隧道变形及其控制技术

隧道变形及其控制技术基础开头语隧道设计、施工，最本质的问题是什么？“把隧道开挖后的围岩变形（松弛），控制在容许范围之内”，这也是确保施工安全和质量的关键所在。为此，要解决三个问题：1、隧道开挖后是如何变形的？；2、如何把变形（松弛）控制在容许范围之内？；3、容许范围有多大？。隧道开挖后初始地应力场的应力释放，其结果必然引起变形，而变形的后果，就是造成围岩松弛。因此当围岩的变形或松弛超过一定范围时，就会造成崩塌或不稳定，因此需要采取一定对策对变形加以控制，把变形或松弛，控制到容许的范围之内。这就是我们要研究的基本内容。一、隧道变形的实态

1－1概述研究控制技术，首先就要了解和认识隧道开挖后产生的变形形态及影响变形的各种因素。一般说隧道开挖后的变形，是各种各样的，也是极为复杂的。把围岩视为连续介质的场合，可分3种情况进行研究。1）一般围岩条件下深埋隧道的变形实态2）一般围岩条件下浅埋隧道的变形实态3）特殊围岩条件下隧道的变形实态1）一般围岩条件下深埋隧道的变形实态

为了说明方便起见，首先用2个计算例加以说明。设初始地应力场的水平方向和垂直方向的分力分别为px和py。例1：静水压荷载下的圆形隧道px＝py＝10kgf/cm2，E＝1000kgf/cm2，υ＝1/3例2：承受2方向不同荷载的半圆形隧道px＝（1/2）py＝5kgf/cm2，E＝1000kgf/cm2，υ＝1/3图3及4分别表示隧道壁面（r=a）及周边（r＝1.5a、2a、3a）的位移的计算结果（隧道宽度取D＝2a）。

图1圆形隧道的周边位移状态（拱顶下沉）图2半圆形隧道的周边位移状态（拱顶下沉）从图1、2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（2a~5a）产生了下沉，我们称之为“先行位移”；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，约为最终位移值的20～30％左右，这个位移是开挖后瞬间发生的；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。4）围岩性质（初始地应力场、围岩物性等）和施工方法是决定变形动态的主要因素，对隧道变形有一定影响。从图1、2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（2a~5a）产生了下沉，我们称之为“先行位移”；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，约为最终位移值的20～30％左右，这个位移是开挖后瞬间发生的；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。4）围岩性质（初始地应力场、围岩物性等）和施工方法是决定变形动态的主要因素，对隧道变形有一定影响。图3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。量测位移的分布规律与计算结果基本趋势是一致的。总之，从计算和量测中我们可以得到一个重要认识，隧道开挖后的围岩变形状态可用图4的三维图表示。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、掌子面挤出位移及掌子面后方的位移三种。这三种位移是同时发生的。在复杂地形、地质条件下，支护的主要目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。在一般围岩条件下隧道开挖后的变形实态可用图5表示。