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我国隧道及地下工程建设理念与要点
摘要 我国在隧道设计理论和施工技术上也已形成了具有独立观点以及设计施工方法的隧道建设思想体系，及时总结并建立适应我国国情与技术发展水平的隧道修建方法很有必要，它将有助于推动我国隧道及地下工程建设各项研究工作的开展。
中国是世界上隧道及地下工程数量最多、地质最复杂、发展最快、穿越各种水文地质最多、施工难度最大、施工水平最高的国家。我国隧道及地下工程建设者在经历了数十年的工程实践之后的今天，在隧道设计理论与施工技术上，均取得了很大的进步与科研成果。这些成果，在我国隧道及地下工程建设中正发挥着积极的作用。其中，在隧道设计理论和施工技术上也已形成了具有独立观点以及设计施工方法的隧道建设思想体系，及时总结并建立适应我国国情与技术发展水平的隧道修建方法很有必要，它将有助于推动我国隧道及地下工程建设各项研究工作的开展。 一、隧道及地下工程建设理念
（1）地下工程是不可逆工程，不具备拆除重建的条件，因此必须是遗产工程，而不允许是遗憾工程和灾害工程。 不合理工期、不合理造价、限额设计、轻方案研究是产生根本性遗憾之源；取消单洞建设，修建双洞、多洞或局部多洞，可实现长隧道设计施工和解决施工安全通风难题，实现快速开挖；用技术条件取代规范，多搞指南少搞规范，为创新构建平台。 （2）地下工程是风险性很大的工程，必须实事求是，科学进行风险性评估。 在隧道及地下工程建设过程中，应对可行性研究阶段、初步设计阶段、施工阶段、运营阶段进行全过程、全方位的风险分析与评估。评估内容与顺序依次为施工安全评价，施工质量评估，环境评估，最后才是施工进度和施工成本评估。 （3）必须进行信息化动态反馈设计。通过对不同围岩的改进，进行支护参数的调整，确保施工安全。不改变设计的观点是违背地下工程特点的。 毛泽东主席在１９６５年对北京地铁建设的批示是“精心设计、精心施工，在建设过程中一定会有不少错误失败，随时注意修正”。隧道工程不定因素很多，设计者必须实事求是，及时修改图纸，这是衡量设计水平的标准。 （4）合理工期、合理造价、合理合同、合理施工方案，是检验隧道建设是否符合科学发展观的四条标准。 如兰渝线３２ｋｍ的关角隧道设计时，考虑了方案一：小ＴＢＭ＋钻爆法施工新模式；方案二：利用二线导洞快速施工＋横通道模式，取消费工费时、造价高、向上运输的斜井设置方式。由此说明方案的研究非常重要。 （5）风险责任主体与风险转化。国际隧道工程保险集团对施工现场发生安全事故原因的调查结果表明，将施工方作为工程安全的唯一主体是不对的。我国目前五个建设阶段的风险界定不清，而这些风险往往到施工时才反映出来，由施工方完全承担这些风险是不合理的。 （6）铁路线路选线。线路选线应多靠山区，少占良田。要提高线路标准，势必产生许多长隧道，隧道数量大幅增加，平均隧道长度占有量是全线的３０％～６０％，如兰州至重庆（渝兰线）隧道长度占全线总长约６０％。为了满足快速、重载，线路标准提高的办法是减少展线，以长大隧道取代。如关角隧道原展线至山顶，原用３ｋｍ隧道通过，后裁弯取直，降坡拉直，用３２ｋｍ的新关角隧道取代。 （7）从保护环境的角度出发，铁路进入城市必须进入地下，修建地下联络线和地下车站，大大增加了铁路的修建难度和成本。目前，正在石家庄、深圳躈田、天津车站进行试验。铁路地下站和地铁实现垂直换乘，方便乘客。 （8）车站设计采用客货分离，“客内货外”，即客流车站设在市区，货运车站设在郊外，货流用地下支线进入市区，避免大量货运汽车进城，以保护城市环境，节约石油资源。 （9）两个单洞线间距应尽量减小，以节约地下空间，采用巷道式射流通风方式进行施工通风，可实现堵头长距离无轨运输快速施工。 二、隧道及地下工程设计原则 1.两个单线隧道方案优于单洞双线隧道方案 长隧道的施工，通风是关键。钻爆法施工时，有轨运输堵头通风最大长度７～８ｋｍ，无轨运输堵头通风最大长度３．５ｋｍ。 采用平行双洞，施工通风可采用射流巷道式通风新模式，堵头通风长度可达１０ｋｍ以上，并且效率高、省电、经济性好。从设备投入和快速施工的角度考虑，有轨运输设备投入大，管理复杂，充电电池满足不了长距离运输；无轨运输设备投入小，配合洞内射流巷道通风，是快速施工的最好模式。 鉴于以上分析，建议长大隧道应优先选用两个单线隧道设计方案。可实现不需任何斜、竖井即可进行特长、长隧道的安全与快速施工。此方案不破坏山体环境，并大大方便建设过程和建成后的运营，尤其在软弱、岩溶、煤系、浅埋、大变形地层施工中，在减少施工风险和工程投资方面都将更加有益。这种方案也包括单洞双线加贯通平导的设计方案。 若必须要用单洞双线隧道，且不设平行导坑，采用无轨运输模式，则设计长度应小于或等于７ｋｍ；不设平导，有轨运输模式，则设计极限长度应小于或等于１５ｋｍ，但设备投入比无轨运输多２．５亿元以上（以极限长度计算）。综合比较，该方案风险大，不经济。折中方案是单洞双线隧道加全贯通的平导方案，但该方案更贵。 2.隧道纵坡设置问题 （1）应高位选线（如南昆线），可避免许多灾害。 （2）禁止在岩层交界面上选线，如福田车站上软下硬，很难施工。 （3）富水地区必须采用人字坡，以利于防灾和排水。富水是指水量大于２台抽水泵最大抽水量。 （4）铁路进城市应按深埋选线，以减少对环境和运营的破坏。如采用明挖法施工，则会对周围环境、运营安全影响很大；穿越城市交通路口，若采用盖挖逆作法施工，则会严重影响城市交通和环境，而应选用浅埋暗挖法。 3.隧道辅助导洞设置问题 （1）利用平导增设工作面，不设斜、竖井施工。此外，增设多条平导和横洞，也是解决施工通风问题的最好方案。如我国的终南山特长隧道、瑞士的阿尔卑斯山隧道都是采用这种理念，没有设斜、竖井。 （2）深层岩溶及富水地区，应增设泄水洞并将其与原有大流量的溶洞相连，对高水压进行释能减压，以利施工、营运安全。 （3）采用平行双洞射流通风模式，可解决长大隧道不设斜、竖井施工通风难题。在采用无轨运输模式下，施工通风堵头可达１０ｋｍ以上。 （4）应分施工标段考虑施工通风方式，不允许采用ＴＢＭ施工中以单条隧道为一个标段的施工方法，人为造成单洞通风困难。 4.支护结构设计原则 （1）初期支护是保证施工安全的关键，要有足够的刚度和强度，以承受二次衬砌施作前施工期间的全部土压力荷载。不计水压力（以绕排降压），不存在二次衬砌紧跟的规定。 （2）深埋隧道ＩＶ、Ｖ、ＶＩ级围岩，按普式拱理论计算围岩压力；Ｉ～ＩＩＩ级围岩，按２～２．５ｍ厚爆破松动圈计算围岩压力。 （3）初期支护由喷混凝土、钢筋网、钢拱架、纵向连接系及锁脚锚管组成，形成永久承载结构，二次混凝土衬砌作为安全储备。 （4）不同围岩支护结构的稳定性，由初期支护设计进行调整，可加强或减弱。当在开挖面后方５～６倍洞径处，量测数据证明围岩已稳定时，方可进行二次衬砌边、顶的混凝土灌注。