隧道及地下工程自穩修建法的製作方法
2023-11-11 20:09:32 2
本發明屬於隧道及地下工程設計施工技術領域，尤其涉及一種隧道及地下工程自穩修建法。
背景技術：
目前，國內外普遍採用新奧法複合襯砌或盾構法管片襯砌修建隧道。
新奧法是用加固圍巖、改變外因的方法，來延長圍巖穩定時間，滿足隧道施工需要。因此需要設置錨杆、管棚或鋼架等輔助措施，網噴射混凝土初期支護由於中間防排水層分隔，不能有效共同受力，因此，也只能起到保障施工安全的輔助措施作用。這些為防止塌方並暫時減小模築混凝土襯砌所承受的地層壓力輔助措施，使隧道工序成倍增加，施工時間增長，主體承載結構有效承載時間滯後，圍巖壓力增長，初期支護和二次襯砌之間有，規範指明：ⅰ-ⅲ級圍巖二次襯砌為安全儲備；ⅳ、ⅴ級圍巖二次襯砌為承載結構；ⅵ級圍巖沒有明確設計參數，以「通過試驗、計算確定」模糊處理。
盾構法以控制內因為主，用盾構機圍擋並加快隧道施工速度滿足圍巖自穩要求的方法。雖然節省了錨杆、噴混凝土、鋼筋格柵、超前管棚等加固圍巖措施，卻需要昂貴的大型盾構機械，靠盾構機強大外殼抵抗四周來壓，靠氣壓平衡、土壓平衡、泥水平衡或複合平衡抵抗掌子面土水壓力。安全性較好，但施工成本很高。
技術實現要素：
針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種隧道及地下工程自穩修建法，自穩修建法則以內因為依據，外因為條件，既用縮小開挖空間、優化開挖形狀、利用圍巖相互牽制等改變外因方法，延長圍巖自穩時間，又用縮小獨立承載單元、優化內因、提高有效承載速度的方法，使隧道主體有效承載時間始終小於圍巖穩定時間，從而，實現了既不依靠改造外因增加輔助措施成本、又不依靠提高內因增加施工機械成本，來達到安全、優質、環保、快速、節約的隧道自穩施工的目的。
本發明提供的一種隧道及地下工程自穩修建法，包括以下步驟：
步驟a、計算圍巖壓力；
步驟b、根據圍巖壓力進行圍巖穩定分析；
步驟c、地下工程挖掘和襯砌：
c1、開挖兩側導坑ⅰ，對稱修建優化複合拱牆；
c2、開挖環形導坑ⅱ，架設活動鋼拱架、修建拱部襯砌或者超淺埋筒殼平頂；
c3、開挖中間土方ⅲ，修建地坪或預製反拱；
步驟d、按照步驟a、步驟b和步驟c的施工方法，依次向前完成對地下工程的其他各段的施工。
這樣，新奧法以控制外因為主，用加固圍巖改變來滿足隧道施工需要，所採用的壓漿、錨噴、管棚等加固圍巖方法，都是針對提高圍巖(外因)的承載能力、延長圍巖自穩時間的措施，但對襯砌結構自身(內因)輔助工序繁多、中間防排水層費時費力帶來的負面影響卻缺乏深入研究，以至費力不討好，得不償失；
盾構法以控制內因為主，用盾構機圍擋和氣壓平衡、泥水平衡、土壓平衡原理，預製管片加快隧道施工速度來滿足圍巖自穩要求，卻對如何利用分部開挖、拱形優化、快速填塞簡單經濟地圍巖自穩方法缺乏考慮，因此存在埋深限制、造價較高、地面下沉或浮起、防排水質量壽命等難以保證的問題。
上述方法，各有特色，但均偏於極端。無論是偏於外因或者偏於內因都不能有效、可靠地解決隧道安全和經濟問題。圍巖各向異性、複雜多變、量大面廣，要有效控制這個外因是很難的；光靠特大型盾構等機械，也不能很好解決短小隧道、地質水文多變的施工問題，只有內外結合，相輔相成，才能從規範判定的絕大多數圍巖不能穩定走向絕大多數都能短期穩定的正確認識上來，隧道自穩施工才有堅實理論基礎。
本發明自穩修建法是以內因為依據，外因為條件，內外結合，相輔相成。既通過預製快裝、合理受力、全程平衡控制內因，以縮短主體工程有效承載時間；又通過縮小開挖空間、控制優化拱形、避免擾動水害改善外因，延長圍巖自穩時間，使獨立承載單元有效承載時間遠小於圍巖自穩時間，從而保障自穩施工的安全可靠，達到既節省了加固圍巖、超前支護圍巖、初期支護圍巖等各種輔助工序或輔助措施；又無需大型盾構機械，減少耗費、提高防排水使用壽命；為地質水文多變、洞室斷面變化的中、短隧道或特大斷面隧道修建，開闢了一條不用大型機械，防排水可靠、適宜建築密集繁華地區隧道修建、工廠預製化和標準通用化、簡單可靠的自穩修建的新路。
步驟c2中，淺埋或深埋覆土較厚，允許按拱形襯砌修建；超淺埋覆土很薄，只能用平頂筒殼，替代起拱高度。最好以地層為支撐、模板，用蓋挖法修建，先修頂蓋後修牆柱；如果地面有植被、管網、建築、構築物或道路，不允許破壞時，就用暗挖法筒殼平頂施工解決。與修建拱部襯砌的目的一樣，都是解決頂蓋施工問題。
立足於自身內因，了解和改變外因條件，強化」知彼知己，百戰不殆」的能力，是隧道設計施工應用孫子兵法的新進展。避免盲目開挖，迷戀貫通報喜，致使成洞有效承載期加長，帶來荷載增加、外部影響加劇、變形塌方等負面作用。因此，需要從「盲目套搬局部經驗、先戰而後求勝」，提高到「預先調研謀算，先勝而後求戰」上來。
進一步地，步驟a中圍巖壓力計算過程為，
深淺埋分界深度，
式中下沉土柱長l，為口部至掌子面長度即施工進深，當施工完成後，l為洞室全長；如為貫通隧道，則掌子面圍巖消失，則認為下沉土柱為無限長，按平面問題處理；
下沉土柱半寬α為洞室半毛寬(m)；y為洞室計算高度(m)；為地層內摩擦角；
故下沉土柱寬：
n'＝2n/(1+2n)……n』，n』為進深影響係數；式中n為下沉土柱長寬比，n＝l/2α1；
γ為圍巖重度；c為粘聚力；ξ為側壓力係數；為地層內摩擦角；
淺埋洞室垂直地壓
式中：h為覆蓋層厚度m，其餘同前；
