隧道工程的优缺点精选(九篇)

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第1篇：隧道工程的优缺点范文

【关键词】隧道工程；潜埋暗挖法；施工要点

前言

随着经济的发展，车辆逐渐增加，交通运输需求加剧，因此对于各地交通的要求也日益增加。现今的土地资源十分紧张宝贵，是以在有限的交通地带，尽可能的拓宽交通路线成了当今的热点问题之一，相应的，各种地下工程的交通建设逐步展现其不可忽视的重要性。目前出现的浅埋地下工程的施工方法主要有浅埋暗挖法、盾构法、盖挖法。浅埋暗挖法相较于其他两法有着交通影响小、造价低、开工快等特点，所以在浅埋隧道工程中非常试用。本文将着重研究浅埋暗挖法相关施工原理和原则及浅埋暗挖法中的几种重要方法的施工要点。

1 浅埋隧道工程简介

浅埋隧道是浅埋地下工程的其中一种，分为浅埋的铁路隧道和浅埋的城市地铁两种。其中浅埋铁路隧道的要求为小于：III级围岩五到七米，IV级围岩十米到十四米，V级围岩为十八米到二十五米，VI级围岩为三十五米到四十米。浅埋隧道最大的施工特点是埋深较浅，因此在施工中常常会由于地层损失而引起地表的显著移动，这对于环境的干扰与影响较大。所以在开挖、支护、排水等关键施工步骤中会要求更高一些。

2 浅埋暗挖法原理介绍

“浅埋暗挖法”是在1987年的北京科委和铁道部科技共同组织的鉴定会上根据浅埋暗挖技术的评定而确定的名称，适合于软弱地层的地下工程施工设计。浅埋暗挖法经过这二十多年的发展，已经成为一套完整成熟的国家级隧道工程施工方法，并逐步形成“管超前，严注浆，短进尺，强支护，早封闭，勤量测”的十八字规范。浅埋暗挖法引用了新奥法的原理，包含以下四点：

（1）用复合衬砌的方式，在工程初期使用支护来担负基本的荷载，二衬是安全储备，二衬与初支共同担负特殊荷载的分配方式。

（2）和多种辅助功法巧妙结合使用，以起到改进牢固围岩、加强部分围岩自承能力的作用。

（3）因地制宜的选择不同开挖方式，并及时支护，使其封闭成环，并和围岩一起构成联合支护体系。

（4）将信息化设计与施工技术引入，以便合理化设计方案。

3 隧道工程浅埋暗挖法的施工要点

（1）应对不同的地面建筑物、地层、器械配置等隧道施工条件，综合选定对于地表层干扰较小、施工迅速、经济型的开挖方式。如果遇到断面过大以及地层土质较差的状况，可灵活弹性的选择合适的辅助功法和分步正台阶开挖法；如果出现断面较小，地层土质良好的情况，可以选择全断面的方法。

（2）出现隧道地层差，开挖面无法自稳的状况时候，应合理利用辅助方法并优先选择大断面开挖法。

（3）配套设备十分关键，应综合考虑到不同隧道地层环境及不同断面情况下的开挖、通风、二衬等基础步骤需用机具的要求，设备费用一般不要低于工程造价的百分之十。

（4）在隧道工程施工中的做好现场监控量测并及时反馈信息是十分必要的，所以需要加大重视力度。

（5）严格遵守十八字施工规范，工程步骤安排要表现出即时的特性。

（6）加大对员工基本素质的培训，以提高人力方面的施工效率，进而促进整个隧道工程的顺利进行。

（7）随时注意隧道通风问题，维护好工程施工与人员、环境之间的关系。

（8）利用网络信息技术，对隧道施工过程的进度、安全、质量、环境等因素进行管理，把握好工程时间安排和人员调整等问题。

4 浅埋暗挖法的几种开挖法研究

4.1 全断面开挖法

全断面开挖是浅埋暗挖中的相对简单的一种方法，即：用移动式钻孔车进行一次全断面钻孔且装药连线，接着将钻孔车停置于五十米开外的安全位置，一次引爆待开挖面后，再将钻孔机就为进行钻爆循环作业，同步构建初期支护、防水隔离层、二次模筑衬砌。全断面施工流程特点是：初喷结束后增加复喷以稳定地层、提高施工效率，需提前铺底混凝土且不能之后两百米以保障安全与质量。

全断面开挖主要用于I级到II级的围岩，但是当隧道为IV级而断面恰在五十米以下时，为了降低对于地层的干扰，使用局部注浆等辅助方式以后可以用全断面开挖法继续作业。全断面开挖法可以使用大型的配套设备，因此有较大的作业范围，并且工序较少，施工速度较快，便于管理。可是由于开挖的断面比较大，所以围岩的稳定性较低。在循环作业的时候工作量比较大，并且爆破震动较大，因此需要精心设计钻爆步骤。

4.2 台阶开挖法

台阶开挖法就是将断面划分为上下断面或者几个断面，然后分步进行开挖。这种方法在浅埋深挖中应用最广，根据土层状况和施工设备状况，可以将台阶法分类为正台阶法、中隔墙台阶法等。正台阶法可以及早的进行支护闭合以防范结构形状改变引起的地面沉降，一般可以根据土层状况来选择是上下两断面开挖还是多部分开挖，当围岩比较软弱并且是第四级别地层的时候只能采用正台阶法。台阶法具有灵活、实用性强、适用面广、作业空间大、施工速度较快的优点，不足之处便是由于工程分为上下部或者多部分而造成相互干扰以及稳定性方面的状况。

4.3 中隔墙开挖法和交叉中隔墙开挖

中隔墙法又称CD法，可用于地层比较差及不是很稳定的围岩并且对其地面沉降要求较高的状况。当CD法不能满足施工的要求时，在中隔墙法的基础之上再加上临时的仰拱，便成为了交叉中隔墙方法，也称CRD法。相较于CD法，CRD法将原来的中隔墙的一侧中壁开挖变成了两侧交叉分别开挖，这样步步封闭为环状，将大的断面转化为小的断面并局部逐渐封闭，可以更好的从早期控制地面沉降，另外各步步骤之间循序渐进，也使得隧道施工体系完整稳定。但是CRD法施工较为复杂，隔墙比较难拆除，且施工成本高、进展慢。一般情况下，只用于第四级别的地层且地面沉降要求高的状况。

4.4 单侧壁导坑开挖法

单侧壁导坑是将大的跨面变为小的跨面来进行施工的，一般适用于无法使用台阶法的地层差、断面大的开挖隧道状况。大的跨断面规格一般不低于十米，导坑跨度一般为三到四米，开挖时的单侧壁导坑一般在两倍洞直径的超前距离，施工过程中，常常会与超前导管注浆等辅助方法配合使用以稳定作业空间。

4.5 双侧壁导坑开挖法

双侧壁导坑开挖法又称眼睛工法，同单侧壁导坑开挖法一样，是一种把大的跨度转变为小的跨度的浅埋暗挖法，这种方法主要适用于地层比较差并且断面大、单侧壁导坑无法满足要求的三线以上浅埋铁路及地铁的隧道。虽然其在大断面开挖中具有明显优势，但是由于其工序复杂、导坑支护拆除困难、成本高、进度慢、下沉值不易控制等不足，目前这种方法使用较少。这种方法介于CD和CRD方法之间，一般对于地面沉降要求过高的土质较差的城区隧道，优先选用CRD法；如果是从进度和经济的方面考虑，优先选择CD法；而眼睛工法是折中方法。

5 结束语

本文介绍了浅埋隧道工程基本概念以及各种潜埋暗挖方法如全断面、台阶法、双CD法、CRD法、单侧壁导坑开挖法、双侧壁导坑法的施工要点和优缺点比较。希望对于浅埋隧道施工有一定的参考意义。

参考文献：

第2篇：隧道工程的优缺点范文

关键词：连拱隧道渗漏水病害机理防治技术

中图分类号： U45 文献标识码： A

我国隧道的总长度和数量占世界第一位，隧道的建设和地下工程的建设数量庞大、施工技术复杂、发展速度最快。一般公路隧道都采用分离式隧道、连拱隧道和小净距隧道的形式进行施工。尤其连拱隧道在使用中优缺点十分明显。一般整体式的连拱隧道运营期会发生很严重的渗漏水的病害。本文通过对连拱隧道的渗漏水病害机理进行分析，提出渗漏水的防治措施。

一、连拱隧道的优点和缺点

1、连拱隧道的优点

连拱隧道可以有效避免洞内发生分幅，线路的布置非常方便，可以保持线路流畅的布置。连拱隧道的洞口占地面积比较小，节省空间。整体式的连拱隧道可以减少拆迁的次数，方便拆迁和移动。连拱隧道使隧道外梁或者其它工程实现更方便的连接。

2、连拱隧道的缺点

连拱隧道结构具有复杂性， 由于施工工序很多，导致施工进度慢。连拱隧道的洞口边仰坡处理很困难，尤其是偏压陡坡的地段，大大影响了施工的进度。连拱隧道的浅埋偏压地形处理起来十分复杂，需要解决更多的技术难题，而且连拱隧道需要更高的造价，提高了工程施工的成本。

