閆振虎，李豫東，陳 殿，梁 斌

(1.中鐵十五局集團(tuán) 第三工程有限公司，四川 成都 610097；2.河南科技大學(xué) 土木工程學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023)

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，新建隧道會(huì)遇到越來(lái)越多的隧道淺埋、圍巖軟弱、圍巖富水性等不良環(huán)境和圍巖條件，以及穿越地鐵隧道等既有地下構(gòu)筑物或者鐵路、建筑、公路等地上構(gòu)筑物復(fù)雜工況[1]。當(dāng)隧道穿越城市建筑物下方，因施工控制不當(dāng)造成較大地表沉降或不均勻沉降時(shí)，輕則使建筑物產(chǎn)生裂痕，重則造成較大安全事故[2-3]。尤其是在新建鐵路隧道下穿高速公路施工過(guò)程中，由于高速公路車(chē)輛較多且行駛速度快，高速公路地表沉降過(guò)大會(huì)嚴(yán)重危及行車(chē)安全，給人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅[4-5]。因此，對(duì)淺埋隧道大管幕支護(hù)力學(xué)特性及施工技術(shù)進(jìn)行研究，在當(dāng)前有重要科研和實(shí)用價(jià)值。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要采用理論與數(shù)值分析相結(jié)合的方法研究此類(lèi)問(wèn)題[6]。文獻(xiàn)[7]以下穿華北地區(qū)某單線普通鐵路工程為依托，通過(guò)ANSYS軟件建立有限元模型，對(duì)其在管幕超前支護(hù)下的初支、二襯、管幕內(nèi)力和地表沉降進(jìn)行分析，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。文獻(xiàn)[8]結(jié)合下穿鷹廈鐵路右線隧道工程，對(duì)施工采用大管幕的支護(hù)效果進(jìn)行了研究，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：管幕支護(hù)作用明顯，能使沉降和內(nèi)力達(dá)到施工要求。文獻(xiàn)[9]結(jié)合沈陽(yáng)地鐵2號(hào)線隧道工程，對(duì)其施工采用的管幕支護(hù)進(jìn)行地表沉降監(jiān)測(cè)，并將Peck模型沉降預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比，研究結(jié)果表明：預(yù)測(cè)值和實(shí)測(cè)值為同一數(shù)量級(jí)，所以可采用理論值指導(dǎo)施工。文獻(xiàn)[10]依托北京市某地鐵隧道工程，對(duì)其建立的有限元模型進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在管幕超前支護(hù)作用下，隧道的沉降及圍巖變形能夠達(dá)到規(guī)范允許范圍。文獻(xiàn)[11]以某下穿機(jī)場(chǎng)跑道隧道工程為背景，對(duì)管幕超前支護(hù)進(jìn)行有限元分析，研究結(jié)果表明：管幕支護(hù)能較好地控制沉降，且對(duì)地層變形有隔離作用。

目前，對(duì)于淺埋隧道近距離下穿高速公路大管幕支護(hù)力學(xué)特性及施工技術(shù)研究還比較少，本文以重慶鐵路樞紐東環(huán)線新白楊灣DK3+538～DK3+588標(biāo)段近距離下穿高速公路隧道工程為依托，采用有限元分析軟件MIDAS-GTS NX建立隧道三維有限元模型，對(duì)無(wú)超前支護(hù)、管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)這3種支護(hù)方法進(jìn)行理論模擬，通過(guò)對(duì)其施工過(guò)程中的地表沉降、圍巖變形和襯砌內(nèi)力進(jìn)行分析，研究淺埋隧道大管幕支護(hù)的力學(xué)特性，提出大管幕施工控制技術(shù)，進(jìn)而指導(dǎo)工程施工。

1 工程概況和超前支護(hù)技術(shù)

