隧道工程论文范文

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1)对围岩变形的判断与控制。

对于软岩隧道围岩变形的研究主要集中在三个方面:a．从理论方面对变形机理进行研究;b．选择合理的施工工法对围岩变形进行控制;c．运用有限元或其他数值模拟的手段对围岩的变形量和变形趋势进行预测。从众多的学术论文和科研成果中不难发现，对于围岩变形的机理多是采用连续性介质理论进行分析，而实际工程中的围岩是非连续的，它是岩块和结构面在三维空间的一种非定向关系。尤其是对于地质状况比较复杂的软弱围岩，都是由多种物理成分组成的，且各物理成分的大小、多少及分布具有很大的随机性。但是，在实际的研究和应用中，例如采用数值模拟的方法对软岩隧道围岩变形进行分析时，又必须运用岩体的本构关系，这本身就是存在问题的，更不要说计算结果的准确性了。不论是理论分析还是数值模拟都没有办法对围岩的变形量进行准确的判断。这将引起另外一个问题，就是在采取控制变形措施时，通常采用的是依据相似工程经验制定施工方案，并没有针对不同的变形量采取相应的控制措施，因此变形控制措施也具有一定的盲目性。另外，隧道施工中变形可以达到1．0m甚至更大，软弱围岩变形本质上属于大变形问题，然而岩体力学中使用的弹塑性变形理论虽然对材料的非线性进行了考虑，但是严格意义上仍属小变形理论。

2)对合理支护时机的探讨。

隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题，二次衬砌的支护时机是保证二次衬砌长期稳定的关键。特别是对于软岩大变形隧道，如果二次衬砌施作过晚，则可能造成初期支护变形过大而无法控制，以致隧道失稳;但如果施作过早，则不利于地应力的释放和充分发挥围岩的自稳能力，从而使二衬受力过大而导致开裂，降低了隧道结构稳定性。因此，合理确定二次衬砌施作时机是保证隧道施工阶段和长期运营阶段安全性的关键。但是现阶段，对于隧道二次衬砌支护时机的研究仍然没有形成系统的体系。研究者多根据具体的工程背景选择不同的岩石弹塑性模型，采用的确定合理支护时机的判定方法也各有不同。对于二衬支护时机的影响因素的分析也多是针对单一影响因素，并没有综合考虑。

2软岩隧道的发展与展望

为了满通建设的需要，将不可避免的遇到更多的软岩隧道工程。围岩大变形的控制问题仍然是未来软岩隧道工程需要解决的关键问题。从根本上讲要更深入的研究围岩的变形机理，找出适用于实际工程地质状况的围岩的本构关系。在施工的过程中，超前地质预报要贯穿整个隧道的开挖过程，监控测量要及时跟进。对于具有代表性的工程要完善施工工法，以便以后类似工程经验借鉴。隧道是地层围岩和支护结构共同组成的复杂受力体。支护是一个过程，一个好的支护方案要让这一过程与围岩变形过程相协调。考虑到软弱围岩的蠕变特性，围岩的自稳能力是与施加相关的，因此二次衬砌的支护需要一个合理的时机。反过来理解，如果要确定合理的二衬支护时机，首先要对围岩的蠕变特性和变形机理进行充分而深入地分析，只有在此基础上，才能选择适当的支护时机和支护形式以及确定合适的支护参数。由于目前的研究多针对二次衬砌的支护时机探讨，应该将整个支护过程统一起来，形成与不同围岩级别、不同断面尺寸、不同开挖方式、不同支护参数相对应的系统的支护方案，以及更完善的施工工法。

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②核对设计文件和编制施工组织设计，预测隧道施工可能对地下已设结构物的影响。

③积极了解施工现场的天气、施工材料和运输情况，对施工现场可能会出现的用电问题、水量问题（雨水冲刷）以及材料供应等作好准备。

④对交通运输条件和施工运输便道进行方案比选，合理安排施工工具，现场核对隧道平面、纵面设计等。

⑤对施工地周围的生活供应、医疗条件以及电力通信、劳动力等做好勘察，并测试周围的水源、水质，拟定供水方案。

⑥按照公路隧道施工方案或技术的不同，工程实施前需要预先准备好施工所需要的一系列材料，比如砂石、水泥和钢筋等，还有一些特殊的防水材料或钢材。这些原材料在投入工程使用前都必须经过严格的质量检查和筛选，坚决杜绝使用劣质材料，而符合国家规定的材料也要进行合理堆放，避免施工人员由于材料乱堆放而导致其他事故的发生。

2公路隧道工程施工中的难点和技术

2.1公路隧道建设环节的相关技术

公路隧道在施工时除了要按照隧道施工的技术规范行事以外，还需要对材料的质量进行严格的检测，并围绕新奥法原理来按照“紧封闭、勤测量”的原则来对各种复杂的施工技术问题进行处理。随着科技的进步，隧道施工方法也比较多，比如我国常用的新奥法人工钻爆施工等（台车钻爆和人工钻爆），下面我们就人工钻爆技术进行分析。

2.1.1洞口施工

公路隧道由于地势原因，在洞口施工时很容易出现山体滑坡、失稳等现象，这就要求施工人员在施工时及时勘察地势，并结合实际情况提出合理的进洞位置和加固方案，这样才能在出现滑坡现象时及时采取措施进行防治，避免一些可能对施工人员造成的安全隐患。还有在洞口开挖之前，要及时进行边仰坡的排水工作，检查周边的排水系统是否完好，避免出现水流倒灌的问题。另外，要及时清除基坑中的废物杂物，洞口之上的仰坡坡脚如果有损坏，要及时修补，在监理工程师验收合格之后才能够进行下一步的施工。

2.1.2洞身的施工

完成了洞口开挖之后，先要进行超前支护，才能再进行洞身施工。洞身的施工方法有很多种，比如全段面法、台阶法、眼镜工法和超前支护法等，而如何选择具体的施工方案则要根据具体的围岩情况。

2.1.3初期支护

初期支护是为了加强隧道围岩的自承力，从而形成一个完整的支护体系，是复合式衬砌的重要组成之一，属于早期支护。进行支护时，一定要严格按照规范来施工。在公路隧道建设中，部分围岩的自稳能力极差，根据新奥法原则，需要在软弱破碎的围岩地段及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，施工过程中可以通过合理的机械和劳力组织，三台阶开挖和初期支护同时开始，同时完成，形成一个循环的两大步骤。

2.1.4监控测量

监控测量是工程实施过程中的重要内容，细致的监控测量能为施工提供科学、可靠的监测信息，通过信息来反馈具体实际的施工情况，并进一步确保施工质量和施工安全。在这个信息化的时代，具体的数据资料在工程建设中能起到许多重要作用。

2.1.5二次衬砌

二次衬砌不仅对围岩起支护作用，而且还美化了隧道外观，所以衬砌质量必须要达到内实外光的效果，以保证隧道的美观。如果初期支护的围岩变形，且变形速率无减缓迹象，严重超过规范要求，初期支护多处开裂时，必须及时采用临时应急支顶措施，如果因此影响到二次衬砌的质量，就必须对支护类型和参数进行及时调整，做到既能有效控制变形，避免塌方发生，又能保证工程质量。另外，在挑选二次衬砌所用的台车时，要尽量挑选表面平整、接缝严实的大模板或整体式模板台车，必须要满足设计的要求，选择合适的刚度，减少模板变形等问题，这样才能保证衬砌表面的光滑平整，还有就是做好防排水措施，避免渗漏水。