二、连拱隧道渗漏水病害发生的原因

对连拱隧道的设计、渗漏水的现状和隧道地质条件等方面进行研究，分析连拱隧道渗漏水病害的机理。

1、地质条件的影响

连拱隧道的地质水条件和水文条件一般都具有节理裂隙发育和岩体渗透性好的特点。隧道存在偏压的现象，使连拱隧道出现受力不均的情况，产生不均匀的变形，使隧道工程出现衬砌的二次开裂。连拱隧道最小埋深一般只有2.8m，最大埋深只有14.5m，这就很容易使地表水轻易的渗漏到隧道各结构处。而连拱隧道的上方地表由于坡体积聚的地下水，也会渗漏进来。

2、设计因素的影响

连拱隧道的中隔墙渗漏水问题严重，没有办法进行根治，而中隔墙施工技术的多样化和复杂化，使中隔墙很容易产生变形，造成防水体系的破坏。尤其中隔墙顶部的V型存水区，更是成为了隧道渗漏水重点发生位置。由于隧道防排水设计的不合理，使连拱隧道中隔墙进行第一步的浇筑，一旦被破坏，修复工程十分复杂。

3、设计因素的影响

隧道施工如果不严格管理，例如：不严格按照设计图纸施工、不精确的选择构件的尺寸、对预留和预封里位置设计不到位，都会使隧道发生渗漏水的病害。隧道的施工管理是保证隧道施工质量的基础。尤其是注间防排水工程的管理，防水材料、施工工艺、精细施工等，每一步都要严格监督管理，才能保证隧道的施工质量。

三、连拱隧道渗漏水的预防与治理

了解了连拱隧道渗漏水的机理，我们可以从排水、防水板的施工、特殊部位的处理、二衬混凝土的质量和开槽引水等五个方面进行分析，制定全面的连拱隧道预防与治理的技术研究。

1、排水系统

中心排水管和盲管的配合衬砌在施工时，既要有效防止由于漏水导致的浆液外流，还要保护好混凝土或者压浆不要进入沟管内进行侵害，对预埋透水盲沟要注意保持通畅。环向排水盲管要贴紧支护的表面或者渗水的岩壁，保持汇水量大的位置，加密排水管的分布，将排水盲管布置平顺，不能起伏不平。做好排水管的高程控制，仰拱和铺底可以同步进行施工，在中心埋设好排水管后试验，如果发现漏水及时处理。

2、防水板的施工

防水板在施工前要保证支护表现的平整，不能出现裂缝和空鼓。支护外露锚杆头和钢筋网头等要用电焊齐根切掉，用1：2的水泥砂浆进行抹平，防止防水板被顶破，要保持表现的平整，对待局部凹凸的位置，要修凿和喷补的方式找平。

隧道洞口外要将2～3幅防水板焊接一起，方便运输和铺挂，这样可以有效减少洞内焊头与接缝的数量，可以提高焊接的质量。沿着隧道朝着一次铺挂的长度一定要比正常二次衬砌长1m，方便下一层的防水层连接，使防水层的接缝和衬砌的混凝土接缝错开这1m距离，防止混凝土施工缝处出现渗漏水。

防水板铺挂前做好试铺的定位和固定点间距的选择的工作。防水板接头不能出现气泡和折皱、空隙，焊缝的强度也不能低于母材。对已铺挂的防水板做好保护工作，钢筋头加装了保护套，进行振捣混凝土时，要控制好振捣棒与防水板的接触。

3、特殊部位的处理

混凝土需要进行连续的浇筑，这样可以有效减少施工缝的发生，而拱圈和仰拱不要留出纵向的施工缝。对施工缝和沉降的处理，一定要在混凝土浇筑前，清理表现的杂物和浮浆，涂刷净浆（强度不能低于结构混凝土）或者涂混凝土界面处理剂，进行混凝土的浇筑。

4、二衬混凝土的质量

混凝土浇筑要从下部到各个分层，以左右交替和连续进行的方式开展。下层的混凝土初凝以前，就要完成对上一层混凝土的浇筑工作，这样可以有效防止施工冷缝的出现。混凝土的输送管要接软管实现对管口和浇筑面垂距的控制，一般垂距要保持在1.2m内。同时，混凝土不可以直接冲到防水层板面向浇筑位置的流动，防止混凝土离析情况的发生，而混凝土需要进行充分的振捣，不能出现缺振和漏振的现象。

5、开槽引水

二衬部位容易出现渗漏水，这里可以开槽埋设PVC半圆管进行排水处理。二衬上要沿着渗漏的位置凿出U型槽，而槽的深度和宽度一般为6cm。U型槽要清理干净，埋进5cmPVC的半圆管。从上到下，U型槽由内向外分别使用堵漏王浆液和高分子聚合物砂浆对渗漏处进行封堵。U型槽表面要涂刷高强度的增厚环氧涂料，对槽口表面要做好砂浆缝隙的防止处理。

结束语：

连拱隧道渗漏水一般是由于防排水技术和地质条件的改变导致的，所对，渗漏水的治理措施也要考虑到地质条件和施工企业防排水技术的水平，应用更经济、更合理、操作更简便的方法，对连拱隧道进行全面的检查和分段的处理的综合治理方式，实施隧道防渗漏水技术，保证连拱隧道的安全运营。

参考文献：

[1]王建宇，胡元芳.对岩石隧道衬砌结构防水问题的讨论[J].现代隧道技术， 2012，（2）： 20-25.

[2]方利成，杜彬，张晓峰． 隧道工程病害防治图集［M］． 北京: 中国电力出版社，2011．

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

[3]陈健蕾，刘学增，张文正，等． 贵州省公路隧道渗漏水调查及统计分析［J］.现代隧道技术，2011，48(5) : 7-11．

第3篇：隧道工程的优缺点范文

关键词：矩形顶管机；DPLEX偏心多轴；组合刀盘；仿形刀盘；ohm刀盘；

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；

中图分类号: TU47 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

随着经济的发展，城市化进程逐渐加快，路面空间越来越小，地下隧道建设已经成为当前建筑施工领域的一个新方向。以往的地下隧道多为圆形隧道，主要用于雨水、污水、电力、地铁等方面，现今随着车流量的增加，地下人行通道、下穿车行道、等矩形截面的地下隧道需求量越来越大，且该种工程多位于闹市中心或繁华地段，明挖法受到了很多条件的限制，比如地面有大量的人流、车流，还有高架线路等限制，造成空间不足，机械设备无法施工。

矩形顶管机是矩形隧道的施工机械，在日本发展起来的一种新式顶管机，它可用于建造地铁车站、地下人行通道及水底隧道旁通道等。矩形管道相对于圆形管道的优点在于大的过流断面和少的维修费用（见图1）。

矩形顶管机与以前的圆形顶管机断面相比，其有效使用面积较之增大20%以上，矩形截面的设计更符合以后地铁出入站工程的需要。

图1圆形隧道与矩形隧道的比较

矩形顶管技术作为圆形顶管施工工艺的延伸，属于高水平、高技术含量的隧道掘进技术。因为矩形顶管断面利用率大、覆土浅、施工成本相对低廉等优点，加之城市交通过街人行通道要求埋深浅，此项技术将必然在城市交通人行地道、车行地道、地下管线共同沟、引水和排水管道等隧道工程得到广泛应用，其省时、高效、安全、综合造价低等明显优势也必然赢得可观的市场前景。除此之外，也在很大程度上减少了施工过程中对城市环境以及交通的影响，保证了城市的洁净舒适。

在顶管施工中，设备的选型起到了重要的作用，而设备的关键在于刀盘。刀盘在顶管机中主要起到切削泥土，对切削下来的泥土进行搅拌，将土仓内的良成具有止水性、流动性、塑性的三性土，便于螺旋输送机出渣，形成土压平衡的支撑面，为后续盾体及管片提供通道。

下面介绍下常用的矩形刀盘形式：

1 矩形顶管刀盘形式

DPLEX偏心多轴式刀盘

该种刀盘的设计采用平行双曲柄机构的运动原理，四个偏心曲轴同步驱动一个矩形仿形刀盘，刀盘上的各个刀具绕着以各自支撑圆心点与曲轴回转支撑点之间的距离为半径作平面圆周运动，与轴向推进的方向合成来完成全断面的切削掘进。

图2偏心多轴刀盘的结构形式

刀盘位于顶管机最前端，置于前端壳体外，与刀盘驱动装置的轴承支座用高强度螺栓连接，刀盘装置包括：正面刀具、周边刀具、长搅拌棒、短搅拌棒、刀盘盘体，由于采用偏心多轴驱动，使刀盘上的每把刀具以曲轴中心距为半径作圆周运动，而刀具本身无旋转运动，与轴向推进的方向合成来完成全断面的切削掘进。正面刀具作为主要切削装置位于最前方，采用十字形结构，它通过偏心曲轴与推进油缸的旋转驱动、顶进进行土体切削，周边刀具作为辅助切削装置位于刀盘的四周侧面上，它通过刀盘盘体作为偏心旋转的作用，将正面刀具切削过程中未能切削掉的土体进行补充切削，长搅拌棒、短搅拌棒作为辅助设施位于刀盘盘体的最后方，它通过刀盘盘体作为偏心旋转的作用，对刀具切削的土体进行搅碎和搅拌土体，以便于螺旋机出土，刀盘盘体作为偏心旋转的主于整个刀盘的中间，它通过偏心驱动轴的旋转和推进油缸的顶进作用，使刀盘进行偏心平面运动和朝前移动，带动正面刀具和周边刀具切削土体，同时，带动后面的长短搅拌棒进行切削土的搅碎和搅拌。