二次衬砌分三次施工：首先进行底板和仰拱混凝土施工，距工作面长度以不影响开挖所需的长度为原则；其次进行边墙基础混凝土衬砌，须迟后２～４倍洞径底板和仰拱施工，目的是增加初期支护的安全系数；最后是采用模板台车进行边墙、拱顶的模筑混凝土衬砌。 （5）二次衬砌作为安全储备，从有利百年大计出发可不设钢筋（当断面轮廓为小偏心受压时），衬砌厚度一般定为３０～４０ｃｍ，不随围岩改变而改变。 （6）初期支护的设计。Ｉ～ＩＩＩ级围岩可按ＩＩＩ级围岩设计，有钢拱架的地方可不设锚杆，而在接头处设置锁脚锚管；Ｖ级围岩按ＶＩ级围岩设计；ＩＩＩ级围岩局部破碎段设置锚杆和钢筋网，作为临时加固的手段。因为锚杆在设计计算中无法作为支护结构来考虑，及时施作锚杆的时空效应也很难实现。软岩中隧道拱部不设系统锚杆原理如图１所示。 
图１ 软岩中隧道拱部不计系统锚杆原理示意图 B-平衡拱宽度（ｍ）；f-普氏系数；φ-围岩摩擦角 在围岩级别为ＩＶ级及以上的软弱围岩中，岩石抗压强度低（f值亦小），隧道开挖形成的平衡拱（摩擦拱）高度h很大，拱部需要设计很长的锚杆，才能够深入稳定围岩中起到锚固作用。然而，这个尺度对于隧道施工而言过大，难以施工，并且还会带来很大的安全风险。目前，３ｍ、４ｍ长度的系统锚杆设计存在以下问题：①没有锚固点，起不到锚固作用；②施工环境恶劣，作业不安全；③施作拱部锚杆时将产生对不稳定围岩的进一步破坏，不利于保护围岩承载能力。因此，在这种情况下不应设计拱部锚杆。在工程实践中建议，ＩＩＩ级围岩可根据围岩状态现场确定锚杆，ＩＶ、Ｖ级围岩不设计拱部系统锚杆，ＶＩ级及以下围岩需进行特殊支护结构设计。 （7）结构防水设计。全隧道不设变形缝；防水隔离层设至边墙底基础上，不允许全包；隔离层背后设系统盲管，与两侧排水沟形成排水系统；取消止水带和中部排水沟，施工缝处设置ＢＷ防水条。 （8）在二衬及防水板铺设前应完成初期支护及背后充填灌浆的作业，确保二次衬砌在初期支护无渗漏水的条件下施工。应增设初期支护背后注浆的工序和费用。 （9）高地应力地段应采用圆形轮廓及衬砌的结构形式，这是高应力区隧道设计最简单、高效的方法。 三、隧道及地下工程施工方法 在隧道修建方法中，根据不同的结构用途、水文地质条件、周边环境要求、安全风险分析、成本投入、工程规模、我国国情等条件，以及支护结构设计理论的不同，诞生出不同设计、施工特点的中国隧道及地下工程修建方法，其主要有钻爆法、浅埋暗挖法、明挖法、掘进机法、盾构法、沉埋管段法和辅助工法。 （1）钻爆法。该法是以钻孔、装药、爆破为开挖手段，以围岩—结构共同作用为支护设计理论，采用复合式衬砌结构，以钻爆开挖作业线、装渣运输作业线、初期支护与防排水作业线、二次模筑衬砌作业线、辅助施工作业线为特点的重要、应用极广、首选的隧道施工方法。 （2）浅埋暗挖法。该法是针对隧道埋深浅，多在软弱地层中穿过，环保要求高，施工难度大，强调保护、提高围岩的自承能力，按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的“１８字方针”，采用复合式衬砌和中小型机械开挖，应用多种辅助工法为特征的、重要的、首选施工方法。 （3）明挖法。该法以基坑开挖为特点，以支挡隧道侧向压力与基坑底部围岩抗滑涌为支护设计理论，进行围护结构作业、支撑体系作业、分层分段土方开挖作业，同时进行主体结构施作，回填覆盖作业的常用且影响环境的一种施工方法。 （4）掘进机法。