支护作业重要，也就是说，要“保护”和“爱护” 岩体，开挖是个关键。好的开挖作业会大大减小对遗留岩体的破坏，从而也降低了对支护作业的要求，这已为大量工程实践所证实。例如，目前隧道的施工方法已从传统的爆破技术转向控制爆破(光面爆破、预裂爆破)或无爆破(掘进机等)技术；从分部开挖转向大断面或全断面开挖；从过大的一次掘进进尺(深孔爆破)转向较小的进尺(1.5～2.Om或更小些)，以便及时闭合断面等都是基于地下工程的这一力学特点出发的。（四）支护特性曲线(支护补给曲线)以上所述乃是隧道围岩与支护结构共同作用的一个方面，即围岩对支护的需求情况。现在分析它的另一个方面，即支护结构可以提供的约束能力。任何一种支护结构，如钢拱支撑、锚杆、喷射混凝土层、模板灌注混凝土衬砌等，只要有一定的刚度，并和围岩紧密接触，总能对围岩变形提供一定的约束力，即支护阻力。但由于每一种支护形式都有自己的结构特点，因而可能提供的支护阻力大小与分布，以及它随支护变形而增加的情况都有很大的不同。支护特性曲线现仍以圆形隧道为研究对象，并假定围岩给支护结构的反力也是径向匀布的。因此，这还是一个轴对称问题。相对于围岩的力学特性而言，混凝土或钢支护结构的力学特性可以认为是线弹性的，也就是说作用在支护结构上的径向均布压力是和它的径向位移成线性关系，即式中的定义为支护结构的刚度，因为这里只考虑径向均布压力，所以式中只包含支护结构受压(拉)刚度。若隧道周边的收敛不均匀，则支护结构的弯曲刚度就成为主要的了，不同的支护结构型式特有不同的值；为支护结构提供的支护阻力；平衡时隧道洞周径向位移；为支护结构开始发挥作用时隧道周边位移值。对于几种支护结构型式，其支护特性曲线如图所示。（五）围岩与支护结构准静力平衡状态的建立(三次应力场)围岩和支护结构的相互作用有了围岩的支护需求曲线和支护结构的支护补给曲线，我们就可以进一步来分析隧道围岩和支护结构如何在相互作用的过程中达到平衡状态的。隧道开挖初期，围岩变形很小，其稳定所需的支护约束力很大，而一般支护结构所能供给的则很小。因此，围岩继续变形，在变形过程中由于支护结构与围岩一同变形，支护结构的约束阻力进一步增长。如果支护结构有足够的强度和刚度，则围岩的支护需求曲线和支护结构的支护补给曲线会相交一点，而达到平衡，这个交点都应在或之前。随着时间的推移，地下水位逐渐恢复，围岩物性指标恶化，锚杆锈蚀等等，这个平衡状态还将调整。上图说明：(一)不同刚度的支护结构与围岩达成平衡时的和是不同的。刚度大的支护结构承受较大的围岩反力(压力)，反之，柔性较好的支护结构所承受的围岩压力要小得多。所以，我们在隧道工程中强调采用柔性支护以节约成本，但它也应有必要的刚度，以便有效地控制围岩变形，而达到稳定。当然，增加支护结构的刚度并不总是意味着要增加支护结构的尺寸和数量。重要的是支护结构及早地形成闭合断面。(二)同样刚度的支护结构，由于架设的时间不同，最后达成平衡的状态也是不同的。支护结构架设得越早，它所承受的围岩压力就越大。但这不等于说支护结构参与相互作用的时间愈迟愈好，因为初始变形不加控制会导致围岩迅速松弛而崩坍。因此，原则上要尽早地架设初次支护，以控制围岩的初始变形在适当的范围内。当然，这个范围的大小视岩体的特性和埋置深度而变。例如在埋量较深的塑性岩体中，即使变形已达到0.2～0.3m ，岩体还在应力释放过程中，此时只要求能够逐步控制它的变形速度就可以了。过早地架设刚度较大的支护结构，反而有可能因受力过大而破坏。第十三讲锚喷支护结构的设计与施工一、锚喷支护施工原则1.采取各种措施，确保围岩不出现有害松动2.使围岩变形适度发展，最大限度发挥围岩自承能力3.保证锚喷支护与围岩形成共同体4.选择合理的支护类型与参数并充分发挥其功效5.采取正确的施工方法6.依据现场监测数据指导施工第十四讲隧道通风一、概述二、通风方式及其选择1.综述2.自然通风3.纵向式通风4.半横向式通风5.全横向式通风6.混合式通风三、通风方式的选择1.影响通风方式选择的因素2.通风方式选择第十五讲隧道照明一、概述二、道路照明的质量三、隧道亮度曲线照明区段的划分：（1）接近段；（2）入口段；（3）出口段；（4）中间段；（5）出口段 第十六讲隧道施工方法及其基本作业概述一、隧道工程施工的特点概括地说，隧道施工具有以下特性：(一)隐蔽性大(二)作业的循环性强(三)作业空间有限(四)作业的综合性(五)施工是动态的(六)作业环境恶劣(七)作业的风险性大(八)气候影响小各种施工技术必须考虑这些特性，才能够发挥其作用。