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软弱地层TBM隧道的工作面稳定性评估和地层变形分析S. Konstantis(1)(1)施工管理, Marsh 有限公司, 伦敦, 英国 (原: 英国奥雅纳工程顾问公司, 伦敦)摘要：在收敛约束(C-C)法应用的基础上，本文旨在讨论使用封闭断面隧道掘进机时，隧道的稳定性评估。
掌子面失效机制建立在Anagnostou和Kovari法以及三维楔在推进核心的基础上，并受地面负载、抗性以及施加的压力的影响。
根据Bouygues TP开发修正的收敛约束(C-C)法，作用于楔形冠的地面压力应包括由隧道掘进和工作面压力造成的松弛地应力。
针对隧道几何特征的故障几何的灵敏度和地面设计参数的研究，使用了蒙特卡罗模拟的风险分析软件@RISK，通过均布随机变量的抽样技术进行概率分析。
在任何情况下，液压平衡条件都没有影响作用于隧道表面渗流压力的稳定性。
根据概率分析的结果，设计用列线图的开发是为了弹性条件下，同质软地面浅层城市隧道开挖的典型案例。
现已提出建议方法的应用，并对结果进行了讨论，同时与工作实践进行了对比。
1.引言掌子面稳定性是隧道挖掘工作得以完成的关键因素，尤其是在困难条件下浅层城市隧道的开挖，其在许多情况下还会受到严格的环境限制。
隧道掌子面的不稳定可能导致超前核心土过度松弛（Lunardi 2000），进一步引起地面变形并对第三方财产和基础设施造成影响。
在极端条件下，该状况还有可能导致部分或整个掌子面的失效，并对上覆结构和隧道运营造成恶劣影响、产生严重后果。
在城市地下项目的施工期间，封闭式（泥水或土压力平衡(EPB)）隧道掘进机（TBM）采用主动压力的方法，大大降低了隧道掘进的风险。
支撑密封面所需的最低压力必须确保隧道的稳定,并满足可承受的地面变形标准。
这是一个三维问题，详细解决方案的提出需要借助于基本的三维数值分析。
然而，此类分析存在明显的缺陷，主要由于复杂的输入准备、输出演示、计算工作量的增加、多重仿真阶段以及精确度的提高和地面情况认识水平之间的不协调。
隧道施工中的岩层掌子面稳定性分析随着城市建设和交通网络的发展，隧道的建设已经成为一种常见现象。
在隧道施工的过程中，岩层掌子面的稳定性是一个重要的问题。
本文将对隧道施工中岩层掌子面的稳定性进行分析，以帮助工程师和施工人员更好地排除隧道施工中的安全隐患。
1. 引言隧道施工中的岩层掌子面稳定性是指在施工过程中，岩层或土壤的断裂、滑动、坍塌等不稳定现象。
在进行隧道施工前，必须进行岩土力学测试和分析，以评估岩层掌子面的稳定性，确保施工过程中的安全。
2. 岩土力学测试和分析在进行隧道施工前，岩土力学测试是必不可少的。
通过采集岩层样本并进行实验，可以得到岩层的物理力学性质，如抗压强度、抗剪强度等。
此外，还可以进行地质勘察，了解岩层的结构、岩性、断裂裂隙等情况。
通过这些数据，可以进行岩土力学分析，评估岩层的稳定性。
3. 岩层掌子面的稳定性分析岩层掌子面的稳定性是指岩层在施工过程中是否有倾倒、滑动或坍塌等情况。
在分析岩层掌子面的稳定性时，需要考虑到以下因素：3.1 岩层的物理力学性质：岩层的抗压强度和抗剪强度是评估岩层稳定性的重要指标。
当岩层的抗剪强度较低时，容易发生滑动和倾倒现象；当岩层的抗压强度较低时，容易发生坍塌现象。
3.2 岩层的结构和岩层面的倾角：岩层的结构和岩层面的倾角也是影响岩层掌子面稳定性的因素。
结构复杂、岩层面倾斜较大的岩层更容易发生滑动和倾倒现象。
3.3 岩层周围的地应力：地应力是指施工场地附近的地下压力。
当地应力较大时，岩层掌子面的稳定性较差，容易出现滑动和倾倒现象。
4. 隧道施工中的岩层掌子面稳定性分析方法为了预防隧道施工过程中的岩层掌子面稳定性问题，可以采用以下方法进行分析和控制：4.1 前期地质勘察和岩土力学测试：在进行隧道施工前，必须进行详细的地质勘察和岩土力学测试，以了解岩层的结构、性质和稳定性。