深埋洞室的垂直地壓
深淺埋洞室側壓力e側＝α1*ξ/(α1-α)；
式中：側壓力係數ξ＝μ/(1-μ)；
α1為洞寬方向地層滑動面半寬；
α為毛洞半寬；y為洞室計算高度；為地層內摩擦角；
深淺埋洞室底壓力σ底＝e側*ξ。
這樣，根據十項客觀參數科學計算圍巖壓力，這是目前為止世界上考慮客觀影響因素最多、最接近實測圍巖壓力的理論公式，為根據勘測數據正確預測圍巖壓力(知彼)提供了新方法。因為，圍巖壓力是隧道設計施工的基礎，是隧道產生變形和破壞的根本原因，也是尋找隧道病因，實現標本兼治的根本途徑。現行方法是根據規範提出的經驗性的側壓力係數，判斷圍巖壓力主攻方向始終來自頂部，不知道有時圍巖壓力主攻方來自兩側，例如京廣南線雙線隧道厚達1.2～2m的襯砌，竟然開裂壓碎，就是錯判了圍巖壓力主攻方向產生的後果；所有計算圍巖壓力公式都簡化為平面問題計算，未考慮洞室長度對圍巖壓力的立體影響，因此，一方面造成短進深洞室的巨大浪費；另方面又增加了圍巖或初期支護的安全風險，一個洞頂覆土40m的黃土隧道，其50cm厚的初期支護坍塌，造成頂部房屋倒塌的三死五傷事故，就是規範計算圍巖壓力不考慮開挖長度和拱形承載的影響，還強調要等待應力釋放造成的；
自穩修建法圍巖壓力計算方法按立體極限圍巖壓力理論計算，其影響因素10個，比太沙基理論、普氏理論、我國鐵路、公路隧道設計規範所考慮的影響均多，經用實測塌方高度檢驗、實測垂直圍巖壓力檢驗、實測水平圍巖壓力檢驗、動態圍巖壓力檢驗、實測承載力檢驗、自建試驗工程檢驗、他建試驗工程檢驗、天然自穩洞室檢驗、用已建隧道襯砌厚度、實測變形檢驗共1300多個樣本，相關係數達99％。
進一步地，步驟b中，當所述q淺和q深計算荷載小於或等於0時，可以自穩施工；
當式q淺和q深計算荷載大於0時，應根據此荷載、洞室尺寸、拱形及承載體物理力學參數，進行承載拱的安全校核，根據其計算安全係數初步判斷圍巖穩定時間；然後，將有效襯砌時間控制縮短數倍，保證自穩施工安全進行。
這樣，根據外因和內因二項因素對比，進行圍巖穩定分析。首先按圍巖壓力計算承載體的安全係數，以判斷圍巖自穩時間，比較自穩時間和獨立承載體施工的有效承載時間，判斷能否進行自穩施工。突破了現行規範依據圍巖和洞室跨度的片面表象粗略分析圍巖穩定的錯覺，從而發揮主觀能動性使自穩修建從絕對少數發展到絕對多數。圍巖是外因，隧道主體結構是內因，規範單純依據圍巖級別和洞室跨度來判斷穩定性，是忽視內因這個根本依據，盲目依靠外因條件的錯誤判定，從而導致了大量使用輔助工程措施，來改善外因條件的被動做法，忽視了內因的決定性作用，嚴重阻礙了安全、優質、快速的自穩施工的發展；通過安全係數與自穩修建穩定判斷表，可以核對出圍巖的自穩時間。
安全係數與自穩修建穩定判斷表
進一步地，步驟c1中，所述複合拱牆包括條形基礎、拱牆多功能預製拱片、外牆防水混凝土、拱腳現澆防水混凝土；所述條形基礎設置在隧道的內壁下側，所述外牆防水混凝土塗抹在隧道的內壁上，所述拱牆多功能預製拱片設置在外牆防水混凝土上，所述拱腳現澆防水混凝土澆築在拱牆多功能預製拱片的上側。
這樣，對稱開挖兩側小導坑，開挖寬度一般選擇2-2.5m，高2.7m，開挖長度嚴格按計算結果控制在3m以內，導坑開挖後，立即修築優化複合拱牆.其工作量包括開挖土方ⅰ、修築混凝土條形基礎1，並預埋牆部抗彎豎筋、安裝拱牆多功能預製拱片、鋪設菱形鋼筋網、澆注搗固防水混凝土五道工序。施工原則以保證當天開挖、當天完成襯砌工作量為準，既可探清前方地質水文情況，採取可靠對策，又能保障施工安全。做到當天開挖，當天完成直牆襯砌，不允許開挖後棄之不管，力求開挖後當天襯砌完畢。如果工程計劃後期要向下擴展，需加設基礎鎖腳錨杆。第一塊拱片應埋入基礎內15cm，拱片間的螺栓連接、拱片與抗彎受力主筋連接可參照發明專利《雙曲隧道》(申請號為cn200810176891.0)實施，拱片配筋參照實用新型專利《多功能預製拱片》(申請號為cn201010251873.1)配置。每塊拱片的一個拱片錨固筋用根鋼筋與相鄰四塊拱片的錨固筋連接牢固，形成單層菱形鋼筋網，使拱片和防水混凝土緊密連成一體，既承受彎矩，又增大保護層厚度，防止鋼筋鏽蝕和滲漏。防水混凝土搗固密實後，即可立即有效受力。
隧道外牆修建方法，可參照發明專利《預製拱片、支護與主體結構結合的優化複合拱牆》和《利用優化複合預製拱牆作外牆的地下室》進行，但本發明用圍巖壓力理論和圍巖穩定分析方法，立足量變到質變規律，科學確定了導坑開挖尺寸和完成時間，這種短期暴露小空間的時空雙控方法，可以確保施工和周邊建築構造物安全。即使遇到外界天地人的不良影響，退後一步就可到達拱片保護的安全地帶，塌方長度1m左右，不致造成周邊重大影響。是一種完全可以信賴的安全施工方法。
對鬆軟土質，為防止中間土柱塌方，應做好導坑臨時支撐，防止坍塌，以保障導坑暢通和利用。
進一步地，步驟c2中，所述拱部襯砌包括拱部多功能預製拱片、拱部防水自密實混凝土；所述拱部防水自密實混凝土澆築在環形導坑ⅱ的內壁，所述拱部多功能預製拱片設置在拱部防水自密實混凝土的下側，所述拱部多功能預製拱片設有所述活動鋼拱架。
這樣，開挖上部拱形土方ⅱ，按計算結果嚴格控制，每次開挖進深1m，以能方便縱向安裝1塊拱片為準，下方土方不挖，作為工作平臺，掌子面放坡，有利自穩。
