- 摘 要：隧道工程的特点决定了其工程造价是难于控制的，本文通过对典型类比分析法、变形速率比值判别法、气泡轻量土（FCB）工法等新方法的介绍，较准确地掌握了隧道围岩的应力、应变特点，成功地预防、预报隧道洞口和洞内塌方的发生，从而得出技术创新是实现隧道工程质量和造价双赢的最佳途径。
关键词：典型类比分析法 变形速率 比值判别法 气泡轻量土（FCB）工法 - 1. 前言
随着我国高速公路的快速发展，西部大开发战略的实施，公路隧道工程也迅速增多，仅广东省已建成或正在建设的公路隧道就有51座，全长达46km。去年广东省交通工作的重点是提高工程质量，降低工程造价，而降低公路工程造价更是重中之重。隧道工程由于受多变的地质条件影响，施工技术复杂，施工工序繁多，劳动条件差，遇到不良地质带容易发生塌方，给隧道设计、施工带来很大的不确定性。根据资料介绍，我国隧道工程造价比投标价一般高50%~60%,，最多的达100%,。如何合理控制隧道工程造价？最佳途径是通过技术创新提高地质预测准确性，围岩的特点和规律的定量性，风险预测的科学性，监测手段的可操作性和及时性，从而实现隧道工程造价的可预见性。
2. 典型类比分析法
典型类比分析法是将典型工程的地质条件、相应的施工条件及相应的施工条件对围岩周围位移的影响，类比应用于同一围岩类别的隧道围岩稳定性分析的方法。典型工程指的是充分的现场原位测试资料，其成功经验同行公认，在同一围岩类别有良好的代表性的隧道工程。类比应用的途径是：以典型工程原位测试资料（洞周位移除外，留作检验基准）作输入数据；岩石力学数值分析程序反馈修正后，其洞周位移分析结果应与典型工程实测值尽可能地接近，修正后的程序可供同一围岩类别隧道工程初步设计应用。该方法从取得实测收敛值的第一天起，运用典型类比分析法BMP程序及时进行位移反分析，及早掌握初始地应力侧压系数的近似值，修正设计；并在围岩基本稳定之日，立即得出围岩的等效弹性模量，以进行更准确的围岩稳定分析预测。
2.1 猫山隧道设计要点及施工方法
猫山隧道由于受相邻大桥宽度限制，设计为三心曲墙双洞连拱结构，中隔墙最小厚度1.9m，毛洞跨度达26.91m，衬砌结构采用复合衬砌，主要支护设计参数见表1。
猫山隧道采用新奥法施工，洞室开挖采用台阶法。施工顺序为：中隔墙开挖及浇筑→1号洞上半部开挖及初期支护→1号洞下半部开挖及初期支护→2号洞上半部开挖及初期支护→2号洞下半部开挖及初期支护→二次衬砌。
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猫山隧道主要支护设计参数 表1
- 2.2 施工前的预测分析
在猫山隧道开工前及施工的前期阶段，针对本工程特定的断面形状、尺寸，不同围岩类别的不同支护参数，选取该程序所提供的物理力学参数值，运用典型类比分析法分别对单洞、双洞的洞周变形、应力进行了预测分析，单洞洞周变形预测值见表2。 -
单洞洞周变形预测值 表2
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- 2.3 位移反分析
1）用位移反分析进行围岩类别复核
在以岩石力学理论为基础进行隧道围岩稳定性的分析中，最主要的、影响最大的两个设计参数，就是初始地应力侧压系数λ和岩体等效弹性模量!，根据猫山隧道拱顶沉降和侧墙位移的实测结果，反求这两个参数，见表3。
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不同断面位移反分析结果表 表3
- 2）围岩变形量测时间序列的位移反分析
为了检验猫山隧道围岩变形量测资料的可靠性，应用典型类比分析法对左洞K6+902断面历时59天的5组量测资料，进行了系统的位移反分析，见表4。 -
左洞K6+902断面围岩变形量测序列位移反分析结果表 表4
- 2.4 体会
1）洞周变形预测值计算结果显示，II、III、IV类围岩的位移数量级分别为101mm、100mm、10-1mm，以上位移的变化规律和数量级对实际施工中的位移量测将起到参考甚至控制作用，为判定围岩稳定与否提供依据。