2.2新奥法施工技术

新奥法施工是世界通用的国际工法，在隧道施工时可以根据地段的不同来选择性采用钻爆法施工，实施光面爆破。在具体操作中，要以维护和利用围岩的自承能力作为出发点，尽量减少对围岩的扰动，可以考虑采用“中洞超前，预留光爆层，光爆扩边”的复式开挖法。首先开挖导洞，根据隧道断面尺寸来确定导洞断面大小，钻孔前测量中线和水平线，按画好的炮眼位置和顺序钻孔，装药和填炮泥与一般隧道爆破相类似；然后再二次开挖，根据隧道情况的不同来确定导洞挖掘的深度；最后开挖光爆层，通过复式开挖法让光面爆破痕留存率达到90%以上，使隧道开挖轮廓与设计轮廓更加吻合，降低围岩的扰动，能够很好地体现出新奥法的施工优点。

2.3施工过程中的难点管理

2.3.1施工进度问题

由于公路隧道工程的复杂性，很容易出现一些突发的危险问题，所以为了能够确保工程能够在工期内完成，必须做好相应的管理工作。在施工过程中，必须严格按照执行公司所制定的各种管理制度，将责任落实到个人头上，在设计工程方案时，要对工期做好科学合理的安排，对施工团队和现场的管理人员做好相应的专业培训工作。

2.3.2对工程质量的检查

如果将劣质的材料投入工程使用，会造成非常大的安全隐患，因此必须要加强对施工整个过程的质量监督和管理，需要监督部门建立和完善质量监督管理体系，将责任落实到个人头上，严格按照质量验收制度的规范来对工程质量进行监督和检测，发现问题，必须要严查，这样才能大大减少工程质量问题。

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二、公路隧道支护技术

公路隧道初期支护方式要根据施工要求采取不同的支护形式。主要选择的有喷射混凝土、锚杆、钢筋网和钢架等支护形式。

（1）喷射混凝土：其方法大致分为素喷和网喷两种，喷射混凝土的作用是对围岩节理、裂隙起到充填作用，将不连续的岩层层面胶结起来，形成一个整体。同时产生楔效应增加岩块间的磨擦系数，进而有效防止岩块沿软弱面滑移脱落，使表面岩块保持稳定状态。喷射混凝土由于具有一定粘结力和抗剪强度，能与岩层粘贴的同时和围岩形成了统一的承载体系，极大改善了喷层的受力条件。喷射混凝土一定要及时并做到分层施喷，喷层虽薄但其具有较高的强度。这样，喷层有效控制了围岩变形。即使在围岩仍有较大变形的情形下，仍不致于产生坍塌，这样就有效提高了围岩自承能力。同时喷射混凝土能使隧道周边的围岩尽早封闭，进而有效防止了围岩的进一步风化。在喷射混凝土作业施工中，首先要做好职工准备，准备充足的材料如水泥、砂、石、速凝剂、水等，严格检验材料质量，尽量用新鲜的相容性试验合格的水泥和速凝剂，砂、石含水率要达标。检修好喷射机、混凝土搅拌机等设备，并进行就位前的试运转。风管和水管管路及接头要确保良好。检查开挖断面，将附着于岩面的泥圬冲冼干净。对渗漏较大处做好引排水处理。在做好充足的准备工作后进行操作，操作中要注意：控制好风压、水压和水灰比。要想保证喷射混凝土的质量，降低回弹率，减少挥发粉尘，喷射作业时要求风压控制要稳定，压力大小应调整适当。水压通常要比水压50-100Kpa，要在喷头水环位置形成水雾，充分湿润干拌合料。干喷时，如果喷射的混凝土易粘着，回弹小而且表面湿润光泽，说明水量适中。如发现表面无光、回弹物多、灰尘大、混凝土不密实等现象，则说明水量小。如果表面出现流淌滑动现象，则说明水量大。要掌握好喷射角度和喷射距离。喷嘴与岩面的角度一般要垂直于岩面。如果靠近边墙，应将喷嘴略向下俯约10°左右，使混凝土喷射在较厚的混凝土顶端。喷嘴与岩面的距离一般保持在0.8-1.2m。每一次喷射混凝土的厚度，应掌握在拱部为5-6cm，边墙为7-10cm。喷射的顺序应先墙后拱从下而上，先喷凹处找平，然后继续向上喷射。喷射时料束要尽量呈旋转轨迹运动，大致要一圈压半圈，纵向按蛇形进行。为保持喷层表面平整，喷射完应对表面再扫射一层。喷射顺序应自上向下，料束要呈横扫方式运动，不能旋转或者停留。

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分包合同签订，“包工头”组建临时设施、混凝土拌合站、钢筋加工场，配备各种施工机械和设备，并按隧道工程分项施工工序进行分解，再次进行分包，将一个完整的项目经过层层分包，形成很多独立的个体。项目部各种管理制度和办法，受“包工头”的“屏蔽”与“唯利”影响，很难落实到施工现场作业层，导致项目管理与现场作业脱节，项目管理处于失控状态。

1.2工程施工不规范，质量无法保证

“包工头”为了获取更多的利润，想方设法减少投入，采取偷工减料和以劣充好的手段，开挖前不按设计要求施作超前支护、不注浆，爆破作业时减少炮眼数量、增加炸药量，导致隧道超挖或坍塌；初期支护采用不合格钢拱架、拱架间距拉大、连接筋焊接不牢固，锚杆施作长度、数量不够甚至不做、不注浆或者注浆不饱满，喷射混凝土不密实、厚度不足，制造空洞或空壳，二衬厚度不足，仰拱不按设计放置钢结构、不分层浇筑、仰拱填充层不密实等质量问题，造成无法弥补的后果，给以后营运带来安全隐患。

1.3违规操作，安全事故频发

“包工头”为节约成本，不按安全规定配备安全防护设施，在安全生产上弄虚作假、敷衍应付；分包队伍施工作业人员安全生产意识淡薄，隧道施工没有进行安全培训教育，特种作业人员无证上岗，施工现场违规操作，造成安全事故频发。

1.4拖欠民工工资，导致的发生

“包工头”将项目部结算工程款私自挪用，长期拖欠民工工资，层层分包加剧工资发放的难度，易发生民工上访等群体性恶性事件以及经济纠纷和民事诉讼。施工企业将承受巨大的经济、名誉损失。

2班组化在隧道施工中的应用

兰永五标项目部改变以往隧道施工分包管理的模式，在恐龙湾隧道施工中组建了项目部直接管理的五个专业施工班组，使质量、安全始终处于可控状态，确保了工程项目顺利完成施工任务。

2.1工程慨况

恐龙湾隧道为左、右分离式，单洞全长2351m，纵坡为2%，属中等埋深长隧道。围岩级别为Ⅳ和Ⅴ，稳定性较差。

2.2班组化的组建

兰永五标项目部根据项目实际情况，结合路桥集团公司下发的《甘肃路桥建设集团桥梁隧道工程实行班组作业模式指导意见》和《甘肃路桥建设集团桥梁隧道工程实行班组作业模式操作指南》的要求，从职工队伍中选拔具有责任心和事业心的职工为班组长，在恐龙湾隧道施工中组建了开挖班、出碴班、初期支护班、二衬班、辅助工班专业施工班组，以身体素质好、有经验的技工或劳务人员为班组成员，签订《内部承包合同》，制定了人员、材料、财务、机械、工资分配等管理制度和办法，把安全、质量、进度等责任落实到班组、落实到个人、落实到每道施工工序上，作业班组的日常生活纳入到项目部的统一管理中，进一步强化了现场施工技术规范、安全规范、操作规程的执行力度。