開挖後立即安裝二榀活動拱架，以控制拱片安裝形狀符合設計要求。在牆頂安裝加強片，以利用其頂部薄肋板上部澆築拱腳混凝土。拱腳現澆混凝土的作用是解決拱、牆變換角度問題，並為拱腳最下一塊拱片提供嵌固的條件。拱腳拱片埋置深度不小於10cm，拱片內現澆混凝土放坡，將水導流入洩水孔。拱腳現澆混凝土下部布置拱腳配筋，為向外擴展安全開挖拱片創造條件。
拱腳拱片安裝到位後，可兩側對稱平衡同時向上安裝拱片，並隨時全面錯縫，從上側澆注防水混凝土，至拱頂處可從前側澆注混凝土或者用封頂片壓注混凝土。修建拱部襯砌要特別注意搗固密實，頂部難以搗固使宜填築膨脹混凝土。拱部形成多鉸拱允許有限變形，以增強彈性抗力和發揮圍巖壓力的壓實作用。需觀測拱形位移，達到規範規定位移穩定值後，可拆除挪動活動拱架。
對滲漏可在變形穩定後堵漏，無效時設置活動排水槽排水，滲漏會隨時間自行減少和終止。可參見實用新型專利《隧道襯砌結構自防排水系統》(申請號為cn201220011010.1)。
進一步地，步驟c2中，對超淺埋不能成拱的洞室採用筒殼平頂蓋挖法最為安全、快速、節約，當地面存在植被、道路、建築、構築物，不能進行蓋挖，需要採用暗挖時，則用筒殼平頂結構，土方挖到筒殼平頂下緣，立即安裝固定槽形鋼梁，並在其上鋪設擋土板，然後抽出要開挖部分的擋土板後進行挖土、每次安裝一塊多功能預製拱片和拉緊4根鋼筋，構成菱形鋼筋網，並澆注拱部防水自密實混凝土，在20～30分鐘內完成；完成後槽鋼梁不再拆除，作為筒殼平頂受彎加強構件。
這樣，淺埋洞室由於上部覆土較薄，不能形成有效厚度的承載拱承載，可修建為暗挖平頂淺埋筒殼結構。不能按拱形承載分析其穩定性，應改用粘聚力與下沉土柱重之比，來判斷每塊拱片開挖後的穩定安全係數。設拱片長l＝1m、寬b＝0.30m(放寬20cm)，高h＝0.5m(包括拱片及防水混凝土總高)、粘聚力c＝5.8kpa、粘聚力折減係數kc＝0.5、圍巖重度γ＝17kn/m3、安全係數k：
根據土體重力和粘聚力平衡原理，經過數學推導。得出當安全係數k取1.05時，要求在半小時完成襯砌；k取1.2時，要求在當天完成襯砌。
每次挖襯1塊拱板：k＝6*c*kc/γ＝6*5.8*0.5/17＝1.02，要求在半小時完成襯砌，包括挖、襯砌，因此應儘可能挖掘與襯砌有關的土方，無關土方先不開挖。
如果是實測施工期間的實際粘聚力是3.3kpa，粘聚力折減係數kc＝1，故：k＝6*c*kc/γ＝6*3.3*1/17＝1.16，則按穩定分析可在1天內完成襯砌。
進一步地，步驟c3中，中間土方開挖後，為防止側壓力作用產生側牆位移，因此，需要控制地坪一次開挖長度，開挖長度小於等於自穩長度。
這樣，測定牆腳水平位移，當牆腳水平位移超過相對淨空變化1％時，地坪混凝土可增設預製混凝土支撐，再澆注地坪混凝土；或者增設反拱提供足夠水平推力，保持平衡；
對地下水嚴重、需要抗浮樁的工程或者計劃後期向地下深入發展的工程，必需設置預製反拱，以利用反拱的水平推力、各層外牆與圍巖粘聚力、摩擦力以及各層鎖腳錨杆防止工程上浮或下沉；並為隧道向深層或四周發展創造了條件。
本發明根據1300個實測圍巖壓力數據和15項不同的試驗工程驗證，其極高的相關係數證明荷載是引起隧道變形和病害的主要原因。國內外已有的圍巖壓力計算公式均簡化為平面問題、靜止問題計算，普遍沒有考慮到洞室開挖空間(特別是圍巖承載長度、支護承載長度)的影響；沒有考慮洞室開挖後垂直壓力向兩側傳遞的影響；沒有考慮圍巖參數變化的影響。圍巖穩定分析停留在粗略經驗判斷階段，沒有考慮人的主觀能動性，與實際相差甚遠。
本發明提供的根據圍巖客觀參數和開挖空間尺寸和形狀、十項因素確定圍巖壓力的方法；根據圍巖的三位(荷載、承載、材料)一體的特徵，計算出圍巖承載安全係數，比較圍巖自穩和有效襯砌所需時間，判斷圍巖穩定的新方法，為知己知彼、探索機理、精心謀計隧道設計施工，提供了理論基礎。
「少挖快砌、不留險地、安全提高、危險遠離」是量變到質變規律的具體體現。開挖空間越小，圍巖壓力也小，而圍巖自承載能力反而升高、自穩時間相應增長；另一方面，開挖空間小，襯砌工作量也小，完成獨立承載單元有效襯砌的時間也隨之縮短。控制開挖空間尺寸和形狀，既能延長圍巖自穩時間，又能縮短有效襯砌時間，一舉兩得。因此，即使是鬆軟圍巖，只要控制縮小開挖空間、同時，又加快縮短有效襯砌時間，就容易達到自穩時間遠大於有效襯砌時間的匹配效果，從而為實現隧道自穩施工創造了有利的條件。既不用增加輔助工程措施延長圍巖自穩時間、又避免了不能縮短有效襯砌時間的不足；既解除了對大型盾構機械和預製管片縮短有效襯砌時間的依賴，又避免了不能延長圍巖自穩時間的引起的上浮或下沉弊病。
「少挖快砌、空時匹配」是指縮小圍巖開挖空間和縮短主體有效襯砌時間相互匹配。力求達到「我摶為一，敵分為十，以十攻一，務求全勝」的目的。到底開挖多大空間為宜，能否在開挖空間穩定期間內提前完成有效襯砌，要根據開挖空間穩定時間的預測和開挖空間有效襯砌時間實測來確定。本發明提供的穩定判斷表，考慮了「圍巖自穩時間」和「有效襯砌時間」二因素的影響，既考慮了圍巖自穩時間客觀因素的影響，又考慮了有效襯砌的時間主觀能動因素的影響，提供了比較切合實際和實用的自穩施工的決策參考，希望在今後實踐中加以驗證和完善。
