辅助工法在控制技术中的应用

隧道变形及其控制技术,辅助工法在控制技术中的应用,在我们的工程实践中，我们已经认识到辅助工法的重要性，在这方面我们也做了相当的努力，取得的成就是不言而喻的,我们许多隧道都是采用在有效的辅助工法建成的就是一个证明。在不良围岩或特殊围岩中修筑隧道，辅助工法是不可缺少的技术对策。为了清楚地说明辅助工法在控制隧道变形和松弛中不可忽视的作用，作为预备知识，我先提出一个隧道技术人员应该具备的三点基本认识和四项基本原则。,三点基本认识,第一点：隧道结构物的特点众所周知,隧道施工的基本目的是在各类地质体围岩中修筑为各种目的服务的、长期稳定的洞室结构体系。在隧道工程的设计、施工和运营中，我们必须清楚地认识这种结构体系的特点。,从结构角度看,这个结构体系是由周围地质体（围岩）和各种支护结构构成的,即：洞室结构体系=周围地质体（围岩）+支护构件它是由天然的、具有固有的应力场、渗流场、温度场的地质体和人工的支护构件构成的，这与地面结构体系是完全不同的。在这个结构体系中，周围地质体（围岩）起着主导的作用。例如在充分稳定的地质体（围岩）中，可以不需要任何结构意义上的支护构件，而处于长期稳定的状态。如一些天然洞穴的存在，人工修筑的无支护构件的洞室（黄土窑洞、无支护坑道等）等。就是需要支护的地质体（围岩），也只是需要薄薄一层喷混凝土或者几根锚杆、几榀钢架就可以使之成为稳定的结构，这也说明，周围地质体是主要的承载体。,第二点：隧道施工过程的特点从工程结构的角度看，这种结构体系的形成则是通过一定的施工过程或者说是一定的力学过程来实现的.这个过程大体上可作如下表达。与之相适应的力学过程如下,简单地说，这个过程是动态的，力学状态的变化过程。隧道施工也就是一个应力释放与应力控制的过程。应力释放到什么程度？，是可以通过一定的人为的干涉手段(支护)加以控制的。因此，施工过程就是利用和控制围岩动态变形（应力）的过程。认识这一点是非常重要的。,第三点、隧道变形过程及其类型,前面提到，隧道工程，归根结底，就是一个应力释放和应力控制的问题。应力释放的直接后果，就是引起周边围岩的变形和松弛。因此，应力控制实质上就是控制围岩的变形和松弛。也就是说如何在开挖和支护过程中，使围岩不松弛或少松弛。这是隧道设计施工的主要原则。围岩松弛与围岩变形直接相关。也就是说要想控制住围岩的松弛，就要控制住围岩的变形。因此，认识和掌握围岩在开挖后是如何变形及其变形的过程是非常重要的。,从图可知，在计算条件下，从掌子面前方到掌子面后方一定范围内的拱顶下沉分布规律，大致如下。1）隧道开挖后在掌子面前方一定范围内（2a5a）产生了下沉，我们称之为“先行位移”或称为掌子面前方的位移；2）在掌子面处，产生一定量的“初始位移”，此值与地质条件关系密切，视围岩条件的不同，约为最终位移值的2050左右，这个位移是开挖后瞬间发生的；我们目前的量测技术是量测不到的；3）在掌子面后方，随掌子面的推进，产生不断增大的位移，其特点是初期的位移速度很大，而后增长的速度逐渐减缓，并趋于稳定。这是处于一般围岩中的隧道变形的基本规律。,这是一个随着掌子面推进的围岩位移测定例。在隧道拱顶上方2m的位置设一个长50m的水平铝管，根据测定的弯曲应变计算位移。,总之，隧道开挖后的变形可以通过以下二维和三维图示表示。下图是二维表示的概貌,下图是三维表示的开挖后位移概貌。,由上述各图可知，隧道开挖后隧道的变形可分为掌子面前方的先行位移、掌子面位移及掌子面后方的位移三种。这三种位移是同时发生的。在所隧道施工中，各种支护方法的就是要抑制这些位移的发展，也就是抑制由这些位移引起的围岩松弛。