1.1 工程概況

圖1 隧道下穿高速公路現(xiàn)場(chǎng)圖

重慶鐵路樞紐東環(huán)線新白楊灣隧道為雙線淺埋隧道，線間距為4.2 m，全長(zhǎng)378.0 m。隧道為直線，設(shè)計(jì)縱坡為6%的單面上坡，線路高程為246.66～248.93 m。其中，DK3+538～DK3+588段近距離下穿G5001繞城高速公路現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示。圖1中，箭頭表示隧道下穿掘進(jìn)方向，隧道洞頂與高速公路路面的垂直距離最小值僅為3 m，開(kāi)挖空間最大高度12.77 m，寬度13.96 m，為大斷面開(kāi)挖?；鶐r以泥巖和砂巖為主，泥巖為相對(duì)隔水層，其裂隙水不發(fā)育；砂巖中節(jié)理裂隙相對(duì)發(fā)育，其裂隙水較發(fā)育；地下水對(duì)混凝土無(wú)腐蝕性。擬建場(chǎng)地底層主要由泥質(zhì)砂巖組成，質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。根據(jù)重慶市鐵路東環(huán)線新白楊灣淺埋隧道下穿高速公路段設(shè)計(jì)，近距離下穿段采用臺(tái)階法施工，并且設(shè)定直徑為720 mm的管幕超前支護(hù)，初期支護(hù)采用雙層支護(hù)形式。

1.2 超前支護(hù)技術(shù)

對(duì)于下穿高速公路的隧道施工，常采用的加固方式有管棚法和管幕法等超前支護(hù)方法。

1.2.1 管棚施工技術(shù)

對(duì)于特殊困難地段，隧道施工沿洞口上方環(huán)向打入鋼管，并且在管內(nèi)注漿，使鋼管與鋼管之間、鋼管與圍巖之間相互固結(jié)緊密，形成牢固的棚狀支護(hù)結(jié)構(gòu)。一般選用直徑70～180 mm、壁厚4～8 mm的無(wú)縫鋼管。管棚分為3類(lèi)：短管棚超前支護(hù)，鋼管長(zhǎng)度小于10 m；大管棚超前支護(hù),用較粗鋼管，長(zhǎng)度為10～45 m；鋼插板超前支護(hù),板棚預(yù)支護(hù)用長(zhǎng)度小于10 m的鋼插板。洞口管棚加固效果圖見(jiàn)圖2。

1.2.2 管幕施工技術(shù)

管幕法是一種獨(dú)特的地下空間建設(shè)方法，先讓鋼管提前插入土體，緊密排列形成一個(gè)具有支撐作用的鋼管帷幕，在它的保護(hù)范圍下進(jìn)行施工，從而建造大斷面的地下空間。管幕法是一種安全可靠的地下暗挖技術(shù)。管幕作為穿越道路、鐵路、結(jié)構(gòu)物、機(jī)場(chǎng)等的非開(kāi)挖技術(shù)，可以大大降低施工對(duì)地面活動(dòng)及其他地下設(shè)施與管道的影響，具有施工時(shí)無(wú)噪音、無(wú)振動(dòng)、無(wú)需降低地下水位和大開(kāi)挖、不影響城市道路正常通行、可以有效控制地面沉降以及降低對(duì)周?chē)h(huán)境的影響等優(yōu)點(diǎn)。管幕法施工完成效果圖見(jiàn)圖3。

圖2 洞口管棚加固效果圖

圖3 管幕法施工完成效果圖

2 力學(xué)計(jì)算模型

2.1 力學(xué)模型的建立

圖4 三維單元力學(xué)模型

為了分析淺埋隧道下穿高速公路大管幕支護(hù)力學(xué)特征，運(yùn)用有限元分析軟件MIDAS-GTS NX建立三維單元力學(xué)模型，采用常用的O-XYZ坐標(biāo)系。

建模分析時(shí)，建立計(jì)算模型邊界至對(duì)隧道開(kāi)挖影響較小的地方。X軸方向取70 m，Z軸隧道洞口向下取26 m，Z軸洞頂向上取到地表3 m，Y軸向開(kāi)挖縱深方向取50 m[12]。由整體結(jié)構(gòu)中選取力學(xué)模型，其上、下、左、右4個(gè)面均為非自由面，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[13]規(guī)定，作用于高速公路上表面的荷載統(tǒng)一簡(jiǎn)化為均布荷載，取20 kN/m，其他非自由面均施加位移約束。三維單元力學(xué)模型如圖4所示。