「少挖快砌」就是不留危險的暴露空間，既有效防止了風化、震動等外因坍塌可能性；又有利於解決穩定、平衡問題，使施工安全和周邊安全得到保障。我們不能依賴圍巖長期穩定，而忽視圍巖暫時或瞬間穩定。長時間金雞獨立會站立不穩，瞬間單腳支撐則可步行百裡，說明利用瞬間穩定，可以發揮巨大作用。不積跬步，無以至千裡；不積小流，無以成江海，聚沙成塔，集腋成裘，小步前行，步步為營，看來似慢，實際不慢，因為怕站不怕慢，一個邊長400m的基坑，4個豎井8個工作面，即使每一工作面日進2m，1個月就可輕鬆完成一層牆柱的修建，而且不佔總工期，比依賴外援增加基坑支護時間所佔用工期還少，使施工進度計劃容易掌握和落到實處。而且，大面積暴露、有坍塌危險的地方不復存在，即使有小塊坍塌區域，影響範圍小而弱，施工人員可以退一步避躲，周邊危險可以避免，便於快速修復，不致影響總體進度。
傳統大開挖方法一次將基坑開挖到底，然後從下到上，層層搭架向上修建，這種捨近求遠、變遠交近攻為全面樹敵的方法，使我強敵若弱變為我弱敵強，成倍地增大了荷載、減小了自穩能力，增加了主體施工時間，也增加了突發災害危險。試想：一個至少要施工一年的深大基坑，其穩定安全係數又控制在1.25以下較低水平，怎能保障一年四季會沒有突發危險呢。
我國近20年來發展迅速的逆作法技術，具有四節一環保(節能、節地、節水、節材，一環保)的綠色施工優勢，已廣泛用於大型地下停車場地、地下商場、地下交通樞紐、地鐵車站、地下變電站等隧道，其主要特點是地下室由上而下施工，由於其工序合理，符合自然規律，節約大量水平支撐、實現了基坑臨時圍護牆與地下結構外牆「兩牆合一」，三大效益十分顯著。但是仍然需要預先進行又厚、又深的地下連續牆施工和一柱一樁的臨時豎向支承系統，而本發明進一步發展到「一牆頂二」，無需豎向臨時支承系統。使各工序銜接合理，且環環相扣，相得益彰。由近及遠，步步為營，進有後勤保障，退有安全通路。
以超淺埋無基坑自穩施工為例，開始以圍巖作為臨時垂直支撐，修建頂板；待頂板達到強度則以頂板作為水平支撐和保護頂蓋，修建垂直支撐牆柱；待牆柱達到強度再開挖內部圍巖臨時垂直支撐，並以下部圍巖支撐，進行地板(即下一層頂板)施工，如此繼續，可以節省大量支撐、模板和工作支架，為縮短主體工程有效襯砌時間，保障自穩施工進行起到重要作用。
發揮混凝土抗壓優勢，進行優化受力設計，不僅承載能力成倍提高，而且便於華麗轉身為整體結構。通過化整為零和聚零為整過程，巧妙地解決隧道尚未形成結構時的有效承載和平穩轉換問題。如先用預製拱片沿隧道縱向小跨度單曲雙鉸拱承載，轉換為豎向或水平筒殼承載或轉換為橫向雙曲優化拱承載，可以實現四兩撥千斤。僅優化拱形發揮混凝土抗壓優勢一項，承載力提高數倍或者襯砌厚度減薄30％，已得到理論和實踐驗證。
內因是根據，外因是條件。把精力放到自身壯大的內因上來，走出依靠外因輔助的誤區，一能減少外因輔助工序，如實例7道工序減少到2道，將錨杆、管棚、網噴混凝土、盲管排水系統、柔性防水層等5道外因工序全部省去，節省了71％的工作量，不僅縮短了圍巖暴露時間有利於自穩施工，也避免了輔助工序帶來巖層鬆動、引水進洞等負作用。
二能破解裂縫、滲漏難題。使長期使用排水被堵由越用越漏變成久而不漏，有利質量提高。
三能促使工程安全升級。由於主體結構雙曲立體受力，承載能力成倍提高；由於主體拱形優化，使之與圍巖受力拱形一致，消除了圍巖、襯砌之間的鬆散分隔，真正實現了共同受力，保障了地質、水文條件突變時超載時安全儲備。
與現有技術相比，本發明具有以下優點：
(一)環境效益
一是少擾民：
自穩修建法一般採用暗挖或新型蓋挖法在地下施工，不存在地面打樁、地下連續牆大型機械等震動和噪音問題，對地面市民生活影響很小。
二是少佔地：
自穩修建法無需放坡、水溝，外牆防水施工空間和大部臨時設施所需增加的佔地面積，可縮小佔用地面面積50％以上。
三是暢交通：
對超淺埋地鐵車站、地下車庫、地下綜合管廊施工，自穩修建法先澆注主體頂蓋，後施工牆柱、底板，且不受冬季、雨天等氣候影響，加上構件工廠預製，簡化工序，節省了現場施工時間，可將恢復地面交通時間提前2/3以上，如大開挖地鐵車站恢復地面交通需要一年半以上，自穩法修建只需3～5個月。
四是利市容：
自穩修建法土方一次到位，沒有二次搬運，不存在街道兩側預留回填土問題，也不存在襯砌圍擋佔地不用問題，減少了對市容、市民生活和商店營業的影響。
(二)社會效益
一是保安全：
由於縮小控制開挖空間和開挖暴露時間，荷載減小，承載力增大，隨挖隨砌，步步為營，可以做到在圍巖穩定期間完成承載單元有效襯砌，不存在大面積施工塌方危險和排樁整體失穩影響周邊建築或構築物安全問題。
施工面小，滲流亦小，通過自排滲水或帶水平衡水下混凝土灌注方法施工，不存在深井降水引起周邊建築下沉變形的危險。
二是保質量：
優化拱軸發揮了混凝土抗壓優勢，裂縫問題得到有效解決。自密實防水混凝土可控分層直接澆注搗固和利用地層壓力壓實作用，修建中隨時接受實際水壓檢查，顯著提高主體工程質量和防水質量。
可見、多變大容量排水系統，可隨著地下水變化更新排水系統，保障隧道長期無洞內滲漏，而且，由於任意拱片都可以改造為排水管，其總體排水容量大，可以應對各種災害性暴雨的排除，有利於地鐵全天候運行。
三是保工期：
雖然自穩修建法施工，不能使用大型土方機械施工，目前小型機械或機器人工作尚未列入議事日程，單個工作面進展速度較慢，但可以按需增加工作面，實行並行流水作業。例如一個隧道設4個豎井、8個工作面，日進16m。加上工期基本不受季節、氣候、日夜等影響，避免了坍塌、水毀事故耽誤的時間，特別是利用預製件快速施工，步步為營，日有所進的預定工期可靠性較高，工程形象進度得到保障，預定工期可以得到保證。