在一般围岩条件下掌子面前方围岩的先行位移，是在开挖后瞬间发生的，先行位移的最大值是在掌子面处，其值约占总发生位移的20～30％左右，掌子面前方的先行位移，涉及的范围也比较小（约为1D左右），只有在围岩比较差的场合，如Ⅴ级围岩才需要加以控制。因此，在一般围岩条件下，主要是用初期支护控制掌子面后方位移的发展。掌子面后方位移的动态特点是初始位移发生的比较快，而且量值也比较大，即初期位移速度比较大。因此，控制初期位移速度的发展是非常重要的。这也是判定围岩好坏的一个重要指标。控制了初期位移速度的发展，也就控制了最终位移值。因此，在实地量测中，取得初始位移值和初期位移速度两个重要参数是非常重要的。2－3一般围岩条件下浅埋隧道开挖后变形的基本规律下面首先根据日本在9座土砂围岩中的浅埋隧道中，对隧道开挖后引起的地表面下沉现象的认识加以说明。一般说，根据掌子面的进展，可把地表面下沉现象分为表1几类。

地表地中典型现象崩塌典型现象崩塌1前方隆起或前方相对隆起（L<-1m）2横向开裂3前方下沉3前方下沉和相对隆起4下沉持续增大5局部崩塌6下沉加速（－3m≤L≤3m）6下沉加速和相对下沉7崩塌8崩塌9下沉收敛(1m<L)9下沉收敛10相对下沉减小11纵向开裂

地表和地中的下沉现象

一般说，隧道开挖后，地表面下沉与洞内的变形之间是相关的，表1列出了之间的相关关系，是很重要的。从基本规律上看，两者（洞内及地表面）是一致的，也大体上分为掌子面前方的地表面下沉、掌子面位置正上方的地表面下沉及掌子面后方的地表面下沉。不同的是量值和涉及的发生范围。在地表面下沉的研究中，地表面下沉的横断面分布是重要的，但更为重要的是地表面下沉纵向的分布。掌子面前方的地表面下沉涉及的范围要比洞内的掌子面前方位移的范围要大，而且，在掌子面到达前，在地表面可能发生与隧道轴线正交的横向开裂。此开裂部位大致在离掌子面0D.5~1.0D范围内。图8表示地表面下沉的等值线。因此，控制地表面下沉，除从地表面采取对策外，基本上是从洞内采取控制掌子面前方先行位移及掌子面后方位移的对策。在浅埋的土质隧道中，当地表面下沉与对应的拱脚下沉相等或小于时，会造成拱顶上部围岩整体下沉的现象（图9）。2－4特殊的围岩条件的隧道变形实态

这里指的特殊围岩包括，例如膨胀性围岩、挤入性围岩等会出现大大超过容许值的大变形的围岩。也包括特殊的地形、地质构造的条件下，会出现地形偏压和构造偏压等产生不对称的变形形态的围岩。特殊围岩条件下的大变形这里所谓的围岩大变形，都与围岩的物性有直接的关系，具有膨胀性、挤入性、流变特性的围岩，均有产生大变形的物性条件。因此，研究大变形，首先要从围岩的物性分析着手。这是不言而喻的。例如，日本把土压超过围岩强度，而产生大变形的围岩，定义为挤入性围岩（SqueezingGround）。此外把超过100mm（挤入性围岩的单轴抗压强度为5MPa，极限应变为2.0％，开挖半径为5.0m，可能量测的位移是总位移值的50％条件下的净空位移值）的位移定义为大变形。隧道开挖后产生大变形的动态与一般围岩条件下的动态，大同小异。其基本特点就是：掌子面前方的先行位移值大，一般说都超过20～30％的数值，有的可达40～60％；初始位移速度也大，一般会超过20mm/d，或者更大；变形收敛的时间长，甚至不收敛。因此，在可能发生大变形的隧道，开挖前就要采取对应的控制对策和开挖后采取对应的控制掌子面后方位移的对策。同时，为确保稳定后的净空断面不侵入设计断面，要适当加大预留变形量。2）偏压隧道的变形产生偏压的原因有二：一是地质构造产生的；一是地形产生的。但不管何种原因产生的偏压变形的特点是变形的不对称性。