二、隧道施工方法及其选择根据隧道穿越地层的不同情况和目前隧道施工方法的发展，隧道施工方法可按以下方式分类：矿山法因最早应用于矿石开采而得名，它包括上面已经提到的传统方法和新奥法。由于在这种方法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。有时候为了强调新奥法与传统矿山法的区别，而将新奥法从矿山法中分出另立系统。掘进机法包括隧道掘进机(TunnelBoringMachine，简写为T.B.M.)法和盾构掘进机法。前者应用于岩石地层，后者则主要应用于土质围岩，尤其适用于软土、流砂、淤泥等特殊地层。沉管法、明挖法等则是用来修建水底隧道、地下铁道、城市市政隧道等，以及埋深很浅的山岭隧道。在隧道施工中最重要的是选择合理的施工方法。选择施工方法时需考虑的基本因素大体上可归纳为：(一)施工条件(二)围岩条件(三)隧道断面积(四)埋深(五)工期(六)环境条件从目前的工程实际出发，在今后很长一段时期内，矿山法仍然是修建山岭隧道的主流方法，是其他方法不可能代替的。 隧道施工过程和方法是多种多样的，目前在我们经常采用的矿山法中大致有全断面法、台阶法和分部开挖法三大类。在当前的施工实践中，采用最多的方法是台阶法，其次是全断面法。在大断面隧道中，单侧壁导坑(中隔壁法)和双侧壁导坑(眼镜法)采用较多。由于施工机械的开发和辅助工法的采用，施工方法有向更多地采用全断面法，特别是全断面法与超短台阶法结合的发展趋势。也就是说，施工方法有向全地质型方法转变的趋势。因此，目前选择施工方法，并不完全决定于地质条件。地质条件仅仅是选择施工方法的一个因素，而更应强调的是：施工方法必须符合快速、安全、质量及环境的要求。其中环境因素有时成为选择施工方法的决定性因素。新奥法一、隧道施工应遵循的基本原则1963年，由奥地利学者L·腊布兹维奇教授命名为“新奥地利隧道施工法(NewAustriaTunnellingMethod)”，简称“新奥法(NATM)”正式出台。它是以控制爆破或机械开挖为主要掘进手段，以锚杆、喷射混凝土为主要支护方法，理论、量测和经验相结合的一种施工方法。同时又是一系列指导隧道设计和施工的原则。归纳起来，施工中不管采用哪种方法，都必须遵循的基本技术原则是：(一)因为围岩是隧道的主要承载单元，所以要在施工中充分保护和爱护围岩。(二)为了充分发挥围岩的结构作用，应容许围岩有可控制的变形。(三)变形的控制主要是通过支护阻力(即各种支护结构)的效应达到的。(四)在施工中，必须进行实地量测监控，及时提出可靠的、足够数量的量测信息，以指导施工和设计。这是“新奥法”的重要组成部分。(五)在选择支护手段时，一般应选择能大面积的、牢固的与围岩紧密接触的、能及时施设和应变能力强的支护手段。(六)要特别注意，隧道施工过程是围岩力学状态不断变化的过程。(七)在任何情况下，使隧道断面能在较短时间内闭合是极为重要的。。(八)在隧道施工过程中，必须建立设计—施工检验—地质预测—量测反馈—修正设计的一体化的施工管理系统，以不断地提高和完善隧道施工技术。上述隧道施工的基本原则可扼要地概括为：“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”。在实际施工过程中，这些原则也不是一成不变的，应该结合实际情况进行完善和提高。二、新奥法的分类及施工工序新奥法施工，按其开挖断面的大小及位置，基本上又可分为以下几种：1全断面开挖法。2台阶法，其中包括：(1)长台阶法；(2)短台阶法；(3)超短台阶法。3分部开挖法，其中包括：(1)台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)；(2)中隔壁法(单侧壁导坑法、CD法)；(3)双侧壁导坑法(眼镜法)等。新奥法的施工工序可用以下框图表示：新奥法施工程序 三、开挖方法全断面开挖法1-全断面开挖法;2-锚喷支护;3-模筑混凝土衬砌按开挖隧道的横断面分部情形来分，开挖方法可分为全断面开挖法、台阶开挖法，分部开挖法。