李亞翠，楊新安，郭 樂

（同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，上海200092）

新建南京至安慶鐵路鐘鳴1號隧道位于安徽省銅陵市銅陵縣鐘鳴鎮(zhèn)境內(nèi)，隧道斷面積為152.4 m2，全隧道埋深10～25m，且地質(zhì)條件較差，圍巖軟弱、強度極低，屬大斷面淺埋土質(zhì)隧道［1］。隧道洞身位于地下水水位以下，受地下水的影響，粗圓粒土（夾有漂石）組成的圍巖穩(wěn)定性差，易滲漏，易造成圍巖內(nèi)細顆粒流失，極易突然發(fā)生坍塌，引起洞壁失穩(wěn)、冒頂和地表沉陷［2］。

引理 5 當9-點v關聯(lián)4個三角形,且它的鄰點均為3-點,則這4個三角形中如果有3個為窮的,第4個三角形一定為富的。

關寶樹等［3-4］研究表明，隧道施工過程中圍巖-支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與隧道圍巖特性、水文地質(zhì)、支護參數(shù)及施工工法工序等關系密切。同時，大量實踐表明，合理的施工工法是大斷面淺埋土質(zhì)隧道順利掘進與否的關鍵科學問題。

針對上述問題，國內(nèi)外學者采用數(shù)值模擬等手段進行了相關研究工作［5-10］，但由于圍巖類型與工程條件不同，這些研究成果尚不足以指導鐘鳴1號隧道這種大斷面淺埋土質(zhì)隧道施工。為此，針對該種地層，探索適宜的施工工法具有一定的學術意義和實用價值。

直接燃燒法。直接燃燒法需要高溫、濃氧，溫度高達1100℃，因此高濃度VOCs可燃氣體可采用直接燃燒法。

本文依托鐘鳴1號隧道工程和現(xiàn)場監(jiān)測資料，結(jié)合數(shù)值模擬分析，對大斷面淺埋土質(zhì)隧道在不同工法掘進中的圍巖-結(jié)構(gòu)變形及力學特征進行分析，以指導隧道施工與同類隧道工法選擇。

串聯(lián)PHEV通常稱為增程式混合動力汽車。串聯(lián)PHEV結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。其結(jié)構(gòu)特點為：純電動＋增程器，汽車車輪僅由電動機獨立驅(qū)動，增程器可以是發(fā)動機—發(fā)電機組，發(fā)動機—發(fā)電機組發(fā)電直接供給電動機驅(qū)動汽車，同時發(fā)出的多余電量給蓄電池包充電，增程器還可以是燃料電池等。

1 工程概況與施工中存在的問題

1.1 工程概況

鐘鳴1號隧道DK140+520～DK140+598段典型地質(zhì)分層從上至下依次為：

①粉質(zhì)粘土，埋深為0～-6m；

②含礫粉質(zhì)粘土，埋深為-6～-12m；

2.3.5 飲食護理 術后6 h可進少量流食，避免豆?jié){、牛奶等產(chǎn)氣食物的攝入。有資料顯示，與傳統(tǒng)手術比較，無氣腹腹腔鏡術后肛門首次排氣時間縮短［3］。所有患者均在12～24 h內(nèi)排氣，次日改半流質(zhì)飲食，同時觀察有無腹脹和腸蠕動情況，如惡心嘔吐明顯可給予止吐劑。術后2 d予普通飲食，多食蔬菜、水果，補充維生素，避免刺激、高糖和高油食物，少量多餐。

③粗圓礫土（夾有漂石），埋深為-12～-24m；

④全風化粉砂巖，埋深為-24～-30 m；

⑤強風化粉砂巖，埋深為-30～-34 m；

⑥弱風化粉砂巖，埋深為-34～-50 m。

Application research on disaster weather warning based on improved TITAN algorithm of Doppler weather radar

隧道埋深12 m，且全斷面處在粗圓礫土（夾有漂石）中，地質(zhì)條件差，為高風險等級隧道［11］，風險項目為塌方冒頂、大變形等［11］。

隧道在該段采用三臺階臨時仰拱法施工，開挖方向為小里程方向，開挖循環(huán)進尺為1.2 m（2榀鋼拱架）。

1.2 施工中存在的問題

大斷面淺埋土質(zhì)隧道圍巖穩(wěn)定性較差，強度很低，極易在隧道開挖后發(fā)生較大變形甚至塌方失穩(wěn)，而鐘鳴1號隧道該類地層段實際施工時部分斷面隧道拱頂沉降與地表沉降監(jiān)測值非常大，其中DK140+580斷面現(xiàn)場實測結(jié)果如圖1所示，由于變形過大而引起塌方。