三、三影响三隧道三变形三的基三本因三素影响三隧道三变形三的基三本因三素有三两大三类。三即：三客观三因素三和外三部因三素。3－1客观三因素三（内三在因三素）如前三所述三，影三响隧三道开三挖后三变形三的两三个客三观因三素就三是初始三地应三力场三和围三岩的三力学三特性三及构三造特三性。1）初三始地三应力三场初始三地应三力场三指未三被开三挖扰三动的三原始三地应三力场三。对初三始地三应力三场的三认识三可以三归纳三如下三。·隧道三初始三地应三力场三是由三重力三应力三场和三构造三应力三场构三成。以目三前的三认识三和技三术水三平看三，初始三地应三力场三，多数三认为按弹三性的三、重三力的三、静三态的三应力三场考三虑。在埋三深较三浅，三或者三埋深三很大三的条三件下三，可三以不三考虑三构造三应力三场的三影响三。·决定三初始三地应三力场三的关三键是三设定三合理三的侧三压力三系数三。因三为地三应力三场的三垂直三应力三分量三，基三本上三都按三上覆三埋深三的重三量考三虑。三而水三平侧三压力三的大三小则三主要三决定三于侧三压力三系数三。从侧三压力三系数三看，三初始三地应三力场三存在三三种三情况三。即三：侧三压力三系数三小于1，等三于1及大三于1三种三情况三。这三三种三情况三的变三形模三式是三完全三不同三的，三其模三式的三概念三示于三图10。因此三，在三设计三、施三工过三程中三，必三须掌三握初三始地三应力三场的三侧压三力系三数λ的变三化，三以便三针对三不同三的变三形模三式采三取不三同的三控制三措施三。一般三说，三侧压三力系三数λ值，三理论三上是三由下三式决三定的三。即三：λ＝μ/三1-三μ式中μ：围三岩的三波松三比，三其值三在0～0.三5之间三变化三。按此三式决三定的三侧压三力系三数，三最大三是1。即三，初三始地三应力三场相三当于三静水三应力三状态三。但三在实三际隧三道工三程中三，λ大于1的情三况是三很多三的。三因此三，侧三压力三系数三，基三本上三不能三根据三理论三式（1）确三定，三而需三要根三据实三地量三测的三反分三析或三者统三计数三据等三确定三。例如三日本三“山三岭隧三道设三计施三工标三准”三（20三08年版三）建三议按三以下三条件三推定三侧压三力系三数。H≤50三m的场三合λ＝0.三01三5H＋0.三25H＞50三m的场三合λ＝1.三0式中H：埋三深（m）其关三系示三于图11、图12和13是根三据量三测数三据统三计的三侧压三力系三数与三埋深三的关三系。三由图三可知三，侧三压力三系数三可能三在0.三4～2,三0之间三变化三。较三大的三场合三，多三在1.三0左右三。图11初始三侧压三系数Ko与埋三深H的关三系图12始侧三压系三数Ko与埋三深H的关三系因此三，初三始地三应力三场的三研究三中，三对侧三压力三系数三的研三究也三是非三常重三要的三。·实际三上由三于地三壳运三动的三结果三形成三了各三种形三态的三地质三构造,如层三状、三块状三、断三层、三褶皱三等，三在这三种情三况下,围岩三的初三始地三应力三场也三有所三变化三。例三如在三背斜三构造三中，三由于三岩层三成拱三状分三布,使上三覆岩三层重三量向三两翼三传递,而直三接处三在背三斜轴三下面三的岩三层则三受到三较小三的应三力，三其垂三直应三力的三变化三，可三能如三图14所示三；而三在被三断裂三分割三的地三质构三造条三件下三，下三窄上三宽的三楔形三围岩三移动三时,受到三两侧三岩块三的夹三制，三因而三使应三力减三小，三反之,下宽三上窄三的岩三块,则受三到附三加荷三载的三作用三，其三垂直三应力三分布三可能三如图15所示三、处三于正三断层三和逆三断层三的条三件下三，水三平应三力会三有很三大差三异，三如图16所示三。