篇一：山岭隧道抗震及减震方法综述

　　山岭隧道地震震害原因及抗减震工程措施浅析

　　作者：李过

　　来源：《科技资讯》2012年第10期

　　李过

　　(中铁二局林织铁路工程指挥部

　　贵州清镇551400)

　　摘

　　要:在“5·12”汶川大地震中,很多高烈度地区的铁路隧道及公路隧道都遭受了严重的损坏,对震害实例进行收集并归纳分析得到了隧道震害的原因。同时以某单线铁路隧道为例,通过地震系数法计算得到了隧道在地震作用下的破坏特点,分析其结构抗震的薄弱环节,对隧道抗减震工程措施进行了总结。

　　关键词:“5·12”汶川大地震

　　隧道震害原因

　　工程措施

　　中图分类号:U457+.5文献标识码:A

　　文章编号:1672-3791(2012)04(a)-0032-02以前工程界一直认为隧道及地下结构是抗震性能比较优越的工程建筑。然而近几十年隧道及地下结构的地震灾害实例不断增多。尤其西部山岭隧道洞口段因其地质条件差、覆盖层薄以及存在边坡滑坡、崩塌和泥石流等边坡地质灾害而更加容易受损,是隧道抗震的薄弱环节。如在“5·12汶川大地震”中,隧道的震害现象尤为明显。宝成线、广岳线等铁路隧道及都汶公路、剑阁至青川公路的龙溪隧道、龙洞子隧道、酒家垭隧道等大量公路隧道由于处于高烈度地震区(烈度约Ⅶ-Ⅺ度),都遭受了严重损坏。

　　1隧道震害原因分析

　　“5·12汶川大地震”中,隧道洞口区域震害主要为:洞口边仰坡垮塌、掩埋洞口;边仰坡防护、截排水沟开裂变形;洞口落石、局部边仰坡地面开裂变形;洞门墙及洞口附近衬砌开裂等,见图1和图2。

　　对“5.12汶川地震”影响范围内的大量铁路、公路隧道震害进行收集并归类分析,认为其震害原因如下:(1)隧道洞口及洞口段是隧道工程的薄弱部位,由于地质条件差,在边仰坡开挖高陡或悬崖峭壁下的洞口,在隧道洞口工程处理范围外的岩石经长期风化剥蚀后,在地震过程中极易形成坍塌、落石等次生灾害,造成洞口堵塞,洞门结构开裂、错台甚至损毁。(2)修建年代早、技术标准(建筑材料、衬砌结构形状等)低,抗震设防标准低、部分隧道施工质量差以及隧道本身存在病害或质量缺陷等是造成“5.12汶川地震”后,衬砌出现病害或病害加剧的重要原因。(3)隧道震害的产生与隧道附近的地质构造、地形条件密切相关。(4)“5.12汶川地震”震级高,震中附近地震烈度远高于隧道结构的设防烈度,是造成震中附近隧道产生严重震害的主要原因。

　　2抗减震工程措施研究

　　以某单线铁路隧道工程为例,设计时速为140km/h,开挖跨度B=6.4m,隧道洞口段上方的覆盖土层厚度约为1B(6.4m)。衬砌厚度0.4m,衬砌密度为25kN/m3,弹性模量为32.25e9N/m2;围岩弹性模量150e6N/m2,密度19kN/m3,内摩擦角45°。计算地震烈度分别为Ⅵ度(地震力水平作用系数为0.1g)、Ⅶ度(地震力水平作用系数为0.2g)、Ⅷ度(地震力水平作用系数为0.3g)和Ⅸ度

　　(地震力水平作用系数为0.4g)。根据地震系数法的基本原理,建立荷载—结构计算模型,得到在不同地震烈度条件下的衬砌结构弯矩内力,见图3～图6。

　　从图3～图6中可知:隧道衬砌结构在地震荷载作用下,衬砌在共轭45°方向上弯矩内力值较大,而拱顶和仰拱中心却相对小的多,即内力最大值多发生在边墙与仰拱衔接处,隧道断面面积发生突变时的拱腰也是较大内力值位置。这两个部位是隧道结构的薄弱点,在进行抗震设计时应予以加强。

　　隧道抗减震主要工程措施如表1所示。

　　3结语

　　在对“5.12汶川地震”影响范围内的大量铁路、公路隧道震害收集、调研的基础上,进行了归类分析,得到以下经验:(1)隧道埋深较浅的洞口段是隧道地震破坏的主要部位,隧道洞口段边仰坡的垮塌、坍滑、危岩落石是对运营安全影响最大的震害,同时应加强隧道洞门、洞口段结构,不应采用端墙式洞门。边、仰坡的防危岩落石设计也应纳入抗震设计范围。(2)隧道区域实际地震烈度与设防地震烈度相适应时,隧道洞口段衬砌结构基本不产生震害,建议对高地震烈度区隧道进行抗震能力验算。(3)“5.12汶川地震”等地震显示了,隧道洞口坡面以外地震过程产生大量的次生灾害,如:山体崩塌、危岩落石、流坍、滑坡复活等,建议增加对洞口不良地质,如:滑坡、岩堆、顺层,以及洞口其它在地震过程可能产生次生灾害的地质条件进行地震安全评价,并采取相应的抗震措施。(4)洞口软硬围岩接触带、松散堆积体地段应重点设防,必要时应扩大衬砌断面,以便发生震害后可以及时进行修复,避免大拆大改。(5)隧道衬砌应采用曲墙带仰拱的衬砌形式,震区隧道应设置变形缝,变形缝间距根据围岩状况调整,同时在隧道洞口段采用钢筋混凝土等延性结构。

　　参考文献

　　[1]张蔑.隧道震害综述.铁道工程建设科技动态报告文集[C].中国铁道出版社,1993.