1.2 组合刀盘形式

组合刀盘形式主要依靠前后刀盘开挖面的相互弥补，来尽可能地减少矩形区域的开挖盲区。

常见的刀盘形式有1个大刀盘在前，4个小刀盘在后布置，大刀盘的开挖直径略大于矩形开挖面的高度，小刀盘的开挖直径与管片的圆角外径相同，其开挖率可以达到80~90%。大小刀盘可以各自控制，同时旋转对土体进行切削、搅拌。

图3一大四小刀盘的结构形式

另外一种刀盘形式为六个刀盘前后交叉布置，临近两个刀盘之间保持一定的间隙，不发生相互干扰，刀盘开挖直径比盾体高度方向的一半略大，这种刀盘布置形式开挖率可以达到90%左右，另在盾体的四周装上特致的固定刀具，可将开挖率扩大至100%。

图46个小刀盘交叉布置的结构形式

1.3仿形刀盘形式

图5仿形刀盘结构形式

仿形刀盘的工作原理为：利用控制理论，使刀盘的超挖刀在指定区域里伸出特定的长度，仿出正方形的形状。

其结构多采用圆形刀盘的辐条式结构，在辐条的末端安装有超挖刀，液压油缸放置在辐条结构内，辐条后部不同半径上布置有搅拌棒，对切削下来的土体进行搅拌。

1.4 OHM工法刀盘

（a） OHM工法刀盘结构简图

（b） OHM工法刀盘轨迹

图6OHM刀盘的结构及运动轨迹

Fig. 4Design of tunnel cross-section

OHM工法是 omnisectional（可以对付所有断面），Hedge（围拢）tunnelingMethod的略称，是可作四方形形状掘削的盾构工法，一面由3根辐条组成的切削器装置作旋转，一面使切削整体按照所规定量的有限偏心，用3倍的速度与切削器旋转的相反方向转动，切削器（辐条形状）的旋转轨迹遵循勒洛三角形理论，可以运行成正方形的形状。

2 各种刀盘方案的优缺点

2.1 偏心多轴刀盘的优缺点

偏心多轴刀盘利用了铰链四杆机构的工作原理，是一个平行双曲柄机构，其运动规律为刀盘上的各个点都以各自固定的圆心以曲柄的长度为半径进行旋转。

它的优点在于：根据开挖的截面设计出类似的仿形刀盘，附以一定的曲柄长度，即可做到全断面开挖，不存在切削的盲区，可以大大减少顶管机掘进时的顶力；另外它的转动半径小，驱动所需的扭矩也小，大约是圆形刀盘的1/2；它采用了十字刀头，每把刀的切削路径都很相似，刀具的切削量和磨损量比较均匀。

它的缺点也很明显，由于各个点都围绕各自的圆心做旋转运动，其上面布置的刀具受到的反力无法相互抵消，切削反力传递给盾体，容易造成对周边土体的扰动，如果控制不好的话，极易造成开挖的沉降量超标；另外其后部的搅拌棒的运行轨迹也是以曲柄长度为半径的圆，其搅拌范围相对于整个开挖面来说极其有限，布置数量少的话起不到改良土体的作用，布置数量多的话将大大增加刀盘的扭矩，且形成反作用力对盾体的平衡不利。

2.2 组合刀盘的优缺点

组合刀盘的结构形式利用了圆形刀盘的切削区域前后交叉，驱动方式简单可靠，相对于偏心多轴刀盘，圆形刀盘开挖过程中，刀盘的切削反力可以相互抵消，因此对周围土体的扰动小，地面沉降比较容易控制；另其搅拌棒的运行半径要远大于偏心多轴刀盘，布置合理的话，几乎可以覆盖整个断面，土体改良效果好，对于土压平衡的形成有利，也更有利于地面沉降的控制，目前市场上6×4米矩形顶管机采用一大四小的刀盘组合形式或六刀盘组合形式的刀盘，在实际施工中，其地面沉降量可以控制+1cm---3cm之间。

但其每个刀盘的开挖范围都是圆形，因此无论如何组合，都无法达到矩形截面的全断面开挖，存在在盲区是其最大的缺点。

2.3 仿形刀盘的优缺点

仿形刀盘形式主要用于日本的隧道开挖技术，它是基于控制理论来达到对矩形断面的仿形开挖，多用在日系的盾构机上。它的优点在于其结构对称，受力均匀，对土体的扰动小，有利于机头的顶进，开挖率可以达到100%。

但其传动系统较复杂，长距离掘进的可靠性受到工作环境恶劣的制约。另外由于地下掘进工程的不可逆性和操作空间的限制，不能不对掘进设备的可靠性提出苛刻的要求。而且该种刀盘形式只适应正方形断面。应用于矩形断面，必须依靠搭配组成一定长宽比的矩形。

3 结论与讨论

上述几种矩形顶管机的刀盘设计各有优缺点，在设计矩形顶管机的时候，要结合工程周边情况、项目造价、覆土深浅、管线情况等综合考虑。通过对比得出以下结论：

1、偏心多轴刀盘适用于隧道埋深较大，隧道上部管线较少，隧道之间的间距较小的工程；

2、组合刀盘形式适用于隧道长宽比大约在3:2、管线情况较复杂、沉降量要求控制严格的隧道工程；

3、仿形刀盘以及OHM工法刀盘在国内未见运用，其性能有待验证。

参考文献：

[1] 刘平,戴燕超.矩形顶管机的研究和设计.市政技术.2005,(3):92～95.

[2] 吕建中，石元奇，楼如岳.大断面矩形隧道偏心多轴顶管机的设计和应用.上海建设科技.2004，（2）:16～18.

[3] 邢苏宁.矩形箱涵顶管掘进机刀盘仿形组合形式的研究.地质装备.2007，（8）:17～19.

第4篇：隧道工程的优缺点范文

关键词：公路隧道 改扩建 方案 施工工序

从1888年修建狮球岭隧道开始，到19世纪70年代我国已经修建了大量的隧道。但是由于当时的经济条件、施工技术等各方面的限制以及交通的需求量较小，已修建的铁路、公路隧道多以单线为主。

高速路的大量修建，为了满足线路技术指标、缩短路程和行车时间、减少病害，提高运营效益，隧道的优越性日益显著。为了适应当前的运输需要、提高运输能力以及满足安全行驶的需要，隧道由原来的单线隧道发展到双线或者多线，既有隧道的改扩建工程逐步提上日程。

隧道改扩建是指对技术标准不能满足运输要求的既有隧道进行技术改扩建，主要内容包括调整线路平、纵断面，扩大隧道净空，增设洞内建筑物或者对隧道局部损坏地段的补强与修复。对既有线进行技术改建而要求隧道改扩建的一般形式有：既有单线隧道改建，既有单线隧道改建为双线或多线隧道，以及既有单线隧道改建并增建复线隧道。

但在一些地区，由于受地质地形条件和施工条件限制，不能新建复线，只能在既有隧道的基础上进行扩挖，扩大隧道净空断面以增加行车车道，满通客流量增加的行车需求。

1.改扩建方案

由于既有公路隧道所处地形、地质、施工技术、交通量及其长度的不同，隧道改扩建的方案也不近相同，具体可分为如下几种形式

（1）单洞双向两车道隧道改建为双洞单向两车道隧道；这是隧道改扩建最为简单的一种形式，直接在原来隧道左边或者右边以一定的距离修一条新的隧道。

（2）双洞单向两车道隧道改建为双洞单向三车道隧道；这种改建方式比较复杂，需要在既有隧道上进行扩挖，扩挖的形式一般有以下三种：①原隧道左侧大部分扩挖（对于一个单洞来说）；②原隧道右侧大部分扩挖；③原隧道处在扩挖断面的中部。

（3）双洞单向两车道隧道改建为8车道隧道；扩建形式有两种：①改建为双洞单向四车道隧道；②改建为四洞单向两车道隧道。

2.方案分析

（1）方案（1）最为重要的是修建新隧道尽量少扰动既有隧道，这就要求修建新隧道距原隧道中心满足一定的要求，尽量避免两个隧道为小净距隧道。

表1 分离式双洞的隧道最小净距

注：B指的是隧道开挖宽度。

（2）方案（2）扩挖形式有三种，分别针对不同的情况：

1）当既有两隧道中心距太小或者向中间扩挖形成小净距隧道，两隧道分别向两侧扩挖。优点：①隧道在扩建的过程中，能够有效减少对两隧道中间部分围岩的扰动；②扩挖在不拆除原有隧道支护上进行，不影响原有隧道车辆通行；③扩挖断面支护结束后，拆除原有隧道支护，交通管制时间段。缺点： ①开挖空间小，不利于大型机械开挖，施工进度慢；②需要施做临时支撑，降低施工速度。