在三不均三质的三层状三围岩三中，三对垂三直应三力的三分布三也有三很大三影响三（图17）等三等。三总之三，大三量的三实测三资料三表明,地质三构造三形态三改变三了重三力应三力场三的初三始状三态,这在三实际三工作三中有三时是三不容三忽视三的。·构造三运动三的结三果也三会使三地形三发生三变化三，如三图18所示,这种三地形三的变三化,当然三对初三始地三应力三场有三很大三影响,该图三表示三考虑三地形三影响三后,初始三地应三力场三主应三力大三小及三其方三向的三变化三。在三埋深三较小三的情三况下,这种三影响三是不三容忽三视的三。图18地形三对自三重应三力场三的影三响·由于三构造三应力三场的三不确三定性,很难三用函三数形三式表三达。三它在三整个三初始三地应三力场三中的三作用三只能三通过三某些三量测三数据三加以三分析三。已三发表三的一三些成三果表三明：（a）地三质构三造形三态不三仅改三变了三重力三应力三场,而且三除以三各种三构造三形态三获得三释放三外，三还以三各种三形式三积蓄三在围三岩内,这种三残余三构造三应力三将对三地下三工程三产生三重大三影响三。（b）构三造应三力场三在不三深的三地方三已普三遍存三在,而且三最大三构造三应力三的方三向,多近三似为三水平,其值三常常三大于三重力三应力三场中三的水三平应三力分三量,甚至三也大三于垂三直应三力分三量，三这与三重力三应力三场有三很大三不同三。位三于片三岩中三的陶三恩隧三道实三地量三测的三初始三地应三力场三（图19）就三是一三个例三证。图19隧道三的初三始地三应力三场图20表明,埋深三较小三时,水平三应力三和垂三直应三力的三比值三很大三。随三着埋三深的三增加,趋于三减小三。从三我国三现阶三段积三累起三来的三浅层(埋深三小于50三0m三)实测三资料三看,侧压三力系三数λ小于0.三8者约三占27三.5三%。在0.三8～1.三25之间三者约三占42三.3三%,大于1.三25者约三占30三.2三%。这三说明三，在三一定三埋深三的条三件下三，初三始地三应力三场的三水平三应力三大于1的情三况，三占主三导地三位。a垂直三应力三与深三度的三关系b水平三应力三与深三度的三关系图20初始三应力三的实三测统三计根据三图20的统三计数三据，Ho三ek认为三：·深度三超过10三00三m以后三，垂三直应三力基三本上三可以三用p＝2.三6×三H表示三；·小于10三00三m深度三时，三水平三应力三一般三比垂三直应三力大三，在50三0m左右三，平三均大1.三5倍。三更浅三的情三况，三其比三值更三大；·1三00三0m以上三的情三况水三平应三力与三垂直三应力三趋于三大致三相等三。(c三)构造三应力三场很三不均三匀,它的三参数三无论三在空三间上三、时三间上三都有三很大三变化,特别三是它三的主三应力三轴的三方向三和绝三对值三变化三很大三。（d）用三分析三方法三求解三初始三地应三力场,由于三明显三的原三因(构造三的、三力学三形态三的、三量测三技术三上的三等）,常常三会导三致极三大的三偏差三。因三此,在理三论分三析中,常把三初始三地应三力场三按静三水应三力场三来处三理。三在某三些重三要的三工程三中,多采三取实三地量三测的三方法三来判三断主三应力三的大三小及三其方三向的三变化三规律三。初始三地应三力场三是决三定隧三道稳三定性三和破三坏形三态的三基本三因素三，因三此，三在隧三道的三设计三施工三中，三掌握三初始三地应三力场三是极三为重三要的三。（2）地三质体三（围三岩）三力学三的（三强度三、变三形）三、构三造的三（不三连续三面分三布、三各向三异性三、层三状、三块状三等）三特性地质三体的三力学三特性三包括三强度三特性三、变三形特三性，三同时三也必三须认三识和三掌握三地质三体的三构造三特性三。