2.3班组化施工管理

项目部直接管理各施工班组，管理人员和技术人员现场指导、检查、监督各班组施工过程，对各工序的重点部位实施动态管理，每一道工序都经过严格的质量检查、检验和检测，及时整改不符合标准的作业方式。项目部统一组织调配施工所需机械设备、主材、耗材等，安排专人负责钢筋加工厂、拌合场、库房、材料采购，并根据隧道的结构设计和支护方式，科学安排工艺流程，合理的控制材料消耗、有效的杜绝了偷工减料现象的发生。

2.3.1做好进度计划

项目部根据工期要求，合理划分阶段性施工任务，每月各给各班组下达施工任务令，月底进行绩效考核和工程结算，按合同规定进行薪酬的发放。

2.3.2落实三级技术交底制度

项目部负责各班组技术工作，坚持安全、质量技术交底制度；各班组在进场施工前，由技术部、安全部对各工序施工工艺、质量控制、安全注意事项等进行详细交底，并留有记录；并对施工过程进行监督、检查，严格按技术交底内容组织施工。

2.3.3强化质量管理

项目部对劳务班组质量管理具有主动权。为了保证衬砌质量，每10m检测钢拱架间距、初期支护喷射混凝土钻芯和混凝土强度，对不合格段及时进行返工处理，并根据监控量测数据及时调整预留沉降量。为确保仰拱施工满足设计要求，每50m进行钻芯取样检测。从测量放样、爆破作业入手，严格控制光面爆破工艺，减少超欠挖现象的发生。通过多项质量管控措施的落实，恐龙湾隧道二衬厚度合格率100％，初期支护喷射混凝土厚度合格率100％，钢拱架间距全部符合规范要求，二衬和初期支护混凝土密实、无空洞。

2．3．4加强进度管理

劳务班组与项目部利益一致，通过绩效考核等有效的激励机制，提高了劳务班组的工作效率与积极性，在施工紧张时能全力以赴从事生产，从而解决了分包队伍与项目部讨价还价的矛盾，项目部在进度控制上有了更大的执行力。另外，在这种作业模式下，管理和技术人员齐心协力抢时间，抓工序衔接，改变了项目和施工一线脱节的现象。

2．3．5落实合同承诺

项目部按照《内部承包合同》进行绩效考核，充分调动管理人员、作业工人的生产积极性。

2.4班组化施工安全管理

建立和完善安全质量管理体系，明确责任，实行安全质量逐级负责制；定期开展施工机械设备安全隐患排查专项整治，排查隐患、落实安全长效机制。通过建立项目安全培训教育中心、班前安全讲评室等手段，加大安全培训教育工作力度。积极推行安全标准化建设，规范安全生产行为。隧道洞口实行门禁管理系统和隧道进出洞人员定位管理系统，并设置LED显示屏，能及时、准确的概述恐龙湾隧道施工工序和进洞作业人数。自开工以来兰永五标项目安全一直处于可控状态，未发生任何安全事故。

2.5班组化施工的成本管理

项目部加强项目成本管理，严格实行当月核算、考核、分析，当月结算兑现、奖励，坚持每月25号召开责任成本分析会，各部门按照对口管理原则，制定成本控制措施。

2.5.1班组化施工的材料控制

隧道施工材料费占施工总成本的70%—75%，项目部成本管理主要是控制物资，工程部核算物资计划台帐，设材部严格把关采购计划，每月定时开展剩余材料盘库，建立健全材料进、出库制度，消除了分包模式下项目部管不了材料的弊端，兰永五标通过班组化管理材料消耗得到有效的控制。

2.5.2班组化施工现场管理

隧道项目中人工费占到总成本25%—30%，现场管理涣散、窝工或安排不当，都会加大管理成本。兰永5标项目部每天晚上召开作业协调会，要求工程、机械、材料、测量等相关人员参加，安排第二天的工作顺序，明确各自的任务，确保隧道施工各工序、各班组紧张有序的开展，每月按期完成制定的施工任务。

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2预防控制措施建议

(1)建设单位要充分发挥建设管理龙头作用，以标准化管理为抓手，强化源头、过程和细节控制，积极推进机械化、工厂化、专业化、信息化等现代化施工管理手段的应用，认真落实安全风险和质量控制关键环节的监管，强化隧道工点的围岩监控量测、超前地质预报的管理，切实提高参建各方的质量安全意识和管理水平。在工厂化方面，建议在指导性施工组织设计中明确要求组建钢结构加工厂，对隧道模板台车、型钢钢架、钢筋网片、超前小导管等钢构件集中加工制作、统一配送，有效卡控偷工减料、质量不达标等问题发生。在机械化方面，组织研发防水板铺设机，大力推广使用移动栈桥、喷射机械手等先进设备，提高工序施工质量和效率。在专业化方面，全力推行架子队管理，坚决清理违法分包、转包、以包代管等行为，强化过程控制和现场管理的标准化。在信息化方面，推广应用工地试验室压力机、万能材料试验机等检测数据的在线实时监控，混凝土拌和站计量偏差、拌合时间等数据的在线实时监控，隧道围岩量测断面数据采集和围岩收敛情况的实时报告、分析等，及时防范和消除质量安全隐患。(2)强化勘察设计工作在隧道施工质量安全管理的源头作用。在前期勘察过程中，工作要细致，在遇到不良地质及软弱围岩隧道时要加大地质钻孔的频率，选择合理的开挖工法和支护措施，确保工法适应现场;在隧道施工过程中，设计配合工作要及时、到位，遇到围岩状况发生变化时要及时核实现场地质情况，及时出具变更设计文件，及时指导现场施工。(3)强化质量安全“红线”管理，施工现场存在擅自改变设计工法和安全步距超标时必须暂停掌子面掘进，上道工序未验收合格严禁进入下道工序施工。(4)超前地质预报和围岩监控量测，要严格纳入工序管理，选择专业队伍实施。实施过程中确保预报成果和监控量测数据的真实、有效，及时指导现场施工。(5)强化第三方检测管理，必要时超前地质预报和围岩监控量测可实行第三方监测管理，做到及时发现问题、及时整改，强化过程控制。(6)按照工程质量终身负责制，各建设单位要对隧道工程的施工、监理单位管理人员和检验批等验收签字人员的资格情况进行逐一登记、审核，按规定程序进行变动人员审批管理，确保责任落实的可追溯性，严把检验批、分部分项工程、单位工程验收关。(7)强化教育培训制度，不走过场，真正落到实处。一方面对作业层要坚持安全、技术交底，让每一名作业人员都清楚各工序的作业内容、作业标准、工艺要求以及安全注意事项，做到简明扼要、有针对性和可操作性，有条件可实行班前安全交底和现场实作过程交底;另一方面对管理层要将项目部制定的标段、单位工程施工组织设计以及分部分项施工专项方案传达至各级管理人员，让管理人员明确各自的工作内容、验收标准，并有针对性的进行现场巡查。(8)建立长效考核激励约束机制。一方面建设单位要对各参建单位在铁路建设中的合同履约、质量安全管理行为、工程实体质量、现场施工安全等方面加强检查，对发现符合不良行为条件的应及时进行记录、公示、确定并上报相关部门和单位，严格企业信用评价，并将评价结果与招投标挂钩;另一方面各参建单位要建立内部考核机制，落实岗位职责，将建设项目管理目标层层分解，逐级落实至每一岗位、每一管理人员，对质量安全管理做到分工明确、各负其责。