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　　[6]李乔,赵世春,等.汶川大地震工程震害分析[M].成都:西南交通大学出版社,2008.

篇二：山岭隧道抗震及减震方法综述

　　山岭隧道抗震及减震方法综述

　　[摘要]首先分析了山岭隧道的震害特征，针对目前国内山岭隧道抗震设计的现状，简略地介绍了目前研究较多的隧道抗震设计方法，并对各类方法进行了对比和总结,最后对山岭隧道减震措施和方法进行了介绍，并对山岭隧道抗震分析中有待进一步研究的问题进行了说明。

　　[关键词]隧道工程

　　灾害分析

　　隧道抗震设计

　　隧道工程由于受周围土体的约束，一直以来都被认为是具有很强抗震性能的结构，但随着地下结构在地震作用下破坏的案例越来越多，尤其是日本阪神地震和中国汶川地震给岩土工作者带来巨大的冲击，使得隧道结构的抗震问题受到国内外有关学者的关注。目前我国正处于基础设施建设的高峰期，尤其是西部大开发战略的深入推进,使得研究山岭隧道抗震、减震问题意义重大。

　　1.山岭隧道地震灾害的特点

　　通过对山岭隧道地震灾害资料的收集和归类分析，国内外专家将隧道地震破坏分为洞室变形、洞室顶部的偶尔落石、洞顶或洞壁倒坍、沿相交断层的位移、洞室围岩的剥落、支护或衬砌的扰动或变形等，总结了覆盖层厚度、岩石类别、支护类型、震级和震中距等因素对隧道震害的影响。将它们归纳起来，有以下几点：

　　（1）在同一烈度地震下，隧道结构一般比地面建筑物遭受到破坏的程度要小得多；

　　（2）隧道结构破坏程度随覆盖层厚度增加而降低，当覆盖层厚度小于50m时，隧道易遭遇地震破坏。隧道结构的震害程度与峰值地面运动有关；

　　（3）建筑在崩积层内的隧道结构要比建筑在坚固岩石内的地下结构更易受到严重破坏，穿越活断层或断层破碎带的地下结构在地震中也易受到严重破坏。

　　（4）在有限的资料范围内，看不出不同的内部支护形式对破坏程度有重要影响的趋势，但施工质量不能保证、采用木支撑、回填不密实的隧道易受到地震破坏。

　　2.国内山岭隧道抗震设计的现状

　　目前国内隧道等地下结构的相关的规范基本上采用地面结构的抗震设计方法。《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）针对铁路隧道的条文较少，规范中关于隧道的抗震强度和稳定性验算条文是参照既有设计经验。根据该规范规定：铁路隧道设防目标只需要达到抗震性能要求Ⅱ，在大致为Ⅲ级及以上围岩的洞口、浅埋、偏压隧道和明洞地震烈度为Ⅶ~Ⅸ度时，需进行抗震验算，验算方法为附加地震力的静力法，并只验算水平地震力对隧道强度和稳定性的影响[1]。另外，基于概率理论的隧道结构动力可靠度设计方面，也取得的重要的进展[2]。《公路工程抗震设计规范》（JTGD70-2004）中对于隧道抗震的规定基本沿用铁路隧道规范的相关规定。在我国地下铁道设计中，由于研究工作开展不够，目前尚没有国家标准。

　　3.目前山岭隧道抗震分析的方法

　　目前地下结构抗震总的研究方法主要有三种：地震观测、理论分析和实验研究。

　　3.1地震观测

　　通过实测地下结构在地震时的动力特性来了解地下结构的地震特点。197年，日本首先利用松化群发地震，测定了地下管线动态应变，通过对测定结果的研究发现：管线与周围地基一起振动。随后人们又对沉管隧道、盾构隧道和地下隧道等进行了地震观测，掌握了一定的地下结构动力特性，由此得出了影响地下结构地震反应的因素是地基变形而不是地下结构惯性力的结论。