(一)全断面开挖法1全断面法施工的顺序是：(1)施工准备完成后，用钻孔台车钻眼，然后装药，联接起爆网路；(2)退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道断面；(3)进行通风、撒水，排烟、降尘；(4)排除危石，安设拱部锚杆和喷第一层混凝土；(5)用装碴机将石碴装入矿车或运输机，运出洞外；(6)安设边墙锚杆和喷混凝土；(7)必要时可喷拱部第二层混凝土和隧道底部混凝土；(8)开始下一轮循环；(9)在初次支护变形稳定后，或按施工组织中规定日期灌注内层衬砌。根据围岩稳定程度及施工设计亦可以不设锚杆或设短锚杆。也可先出碴，然后再施作初次支护，但一般仍先进行拱部初次支护，以防止局部应力集中而造成的围岩松动剥落。2适用条件：全断面法适用于岩层覆盖条件简单、岩质较均匀的硬岩中。必须具备大型施工机械。隧道长度或施工区段长度不宜太短。否则采用大型机械化施工的经济性差。根据经验，这个长度不应小于1km。(二)台阶开挖法台阶开挖法一般是将设计断面分上半断面和下半断面两次开挖成型。台阶法包括长台阶法、短台阶法和超短台阶法等三种，其划分是根据台阶长度来决定如图所示。至于施工中究竟应采用何种台阶法，要根据以下两个条件来决定：(1)初次支护形成闭合断面的时间要求，围岩越差，闭合时间要求越短；(2)上断面施工所用的开挖、支护、出碴等机械设备施工场地大小的要求。在软弱围岩中应以前一条件为主，兼顾后者，确保施工安全。在围岩条件较好时，主要考虑是如何更好地发挥机械效率．保证施工的经济性，故只要考虑后一条件。现将各种台阶法叙述如下：台阶法施工形式1长台阶法：上、下断面相距较远，一般上台阶超前50m以上或大于5倍洞跨。 (1)长台阶法的作业顺序为：上半断面开挖：①　用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破，地层较软时亦可用挖掘机开挖。②　安设锚杆和钢筋网，必要时加设钢支撑、喷射混凝土。③　用推铲机将石碴推运到台阶下，再由装载机装入车内运至洞外。④　根据支护结构形成闭合断面的时间要求，必要时在开挖上半断面后，可建筑临时底拱，形成上半断面的临时闭合结构，然后在开挖下半断时再将临时底拱挖掉。但从经济观点来看，最好不这样做，而改用短台阶法。下半断面开挖：①　用两臂钻孔台车钻眼、装药爆破。装碴直接运至洞外。②　安设边墙锚杆(必要时)和喷混凝土。③　用反铲挖掘机开挖水沟。喷底部混凝土。(2)优缺点及适用条件：有足够的工作空间和相当的施工速度，上部开挖支护后，下部作业就较为安全，但上下部作业有一定的干扰。相对于全断面法来说，长台阶法一次开挖的断面和高度都比较小，只需配备中型钻孔台车即可施工，而且，对维持开挖面的稳定也十分有利。所以，它的适用范围较全断面法广泛，凡是在全断面法中开挖面不能自稳，但围岩坚硬不要用底拱封闭断面的情况，都可采用长台阶法。2短台阶法：台阶长度小于5倍但大于1～1.5倍洞跨。上下断面采用平行作业。短台阶法的作业顺序和长台阶相同。优缺点及适用条件：由于短台阶法可缩短支护结构闭合的时间，改善初次支护的受力条件，有利于控制隧道收敛速度和量值，所以适用范围很广，Ⅰ～Ⅴ级围岩都能采用，尤其运用于Ⅳ、Ⅴ级围岩，是新奥法施工中经常采用的方法。缺点是上台阶出碴时对下半断面施工的干扰较大，不能全部平行作业。为解决这种干扰可采用长皮带机运输上台阶的石碴；或设置由上半断面过渡到下半断面的坡道。将上台阶的石碴直接装车运出。过渡坡道的位置可设在中间，也可交替地设在两侧。过渡坡道法通用于断面较大的双线隧道中。3超短台阶法：台阶仅超前3～5m，只能采用交替作业。(2)优缺点及适用条件：由于超短台阶法初次支护全断面闭合时间更短，更有利于控制围岩变形。在城市隧道施工中，能更有效的控制地表沉陷。所以，超短台阶法适用于膨胀性围岩和土质围岩，要求及早闭合断面的场合。当然，也适用于机械化程度不高的各类围岩地段。缺点是上下断面相距较近，机械设备集中，作业时相互干扰较大生产效率较低，施工速度较慢。在软弱围岩中施工时，应特别注意开挖工作面的稳定性，必要时可对开挖面进行预加固或预支护。第十七讲隧道施工方法及其基本作业一、分部开挖法分部开挖法是将隧道断面分部开挖逐步成型，且一般将某部超前开挖，故也可称为导坑超前开挖法。分部开挖法可分为三种变化方案：台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法，如图所示。