该法以开敞式掘进机破岩，开挖、支护过程为一体的自动化为特征，以围岩自承为主的支护设计理论和复合式衬砌结构，适用于硬岩特长隧道的施工方法。 （5）盾构法。盾构机是进行流塑软弱、不能自稳围岩的开挖支护机械，该法以高度自动化为特征，以围岩—支护共同作用为支护设计理论，适用于不稳定地层的施工方法。该法适用于隧道长度不小于６ｋｍ的隧道开挖，此条件下的开挖最经济合理。小于１～２ｋｍ的隧道，使用该法需反复拆装、搬运，对盾构寿命和快速开挖不利。 （6）沉埋管段法。该法以预制的方法分段形成隧道主体结构，以水下基槽开挖、浮运、沉放、对接、回填及辅助作业为特征，是隧道施工安全性很高的方法，适用于水流平缓、基底软弱的水下隧道施工。 （7）辅助工法。在各种施工方法中，为满足安全、快速、环保等目的，而对软弱围岩和地下水进行处理，保证围岩稳定的一系列技术方法。其应用范围涉及前面６种主要施工方法。每种施工方法都需要辅助工法配套，隧道才能安全优质建成。 四、主要施工方法要点 （一）钻爆法 （1）洞门前不设路堑，必须早进晚出，不破坏山体环境。 （2）全隧道不设变形缝，特殊地段设置诱导缝，８级地震区在洞口段４０～５０ｍ处设减震缝。 （3）必须重视岩溶地区的综合地质超前预报，长短结合以短为主，预报前方不小于３０ｍ的长度范围，横向预报隧道周边外１倍洞径，作为工序列入。 （4）初期支护要强，承受部分水压和全部土荷载，浅埋和海底隧道则承受全部水荷载和围岩荷载，二次模筑衬砌作为安全储备，应优化断面轮廓满足小偏心受压要求，取消二次衬砌钢筋，既节约，又能够提高结构百年寿命。 （5）采用网构钢拱架，取消型钢拱架，靠近工作面的第一、二排钢拱架不受力，由于受开挖面和隧洞拱效应的作用，工字钢背后的混凝土喷不上，易产生渗漏水，工字钢宽度小于高度造成强度、刚迷瑨ド厝潡度、稳定度不等，极易扭曲剥离。 （6）初期支护由钢筋网、钢拱架、喷混凝土组成，钢拱架接头连接处设锁脚锚管（灌浆）。 （7）在软弱地层中取消系统锚杆；顶部锚杆施作危险，处于围岩脱离区，不论地层软硬，均应取消。 （8）软弱及有水地层应采用潮喷混凝土，不提倡湿喷混凝土。 （9）应采用复合式衬砌结构形式，初期支护和二次模筑衬砌之间必须设防水隔离层，防水板采用半包（仰拱不设防水板），不采用全包（全断面设封闭的防水板），以保证二次衬砌不受水压。采用无钉铺设防水板，无纺布后部必须设置系统排水盲管，将水排入边沟。 （10）取消中部排水沟。将水引入道床下的理念是错误的，实践证明，这样做施工难度大，破坏围岩严重，易堵塞，建成后翻浆冒泥，难维修，造成道床开裂，承载力下降。 （11）辅助坑道的设置，应首先考虑设置平行导坑，反对多设斜、竖井的长隧短打法。据统计，平导可使正洞开挖速度提高２倍，而斜井施工速度是正洞的１／２，竖井施工速度是正洞施工速度的１／１０～３／１０。平导设置更有利于射流巷道施工通风，可实现长距离隧道施工，堵头施工采用无轨可实现大于或等于１０ｋｍ的通风长度。 （12）软弱围岩宜采用正台阶法施工，台阶长度为１～１．５倍洞径，摒弃长、中、微台阶施工。考虑围岩稳定及施工工艺可行，第一个上台阶高度以２．５ｍ为宜，小导管长度为台阶高度加１ｍ。 （13）支护结构施工顺序应遵循初期支护从上向下施作，二次模筑衬砌则从下向上施作。 （14）隧道宜近不宜联。设计宜采用小间距隧道，两隧道结构外之间围岩的夹层厚度可小到０．５ｍ左右。 （15）大断面硬岩隧道宜采用小导洞超前爆破，可提高后部扩大速度２倍以上，可减震３０％，取消预裂爆破。 （16）长大双洞隧道宜采用巷道式射流通风技术，洞口压入式通风作为初期施工方案。 （17）坚持动态设计、动态施工、动态管理，设计人员应尊重施工信息，及时修改设计。 （18）设计人员应提高业务素质，在设计上应有新理念，采用新技术、新工艺、新材料、新设备、新仪器进行设计创新，反对抄袭图纸。 （19）要实事求是，确定合理工期，合理造价，合理施工方案，合理施工合同。 （20）要建立循环经济的理念，要有系统地下工程的理念，要有方便运营维修的理念，要有保护环境的理念。 （21）隧道顶部允许塌方空洞的存在，拱顶上方只需要有２ｍ厚的土层保护即可。 （22）从钻爆法施工安全的要求出发，应采用双洞方案，分洞运行。尤其在困难特殊地层，双洞方案更利于避难、通风和无轨运输。 （23）洞内不宜设轨枕板道床，而应采用整体道床或短轨枕整体道床。 （二）浅埋暗挖法 （1）根据地层情况、地面建筑物特点及机械配备情况，选择对地层扰动小，经济、快速的开挖方法。 若断面大或地层较差，可采用经济合理的辅助工法和相应的分部正台阶开挖法；若断面小或地层较好，可用全断面开挖法。 （2）应重视辅助工法的选择，当地层较差、开挖面不能自稳时，采取辅助施工措施后，仍应优先采用大断面开挖法。 （3）应选择能适应不同地层和不同断面的快速开挖方法，为快速施工创造条件。设备投入量一般不少于工程造价的１０％～１５％。 （4）施工过程的监控量测与反馈非常重要，必须作为重要的安全监控措施，认真推广。 （5）工序安排要突出及时性，应严格执行“１８字方针”。 （6）提高职工素质，组织综合工班进行作业，施工全过程应严格纪律、严格工艺、严格管理。 （7）系统采用小导管超前支护技术，靠近工作面架设的第一、二排钢拱架，是不受土体压力的，压力增长速度小于网构拱架喷混凝土后承载力的增长速度，不存在工字钢承载快于网格拱架的论点。 （8）设计采用“８”字形格栅拱架，做到在狓、狔两个方向实现等强度、等刚度、等稳定度，取代工字钢。由加载破坏试验知，网格拱架喷射混凝土后承载力提高１０倍，工字钢则提高４倍。 （9）开挖方法采用正台阶环形开挖留核心土，第一个台阶取２．５ｍ高，小导管长度应是台阶高度加１ｍ。 （10）采用监控量测技术控制地表下沉和防塌方是该法最可靠、最核心、最重要的组成内容。 （11）突出快速施工，考虑时空效应，做到４个及时，即及时支护、及时量测、及时反馈、及时修正。 （12）采用复合式衬砌结构，初期支护由喷射混凝土、钢筋网、网构钢拱架组成。钢拱架连接处设索脚锚管与钢拱架焊接，形成初期支护。设钢拱架的地段一般不设锚杆。 （13）浅埋暗挖法“１８字方针”是施工的原则和要点的精辟总结，即管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测。 （14）二次模筑施作时间必须在初期支护系统稳定后方可进行，通过量测发现，不能收敛时必须采用辅助工法和加强初期支护法，稳定一次结构。不允许二次模筑衬砌紧跟。 （15）必须遵循信息化反馈设计、信息化施工、信息化动态原理。 （16）在有水、不稳定地层中应用浅埋暗挖法时，要采用以注浆堵水为主，以降水为辅的原则。采用劈裂注浆加固和堵住８０％的水源，降掉２０％的少量裂隙水，以达到减少地表下沉的目的。 （17）选择适宜的辅助施工工法。