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2数据介绍

隧道主要应用GPS进行控制网布设进行高程传递。对于控制点来说，由于需要进行拟合处理，在这种情况下需要的数据比较少。以某一桥梁为例，采用20个公共点对三次样条模型和移动曲面进行拟合分析，根据需要数据前四位省略，见表1所示。在数据类别方面，根据GPS高程拟合原理，可以将其分为起算数据、检核数据。其中，起算数据中的点一方面包含大地高，另一方面包含正常高，同时以此为计算拟合模型中的参数。检核数据是已知大地高，高程异常通过应用拟合模型进行计算，进一步获得正常高。本文中将11个数据点作为起算数据，9个数据点作为检核数据，具体分配方案为起算数据13个，分别为1、3、5、6、7、9、11、14、16、18、20点，检核数据9个，分别为2、4、8、10、12、13、15、17、19。

3数据解算结果及分析

分别对三次样条拟合和移动曲面拟合两种模型根据分配好方案进行数据拟合，三次样条拟合法比移动曲面拟合法效果更好一些，两种方法得到拟合结果值与已知各点高程异常值关系如图1。当多跨桥梁长度、隧道长度分别小于3000m、6000m时，通过移动曲面拟合法可以满足精度要求。对于三次样条曲线拟合，在应用过程中，需要注意X分量、Y分量对拟合结果产生的影响，在某些情况下，三次样条拟合出高程异常面会出现失真现象。对于多跨桥梁、隧道来说，当其长度分别超过3000m、6000m时，在这种情况下，通过移动曲面拟合法获取高程数据，在精度方面早已不能满足要求。对测区内一块宽1000m，长5000m区域采用三次样条拟合法和移动曲面拟合法进行高程异常拟合，结果如图2所示。通过对比分析两种拟合方法所得结果及拟合图形，同时结合三次样条和移动曲面拟合原理，可知三次样条拟合法存在一定的局限性，三次样条法拟合法与X分量或者Y分量密切相关，拟合结果受X分量、Y分量的影响，进而影响拟合结果的可靠性。

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2岩堆体特征

2.1外部特征

岩堆体主要分布在山岭区的陡坡上或山麓下，岩堆体深度变化很大，上部较疏松，中下部较密实，深度一般在10～45m，甚至更深。其纵断面一般呈各种形状的三角形，主要由岩堆基底傍依区和岩堆坡面所围成的三角形区域组成。1～3分别表示为岩堆基准面(基底)，支承(傍依)区和岩堆坡面。受地下水影响，岩堆体底部与基岩接触面处一般有可塑状低液限黏土夹碎石软层。一般而言，上下陡中间缓型岩堆的稳定性最好，其次是单面坡型，上陡下缓型岩堆稳定性最差。岩堆体坡面形状，即平面形态。岩堆体大小和范围极不一致，其面积少则几十平方米，大则几平方公里。其平面形态主要有楔形、三角形、舌形、半圆形、梨形、梯形等类型。圆形岩堆相对最稳定，而舌形岩堆和梨形岩堆稳定性最差。

2.2内部特征

岩堆体上部覆盖层为黏土夹碎石，下部为块石土夹黏土，岩堆主要由千枚岩、泥岩、页岩、板岩和片岩的风化产物与砂岩、石灰岩和花岗岩等的岩块堆积而成。碎屑岩类岩堆由砂岩质块(碎)石和玄武岩块(碎)石组成，块石含量70%～80%。碳酸盐岩类岩堆由灰岩质、白云岩岩质块(碎)石组成，块石含量80%～90%。

3岩堆体力学参数

尽管岩堆体的力学性质研究十分困难，但是研究者依然取得了一些有价值的成果，vallejo等对砂石～黏土混合材料的孔隙度与抗剪强度进行了研究，得出混合材料的抗剪强度与砂石、土的比例有关，当砂石的重量比小于40%时，材料抗剪强度主要由黏土的抗剪强度控制;当砂石的重量比介于40%～75%之间，材料抗剪强度由砂石的摩擦阻力和黏土的抗剪强度共同控制;当砂石的重量比超过75%时，材料抗剪强度主要由砂石的摩擦阻力控制;混合体抗剪强度随含石率增加而增加。可以根据现场岩堆体的坡度来初步判断岩堆体的摩擦角。岩堆的含石率较高，岩堆表面坡度一般也较大;相反，坡度相应变小;随着岩堆的增加以及雨水的作用，将逐渐密实，因此对早期的岩堆，其稳定性高。岩堆体整体松散，其粘聚力低，岩堆体的粘聚力为大约8～20kPa。

4岩堆体对隧道施工的影响

在穿越岩堆体隧道的施工中，导致进洞困难的根本原因有两个方面:一是水患，二是围岩松散软弱。施工中的困难具体表现为:卡钻与孔塌现象，严重影响喷锚支护的施工速度，增加施工成本;锚固力不足、坍塌现象、边坡失稳、涌水现象、流砂现象。

5岩堆体隧道施工控制措施

针对以上问题，在岩堆体隧道施工过程中，采取的防治措施主要有两大原则。一是，隧道防排水设计原则:“以排为主，堵、截、防、排相结合”;二是，隧道开挖原则:“减少对围岩的扰动、先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭”。具体措施包括:

1)对于施工过程中的成孔困难。采用锚杆钻机跟管钻进的方法、套管跟进取代管棚，此外还可采用小导管径向注浆取代中空锚杆径向注浆的方法;

2)针对锚固力不足的问题。采用管锚与注浆联合支护技术，全面调动了围岩自身承载能力，是目前解决岩堆体支护问题的最有效手段;

3)对于边仰坡失稳及围岩软弱问题。主要是进行小导管注浆、网喷支护处理边坡;

4)对洞内流沙。开挖时应准备草束或麻袋，随时堵塞缝隙，以免漏砂引起坍塌;

5)针对失稳，偏压问题。在岩堆体中隧道施工，采取大管棚注浆超前支护，短进尺，弱爆破，及时施作加强型的初期支护，锁脚锚杆，尽早成环，形成封闭结构。

6结束语

1)现有的成果主要是针对具体实际岩堆边坡的综合治理进行研究，对于岩堆的形成条件、机理、几何特征及变形规律，以及岩堆的破坏模式和破坏机理方面的研究较少，在机理分析的基础上提出标准化施工方案及其基本施工措施的研究更少，有待深入研究;

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2隧道建设对地下水环境的影响

地下水渗流系统给隧道的建设和运营造成了严重影响，同时隧道建设也会给地下水环境带来严重影响。隧道工程对于地下水的疏干和改造作用显得尤其突出，目前一些竣工的隧道工程已经表现出对隧址区的严重影响。