　　3.2山岭隧道抗震分析的理论方法

　　地下结构的抗震分析方法大致分为两种，基本方法与实用方法[3]。基本方法也分为两种：一种为波动法[4]，以求解波动方程为基础，梁建文[5]在这一方面做了大量的工作，取得丰富的成果。另一种为相互作用法[4]，又称为振动法，以求解结构运动方程为基础。在上述方法的基础上发展了许多地下结构抗震分析的实用方法,代表性的工程设计方法有：反应变位法，围岩应变传递法，地基抗力系数法，有限元方法，ST.John法，Shukla法，福季耶娃法，递推衍射法，SCRTK法等。文献[6]提出了“南昆法”，不仅是以柔度比作为刚、柔性结构的判据，并用它来分析隧道结构与围岩的相互作用，将弹性地基梁的减小系数视为衬砌变形的传递系数，并以柔度比代替了难以确定的地基系数K。该课题组建议无抗震缝时采用“南昆法”进行计算。不同抗震设计方法的对比分析，见表1所示。

　　3.3山岭隧道抗震分析的实验方法

　　隧道结构的抗震实验方法

　　经历了四个不同的发展阶段。分别为静力实验方法、地震模拟振动台实验方法、拟动力实验方法（联机实验）、原型结构的动力测试。典型的例子有：

　　（1）冈本舜三、雅可夫列维奇和后藤等进行了隧道的模型试验研究。试验结果表明[3]：a、两平行隧道间的距离越小，隧道间土体的剪切应变愈大，从而使得隧道的变形加大；b、隧道顶部拱肩和底部拱肩均为受力最大的截面，说明隧道产生了斜蛋形的剪切变形；c、当平行隧道距离较近时，衬砌应有足够的刚度。

　　（2）西南交通大学对南昆铁路乐善村二号隧道和草庵隧道进行了洞身模型试验。试验发现[13]：a、振动台、围岩、隧道结构三者的振动波相似，对于洞身衬砌而言，是递减传播，对于洞口衬砌而言，是递增传播；b、衬砌动应变的性质与地震波角度有关，横向地震时，衬砌断面因变形而发生切向应变，以拱脚和墙脚为最大；纵向地震时，则衬砌发生纵向应变为主，切向应变很小；斜向45°地震时，衬砌既有切向应变又有纵向应变，二者数值相近；c、洞口山体内的加速度越近地表越大，因此洞口边坡的开挖时应注意防止松动山体。

　　（3）铁道部科学研究院针对大秦线上的军都山隧道进行过圆形隧道、铁路单双线隧道的振动台模型实验。结论是[7]：a、地震应力对隧道总是一个偏载，对静载土应力而言是一个附加值，其大小

　　和符号随时间变化；b、锚杆的使用能提高地层分类等级，减小衬砌周边应力，但由于它使衬砌受牵连和约束，使衬砌中的应变有所增加；c、圆形结构的裂缝出现在垂直直径的内侧水平直径的外侧，单线隧道的裂缝出现在仰拱顶的内侧和仰拱趾处的外侧，双线隧道结构的裂缝出现在仰拱和顶拱和内侧以及仰拱趾处的外侧。4.山岭隧道的减震措施

　　4.1改变隧道结构性能的抗震

　　主要是通过改变隧道结构刚度、质量、强度、阻尼等动力特性来减轻隧道结构的地震反应。这种方法主要有以下几种情况[9-10]：

　　（1）减轻质量

　　采用轻骨料混凝土来减轻混凝土的质量，从而减小隧道结构的地震反应，但

　　轻骨料混凝土强度较低，为此，在轻骨料混凝土中添加钢纤维以提高其强度。

　　（2）增加强度和阻尼

　　①采用钢纤维混凝土，提高混凝土延性、抗折性、抗拉性、韧性等，使隧道结构在地震中大量吸能耗能，减轻地震反应。如钢纤维喷混凝土、钢纤维模筑混凝土衬砌等，就属于这种措施。

　　②采用聚合物混凝土，增加混凝土柔韧性、弹性和阻尼，使隧道结构吸收地震能量。如聚合物混凝土、聚合物钢纤维混凝土等。

　　③在隧道结构中添加大阻尼材料，使其成为大阻尼复合结构，也可以得到很好减震效果。增加阻尼有两种方法：一种方法是在隧道结构衬砌表面或内部增加阻尼，通过隧道结构的拉伸或剪切变形来耗能减震。另一种方法是在隧道结构的接头部位施设减震装置，在地震中，这些减震装置耗能减震，从而避免隧道结构进入非弹性状态或发生损坏。

　　（3）调整隧道结构刚度

　　①采用柔性结构大大减小隧道结构的刚度，即做成“柔性结构”，这样做虽然能有效地减小隧道结构的加速度反应，减小地震荷载，但这种做法在软弱围岩情况下可能还不能满足静力要求，因此很难推广应用。

　　②采用延性结构适当控制隧道结构的刚度，使结构的某些构件在地震时进入非弹性状态，并且具有较大的延性，以消耗地震能量，使隧道结构“裂而不倒”，这种方法在很多情况下是有效的，例如，当隧道中采用管片式衬砌时，在管片的接头部位安装特殊螺栓，此时的隧道结构就属于延性结构。该类隧道结构也存在很多局限性，首先，由于接头进入非弹性状态，将使隧道结构的变形增大，可能使隧道结构内部的附属设备遭受严重破坏。其次，当遭遇超过设计烈度地震时，将使重要部位的接头非弹性变化严重化，在地震后难以修复。

