一级建造师考试辅导：公路隧道施工中的动态设计.docx

一级建造师考试：公路隧道施工中的动态设计新奥法作为隧道工程设计施工的方法和原则，目前在大路隧道工程设计施工中被广泛应用在依据新奥法原理建立的现代隧道中，根据设计标准规定，依据施工之前的地质调查、钻探及物探等资料，实行工程类比方法进展设计由于地质条件的不确定性及简单性，在施工过程中会遇到断层、破裂带、瓦斯、严峻风化层等特别地质，而仅仅依据施工前的地质勘探成果，是不能完全真实反映出来的，所以面对施工反应的实际地质状况，必需进展有针对性的动态设计 动态设计是在预设计的根底上，对衬砌构造进展合理的修改，以使其适应更为详细的围岩条件动态设计的依据是施工过程中反应的各种信息，包括地质超前预报、监控量测数据、掌子面的地质描述和实际存在的地质条件，通过分析与反分析所获得的这些信息，与预设计时的地质资料比照，依据地质变化状况，对隧道施工方法（包括特别的、帮助的施工方法）、断面开挖步骤及挨次、支护参数等进展合理调整，以保证施工安全、围岩稳定、施工质量和支护构造的经济性，然后依据现行相关标准与工程规定的要求，经过原设计部门作出修改设计，报经隧道动态设计决策机构审定，由施工单位详细实施。

在实施过程中，监理、监控量测、地质预报等部门，依据修改设计方案，进展监理、监测，再次获得信息，反应到设计、施工单位，如此反复循环，直至工程完工交付使用为止 1 超前地质预报 目前超前地质预报分为长距离和短距离超前地质预报两类，长距离超前地质预报的猜测范围一般为100～300 m，短距离超前地质预报范围一般可达掌子面前方15～30 m. 长距离超前地质预报方法有：TSP、超前钻探法、断层参数猜测法等短距离超前地质预报方法有：掌子面地质素描法、地质雷达法等 1.1 TSP超前预报法 TSP超前地质预报系统是利用地震波在不匀称地质体中产生的反射波特性来判定并预报隧道掘进面前方及四周接近区域地质状况，其探测距离为掌子面前方300～500 m，设备限定的有效预报距离为掌子面前方100 m，辨别率为大于等于1 m地质体TSP超前地质预报系统是目前世界上地质探测领域最为先进的科技成果，它具有适用范围广、预报距离长、对隧道施工干扰小、提交资料准时的特点 1.2 超前钻探法 超前钻探法即通过在掌子面布置若干地质钻孔并取芯，依据地质钻孔施工要求，记录钻孔施工各种信息并在室内完成相关力学试验，获得地层岩性、节理裂隙、岩石各项力学参数、溶洞空间分布、溶洞填充物、构造带发育特征等各项地质内容，同时还可以通过地质钻孔观看猜测掌子面前方可能涌水状况，以此推断前方围岩级别及各种地质病害类型、详细部位及规模。

依据一次探测距离的长短可分为深孔探测和浅孔探测 1.3 断层参数猜测法 断层参数猜测法是一种利用断层影响带内的特别节理（11节理）和其集中带有规律分布的特点和经过大量断层影响带系统编录得出的阅历公式（Liu Zhigang公式）超前预报隧洞断层破裂带的位置、规模的新技术由于隧道中大多数不良地质（如溶洞、暗河、岩溶陷落柱、淤泥带等）与断层破裂带有亲密的关系，所以，预报了断层破裂带，依据地质学原理，就可推断其它不良地质体的位置和规模 1.4 掌子面地质素描法 掌子面地质素描法又称编录猜测法主要通过对掌子面已揭露地质体（岩层、不良地质体等）进展观测与编录，对掌子面出露地质体向掌子面前方延长状况进展有依据的推断 1.5 地质雷达法 地质雷达法是采纳甚高频——超高频电磁波检测地下介质的地质特征，不同岩性分布和对不行见目标或地下界面进展扫描，以确定其内部构造形态或位置的电磁波技术地质雷达能发觉隧道施工开挖面前方20～30m地层的变化由于电磁波对水敏感，所以，对于断裂带特殊是含水带、破裂带地层，地质雷达是很好的预报手段但由于目前其探测的距离较短，对于长大隧道的预报只能屡次分段进展预报。

2 施工监控量测 2.1 量测规定 由于岩体的生成条件和地质作用的简单性，在隧道施工中，开挖方法、支护方法、支护构造刚度等对围岩稳定性都有影响，所以寻求能正确反映岩体状态的物理力学模型特别困难因此现场监控量测是验证设计、施工是否正确的关键步骤，是监视围岩是否安全、稳定的最直接手段 2.2 量测打算 现场监控量测打算应依据隧道的地质地形条件、支护类型和参数、施工方法和其它有关条件制定打算内容应包括：监控量测工程及方法、量测仪器的选定、测点布置、数据处理及量测人员组织等 2.3 量测的任务和目的 a)把握围岩和支护的动态，进展隧道日常的施工治理 b)经过监控量测数据的分析处理与必要的计算和推断后，进展猜测和反应，供应动态设计的根底数据，指导施工，以保证施工安全和隧道稳定 c)已有工程的量测结果可以应用到其他类似工程中，作为设计和施工的依据 2.4 量测内容 隧道施工的监控量测旨在收集可反映施工过程中围岩动态的信息，据以判定隧道围岩的稳定状态，以及预设计所定支护构造参数和施工的合理性。