2.2 有限元參數(shù)的確定

根據(jù)新白楊灣隧道施工設(shè)計(jì)圖得知，隧道施工采用27 cm厚的C25噴射混凝土，錨桿材料采用φ22 mm的中空錨桿。在建模時(shí)取最不利因素，二襯作為安全儲(chǔ)備在最后一步一次模擬。管棚直徑為108 mm、壁厚6 mm、環(huán)形間距400 mm。管幕采用直徑為720 mm、壁厚16 mm、環(huán)形間距760 mm、長(zhǎng)度50 m的鋼筒。管幕采用植入式梁?jiǎn)卧M，注漿采用平面應(yīng)變單元模擬，假設(shè)兩者在模擬時(shí)無(wú)滑移。在有限元模擬中，不同構(gòu)件被賦予的材料屬性不同，為簡(jiǎn)化模型，初支選取為噴混、錨桿和鋼架的組合體[14]。初期支護(hù)的等效彈性模量[15]按照式(1)進(jìn)行計(jì)算：

E=Ec+SgEg/Sc，

(1)

其中：E為組合體綜合彈性模量，MPa；Ec為噴射混凝土的彈性模量，MPa；Eg為鋼拱架的彈性模量，MPa；Sg為鋼拱架的截面面積，m2；Sc為噴射混凝土的截面面積，m2。

管棚、管幕的等效彈性模量[15]按照式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(2)

其中：E0為管棚、管幕等效彈性模量，MPa；E1為管棚、管幕漿液彈性模量，MPa；E2為管棚、管幕彈性模量，MPa；I1為管棚、管幕管內(nèi)漿液慣性矩，m4；I2為管棚、管幕慣性矩，m4。

等效重度[15]按照式(3)進(jìn)行計(jì)算：

(3)

其中：γ為管棚、管幕等效重度，kN·m-3；γ1為管棚、管幕管內(nèi)漿液重度，kN·m-3；γ2為管棚、管幕重度，kN·m-3；A1為管棚、管幕管內(nèi)漿液截面面積，m2；A2為管棚、管幕截面面積，m2。

根據(jù)以上公式的計(jì)算結(jié)果，并參考《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]，巖土和構(gòu)件的有限元參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 巖土和構(gòu)件的有限元參數(shù)

3 結(jié)果與分析

為研究施加管幕超前支護(hù)后的地表沉降、圍巖變形和支護(hù)受力等特點(diǎn)，對(duì)無(wú)超前支護(hù)、管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)3種工況建立有限元模型進(jìn)行比較分析。

3.1 地表沉降對(duì)比分析

圖5 地表沉降圖

3.1.1 施工完畢時(shí)地表沉降

地表沉降圖見(jiàn)圖5。由圖5可知：隧道施工過(guò)程中，地表沉降曲線符合Peck曲線，可利用Peck公式預(yù)測(cè)地表最大沉降；高速公路的地表沉降曲線呈V型分布，隧道開(kāi)挖對(duì)路面的橫向影響范圍是2.0～2.5倍洞徑，對(duì)2.5倍洞徑以外的地方基本沒(méi)有影響。所以，在施工中應(yīng)對(duì)影響較大區(qū)域的沉降進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，并提前做好應(yīng)急方案。無(wú)超前支護(hù)下開(kāi)挖完成地表最終沉降為30.01 mm，管棚超前支護(hù)下開(kāi)挖完成地表最終沉降為15.22 mm，在大管幕超前支護(hù)條件下開(kāi)挖完成地表最終沉降為11.38 mm，且均出現(xiàn)在隧道上方地表縱向。就控制沉降效果來(lái)說(shuō)，在施加管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)后，地表沉降分別減小了49.28%和62.08%。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和類(lèi)似隧道工程[17-18]，提出本工程下穿高速公路路面沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為20 mm，施加管棚和大管幕超前支護(hù)后，地表沉降均滿足要求，而且在大管幕超前支護(hù)下控制效果更好。

圖6 地表關(guān)鍵點(diǎn)沉降圖

地表關(guān)鍵點(diǎn)沉降圖見(jiàn)圖6。由圖6可知：隧道第1步開(kāi)挖時(shí)，無(wú)超前支護(hù)下地表沉降值驟然增大，這是因?yàn)樗淼篱_(kāi)挖相當(dāng)于對(duì)整體圍巖卸載，圍巖承載力降低造成地表沉降。所以應(yīng)做好超前支護(hù)措施，增大圍巖承載力，控制高速公路地表沉降。在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下可以減小地表沉降，但沉降規(guī)律沒(méi)有變化，規(guī)律性的結(jié)論仍然可以使用。因此，在上臺(tái)階施工開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)及時(shí)施加初期支護(hù)以及臨時(shí)支護(hù)，防止路面沉降突變帶來(lái)的通行風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 隧道施工縱向影響范圍