因此，对设计、施工来说就是要搞清楚这三种位移（变形）的产生条件和发展规律，并通过什么手段来控制其发展。,隧道设计施工的基本（原则）理念,上述3点基本认识，直接引申出来的就是隧道设计施工的4点基本（原则）理念。1、最大限度地利用围岩固有的支护能力；2、必须以不同的施工方法和支护方法，控制开挖后产生的不同的位移；3、初期支护与围岩必须成为一体，才能发挥其控制变形的功能；4、在不良地质、地形条件下，初期支护断面早期闭合，极力控制围岩的松弛及其发展。,如何实现上述（原则）理念，是需要我们认真对待的问题。所谓的隧道施工技术都是围绕上述理念形成的。例如，如何控制掌子面前方的先行位移？；如何控制拱脚下沉？；如何利用围岩固有的支护功能？、如何快速使初期支护断面早期闭合？等等问题，都需要一定的施工技术，予以解决。在这方面，我们通过大规模的隧道施工，积累了不少的经验，但与国外同类技术相比，还是有一定差距的。,一、控制隧道变形的关键技术,这里所谓的关键技术，就是开挖和支护中的关键技术。开挖是应力释放的方法，不同的开挖方法，应力释放的过程及程度也是不同的，支护则是应力控制的方法，同样地，不同的支护方法应力控制的过程和程度也是不同的。除开挖、支护作业外，其他作业都是辅助性的，如运输、排水、通风、量测、地质超前预报等。但这些作业也是左右开挖、支护成败的关键，也不能忽视。因此作为关键技术主要指：开挖、支护。,开挖、支护作业的关系定位,在矿山法施工中，开挖和支护是密切相关的。根据地质情况，其关系大致可分为以下几类：只挖不支；在无需支护的硬质围岩中采用的方法；先挖后支；开挖后进行支护的一般地质、地形条件下采用的方法；先支后挖；开挖前进行支护的特殊地质、地形条件下采用的方法。我主要谈在“先支后挖”情况下，应该采取的技术对策，即：辅助工法。,所谓的“先支后挖”的基本概念就是：在特殊地质、地形条件下要：1、先行支护（预支护）抑制掌子面前方先行位移（变形）和掌子面位移（变形），确保掌子面和拱顶的稳定；2、开挖后再用初期支护抑制掌子面后方位移、拱脚下沉、及早闭合断面，使变形（位移）在一定范围内收敛，形成一个稳定的隧道结构体系。一般说，初期支护只能抑制掌子面后方位移的发展。对控制先行位移和掌子面位移是无能为力的。因此，为完成上述任务，就不得不借助辅助工法。这也说明了，辅助工法在不良地质、地形条件下修建隧道的重要作用。,二、辅助工法的分类及应用,三、控制掌子面失稳的技术,1、倾斜的掌子面,英国最近在几座铁路和公路隧道中。为了提高掌子面稳定性和作业人员的安全，采用倾斜的掌子面进行开挖，取得了良好的稳定效果。其施工步骤示于图18。,图18斜掌子面的施工步骤,图19是不同形状掌子面的解析结果一例。塑性区的比较位移分布的比较,2、掌子面锚杆,设置掌子面锚杆的目的是给全断面开挖创造条件。掌子面锚杆的长度一般都在1224m之间，是比较长的。因此，必须具备打长锚杆的设备和技术。下面是意大利采用掌子面锚杆加固掌子面前方围岩的一些示例（图20）。,日本近期施工的一些隧道也开始采用掌子面锚杆的方法来提高掌子面的自稳性、一直掌子面前方围岩的坍塌和先行下沉。例如在六户隧道因地表面存在重要的结构物，要求控制开挖引起的先行位移，就采用了直径76mm，长18m（搭接长度6m）的纤维掌子面锚杆。图21是锚杆的详图、照片6是其施工状况。,图23最大剪应变分布的比较,图22拱顶下沉、地表面下沉、掌子面挤出量的比较,日本在阿部仓隧道中采用的开挖面注浆式长锚杆，为了解决易于拆除的问题，横向开槽的钢管，如图24所示。开槽锚杆的规格：STK400，76.35.2t，L12.5m。注浆材料采用水泥系或二氧化硅树脂系。