（1）隧道对地下水的疏干作用

隧道开挖后，由于集水和汇水作用，地下水不断进入隧道中，地下水动力场因此发生改变，引起地下水的运动通道发生转移，形成新的势汇。随着隧道排水过程的延续，整个隧址区的地下水系统发育形成了新的地下水转移通道，隧道开始大量排出地下水，从而形成一个降位漏斗，漏斗不断扩展，疏干其影响范围内的地面水源，引起地下水与地表水径流发生改变，直接造成隧址区地表泉水流量减少甚至溶泉消失，井水水位下降，水量减少甚至干涸，直接影响当地工农业生产及人民的生活。隧道的建设造成地下水位降低，当地下水位到一定程度时，会使当地土壤含水量减少，植物生长受到抑制，甚至萎蔫、停止生长，给当地的环境带来负面影响和经济损失，尤其是水稻种植区域影响更为严重，原有作物无法继续种植，给正常农业生产造成极大危害。

（2）隧道排水导致岩土应力变化

隧道排水会引起地下水渗流场的变化，造成地下水位下降，饱和岩土层中的孔隙水压力下降，围岩承受的有效应力增加。其次，由于地下水动力场的改变，地下水流方向改变为向隧道中心流动，其方向是向下的，地下水渗流力增大了竖直向下的应力，造成总应力上升，更增大了围岩的有效应力。在有效应力增大的情况下，围岩会发生新的沉降，直到岩体应力达到新的动态平衡。大面积的岩体沉降使隧道的使用效能降低，维护成本增加。隧址区的房屋由于地面沉降普遍出现房屋开裂、倾斜，给当地居民的生产生活带来不便和安全隐患。农田由于土体沉陷而毁坏，无法继续耕种，使得土地基本丧失耕作功能。

3建议处理隧道和地下水关系的对策措施

（1）选择地质条件优良的隧址，是避免或者减轻隧道和地下水矛盾关系的最有效方法。

隧道选址时尽量避开岩体断裂破碎区和地下水蕴藏丰富区域。若选址无法绕避地质不良地段，则应在施工前做好详细的地质勘察工作，对隧址区地层岩性，地质构造，地下水的渗流规律等情况进行详细调查，做好易涌突水段衬砌的防渗措施，避免施工时突水和塌方事故的发生。

（2）对于隧道中的地下水，必须建立"防、排、截、堵结合，以堵为主"的处理理念

根据实际情况选择合适的防排水方案，形成完整的隧道治水体系，并且结合隧址区生态环境的承受力和施工成本因素控制隧道的排水量，减少对地下水环境平衡的扰动。

（3）施工之前应制定完善的施工方案

施工过程中加强水文观测和超前地质预报工作，加强对软弱围岩和断层破碎带的支护，严密监测隧道涌水量，增强动态设计和施工管理，做好各种突水事件预案。

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对于隧道的设计施工，将新奥法原理理论作为参考依据，在设计过程中，把隧道周边岩体渗水经过衬砌之后的倒水设备，进一步往集水沟引入，继尔往隧道排除。如果存在某些排水设备系统不能够正常运行，将水往隧道排出，便会基于衬砌后期形成难以解决的集水现象。在此位置的水充满空隙的状况下，衬砌会受到和地下水位高度相同静水的压力，而并不是基于设计当中的无水压，也不是折减水压。同时，在渗流的动水压力的影响下，衬砌承受的压力会在在很大程度上高于此前设计标准，进而造成衬砌涌水开裂的破损情况。因为隧道铺地基面长期浸泡在积水当中，到列车动力的催动之下，便会引发底部吊空现象，列车经过时产生呼吸作用把碎石排空，也把砂子排空，知识行车产生限速，并且会引发断轨等诸多情况。在排水系统不够顺畅的情况下，便会进一步造成雨季积水等不良状况。

1.2防水设施劣质

在隧道和外部水环境之间，防水层是极其重要的部件，能够在隧道与外部水环境分隔中发挥重要作用。基于隧道工程当中，具备两种防水层：其一是柔性防水层；其二为刚性防水层。对于柔性防水层来说，其效果与材质及施工质量存在很大的联系。若防水材料劣质，没有足够的耐久性，便非常容易在运营一段时间后，将防水能力丧失。对于刚性防水层，由于它的功能和混凝土的性能之间具备一定的联系性，如果防水混凝土的衬砌施工质量比较差，在收缩大的作用下便会呈现孔隙及裂缝等一系列情况，进而使得防水层的防水能力大大降低。

2隧道工程影响作用分析

2.1案例分析

隧道工程在建设过程中，也会对水环境构成极大的影响。隧道工程将地下水渗流原有拥有的平衡破坏，在长期疏干的作用之下，使渗流场产生了极大的变化，进而对地下水正常循环造成了非常大的影响，最后恶化了自然生态环境。以某隧道工程作为案例，该隧道工程全长为15.365千米，洞顶埋深为100米～910米，洞中部属于斑古坳地区，地表面植被非常茂密，年平均气温维持在20摄氏度，年均降雨量为1500mm。此隧道的主要问题是渗漏水现象严重，通过多次整治之后，问题仍旧没有得到有效解决。在长期排水的作用下，致使地下水位呈现下降的现象，井水干涸，并且正常的农业灌溉也受到了非常大的影响。另外，因为地面沉降致使房屋产生变形及开裂情况，使当地农业及生活均无法正常开展，该地区居民只能外迁，从而损失了很大一笔经济费用。对于此隧道工程，对地下水环境的主要影响包括两方面的内容：一方面为疏干地下水；另一方面为渗流场变化使岩土应力发生变化。

2.2疏干地下水

造成自然环境灾害最主要的原因为隧道长期排水。隧道挖掘之后，把水循环系统破坏，例如知识地下水资源被很大程度的流失。在隧道积水与汇水的作用下，使形成地下水运动的方向发生较为的改变。在长期排水的情况下，位于隧道中的地下水系统渐渐将地下水排出。将有关理论当作参考标准，地下水的补给量不能让其排水量得到充分满足，于是其水位便会发生持续下降的现象。在地下水位慢慢减弱的状况下，地下水和地表水径流间都会产生一定程度的变化，以直接的方式导致岩溶泉发生出水量极少的情况。与此同时，也可能造成地表的取水井水位下降及水井干涸等现象，进一步知识居民生活用水尤为匮乏。另外，地下水位下降会知识原农田土壤的含水量大大减退，尤其对水稻区域的影响更为严峻，可能引发无法继续种植的情况，最终对农业的正常运作产生了非常大的影响。

2.3渗流场变化使岩土应力发生变化

首先，由于隧道让许多地下水疏干，进一步让水位产生下降情况，而饱和岩土层当中空隙的水压力则会呈现减弱的趋势，不饱和区域负水压力区变大，在总应力不发生变化的状况之下，有效的应力便会得到进一步的上升。其次，应渗流场发生明显改变，地下水渗流的方向也会随着发生改变，变成在新水力梯度的状况下，便可能朝着隧道中心发生流动，此时方向为向下方向。另外，应渗流方向发生明显变化，地下水的渗流力也会随之发生变化，从而让竖直向下应力加大，最终导致总应力提升。在此状况下，岩土便会产生新的沉降，直至达到新的动态平衡状态为止。土体沉陷则会让隧址区的房屋产生倾斜现象，也会产生开裂现象，进而导致不能继续应用，在土体沉陷对农田造成严重影响的状况之下，便在很大程度上增加了农业耕种的难度。

