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现代隧道技术
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现代隧道技术
2013年 50卷 5期
刊出日期：2013-10-25
研究与综述
分析与计算
施工技术
研究与综述
1
徐加民
浅谈隧道工程的动态设计与信息化施工
隧道工程是处在各种地质环境中的地下结构物，地质环境的不可预知性决定了隧道工程的高风险性和复杂性。由于现行隧道设计理论尚不成熟，多采用工程类比和经验设计，同时强调动态设计与信息化施工；而现实中设计和施工又分属于两个不同的单位，往往不能做到很好的结合，因此酿成事故或造成浪费时有发生。文章针对这一问题进行了分析，并指出应从管理机制上促进设计和施工一体化，建立动态设计和信息化施工体系，以形成对项目的投资效率和效益的整体、综合的评价机制。
2013 Vol. 50 (5): 1-5 [
摘要
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1984
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6
江勇顺1,2 李天斌1 张广洋3
山区高速公路隧道围岩分级智能判别系统初探
对于隧道围岩分级这类涉及到诸多影响因素的问题，利用计算机技术能避免人为因素带来的不确定性，可快速、合理地判定出围岩的级别。文章运用计算机编程语言和数据库技术，初步开发了一套山区高速公路隧道围岩级别智能判别系统，包括设计阶段围岩级别判别子系统和施工阶段围岩级别判别子系统。该软件系统界面清晰、操作方便，不仅可实现对围岩级别的定性与定量快速判定，还可实现对掌子面地质信息的查询、修改、添加、删除和报表打印等。此系统在四川西攀、攀田高速公路隧道围岩分级应用中取得了良好的效果。
2013 Vol. 50 (5): 6-11 [
摘要
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2093
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12
杨昊坤1 郑章清2 郑 军3
南京东郊地区地铁隧道的岩溶工程地质问题研究
南京地铁4号线桦墅站—仙林东站区间穿越角砾状灰岩地层，沿线岩溶发育，具有规模大小不一、数量多等特征。文章通过对该场区内地层岩性、地质构造、地下水动力分带和地形地貌条件的分析，找出了其岩溶发育的规律；同时，针对本场区的岩溶发育特征，将有地质缺陷的隧道围岩和地下水两类地质要素相结合，对岩溶区隧道开挖可能诱发的突水、突泥和地面塌陷灾害进行了机理分析。据此可采取有效防治对策，确保地铁建设与运营安全。
2013 Vol. 50 (5): 12-17 [
摘要
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1953
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543
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18
周 勇1 杨林松2
公路隧道灾害事故分析及其风险评价
文章重点介绍了风险基本原理中的风险接受准则、个人风险、社会风险和环境风险的定义及计算方法，并对国内外公路隧道灾害事故进行了统计分析，得出了公路隧道灾害种类和伤亡人数的比例，确定火灾和汽车相撞为公路隧道两种最为常见的事故形式；基于对部分英国公路隧道的事故和火灾情况的调查，根据F-N风险接受准则得出了这些隧道的F-N曲线，研究分析了交通形式、交通量、车道宽度、车辆组成对隧道灾害概率的影响。
2013 Vol. 50 (5): 18-22 [
摘要
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23
刘东坤 巨能攀 霍宇翔
地质雷达在不同介质填充下的频谱差异分析
地质雷达已被广泛应用于不良地质体的探测中，由于不同介质介电常数的差异，其对电磁波的反射、吸收是不同的，因此采用反射波预报方法进行探测所得到的频谱显然是存在差异的。文章通过对混合型充填溶洞﹑空溶洞、富水破碎带三种不良地质体介质的构成及其对电磁波的反射、吸收（衰减）特性的分析，根据100 MHz雷达天线实测结果，得出了其三种不同的主频值：混合型充填溶洞的主频值70 MHz、空溶洞的主频值100 MHz和富水破碎带主频值20 MHz，为提高地质雷达法不良地质体探测预报的准确率进行了有意的探索。
2013 Vol. 50 (5): 23-28 [
摘要