开槽锚杆的最大特征是：每50cm在钢轨周围设一个槽，与过去采用的钢管、钢棒正面锚杆比，岁开挖面进展易于切断，拆除容易。图24是日本采用金属锚杆的一个事例，可以借鉴。,掌子面锚杆是向掌子面前方大致水平的打设锚杆的工法（图5.22）。掌子面锚杆有短锚杆和长锚杆，前者是以防止松弛和裂隙张开等小崩落和岩块掉落为目的的，后者则以控制先行位移为目的的。图5.22长掌子面锚杆,掌子面锚杆的材质，考虑不妨碍开挖，多采用玻璃纤维锚杆（GFRP、照片5.1）。,表5.6锚杆用GFRP材料的特性,掌子面锚杆在开挖后还有适当长度留在围岩中，因此，搭接是很重要的。短掌子面锚杆一般长36m，长掌子面锚杆一般长915m，根据施工条件也有采用长度达40m的超长掌子面锚杆的。短掌子面锚杆，应一边观察掌子面状况，一边按一定间隔（12m）或者随机设置。短掌子面锚杆的施工例示于图5.23。,长掌子面锚杆一般用钻孔台车钻孔或者用专用机钻孔。根据2000年关于掌子面锚杆的实态调查，如图5.24所示，锚杆长度多在1020m的范围内。其中12m长度的锚杆应用最多。,长掌子面锚杆的应用例示于图5.25。,本事例的掌子面锚杆长12.5m，搭接长度3.5m，每隔9m打设一次。采用的GFRP管，如照片5.1所示，外径76mm，壁厚8mm。素管的抗拉强度约1000kN，但接头部的抗拉强度约200kN，是素材部的1/5。因此，接头部的接头强度采用STK400，101.6mm、壁厚4.2mm的钢管加工的，其抗拉强度大致相同。,掌子面锚杆的锚固材料，如图5.26所示，采用砂浆等水泥系和尿烷树脂系材料。对锚固材料的要求水准列于表5.7。,注：高；：中；：低,3、留核心土,这也是我们经常采用的方法。日本对不留核心土，留核心土以及不同台阶长度的影响等进行的一项研究说明，不留核心土的场合，掌子面挤出量超过70mm的部分可达到掌子面前方1.3m，而留有核心土的场合，掌子面挤出量超过70mm的部分，只达到掌子面前方0.6m处。核心土对掌子面起到了控制掌子面挤出的效果（图25和26）。,四、控制拱顶失稳、坍塌的技术,在复杂地质、地形条件下，要想安全施工必须确保掌子面的稳定和极力控制围岩的松弛和坍塌，除加强初期支护外，必须采用有效的超前支护技术。超前支护技术它不是辅助性的，而是支护技术中的主要方法之一，与喷混凝土、锚杆以及钢架具有同等的重要性。,1、超前支护,超前支护依其构筑方法，大体上分为以下几类。短超前支护：25m左右，日本以插板法和预衬砌法为主；中超前支护；510m左右，以水平喷射注浆方式为主；长超前支护：1015m左右，以长钢管注浆方式为主。,1）短超前支护，预衬砌和短插板支护,示例一：插板法这是日本在土质围岩隧道中采用的一种方法。施工证实，这是一个超挖少，围岩没有松弛的、可以用于任意断面形状的开挖方法。在土质隧道施工中，插板法可以根据地质、埋深、地表结构物等进行设计。设计出适合周边环境和能够正确推进的插板和稳定机构。其推进千斤顶的推力是10t/台，可以人工操作、连续作业。此法一直到目前，在城市矿山法隧道施工中应用。,示例二：压入式短超前钢管工法压入式短超前钢管工法作为受到拱顶附近有软弱围岩时的掌子面稳定对策，在几座隧道中得到了应用。此法是把直径48.6mm，长24m的钢管，用台车的钻机压入。图29是压入式短超前钢管工法图，照片9是其施工状况。与我们的小导管极为相似。,图29压入式短超前钢管工法,示例三钢管钢背板压入打击工法（SSPB工法）钢管钢背板压入打击工法（SteelpipeSteelsheetpipePressfitBlowMethod）是在拱顶附近地质软弱的场合，作为稳定掌子面的对策而实施的，在几座隧道中得到应用。