1台阶分部开挖法。又称环形开挖留核心土法。(1)开挖面分部形式：一般将断面分成为环形拱部（上图中的1、2、3）、上部核心土4、下部台阶5等三部分。(2)施工作业顺序为：①用人工或单臂进机开挖环形拱部。或根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。②安设拱部锚杆、钢筋网或钢支撑、喷混凝土。③在拱部初次支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下台阶，随时接长钢支撑和喷混凝土、封底。④根据初次支护变形情况或施工安排建造内层衬砌。由于拱形开挖高度较小，或地层松软锚杆不易成型，所以施工中不设或少设锚杆。环形开挖进尺为0.5～1.0m，不宜过长。上部核心土和下台阶的距离，一般双线隧道为1倍洞跨，单线隧道为2倍洞跨。(3) 优缺点及适用条件：在台阶分部开挖法中，因为上部留有核心土支挡着开挖面，而且能迅速及时地建造拱部初次支护，所以开挖工作面稳定性好。和台阶法一样，核心土和下部开挖都是在拱部初次支护保护下进行的，施工安全性好。这种方法适用于一般土质或易坍塌的软弱围岩中。与超短台阶法相比，台阶长度可以加长，减少上下台阶施工干扰；而与下述的侧壁导坑法相比，施工机械化程度较高，施工速度可加快。虽然核心土增强了开挖面的稳定，但开挖中围岩要经受多次扰动，而且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，这些都有可能使围岩变形增大。因此，它常要结合辅助施工措施对开挖工作面及其前方岩体进行预支护或预加固。台阶开挖形式2单侧壁导坑法。(1)开挖面分部形式：一般将断面分成三块：侧壁导坑1、上台阶2、下台阶3，见图。侧壁导坑尺寸应本着充分利用台阶的支撑作用，并考虑机械设备和施工条件而定。一般侧壁导坑宽度不宜超过0.5倍洞宽，高度以到起拱线为宜，这样，导坑可分二次开挖和支护，不需要架设工作平台，人工架立钢支撑也较方便。导坑与台阶的距离没有硬性规定，但一般应以导坑施工和台阶施工不发生干扰为原则，所以在短隧道中可先挖通导坑，而后再开挖台阶。上、下台阶的距离则视围岩情况参照短台阶法或超短台阶法拟定。(2)施工作业顺序为；①开挖侧壁导坑，并进行初次支护(锚杆加钢筋网、或锚杆加钢支撑、或钢支撑，喷射混凝土)，应尽快使导坑的初次支护闭合；②开挖上台阶，进行拱部初次支护，使其一侧支承在导坑的初次支护上，另一侧支撑在下台阶上；③开挖下台阶，进行另一例边墙的初次支护，并尽快建造底部初次支护，使全断面闭合；④拆除导坑临空部分的初次支护；⑤建造内层衬砌。(3)优缺点及适用条件：单侧壁导坑法是将断面横向分成3块或4块，每步开挖的宽度较小，而且封闭型的导坑初次支护承载能力大，所以，单侧壁导坑法适用于断面跨度大，地表沉陷难于控制的软弱松散围岩中。3双侧壁导坑法，又称眼镜工法。(1)开挖面分部形式：一般将断面分成四块：左、右侧壁导坑1、上部核心土2、下台阶(3)，如图示 。导坑尺寸拟定的原则同前，但宽度不宜超过断面最大跨度的1/3。左、右侧导坑错开的距离，应根据开挖一侧导坑所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成导坑的原则确定。(2)施工作业顺序为；①开挖一侧导坑，并及时地将其初次支护闭合。②相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护。③开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。④开挖下台阶，建造底部的初次支护，使初次支护全断面闭合。⑤拆除导坑临空部分的初次支护。⑥建造内层衬砌。(3)优缺点及适用条件：当隧道跨度很大，地表沉陷要求严格，围岩条件特别差，单侧壁导坑法难以控制围岩变形时，可采用双侧壁导坑法。现场实测表明，双侧壁导坑法所引起的地表沉陷仅为短台阶法的1/2。双侧壁导坑法虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的，所以在施工中间变形几乎不发展。双侧壁导坑法施工安全，但速度较慢，成本较高。二、施工中有可能出现的问题及其对策三、传统的矿山法四、不良地质条件下隧道施工第十八讲总复习