这将为后续的施工过程提供重要的参考依据。
4.2 施工支护结构的设计和改进：根据岩层的稳定性分析结果，设计合适的施工支护结构，如锚杆、喷射混凝土和钢筋网等。
隧道掌子面稳定性控制理论研究摘要：随着现代交通的快速发展，地下工程建设项目越来越多，深埋、长大及偏压隧道的需求也日益增大。
隧道在施工过程中频繁地遇到各种复杂的地质情况，而其隧道在穿越各种地层时也将遇到各种地质灾害。
面对这种情况，隧道掌子面稳定性控制的研究显得十分重要。
本文通过查阅国内外学者的研究成果，对掌子面周围土体及围岩、支护技术、信息处理技术和预测检测技术进行粗略地总结，对掌子面稳定性研究现状进行探讨，从中总结出掌子面稳定性研究的进步与不足之处。
关键词：隧道掌子面稳定性支护技术预测与检测信息处理1前言中国是一个多山的国家，其60%的全国面积属于山区和高原地区。
在修建山区铁路时，隧道工程是必不可少的。
随着科技水平的进步，隧道工程的技术水平也跟着提升了。
尤其是在隧道现代化设计理念的提出，以及现代化机械设备和施工新技术的不断创新，实现了隧道工程的跨越式进步，其集中体现在城市地铁、长大深埋隧道、过江过海隧道等各类用途的地下工程及隧道工程。
20世纪将成为人类向地下方向发展的世纪。
而隧道工程的技术也将不断发展创新，同时也面临着各种新技术的挑战。
隧道工程的发展正面临着开挖技术、支护技术和施工组织等方面的技术性问题。
但是隧道工程实际上还是一个地质工程，在隧道的建设过程中，会遇到各种各样的地质环境，同时在施工过程中也就产生了各种地质难题。
比如，隧道在软弱破碎带时，其围岩具有稳定性差、受力复杂等特点，常常会形成软弱围岩大变形等地质灾害。
而且围岩受力普遍复杂，围岩的应力分布及变化情况复杂，在隧道施工中都存在很多困难，常常造成塌方等安全事故。
因此针对隧道施工的特点及地层围岩变形特性可知，隧道开挖面的稳定性是十分重要的。
而一直以来，国内外的隧道工程因为掌子面失稳而发生的事故也屡见不鲜。
国内的如2011年４月２０日，兰新铁路第二双线甘青段小平羌隧道在进行初期支护施工时，发生拱部局部坍塌，掌子面发生坍塌事故，坍塌部位距隧道洞口约３００米，塌陷纵深长约１３米，塌方土石约２００－３００立方米，造成１２名现场作业人员被困;雅泸高速的泥巴山隧道，在隧道施工时，由于地下水的软化和腐蚀使得围岩强度下降且围岩内应力不断加大，致使钢拱架扭曲严重，甚至断裂，最后造成了长达20m的大塌方；国外的如日本惠那山隧道发生掌子面坍塌的事故。
隧道施工中掌子面后方塌方的预防和处理摘要：在隧道施工过程中，受到地形因素和施工方法的影响，隧道施工中的掌子面后方容易发生塌方的事故，一旦出现塌方，会对施工进度和施工安全造成严重的影响，同时也会对施工人员造成不必要的伤害。
因此，我们应当认识到隧道施工中掌子面后方塌方的危害，认真分析后方塌方的特点，以及容易发生塌方的地段，在实际的隧道施工中制定具体的预防对策，保证隧道施工中掌子面后方塌方能够得到有效的预防和处理，提高隧道施工掌子面的施工质量和施工稳定性。
关键词：隧道施工；掌子面；后方塌方；预防和处理一、前言基于对隧道施工的了解，在隧道施工过程中，掌子面后方塌方是一种重要的事故，一旦发生掌子面后方塌方，将会对施工进度造成巨大影响，对施工人员也会造成较大的伤害。
为了有效地做好掌子面施工，应当在隧道施工中认真分析掌子面后方塌方的特点，并且对容易发生掌子面后方塌方的地段进行有效的分析，制定完善的预防和处理措施，保证隧道施工中掌子面后方塌方能够得到有效的预防，提高隧道施工的整体质量，避免掌子面后方塌方对隧道施工造成不利的影响。
二、隧道施工中掌子面后方塌方的特点1、掌子面后方塌方具有一定的突然性从现有掌握的数据来看，掌子面后方塌方具有一定的突然性，掌子面后方塌方在发生之前没有任何的预兆，一旦发生塌方就会成为突发事件，严重时会导致施工设备和施工人员被掩埋。
同时，对隧道施工进度也会造成不利的影响。