此法是在直径65mm的钢管上安设轻量钢背板，搭载在台车的导轨槽中，用钻机的压入力和打击力，打入掌子面拱顶的前方。钢管具有使钢背板成为连续的拱的效果、提高超前支护的刚性效果以及使外周围岩挤密的效果。钢管钢背板比注浆方式的改良体的刚性高，能够确实地形成拱形结构及周边围岩挤密效果。,示例四：预衬砌法预衬砌法是用厚约混凝土壳或砂浆壳，形成比较柔软的拱壳，也可以用厚约形成刚性比较大的拱壳。柔软的拱壳主要用于稳定掌子面，刚性大的拱壳用于控制地表下沉。,日本预衬砌法的标准参数如下。预衬砌厚度：设置范围：（）设置角度：（）纵断方向钻孔长度：.纵断方向充填长度：.搭接长度：.超前残余长度：.（.）铁道和公路隧道的横断面的标准模式和纵向的标准模式示于图34。,2）中等长度的超前支护水平喷射注浆方式是中等长度超前支护的主要方式，日本规定的标准参数如下：喷射改良体直径：（600800mm）设置范围：（）设置角度：（）纵断方向改良长度：（6.013.0m）搭接长度：.（1.03.0m）超前残余长度：4.0（3.04.0）设置间距：（）标准设计断面示于图39。,3）长钢管超前支护在全断面开挖中，由于掌子面暴露的面积大，当需要采用超前支护稳定掌子面时多采用长钢管超前支护。日本规定的长钢管超前支护的参数如下：钢管直径：.（76.3114.3mm）设置范围：（）设置角度：（1）纵断方向注浆长度：12.5（5.517.5m）搭接长度：.（1.01.75m）超前残余长度：.（.）设置间距：（36）标准设计断面示于图41。,从目前隧道支护技术的发展趋势看，超前支护是一个很重要的领域。日本在新的城市矿山法隧道设计标准中，已经规定短、中、长三种超前支护的基本参数。这对进一步发展超前支护技术具有重要意义。,五、加强初期支护,初期支护是抑制掌子面后方位移的主要方法。目前，加强初期支护有两种做法，一种是加大喷混凝土的厚度、加密钢架间距或者缩小锚杆间距；另外一种做法是改变喷混凝土的性能、提高钢架的规格和采用抗拔力大的锚杆。我们目前主要采用前一种做法。国外则主要采用后一种做法。显然，后一种做法是符合技术发展的要求的。,a）喷混凝土,初期支护技术的发展的重要方面是喷混凝土技术的发展。因此，在加强初期支护时，也主要加强喷混凝土的功能，具体地说，就是加强喷混凝土的强度和刚性。众所周知，喷混凝土的强度和刚性是可以改变的。也就是说，我们可以根据开挖后围岩变形的实态，来改变喷混凝土的强度和刚性，来控制其变化。对控制掌子面后方变形的基本要求是：控制初期变形速度。一般说在先支后挖场合，初期变形速度是比较快的，如果能够控制其变形速度，就可以控制最终的变形值。一般说初期变形速度是指开挖和1天内的变形值。因此对喷混凝土1天的初期强度就提出了不同的要求,初期支护技术的发展的重要方面是喷混凝土技术的发展。因此，在加强初期支护时，也主要加强喷混凝土的功能，具体地说，就是加强喷混凝土的强度和刚性。众所周知，喷混凝土的强度和刚性是可以改变的。也就是说，我们可以根据开挖后围岩变形的实态，来改变喷混凝土的强度和刚性，来控制其变化。对控制掌子面后方变形的基本要求是：控制初期变形速度。一般说在先支后挖场合，初期变形速度是比较快的，如果能够控制其变形速度，就可以控制最终的变形值。一般说初期变形速度是指开挖和1天内的变形值。因此对喷混凝土1天的初期强度就提出了不同的要求。,喷混凝土的刚性，喷射过后是不大的，而隧道发生的净空位移则是在短时间发生的。两者的关系，即隧道掘进速度和喷混凝土的硬化速度（刚性增进速度）的关系，决定了喷混凝土赋予围岩的支护反力。