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29
李光耀 田大庆 龙伟
隧道有毒气体预警应急救护一体化监控系统研究
车辆行驶在隧道中排放的一氧化碳、氮氧化合物等有毒尾气会严重威胁隧道交通安全，针对这一问题，研究出了一套通过传感器群对隧道中有毒尾气实时感应、MCU自动检测预警处理，实现日常实时预警提示和突发事件应急救护一体化的监控系统。该系统基于网络化的层次结构模型，可以根据预警严重级别分别启动现场和远程处理预案。文章介绍了该系统的组成及工作原理，详细阐述了隧道特殊环境下传感器群的特征、预警级别划分的依据以及MCU中控系统的处理流程。分析表明，该系统结构完善，性能安全可靠，具有一定的社会应用价值。
2013 Vol. 50 (5): 29-33 [
摘要
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1948
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34
刘绍堂 潘洁晨
一种隧道整体收敛变形的表达方法
为了研究隧道的整体变形情况，采用理论研究结合实验研究的方法，提出用基于三维激光扫描技术的多点整体监测方法取代传统的隧道单点监测方法;针对海量的隧道扫描数据，引入椭圆拟合法拟合圆形隧道的扫描断面，并分别用拟合椭圆断面和扫描断面的变形描述隧道的整体变形。该方法可以监测隧道任何里程、任意断面和任意点的变形情况，应用效果良好。
2013 Vol. 50 (5): 34-37 [
摘要
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分析与计算
38
韩赟1，2 刘国庆2 李世才3 王秀英1
超前双导洞隧道开挖工法的研究与应用
文章以兰州桃树坪隧道3#斜井施工为工程背景，针对含水弱胶结砂岩的特点，在结合各种传统施工工法优劣基础上，探索提出了超前双导洞隧道开挖施工方法；利用FLAC3D数值分析软件，根据实际地质情况，以及此工法施工过程中的地层变位及支护结构受力规律，分析了不同开挖步对其产生的影响,找出了施工中支护结构最危险部位；同时提出了降水在该地层中的重要性和设计原则。研究和工程实践证明，此工法在该地层中可以有效地控制地层变形，相比于其他工法具有明显优势，值得推广应用。
2013 Vol. 50 (5): 38-44 [
摘要
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45
唐思聪 高 波 申玉生 周旭东 王林辉
浅埋软弱围岩隧道基于变形稳定性的施工方案研究
浅埋暗挖隧道施工不可避免地对地层产生扰动，引起地层变形；尤其是在建筑区地面荷载全部作用于建筑物基础时，对隧道结构变形和地表建筑物的沉降会形成很大的威胁。因此，优化施工方案对控制隧道围岩过度变形、有效减少地表建筑物沉降意义重大。文章以兰渝铁路人和场隧道下穿地表建筑物为工程背景，对台阶法、CD法及CRD法三种施工方案进行了数值模拟，对比分析了隧道围岩位移场、塑性区的分布特征，以及开挖对掌子面附近围岩的扰动效应、围岩变形的时空效应及基础沉降的影响，并提出了安全、经济的最佳施工方案。研究结果表明，人和场隧道采用台阶法施工是非常可行的。
2013 Vol. 50 (5): 45-51 [
摘要
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52
黄园园 漆泰岳 王睿 冯剑
砂卵石地层重叠隧道开挖顺序优化研究
成都地铁2号线重叠隧道盾构在砂卵石地层中施工属国内少见工程，文章对此采用数值模拟和现场实测相结合的方法，研究分析了砂卵石地层盾构施工采用不同开挖顺序、经两次扰动的地层移动特征，以及对结构的受力影响；根据区间隧道由并行段渐变到交叉段，建立FLAC3D三维数值模型，对盾构施工全过程进行分析，并结合实测资料模拟盾构超挖产生的影响。结果表明，重叠隧道采用先下洞后上洞施工顺序较合理，盾构超挖后造成大的地层损失使地表沉降增大约一倍，盾构开挖的二次扰动使上洞上方土体发生较大的沉降，下洞稍稍隆起；数值模拟与实测结果得到较好的一致性。
2013 Vol. 50 (5): 52-59 [
摘要
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60
汪树华 高波 王英学 杨现 滕振楠
高烈度地震区山岭隧道动力响应规律及抗震措施分析研究