2）当既有隧道中心距较大远或者向中间扩挖不能形成小净距隧道，两隧道向中间扩挖。优点：①隧道扩挖距离较近，有利于施工机械调配，现场许多设施可以共用。缺点：①隧道扩挖距离较近，开挖过程中，对中间的围岩扰动比较大，容易出现围岩坍塌；②隧道开挖断面近，两个洞施工干扰比较大，降低了施工进度。

3）当既有隧道中心较小且隧道向两边扩挖受限制（比如一侧埋深较浅、偏压），这样只能使原隧道处于扩挖断面的中部。优点：①开挖断面分布均匀，有利于在原隧道支护基础上进行全断面开挖，施工速度快，对上部围岩扰动次数少，有利于结构的稳定；②开挖空间大，施做临时支撑、加固围岩比较容易。缺点：①上部围岩若不能及时支护，容易塌方，造成施工事故；②需要施做临时支撑，减缓了施工速度，不利于施工进度的管理。③在施工过程中，需要对交通管制，干扰车辆的正常通行。

（3）方案（3）有两种扩挖形式，有如下特点：

1）当隧道围岩地质较好，适宜扩挖成大断面，就改建为双洞单向四车道的形式。优点：①断面大，有利于机械化施工，提高施工速度；缺点：①开挖断面大，初期支护的时间较长，围岩外露的时间较长，容易坍塌，造成工程事故；②需要拆除原隧道衬砌，耗时费力，增加成本。

2）当隧道围岩地质条件较差，又满足整条线路线形要求，就改为四洞单向两车道的形式；优点：①直接在原隧道附近修建两条新隧道，不影响原有隧道车辆通行，不必拆除原有隧道衬砌结构；②运用已经很成熟的开挖方法，便于大型机械化施工，施工速度快。缺点：①爆破震动影响原有隧道衬砌结构，局部衬砌结构会出现裂缝，新隧道修筑结束后，需要对原隧道进行加固处理。

3.方案选择原则

（1）根据既有隧道形式和交通量大小，选择隧道改扩建方案；

（2）根据既有隧道中心距的大小和所处地形，选择隧道改扩建方案；

（3）根据既有隧道工程地质条件，选择隧道的改扩建方案。

4.隧道改扩建方案的施工方法举例

在既有隧道改扩建实例当中，日本大藏隧道施工技术值得我国公路隧道改扩建工程借鉴。大藏隧道位于日本北九州岛国道高速4号线，因交通量增加的需求，须将其中长度170m的两车道隧道段扩挖为三车道隧道。在施工中，既有的两车道仍需通车。其施工程序如图1所示。大藏隧道的扩挖断面除建筑限界要求求之外，考虑扩挖中使用机具所占空间，拟定为可使用施工机具断面及可使用小型机具的最小断面。为维持施工中行驶车辆安全，车道净空在线设置门字型钢制防护板，避免敲除既有隧道的衬砌直接掉落，并可作为施工机具的工作平台。

图1大藏隧道扩挖施工工序

5.结论

本文就既有隧道改扩建方案做出归纳，分析了各个方案适用条件和优缺点，给出隧道改扩建方案的指导原则，为以后的隧道改扩建工程提供了一定的借鉴和参考意义。最后介绍了日本大藏隧道改扩建施工方法，对我们以后隧道改扩建施工技术有一定借鉴意义。

参考文献：

[1]李煜川.既有隧道扩建工程的施工力学行为研究[M].2008.

[2]武建强.公里隧道扩建开挖方案比选及施工力学行为研究[M].2009.

第5篇：隧道工程的优缺点范文

【关键词】：隧道工程，盾构姿态，自动测量，系统开发

1引言

盾构机姿态实时正确测定，是隧道顺利推进和确保工程质量的前提，其重要性不言而喻。在盾构机自动化程度越来越高的今天，甚至日掘进量超过二十米，可想而知，测量工作的压力是相当大的。这不仅要求精度高，不出错；还必须速度快，对工作面交叉影响尽可能小。因此，为了能够在隧道施工过程中及时准确给出方向偏差，并予以指导纠偏，国内外均有研制的精密自动导向系统用于隧道工程中，对工程起到了很好的保证作用。

1.1国内使用简况

国内隧道施工中测量盾构机姿态所采用的自动监测系统有：德国VMT公司的SLS—T方向引导系统；英国的ZED系统；日本TOKIMEC的TMG—32B（陀螺仪）方向检测装置等等。所采用的设备都是由国外进口来的。据了解，目前有些地铁工程中（如广州、南京）在用SLS—T系统，应用效果尚好。

总的来看，工程中使用自动系统的较少。究其原因：一是设备费或租赁费较昂贵；二是对使用者要求高，普通技术人员不易掌握；三是有些系统的操作和维护较人工方法复杂，在精度可靠性上要辅助其它方法来保证。

1.2国外系统简况

国外现有系统其依据的测量原理，是把盾构机各个姿态量（包括：坐标量—X.Y.Z，方位偏角、坡度差、轴向转角）分别进行测定，准确性和时效性受系统构架原理和测量方法限制，其系统或者很复杂而降低了系统的运行稳定性，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。

国外生产的盾构设备一般备有可选各自成套的测量与控制系统，作业方式主要以单点测距定位、辅以激光方向指向接收靶来检测横向与垂向偏移量的形式为主。另外要有纵、横两个精密测倾仪辅助[7]。有些（日本）盾构机厂商提供的测控装置中包括陀螺定向仪，采用角度与距离积分的计算方法[1][2]，对较长距离和较长时间推进后的盾构机方位进行校核，但精度偏低，对推进只起到有限的参考作用。

2系统开发思路与功能特点

2.1开发思路

基于对已有同类系统优缺点的分析，为达到更好的实用效果，我们就此从新进行整体设计，理论原理和方法同过去有所不同，主要体现在：其一，系统运行不采用直接激光指向接收靶的引导方式，而是根据测点精确坐标值来对盾构机刚体进行独立解算，计算盾构姿态元素的精确值，摈弃以往积分推算方法，防止误差积累；其二，选用具有自主开发功能的高精度全自动化的测量机器人，测量过程达到完全自动化和计算机智能控制；其三，在理论上将平面加高程的传统概念，按空间向量归算，在理论上以三维向量表达，简化测量设置方式和计算过程。

目前全站仪具备了过去所没有的自动搜索、自动瞄准、自动测量等多种高级功能，还具有再开发的能力，这为我们得以找到另外的测量盾构机姿态的方法，提供了思路上和技术上的新途径。

系统开发着眼于克服传统测控方式的缺点，提高观测可靠性和测量的及时性，减少时间占用，最大限度降低人工测量劳动强度，避免大的偏差出现，有利于盾构施工进度，提高施工质量，在总体上提高盾构法隧道施工水平。系统设计上改进其他方式的缺点，在盾构推进过程中无需人工干预，实现全自动盾构姿态测量。

2.2原理与功能特点

盾构机能够按照设计线路正确推进，其前提是及时测量、得到其准确的空间位置和姿态方向，并以此为依据来控制盾构机的推进，及时进行纠正。系统功能特点与以往方式不同，主要表现在：

(1)独特的同步跟进方式：本系统采用同步跟进测量方式，较好克服了随着掘进面推进测点越来越远造成的观测困难和不便。

(2)免除辅助传感器设备，六要素一次给出（六自由度）。

(3)三维向量导线计算：系统充分利用测量机器人(LeicaTCA全站仪)的已有功能，直接测量点的三维坐标（X，Y，Z）,采用新算方法——“空间向量”进行严密的姿态要素求解。

(4)运行稳定精度高：能充分满足隧道工程施工对精度控制的要求以及对运行稳定性的要求。

(5)适用性强：能耐高低温，适于条件较差的施工环境中的正常运行（温度变化大，湿度高，有震动的施工环境）。

图1系统主信息界面示意

系统连续跟踪测定当前盾构机的三维空间位置、姿态，和设计轴线进行比较获得偏差信息。在计算机屏幕上显示的主要信息如图一所示。包括：盾构机两端（切口中心和盾尾中心）的水平偏差和垂直偏差及盾构机刚体三个姿态转角：1)盾购机水平方向偏转角（方位角偏差）、2)盾构机轴向旋转角、3)盾构机纵向坡度差（倾斜角差），以及测量时间和盾构机切口的当前里程，并显示盾构机切口所处位置的线路设计要素。

2.3运行流程

系统采用跟踪式全自动全站仪（测量机器人），在计算机的遥控下完成盾构实时姿态跟踪测量。测量方式如图二所示：由固定在吊篮（或隧道壁）上的一台自动全站仪[T2]和固定于隧道内的一个后视点Ba，组成支导线的基准点与基准线。按连续导线形式沿盾构推进方向，向前延伸传递给在同步跟进的车架顶上安置的另一台自动全站仪[T1]及棱镜，由测站[T1]测量安置于盾构机内的固定点{P1}、{P2}、{P3}，得到三点的坐标。盾构机本体上只设定三个目标测点。该方式能较好地解决激光指向式测量系统的痼疾——对曲线段推进时基准站设置与变迁频繁的问题。