　　4.2隧道结构的减震

　　在隧道结构周围安装减震器或回填减震材料构成的减震系统称为整体减震，这种结构具有较高的减震效果。

　　(1)理想回填减震材料为以下几种：

　　①颗粒材料（如火山渣）；②泡沫材料（如聚苯乙稀等）；③泡沫橡胶；④轻质混凝土。

　　(2)减震设施的设置[9-11]隧道结构在地震时因与地层的相互作用而产生断面力和变形，因此在地层条件和结构条件变化部分，因振动特性不同而成为变形和断面力集中的场所，易于发生震害。在这种情况下，作为降低作用在隧道结构上的地层变形的影响的一个方法，就是减小隧道结构本体的刚性，而使之能够随地震时的地层变形。柔性管片和柔性接头及弹性垫板的环向接头就是这样的代表。

　　5.结论与展望

　　通过上面分析可知，山岭隧道抗震研究要远落后与地面建筑的抗震研究，而且由于地质赋存环境的复杂性，使得山岭隧道震害在很大程度上取决于地层特性，这种观点已为隧道界所共识，对于目前山岭隧道抗震设计方法，无论是静力设计方法、拟静力方法（工程实用方法）、动力有限元方法、还是实验研究方法，都不能全面的反映隧道地震的动力特性，山岭隧道结构的抗震分析中有待进一步研究的问题主要有[12]：地下隧道结构反应量测仪器的改进；地震荷载传播机制的深入认识；强震下垂直加速度对结构响应的影响；土－结相互作用数值模型的改进；场地土的运动方向和突加效应对结构响应的影响；沿轴向土体运动的不一

　　致和土－结之间可能存在的滑移对结构响应的影响；结构的存在对场地土振动的局部放大或衰减效应以及多次反复周期荷载作用效应等。另外，土的本构模型,多维地震动的模拟与实现，较高规格离心机试验等方面也都是急需解决的问题。

　　目前我国在建和拟建了大量山岭隧道，有的隧道长度达到几十公里，这样大型的结构尚未真正受强震作用的考验，一旦地震破坏，就会造成严重的经济、政治和社会影响，因此，一系列新的与抗震设计有关的科学及技术问题需要深入探索，系统的开展隧道结构抗震理论分析及应用研究显得尤为重要和紧迫。

　　参考文献:[1]应础斌，耿萍，张征亮.交通隧道抗震设计拟静力方法的适应性研究[J].公路，2011（12）：194-198.[2]严松宏.地下结构随机地震响应分析及其动力可靠度研究[D].成都:西南交通大学,2003.[3]潘昌实.隧道地震灾害综述[J].隧道及地下工程，1990，VOL.2NO.2.[4]阎盛海．地下结构抗震．大连,大连理工大学出版社,1989.[5]梁建文，张浩．地下双洞室在ＳＶ波入射下动力响应问题解析，振动工程学报，2004.[6]铁道部第二勘察设计院等．南昆铁路8、9度地震区隧道洞口及浅埋大跨度新结构设计试验研究.1996。

　　[7]铁道部科学研究院.隧道洞口段抗震加固方法研究，1983，3.[8]刘根，杨运科，杨举明.地下结构抗震设计方法研究及评价[J].工程结构，2008，28（5）：96-98.[9]王明年．高地震区地下结构减震技术原理的研究[D]．西南交通大学博士论文,1999.[10]关宝树.隧道工程设计要点集[M].人民交通出版社，2003.[11]李天斌．活断层地区隧道抗震问题的数值模拟研究.成都理工大学硕士研究生论文，2006.[12]韩锡勤，徐学勇.地下隧道工程抗震分析方法综述[J].大地测量与地球动力学，2010（30）增（Ⅱ）：86-89.从事岩土与地下工程的教学研究工作。

篇三：山岭隧道抗震及减震方法综述

篇四：山岭隧道抗震及减震方法综述

　　（19）中华人民共和国国家知识产权局

　　（12）发明专利申请

　　（21）申请号

　　CN202010335956.2（22）申请日

　　2020.04.25（71）申请人

　　中山大学;中交第一公路勘察设计研究院有限公司

　　地址

　　510260广东省广州市新港西路135号

　　（10）申请公布号

　　CN111561332A

　　（43）申请公布日2020.08.21（72）发明人

　　王复明;汪双杰;郭成超;孙博;马雪;韩常领;董长松

　　（74）专利代理机构

　　郑州大通专利商标代理有限公司

　　代理人

　　张立强

　　（51）Int.CI

　　权利要求说明书

　　说明书

　　幅图

　　（54）发明名称

　　一种山岭隧道隔震防水保温高聚物的施工方法

　　（57）摘要

　　本发明涉及一种山岭隧道隔震防水保温高

　　聚物的施工方法，其包括以下步骤：基层找平；涂抹聚氨酯底涂；喷涂高聚物；修整泡沫聚氨酯；涂抹聚合物砂浆。通过以上步骤对山岭隧道进行隔震防水保温的预处理，所述高聚物材料为非水反应类双组份高聚物材料。本发明具有快捷、经济、耐久等优点，可快速有效解决高寒高温高烈度富水区等复杂地质条件下山岭隧道衬砌冻害热害、衬砌结构破坏、渗漏水等问题，为山