2017年12月，廣東發(fā)改委就曾開展港珠澳大橋車輛通行收費標準聽證會，對比當時的兩個聽證方案，最終正式公布的收費方案主要是降低了穿梭巴士的通行費，由原來的450元/車次降至300元/車次，這也大大降低了來往游客的消費標準。

模型上取至地表，左右以及向下取2～3倍洞徑，其中豎向取50 m，拱頂埋深12 m，水平方向取80 m，左右邊界水平約束，地表面取自由表面，底部設豎直約束，分別約束左右邊界的水平位移，約束下邊界的豎向位移，上邊界為自由邊界，不考慮地下水滲流作用。

由圖可知：該斷面隧道拱頂累積下沉量最大達202 mm，曲線表現(xiàn)為明顯的臺階性，上、中臺階開挖對拱頂下沉影響非常明顯，引起的拱頂下沉量分別占到最終下沉值的41%和55%。這主要是因為：①隧道洞身全部處在粗圓礫土（夾有漂石）層中，而粗圓礫土（夾有漂石）顆粒間黏聚力較小，組成的圍巖結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易滲漏，造成圍巖內(nèi)細顆粒的流失，易發(fā)生突然坍塌，引起洞壁失穩(wěn)、冒頂和地表沉陷，且施工期間有降雨，因此變形大；②施工因素，如支護不及時，或者支護強度不足。

因此，施工過程中必須尋求適宜該種地層的工法，以更好地控制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定與施工安全。

圖1 DK140+580斷面現(xiàn)場實測結(jié)果Fig.1 Results of site measurement in the section DK140+580

2 不同工法數(shù)值模擬分析

實際工程中限于資金和施工進度的制約，不能對多種工法進行逐一試驗，為了對采用不同工法施工時圍巖變形控制效果進行比較，尋求最適宜的工法與參數(shù)，采用FLAC3D軟件對隧道采用三臺階臨時仰拱法（S1）、中隔壁法六步CD（S2）、交叉中隔壁法CRD（S3）共3種工法進行數(shù)值模擬，通過各工況開挖后隧道變形、支護受力及其特征進行比較，得出優(yōu)選工法。

2.1 計算假定與參數(shù)選取

2）IHS變換，IHS融合算法是多源影像融合中的經(jīng)典算法，首先通過正變換將多光譜影像從RGB彩色空間變換到IHS彩色空間，同時對高分辨率的全色影像進行線性拉伸，即與分離出來的I（亮度）分量進行直方圖匹配，使拉伸后影像的均值和方差與I分量一致；然后將經(jīng)過直方圖匹配的高分辨率全色影像代替IHS空間的I分量與分離出來的H（色度）、S（飽和度）分量一起進行IHS逆變換，重新變換到RGB彩色空間。

江蘇師范大學科文學院校園網(wǎng)于2002年投入運行,隨著科文學院建筑面積及招生規(guī)模的不斷擴大,校園網(wǎng)也進行了分階段升級,目前的校園網(wǎng)已覆蓋整個校園的多棟樓宇,整體拓撲如圖1所示．

計算中，圍巖、初期支護和二次襯砌采用Mohr-Coulomb模型進行模擬，隧道臨時中隔壁鋼架支護和臨時仰拱均采用shell單元，鋼拱架和鋼筋網(wǎng)通過提高噴射混凝土的彈性模量來模擬，錨桿通過cable單元進行模擬。

馬刺叫士兵揭下一張，給秀容月明看。秀容月明看了，半天，才說：“寫這文字的叫賀三，與我同鄉(xiāng)，還是我小時候的朋友。他說我降了胡人，名節(jié)盡毀，寧國上下，都盼著我早點死?！?/p>

模擬工法類型如表1所示，其中三臺階臨時仰拱法模擬條件與現(xiàn)場相同，初期支護和二襯根據(jù)V級圍巖復合式襯砌設計模擬，圍巖物理力學參數(shù)和支護結(jié)構(gòu)參數(shù)根據(jù)地質(zhì)勘察資料確定，見表2、表3。初期支護與二次襯砌監(jiān)測點布置如圖2所示。