根据日本学者的研究，伴随掌子面掘进的围岩变形，是随掘进速度和喷混凝土的刚性增进速度而变的。图60充分说明了这一点。,b）锚杆,在先支后挖的场合，有必要对锚杆的作用进行深入研究和评价。一般说，在采用超前预支护的场合，如注浆小导管、长钢管超前支护等，在其设置范围内的系统锚杆是可以取消的，因为其作用已经为超前支护所代替。但侧壁范围的锚杆，不仅不能取消，甚至还要加强。因为在先支后挖的围岩条件下，多数是侧压力比较大，因此，适当加长锚杆或改用水平锚管都是有效果的。在浅埋隧道或隧道洞口段，因为开挖易于引起隧道上部围岩的整体下沉，在这种场合，锚杆也起不到支护的作用，也可以取消，这已经为实践所证实。实际上，为了控制掌子面后方的变形，拱部系统锚杆也可以用斜向锚管代替，其支护作用与我们的注浆小导管类似。,c）钢架,在先支后挖的围岩条件下，钢架是不可缺少的。从及时承载和控制变形的角度看，钢支撑比格栅好，但钢支撑的架设要求比较严格。采用钢支撑时，钢支撑是首先受力的，而后喷射的混凝土受力较小，当钢支撑间隔很小时，喷混凝土几乎不受力。因此，钢支撑间隔不宜过小，一般控制在1m左右为宜。使钢支撑与喷混凝土的受力比较均匀。日本的钢支撑多采用H型钢，我们多用工字钢，何者为宜应加以比较。目前采用的工22钢支撑，其高度达22cm，再加喷混凝土要求的保护层厚度，喷混凝土厚度至少是28cm。喷混凝土的厚度偏大。要减少喷混凝土的厚度，一个是采用低高度、高强度的钢支撑，一个是不设置保护层。从其它一些国家施工看，很少有钢支撑保护层的规定。因为钢支撑本身就是在喷混凝土包裹之中，而且是隐蔽在防水板或二次衬砌之后，是否需要设置保护层值得进一步研究。,如何使围岩、喷混凝土、钢支撑、锚杆成为一体，充分发挥支护的作用，要解决一个施设步骤问题。一般说，开挖后，都是先喷一层混凝土（初喷），而后架立钢支撑，再喷混凝土到设计厚度，最后打锚杆。钢支撑需要不需要保护层？也是一个有待解决的问题。,要使四者（围岩、喷混凝土、锚杆、钢支撑）成为一体是需要下功夫的1、喷混凝土必须与围岩密贴，也就是要求喷混凝土与围岩必须具有一定的附着强度；2、钢架必须与初次喷射的喷混凝土密贴，其措施就是在钢架和喷混凝土之间，以一定的力打入楔块，使钢架与喷混凝土紧密接触；3、锚杆要把喷混凝土（包括钢架）与围岩联系在一起形成一个围岩、喷混凝土、钢架的结构体系，这就要求锚杆最好在最后施设。日本在2006年的隧道规范中明确规定“在围岩条件恶劣的场合，初期支护的施设步骤是：初次喷混凝土、钢支撑、二次喷混凝土、锚杆。,锚管工法,日本在北陆新干线峰山隧道的预计发生大变形区间，曾试验采用锚管代替锚杆的方法，对控制变形获得一定效果。峰山隧道以块状泥岩为主，围岩强度低而且具有膨胀性，预计可能发生大变形。因此，为了控制隧道的变形，采取了早期闭合的短台阶开挖方法。并确定以下原则：把500mm以内的变形控制在变形富余量以内；基本上采用短台阶开挖方法，并以刚性支护为主；采取具有刚性和承载力大的支护结构。,基本构思是提高锚杆的刚度和韧性。新的支护构造示于图65。此构造的蕊材采用钢管（直径：76mm；壁厚：4.2mm；材质：STK400）。此外，从隧道净空侧打入异形棒钢（直径：22mm；长度：1.5m）。用注浆使之成为一体。钢管的配置示于图66。沿纵方向向掌子面倾斜45角配置。插入棒钢是为了固定锚管，回避在钢管端部套螺纹，削弱钢管承载力的问题。,在长20m的试验段进行了锚管的试验施工。其支护模式示于图68。锚管横向间隔0.9m，纵向间隔2.0m，交错配置，向掌子面前方成40角放射状打入。为了掌握锚管的性能进行了实地量测。,图69是试验区间及其前后标准模式区间的位移比较。