常用的辅助施工工法有环形开挖留核心土、喷射混凝土封闭开挖工作面、超前锚杆、超前小导管支护、超前小导管周边注浆支护、设置上台阶临时仰拱、跟踪注浆加固地层、水平旋喷超前支护、洞内真空泵降水、洞内超前降排水、洞内外深井泵降水、地面高压旋喷加固、先注浆后冻结法。 （18）大跨施工应选择变大跨为小跨的施工方法，如ＣＤ法、双ＣＤ法、柱洞法、中洞法、侧洞法等，禁止大跨中部拉槽施工。 （19）长管棚的直径要和地层刚度相匹配，当其直径超过１５０ｍｍ时，设置长管棚对控制地表下沉的作用很小。 （20）软弱地层有水地段，隧道宜近不宜联，双联拱、多联拱结构尽量少用。 （三）明挖法 （1）做好地下水的处理。以堵为主造价高、以排为主影响环境，要因地制宜，排、堵结合，综合考虑。 （2）合理选择围护结构的类型、设计参数及入土深度，这是确保基坑安全施工的重要内容。 （3）合理选择支撑体系，当基坑宽度大于２０ｍ时，尽量不设中间柱，同时第一道横撑应优先考虑采用混凝土支撑；在横撑支点部位应采用“八”字形斜撑，以提高水平横撑的稳定性，该支撑可实现４０ｍ左右宽基坑中不设中间柱；在有震动荷载影响及特殊净空要求时，应开发应用新型抗震锚索及可拆除锚索。 （4）重视基坑开挖与支护时空效应问题。合理进行开挖、横撑支护、结构三维空间尺度选择，缩短开挖和支护时间，减小时空效应对基坑稳定性的影响，分层、结构底板分段长度应随地层好坏而改变。 （5）重视对基坑周边地面及地中构筑物的保护，对高风险基坑段地面动、静荷载实施风险预警动态信息化管理，严防发生事故。 （6）重视软岩基坑底部围岩加固，提高基底围岩的承载力。 （7）结构底板施工应紧跟开挖面，及时分段开挖，分段施作底板，以稳定基坑。 （8）开展信息化设计与施工，以监控量测指导设计与施工。 （9）基坑外四周宽度应大于基坑围护结构的入土深度，施工期间不允许有动载车辆在该范围内运行，防止重大垮塌事件发生。 （四）掘进机法 （1）ＴＢＭ施工方法，机械购置、运输、组装、解体等费用高，机械设计制造时间长，初期投资高，因此很难用于短隧道；施工途中不能改变开挖直径，不适用于变截面和异形断面的地下工程开挖；对地质的适应性较差，多用于硬质、单一岩性围岩工程。对软弱围岩还存在不少问题；对硬岩，当强度超过２００ＭＰａ后，刀具成本急剧增加，开挖速度也降低。选择ＴＢＭ施工方法时应考虑以上这些因素。 （2）ＴＢＭ的选用条件是隧道连续掘进长度应大于２０ｋｍ，短于６～１０ｋｍ长的隧道掘进是不合理选择。 （3）ＴＢＭ直径选择不宜太大，从造价、运输、用电量、机械可靠度等因素考虑，直径应小于１２ｍ。小直径ＴＢＭ（≤５ｍ）超前施工，后部钻爆法扩大是最经济、快速的施工方法，月单口掘进可大于６００ｍ。 （4）在ＴＢＭ施工中，采用护盾式ＴＢＭ时，是利用管片的反力来推进，当地层存在较大地压时，尤其在软弱破碎地层，将导致掘进刀盘和盾壳被卡住而无法脱困，因此应充分考虑地压的作用。 从目前的技术水平看，在断层破碎带、软弱泥岩及膨胀性地质中，地压作用很大，掌子面难以自稳的情况下，采用护盾式ＴＢＭ法施工是极为困难的，工程失败的实例很多。由于该机型长径比大于１，调节掘进方向困难，及时支护做不到，后部管片造价高，机型比开敞式贵３０％，经常出现卡死现象。为此，建议不采用护盾式ＴＢＭ。 （5）工程实践证明，开敞式ＴＢＭ最适于软、硬围岩。它不怕地层变化，调方向容易，后部采用经济、支护参数调节灵活的喷网钢拱架衬砌，能做到及时支护，不会卡死，经济适用。建议采用开敞式机型。 （6）ＴＢＭ开挖时，刀具的磨耗问题是永远存在的。