2.2 不同工法下圍巖變形特性分析

隧道開挖引起圍巖應力重分布，開挖面附近圍巖變形表現(xiàn)出顯著的空間效應，開挖面前方地層發(fā)生明的預收斂變形［6，12-14］，開挖面縱向發(fā)生擠出變形，以施工循環(huán)段為時序，提取圍巖縱向距開挖面不同距離處的拱頂豎向位移及地表變形數(shù)據(jù)，分析不同施工工法下大斷面淺埋土質(zhì)隧道的圍巖變形規(guī)律，分別如圖3、4及表4所示。

表2 模型物理力學參數(shù)Tab.2 Physico-mechanical parameters of model

表3 支護參數(shù)Tab.3 Parameters of support

圖2 監(jiān)測點布置圖Fig.2 Arrangement of measuring points in model

表5給出了不同工法掌子面到達Y=13.2 m時的初期支護壓應力監(jiān)測值。由于支護結(jié)構(gòu)中的鋼筋通過提高混凝土的彈性模量方法模擬，所以監(jiān)測的應力為襯砌的平均應力。從表5中可以看出，3種工法初期支護壓應力最大值均位于隧道拱腰附近，拱肩處次之，拱腳處壓應力最小。

圖3 不同工法下拱頂沉降曲線Fig.3 Settlement curves of arch crown under different schemes

圖4 不同工法下地表沉降曲線Fig.4 Settlement curves of groundunder different schemes

表4 各特征點位移最終計算值Tab.4 Final calculated values of different feature points mm

除此之外，拱頂下沉最不利狀態(tài)：工法S1在上、中臺階開挖階段，拱頂沉降快速增長階段為上臺階開挖前5 m至中臺階開挖后5 m；工法S2和S3左拱頂沉降快速增長階段為左上臺階①開挖前3 m至開挖后3 m，右拱頂為右上臺階④開挖前3 m至開挖后3 m。

3種工法下隧道圍巖塑性區(qū)分布情況如圖5所示。

因此，工法S1對掌子面前方圍巖擾動較大，加之開挖后變形收斂緩慢，掌子面穩(wěn)定性相對另兩種工法要差。這是由于工法S2與S3采用剛性分隔，易于保證掌子面穩(wěn)定，開挖后圍巖變形收斂較快。因此，工法S2和S3對圍巖變形的約束效果優(yōu)于工法S1，拱頂累計下沉可以減少20%～30%。

有研究指出，植物葉片的N、P含量在不同時期往往展現(xiàn)出較大的差異[31]。胡耀升等[32]對長白山森林植物功能性狀的研究表明，LNC與LPC呈極顯著正相關，而趙光偉[33]則發(fā)現(xiàn)烤煙葉片總氮含量隨葉齡的增大逐漸降低，本研究結(jié)果與之一致。長柄雙花木的LNC和LPC在植株的不同發(fā)育階段表現(xiàn)出顯著的差異，LNC和LPC均隨著植株的發(fā)育而下降。這可能是由于在幼苗時期葉片代謝頻繁，需要較多的蛋白質(zhì)和核酸來滿足葉片生長的需求，提升了N、P濃度；而到了幼樹和成樹時期，植物獲取的大部分養(yǎng)分被輸送到其他器官用于開花等，相應地植物葉片中的N、P含量有所下降[32]。

對比分析現(xiàn)場監(jiān)測（圖1）與數(shù)值模擬結(jié)果（圖3與表4）可知，工法S1的實測值與模擬計算值變化規(guī)律基本一致，拱頂下沉的計算結(jié)果偏小，這是因為模擬計算中初期支護與臨時支護施做更為及時，并且沒有考慮地下水對施工的影響。因此，工法S2與S3雖然對圍巖變形的約束效果較好，但圍巖變形仍然較大，應增加支護強度。

3.3 不同工法下圍巖塑性區(qū)發(fā)展情況

在花序長至 7～10 cm（新梢 20～25 cm，5 片真葉完全展開）時按1∶55 000～60 000倍對水稀釋處理為宜，處理濃度還應根據(jù)新梢前期長勢及花序分離早晚來確定。新梢前期長勢，花前處理藥劑濃度可以低一點，確定為1∶60 000倍，因為新梢前期長勢強，花序自然生長的長度也就長，一般能達到18～20 cm。若新梢前期長勢弱，花序小，花穗也就短，處理濃度需適當提高，可確定為1∶55 000倍，這樣可以起到適當拉長、增加產(chǎn)量的作用。

由圖可知：

從量值看，3種工法初期支護最大壓應力分別為2.79，2.33與2.28 MPa，相差不大，以C25混凝土抗壓強度16.7 MPa作為評判標準可知，3種工法都具有較大的安全儲備。