因此，在掌子面后方塌方预防过程中，应当认识到其突然性的特点，应当通过有效的观察和细致的安全措施，避免掌子面后方塌方的发生。
一旦发生掌子面后方塌方，就应当立即开始相关的救援工作，避免后方塌方部位持续蔓延。
2、掌子面后方塌方通常规模会比较大经过了解发现，在隧道施工中掌子面后方塌方发生时，通常塌方的规模会比较大，因为隧道施工具有一定的连续性，一旦发生掌子面面后方塌方，将会对周边的土壤以及隧道开挖部位造成严重的影响，出现连带性和持续性的塌方，如果不采取有效的措施予以控制，那么掌子面后方塌方所波及的范围将非常之大，对隧道施工的整体质量也会造成不利的影响。
预切槽法开挖黄土隧道掌子面稳定方式研究孙兵【摘要】本文介绍了软弱围岩隧道的变形特点及控制措施,对软弱围岩隧道的掌子面稳定性进行分析,包括失稳形式、破坏机理,并提出掌子面加固措施.此外,结合预切槽法黄土隧道试验段实例,利用有限差分软件FLAC3D建立模型,研究三种不同的掌子面加固方法对围岩变形以及预衬砌受力的影响.结果表明:全断面预加固可有效控制围岩变形且减小预衬砌所受的拉应力,与预加固且留核心土方式相比,预衬砌的拉应力值相差不大且都在允许的范围内.在实际工程中考虑预切槽法结合大断面机械施工,建议采用全断面预加固的方式.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2017(000)010【总页数】6页(P11-16)【关键词】软弱围岩;预切槽;新意法;掌子面预加固;数值模拟【作者】孙兵【作者单位】中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043【正文语种】中文【中图分类】U455.4目前，国内外对于软弱围岩并没有统一的定义，通常是指整体强度较低、节理裂隙发育、结构破碎的岩体，在高地应力作用下容易产生较大变形导致失稳破坏。
软弱围岩隧道的变形控制，是当前隧道施工亟需解决的重要难题［1－3］。
由于软弱围岩自身的工程特征，在隧道开挖后表现出“自稳能力差、易坍塌”的特征。
从新意法的基本概念出发，软弱围岩的变形由三部分组成：预收敛变形、掌子面挤出变形以及收敛变形。
其中，预收敛变形是指隧道洞周围岩在掌子面前方发生向洞内的变形，由于掌子面的向前推进而逐渐发生，因而预收敛变形的最大值就位于掌子面处。
抑制预收敛变形需要了解掌子面前方发生预收敛的范围以及在掌子面处的预收敛值大小，软弱围岩发生预收敛的范围和掌子面处的预收敛值都比较大；掌子面挤出变形在软弱围岩隧道中较为显著，且与围岩地质倾向与隧道轴线间的夹角有一定的关系［4］，挤出变形超过某一允许值将导致掌子面失稳，这也是采取掌子面加固的原因所在；收敛变形是隧道洞周在掌子面后方发生向洞内的变形，初期变形速度比较大，主要依靠初期支护抑制收敛变形的发展。
深埋软岩隧道掌子面变形控制研究以陕西汉中新茨沟隧道工程为背景，研究不同支护参数、不同台阶长度、不同台阶高度 3 种情况下隧道掌子面变形规律。
通过三维数值模拟和现场监测数据分析得出以下结论：对于深埋软岩隧道，掌子面挤出变形量大，变形速度快；掌子面挤出变形受初期支护参数和上台阶断面开挖高度影响显著，实际施工过程中应通过加强初期支护参数和减小上台阶高度控制掌子面变形，确保隧道整体稳定。
标签：深埋软岩隧道；掌子面变形；控制0 引言软弱围岩的显著特征就是质软、结构松散、岩体稳定性差，软岩隧道在施工过程中经常遇到围岩变形量过大、初期支护严重变形而导致侵限严重、掌子面变形过大而导致局部坍塌、频繁设计变更等问题。
因此，软岩隧道的变形特征和稳定性控制一直是当前隧道工程界研究的热点问题之一。
目前，国内专家学者主要采用理论分析、数值模拟、室内实验以及现场监测等手段，研究软岩隧道的施工力学行为。
受目前监测技术和认识水平的限制，对于深埋软岩隧道的研究重点主要集中在隧道开挖后的洞周变形上，而对于掌子面变形的研究相对较少。
工程实践中对于深埋软弱围岩来说，有效控制掌子面的变形才是保证隧道整体稳定的关键。