四是助創業：
建築工業化、預製化、標準化是發展工業化生產、提高質量、速度和降低成本的有效途徑。本技術利用的多功能預製拱可以廣泛應用於隧道、巷道、地道、坑道、地下廠房、地下車站、城市地鐵、綜合管廊等地下建築；地面保溫、防震牆、覆土建築、擋土牆和雙曲橋涵等，互換性強、以備戰爭、災害後搶修，用途廣泛，建造大規模預製構件工廠，對利用地方資源、保障工程質量、提高建設速度、降低造價，實施大眾創業、萬眾創新國策，效果顯著。
(三)經濟效益
一是施工節約：
自穩施工節省了大量為保障施工安全和周邊安全的工作量，以ⅵ級圍巖某地下大廳為例，該大廳原設計淨跨7.8m、毛跨9m、洞長12m，由國家甲級資質的西北綜合勘察設計研究院於2015年11月出圖5張，鑑於規範規定：ⅵ級圍巖無自穩能力，沒有明確其設計參考參數，需要通過試驗、計算確定；設計單位參照ⅴ級圍巖加強支護出圖，但對埋深約50m的鬆軟土層，三面設置4m長的系統錨杆，佔用地下空間高度超過10m，佔用地下空間寬度17m，試錨塌落碎土顯著，對鬆軟溼陷性黃土中設置錨杆難起作用；同時，已建口部很小、大型施工機械不能進入，無法進行施工，在停工8個月後，會診會議決定採用自穩修建法解決上述難題。
2016年7月，設計院根據自穩修建法計算結果，再次出圖1張，取消原設計系統錨杆、超前管棚、網噴混凝土、鋼架等超前支護和初期支護設計，一方面控制開挖空間和形狀，減小圍巖壓力，增長圍巖自穩時間；另一方面，預製多功能預製拱片，由平面受力改變為立體受力，縮短承載單元有效承載時間，以保證有效承載時間遠小於圍巖自穩時間，實現了全斷面安全自穩施工；同時還將淨跨由7.8m擴大到10m，毛跨為11m，滿足了大廳全部功能的需要。
該工程採用自穩修建法由本專利系統軟體進行計算，由初次接觸此技術的西北綜合勘察設計研究院重新出圖，由資質較低、從未進行過自穩施工的蘭州銀強科技建築工程公司進行施工，經過半天技術交底和專人指導，僅用二個月時間，就安全完成了地下指揮大廳的主體結構施工任務。可見，自穩修建法是易於掌握和推廣的新技術，也是安全性高、可以複製的科技成果。
以ⅵ級圍巖某10m淨跨地下大廳為例，主體襯砌由原60cm(c30網噴混凝土20cm+c35鋼筋混凝土40cm)，改變為50cm(6cm厚、拱高20cm的c25鋼筋混凝土永久模板+30cm素混凝土組合襯砌)，主體襯砌厚度減薄45％。取消了系統錨杆和超前導管管棚二項超前支護、網噴混凝土初期支護和中間盲管排水系統和柔性防水層，使主體結構施工工序由7道減少到2道，工序減少71％，相應材料、機械、人工大量節省。
二是設計節約：
由於採用自穩修建法施工，所有為防止塌方、保障施工安全的輔助措施全部取消；由於破解了圍巖承載拱的拱形和承載厚度，襯砌設計拱形與圍巖承載拱密切配合，做到真正共同受力，僅需對圍巖承載拱的承載裂隙部分進行壓漿加固處理，就增加了一倍的安全儲備。按照現行規範，以常用的兩車道隧道複合式襯砌設計參數為例，平均節約襯砌工程量30％以上，節約總工程量50％以上。同理，三車道、四車道也能獲得同樣或更優的效果。
雙車道公路隧道用新奧法和自穩法設計參數比較
自穩法實際節約效果
三是社會節約：
自穩修建法無論淺埋或深埋，都可用暗挖或蓋挖施工完成，大大減少了噪音、揚塵對地面汙染。既不存在打樁、大型機械地面施工的噪音汙染；也沒有泥水盾構、地下連續牆的泥水汙染；還可避免回填土方堆積造成的市容視覺汙染和生產、生活的影響。
沒有錨杆、管棚破壞鄰近地下綠化或施工環境問題。沒有打樁、地下連續牆佔用地面、地下空間，臨時佔用影響長遠發展問題。由於僅從豎井吊運渣土，土方不落地，僅僅需要小面積短時間圍擋當天要施工的地面或者不圍擋地面，對解決地面交通擁堵、方便市民出行、減少交通繞行，保障沿線單位生產、生活正常進行效果顯著。
自穩修建法可以自由向四周或者向更深的地下擴展，有利於深層地下空間的充分利用，對於高層建築、地下車庫、地下綜合管廊的後期發展具有重大潛能。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。
圖1為本發明的設計施工方法流程框圖；
圖2為地下工程的施工方案圖；
圖3為導坑修建隧道外牆示意圖；
圖4為導坑修建隧道外牆另一示意圖；
圖5為環形導坑架設活動鋼拱架修建拱部襯砌示意圖；
圖6為環形導坑架設活動鋼拱架修建拱部襯砌另一示意圖；
圖7為淺埋筒殼平頂修建示意圖；
圖8為淺埋筒殼平頂修建另一示意圖。
圖9為開挖中間土方，修建地坪和反拱示意圖；
圖中：1-基礎；101-基礎鋼筋；102-基礎鎖腳錨杆；2-拱牆多功能預製拱片；201-拱片內部配筋；202-拱片錨固筋；3-外牆防水混凝土；301-牆部抗彎豎筋；302-菱形鋼筋網；4-拱腳現澆防水混凝土；401-拱腳配筋；402-拱腳洩水孔；5-活動鋼拱架；501-固定槽形鋼梁；502-擋土板；6-拱部多功能預製拱片；7-拱部防水自密實混凝土；701-拱部菱形鋼筋網；8-預製反拱；9-混凝土地坪
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
如圖1所示，本發明提供的一種隧道及地下工程自穩修建法，包括以下步驟：
步驟a、計算圍巖壓力；
步驟b、根據圍巖壓力進行圍巖穩定分析；
步驟c、地下工程挖掘和襯砌：
c1、開挖兩側導坑ⅰ，對稱修建優化複合拱牆；