2）工法S1圍巖塑性區(qū)分布基本對稱，在隧道拱腰處圍巖的塑性區(qū)已經(jīng)延伸至地表，左右兩側(cè)貫通；而工法S2與S3，圍巖塑性區(qū)分布規(guī)律相差不大，塑性區(qū)拱腰處圍巖塑性區(qū)有所發(fā)展但分布范圍比S1要小，邊墻與拱腳處塑性區(qū)分布范圍比S1大，工法S3塑性區(qū)分布范圍小于S2。

3）工法S2與S3相比，拱肩拱腰處塑性區(qū)范圍左側(cè)小于右側(cè)，主要是左上臺階開挖對右上臺階有一定影響，左上方圍巖應力釋放的范圍較小，且右上方圍巖處受擾動時間長。

圖5 不同工法下圍巖塑性區(qū)分布情況Fig.5 Distribution of plastic zone for surrounding rock under different schemes

2.4 不同工法下初期支護受力分析

各工法變形量值表現(xiàn)為S1＞S2＞S3，地表沉降基本對稱于線路中線，對于S2和S3，左拱頂沉降值與右拱頂沉降值基本相等。同時，在隧道開挖面尚未達到目標斷面前，拱頂與地表已發(fā)生明顯的預收斂變形，3種工法條件下，拱頂和地表預收斂變形分別占到其累計沉降變形的50.2%，45.0%，45.4%和36.0%，39.8%，38.9%，因而，大斷面淺埋土質(zhì)隧道預收斂變形率在拱頂向地表漸進的過程中逐漸減小。

1）隧道開挖后，圍巖塑性區(qū)主要分布在隧道拱腰、邊墻及拱腳范圍的巖層內(nèi)，且塑性屈服類型主要為剪切破壞。

而3種工法初期支護只有在局部出現(xiàn)極小拉應力，約為0.03 MPa。

3種工法相比，工法S2，S3施工可有效抑制圍巖位移，且初期支護受力較小，圍巖自身較穩(wěn)定，其將圍巖作為支護結(jié)構(gòu)的組成部分，因此，工法S2、S3優(yōu)于工法S1。

2.5 優(yōu)選工法下二襯受力分析

工法S2、S3二次襯砌壓應力監(jiān)測值見表6。

表5 初期支護壓應力監(jiān)測值Tab.5 Compressive stress of primary support under different schemes MPa

表6 二次襯砌最小主應力監(jiān)測值Tab.6 Compressive stress of secondary lining under optimal schemes MPa

由表6 可知，兩種工法的結(jié)構(gòu)受力分布基本一致，量值上工法S2 與S3 的最大壓應力值分別為5.07 MPa，5.04 MPa，均位于拱腳內(nèi)側(cè)，但因整個結(jié)構(gòu)受力在混凝土允許應力范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)滿足強度要求，而二次襯砌也只在局部出現(xiàn)極小拉應力，約為0.045 MPa。采用這兩種工法施工隧道是安全穩(wěn)定的。

2.6 最優(yōu)工法合理性分析

由上述分析可知，大斷面淺埋土質(zhì)隧道采用工法S1開挖后，因圍巖變形與塑性區(qū)范圍過大而較易導致隧道失穩(wěn)；工法S2和S3較適用于該類地層隧道開挖，都采取較強的臨時支護措施，保障了開挖面的安全和穩(wěn)定，而工法S3較工法S2施工工期稍長、造價稍高，所以工法S2為優(yōu)選工法。

3 最優(yōu)工法適用性分析

由于鐘鳴1 號隧道淺埋土質(zhì)段采用工法S1 施工時洞周及地表變形過大，故從DK140+560斷面開始現(xiàn)場施工變更為工法S2施工。工法變更后DK140+540斷面現(xiàn)場實測結(jié)果如圖6所示。

由圖可知，施工工法變更后，圍巖變形量明顯減小，拱頂下沉值從原來的202 mm減小到99 mm，圍巖變形得到了有效控制。由于現(xiàn)場監(jiān)測有一定的滯后性，拱頂預收斂變形沒有監(jiān)測，由圖3可知，左上臺階開挖前的預收斂變形小于右上臺階開挖前，因此現(xiàn)場監(jiān)測沉降值左拱頂大于右拱頂。因此，工法S2 為大斷面淺埋土質(zhì)隧道施工的優(yōu)選工法。

口頭表達能力的鍛煉，是語文學科的重要實用價值之一。我們的社會生活離不開與他人的交流和合作。與他人交流時，離不開語言表達。因此，我們在教學時一定要注重培養(yǎng)學生這方面的能力。