隧三道工三程实三践充三分表三明：三围岩三的构三造特三性远三比力三学特三性的三影响三更为三重要三。因三此，三对围三岩不三仅要三从力三学特三性上三进行三分级三，也三要在三构造三特性三上进三行分三类，三两者三缺一三不可三。目前三从围三岩的三地质三模式三上，三通常三把围三岩按三其构三造分三为整三体状三围岩三、块三状围三岩、三层状三围岩三、碎三裂状三围岩三及土三质围三岩五三大类三。由三于这三五类三围岩三的构三造特三点，三其变三形和三破坏三模式三也有三所不三同。三实际三上，三这种三划分三方法三与采三用的三理论三分析三方法三也是三相适三应的三，如三表2所示三。围岩地质模式土砂状碎裂状块状（层状）大块状整体状围岩介质模式连续介质似连续介质不连续介质似连续介质连续介质变形形态松散（松弛）变形弹塑性变形块体松弛块体错动变形弹性变形也有三分为三硬岩三系围三岩，三软岩三系围三岩、三土砂三系围三岩及三特殊三围岩三四大三类的三。从三理论三上说三，凡三是可三以用三连续三介质三表述三的围三岩，三如整三体状三围岩三、土三质围三岩、三碎裂三状围三岩，三其开三挖后三的变三形规三律都三可以三用上三述的三基本三规律三表达三。而三在层三状围三岩及三块状三围岩三，其三变形三动态三和规三律则三略有三不同三。例三如垂三直层三状围三岩和三水平三层状三围岩三其破三坏模三式基三本上三如图21所示三。从强三度角三度出三发，三多按三岩石三的单三轴抗三压强三度进三行分三级，三分为三硬岩三、中三硬岩三、软三岩及三极软三岩、三土砂三等几三类。三但应三认识三到，三岩石三强度三与围三岩强三度有三着本三质上三的差三异，三我们三需要三了解三的是三围岩三强度三。因三为，三决定三坑道三稳定三性的三不是三岩块三的强三度，三而是三由包三括岩三块、三不连三续面三、充三填物三构成三的围三岩的三强度三。这三可以三通过三对岩三石强三度的三折减三予以三确定三。依上三所述三，可三以看三出：三初始三地应三力场三和围三岩的三力学三特性三是评三价围三岩变三形动三态的三重要三指标三，两三者缺三一不三可。三但从三目前三的技三术和三研究三水平三看，三这两三个指三标都三具有三极大三的不三确定三性。三在多三数情三况下三是通三过类三比、三试验三、量三测及三经验三确定三的。（3）围三岩强三度应三力比――评价三地质三（围三岩）三条件三的重三要指三标隧道三设计三中如三何评三价隧三道所三处围三岩条三件，三它对三结构三设计三究竟三具有三什么三影响三是一三个现三实而三不可三回避三的问三题。三为了三解决三这个三问题三目前三采用三的方三法是三用上三述两三个因三素的三比值三，即三：“围三岩强三度应三力比三”这个三概念三来评三价的三。围岩三强度三应力三比Gn的定三义是三：围三岩内三部的三最大三地应三力值三（σma三x）与三围岩三强度三（RB）的三比值三。即三：Gn＝Rb/σma三x(1三)式中σma三x：围三岩内三最大三的初三始地三应力三值Rb：围三岩的三抗压三强度三值也可三以用三其倒三数表三述。构造三应力三会改三变自三重应三力的三初始三状态三，围三岩中三的最三大初三始地三应力σma三x可能三不是三垂直三方向三的，三而是三水平三方向三的。三应根三据实三际量三测的三数据三而定三。在三没有三量测三数据三的条三件下三，可三采用三垂直三应力三为最三大地三应力三值或三采用三经验三公式三的计三算值三。围岩三强度三通常三采用三围岩三的抗三压强三度的三实测三值，三对岩三质围三岩来三说，三例如Ⅰ、Ⅱ级可三采用三岩石三的抗三压强三度，三而其三它级三别的三岩质三围岩三，则三应考三虑对三岩石三强度三进行三折减三确定三，对三土质三围岩三则应三根据三实测三的c、φ值通三过计三算决三定。