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2隧道地质情况与施工方法比选

2．1隧道地质情况

地质调查结果表明，SMART隧道所经历的地层主要是KualaLumpur石灰岩（简称“KL石灰岩”），这种地层将是工程面临的巨大挑战，隧道纵断面见图4（a）。KL石灰岩90％以上的成分为方解石，具有典型的Karst地层特征：1）石灰岩地层出露地面形成陡峭绝壁或深切峡谷，见图4（b）；2）长期的水溶作用形成溶洞，溶洞大小可以与隧道掘进机的尺寸相当；3）溶洞往往与地下水相联系，隧道施工过程中的降水活动可能给周边建（构）筑物带来风险；4）在历史上地层出现塌陷的地方往往被松软土层充填，这种松软而不密实的充填物对盾构的掘进施工将存在极大风险；5）施工降水可能引发新的地层塌陷。从施工的角度来看，最为关键的就是岩层的起伏变化以及遭遇大型溶洞。为了准确地确定岩层的起伏变化情况，在2001年利用Mackintosh探钻打了1072个地质探孔。另外，为了解溶洞及上卧层疏松土的松软程度及低密度情况，对2个分岔井间的隧道段，按平行于隧道轴线布置5条线路进行微重力试验。试验结果大致给出了岩石露头的最低点以及大溶洞存在的区域范围。然后又在这些区段进行地质钻孔补测，结果表明微重力试验的结果能大致给出岩层露头的定性而非定量结果。在施工初期又采用电阻物探法进行地层测探，以便获得更多的地层信息。

2．2施工方法比选

基于沿线的地质条件，对明挖法、新奥法以及盾构法等几种常用隧道施工方法进行综合比选，为了减少施工风险以及施工对周边环境的扰动，最终推荐采用盾构施工的方案。在盾构的类型（EPB或泥水平衡）比选方面，一方面泥水盾构较EPB能更好地适应复合地层，而且当时超大断面的泥水平衡盾构已有多个成功案例，而直径大于13m的土压盾构工程还没有先例，因此最终选定2台泥水平衡盾构进行施工。由于水力条件要求，隧道仰拱的标高不能变动，因此隧道掘进施工将不可避免地遭遇软硬并存的复合地层。

3SMART隧道设计

3．1结构设计

根据隧道排洪与公路交通多功能的需要，与常规的交通隧道或泄洪隧道相比，沿线的结构布置、隧道的断面形式以及整条隧道的防灾减灾系统均需要有特殊的考虑和安排。在3km公路隧道的南、北两端各设1座分岔井，作为车辆出入口与洪水入口的分叉点。公路隧道的出入口分别设在KampongPandan环形岔路口和KL／Seremban高速公路的立交处与既有线路衔接。2个分岔井还兼作公路隧道的通风井与隧道泄洪的调压井。另外，3km段交通隧道每隔1km布设1座中间风井。作为防灾措施之一，每250m左右设1座联络通道连接上下层隧道。SMART主体隧道采用盾构法掘进施工，隧道结构采用管片衬砌。综合考虑隧道的泄洪能力以及公路隧道的布置需要，隧道内径设为11．83m。管片设计除了要平衡衬砌厚度与含钢量间的关系外，还考虑管片的正常处置状态（如拼装、翻身等）的受力情况、在高强度石灰岩层中掘进时千斤顶反力集中对管片的作用以及在松软地层中管片的受扭不利工况等。管片采用C50混凝土，厚度为500mm，含钢量为90kg／m3。管片环宽为1．7m，1环包括9块管片，即6块标准块、2块临块和1块封顶块，每块标准块的质量为10．3t，1环的总质量为82t。管片的环向和纵向均采用M25高强度螺栓连接。根据隧道线路布置，最小转弯半径仅250m，管片最大楔形量为110mm。管片不设直线环，直线环由左曲环和右曲环交替拼装而成。中间3．0km公路段，采用双层结构布置，由2道横隔板将隧道分成3部分空间，上部为向南的车道，中间空间为向北的车道。底部的空间用于运营模式2和模式3情况下泄洪。每层各提供3个车道，包括2个宽3．35m的正常车道和1个应急车道。受空间限制，隧道内只能通过高度不超过2．55m的小型车辆。隧道内的设计限速为60km／h，实际显示的限速为50km／h。隧道的内部结构布置见图6。

3．2防水设计

对SMART隧道工程而言，由于兼具排洪和公路交通的双重功能，因此对隧道的防水设计也提出了特殊要求，内部结构的防水要求较常规交通隧道要高得多。盾构隧道管片的防水通过在管片上预留密封沟槽安装EPDM橡胶密封实现，最大压力水头按32m考虑。中间3km的公路隧道段在运营模式2情况下，底部的空间水流按有压流考虑，而中部和上部均为无水环境下的公路交通，因此必须要防止水从底部渗漏到中上部空间，这是SMART隧道防水设计的关键与难点所在。为了最大限度减少水从底部渗漏到下隔板，所有施工缝的钢筋都全部连通，并在接缝处预留压浆管。隔板和竖墙的配筋要足够，以防止混凝土施工的早期裂缝。在C40混凝土配合比设计中选用低水化热的PFA水泥，混凝土浇筑的温度严格限制在60℃以内，对浇筑的隔板采取蓄水养护。为防止水通过管片环缝渗入上隔板，在环缝处设“T”形止水带。另外，在隧道管片衬砌与内衬之间预留压浆管。

3．3防灾减灾设计

SMART隧道工程设计开始于2001年，恰逢欧洲勃朗峰隧道火灾（1999年）和阿尔卑斯山隧道火灾（2000年）不久，因此公路隧道的防灾减灾设计尤为受到关注，为此咨询公司专门开展了火灾的数值模拟分析。假定隧道的下层道路发生2～3辆小汽车相撞产生10MW的大火燃烧60min。采用一维数值模拟分析了中间隔板底部的导热情况，通过分析不同深度混凝土结构的温度来推测混凝土剥落的情况。分析结果表明大火情况下混凝土剥落现象仅限于30mm深度范围，混凝土内部的钢筋不致发生软化现象。另外，作为防灾减灾措施的通风系统也十分重要。3km长的公路隧道按1km间隔共设4座风井，每座风井安装8套通风扇和增压风扇为上下层交通隧道供风，增压风扇主要作用是阻止火灾情况下烟雾进络通道，隧道通风模型见图8。在隧道的出入口设置轴流式风机进行新风补充。通风系统的操作系统与隧道SCAVADA系统相连。用于监测隧道内CO浓度与可视度的仪器安装在联络通道附近，整个通风系统根据监测的结果自动调节风量与风速。3km公路隧道沿线每250～300m间隔设联络通道用于连接上层与下层隧道，具置则根据具体地质情况与施工条件确定。一旦发生火灾，在无事故的隧道层则供增压风，以阻止烟雾进入非事故隧道。电气开关房布置在联络通道的中间，见图9。在联络通道与隧道的连接处设水密门，确保泄洪期间水不进络通道。根据地质条件的不同，联络通道采用马蹄形开挖断面＋现浇混凝土衬砌和椭圆形开挖断面＋喷射混凝土衬砌2种形式。