在高烈度地震区，隧道抗震是值得研究的重要课题之一。论文基于土-结构相互作用理论[1]，采用二维有限元计算模型，应用时程分析法对隧道的地震动力响应进行了分析,得到衬砌断面加速度、竖向位移、应力的分布规律，明确了在实际抗震中隧道衬砌结构的关键部位和薄弱环节；通过研究衬砌刚度及厚度对动力响应结果的影响,提出了墙角、拱腰处刚度适当减小、其余地方刚度适当增大的刚度分配原则，以及薄拱厚墙的衬砌尺寸设计的创新思路；并通过大量数值模拟及后续数学计算，证实了上述思路的合理性及准确性,同时得到了最优刚度分配比及最优拱墙厚度比的推荐参数。
2013 Vol. 50 (5): 60-67 [
摘要
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68
李玉峰1，2 彭立敏1 张永红2 黄国富2 雷明锋1
线性与非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力计算
文章基于泰沙基破坏模式，构建了线性与非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力计算方法，并将泰沙基理论扩展到复合地层，推导得到了复合地层条件下隧道竖向围岩压力的递推公式；将隧道边墙破裂区围岩作为隔离体进行静力极限平衡分析，获取了浅埋隧道水平围岩压力的显式表达式，并进行了实例验证；进一步探讨了线性与非线性破坏准则下，上覆地层侧压力系数及非线性系数对围岩压力值的影响。研究结果表明：围岩压力随侧压力系数和非线性系数的增大而分别呈显著减小和缓慢减小的变化趋势；非线性系数对水平围岩压力影响略大。
2013 Vol. 50 (5): 68-74 [
摘要
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王空前
横观各向同性岩体地应力计算中岩层倾角的影响
三维地应力是地下工程结构设计、施工中的重要参数，套孔应力解除法是当今最为常用的地应力测量方法，然而它却无法考虑岩层倾角的影响，工程应用中采用的忽略或修正的处理方法必将造成较大的误差。文章根据有限单元法的计算原理，针对横观各向同性岩体，开展了岩层倾角从0°至90°变化时地应力的求解研究，以用于对横观各向同性岩体隧道工程中测得的地应力值作适当调整。研究结果表明：岩层倾角主要对垂直于钻孔平面内的正应力影响较大，其变化趋势是先增大后减小；岩层倾角为45°时影响最为明显，第一主应力误差为19.00%，第二主应力误差为10.86%，第三主应力误差为88.98%。
2013 Vol. 50 (5): 75-79 [
摘要
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80
杜林林 王秀英 刘维宁
软弱围岩隧道预衬砌支护参数研究
软弱围岩变形控制是隧道施工中的难题，预衬砌支护在控制软弱围岩变形方面具有显著的优势。采用荷载-结构模型，通过ANSYS计算分析得出了埋深对于预衬砌安全系数具有决定性的影响。为研究合理的预衬砌支护参数，文章分析了30 m埋深条件下不同预衬砌厚度、不同钢拱架支撑间距及不同混凝土强度下预衬砌安全系数的变化情况，得出了以下结论：（1）增加预衬砌支护厚度能够有效地提高预衬砌安全系数；（2）预衬砌厚度为30~40 cm时，钢拱架对提高预衬砌安全系数作用明显；预衬砌厚度为40~50 cm时，钢拱架在提高预衬砌安全系数方面作用较小；（3）混凝土早期强度对预衬砌安全系数影响较大，为获得较高的安全系数，应使用早强混凝土；（4）传统隧道设计方法中围岩荷载不适用于预衬砌工法，预衬砌工法下围岩荷载作用机理有待于进一步研究。
2013 Vol. 50 (5): 80-86 [
摘要
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87
师海1 白明洲1 谭德庆2 王成亮1
复杂地质条件下岩溶隧道变形预测方法优化的探讨
由于岩溶隧道变形监测对隧道稳定性评价意义重大，因此为了有效地提高预测模型的精度，提出了一种基于IOWHA算子组合模型的预测方法：首先运用优化的灰色理论和时间序列方法拟合预测隧道变形，然后以单一方法的预测结果为基础，结合IOWHA算子，建立组合预测模型；利用某岩溶隧道监测获取的原始数据，运用组合预测模型得到相应的结果，并将其与单一方法的预测结果进行对比分析。结果表明：IOWHA算子组合模型能够将灰色理论和时间序列方法优势组合，使得预测精度明显提高。该组合模型的应用对具体岩溶隧道的稳定性评价和隧道施工具有一定指导意义。
2013 Vol. 50 (5): 87-91 [
摘要
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92
江强1.3 程海峰2 陈君平3
大直径泥水盾构地层损失参数GAP的修正与应用研究