目前三，确三定围三岩强三度的三最有三效的三方法三是通三过对三围岩三和构三成围三岩的三岩石三试件三的弹三性波三速度三的测三试，三用其三速度三平方三的比三值来三确定三。即三：Rb=Rc（Vp/vp）2式中Rc：岩三石试三件的三抗压三强度Vp：围三岩的三弹性三波速三度vp：岩三石试三件的三弹性三波速三度围岩三强度三应力三比应三该沿三隧道三纵向三逐段三确定三。目前三在隧三道工三程施三工中三，都三把围三岩强三度应三力比三作为三判断三围岩三稳定三性的三重要三指标三，有三的还三作为三围岩三分级三的重三要指三标。ⅠⅡⅢ法国隧协>42～4<2我国工程围岩分级标准>74～7<4日本新奥法指南>42～4<2日本仲野分级>42～4<2地应力场情况主要现象RB/σmax极高地应力场硬质岩：开挖过程中时有岩爆发生，有岩块弹出，洞壁围岩发生剥离．新主裂缝多．成洞性差，基坑有剥离现象，成形性差软质岩：岩芯常有饼化现象，开挖过程中洞壁围岩有剥离，位移极为显著，甚至发生大位移，持续时间长，不易成洞；基坑发生显著隆起或剥离不易成形<4高地应力场硬质岩：开挖过程中可能出现岩爆，洞壁围岩有剥离和掉块现象，新生裂缝较多．成洞性较差，基坑时有剥离现象，成形性—般尚好软质岩：岩芯时有饼化现象．开挖工程中洞壁岩位移显著，持续时间较长，成洞性差，基坑有隆起现象，成形性较差4～7表4不同三地应三力场三的围三岩在三开挖三中出三现的三主要三现象围岩强度应力比>42～4<2土压特性不产生塑性地压有时产生塑性地压多产生塑性地压应力状态系数RB/σmaxRt/σmaxSRF围岩强度充分，但有地应力问题的情况低地应力、地表附近>200>132.5中等地应力200～1013～0.661.0高地应力10～50．66～0．330.5～2微弱的岩爆5～2.50．33～0.165～10强烈岩爆<2.5<0.1610～20地应力值高、挤出和塑性流动的情况缓慢挤出5～10急剧挤出10～20表6三Ba三rt三on的围三岩强三度应三力比三分级注：RB：围三岩抗三压强三度；σma三x：最三大地三应力三值；Rt：围三岩抗三拉强三度；SR三F：应三力状三态系三数围岩种类中硬岩软岩土砂围岩级别D岩类E岩类F岩类粘性土砂质土INGN≥24>GN≥2G≥N2IS2>GN≥1.52>GN≥1.52>GN≥1.5IL特S1.5>GN1.5>GN1.5>GN在日三本道三路公三团的三隧道三围岩三分级三中，三也把三围岩三强度三应力三比作三为中三硬岩三、软三岩及三土砂三围岩三分级三的一三个重三要参三考指三标（三表7）加三以考三虑。表7日本三隧道三围岩三分级三中的三围岩三强度三应力三比基三准根据三以上三所述三，应三该认三识到“围三岩强三度应三力比三”是三判定三围岩三条件三的重三要指三标。它基三本上三决定三了隧三道开三挖后三的变三形动三态。三因此三，加三强决三定围三岩强三度应三力比三的两三个条三件，三即：初三始地三应力三场的三最大三应力三和围三岩强三度的三研究是非三常重三要的。众所三周知三，坑三道围三岩的三稳定三性是三由围三岩自三身的三强度三和坑三道的三尺寸三所决三定的三。其三中，三由围岩三的物三理力三学和三围岩三完整三性决三定的三围岩三强度是最三基本三的因三素。三因此三，在三一些三国家三中，三对此三问题三进行三了大三量的三试验三的、三理论三的以三及设三计值三的研三究。例如三，日三本根三据隧三道施三工事三例的三净空三位移三和拱三顶下三沉量三测结三果、三实施三的支三护模三式及三数值三解析三结果三计算三出围三岩强三度应三力比三和隧三道断三面变三形率三的关三系示三于图22。据三此，三可以三知道三，围三岩强三度应三力比三小，三断面三变形三率大三。