与标准区间比较位移最大抑制了48。,图70是壁面位移发生过程的比较。标准区间的壁面位移模式是从两侧挤出，拱顶向上挤，而锚管则都是向隧道中心挤出。,控制拱脚下沉、失稳的技术,在台阶法施工中，控制拱脚下沉我们目前采用的方法有扩大拱脚、锁脚锚杆、临时仰拱、横撑等方法。这些方法用得好，还是有效果的。日本也采用上述方法，但目前已逐渐改用下述方法。,示例一,日本在埋深为0.15D1.8D、凝灰质的堆积物的地质条件下，采用了弯曲钻机设置弯曲形脚部钢管桩（图48）控制钢支撑的下沉，其效果极佳。,表20是有无脚部钢管桩的脚部下沉的比较。,表20脚部下沉的比较表,脚部补强有向支护脚部的围岩注浆、打锚杆和桩等补强方法，来分散荷载和增加围岩的承载力，以及采用下半断面开挖时防止围岩崩落的工法等。,脚部补强有表5.8所列的工法。它可以把集中在脚部的荷载分散到周边的围岩中，同时提高了脚部围岩的强度和变形特性，而能够抑制围岩的破坏和变形。同时也有抑制剪切变形和抵抗水平力的效果。脚部补强的效果汇集在表5.9，概念图示于图5.31。,图5.32是最近开发的，采用曲线钻孔技术，用弯曲钢管、速凝砂浆，能够支持下次开挖钢支撑的钢管桩工法。图5.32采用曲线钻孔的脚部补强工法,示例二,日本近期又开发出高承载力的脚部支持钢管工法。即在普通钢管上加工一些深约8mm的凹形槽，来提高充填材与钢管的附着力，进一步提高了控制下沉的效果。照片17是高承载力钢管系统概貌。,由于钢管上加工一些凹形槽，使局部钢管内径减小，为了不妨碍排泥，凹形槽是斜向加工的。通过试验证实，带凹形槽的钢管比直钢管的附着力约大8倍。直钢管附着力平均为35.1kN/m，带凹形槽钢管的附着力平均为244.1kN/m。钢管与水平交角为70度。,示例三,最近日本在东北新干线的4座隧道中，采用水平锚管和斜锚管来控制拱脚下沉，也有相当的效果。水平锚管的直径约6576mm，长度2.755.5m。图51是水平锚管的详图。,示例四,在另外3做隧道中还采用了用图52所示的喷混凝土加固脚部的方法。除扩大支持面积外，在纵向形成一个连续的梁。,总而言之，日本及国外对控制拱脚下沉的技术，极为重视。在隧道施工中，特别是在特殊地质、地形条件下，采用台阶法施工时，已经成为不可缺少的技术手段。我们的经验也充分证实了这一点。,初期支护的及时闭合,在复杂地质条件下，一个重要的原则，就是尽可能地在短时间内闭合断面。包括分部开挖断面的临时闭合。如上台阶的临时闭合、各种导洞的临时闭合等。施工中虽然大家都认识到临时闭合的重要性，但常常却做不到这一点。,这里我们强调的是时间因素。因为开挖后的围岩动态的发展与时间密切相关。从时间概念上说，应该考虑的是：1）从开挖到设置支护的时间；2）从导坑开挖到整个断面闭合的时间；3）二次衬砌的施设时间等。为了缩短闭合时间，采用微台阶法是一个重要措施。微台阶法实质上是全断面法的变种。其目的就是缩短断面的闭合时间。,过去,从掌子面到环体闭合的时间,约为34周。在法兰克福的地铁中,这一时间减少到9个小时,使地表下沉得以减小。在墨尼黑地铁中,采用了闭合时间几乎为零的施工方法,使地表下沉进一步减少。初期支护的断面闭合是非常重要的。不管是采用喷混凝土，还是格栅、钢支撑，还是仰拱，一定要使之闭合，这样做虽然对后续作业有一定影响，但也要坚持这样做。作为支护结构，闭合与不闭合，对控制周边围岩的位移和松弛，具有不可忽视的影响。其承载力可有数量级之差。应该说，在复杂地质条件下，所谓的快速施工，实质上就体现在大幅度的缩短断面闭合时间上。总结近十年矿山法的实绩和经验，可以看出：山岭隧道施工最基本的经验，就是“断面的早期闭合”，这已为众多实绩所证实。