本文以新茨沟隧道为工程背景，通过对不同支护参数、不同台阶长度、不同台阶高度 3 种工况进行三维数值模拟，得出隧道掌子面变形规律，将三维数值模拟结果用于指导现场施工。
1 工程概况新茨沟隧道位于汉江右侧中、低山区，隧道起止里程为DZK219+840～DZK220+737，全长897 m，隧道最大埋深215 m，隧道洞身穿越地层主要为第四系坡积层、志留系下统片岩，为深埋软岩隧道。
本隧道在施工过程中遇到的主要地质问题为炭质片岩，炭质片岩为软弱围岩，片状构造发育，地层产状多变，褶曲发育，受构造挤压作用明显，岩体从破碎至极破碎，开挖中容易产生坍塌。
DZK220+525～DZK220+669 段原设计为Ⅴ级一般围岩，采用1 榀/m 的格栅钢架支护，初期支护厚度为22 cm，现场实际施工过程中，掌子面变形过大而导致局部坍塌，初期支护严重受损破坏并侵限。
浅析暗挖法隧道掌子面注浆技术【摘要】随着我国公路、铁路建设的飞速发展，长大隧道修建数量不断增加，隧道突涌水地质灾害频繁发生，特别是在岩溶地区修建的隧道更为突出，突涌水地质灾害已成为影响隧道施工及安全的主要因素。
因此在长大隧道的修建过程中如何有效的预防涌水、突泥、坍方、变形等地质灾害一直是施工的难点和风险，成为制约工程顺利推进和工程风险控制的关键因素。
而针对暗挖法隧道掌子面注浆技术在近年来得到广泛应用，效果显著。
关键词：暗挖法；注浆；技术前言近些年来，轨道交通飞速发展，极大的便利了人民的生活条件，施工技术也在不断提高，但是面临的施工环境也越来越复杂，地形地质条件极为恶劣，水下隧道的施工难度也越来越高，特别是采用矿山法施工的水下浅埋软岩隧道，在修建中面临着许多复杂的工程技术问题，其中最突出的便是开挖过程中的掌子面稳定性问题。
而注浆技术就是面临该类问题逐渐发展和应用起来的一项核心技术。
一、注浆技术介绍1．注浆技术应用注浆工程应用范围广泛，主要包括软岩加固，注浆堵水，回填防沉，竖井下沉控制，房屋沉降控制，滑坡防治，变形控制，塌方处理，基坑截水帷幕，渗漏水治理等。
2．注浆扩散机理注浆施工中，浆液在地层中的作用方式主要表现为4种：渗透扩散、劈裂扩散、裂隙填充及挤压填充。
（1）渗透扩散：浆液在压力条件下，在不改变土体结构和颗粒排列的原则下，挤走颗粒间的游离水和空气，达到填充土体孔隙的目的，浆液凝结后，起到加固土体和堵水的作用。
对于粒状材料，如果想取得渗透扩散，应对材料粒径进行计算选择。
计算采用J. C. King判式确定：式中：N注浆比；D15、D10为土的粒径累计曲线的15%、10%的直径（μm）；G85、G90为注浆材料的粒径累计曲线的85%、95%的直径（μm）。
（2）劈裂扩散：在对于弱透水性地层中，当注浆压力超过劈裂压力时土体产生水力劈裂，使得土体内突然出现裂缝，地层吸浆量突然增加，浆液呈脉状进行渗透。
隧道围岩掌子面稳定性分析及支护设计隧道是建设中的重要工程，在穿越一些复杂地质条件时，往往需要对围岩进行支护。
隧道围岩掌子面稳定性分析和支护设计是隧道建设过程中必不可少的环节。
本文将从围岩掌子面稳定性分析和支护设计两个方面进行探讨。
一、围岩掌子面稳定性分析1.1 围岩分类围岩是指隧道开挖所接触到的地质层。
根据其性质和组成，围岩可分为岩石类、弱结构岩和土层类。
其中岩石类围岩的稳定性相对较好，其次是弱结构岩，土层类围岩则稳定性最差。
1.2 围岩支撑方式围岩支撑方式通常分为自稳支撑、锚杆网支撑和衬砌支撑。
自稳支撑适用于较稳定的岩石围岩，锚杆网支撑适用于中等稳定性的岩石和弱结构岩围岩，衬砌支撑则适用于稳定性较差的土层和软岩围岩。
1.3 掌子面稳定分析方法在分析掌子面稳定性时，需要考虑地质条件、地应力状态和围岩摩擦角等因素。
常用的分析方法包括理论分析法、数值模拟法和实际采样测试法等。
二、支护设计在进行支护设计时，需要结合围岩的稳定性分析结果，选取适当的支护方式和支护措施。
2.1 支护方式根据掌子面稳定情况和围岩性质选择合适的支护方式。