在岩石单轴抗压强度大于１００ＭＰａ的地质条件下，刀具的消耗很大，在经济上不太有利。对于局部抗压强度超过３００ＭＰａ的超硬岩，刀具和刀盘的消耗过大，不经济；适合的强度约在５０～１５０ＭＰａ最快。大于１５０ＭＰａ的岩石地段，可用钻爆法施工，ＴＢＭ穿过的混合方法。 （7）节理、层理、片理对ＴＢＭ开挖效率影响极大。裂隙适度发育的岩层，即使抗压强度大，也能进行有效率的开挖。 （8）由于ＴＢＭ是集机、电、液于一体的高度机械化设备，要求技术、维修、管理人员各方面的素质要高。 （五）盾构法 （1）盾构法施工的关键。 盾构法施工的关键是盾构机的选型，主要考虑地质条件、地下水压状况、周边环境及场地条件等，以确定盾构对地层的适应性，还应考虑连续掘进长度是否不小于６ｋｍ；盾构刀盘设计是合理掘进的重要条件。 （2）盾构分类。 盾构分为无刀盘和有刀盘两大类。 无刀盘盾构称为开敞式简易盾构，人可以站在平台上采用小型机具或人工进行地层开挖。根据网格形态不同，可将其分为开敞网格式盾构、开敞正台盾构、ＣＤ开敞格栅式盾构、双ＣＤ开敞格栅式盾构、插刀式盾构等。 有刀盘盾构则是安装了具有隧道掘进功能的刀盘，机械化程度和造价更高的一类盾构机。根据其稳定工作面方式的不同，分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构、泥水加局部气压平衡式盾构。 （3）盾构类型的选择。 无刀盘盾构适用于：①无水或少水地层的隧道，地层自稳性较好；②降水后地表下沉不大的砂卵石地层、黄土地层。无刀盘盾构具有性价比好，易国产化，造价比有刀盘便宜一半以上的特点；各种辅助工法易于配合应用，可以适应北方不同地层和穿越各种地下障碍物的超前处理。 有刀盘盾构又分为盘形刀盘和辐条式刀盘两种。盘形刀盘适用于中硬岩有水的隧道，土压力、泥水压力仅部分稳定工作面；辐条式刀盘适用于有水软弱地层。土压、泥水压易平衡工作面，对刀盘刀具的磨耗也小，应优先采用辐条式。 （4）平衡式盾构施工要点。 ①在软、稠的黏质粉土和粉砂的土层，最适合使用土压平衡式盾构机。根据土层的稠度，有时不需要水或只需要加很少量的水和泡沫剂。通过刀盘旋转在开挖室内的搅拌，使十分黏稠的土层变成塑性好的泥团，以利于平衡工作面和螺旋输送机出渣。 ②大块（大于２０ｃｍ的块石）砂卵石地层不适用泥水加压式盾构。 ③泥水加压平衡盾构对于不稳定的软弱地层或地下水位高，含水砂层、冲积层、洪积层等流动性高的土质，使用效果较好。泥水加压盾构具有土层适应性强、对周围土体影响小、地面沉降小、施工机械化程度高、刀头磨损小、适应长距离推进等优点。实践证明，在砂层中进行大断面、长距离推进的盾构机，用泥水加压式盾构机效果较好，可实现长距离不换刀或少换刀，快速掘进的要求。 ④泥水加压盾构存在盾尾漏水、难以确认开挖面状态，还需要较大的泥水处理场地、造价高等缺点。 ⑤盾构机连续掘进应不小于６ｋｍ。短距离掘进时，拆吊对工程造价、盾构机效率的影响很大。 ⑥水下隧道在软弱地层宜采用气垫式泥水盾构，安全、操作风险小。 （5）水底公路隧道盾构直径的确定。 通过技术研究与经济性对比，结合我国经济实力与国情，提出以下看法： ①双向４车道直径１１．４ｍ左右的盾构安全风险小、经济（约合人民币１．３亿元／台）。国内外成功的水底公路隧道盾构直径多在１２ｍ左右。实践证明，该直径的盾构在制造、施工及运营方面的风险较小，较经济。 ②双向６车道直径１５ｍ左右的盾构在制造、组装、调试、运输等方面的风险较大，制造成本很高，价格昂贵（约合人民币３～３．５亿元／台）。 大直径盾构掘进压力平衡操作不易控制，施工风险大，且采用大直径盾构需加大埋深，纵坡较长，上部空间浪费很大，另想别用，很困难。 （6）盾构机设计、制造必须以工程为依托，以施工单位为主体，机械制造必须符合工程特点，简单、可靠、适用、经济。 （7）盾构始发与到达的基本目标，是防止破除洞门过程中的地层失稳及防止地下水喷涌，因此考虑地层、地下水、盾构类型、覆土厚度、作业环境、洞门密封等条件来选择盾构始发与到达方法，尤其应重视进、出竖井前的地层加固和地层与竖井间的堵水注浆质量。 （8）盾构掘进过程中应做到“三有序、三平衡、三平稳”，即施工组织管理有序、机械保养有序、信息管理有序，泥水压力平衡、注浆压力平衡、注浆量与进尺平衡，盾构掘进姿态平稳、管片拼装平稳、推进速度平稳。 （9）为确保盾构法隧道的耐久性与降低施工、运营阶段的安全风险，一般应在管片衬砌内增加二次衬砌。盾构法隧道设计寿命周期一般为１００年。根据日本的研究成果，管片保护层厚度应大于５～７ｃｍ，而且管片接缝防水寿命周期一般不超过４０年，同时考虑管片衬砌结构为非稳定结构，当软土地层失去局部抗力时会引起整体隧道失稳与破坏。基于以上因素考虑，从工程百年大计出发，应该增加二次混凝土衬砌，最少应预留增加二次衬砌的空间，为以后隧道补强提供有利条件。目前，地铁结构所采用的盾构直径应增大０．６ｍ，以确保二次衬砌的空间。 （六）沉埋管段法 在我国沉埋隧道的工程实践中，大量使用的是钢筋混凝土沉管法。对于该法，一些值得关注的问题如下。 （1）施工期沉管的抗浮系数不宜小于１．０５。沉管的抗浮与起浮是一对矛盾，处理不好将导致事故，国内外均有这方面的经验教训。过小的取值将可能招致沉管在施工中复浮（沉管上浮）的安全问题。 只有当沉埋管段的重力大于浮力时，沉管才能下沉。一般沉管重力应大于浮力的１０％。沉管真正压在地基上的荷载不大，这也是沉管法可以在较软弱地基上修建的原因，但要考虑液化的可能，不宜放在粉细砂层上。 （2）在有岩石基层的地层，不宜采用沉埋管段法。因水下爆破开挖基槽难度较大，造价很高，工期也不可控。 （3）钢筋混凝土沉埋管段的制作，是该法的关键技术难题。为从工艺方法上确保整个管段在施工、沉放、运营各阶段不渗、不漏、不裂、均质、耐久，则需要认真确定施工分段、流程、后浇带、底板钢筋混凝土是否采用钢板加截钉的混合结构，以消除０．１５～０．２ｍｍ的裂缝存在。 （4）管段安装正确后，从底板向基底地层，认真做好基坑回填和注浆，确保管段下部没有空洞。 （5）管段之间的防水接头，应考虑采用刚柔接头，最终接头也称合拢接头，宜设在岸边或竖井壁连接处。 （6）管段之间的连接，管段和竖井的连接，以及管段内新增的压重、车辆荷载、管顶和管侧的回填重量等，所产生的纵向沉降曲线，应进行量测和调整到运营条件要求的程度。实施中，可通过基底注浆孔进行基底回填注浆，实现整条沉管的受力均匀和整体稳定。 （7）合理确定隧址处的地震烈度。地震烈度的确定是沉管隧道结构地震荷载计算的依据。地震烈度如何科学地确定，需要认真研究。目前，有的地区依据一千多年来的实际观察记录中的最大值，作为未来１００年的烈度计算值是否合理，是否有必要在设计荷载上层层加码，值得商榷。
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