2.4刚体原理

盾构机体作为刚体，理论上不难理解，刚体上三个不共线的点唯一地确定其空间位置与姿态。由三测点的实时坐标值，按向量归算方法（另文），解算得出盾构机特征点坐标与姿态角度精确值。即通过三维向量归算直接求得盾构机切口和盾尾特征部位中心点O1和O2当前的三维坐标（X01、Y01、Z01和X02、Y02、Z02）。同时根据里程得到设计所对应的理论值，两者比较得出偏差量。

2.5系统初始化操作

系统初始化包括四项内容：

1)设置盾构机目标测点和后视基准点；

2)固定站和动态站上全站仪安置；

3)盾构控制室内计算机与全站仪通讯缆连接；

4)系统运行初态数据测定和输入。

在固定站[T2]换位时，相关的初态数据须重测重设，而其他几项只在首次安装时完成即可。

F1键启动系统。固定的[T2]全站仪后视隧道壁上的Ba后视点（棱镜）进行系统的测量定向。[T2]和安装于盾构机车架顶上的[T1]全站仪（随车架整体移动）以及固定于盾构机内的测量目标（反射镜）P1、P2、P3构成支导线进行导线自动测量。

2.6运行操作与控制

本系统在两个测站点[T1]、[T2]安装自动全站仪，由通信线与计算机连接，除计算机“开”与“关”外，运行中无须人员操作和干予，计算机启动后直接进入自动测量状态界面，当系统周而复始连续循环运行时，能够智能分析工作状态来调整循环周期（延迟时间），直到命令停止测量或退出。

3系统软件与设备构成

3.1软件开发依据的基础

测量要素获得是系统工作的基础，选用瑞士Leica公司TCA自动全站仪（测量机器人）及相应的配件，构成运行硬件基础框架。基于TCA自动全站仪系列的接口软件GeoCom和空间向量理论及定位计算方法，实现即时空间定位，这在设计原理上不同于现有同类系统。系统通过启动自动测量运行程序，让IPC机和通讯设备遥控全站仪自动进行测量，完成全部跟踪跟进测量任务。

3.2系统硬件组成的五个部分

■全自动全站仪

测量主机采用瑞士徕卡公司的TCA1800自动测量全站仪，它是目前同类仪器中性能最完善可靠的仪器之一。TCA1800的测角精度为±1”、测距精度为1mm+2ppm；仪器可以在同视场范围内安装二个棱镜并实现精密测量，使观测点设置自由灵活，大大提高了系统测量的精度。

■测量附属设备

包括棱镜和反射片等。

■自动整平基座

德国原装设备，纠平范围大(10o48’)，反应快速灵敏(±32”)。

■工业计算机

系统控制采用日本的CONTECIPCRT/L600S计算机，它能在震动状态、5。~50。C及80%相对湿度环境中正常运行，工矿环境下能够防尘、防震、防潮。其配置如下：

——Pentiun(r)-MMX233HZ处理器

——32M内存

——10G硬盘或更高

——3.5英寸软驱

——SuperVGA1024*768液晶显示器

——PC/AT（101/102键）键盘接口

——标准PS/2鼠标接口

——8串口多功能卡（内置于计算机扩展槽）

■双向通讯（全站仪D计算机）设备

系统长距离双向数据通讯设备采用国内先进的元器件，性能优良，使得本系统通讯距离允许长达1000米（通常200米以内即满足系统使用要求），故障率较国外同类系统低得多，约减少90％以上。通讯原理如图三所示。

3.3系统硬件组成简单的优势

从设备构成可知，系统不使用陀螺仪，也不必配装激光发射接收装置，并舍去其他许多系统所依赖的传感设备或测倾仪设备，从而最大限度地简化了系统构成，系统简化提高了其健壮性，系统实现最简和最优。

带来上述优点的原因，在于机器人良好的性能和高精度以及定位原理上直接采用三维框架，通过在计算理论和方法上突破过去传统方式的框框，使之能够高精度直接给出盾构机上任意（特征）点的三维坐标（X，Y，Z）以及三个方向的（偏转）角度（α，β，γ），这样在盾构机定位定向中，即使是结构复杂的盾构机也能够简单地同时确定任意多个特征点。比如DOT式双圆盾构需解决双轴中心线位或其他盾构更多轴心、以及铰接式变角等问题，可通过向量和坐标转换计算解出而不必增加必要观测。

由此可知，本构架组成系统的硬件部件少，运行更加可靠，较其他形式的姿态测量方式优点明显。实际上本系统的最大特点就是由测量点的坐标直接解算来直接给定测量对象（刚体）的空间姿态。

另外特别说明一点：本系统由两台仪器联测时，每次测量都从隧道基准导线点开始，测量运行过程中每点和每条边在检验通过之后才进行下步。得到的姿态结果均相互独立，无累积计算，故系统求解计算中无累计性误差存在。因此，每次结果之间可以相互起到检核作用，从而避免产生人为的或系统数据的运行错误。这种每次直接给出独立盾构机姿态六要素（X，Y，Z，α，β，γ）的测算模式，在同类系统中是首次采用。

冗余观测能够避免差错，也是提高精度的有效方法。最短可设置每三分钟测定一次盾构机姿态，由此产生足量冗余，不仅确保了结果的准确，也保证了提供指导信息的及时性，同时替代了隧道不良环境中的人工作业，改善了盾构隧道施工信息化中的一个重要但较薄弱的环节。

4工程应用及结论

4.1工程应用

上海市共和新路高架工程中山北路站～延长路站区间盾构推进工程，本系统在该隧道的盾构掘进中成功应用，实现实时自动测量，通过了贯通检验。该工程包括上行线和下行线二条隧道，单线全长1267米。每条隧道包含15段平曲线（直线、缓和曲线、圆曲线）和17段竖曲线（坡度线、圆曲线），线型复杂。

盾构姿态自动监测系统于2001年12月11日至2002年3月7日在盾构推进施工中调试应用。首先在下行线（里程SK15+804～SK16+103）安装自动监测系统，调试获得成功，由于下行线推进前方遇到灌注桩障碍被迫停工，自动监测系统转移安装到上行线的盾构推进施工中使用，直到上行线于2002年3月7日准确贯通，取得满意结果。

4.2系统运行结果精度分析

盾构机非推进状态的实测数据精度估计分析

通过实验调试和施工运行引导推进表明，系统在盾构推进过程中连续跟踪测量盾构机姿态运行状况良好。测量一次大约2~3分钟。在“停止”状态测得数据中，里程是不变的，此时的偏差变化，直接反映出系统在低度干扰状态下的内符合稳定性，其数据——偏差量用来指导盾构机的掘进和纠偏。盾构不推进所测定盾构机偏差的较差<±1cm，盾构推进时测定盾构机偏差的误差<±2cm。表三中和人工测量的结果对比，考虑对盾构机特征点预置是独立操作的，从而存在的不共点误差，由此推估测量结果和人工测量是一致的，在盾构机贯通进洞时得到验证。

4.3开发与应用小结

经数据随机抽样统计计算得出中误差（表一、表二）表明：以两倍中误差为限值，盾构机停止和推进两种状态偏差结果的中误差均小于±20毫米，满足规范要求。

为了检核盾构姿态自动监测系统的实测精度，仍采用常规的人工测量方法，测定切口和盾尾的水平偏差和垂直偏差，并与同里程的自动测量记录相比较（表三），求得二者的较差()。由于二者各自确定的切口中心点O1和盾尾中心点O2不一致偏差约为2cm，所以各自测定的偏差不是相对于同一中心点的，即二者之间先期存在着系统性差值。

通过工程实用运行，对多种困难条件适应性检验，系统表现出良好的性能：

1)实时性——系统自动测量反映当前盾构机空间(六自由度)状态；

2)动态性——系统自动跟踪跟进，较好解决了弯道转向问题；

3)简易性——系统结构简单合理，操作和维护方便，易于推广使用；

4)快速性——系统测量一次仅需约两分钟；

5)准确性——结果准确精度高，满足规范要求，在各种工况状态都小于±20毫米；

6)稳定性——适应震动潮湿的地下隧道环境，系统可以长期连续运行。

本系统已成功用于上海市复兴东路越江隧道?11.22米大型泥水平衡盾构推进中。我们相信对于结构简单，运行稳定，精确度高，维护方便的盾构姿态自动监测系统，在盾构施工中将发挥其应有作用。

[参考文献]

[1]隧道工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[2]地铁一号线工程，上海科学技术出版社，1999年7月，刘建航主编