文章基于大直径泥水盾构施工特点及横向沉降槽理论未考虑切口压力欠压率及注浆压力超压率造成的地层损失，提出了GAP参数的修正公式；依托江苏江阴澄江西路过江隧道工程，研究分析了大直径泥水盾构施工对软土地层的扰动影响，将其运用于修正的Peck公式及基于Sagseta理论的解析解，并通过现场实测数据进行了验证。结果表明：由于考虑到施工质量、切口压力欠压率及注浆压力超压率等因素造成的等效地层损失，因此得到的计算沉降值更大，与实测数据更为符合，且在理论上更为合理。
2013 Vol. 50 (5): 92-87 [
摘要
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98
王建秀1,2 邹宝平2 付慧仙2 田普卓2 朱雁飞3
超大直径盾构下穿保护建筑群地面沉降预测
地铁隧道盾构下穿保护建筑群施工中，如何准确预测和合理控制诱发的地面沉降是亟待解决的难题。文章结合某超大直径盾构下穿保护建筑群施工实践，基于地层损失，利用经验-解析法建立了地面沉降和地层损失率的关系；利用Peck公式分析不同地层损失率下地面沉降以及不同距离、不同地层损失率对应的沉降值大小，再利用Attewell公式和刘建航公式对盾构推进至始发井前方不同距离处不同地层损失率下，以及通常地层损失率下盾构推进至不同位置处的地面纵向沉降进行了研究分析，并将其与监测数据进行了对比。结果表明，监测数据与解析计算结果吻合较好；盾构推进诱发的地面沉降最大值均位于隧道中轴线处，最大沉降量随着地层损失率的增大而增大；在相同的地层损失率下，距离隧道轴线越远的位置，盾构推进诱发的地面沉降越小。
2013 Vol. 50 (5): 98-104 [
摘要
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1997
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105
龙熙华1 贾宁娟1 万军2
基于ANP-BP模型地铁隧道沉降预测研究
文章针对地铁隧道沉降的复杂性和不确定性，深入分析了地铁隧道沉降的主要影响因素；运用网络层次分析法（ANP）的超决策（Super Decisions，下称SD）软件求解方法求得各影响因素的权重；并以此作为BP神经网络的初始权重，通过训练网络对该权重进行微调；在此基础上，提出了综合考虑各因素、各层次之间相互反馈和影响的ANP-BP模型。据此模型对西安地铁隧道沉降进行预测，通过与遗传算法和粒子群算法优化BP神经网络的对比试验分析，该模型体现出了适应性强、收敛快、精度高的优势，取得了很好的预测效果。
2013 Vol. 50 (5): 105-111 [
摘要
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2120
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112
岳松林1 范鹏贤1 卢浩1 蒋海明1 张静2
南京地铁越江隧道盾构开挖面失稳因素的定量分析
文章通过对造成盾构施工中开挖面失稳风险因素的系统分析，认为造成开挖面沉降过大或坍塌失稳的主要原因是泥水压力偏离实际的侧向静止水土压力过大。针对这个问题，引入了极限应力支护比的概念，并给出了失稳判据，定量地描述各影响因素对开挖面稳定性的影响情况。以南京地铁10号线越江隧道为工程实例，采用岩土工程常用的Mohr-Coulomb模型，运用三维数值分析方法，主要研究分析了埋深、江水深度、土体参数（粘聚力、内摩擦角）对开挖面稳定性的影响， 以及考虑无江水覆盖情况下改变为地下水头高度的影响。
2013 Vol. 50 (5): 112-117 [
摘要
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2130
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118
邵晨晨1 岳丰田2 张 勇2 石荣剑2
广州地铁联络通道冻结工程冻土力学特性试验研究
冻土力学特性参数是工程设计和施工的重要参考量，为保证冻结工程施工的安全性和合理性，文章以广州地铁6号线某联络通道冻结施工为例，对冻土进行了无侧限单轴抗压强度、抗弯强度、破坏挠度、结冰温度以及冻胀融沉试验分析。研究结果表明：在-10℃恒温条件下，各类土层无侧限单轴抗压强度为6.43~9.48 MPa，强度指标较自然状态下得到大幅提高；抗弯强度为2.97-5.67 MPa，破坏应变和破坏挠度满足施工要求；结冰温度在-0.5℃~0.6℃之间，冻胀率和融沉系数分别在10.79%~12.44%和11.06%～13.48%之间。
2013 Vol. 50 (5): 118-122 [
摘要
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2014