,1、关于施工方法,图60带有超短台阶的全断面法和短台阶法的比较图。仰拱闭合的可能位置，在前者约为5m左右，后者则在30m左右。此30m间，控制下沉的手段，可以采用钢支撑或修筑临时仰拱。此种措施必然要增加许多费用，而且效果欠佳。,全断面早期闭合工法的优点可归纳如下。施工简便；开挖速度快；断面形状良好，周边围岩应力状态也好；支护效率高；能够把隧道开挖影响控制在最小限度。因此，在围岩状态差，需要极力控制隧道开挖影响的隧道，采用使最终断面早期闭合的全断面法和带辅助台阶的全断面法，是最佳选择。,示例一：萁面隧道,萁面公路隧道南口是一个喇叭口，断面是变化的，最大开挖断面积达313m2。地质为页岩，有地下水存在，隧道的正上方地面有建筑物存在，要求不受开挖的影响，为此采用了全断面的早期闭合的施工方法。为了确保掌子面的稳定，采用了图61的辅助工法，一个施工单元为7m，实现下部断面、仰拱等早期闭合作业。这样一来，地表面下沉在最大26mm后就收敛了。最大倾斜也没有超过0.8/1000rad。照片18表示闭合状况。,示例二：饭山隧道,饭山隧道是一个开挖断面积约80m2的新干线铁路隧道。地质以泥岩为主，介入有未固结的砂层和凝灰岩，有断层存在，大半区间的围岩强度应力比在1以下，围岩有挤出的特点。为此施工采用了带超短台阶的全断面法。为控制隧道变形到最小限度，采用仰拱早期闭合的方法。即采用了掌子面正面长锚杆的补强方法。其模式示于图62。由于采用此法，使全断面法得以实施，配合多重支护手段，克服了膨胀性围岩的难题。,示例三：丰见城隧道,丰见城隧道是一座长1074m的公路隧道，东侧隧道洞口附近埋深约520m，上部有一交通量很大的公路和民房，上下线的净距最小为0.44m。围岩为单轴抗压强度2N/mm2的泥岩，遇水后强度显著降低。在这种施工条件下，为了控制开挖对地表面的影响，下沉管理非常重要。为此，采用了带辅助台阶的全断面法。东洞口的断面图示于图65。为控制开挖的影响，采用掌子面长锚杆补强，来控制先行位移。距东洞口约60m采用管棚工法。其先采用长钢管超前支护。长钢管超前支护的支护模式示于图66。,施工都要求在上下线隧道距上半断面5m左右的位置用喷混凝土和钢支撑使断面早期闭合（照片21）。施工量测结果示于图67。把净空位移控制在很小的范围，地表面下沉最大只有20mm左右。,示例四：现场量测数据的评价,现场的地形比较平缓，在洞口段上方存在民房，为了控制地表面下沉，在距上半断面5m的位置用钢支撑和喷混凝土闭合。地质是单轴抗压强度2N/mm2的泥岩，埋深约1020m。图68表示净空位移收敛前距掌子面的距离。在早期闭合的区间，净空位移、拱顶下沉当掌子面通过1D以内几乎都收敛了，在没有进行早期闭合的区间，净空位移在12D，拱顶下沉在24D材开始收敛。说明前者的位移、下沉收敛比较早。,示例五：数值解析方法的评价,采用二维弹塑性FEM解析对上半断面法和早期闭合的全断面法进行了各种围岩条件产生的影响的评价。,图70示最终阶段的隧道周边围岩塑性区分布情况。图中有颜色部分表示塑性区。塑性区多发生在隧道隅角处，但与上半断面法比较，早期闭合的全断面法的周边塑性区都比较小，因此，表现出控制塑性区的效果。图71表示最大的地表面下沉值。不管那种方法，随着c、值的减少，早期闭合的全断面法控制地表面下沉的效果大。,示例六：三远公路隧道,该隧道在通过断层破碎带和围岩强度应力比在0.71.2的软弱破碎的蛇纹岩地带，确立的施工原则是：以高强喷混凝土为主设计高承载力的支护结构，使之早期闭合，控制开挖影响区域向深部发展。通过蛇纹岩及主断层的支护结构示于图72。施工方法