特三别是三，围三岩强三度应三力比三在2以下三，断三面变三形率三急剧三增加三。这里三以日三本公三路隧三道的三围岩三分级三的围三岩强三度应三力比三为基三准，三按图22读取三断面三变形三率，三两者三的关三系列三于表8。由三表可三知，三围岩三强度三应力三比在1以下三，断三面变三形率三在0.三8％以三上，三需要三采用三能够三控制三变形三的施三工技三术。三这样三，就三可以三在事三前调三查及三隧道三施工三时的三量测三结果三掌握三围岩三强度三应力三比，三也就三是掌三握了三断面三变形三率。因此三，在三无支三护坑三道稳三定性三的研三究中三，研三究围三岩强三度应三力比三的确三定、三应用三是非三常重三要的三。围岩强度应力比断面变形率（％）4以上0.3以下4～20.1～0.52～10.5～0.81以下0.8以上表8断面三变形三率的三范围注：三（断三面变三形率三＝隧三道净三空位三移值/隧道三开挖三宽度×1三00）。3－2外部三因素三（人三为的三因素三）外部三因素三对隧三道变三形的三影响三，也三不容三忽视三。其三中包三括隧三道形三状、三跨度三、埋三深及三施工三方法三等。1）隧三道形三状的三影响目前三的理三论解三析多三数是三以圆三形坑三道为三基础三的，三当坑三道形三状不三是圆三形时三，相三应的三公式三都要三改变三，此三时可三用有三限元三法进三行求三解。三但在三初步三设计三中，三亦可三采用三将不三同形三状坑三道变三换成三当量三的圆三形坑三道的三方法三近似三地加三以分三析，三或直三接以三坑道三跨度三代替三公式三中的三坑道三直径三亦可三，但三并不三是所三有的三坑道三形状三都可三以这三样做三。根三据理三论计三算分三析，三各种三形状三坑道三的顶三点（A点）三和侧三壁中三点（B点）三的切三向应三力可三用下三式表三述：顶点三：侧壁三中点三：式中三：λ为侧三压力三系数三；当λ＝1时，A、B两点三的坑三道周三边应三力集三中系三数，三列表9。由表9可知三：编三号4、5、6的坑三道，三基本三上都三可以三按圆三形坑三道来三处理三，不三会造三成很三大误三差。三对铁三路隧三道来三说，三双线三隧道三断面三直接三采用三圆形三断面三的求三解公三式是三可行三的。2）隧三道断三面尺三寸的三影响隧道三断面三尺寸三影响三的概三念示三于图23。在同三样的三围岩三中，三隧道三断面三尺寸三，一三般说三不会三改变三开挖三后的三变形三规律三，仅三仅是三量值三上有三所不三同而三已。三但从三另一三角度三看，三随着三断面三尺寸三的加三大，三围岩三的地三质模三式可三能改三变，三如从三整体三状，三变为三块状三，或三碎裂三状等三。实三质上三是围三岩级三别改三变了三（图23）。三因此三，坑三道的三稳定三性也三会随三坑道三尺寸三的加三大而三改变三，例三如从三稳定三的，三变为三暂时三稳定三的或三不稳三定的三。如何三处理三跨度三的影三响，三目前三有两三者方三法。三一个三是改三变围三岩级三别，三一个三是改三变支三护模三式。三从国三内外三的设三计施三工实三绩看三，多三数国三家都三采用三改变三支护三模式三的方三法予三以对三应。三因此三，在三同一三围岩三级别三条件三下，三因坑三道跨三度不三同，三会有三几种三支护三模式三出现三。也三就是三说，三支护三模式三与围三岩级三别不三是一三一对三应的三。在三围岩三级别三确定三的条三件下三，一三种支三护模三式其三适应三的跨三度也三有一三定的三范围三。目前三，客三运专三线的三隧道三断面三设计三，根三据列三车速三度而三异，三在同三样围三岩条三件下三，其三开挖三跨度三大体三上，三从7m变化三到16三m左右三。显三而易三见，三对开三挖跨三度合三理分三级，三决定三其对三应的三支护三结构三参数三，是三在控三制技三术研三究中三必须三解决三的问三题。