[3]TPS1000经纬仪定位系统使用手册，Leica仪器有限公司

[4]盾构姿态自动监测系统研究与开发报告，2002年4月，上海市政二公司

[5]杭州湾交通通道数据信息管理系统设计与开发，华东公路，1998.3，岳秀平

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

第6篇：隧道工程的优缺点范文

【关键词】双侧壁导坑法；软岩；隧道施工；技术方法

在大断面软岩隧道施工过程中采用双侧壁导坑法能有效确保施工安全，该方法又称双侧壁导洞法和眼镜工法。在施工过程中通过建立健全的围岩支护结构监控量测系统，进行全面化、信息化的管理，并随时检查施工动态，根据实际情况合理安排，及时调整和设计，全方位确保施工安全。由于大多数的隧道进出口都存在土质差，节理发育不完整，裂痕较多，存在浅埋的现象的特点，然而这些不利因素都会造成开挖的不安全。其大断面隧道的面积多在100m 2 以上，如果还使用常规的台阶发开挖，将会极易造成拱顶大面积暴露松动导致坍塌，此类情况均采用双侧壁导坑法设计。

1 工程概况

选择某铁路隧道施工工程，其隧道为双线隧道，净长775米、宽12.06米、高8.92米，在毛洞开挖期间，最大宽度为13.56米，开挖断面达98.2平方米。针对该铁路隧道出洞口地段的形状和其地段形状加强黄土段的浅埋范围以及其软岩大面积特点进行分析，发现隧道开挖难度较大，对此根据其实际特点和软岩大面积特点设计了双侧壁导坑法开挖方案。

2 开挖方案设计原理

大断面软岩隧道施工过程中采用双侧壁导坑法，就是通过双侧壁导坑将大断面进行分割，使其成为两个或多个对称、独立的小断面，使其导坑断面似椭园形，有圆顺的周边轮廓，同时在分割过程中应避免应力集中。在施工初期，将采用格栅钢架、挂网、喷混凝土柔性支护体系，加之一些防护措施。为了使断面及时闭合，应充分利用岩石的承受能力来控制岩石的变形程度。

3 开挖方案设计方法

根据大断面软岩特点将其分为四块：①左、右侧壁导坑；②上部核心土；③下台阶；④底拱。同时，在开挖过程中，可先在短隧道中挖通导坑，导坑挖通后再进行开挖台阶。

4 双侧壁导坑法的施工工艺

4.1 开挖方式

①遇到结构较为特殊的岩石，我们多采用人工预裂爆破的方法，并且采用侧壁导坑双侧掏槽的方法。爆破多为从周边开始向内爆破，利用机械开挖开挖断面，会造成断裂。②在开挖过程中容易遇到顽石，孤石，我们会采取利用风镐进行敲击或者爆破，挖掘机来对其拆除。③在机械挖掘的过程中，很容易造成岩石破碎，如果开挖不当，则会造成岩体更大的扰动。所以我们还要运动人工的辅助，才可对其合理的挖掘。

4.2 爆破工艺

4.2.1 炮眼深度L

通过分析，受爆破地震动强度能直接影响其炮眼深度，对此，应按照爆破部位来适当调整其炮眼深度。该工程软岩属于Ⅴ级围岩，其炮眼深度一般为0.5至0.8米。

4.2.2 炮眼数目N

根据其炮眼深度，炮眼直径大约为42毫米，开挖面积为13.50平方米/次，依次计算，在单位面积范围内炮眼约为1.5个，该计算未包含光面爆破炮眼。

4.2.3 炮眼布置

①沿爆破轮廓设置光面爆破眼，间距：E=（8-12）d（d为炮眼直径），炮眼间距40至50cm，炮眼直径42mm，能满足E值要求。抵抗线：W=（1.0-1.5），装药集中度q控制在0.1-0.15kg/m之间，周边眼可适当增加数量，减小间距和单孔装药量。②掏槽眼采用复合式楔形掏槽，左右侧壁导坑中心布置，掏槽面积2m3，中央可根据实际情况布置中空眼，达到最佳的掏槽效果。③掘进眼循环进尺根据开挖部位来确定爆破强度，由于隧道V级围岩岩质较易开挖，所以采用较大的系数W=15至18d[1]。

4.2.4 单眼装药量的计算

根据上文提到的周边眼装药参数，结合公式q=k.a.w.L.λ即可算出其它炮眼的装药量。式中：q表示：单眼装药量（kg）；k表示：炸药单耗（kg/m 3 ）；a表示：炮眼间距（m）；w表示：炮眼爆破方向的抵抗线（m）；L表示：炮眼深度（m）；λ表示：炮眼炮眼部位系数[2]。

4.2.5 炮眼堵塞

采用炮泥（组分：砂：粘土：水=3：1：1）堵塞炮眼，可使炸药在受限的情况下作充分爆炸应力提高能量利用率，所以堵塞长度应在20厘米以下。

4.2.6 爆破器材的选择

①炸药。采用二号岩石销铵炸药，四周小药卷炮眼直径约为25mm，其他炮眼直径为32mm。②雷管。孔外通过火雷管起爆，连接件和孔内都采用非电毫秒雷管。③导火索及导爆索。火管雷采用导火索引爆，周边炮眼戒隔装药采用导爆索传爆[3]。

4.2.7 装药结构掏

槽眼和底板眼采用反向起爆，周边眼采用间隔不偶合装药形式，使用导爆索连结各药卷。采用雷管分段控制和孔外微差爆破相结合的方法减少单段起爆药量和起爆次数。

4.3 爆破安全验算

①对飞石爆破的影响。由于隧道施工的方法多为交叉型施工，所以很容易受到爆破飞石的影响。所以，在弱爆破作业中，爆破飞石十分重要。然而采用科学的爆破顺序则十分重要，其中重点步骤是2、4这两步开挖的过程中，上部有临时钢支撑，爆破时应注重起爆顺序的控制，这样，上部临时钢支撑不会受到太大影响。②提高炮眼利用率。在进行爆破设计时，我们可以通过掏槽眼增加减震孔，施行周边眼增加导向孔，隔孔装药，能使炮眼利用率大大得到提高。③有效的改进施工措施。如果工程中Ⅴ级围岩破碎复杂，且埋层浅，那么施工时可再1、3步开挖的周边眼及开挖面增打减震孔，适当扩大其直接（>130mm），以便提高减震效果[4]。

5 优缺点及适用条件

由于考虑到工期的限制，隧道没有合理采用设计的双侧壁导坑法开挖方案，而是采用了台阶法，这样确保了工程按时完成。因为针对大断面软岩隧道的挖掘，此方法还存在着工序繁琐，开采速度慢，成本较高的缺陷。所以在实际应用中，我们应该多加关注对方案的选取，以选择合适的施工方法，从而达到预想和效果。

综上所述：双侧壁导坑法其实就是在开挖时候，将隧道开挖面分为四部分，左、右两部分为左侧壁导坑和右侧壁导坑，一般情况下会先开挖两侧，然后开挖中心部分，开挖过程中需要详细了解工程实际情况，设计多个开挖方案，选择最适合的方案进行开挖。在大断面软岩隧道施工过程中采用双侧壁导坑法能有效保障施工安全，促进施工顺利开展。与此同时，该方法也存在工序繁琐，开挖速度慢以及成本高的缺陷，对此在隧道施工实际应用中，我们应详细分析工程实际，根据其情况设计多种开采方法，再进行综合选取，以便达到最优效果。

参考文献

[1]王薇；王连捷；王红才；乔子江.青藏铁路昆仑山隧道稳定性分析[J]，《地球学报》，2002（02）：359-362

[2]李宣高.八字岭分岔隧道开挖方法[J]，《公路交通技术》，2006（04）：136-140

[3]姜晨光；张松华；彭建国.公路隧道围岩压力与应力计算方法新探[J]，《广西交通科技》，2003（04）：19-21

第7篇：隧道工程的优缺点范文

【关键词】地下建筑工程；冻结法；特殊开挖方法

地下建筑工程冻结法是在建筑施工中运用人工制冷技术，把待施工的地下工程周围一定范围内的含水不稳定岩土层冻结，使它形成封闭冻结壁，隔绝与地下水的联系，改变岩土性质，增加它的强度和稳定性，确保地下工程安全施工的方法。这种方法起源于建筑基础的土壤加固。已被应用在矿建、地铁、水利、隧道等工程。在地下水较多，施工困难时，也能运用冷冻法，以液氨注入地层，把隧道周围的土壤冻结起来，进行开挖。现在，冻结技术已广泛应用在特殊地层凿井，基坑和挡土墙加固，盾构隧道盾构进出洞周围土体加固，地铁、隧道联络通道及泵站施工、两段隧道地下对接时土体加固和工程事故处理等方面。

1、地下工程开挖的冻结方法

1.1冻结法原理

冻结法运用的是传统的氨压缩循环制冷技术。为形成冻结壁，在井筒周围由地面向地层钻一圈或数圈冻结孔。孔内安装冻结器。冻结站制出的低温盐水（-28℃左右）在冻结器内循环流动，吸收周围地层的热量，形成冻土圆柱，并不断扩大交圈形成封闭的冻结壁，实现设计的厚度和强度。一般将这一期间叫做积极冻结期，而把掘进时维护冻结壁厚度期间叫做消极冻结期，吸收地层热量的盐水，在盐水箱内把热量传给蒸发器中的液氨，变为饱和蒸气氨，再被压缩机压缩成过热蒸气进入冷凝器冷却。把地热和压缩机作功出现的热量传给冷却水，把这些热量传给大气。