篇五：山岭隧道抗震及减震方法综述

　　矿山法课程综述论文

　　山岭隧道两种常规施工方法的综述及比较

　　摘要：

　　针对山岭隧道两种常规的施工方法：传统的矿山法和“新奥法”，本文介绍了它们的施工方法和理念并进行了对比，给出了两者的主要差别。最后简述了山岭隧道施工方法的发展趋势。

　　关键词：

　　隧道工程新奥法传统矿山法松弛荷载理论岩承理论

　　0引言

　　传统矿山法是山岭隧道常规施工方法，因最早应用于采矿坑道而得名。隧道等地下工程，其核心问题，都归结在开挖和支护两个关键工序上。即如何开挖才能更有利于洞室稳定和便于支护；如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。在矿山法中，坑道开挖后的支护方法，大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统矿山法”；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法”。“新奥法”与“传统矿山法”相比，在在理论基础、对围岩及支护的认识等方面都有很大的不同。

　　序上。即如何开挖，才能更有利于洞室的稳定和便于支护：若需支护时，又如何支护才能更有效地保证洞室稳定和便于开挖。这是隧道及地下工程中两个相互促进又相互制约的问题。在隧道及地下洞室工程中，围绕着以上核心问题的实践和研究，在不同的时期，人们提出了不同的理论并逐步建立了不同的理论体系，每一种理论体系都包含和解决(或正在研究解决)了从工程认识(概念)、力学原理，工程措施到施工方法(工艺)等一系列工程问题。

　　1.1松弛荷载理论

　　一种理论是二十世纪20年代提出的传统的“松弛荷载理论”。其核心内容是：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载：不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。这样，作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。这是一种传统的理论，其代表人物有泰沙基和普氏等人。它类似于地面工程考虑问题的思想，至今仍被广泛的应用着。传统矿山法是松弛荷载理论在隧道工程实践中的代表方法。

　　11隧道设计施工的两大理论及其发展过程

　　二十世纪以来，人类对地下空间的需求越来越多，因而对地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展。在大量的地下工程实践中，人们普遍认识到，隧道及地下洞室工程，其核心问

　　题，都归结在开挖和支护两个关键工

　　矿山法课程综述论文

　　1.2岩承理论

　　另一种理论是二十世纪50年代提出的现代支护理论，或称“岩承理论”。其核心内容是：围岩稳定显然是岩体自身有承载自稳能力：不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。这种理论体系的代表性人物有拉布西维兹、米勒一菲切尔、芬纳塔罗勃和卡斯特奈等人。这是一种比较现代的理论，它已经脱离了地面工程考虑问题的思路，而更接近于地下工程实际，近半个世纪以来已被广泛接受和推广应用，并且表现出了广阔的发展前景。由以上可以看出，前一种理论更注意结果和对结果的处理：而后一种理论则更注意过程和对过程的控制，即对围岩自承能力的充分利用。由于有此区别，因而两种理论体系在过程和方法上各自表现出不同的特点。新奥法是岩承理论在隧道工程实践中的代表方法。

　　2传统矿山法

　　2.1概念与原理概述

　　传统矿山法是一种较传统的施工方法，使人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或刚构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后，逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。

　　木构件支撑由于其耐久性差和对坑道形状的适应性差，支撑撤换工作既麻烦又不安全，且对围岩有所扰动，因此，目前已很少使用。钢结构支撑具有较好的耐久性和对坑道形状的适应性等优点，施工中可以不撤换，也更安全。日本隧道界将以钢构件作为支撑的矿山法称为“背板法”。钢木构件支撑类似于地上的“荷载一结构”力学体系。它作为一种维持坑道稳定

　　的措施，是很直观和奏效的，也容易被施工人员理解和掌握。因此这种方法常被用于不便采用喷锚支护的隧道中，或处理塌方等。由于衬砌的设计工作状态与实际工作状态不一致，以及临时支撑存在的一些缺陷等，在一定程度上限制了它的发展和应用。

　　矿山法的基本理论依据是，隧道开挖后受爆破影响，造成围岩体破裂形成松弛状态，随时都有可能塌落。给予这种松弛荷载来了依据，其施工方法是采取分割式按分部顺序一块一块的开挖，并要求边挖边撑以策安全，所以支撑复杂，材料耗用多。由于这种施工方法，因其工作面小，不能使用大型的凿岩钻孔设备和装卸运输工具，故施工进度慢，建设周期长，机械化程度低，耗用劳力多，难以适应现代公路建设工期的需要。

　　2.2传统矿山法施工的基本原则

　　传统矿山法施工的基本原则可以归纳为“少扰动、早支撑、慎撤换、快衬砌”。

　　“少扰动”是指开挖后及时施作临时构件支撑，使围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间，这与新奥法施工的要求是一致的。采用钢支撑，可以增大一次开挖断面跨度，减少分部次数，从而减少对围岩的扰动次数。