三日本三新的三公路三隧道三技术三标准三（构三造篇三），三就按三开挖三跨度三分为3级：5～8m、8～12三.5三m和12三.5～14三.0三m三级三。从稳三定性三角度三出发三，要三进行三跨度三分级三就必三须解三决无三支护三跨度三的问三题。三例如三根据Ba三rt三on对约30个无三支护三空洞三的调三查，三给出三图24无支三护坑三道的三坑道三与Q值的三关系三并用三下式三表示三。无支三护空三洞跨三度＝2×三Q0.三663）隧三道埋三深的三影响三；隧道三埋深三，对三开挖三后隧三道变三形的三影响三是很三显著三的。三埋深三的影三响有三双重三意义三，一三个是三深浅三埋隧三道的三划分三，一三个是三深埋三隧道三不同三埋深三条件三下的三变形三动态三。浅三埋与三深埋三相比三，主三要是三难以三形成三承载三拱。三视地三质条三件会三出现拱顶三下沉三急剧三增大三、地三表下三沉和三开裂三以及三掌子三面不三稳定三等现三象。三而后三者则三是在三同样三围岩三条件三下，三随埋三深的三增加三，变三形急三剧增三长，三甚至三变得三不稳三定。首先三谈地三表下三沉与三埋深三有密三切关三系。三从图25的模三型试三验结三果可三以说三明，三埋深三大时三，在三隧道三横断三面内三形成三了承三载拱三，开三挖引三起的三下沉三，局三限在三隧道三周边三，而三埋深三小时三，没三有形三成承三载拱三，开三挖下三沉会三直接三达到三地表三面。因此三，我三们基三本上三把开三挖的三影响三达到三地表三面的三隧道三，定三义为三浅埋三隧道三。其三变形三动态三在前三面已三经说三明。埋深三的增三加，三实质三上就三是初三始地三应力三场量三值的三增加三，而三且，三如上三所述三，围三岩的三侧压三力系三数也三会随三之变三化，三因此三隧道三开挖三后的三变形三动态三，也三会出三现很三大的三差异三。在三同样三围岩三条件三下，三其变三形动三态可三能从三弹性三变形三逐渐三转变三为弹三塑性三变形三，甚三至发三生与三时间三有关三的流三变变三形等三。4）施三工方三法的三影响三；施工三方法三对隧三道开三挖后三的变三形动三态的三影响三是非三常显三著的三。其三影响三主要三表现三在以三下几三个方三面。（1）横三断面三开挖三的分三部开三挖；一般三说开三挖分三部越三多，三在同三样地三质条三件下三，其三位移三值也三越大三。因三此，三从控三制位三移的三角度三出发三，采三用不三分部三或少三分部三的开三挖方三法是三主流三的开三挖方三法。三这也三是选三定开三挖方三法的三一个三重要三原则三。从三这个三角度三出发三，当三然选三择全三断面三法或三者台三阶法三是最三好的三。从三快速三施工三的角三度出三发也三是这三样。（2）开三挖纵三断面三形状另外三，如三图26所示三的开三挖纵三断面三形状三，这三是一三般采三用的三纵向三分割三施工三的，三但要三考虑三隧道三全体三的稳三定，三决定三上半三断面三、下三半断三面、三仰拱三开挖三各自三的长三度，三也就三是决三定整三个断三面的三闭合三时期三。从三横断三面看三，一三个断三面闭三合围三岩就三是稳三定的三，但三从纵三断面三形状三看，三隧道三闭合三意味三在各三个阶三段上三半断三面的三支护三、下三半断三面的三支护三、仰三拱部三位的三支护三都要三完成三才能三形成三闭合三的状三态。三为此三，在三隧道三掘进三过程三中，三一般三说，三从隧三道纵三断面三看不三稳定三状态三是连三续的三。因三此，三从隧三道全三体的三稳定三看，三不仅三要考三虑隧三道横三断面三形状三，也三要考三虑隧三道纵三断面三形状三进行三设计三。（3）支三护的三施做三时机支护三的施三做时三机非三常重三要，三一些三大变三形的三发生三，与三支护三时机三的延三误有三很大三关系三。实际三