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123
胡永利
基于AHP的模糊比较法在地铁施工中的应用
文章首先介绍了模糊理论和AHP的基本内涵，以及基于AHP的模糊比较法的计算步骤；并以北京地铁十四号线大望路站二号风道暗挖法与明挖法的工法抉择问题为背景，以经济效益、环境效益、适用效益诸因素为比较准则，采用基于AHP的模糊比较法进行工法对比，得出了应用暗挖法施工的结论。由此，可加深对此模糊比较法的了解，进而推动此比较法在地铁施工中的推广应用。
2013 Vol. 50 (5): 123-128 [
摘要
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1924
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129
王东元1 高志荣1 朱永全2 张良辉3
软土地铁联络通道加固开挖的变形模拟分析
文章针对珠三角地区冲积软土中的一个地铁联络通道开挖加固工程实例，用三维有限元模型分别对深层搅拌桩法加固和小导管注浆超前支护加固后的开挖过程进行了模拟，并计算分析了在不同方案下联络通道的拱顶位移。分析结果表明：深层搅拌桩适应性较强，可以采用不同方案加固土层和控制开挖变形，小导管注浆法则力有不逮；水泥搅拌桩和小导管超前支护联合应用可以有效降低软土中地下工程开挖引起的地层变形和工程造价，且变形的大小取决于加固后土体的整体强度；当强度达到某一值后，开挖进尺的影响大于支护时间的影响，否则相反。据此，可以合理安排开挖工法和步骤，缩短工期。
2013 Vol. 50 (5): 129-134 [
摘要
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1719
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135
龙江1 夏 换2，3 周宝库4 胡坤1 刘旭1 艾志久1
水平定向钻回拖速度对孔壁稳定性的影响
在水平定向钻施工中，孔壁失稳是经常遇到的一个实际问题。这不仅严重影响正常施工进度，还会造成巨大的人力、物力和财力损失。文章针对在以往研究中没有考虑其回拖速度对孔壁稳定性的影响以及对其理论研究工作难度大的情况，利用Abaqus有限元软件对地层成形的初始应力以及回拖速度对孔壁的影响进行了流固耦合仿真分析，得出了在保证孔壁稳定的前提下最适宜的回拖速度，即最好不要超过0.07 m/s。
2013 Vol. 50 (5): 135-139 [
摘要
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1985
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140
曹正卯 杨其新 郭春
铁路隧道射流风机布置形式研究
隧道内射流风机的升压作用不仅与风机本身性能有关，还与布置形式等外部因素有关。文章根据通风学理论和CFD流体计算，研究分析了铁路隧道内多种射流风机组合布置形式对升压效率的影响，优化了铁路隧道内射流风机布置方式；针对关角隧道实际情况，通过对射流风机工作原理和隧道内风流状态进行理论分析，建立了射流风机增压效应表达式，并确定了增压效应的合理计算方法；最后通过建立三维模型进行数值模拟计算，对射流风机的不同布置形式进行了研究分析，并对风机增压效应进行了验证计算。结果表明，隧道内射流风机实际增压小于理论增压；在六种备选方案中，四台风机靠中下部位布置时风机效率高于其余几种风机布置方式。最终确定的关角隧道运营通风期间射流风机的布置方案，可为关角隧道运营通风设计提供理论支持。
2013 Vol. 50 (5): 140-145 [
摘要
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5015
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539
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施工技术
146
史克臣
特大断面隧道高地应力条件下变形控制技术研究
文章结合兰新铁路第二双线大梁隧道的建设，针对高地应力区特大断面隧道围岩大变形，采用“预设计、信息反馈、调整、测试验证”的动态设计和动态施工思路；通过对监测断面变形及松动圈演化和支护内力的分析，提出了强化初期支护强度和刚度、边放边抗、预留应力释放时间和空间、加强钢架锁脚、短台阶等设计、施工措施，有效地控制了隧道大变形。
2013 Vol. 50 (5): 146-151 [
摘要