3．4洪水监测与预警系统

由于SMART工程主要的功能是泄洪，并且还要实现泄洪与公路交通不同运营模式之间的转换，因此洪水的监测与预报系统（FloodDetectionSystem简称FDS）必不可少。该系统除了为公路隧道区间不同运营模式间的转换提供水情预报外，还对SMART工程中各个子系统运营状态进行监测与预警。这些系统包括通信系统、预警系统、隧道内安设的传感器、公路隧道出入口的水密门以及蓄洪池的闸门等。更重要的是在公路隧道按模式2或模式3运行时，该系统将为SMART工程中控室和交通管理中心提供实时完整的信息。洪水监测系统安装在SMART工程中控室，包括7个子系统：1）产流区域监测系统。28个遥感水文站，对河流与产流区域的流量进行实时监测，为FDS系统模型提供输入；2）预报模型系统。带有自动模拟与数据信息处置能力的水文与水动力学模型，可以对所选的地点进行长达2h的流量过程预报；3）预警系统。设置在关键位置的警报站；4）监测与控制系统。对各子系统信息进行整合与智能管理的软件系统；5）CCTV系统。设置在重要位置的摄像头和照相机等，以便对现场进行实时监督；6）SCADA系统。包括FDS与MCC系统的界面，用以SMART系统信息与传播的SCX系统；7）无线与光纤通讯系统。包括无线网络、电话以及光纤通讯系统等。

4主体隧道工程施工情况

4．1盾构设备选型

针对地下水位高、复合地层以及Karst地层特点，盾构选型的准则与依据如下：1）马来西亚土地（包括地下）属于私有财产，根据土地征用的具体要求，隧道的线路尽可能落在地面公路的土地使用范围内，盾构设备必须满足最小半径250m的急转弯情况；2）覆土厚度范围10～20m，因此盾构设备必须满足浅覆土施工的工况条件；3）为提供开挖面正面平衡精度，防止施工过程中开挖面前方坍塌，盾构采用泥水－气平衡系统；4）盾构绝大部分都是在石灰岩中进行掘进，部分区域会遭遇溶洞或岩石露头的突变等情况，盾构必须具备在复合地层中掘进施工的能力。经综合比选，SMART隧道采用2台外径13．21m的泥水平衡盾构进行施工。所采用盾构由德国Herrenknecht公司提供，第1台在合同签订后12个月供货，第2台的到货时间滞后2个月。刀盘的配置必须满足在复合地层掘进的需要，值得一提的是盾构采用了球形主轴承，这样允许刀盘与主轴承间以小于90°的夹角进行切削以满足急曲线转弯的超挖需要，同时也减小了作用在隧道管片上千斤顶的行程差，这样可以实现最大的超挖量达到400mm。这一特性还可以满足在岩石地层条件下，将刀盘缩回为查刀与换刀提供一定空间。为满足不间断地进行气压条件下对刀盘上的刀具进行更换，盾构配备了2个气闸室和1个小一些的材料闸室。盾构还配备了2套超前钻探设备和1套振动探测系统以供对开挖面前方的地层进行超前探测。

4．2隧道主体施工情况

隧道的掘进施工始于2003年11月25日。采用2台直径13．2m的泥水平衡盾构从北侧风井始发朝相反的2个方向始发掘进，盾构TUAH用于北侧隧道掘进施工，盾构GEMILANG则朝南掘进。盾构TUAH于2004年6月从北侧风井始发，经过24周的掘进，于2004年11月，到达北侧分岔井，共掘进了737m。2005年1月底，盾构TUAH从北侧分岔井重新始发开始第2段区间隧道的掘进施工，掘进的长度为4550m。SMART北侧盾构隧道的部分参数见表2。工程经过多次延误后，公路隧道段于2007年5月14日下午3：00正式通车，而泄洪隧道段最终于2007年7月底竣工。就在公路隧道通车后的几个星期内，隧道就进入运营模式3泄洪。截至2010年7月18日，SMART系统对7次灾难性的暴雨洪水成功实施分流，从而使吉隆坡市中心免遭内涝之灾。

4．3施工的主要挑战与应对策略

盾构掘进施工中潜在的风险与挑战主要包括：地层沉降或坍塌、Karst溶洞或坑穴以及泥水逃逸导致地表坍塌隆起、开挖面坍塌和泥水溢出地面等。为了防止所述风险并尽量减少泥水损失，施工中采用了一系列的技术措施与方法：1）针对溶洞的位置、大小、地层特点等信息，基于Mohkam模型对开挖面的平衡压力进行计算分析；2）根据地层特点将掘进分为均质地层中掘进、复合地层（掘进断面中含岩石和沉积土）中掘进、交界面中掘进以及在Karst溶洞中掘进等工况，针对不同的工况条件制定相应的盾构掘进施工参数体系；3）对地表沉降进行实时监测，通过监测数据及时反馈给盾构操作人员以降低地表隆沉与冒浆的风险。施工中采用的一些其他措施还包括：1）根据不同的地层情况及泥浆的损失情况及时调整泥浆的组成成分并补充泥浆量；2）在敏感环境区域采用补偿注浆、压密注浆和岩石裂隙注浆3种方法从地表对开挖面前方地层进行注浆加固。根据不同的具体情况选择不同的注浆方法与浆液配比。当地面不具备条件时，也可以从盾构内部进行注浆加固。

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一、概述

对重要的公路、铁路实现全线覆盖是运营商提高网络质量的一个重要环节，是提高综合竞争力的一个有力手段。从交通角度来看，目前大多数隧道的目的是覆盖盲区，因此需要结合交通线路的覆盖设计来制订专门的隧道覆盖解决方案。

隧道覆盖主要分为铁路隧道、公路隧道、地铁隧道等，每种隧道具有不同的特点，一般来说公路隧道比较宽敞，对隧道里面的覆盖状况，有车通过与无车通过时差别不大。车辆通过时，隧道内剩余空间较大，可根据实际情况选择尺寸大一些的天线，以获取较高的增益，使覆盖范围更大。而铁路隧道一般来说要狭窄一些，特别是当火车经过时，被火车填充后所剩余的空间很小，火车对隧道的填充会对信号的传播产生较大的影响，且天线系统的安装空间有限，使天线的尺寸和增益受到很大的限制。另外，不管是哪种隧道，都存在长短不一的状况，短的隧道只有几百米，而长的隧道有十几公里。在解决短隧道覆盖时，可采用灵活经济的手段，如在隧道口附近用普通的天线向隧道里进行覆盖。但是，这些手段可能在解决长隧道覆盖时不起作用，对于长隧道的覆盖必须采取其它一些手段。因此，对于每段隧道的解决方案可能都会有所区别，必须根据实际情况来选定覆盖解决方案。

在进行隧道覆盖规划之前，一般需要知道以下数据：

隧道长度、隧道宽度、隧道孔数（1、2）、覆盖概率（50%、90%、95%、98%、99%）、隧道结构（金属、混凝土）、载频数目、隧道中最小接收电平（一般为-85dBm到-102dBm）、隧道孔间距、AC/DC是否可用、墙壁能否打孔、隧道入口处的信号电平、隧道内部已有信号电平等。

二、隧道覆盖的信号源选择

为了提供隧道覆盖，一个GSM信号源与一套分布式系统是必要的。信号源的选择，需要根据隧道附近的无线覆盖状况和传输、话务、现有网络设备等情况来决定。隧道覆盖所采用的信号源包括宏蜂窝基站、微蜂窝基站、直放站等。