圖6 DK140+540斷面現(xiàn)場實測結(jié)果Fig.6 Results of site measurement in the section DK140+540

4 結(jié)論

通過鐘鳴1號大斷面淺埋土質(zhì)隧道現(xiàn)場監(jiān)測及數(shù)值模擬，研究不同工法下支護結(jié)構(gòu)的力學響應及變形特征，探究適用于大斷面淺埋土質(zhì)隧道的施工工法，主要結(jié)論如下：

1）大斷面淺埋土質(zhì)隧道圍巖變形具有顯著的空間效應，預收斂變形顯著，占最終收斂變形的比例較大，開挖面處預收斂變形比例為40%～50%。

2）各工法下變形量值表現(xiàn)為三臺階臨時仰拱法＞六步CD＞CRD，對于S2和S3，左拱頂沉降值與右拱頂沉降值基本相等。三臺階臨時仰拱法下數(shù)值模擬計算值與實測值變化規(guī)律基本一致，拱頂累計下沉具有明顯的臺階性，隧道開挖后圍巖變形太大，拱頂累計下沉與水平收斂計算值分別為99.72 mm和43.88 mm。

3）隧道開挖后，圍巖塑性區(qū)主要分布在隧道拱腰、邊墻及拱腳范圍的巖層內(nèi)，且塑性屈服類型主要為剪切破壞。總的來說，3種工法下圍巖塑性區(qū)分布范圍為三臺階臨時仰拱法＞六步CD＞CRD，六步CD與CRD拱腰處圍巖塑性區(qū)分布范圍比三臺階臨時仰拱法要小，邊墻與拱腳處塑性區(qū)分布范圍比三臺階臨時仰拱法要大。

4）數(shù)值模擬結(jié)果表明，六步CD、CRD 兩種工法的結(jié)構(gòu)受力分布基本一致，二襯最大壓應力值分別為5.07 MPa，5.04 MPa，位于拱腳內(nèi)側(cè)，整個結(jié)構(gòu)受力在混凝土允許應力范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生強度問題。

5）通過現(xiàn)場監(jiān)測可知，六步CD法能有效控制圍巖變形，保持圍巖穩(wěn)定，為大斷面淺埋土質(zhì)隧道施工的優(yōu)選工法。

[1]趙占廠,謝永利.土質(zhì)隧道深淺埋界定方法研究[J].中國工程科學,2005,7(10):84-86.

[2]中鐵第四勘察設計院集團有限公司.新建南京至安慶客運專線隧道施工圖設計[R].武漢:中鐵第四勘察設計院集團有限公司,2008.

[3]關寶樹,趙勇.軟弱圍巖隧道施工技術[M].北京:人民交通出版社,2011:34-52.

[4]關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京:人民交通出版社,2011:370-403.

[5]池春生,宋戰(zhàn)平.嚴寒地區(qū)大斷面淺埋土質(zhì)隧道施工方法探討[J].水利與建筑工程學報,2008,6(3):74-77.

[6]史艷忠.大斷面淺埋土質(zhì)隧道圍巖變形規(guī)律的研究[D].西安:西安建筑科技大學,2009.

[7]王鑫,張泉,徐亞利.大斷面土質(zhì)隧道施工方法的選擇與施工期監(jiān)測結(jié)果分析[J].工程勘察,2010,(2):19-24,89.

[8]韓日美.淺埋土質(zhì)隧道特性分析及關鍵技術研究[D].西安:長安大學,2010.

[9]曲守財.天恒山隧道施工方案比選及優(yōu)化[J].科技資訊,2012,(7):40-42.

[10]楊靈,韓立軍,蔚立元.淺埋隧道洞口段Ⅳ級圍巖開挖方案比選數(shù)值分析[J].現(xiàn)代隧道技術,2013,50(1):67-72,86.

[11]李得昌,楊新安,王樹杰.基于AHP-模糊綜合法的淺埋隧道施工風險評估[J].華東交通大學學報,2012,29(3):67-73.

[12]金豐年,錢七虎.隧洞開挖的三維有限元計算[J].巖石力學與工程學報,1996,15(3):193-200.

[13]敖亮.大斷面淺埋土質(zhì)隧道力學行為研究[D].西安:西安建筑科技大學,2009.

[14]邢心魁,史艷忠,宋戰(zhàn)平.土質(zhì)隧道施工期圍巖變形性狀的分析研究[J].鐵道建筑,2009,(2):40-43.