2）在塑性区分析上，II、IV类围岩中塑性区的深度都不大，设计的锚杆长度可较好地控制围岩的稳定。III类围岩中，I号洞侧墙部位塑性区范围和深度较大，随埋深发展较快，因此在2号洞施工过程中应密切观察' 号洞侧墙是否内鼓，并做好水平位移收敛观测，以便及时作出分析并采取补救措施。IV类围岩中，1号、2号洞拱顶部位均未出现破坏区，并且几乎不受埋深变化影响，这是因为拱效应和!类围岩抗压强度很大的原因，据此建议优化设计，取消该部分锚杆。
3）反分析中，由于未计测前洞周变形，实测值比围岩实际变形小，反分析得到的岩体等效弹性模量偏大，因此取小值较合适；而地应力侧压力系数则取平均值较好。
4）时间序列的位移反分析中，K6+902断面侧压系数λ=0.726~0.741, 均值0.736，均方差0.007，相对误差0.009，等效弹性模量E值从422MPa单调下降至199MPa，表明围岩变形量测质量好，位移反分析结果可信度也高。
3. 变形速率比值判别法
该方法是典型类比分析法的一种应用形式，在软弱围岩隧道施工中，断面开挖后，特别是初期支护施作完成的24小时内，能立即对围岩稳定性与支护效果作出定量判别，查明支护保守或不足，如有险情及时发出预报，有效处理，确保施工安全。该方法主要控制指标有允许变形量u0和比值v/v0(v0为实测围岩变形速率最大值），允许变形量u0根据围岩类别（并区分脆性岩体和塑性岩体）与隧道埋深查表得出；比值v/v0为5%~10%，围岩趋于稳定，当比值v/v0达20%左右时，可以认为变形速率显著减小，接近趋于稳定；当比值v/v0达33%左右时，可以认为变形速率减小，有可能趋于稳定；当比值v/v0达50%左右时，可以认为变形速率略有降低。
3.1 猫山隧道2号洞K7+210塌方预报
猫山隧道号洞K7+210断面于1999年6月9日晚发生塌方冒顶，塌方体高度17~24m长度达14m，塌方体积约800m3，由于预报准确，及时将人员、机械设备撤出洞外，成功避免机毁人亡发生。2号洞K7+210量测断面水平收敛值见表5。
2号洞K7+210量测断面水平收敛值表 表1
3.2 体会
隧道工程（特别是软弱围岩工程）开挖后初期支护施作期间，正是围岩变形剧烈、围岩稳定性不明确的时期，而围?quot; 支护系统是否趋于稳定不能光看洞周收敛值是否超出现行规范的允许值。变形速率比值判别法正是通过监控量测，检验预设计的支护类型、参数和施作顺序、时间是否合理，为及时判明围岩稳定性的趋势提供了一个半定量性质的新的方法。
4. 气泡轻量土（FCB）工法
气泡轻量土使用人工土工材料制成，单位体积重量小（γ=5-15N/m3），强度及变形特性满足工程要求（qu=30~500kPa），土料可以利用现场废弃土，毋须碾压施工，在解决隧道工程洞口稳定、偏压、拱顶及仰拱回填等方面具有广阔的应用前景，见图1。-
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图1 隧道偏压处理图
5. 结束语
隧道工程造价的变更主要来自两个方面，一方面是地质勘察不准确导致软弱围岩长度大幅增加，相应地增大了造价，可通过加大钻探密度或施工时采用先进的地质雷达系统进行地质预报予以解决；另一方面是塌方造成，包括洞口塌方和洞内不良地质带塌方。本论文介绍的典型类比分析法、变形速率比值判别法、FCB工法可成功地预防或预报塌方，另外采用先进的监测手段（如隧道全断面仪）对隧道施工安全也将起到十分重要的作用。总之，技术创新可以实现隧道工程质量和造价双赢。-
参考文献
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1. 李世辉. 隧道支护设计新论. 北京：科学出版社，1999
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