c2、開挖環形導坑ⅱ，架設活動鋼拱架、修建拱部襯砌或者超淺埋筒殼平頂；
c3、開挖中間土方ⅲ，修建地坪9或預製反拱8；
步驟d、按照步驟a、步驟b和步驟c的施工方法，依次向前完成對地下工程的其他各段的施工。
新奧法以控制外因為主，用加固圍巖改變來滿足隧道施工需要，所採用的壓漿、錨噴、管棚等加固圍巖方法，都是針對提高圍巖(外因)的承載能力、延長圍巖自穩時間的措施，但對襯砌結構自身(內因)輔助工序繁多、中間防排水層費時費力帶來的負面影響卻缺乏深入研究，以至費力不討好，得不償失；
盾構法以控制內因為主，用盾構機圍擋和氣壓平衡、泥水平衡、土壓平衡原理，預製管片加快隧道施工速度來滿足圍巖自穩要求，卻對如何利用分部開挖、拱形優化、快速填塞簡單經濟地圍巖自穩方法缺乏考慮，因此存在埋深限制、造價較高、地面下沉或浮起、防排水質量壽命等難以保證的問題。
上述方法，各有特色，但均偏於極端。無論是偏於外因或者偏於內因都不能有效、可靠地解決隧道安全和經濟問題。圍巖各向異性、複雜多變、量大面廣，要有效控制這個外因是很難的；光靠特大型盾構等機械，也不能很好解決短小隧道、地質水文多變的施工問題，只有內外結合，相輔相成，才能從規範判定的絕大多數圍巖不能穩定走向絕大多數都能短期穩定的正確認識上來，隧道自穩施工才有堅實理論基礎。
本發明自穩修建法是以內因為依據，外因為條件，內外結合，相輔相成。既通過預製快裝、合理受力、全程平衡控制內因，以縮短主體工程有效承載時間；又通過縮小開挖空間、控制優化拱形、避免擾動水害改善外因，延長圍巖自穩時間，使獨立承載單元有效承載時間遠小於圍巖自穩時間，從而保障自穩施工的安全可靠，達到既節省了加固圍巖、超前支護圍巖、初期支護圍巖等各種輔助工序或輔助措施；又無需大型盾構機械，減少耗費、提高防排水使用壽命；為地質水文多變、洞室斷面變化的中、短隧道或特大斷面隧道修建，開闢了一條不用大型機械，防排水可靠、適宜建築密集繁華地區隧道修建、工廠預製化和標準通用化、簡單可靠的自穩修建的新路。
步驟c2中，淺埋或深埋覆土較厚，允許按拱形襯砌修建；超淺埋覆土很薄，只能用平頂筒殼，替代起拱高度。最好以地層為支撐、模板，用蓋挖法修建，先修頂蓋後修牆柱；如果地面有植被、管網、建築、構築物或道路，不允許破壞時，就用暗挖法筒殼平頂施工解決。與修建拱部襯砌的目的一樣，都是解決頂蓋施工問題。
立足於自身內因，了解和改變外因條件，強化」知彼知己，百戰不殆」的能力，是隧道設計施工應用孫子兵法的新進展。避免盲目開挖，迷戀貫通報喜，致使成洞有效承載期加長，帶來荷載增加、外部影響加劇、變形塌方等負面作用。因此，需要從「盲目套搬局部經驗、先戰而後求勝」，提高到「預先調研謀算，先勝而後求戰」上來。
其中，步驟a中圍巖壓力計算過程為，
深淺埋分界深度，
式中下沉土柱長l，為口部至掌子面長度即施工進深，當施工完成後，l為洞室全長；如為貫通隧道，則掌子面圍巖消失，則認為下沉土柱為無限長，按平面問題處理；
下沉土柱半寬α為洞室半毛寬(m)；y為洞室計算高度(m)；為地層內摩擦角；
故下沉土柱寬：
n'＝2n/(1+2n)……n』，n』為進深影響係數；式中n為下沉土柱長寬比，n＝l/2α1；
γ為圍巖重度；c為粘聚力；ξ為側壓力係數；為地層內摩擦角；
淺埋洞室垂直地壓
式中：h為覆蓋層厚度m，其餘同前；
深埋洞室的垂直地壓
深淺埋洞室側壓力e側＝α1*ξ/(α1-α)；
式中：側壓力係數ξ＝μ/(1-μ)；
α1為洞寬方向地層滑動面半寬；
α為毛洞半寬；y為洞室計算高度；為地層內摩擦角；
深淺埋洞室底壓力σ底＝e側*ξ。
根據十項客觀參數科學計算圍巖壓力，這是目前為止世界上考慮客觀影響因素最多、最接近實測圍巖壓力的理論公式，為根據勘測數據正確預測圍巖壓力(知彼)提供了新方法。因為，圍巖壓力是隧道設計施工的基礎，是隧道產生變形和破壞的根本原因，也是尋找隧道病因，實現標本兼治的根本途徑。現行方法是根據規範提出的經驗性的側壓力係數，判斷圍巖壓力主攻方向始終來自頂部，不知道有時圍巖壓力主攻方來自兩側，例如京廣南線雙線隧道厚達1.2～2m的襯砌，竟然開裂壓碎，就是錯判了圍巖壓力主攻方向產生的後果；所有計算圍巖壓力公式都簡化為平面問題計算，未考慮洞室長度對圍巖壓力的立體影響，因此，一方面造成短進深洞室的巨大浪費；另方面又增加了圍巖或初期支護的安全風險，一個洞頂覆土40m的黃土隧道，其50cm厚的初期支護坍塌，造成頂部房屋倒塌的三死五傷事故，就是規範計算圍巖壓力不考慮開挖長度和拱形承載的影響，還強調要等待應力釋放造成的；
自穩修建法圍巖壓力計算方法按立體極限圍巖壓力理論計算，其影響因素10個，比太沙基理論、普氏理論、我國鐵路、公路隧道設計規範所考慮的影響均多，經用實測塌方高度檢驗、實測垂直圍巖壓力檢驗、實測水平圍巖壓力檢驗、動態圍巖壓力檢驗、實測承載力檢驗、自建試驗工程檢驗、他建試驗工程檢驗、天然自穩洞室檢驗、用已建隧道襯砌厚度、實測變形檢驗共1300多個樣本，相關係數達99％。
步驟b中，當所述q淺和q深計算荷載小於或等於0時，可以自穩施工；
當式q淺和q深計算荷載大於0時，應根據此荷載、洞室尺寸、拱形及承載體物理力學參數，進行承載拱的安全校核，根據其計算安全係數初步判斷圍巖穩定時間；然後，將有效襯砌時間控制縮短數倍，保證自穩施工安全進行。