1.2冻结法的优缺点

开挖地下工程的临时支护方法，冻结法施工具有如下优点：冻结法施工的适用范围较为广泛；施工的隔水性能较好；冻结法施工的冻结壁强度高；此法对所处地层扰动较小，地面沉降控制得好；按工程需要能灵活布置冻结孔和调节冷冻液的温度，随时增加和控制冻土壁的厚度及强度。冻土墙的连续性和均匀性较好；对地层污染程度较小。

运用冻结法施工也存在一些缺点，施工周期与其他支护方法相对较长，设备较多，造价较高，冻胀融沉可能导致地面的隆起，对工程造成不良影响。冻结技术可分为竖向冻结技术，水平冻结技术和特殊工程冻结技术。

1.3冻结法的施工工艺

冻结方案选择要全面分析隧道穿过岩层（土层）的工程地质与水文地质特征，按冻结深度、冷冻设备和施工队伍素质统筹确定。要以取得最佳的技术经济效果为出发点，选择技术先进、经济合理的冻结方案。如：冻结法凿井的冻结方案有一次冻全深方案、分期冻结方案、差异冻结方案、局部冻结方案等。冻结深度要按地质条件确定，冻结壁厚度取决于地压状况、冻土强度、变形特征、冻结壁暴露时间、掘进段高及冻土温度，冻结孔设置通常由井筒断面、冻结深度、钻孔允许偏差和冻结壁厚度确定，测温孔按工程特点设置。

冷冻站的一般设备有氨压缩机、冷凝器、蒸发器等。辅助设备有氨油分离器、贮氨器、集油器、调节阀、液氨分离器和除尘器等。氨压缩机是冷冻站的主设备，它是将饱和蒸发氨压缩为过热蒸气氨，实现冷凝压力，形成氨的卡诺循环。它是实现补偿功的机械。冷凝器是用来冷却氨，把氨由气态变为液态的装置。蒸发器是热交换系中必要的热交换设备。冻结法的施工工艺主要包括：安装冻结站，冻结管施工，冻结期，维护冻结期和解冻期。

2、其他地下工程的开挖方法

2.1地下工程开挖的气压室法

这种方法是把开挖洞段密封好，在进出口段布置气密室，从洞外进入气密室再进入洞内，要经两层密封门，洞内气压大于外压或大气压12bar。用这个超压来减少渗入洞中的水，也以此压力改善围岩稳定状况。气压室法要有额外的设备投资，施工速度会降低，通常只是在必须时采用。

2.2地下工程开挖的分部开挖、支护的方法

在软弱地层中开挖洞室，一般办法是先开挖一小部分，再用喷锚支护做全断面保护，再不断扩挖，逐步支护。通常采用双侧导坑法，挖好一个侧导坑，支护好，再挖另一侧导坑，支护好。再挖掉中间遗留下来的土柱，并支护形成封闭结构。开挖后在其中做钢筋混凝土二次衬砌。

2.3地下工程开挖的超前灌浆、超前锚杆法

在地下水较为丰富的工程，通常采用超前灌浆法。就是在开挖前先在掌子面上钻孔深为20m、30m的深孔，进行压力固结灌浆，使要开挖洞段的岩石缝尽量固结起来并减少漏水，之后开挖。挖到灌浆深度一半时，再作一圈深孔灌浆，循环进行。使开挖工作面在灌浆固结过的岩层中进行。

超前锚杆法是在掌子面顶拱部位向前上方打入4~5m的锚杆，锚杆后端出露较长，用喷射混凝土或钢拱架支护好，再向前开挖1~2m，支护好，继续打下一轮锚杆，循环作业，使开挖在顶部锚杆的保护下进行。

参考文献

[1]胡楚旺.深基坑支护工程技术的浅析.陕西建筑,2010.6

[2]武亚军等.人工冻结技术在城市地下工程中的应用.探矿工程:岩土钻掘工程,2006.6

[3]王秀梅等.深基坑支护技术对比分析.佳木斯大学学报,2009.2

第8篇：隧道工程的优缺点范文

【关键词】超前地质预报; TSP;地铁施工;工作原理;技术应用

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

超前地质预报出现在上个世纪的中后期，是工程地质学的一个分支，我国在这个方面的研究始于20世纪70年代以后，几十年来地质超前预报在我国也有了很大的发展。然而随着近些年来铁路、公路、城市轨道交通等的迅速发展，隧道的长度和埋深的不断增大，隧道施工中出现的问题也越来越多。如果对这些问题处理不当，将有可能造成严重的工程问题和巨大的经济损失。为了避免因地质问题而引起工程事故，超前地质预报在工程施工中就显得越来越重要。现在在我国应用的主要的地质超前预报系统有负视角速度法、HSP、TSP、TGP、TST等[1]，其中TSP作为一种进入中国较晚的勘测技术，代表了中国地质预报领域的先进水平。文本通过将TSP技术应用在地铁工程中，验证了TSP超前预报系统的效果。并提出了一些增强TSP勘测效果准确性综合性勘测方法。

1 TSP的简介及其工作原理

1.1 TSP简介

二十世纪六十年代，美国国家安全局网罗了众多资深地球物理学家应用地震波勘测技术来研究地层应力释放现象及地层结构扫描成像。在此过程中形成了隧道反射层析扫描成像超前预报技术（Tunnel Reflection Tomography），简称TSP技术。TSP系统是一种新颖、快速、有效、无损的反射地震预报技术，以其简单的操作，准确、全面、直观的勘测结果，在国内迅速发展起来。

1.2 TSP系统的工作原理

TSP隧道地质超前预报系统是利用地震波的反射原理进行地质预报的。预报时，通过锤击或激震器产生的地震波，地震波在隧道中的岩体内传播，当遇到一个地震界面时，如断层、破碎带、溶洞、大的节理面等，一部分地震波就被反射回来，反射波经过一个短暂时间到达传感器后被接收并被记录主机记录下来，然后经专门的3D软件进行分析处理，对地震波进行叠加，就得到清晰的异常体的层析扫描三维图像。再通过对异常体的里程、形状、大小、走向，并结合区域地质资料、跟踪观测地质资料就可以确定隧道前方及周围区域地质构造的位置和特性。入射到边界的反射系数计算公式如下：

式中R为反射系数，r为岩层的密度，V等于地震波在岩层中的传播速度。地震波从一种低阻抗物质传播到一个高阻抗物质时，反射系数是正的;反之，反射系数是负的。因此，当地震波从软性地质体传播到硬质地质体时，回波的偏转极性和波源是一致的。当岩体内部有破裂带时，回波的极性会反转。反射体的尺寸越大，声学阻抗差别越大，反射波就越明显，越容易被探测到[2]。

2 应用实例

2.1 预报地段

对某地铁车站小导洞进行超前预报检测，以对掌子面前方的地质情况进行分析评估。预报内容为地层岩性、地质构造、不良地质构造及地下水含量。预报长度110m。

2.2 地质状况

根据勘察资料，场地地层从上至下依次为：

（1） 第四系全新统人工堆积层（Q4ml），主要由粘性土、灰岩碎石、石英岩碎石、板岩碎块及少量的生活建筑垃圾等组成的素填土;

（2） 第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）主要由稍湿的粉质粘土，卵石组成;

（3） 震旦系长岭子组板岩（Zwhc），长岭子组上部为板岩夹黄色薄层泥灰岩，局部夹薄层粘土质粉晶灰岩;

（4） 燕山期辉绿岩（βμ）。

2.3 数据采集与处理

本次测试安装8个传感器，左、右边墙各4个;锤击震源点共计12个，靠近掌子面的两边墙上各6个。勘测范围：竖向为隧道中心线上下各20m，横向为隧道中心线左右各20m ，纵向为110m。图1为数据采集软件工作界面。图2是软件操作界面示意。

图1 数据采集界面

Fig.1 Data Acquisition Interface

图2 软件操作界面

Fig.2 Software interface

2.4 分析结果

地震波波速图，地震波层析扫描成像三维图，图中最上部分的条状线颜色值从低到高，代表反射系数，地震波从高密度岩层向软层传播，反射系数为负，反之为正。

图3 地震波波速图

Fig.3 Seismic wave velocity

图4 层析反射成像图

Fig.2 Reflection tomography Image

2.5 预报结论与建议

通过对地震波波速，地震波反射扫描成像三维图及掌子面资料分析，可以得出如下结论：

（1） DK7+255.88～DK7+312.88段：该段岩层岩体较破碎，节理裂隙很发育，围岩变化很小。

（2） DK7+312.88～DK7+365.88段：该段岩层岩体极破碎，节理裂隙很发育，可能会产生细小断层，含有少量的地下水，施工时容易产生掉块，加强初期支护和排水工作。

（3） 由于车站为两端对向开挖，进行TSP探测时，另一端DK7+312.88～DK7+365.88里程段已经进行了导洞施工，完成了初期支护。相当于人为提高了该段的反射系数，测试结果显示该段破碎程度明显增大，但不是岩层的破碎，而是反射波作用到初支上的结果。