量测工程可分为必测工程、选测工程和抽检工程必测工程包括：地质和支护状况观看、周边位移、拱顶下沉、地表下沉；选测工程包括：围岩体内位移（洞内设点）、围岩压力及两层支护间压力、钢支撑内力及外力、支护、衬砌内应力、外表应力及裂缝量测、围岩弹性波测试；抽检工程包括：锚杆拉拔力检测 2.5 量测数据反分析 隧道工程反分析方法是依据工程现场量测数据（如应力、位移和应变等）来反演初始地应力和岩体性态参数的方法，即利用现场量测到的信息，或者说测量到的来自工程施工引起的构造与介质的扰动量，包括位移、应变、二次应力或地层压力，依据给定的材料模型，来反演工程介质材料的性状参数和初始荷载 依据设计施工中的不同阶段，反演分析方法可分为施工前反分析法和施工中反分析法 施工前反分析法分为：a）位移反分析法，是由监测位移反演局部区域应力分布的方法，此方法目前应用较多；b）应力回归分析方法，是在预设计时由现场有限个点的地应力实测值，通过应力函数或数值计算方法回归分析得到讨论区域应力分布的方法 施工中反分析法分为：a）增量位移法，是将模拟开挖的有限元模型与优化反分析方法相结合，利用某一开挖步前后监测所得增量位移，对某隧道开挖土体参数进展反演，并依据反演结果猜测后续施工对土体及支护的影响；b）依据隧道开挖过程中围岩破坏信息进展的反分析法。

3 动态反应设计 动态反应设计是依据开挖面提醒的地质条件、监控测量获得的数据以及地质超前预报结果，对隧道支护构造的设计、施工方案准时进展修改的设计模式旨在使隧道支护构造的形式能随时适应实际的围岩地质条件，从而使工程建立既能经济合理，又能确保安全以下状况需进展动态反应设计： a)开挖面提醒的围岩级别与工程地质勘查报告供应的资料有较大差异 b)隧道开挖后围岩地层的变形量持续增长，且总变形量已接近设计估量值 c)隧道开挖后，围岩地层的变形量明显大于设计估量值 d)超前地质预报提醒开挖面前方岩层存在不利地质构造时 3.1 设计要点 a)隧道穿越地层的实际围岩级别与原有地质资料对围岩级别的推断相差较大时，应按修正后的围岩级别重新确定合理的支护构造类型、尺寸和开挖施工方法 b)监测数据增长速度特别，或总位移量接近临界值时，应实行措施加强支护构造，同时优化施工方案反之则可减弱支护构造，以节省投资 c)反应设计中如有必要对支护构造进展设计计算时，宜通过反分析方法确定围岩地层的初始应力，以及本构模型及其特性参数的估量值。

d)应重视超前地质预报信息的作用，可能遭受险情时应预先提出设计对策预案 3.2 设计内容 动态反应设计的内容包括施工方法变更的建议、施工工序的变更、预留变形量的修正、设计参数的修改或确认等4个方面 3.2.1 施工方法变更的建议 由于采纳的施工方法与断面形式不同，围岩——支护体系的应力状态也不一样，当某种方法不能满意该围岩稳定性要求时，应准时变更施工方法及选择对隧道稳定有利的断面形式或帮助施工措施 3.2.2 施工工序的变更 当施工信息反映出不稳定征兆时，应检查是否由于工序不当所造成转变施工工序，如暂停开挖、准时喷锚、二次喷混凝土紧跟或提前施作仰拱等，都可能促使围岩支护体系趋向稳定 3.2.3 预留变形量的修正 施工前预设计的预留变形量，是采纳工程类比或理论计算确定的，因此，预留变形量不行能和实际变形完全全都当预留变形量与现场量测结果不符时，应准时修正未开挖地段的预留变形量，以满意设计净空和二次衬砌的厚度要求，或削减开挖量及二次衬砌的回填量，以节约投资 3.2.4 设计参数的修改或确认 同预留变形量一样，施工前预设计的设计参数，也是采纳工程类比或理论计算确定的，也不行能和实际状况完全全都。

在施工过程中，依据超前地质预报和监控量测信息，对未开挖地段或已开挖地段设计参数进展修改或确认，使之满意构造受力要求并削减不必要的工程铺张 4 结语 由于隧道工程地质条件的简单性、多样性，通过一般的地质勘察及室内岩土力学试验，很难在设计阶段全面精确地对隧道的围岩状况做出推断，因此在隧道施工过程中，通过对围岩及支护系统进展超前预报及监控量测，准时把获得的信息数据反应于设计中是特别必要的一项措施隧道动态设计作为隧道工程新奥法设计、施工的重要手段,保证了隧道施工的安全并取得了良好的经济效益,收到了良好的效果随着隧道工实践和施工技术的进展，隧道动态设计将会得到更加广泛的应用 隧道动态设计工作是一项详细而又简单的工作,在实际过程中尚需不断积存阅历和完善相关理论。