根據外因和內因二項因素對比，進行圍巖穩定分析。首先按圍巖壓力計算承載體的安全係數，以判斷圍巖自穩時間，比較自穩時間和獨立承載體施工的有效承載時間，判斷能否進行自穩施工。突破了現行規範依據圍巖和洞室跨度的片面表象粗略分析圍巖穩定的錯覺，從而發揮主觀能動性使自穩修建從絕對少數發展到絕對多數。圍巖是外因，隧道主體結構是內因，規範單純依據圍巖級別和洞室跨度來判斷穩定性，是忽視內因這個根本依據，盲目依靠外因條件的錯誤判定，從而導致了大量使用輔助工程措施，來改善外因條件的被動做法，忽視了內因的決定性作用，嚴重阻礙了安全、優質、快速的自穩施工的發展；通過安全係數與自穩修建穩定判斷表，可以核對出圍巖的自穩時間。
安全係數與自穩修建穩定判斷表
步驟c1中，所述複合拱牆包括條形基礎1、拱牆多功能預製拱片2、外牆防水混凝土3、拱腳現澆防水混凝土4；所述土條形基礎1設置在隧道的內壁下側，所述外牆防水混凝土3塗抹在隧道的內壁上，所述拱牆多功能預製拱片2設置在外牆防水混凝土3上，所述拱腳現澆防水混凝土4澆築在拱牆多功能預製拱片2的上側。
如圖2所示，圖2為為地下工程的施工方案圖；
本實施例為ⅵ級圍巖地下大廳,原設計參照規範複合式襯砌設計，因土質松、口部小，洞室跨度大，無法施工，後改用自穩修建法，反而將淨跨7.8m，擴大到10m，加寬28％；淨高5.45m，提高到5.8m，升高6.4％，使淨空面積由32.88m2擴大到48.18m2，增加使用面積31.8％。但是由於襯砌厚度減薄，開挖土方面積反而由69.83m2降至66.48m2，減少了開挖土方4.8％；由於複合式襯砌要向三側各伸出4m長的系統錨杆，佔用地下空間面積由178m2，猛降至66.5m2，僅為原佔用地下面積的37.3％，大大提高了地下空間利用率。
複合法主體襯砌用7道工序，自穩法減少了錨杆、管棚、網噴混凝土、盲管排水系統、柔性防水層等5道工序，僅有2道工序，工序減少了71％；複合式襯砌原設計主要耗材24種,用自穩修建法施工可以減少φ中空錨杆、φ20砂漿錨杆、無縫鋼管管棚、錨杆託板、防水板、無紡布、以及各種止水帶、密封條、預埋件等16種耗材,減少66.7％；複合式襯砌原設計主要機具設備14種,用自穩修建法施工可以減少鑿巖臺車、管棚鑽機、錨杆鑽機、混凝土噴射機、注漿機、挖掘機等6種,減少42.9％。
荷載及圍巖穩定分析按隧道及地下洞室智能優化系統升級版《圍巖穩定及隧道設計施工實用系統》分析。進入程序[圍巖壓力]計算界面，在黃色單元格內輸入洞室埋深、毛洞跨度、毛洞計算高度、毛洞長度、圍巖內摩擦角、粘聚力、重度、側壓力係數或泊桑比、粘聚力折減係數等有關數據後，單擊[荷載計算]按鈕，即可得出荷載曲線和荷載數值表。計算結果表明：當全斷面開挖時，承載長度為1m時無荷載，也就是說保持現有狀態(防止震動、擾動、地下水侵蝕等)每次進尺控制進尺1m並及時有效支護，可以實現全斷面自穩施工；但本工程高度為6.8m,全斷面施工需要搭建腳手架,為利用圍巖作為腳手架,故分為二層施工,下層採用導坑法施工，導坑跨度小於2.5m時無荷載，開挖3m時荷載很小，圖中可見當圍巖承載長度3m時眼鏡工法施工荷載僅無為06kpa，仍然可穩定一段時間，因此採用2.5m×2.5m導坑控制無支撐長度3m施工側牆；採用控制無支撐長度1m施工拱部,可以保證自穩施工安全。
單擊[雙優化襯砌]按鈕,程序自動進入組合襯砌計算界面,單擊[自動計算]按鈕,程序自動選擇優化拱形(第一弧段半徑5.783m、第一弧段半圓心角0.77弧度即44.14°、第二弧段半徑5.381m),得出最大偏心距0.54cm,最小安全係數2.54,襯砌厚度17cm,即可滿足長期安全要求。但預製拱片總高度是20cm(包括6cm拱片厚及14cm空間厚)，現澆防水混凝土保護層防水及菱形鋼筋網302要求最小厚度10cm，故按總厚度30cm(拱片20cm，防水混凝土10cm施工，每進米混凝土量3.88立方米,土方56.46立方米。
由於洞室長度很短，荷載小，為了方便使用，擬改用直牆拱形，設計直斜牆高度改為2.5m,將軸線矢高改為3.75m後,拱形選擇改為單心園,單擊[計算自定義拱形]按鈕,得出第一弧段半徑5.98m、第一弧段半圓心角68.57°。單擊[內力計算]按鈕，得出當襯砌厚度17cm時，計算安全係數0.47,不合要求,將優化選擇改為」單優化」,並在調用荷載欄將「貫通隧道極限荷載」改為「不貫通隧道極限荷載」，再單擊[內力計算],襯砌厚度自動變成43cm，最大偏心距12.2cm,最小安全係數3.1,可滿足長期安全要求。每進米混凝土量8.3立方米,土方62.56立方米。設計單位增加了拱片空間高度14cm的一半，按50cm厚度施工，仍比原按規範參數設計總襯砌厚度60cm,仍然薄20％。
單擊[進行淨空校核]，進入施工圖界面；單擊[施工詳圖]按鈕，進入施工詳圖界面，選擇[工程量計算]菜單，輸入洞室總長度和加強段長度，單擊[計算工程量]按鈕，立即得出所需8種鋼筋的略圖、直徑、長度、根數、總長度、總重量。預製優化拱片、預製混凝土、泵送或現澆防水混凝土、鋼材、木材、土石方的正常段、加強段和總工程量。
地下大廳施工方案分三步進行。大跨度地下洞室施工，在具備大型開挖、襯砌機械條件，又能保障全斷面施工安全時，可選全斷施工。但本工程口部很小，大型機械無法進入，且施工口部地平與大跨度洞室地平同高，因此，按照遠交近攻、步步為營、進出方便原則選擇，第一步開挖兩側2.5m導坑ⅰ,對稱修建外牆(包括基礎1、拱牆多功能預製拱片2、防水混凝土、拱腳現澆防水混凝土4)；第二步開挖環形導坑ⅱ架設活動鋼拱架5修建拱部襯砌(包括活動鋼拱架5、拱部多功能預製拱片6、拱部防水自密實混凝土7)；第三步：開挖中間土方ⅲ,修建地坪9或預製反拱8。