对于铁路、公路隧道覆盖来说，由于其话务量小，宏蜂窝基站作为信号源较为少用。但是，在城市地铁隧道中，人流量大，话务量也高，这种场合不仅要覆盖站台，而且还要覆盖铁路系统出口等地方，可采用容量较大的宏蜂窝基站。

使用宏蜂窝基站的优点是可以提供更多的信道资源、扩容较为容易、单个基站覆盖能力强；缺点是需要用电缆从BTS设备所在的机房引入信号覆盖隧道、增加了馈线损耗、需要较大的机房等配套设备、总的投资费用高。

对容量要求不是很高的隧道覆盖，可采用微峰窝基站。使用微蜂窝基站的优点是所需设备空间小、所需配套设备少、总的投资费用低。

如果附近有信号源可以利用，则可采用无线直放站来作为隧道覆盖的信号源。采用直放站往往是网络拓展的第一步，在网络容量上升后再用GSM基站来替换。采用直放站作为信号源的优点包括：无需传输、综合成本低、可将远处的话务带给施主小区，使小区的信道利用率更高、安装速度快等。无线直放站有宽带直放站和选频直放站两种，采用无线直放站会使得网络管理复杂度增加，不便维护，另外在采用选频直放站时，施主小区的频率发生变更后，直放站的频率也要进行调整，不利于整网规划和优化，施主天线和重发天线需要有足够的隔离度，造成安装空间上有些困难等缺点。除采用无线直放站以之外，也可采用光纤直放站作为信号源对隧道进行覆盖。

在实际工程之中，必须根据隧道长度、隧道附近的覆盖状况、基站分布、话务分布、建站条件等因素选择信号源，微蜂窝基站和直放站是隧道覆盖建设常用的信号源。

三、隧道覆盖的天馈系统选择

在选择好了GSM信号源之后，则必须根据实际情况配置天馈系统，对隧道进行覆盖。通常有三种不同配置的天馈系统：同轴馈电无源分布式天线、光纤馈电有源分布式天线、泄漏电缆。

1、同轴馈电无源分布式天线

这种覆盖方案的设计比较灵活、价格相对低、安装较方便。同轴电缆的馈管衰减较小，天线增益的选择主要取决于安装条件，在条件许可的情况下，可选用增益相对较高的天线，来提高覆盖范围。该方案的简化版就是采用单根天线对隧道进行覆盖，对于较短的隧道来说，这种方案确实是一种低成本解决方案。

2、光纤馈电有源分布式天线系统

在某些复杂的隧道覆盖环境中，可采用光纤馈电有源分布式天线系统来替代同轴馈电无源分布式天线系统。它更适用于覆盖地下隧道（地铁隧道）和站台。采用光纤馈电有源分布式天线系统的主要好处包括在室内安装的电缆数减少、可适用更细的电缆、采用光缆可降低电磁干扰、在复杂的网络中设计更灵活等，缺点是成本高。

3、泄露电缆

采用泄漏电缆进行隧道覆盖，是一种最为常用的方法，这种方法的好处在于：

可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用分布式天线，手机与某特定天线之间可能会受到遮挡，导致覆盖不好；

信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀；

可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多条天线的工程。

泄漏电缆覆盖设计是一项非常成熟的技术，其设计方案相对简单，本文不作重点分析。下面重点分析采用普通同轴馈电无源分布式天线进行隧道覆盖的设计方案。

四、隧道的无线传播

无线电波在隧道中传播时具有隧道效应，信号传播是墙壁反射与直射的结果，其中直射为主要分量。华为公司基于ITU－R建议，根据试验数据对传播模型进行了修正，得出一简单实用的隧道传播模型，用于进行隧道覆盖设计，该传播模型为：

Lpath=20lgf+30lgd―8dB

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2二衬与冻结壁的相互影响

2．1数值模型建立采用二维平面热单元PLANE55进行数值计算。考虑实际施工参数及冻融影响范围，因隧道的纵深、圈径较大，选取平面矩形模型近似模拟［5－8］。其中，冻结壁单元尺寸为1000mm×1000mm，保温材料单元尺寸为1000mm×20mm，二衬混凝土尺寸为1000mm×400mm。二衬混凝土入仓温度为8．3℃，水化热散热系数m取0．45，最终累计产热量Q0=335kJ/kg。土体、保温材料及混凝土其他热物理参数如表1所示。

2．2冻结壁初始条件隧洞于2013年8月1日开机冻结，2014年1月2日停机并进行末端初衬支护。冻结壁内温度传感器监测温度情况如图2所示。从1月3日到1月8日测温传感器实测数据可以看出，浅部冻结壁温度随深度呈线性关系(R2依次为0．990，0．978，0．971，0．998，0．995，0．981)。为了对冻结壁温度场模型进行简化，以实测数据为依据，假设冻结壁模型30～1000mm深度范围内温度场呈线性分布。考虑到冻结壁表面暴露在空气中，根据实际情况施加对流荷载。

2．3数值模拟与实测结果分析2014年1月8日开始浇筑二衬混凝土，并于二衬浇筑前停止冻结。各温度传感器实测与模拟值对比曲线如图3，4所示，其中图3为混凝土、底板温度实测与模拟值对比情况，图4为冻结壁内温度传感器实测与模拟值情况。从图3实测情况可以看出，混凝土入模后受水化热影响，温度迅速升高，浇筑第一天达到最高温度28．2℃，而后受冻结壁冷量与衬砌表面空气对流影响，温度缓慢降低;底板与混凝土温度变化趋势大致相同，浇筑完第一天达到最高温度8．17℃，而后逐渐降低。由图4实测值可见，C1距底板表面30mm，受混凝土水化热影响较大，1月8日混凝土浇筑完后，在1月9日温度达到最大值2．3℃;C2在1月10日温度升高到－0．31℃;C3～C5范围内冻土温度也有所升高，但也都保持在0℃以下，冻结壁融化范围在30～100mm区间内。浇筑混凝土之前已经停止冻结，1月12日之后，C1～C2范围内冻土温度有所回升，C3～C5范围内冻土温度基本保持稳定，可见100mm深度以内冻结壁受混凝土水化热与空气对流影响，温度出现回升。200mm深度以上冻结壁冷量与水化热热量传导达到短期平衡，温度保持稳定。比较图3中实测与模拟曲线，可以看出底板温度传感器实测值与模拟值吻合很好。图4中C1、C2实测与模拟变化趋势不同且温度相差较大，最大温差6．07℃，C3～C5实测与模拟值吻合良好，且深度越深吻合情况越好。可见，在该工程中采用数值模拟来研究衬砌混凝土水化热及冻结壁30mm以上温度场是可信的。故可采用数值手段来模拟衬砌混凝土水化热温度场，找到混凝土最低温度值，其随时间变化曲线如下图5所示。从图5可见，混凝土浇筑完成后从第60天(1月8日)到第80天(1月28日)温度才降到0℃，从而能保证混凝土有20d的正温养护时间。从数值模拟结果可以看出，二衬混凝土在浇筑完第二天(1月9日)达到最大温差9．2℃。上述结果表明，冻结壁冷量传导对二衬混凝土强度增长影响相对较小，且二衬混凝土内外温差较小，混凝土不会出现温度裂缝的情况。