為研究隧道施工過(guò)程中的影響范圍，由于地表沉降主要發(fā)生在上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)(如圖6所示)，所以?xún)H研究上臺(tái)階開(kāi)挖對(duì)地表沉降的影響。在上臺(tái)階開(kāi)挖到5 m時(shí)，記錄地表縱向中心關(guān)鍵點(diǎn)的累計(jì)沉降值，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 開(kāi)挖5 m時(shí)地表縱后中心關(guān)鍵點(diǎn)的累計(jì)沉降值 mm

由表2可知：有超前支護(hù)和無(wú)超前支護(hù)相比，其開(kāi)挖的縱向沉降規(guī)律基本相同，但是超前支護(hù)能明顯減小地表沉降。地表沉降與距開(kāi)挖面的距離息息相關(guān)，距離開(kāi)挖面越近，其地表沉降值越大，反之則越小。上臺(tái)階再開(kāi)挖5 m時(shí)，其關(guān)鍵點(diǎn)的變形主要集中在2倍洞徑范圍內(nèi)。洞口處地表沉降值最大，所以在施工過(guò)程中應(yīng)提前做好洞口預(yù)加固措施，采用大管幕超前支護(hù)能良好地控制變形，還可以同時(shí)施加預(yù)注漿、抗滑樁、套拱、錨索等加固方式。而且在施工過(guò)程中要對(duì)變形較大的區(qū)域嚴(yán)格監(jiān)控，制定好預(yù)防突發(fā)情況的措施。

3.2 圍巖變形分析

豎向位移云圖見(jiàn)圖7，水平位移云圖見(jiàn)圖8。由圖7可知：在無(wú)超前支護(hù)下，隧道開(kāi)挖完畢時(shí)拱頂沉降為31.71 mm；在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下，最大拱頂沉降分別為16.07 mm和12.04 mm。就控制效果而言，與無(wú)超前支護(hù)相比，在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下，最大拱頂沉降分別減小了49.32%和62.03%。由圖8可知：在無(wú)超前支護(hù)下，隧道開(kāi)挖完畢時(shí)最大水平位移為19.71 mm；在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下，最大水平位移分別為12.18 mm和11.82 mm，與無(wú)超前支護(hù)相比，最大水平位移分別減小了38.20%和40.03%。在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)的條件下，都能夠控制圍巖變形。為更加安全地施工，在施工中應(yīng)對(duì)此處采取加鎖腳錨桿等措施進(jìn)行加固。無(wú)論選擇管棚超前支護(hù)還是大管幕超前支護(hù)，圍巖變形值均在相關(guān)規(guī)范[16]要求范圍內(nèi)，能正常施工。

(a) 無(wú)超前支護(hù)

(b) 管棚超前支護(hù)

(c) 大管幕超前支護(hù)

(a) 無(wú)超前支護(hù)

(b) 管棚超前支護(hù)

(c) 大管幕超前支護(hù)

3.3 襯砌內(nèi)力分析

3.3.1 拉應(yīng)力分析

圖9為襯砌最大拉應(yīng)力。由圖9可知：無(wú)超前支護(hù)條件下初次襯砌最大拉應(yīng)力為11.36 MPa，管棚支護(hù)條件下初次襯砌最大拉應(yīng)力為5.25 MPa，大管幕超前支護(hù)條件下初次襯砌最大拉應(yīng)力為4.67 MPa，都超過(guò)了C25噴混的抗拉強(qiáng)度，所以對(duì)其拉應(yīng)變和鋼拱架應(yīng)力進(jìn)行分析。噴混彈性模量E為23 GPa，鋼拱架彈性模量為210 GPa。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[17]要求，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)噴混拉應(yīng)變及鋼拱架應(yīng)力值，見(jiàn)表3。

(a) 無(wú)超前支護(hù)