自稳支护方式多采用短杆、锚短杆、锚索等方式；锚杆网支护方式多采用锚索网、网壳、锚索墙等方式；衬砌支护方式多采用钢筋混凝土衬砌或机械衬砌等方式。
2.2 支护措施根据围岩性质、地下水和地震等因素，选择合适的支护措施。
一些常用的措施包括喷射混凝土、爆破充填、拱形截面等。
三、结论在进行隧道建设时，围岩掌子面稳定性分析和支护设计是非常重要的环节。
通过合理的围岩支撑方式和支护措施，可以使隧道建设过程更加安全、顺利。
在未来的工程实践中，还需要不断地进行技术改进和优化，以更好的满足隧道建设的需求。
工程技术哈尔滨地铁工程掌子面及隧道洞身稳定性研究全强1郭文静2史培贺2（1.哈尔滨地铁集团有限公司黑龙江哈尔滨150080；2.山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061）摘要：本文依托哈尔滨地铁粉质黏土隧道工程，基于超前小导管的支护作用，并根据围岩亚级划分的标准，建立了双参数下超前小导管支护的弹性地基梁受力模型，开展了超前小导管支护下的隧道掌子面稳定性评估，并基于收敛约束法进行了隧道开挖过程中不用支护情况的弹塑性二次应力状态分析，开展了隧道洞身稳定性及衬砌结构稳定性评价。
关键词：超前小导管掌子面稳定性收敛约束法隧道洞身稳定性中图分类号：U231.3文献标识码：A文章编号：1674-098X(2021)10(b)-0029-05Research on Excavation Face and Tunnel Stability ofHarbin Metro EngineeringQUAN Qiang1GUO Wenjing2SHI Peihe2(1.Harbin Metro Group Co.,Ltd.,Harbin,Heilongjiang Province,150080China;2.Geotechnical andStructural Engineering Research Center,Shandong University,Jinan,Shandong Province,250061China)Abstract:Based on the silty clay tunnel project of Harbin metro,based on the support effect of advance small conduit and the standard of sub grade classification of surrounding rock,the mechanical model of the double-parameter elastic foundation beam supported by the leading ductile was established,and the stability evaluation of the excavation face under the action of the leading ductile was carried out.Based on the convergence constraint method,the elastic-plastic secondary stress state without support during tunnel excavation is analyzed as well,and the stability of tunnel body and lining structure are evaluated.Key Words:Leading ductile;Stability of the excavation face;Convergence constraint method;Stability of the surrounding rock隧道掘进过程中，掌子面和围岩的变形是影响隧道开挖过程中围岩稳定性的重要因素，所以保证掌子面及围岩的稳定性对施工安全至关重要。