　　“早支撑”是指开挖后及时施作临时构件支撑，使围岩不致因变形松弛过度而产生坍塌失稳，并承受围岩松弛变形产生的压力，即早期松弛荷载。定期检查支撑的工作状况，若发现变形严重或出现损坏征兆，应及时增设支撑予以加强。作用在l临时支撑上的早期松弛荷载大小可比照设计永久衬砌的计算围岩压力大小来确定。临时支撑的结构设计亦采用类似予永久衬砌的设计方法，即结构力学方法。“慎撤换”是指拆除临时支撑，以永久性模筑混凝土取代，衬砌时要2矿山法课程综述论文

　　慎重，即要防止撤换过程中围岩坍塌失稳。每次撤换的范围、顺序和时间要视围岩稳定性及支撑的受力状况而定。若预计到不能拆除，则应在确定开挖断面大小及选择支撑材料时就予以研究解决。使用钢支撑作为临时支撑，则可以避免拆除支撑的麻烦和危险。

　　“快衬砌”是指拆除临时支撑后要及时修筑永久性混凝土衬砌，并使之尽早承载参与工作。若采用的是钢支撑又不比拆除，或无临时支撑时，亦应尽早施作永久性混凝土衬砌。

　　2.3施工注意事项

　　按松弛荷载理论设计的隧道永久性模筑混凝土衬砌，其厚度较厚，刚度较大，故相对于复合式衬砌称为整体式衬砌。整体式衬砌的施工应注意以下几点。

　　1)

　　模筑混凝土衬砌时，需慎重进行临时支撑的拆除，以免围岩坍塌失稳。每次拆除的范围、顺序和时间要视围岩稳定性及支撑的受力状况而定。若不必拆除或不能拆除临时支撑，则可将其留在衬砌背后或浇筑在混凝土中。但原则上只允许钢构件留在混凝土中。

　　2)

　　整体式衬砌的设计中一般并未计入钢支撑的承载作用。事实上，当钢支撑不必拆除或不能拆除时，其支撑作用是存在的。这种不计入就造成一定的浪费，因此有人提出：在整体式衬砌设计时，计入钢支撑的永久承载作用，并相应地适当减薄衬砌厚度。

　　3)

　　采用先拱后墙法施工时，应注意处理好墙顶和拱脚连接处的封口，以保证其整体刚度不严重降低。马口开挖应遵循马口开挖原则进行。

　　4)

　　传统矿山法施工，其衬砌背后空隙较多，尤其是拱部有较多背板未拆除时，对于衬砌的受力状态是不利的。因此，应在衬砌混凝土达到一定

　　强度后进行压浆处理。浆液材料多采用单液水泥浆。钻压浆孔时应注意避开未被拆除的钢支撑。

　　5)

　　整体式衬砌混凝土的拆模时间，应根据衬砌的受力条件、自重大小以及混凝土的强度增长情况由现场试验确定，以保证不会因拆模而导致衬砌变形开裂，一般应符合工程设计规定的要求。

　　3.新奥法

　　3.1基本概念、发展历史及现状

　　新奥法即新奥地利隧道施工方法，原文是NewAustrianTunnellingMethod，简称为NATM。它与法国称收敛约束法或有些国家所称动态观测设计施工法的基本原则一致。新奥法概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。之后这个方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近40年来，铁路等部门通过科研、设计、施工三结合，在许多隧道修建中，根据自己的特点成功地应用了新奥法，取得了较多的经验，积累了大量的数据，现已进入推广应用阶段。但在公路部门新奥法的应用仅为50％左右。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益是明显的。

　　3.2施工基本思想

　　新奥法是由传统矿山法发展起来的。传统矿山法是把施工是把地层压力视为外力荷载，而新奥法是把围岩3矿山法课程综述论文

　　和支护结构作为一个统一的受力体系来考虑，围岩既是荷载的来源，又是支护体系的一部分，围岩和支护结构互相作用。新奥法施工的基本思想是：充分利用围岩的自称能力和开挖面的空间约束作用，采用以锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，约束围岩的松弛和变形，通过对围岩和支护结构的监控、测量来指导地下工程的设计与施工。

　　3.3施工基本要点

　　新奥法的基本要点可归纳如下：

　　1)

　　隧道开挖作业应采用光面爆破,选择合理的断面形状、施工程序和开挖方法，并尽量采取大断面开挖，尽量减少对围岩的破坏程度。

　　2)

　　隧道开挖后，尽量利用围岩的自承能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分，遇塑性变形较大的围岩压力，增设锚杆加固，使围岩与支护紧密结合，施作的支护将同围岩共同工作，形成一个整体的承载环或承载拱。

　　3)

　　根据围岩特征采用不同的支护类型和参数，及时施作密贴于围岩的柔性喷射混凝土和锚杆作为初期支护，以控制围岩的变形和松驰。

　　4)

　　在软弱破碎围岩地段，应及早闭合隧道断面，及时封闭仰拱，能有效地发挥支护体系的作用，保证隧道的稳定。

　　5)

　　二次衬砌是在围岩与初期支护变形基本稳定的情况下构筑的，围岩的支护形成一个整体，不仅能提高支护体系的安全度，而且还能增加衬砌的厚度。

　　6)