2.6 TSP的优缺点

（1） 优点：

① 采用三维数据处理技术，能够清晰直观的反映地质体的异常情况，能有效地对反射异常区域进行识别解释。

② 在数据采集上实现无线传输，更为有效快捷。

③ 不使用炸药作为震源，减少了对隧道围岩产生的挤压破坏。

（2） 缺点：TSP系统要在三维空间内布置传感器，因此必须使用升降设备将传感器安装在隧道的拱顶、拱腰等位置，而且必须测量出TSP的三维大地坐标（精确到10 cm 以内），这给预报作业又增加了一定的难度。另外，TSP采用锤击震源激发地震波，要求传感器灵敏度高以便更好地接受地震波信号，但是传感器接收到的外界干扰噪声的能量与采集信号的灵敏度高低是成正比的， 如何消除干扰是有待解决的问题[3]。

2.7 在本工程中还将TSP与地质雷达（GPR）结合使用

GPR一般用作距离为30米以内的短距离预测，地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理方法，对于断层带特别是含水带与破碎带有较高的识别能力，而且操作方便，占用施工时间少，处理数据速度快[4]。对于地铁工程，由于埋深较浅，采用地质雷达可以直接探测到地下部分的地质状况。

表1 TSP与GPR比较

Table 1 TSP compared with the GPR

TSP

GPR

预测距离

100～150m

30m以下

特点

对含水体效果差，TSP能描绘到隧道水平和垂直方向的所有异常。对于斜交隧道（尤其是大角度斜交隧道）的裂隙可能没有反映。对于所描绘的倾斜裂隙，会低估它们的距离。

对破碎带，空洞，含水体效果好，预测距离短。

本工程中GPR的预测结论为：

（1） 由于施工段位于市区，探测区内地下管线较多，表现为雷达图像地表部分较多异常;探测范围内深部暂未发现异常体。

（2） 探测剖面中显示2车站地下导洞C1-C2段的6-50m基层有轻微破坏，建议在1站-2站整个施工段爆破施工中，加强支护和监测。

地铁工程一般位于城市的繁华地段，大部分城市都有错综复杂的地下管网，甚至是地下商场等隐蔽性建（构）筑物。 施工过程具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点， 又因其复杂的地质和外部情况，给施工带来了诸多不便，如果地质状况不良，施工措施不当，将有可能引起重大的安全事故。因此将短距离预测与长距离预测相结合，可以得到更为准确的结果，能够更有效地反映地下的真实状况。

3 结论

第9篇：隧道工程的优缺点范文

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.

关键词：浅埋暗挖法；优势；地铁隧道；土方开挖；台阶法；CRD法

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

中图分类号：TU761 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）12-0146-03

0 引言

传统地铁隧道土方施工方案一方面会烦扰正常行车秩序，破坏环境；另一方面，需要拆迁一部分管线和建筑物，成本昂贵，材料难以灵活周转。尤其是租赁或购置盾构机械需要一大笔费用，整套工程项目耗资巨大。浅埋暗挖法是在距离地表较近的地层暗挖地下洞室的施工方法。相较于传统工法来说，采用浅埋暗挖法开展隧道施工，可以保证大部分地上的管线、设备、建筑等的正常秩序，无需过多搬迁地上设备，不污染环境，也不扰民，总之这套工法兼容性极强，具有传统工法不可比拟的技术优势。

1 浅埋地下工程基本概念

1.1 浅埋隧道的定义

①铁路隧道。对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：Ⅵ级围岩35～40m，Ⅴ级围岩18～25m，Ⅳ级围岩10～14m，Ⅲ级围岩5～7m，为浅埋隧道。

②城市地铁。覆跨比H/D在0.6～1.5m时为浅埋，在0.6m以下时为超浅埋。

1.2 浅埋隧道特点

埋深浅是浅埋隧道的显著特点。施作地铁隧道难免引起地层损失，继而导致地面小幅度移动，严重影响了周边环境的正常秩序，鉴于此，应适当提高开挖、支护、衬砌、排水、注浆等工序的技术指标施工难度。

1.3 浅埋地下工程的施工方法

目前业界常用盾构法、盖挖法、明挖法和浅埋暗挖法施作地铁隧道。表1按照“场地占用情况、断面、深度”等几个维度，总结了各种工法的的优缺点。

2 浅埋暗挖法原理和特点

浅埋暗挖法是一种基于新奥法施工原理延伸而来的合配套施工工法。它通过多种加固技术措施来提高围岩稳固性。利用围岩自身的承载力来支护开挖后的隧道，并封闭成环，使围岩结构与支护结构形成一套能够控制围岩变形的联合支护体系。这套工法在新奥法原理基础上提出了新的信息化量测设计与施工理念，应用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构，以全部承担基本荷载为基准设计初期支护，将二次模筑衬砌作为安全储备，前后两次支护共同承担特殊荷载。在实际施工中，须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十灵活运用这套工法。

浅埋暗挖法常用在第四纪软弱地层的地下施工项目上，围岩本身欠缺稳固性，地表沉降极易导致围岩松散、变形。为避免此类现象出现，必须及时、适当地增加初期支护的刚度。在图1所示的特征曲线中，C点距离A点越近越好，距离越近，支护结构的承载力越强，可有效减少围岩的自承载。

3 浅埋暗挖法施工方法

本文结合郑州地铁1号线02合同段郑～中暗挖区间土方开挖的施工实践，对土方施工台阶法和CRD法的施工方法、施工工艺进行分析。

4 工程概况

郑州大学站～中原东路站区间沿中原东路自西向东布置，区间隧道右线长511.1m，区间隧道左线长511.101m，共计1022.201m。隧道顶覆土厚度9.4m～10.6m。区间所在地层主要为粉土层，含少量粉砂。区间左右线间距13m～13.4m。左线共设置两组平曲线，半径均为3000m。区间隧道最大纵坡4.17‰，最小纵坡2.0‰，最小竖曲线半径3000m。区间隧道设计为单洞单线马蹄形暗挖结构形式，区间主要分为Ⅵ级围岩断面和人防段断面两种断面类型，Ⅵ级围岩断面采用上下台阶环形开挖预留核心土法，人防段采用CRD法进行施工。

5 台阶法施工

台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3m～5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。根据台阶的长度可分为以下几种类型：

长台阶：长台阶对掌子面的稳定有利，但施工的干扰大；上台阶上设备、材料困难；上台阶向下台阶出碴困难；不能及时封闭成环，有时不得不在上台阶底板上作临时仰拱，这种方法在一般情况下不宜采用。

阶：阶的特点介于上台阶和短台阶之间，由于台阶有一定长度，当拱部锚杆和初期支护壁后注浆工作量大时可减少和上台阶开挖的施工干扰。由于上台阶的距离不长，喷砼和注浆设备仍可放在下台阶。

短台阶：在土质隧道中上台阶不必上大型设备，而且从上台阶向下台阶运土的距离短，下半段能在6～10m内封闭成环，也能保证围岩开挖后的稳定，这种台阶长度在城市地铁的第四系地层中普遍采用。

微台阶：在满足掌子面开挖稳定要求、满足开挖下台阶时喷砼的强度和方便施工的原则下进行选择，一般为3～4m。当使用反向挖掘机开挖装碴时，上台阶大部分可利用该机进行挖、装，可以提高施工速度。

本区间Ⅵ级围岩断面采用台阶法，主要施工工艺流程如图4、图5所示。

主要施工方法如图6所示。

6 CRD法

CRD是“Center Cross Diaphragm”的缩写，即交叉中隔墙法。

CRD法实际上是左右分块、上下分台的开挖方法，将大断面分割成小断面施工，逐步封闭成环，各个施工阶段自成一套结构均匀的受力系统。CRD法模筑砼施工方案，即先实施支承替换法施作底板，将中壁分段拆除，设防水板和施工底板，再用支撑恢复中壁，最后将中壁即临时仰拱按段依次拆掉，由初期支护承受荷载来进行墙、拱衬砌。这样一来，不仅大幅度提高了支护体系的安全系数，有效控制了地表沉降量，同时减少了中隔壁和临时仰拱施工和拆除的麻烦。CRD法的施工工艺流程见图7。CRD法施工方法见图8。

7 结束语

浅埋暗挖法作为喷锚暗挖法隧道施工的一种，与新奥法相比，未考虑利用围岩的自承能力，更强调地层的预支护和预加固，适合于城市地区隧道埋深小、松散土质围岩条件下、通过控制地表沉降来建造地铁隧道。解决了城市隧道由于地下障碍物及周围环境（如地表拆迁量大等）等影响无法使用盾构施工、明挖施工时的诸多难题。通过郑～中暗挖隧道的施工实践，深入的了解了浅埋暗挖法台阶法、CRD法施工工艺和施工方法，为浅埋暗挖法小断面隧道施工积累了丰富的施工经验，收集了大量的施工指导数据，为今后类似地铁暗挖隧道施工具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]李海，孙铁成.浅埋暗挖法在大跨隧道中的应用探讨[J].国防交通工程与技术，2009（02）.

[2]陶冰杰.浅埋暗挖技术在地铁隧道施工中的应用[J].中国新技术新产品，2009（06）.

[3]杨军峰，潘淡浓.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制[J].中国水运（理论版），2008（01）.

[4]程思军.地铁建设浅埋暗挖法的应用分析[J].中华建设， 2008（03）.