如圖3和圖4所示，對稱開挖兩側小導坑，開挖寬度一般選擇2-2.5m，高2.7m，開挖長度嚴格按計算結果控制在3m以內，導坑開挖後，立即修築優化複合拱牆.其工作量包括開挖土方ⅰ、修築混凝土條形基礎1，並預埋、基礎鋼筋101、牆部抗彎豎筋301，安裝拱牆多功能預製拱片2、鋪設菱形鋼筋網302、澆注搗固防水混凝土五道工序。施工原則以保證當天開挖、當天完成襯砌工作量為準，既可探清前方地質水文情況，採取可靠對策，又能保障施工安全。做到當天開挖，當天完成直牆襯砌，不允許開挖後棄之不管，力求開挖後當天襯砌完畢。如果工程計劃後期要向下擴展，需加設基礎鎖腳錨杆102。第一塊拱片應埋入基礎1內15cm，拱片間的螺栓連接、拱片與抗彎受力主筋連接可參照發明專利《雙曲隧道》(申請號為cn200810176891.0)實施，拱片配筋201參照實用新型專利《多功能預製拱片》(申請號為cn201010251873.1)配置。每塊拱片的一個拱片錨固筋202用根鋼筋與相鄰四塊拱片的錨固筋連接牢固，形成單層菱形鋼筋網302，使拱片和防水混凝土緊密連成一體，既承受彎矩，又增大保護層厚度，防止鋼筋鏽蝕和滲漏。防水混凝土搗固密實後，即可立即有效受力。
隧道外牆修建方法，可參照發明專利《預製拱片、支護與主體結構結合的優化複合拱牆》和《利用優化複合預製拱牆作外牆的地下室》進行，但本發明用圍巖壓力理論和圍巖穩定分析方法，立足量變到質變規律，科學確定了導坑開挖尺寸和完成時間，這種短期暴露小空間的時空雙控方法，可以確保施工和周邊建築構造物安全。即使遇到外界天地人的不良影響，退後一步就可到達拱片保護的安全地帶，塌方長度1m左右，不致造成周邊重大影響。是一種完全可以信賴的安全施工方法。
對鬆軟土質，為防止中間土柱塌方，應做好導坑臨時支撐，防止坍塌，以保障導坑暢通和利用。
如圖5至圖6所示，步驟c2中，所述拱部襯砌包括拱部多功能預製拱片6、拱部防水自密實混凝土7；所述拱部防水自密實混凝土7澆築在環形導坑ⅱ的內壁，所述拱部多功能預製拱片6設置在拱部防水自密實混凝土7的下側，所述拱部多功能預製拱片6設有所述活動鋼拱架5。
開挖上部拱形土方ⅱ，按計算結果嚴格控制，每次開挖進深1m，以能方便縱向安裝1塊拱片為準，下方土方不挖，作為工作平臺，掌子面放坡，有利自穩。
開挖後立即安裝二榀活動拱架，以控制拱片安裝形狀符合設計要求。在牆頂安裝加強片，以利用其頂部薄肋板上部澆築拱腳混凝土。拱腳現澆混凝土的作用是解決拱、牆變換角度問題，並為拱腳最下一塊拱片提供嵌固的條件。拱腳拱片埋置深度不小於10cm，拱片內現澆混凝土放坡，將水導流入拱腳洩水孔401。拱腳現澆混凝土下部布置拱腳配筋401，為向外擴展安全開挖拱片創造條件。
拱腳拱片安裝到位後，可兩側對稱平衡同時向上安裝拱片，並隨時全面錯縫，從上側澆注防水混凝土，至拱頂處可從前側澆注混凝土或者用封頂片壓注混凝土。修建拱部襯砌要特別注意搗固密實，頂部難以搗固使宜填築膨脹混凝土。拱部形成多鉸拱允許有限變形，以增強彈性抗力和發揮圍巖壓力的壓實作用。需觀測拱形位移，達到規範規定位移穩定值後，可拆除挪動活動拱架。
對滲漏可在變形穩定後堵漏，無效時設置活動排水槽排水，滲漏會隨時間自行減少和終止。可參見實用新型專利《隧道襯砌結構自防排水系統》(申請號為cn201220011010.1)。
如圖7和圖8所示，步驟c4中，土方挖到筒殼平頂下緣，快速安裝固定槽形鋼梁501，並在其上鋪設擋土板502，然後抽出要開挖部分的擋土板502後進行挖土、安裝拱部多功能預製拱片6和拱部菱形鋼筋網701，澆注拱部防水自密實混凝土7，完成後槽鋼梁不再拆除，作為筒殼平頂受彎加強構件。
淺埋洞室由於上部覆土較薄，不能形成有效厚度的承載拱承載，可修建為暗挖平頂淺埋筒殼結構。不能按拱形承載分析其穩定性，應改用粘聚力與下沉土柱重之比，來判斷每塊拱片開挖後的穩定安全係數。設拱片長l＝1m、寬b＝0.30m(放寬20cm)，高h＝0.5m(包括拱片及防水混凝土總高)、粘聚力c＝5.8kpa、粘聚力折減係數kc＝0.5、圍巖重度γ＝17kn/m3、安全係數k：
根據土體重力和粘聚力平衡原理，經過數學推導。得出當安全係數k取1.05時，要求在半小時完成襯砌；k取1.2時，要求在當天完成襯砌。
每次挖襯1塊拱板：k＝6*c*kc/γ＝6*5.8*0.5/17＝1.02，要求在半小時完成襯砌，包括挖、襯砌，因此應儘可能挖掘與襯砌有關的土方，無關土方先不開挖。
如圖9所示，步驟c3中，中間土方開挖後，為防止側壓力作用產生側牆位移，因此，需要控制地坪9一次開挖長度，開挖長度小於等於自穩長度。
測定牆腳水平位移,當牆腳水平位移超過相對淨空變化1％時，地坪9混凝土可增設預製混凝土支撐，再澆注地坪9混凝土；或者增設反拱提供足夠水平推力,保持平衡；
對地下水嚴重、需要抗浮樁的工程或者計劃後期向地下深入發展的工程，必需設置預製反拱8，以利用反拱的水平推力、各層外牆與圍巖粘聚力、摩擦力以及各層鎖腳錨杆防止工程上浮或下沉；並為隧道向深層或四周發展創造了條件。
最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求和說明書的範圍當中。