　　尽量使隧道周边轮廓圆顺,避免棱角突变处应力集中。

　　7)

　　设置量测系统，监测围岩变位、变形速率及收敛程度，并进行必要的反馈分析，正确估计围岩特性及其随时间的变化，及时调整开挖及支护方式，以确定施作初期支护的有利时机

　　和是否需要补强支护等措施。使设计施工更复合实际情况，确保施工安全。

　　8)

　　在某些条件下，还必须采取其他补充措施，如超前灌浆，冻结、疏导涌水等，方能使新奥法取得成功。

　　上述新奥法的基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。

　　3.4隧道开挖方式的选择

　　采用新奥法设计和施工隧道时,其开挖方法主要根据地质条件、断面大小及周边环境条件等因素选择,开挖方法主要采用类比法,并结合数值分析确定。选择开挖方式时，应考虑下列几个问题：

　　1)

　　隧道埋深、岩体状况、有无断层破碎带、有无涌水、岩石强度等有关隧道围岩自稳性的问题；

　　2)

　　隧道总长或工区长度，隧道的线形，断面形状和尺寸等有关工程规模；

　　3)

　　地表设施状况，对地表下陷有无要求，地表下陷量的容许值等有关环境要求问题；

　　4)

　　机械设备，工期等施工条件问题。

　　目前国内对于断面较小的区间隧道,主要采用台阶法,地质条件较差或地表沉降控制要求严格时,可考虑采用CD法,并根据需要采用辅助施工措施解决,以提高施工速度;而对于断面较大的地铁车站和折返线,考虑工程安全和保护周边环境,多采用CRD工法或双侧壁导坑工法(眼镜工法)。因短台阶开挖比长台阶更早地使支护结构形成闭合断面，更利于控制地表沉降量。因此，在岩质条件更差时，采用短台阶开挖比长台阶法更有利。

　　3.5初期支护的特点

　　隧道开挖后，在围岩稳定能力不足时，需加以支护才能使其进入稳定4矿山法课程综述论文

　　状态，称为初期支护。简而言之，初期支护是为了解决隧道在施工期间的稳定和安全的工程措施。主要采用锚杆和喷射混凝土来支护围岩。初期支护有以下特点：

　　1)

　　灵活性：喷锚支护是由喷射混凝土、锚杆、钢筋网等支护部件进行适当组合的支护形式，既可以单独使用，也可以组合使用。其组合形式和支护参数可以根据围岩的稳定状态，施工方法和进度，隧道形状和尺寸等加以选择和调整。既可以用于局部加固，也可整体加固；既可以一次完成也可分次完成。

　　2)

　　及时性：喷锚支护能在施作后迅速发挥作用。表现在时间上，喷射混凝土和锚杆都具有早强性能，需要时就能起作用；表现在空间上，喷射混凝土和锚杆可以最大限度紧跟开挖施工，甚至可以利用锚杆进行超前支护。密贴性：喷射混凝土能与坑道周边的围岩全面、紧密地粘结，因而可以抵抗岩块之间沿节理的剪切和张裂。3)

　　深入性：锚杆能深人围岩体内部一定深度，对围岩起约束作用。

　　4)

　　柔性：锚喷支护属于柔性支护，可以较便利地调节围岩变形，允许围岩作有限的变形，允许围岩塑性区有适度的发展，以发挥围岩的自承能力。

　　5)

　　封闭性：喷射混凝土能全面及时地封闭围岩，不仅阻止洞内潮气和水对围岩的侵蚀作用，减少膨胀性岩体的潮解软化和膨胀，而且能够及时有效地阻止围岩变形，使围岩较早地进人变形收敛状态。

　　3.6注意事项

　　1)

　　岩体是隧道结构体系中的主要承载单元，在施工中必须充分保护岩体，尽量减少对它的扰动，避免过度破坏岩体的强度。为此，施工中断面分块不宜过多，开挖应当采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进。

　　2)

　　为了充分发挥岩体的承载能

　　力，应允许并控制岩体的变形。一方面允许变形，使围岩中能形成承载环；另一方面又必须限制它，使岩体不致过度松弛而丧失或大大降低承载能力。在施工中应采用能与围岩密贴、及时筑砌又能随时加强的柔性支护结构，例如，锚喷支护等。这样，就能通过调整支护结构的强度、刚度和它参加工作的时间(包括闭合时间)来控制岩体的变形。

　　3)

　　为了改善支护结构的受力性能，施工中应尽快闭合，而成为封闭的筒形结构。另外，隧道断面形状应尽可能圆顺，以避免拐角处的应力集中。

　　4)

　　通过施工中对围岩和支护的动态观察、量测，合理安排施工程序、进行设计变更及日常的施工管理。

　　5)

　　为了敷设防水层，或为了承受由于锚杆锈蚀，围岩性质恶化、流变、膨胀所引起的后续荷载，可采用复合式衬砌。

　　6)

　　二次衬砌原则上是在围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑的，围岩和支护结构形成一个整体，因而提高了支护体系的安全度。