(b) 管棚超前支護(hù)

(c) 大管幕超前支護(hù)

支護(hù)方式噴混最大拉應(yīng)變?chǔ)舖ax噴混拉應(yīng)變臨界值是否屈服鋼拱架最大拉應(yīng)力σ/(kN/mm2)是否在彈性范圍無(wú)超前支護(hù)4.94e-40.01否103.76是管棚超前支護(hù)2.28e-40.01否47.87是大管幕超前支護(hù)2.03e-40.01否42.64是

由表3可知：3種工況下施加鋼拱架后，噴混的最大拉應(yīng)變和鋼拱架的最大拉應(yīng)力均滿足要求，所以進(jìn)一步對(duì)襯砌的壓應(yīng)力進(jìn)行分析。

3.3.2 壓應(yīng)力分析

圖10為襯砌最大壓應(yīng)力。由圖10可以看出：根據(jù)其襯砌集中區(qū)域分布可知，拱頂、拱腰和拱底區(qū)域出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，所以在對(duì)此區(qū)域施工中應(yīng)進(jìn)行加固。無(wú)超前支護(hù)、管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)條件下隧道開(kāi)挖完成后，其襯砌最大壓應(yīng)力分別為14.67 MPa、6.58 MPa和6.13 MPa。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》[16]，對(duì)于C25噴射混凝土的彎曲抗壓強(qiáng)度為13.5 MPa，無(wú)超前支護(hù)條件下最大壓應(yīng)力超過(guò)規(guī)范要求，在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)條件下襯砌受壓部分均安全，滿足規(guī)范要求。

(a) 無(wú)超前支護(hù)

(b) 管棚超前支護(hù)

(c) 大管幕超前支護(hù)

3.4 超前支護(hù)的優(yōu)選

就控制地表沉降效果來(lái)說(shuō)，在施加管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)后，相比于無(wú)超前支護(hù)條件下地表沉降分別減小了49.28%和62.08%，大管幕超前支護(hù)效果更好。就控制拱頂沉降效果來(lái)說(shuō)，相比于無(wú)超前支護(hù)條件下,在施加管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)后，最大拱頂沉降分別減小了49.32%和62.03%，大管幕超前支護(hù)效果更好。就控制圍巖水平位移來(lái)說(shuō)，相比于無(wú)超前支護(hù)條件下,在施加管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)后，最大水平位移分別減小了38.20%和40.03%，大管幕超前支護(hù)效果更好。就襯砌受力而言，管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下均能滿足受力要求。綜上所述，本工程由于下穿高速公路，地表沉降控制較為嚴(yán)格，所以施工優(yōu)選采用大管幕超前支護(hù)。

圖11 管幕頂管機(jī)工作圖

4 大管幕施工控制技術(shù)

大管幕支護(hù)作為隧道開(kāi)挖的超前支護(hù)方式，其優(yōu)越性顯而易見(jiàn)。為了充分發(fā)揮其優(yōu)越性，施工工藝和質(zhì)量控制十分關(guān)鍵。下面以重慶鐵路樞紐東環(huán)線新白楊灣隧道下穿G5001環(huán)城高速公路工程為大管幕施工實(shí)踐背景，列舉大管幕施工過(guò)程中關(guān)鍵控制技術(shù)。管幕頂管機(jī)工作圖見(jiàn)圖11。

管幕施工主要控制技術(shù)為：

(Ⅰ)減阻及置換注漿控制系統(tǒng)：頂進(jìn)過(guò)程中對(duì)周?chē)焕貙舆M(jìn)行置漿處理，其配合比為m(水泥)∶m(粉煤灰)∶m(水)=1∶0.7∶1，隨著周?chē)鷩鷰r土質(zhì)的不同，改變注漿壓力。

(Ⅱ)初始頂進(jìn)速度控制：機(jī)頭入洞時(shí)頂管速度為3～5 mm/min，第1節(jié)管進(jìn)入時(shí)速度為10～20 mm/min，頂進(jìn)過(guò)程中速度不能太快，要把誤差控制在要求范圍內(nèi)。