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2207
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152
吕向红 杨冬梅 郑青
全断面卵石地层盾构近距离下穿地铁区间隧道施工技术
在盾构法隧道施工中，经常遇到侧穿、下穿运营中的地铁既有线工程，如何评估其安全性、是否需要进行轨道防护，以及如何控制盾构施工参数、确保监控量测各项指标安全可控，意义重大。文章结合南水北调南干渠工程盾构下穿地铁4号线大兴段工程实例，阐述了盾构在全断面卵石地层中穿越地铁既有线工程前期的技术准备，以及盾构近距离下穿施工中所采取的土压力、掘进速度、同步注浆和二次补注浆等控制标准和调整施工参数、加强监控量测等关键技术措施，对以后类似工程有借鉴意义。
2013 Vol. 50 (5): 152-157 [
摘要
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2161
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158
郭如军 丁建芳 廖烟开
综合预报技术在隧道岩溶探测预报中的应用研究
岩溶涌突水和涌突泥灾害对隧道施工危害极大,因此对隧道穿越位置及其周边一定范围内岩溶发育分布及其充填性质的探测一直是隧道施工中地质超前预报亟待解决的难题。文章针对纳黔高速公路西湖2#隧道工程岩溶预报的成功范例，详细介绍了“以地质调查法为基础、以超前导洞法和电磁波反射法为主要手段”的综合预报技术，并对其在隧道施工期岩溶探测中的应用进行了分析研究。研究结果表明，综合预报技术对隧道岩溶的预测预报具有良好的效果，其预报结果可为动态施工提供科学依据。
2013 Vol. 50 (5): 158-163 [
摘要
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2065
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164
朱世伟1 吴发展2，3
马家山隧道出口边坡预应力锚索施工技术
马家山隧道出口端处于基岩风化层中，隧道洞口下方为县级公路，由于修筑公路形成高25～30 m、坡度70°的人工边坡，山坡陡峭；为稳定岩体，边坡防护主要采用“SNS主动防护网+预应力锚索”对洞口地表进行加固。文章介绍了预应力锚索施工技术在马家山隧道洞口边坡防护工程中的应用，包括预应力锚索的设计、施工、机械设备及其质量和安全保证措施。工程实践表明：预应力锚索具有土石方及混凝土工程量小、总体造价低、隐埋于土中、美化环境等优点；锚索施工过程中对边坡及周边环境影响小，能够保证施工安全、达到加固工程的预期目的。
2013 Vol. 50 (5): 164-168 [
摘要
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2269
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169
孙 洋 陈建平 余 莉 徐 颖 王 洋
浅埋偏压隧道软岩大变形机理及施工控制分析
文章结合谷竹高速公路寺坪隧道穿越强风化、薄层状页岩地层出现的大变形问题，在现场地质调研和监控量测的基础上，从地质条件、埋深影响、软岩特性、偏压以及施工因素等方面对隧道大变形的特点和机理进行了分析，并提出了相应的工程控制措施。在寺坪隧道施工过程中，通过采取提高支护体系刚度和受力性能、预留合理变形量、超前预支护和多重支护、超短台阶法和控制爆破、控制循环进尺等措施有效地控制了围岩变形。通过工程实践，充分验证了采取的相应施工措施对控制围岩大变形的作用。
2013 Vol. 50 (5): 169-174 [
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蒋正华 张 鹏 易震宇
新型桩式复合管棚套拱结构及其施工方法
地形偏压地段隧道洞口稳定性关系到整个隧道的施工和运营安全，是隧道建设者们面临的难题。桩式复合管棚套拱是一种新型支护结构，该结构既能发挥桩体的支护功能、降低边坡的刷方高度，又能提高其承载力，防止洞口边、仰坡下沉和滑移，是保证偏压地形和破碎软弱围岩隧道安全进洞和提高运营安全的有效方法。文章介绍了桩式复合管棚套拱的结构和施工方法，并进行了力学分析。
2013 Vol. 50 (5): 175-178 [
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现代隧道技术
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