　　4两种施工方法的对比

　　4.1理论基础

　　传统矿山法的理论基础为20年代提出的“松弛荷载理论”，其核心内容是：稳定的围岩有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能坍塌，需要用支护结构予以支撑。作用在支护结构上的荷载就是围岩在一定范围内由于松弛并可能塌落的岩体重力。它类似于地面工程考虑问题的思路。代表人物有泰沙基、普氏等。新奥法的理论基础为50年代提出的“岩承理论”，其核心内容是：围岩稳定是岩体自身有承载自稳能力；不稳定围岩丧失稳定是有一个过程的，如果在这个过程5矿山法课程综述论文

　　中提供必要的帮助或限制，则围岩仍然能够进入稳定状态。代表人物有腊布希维兹、米勒、卡斯特奈等。前一种理论更注意结果和对结果的处理，洞室结构设计采用荷载一结构模式；后一种理论则更注意过程和对过程的控制，对围岩自承载能力充分利用，将支护结构与围岩视为统一的力学体系。

　　4.2对围岩的认识及洞室支护手段

　　传统矿山法，只将围岩视为被挖去的岩体，新奥法则把围岩视为承载单元，是围岩一支护体系的一部分，需尺可能地保护，发挥其自承作用。传统矿山法施工各工序相互联系较密切，干扰较大。应注意统一组织和协调，处理好开挖与开挖、开挖与支撑、支撑与衬砌、开挖与衬砌之间的相互关系。若围岩较稳定事支撑条件较好，应尽量将各工序沿隧道纵向展开，以减少相互干扰，保证施工安全和施工进度。

　　新奥法所依赖的是喷锚支护技术。与传统的钢木构件支撑技术相比，不仅是手段的不同，更重要是工程概念的不同，是人们对隧道、地下工程问题的进一步认识和理解。

　　4.3对比结论

　　从各个方面对传统矿山法和新奥法进行对比，可以得到下表：

　　传统矿山法

　　新奥法

　　支

　　初期木支撑、钢支撑

　　锚喷支护

　　支护

　　护

　　永久单层模筑混凝复合式衬砌

　　直呼

　　土衬砌

　　闭合不强调

　　强调

　　支护

　　控制爆破

　　可采用

　　必须采用

　　测量

　　无

　　必须采用

　　施工方法

　　分块较多

　　分块较少

　　5发展现状与展望

　　新奥法的应用和发展导致隧道及地下洞室工程理论进入到现代理论的新领域，也使隧道及地下洞室工程的设计和施工更符合地下工程实际，即设计理论—施工方法—结构体系的一致。运用新奥法原则可以将一般用于山岭隧道的矿山法的应用范围拓展到在软弱围岩，甚至于在第四系地层中的浅埋市政隧道以取代传统的明挖法或盾构法。在中国，这种方法称之为“浅埋暗挖法”。中国工程师从欧洲引进了新奥法，并且结合中国的情况对新奥法及其相关技术，诸如支扩手段，量测和监控技术等作了进一步的开发。作为新奥法的一项重要背景技术的喷混凝土在中国已经被广泛使用。同国际上的情况一样，为了解决长期以来困扰着人们的粉尘污染环境，回弹严重以及混凝土品质的不均匀性等问题，正在大力推行湿喷工艺。由铁道科学研究院西南分院开发了一种“转子～活塞”型的新型喷射机，这种机型采用湿喷工艺，即往机器中加入按配合比制备好的成品混凝土拌和料，但物料输送又区别于一般的泵送式湿喷机，采用稀薄流输送方式。因此机器结构紧凑，使用方便。目前已在国内推广。

　　不可否认,我国采用新奥法修建隧道已积累了丰富的设计与施工经验,促进了我国隧道建设事业的发展。但目前还存在一些不足和薄弱环节,如隧道信息化设计与施工方面还有待深入研究,新材料、新工艺、新设备的研发与应用推广力度不够,施工对周边环境影响的评估标准缺乏合理性,辅助施工技术与环境保护技术研究还比较薄弱等。可以预料,随着我国综合国力的提高,21世纪必将是我国隧道建设的高峰期,由于经济性、地层条件复杂多变以及特殊的环境条件,新奥法在隧道建设中还需不断完善。

　　矿山法课程综述论文

　　6结束语随着经济社会的高速发展和公路工程领域新技术的涌现，传统矿山法施工技术作为一项较传统且较陈旧的施工办法，因其施工进度慢、支撑结构复杂、无法使用大型凿岩设备等弊端已逐渐被更高效、更稳定、更安全的新的施工技术所替代。

　　新奥法是一种动态的信息化施工过程，是根据围岩的实际情况来确定开挖方法和断面大小，开挖后利用时空效应并采用锚喷等支护手段及时对围岩进行加固，把可能塌落的围岩与深层围岩共同组成一个有机的承载环，抑制围岩变形的过快发展，同时又释放能量，大大减轻作用在二次衬砌上的围岩压力，使隧道施工安全、可靠、经济合理，避免产生塌方，故新奥法在世界各国的隧道施工中得到了广泛应用。

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