(Ⅲ)初始頂進(jìn)泥水控制：進(jìn)泥流量為0.6～0.8 m3/min，進(jìn)入的泥漿將廢渣帶出來(lái)，進(jìn)入泥水分離裝置進(jìn)行分離，泥水重度γ為1.20 kN·m-3，泥水加壓為40 kPa。

(Ⅳ)糾偏控制：機(jī)頭未進(jìn)入時(shí)，施工偏差應(yīng)在±20 mm內(nèi)，機(jī)頭全部進(jìn)入后控制在±10 mm內(nèi)，初始結(jié)束時(shí)中心誤差和高程誤差分別在±5 mm和±10 mm內(nèi)。

(Ⅴ)觸變泥漿減阻控制：當(dāng)機(jī)頭完全進(jìn)洞后，開(kāi)始由機(jī)頭向管內(nèi)壁注觸變泥漿，觸變泥漿壓力初始頂進(jìn)時(shí)控制在70 kPa，流量控制在0.03 m3/min。

(Ⅵ)開(kāi)挖面穩(wěn)定的判斷方法按照式(4)和式(5)進(jìn)行計(jì)算：

W=V×(1-n)×r，

(4)

其中：W為理論掘削量，m3/Ring；V為砂性土在頂管機(jī)斷面內(nèi)所占的體積，m3；n為砂性土的孔隙度，%；r為砂性土的密度，g/cm3。實(shí)際掘削量直接顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，以干砂量W′表示。

△q=Q1-(A·VS+Q0)，

(5)

其中：△q為偏差流量，m3/min；Q1為排泥流量，m3/min；Q0為送泥流量，m3/min；A為刀盤(pán)面積，m2；VS為頂進(jìn)速度，m/min。

判定方法：當(dāng)△q>0時(shí)，W′>W，施工處于“超挖”；當(dāng)△q<0時(shí)，W′

重慶鐵路樞紐東環(huán)線新白楊灣隧道下穿G5001環(huán)城高速公路工程，施工采用大管幕超前支護(hù)，沉降及圍巖變形均控制在要求范圍內(nèi)，初支施工完成安全無(wú)塌落，達(dá)到了預(yù)期效果，對(duì)同類(lèi)工程有指導(dǎo)作用。

5 結(jié)論

(1)無(wú)超前支護(hù)下，開(kāi)挖完成地表最終沉降為30.01 mm。在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)條件下，開(kāi)挖完成地表最終沉降分別為15.22 mm和11.38 mm，相比于無(wú)超前支護(hù)條件下地表沉降分別減小了49.28%和62.08%。

(2)無(wú)超前支護(hù)下，隧道開(kāi)挖完畢時(shí)最大拱頂沉降和最大水平位移分別為31.71 mm和19.71 mm。就控制效果而言，與無(wú)超前支護(hù)相比，管棚超前支護(hù)下最大拱頂沉降和最大水平位移分別減小了49.32%和38.20%，大管幕超前支護(hù)下最大拱頂沉降和最大水平位移分別減小了62.03%和40.03%。

(3)在無(wú)超前支護(hù)施工時(shí)，地表沉降與距開(kāi)挖面的距離息息相關(guān)，距離開(kāi)挖面越近其地表沉降越大，反之則地表沉降越小，其變形主要集中在2倍洞徑范圍內(nèi)。

(4)開(kāi)挖完畢后，無(wú)超前支護(hù)、管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下，初次襯砌的最大壓應(yīng)力分別為14.67 MPa、6.58 MPa和6.13 MPa，無(wú)超前支護(hù)下最大壓應(yīng)力超過(guò)規(guī)范允許值(13.5 MPa)。初次襯砌最大拉應(yīng)力雖然都大于規(guī)范要求，但是鋼筋的拉應(yīng)變和鋼拱架的拉應(yīng)力都在允許范圍內(nèi)，都滿足施工要求，且在管棚超前支護(hù)和大管幕超前支護(hù)下更加安全。

(5)對(duì)于淺埋下穿高速公路隧道，從地表沉降、圍巖變形和襯砌內(nèi)力方面對(duì)比分析3種工況，確定大管幕超前支護(hù)是本工程優(yōu)選方案。

(6)采用大管幕超前支護(hù)，能夠有效控制淺埋隧道下穿高速公路的地表沉降和圍巖變形，對(duì)同類(lèi)工程有指導(dǎo)作用。