王明年，张 霄，赵思光，王志龙，刘大刚，童建军

(1. 西南交通大学 交通隧道工程教育部重点实验室，四川 成都 610031；2. 西南交通大学 土木工程学院，四川 成都 610031)

随着我国经济的快速发展，铁路隧道的建设规模和建设难度越来越大，截至2019年底，我国共建成高速铁路隧道3 442座，累计长度约5 515 km，大型机械化全断面法是中国高速铁路隧道施工方法的发展方向[1-2]。全断面开挖对围岩扰动次数少、工序简单、施工效率高，但开挖面积大，掌子面易失稳、塌方，因此目前主要应用于Ⅰ～Ⅲ级围岩，软弱围岩条件下，主要采用传统台阶法，而合理的超前支护措施，能有效提高掌子面稳定性，是实现软弱围岩隧道机械化全断面开挖的技术保证[3-4]。

隧道掌子面稳定性分析主要有极限分析法、极限平衡法，其中极限平衡法的计算模型相对简单、明确，得到了广泛的应用，最具代表性的是文献[5]提出的经典楔形体模型，为提高该模型的准确性，大量学者对此模型进行了改进、修正[6-8]。

隧道工程中常用的超前支护措施有：超前管棚、掌子面喷射混凝土、掌子面锚杆、掌子面预注浆，相关设计方法研究现状如下:

(1)隧道超前管棚主要有三种计算模型，即简支/固端梁模型[9]、弹性地基梁模型[10]、三维棚架模型[11]，其中弹性地基梁模型是目前管棚理论分析中应用最广泛的计算模型。文献[10]基于弹性地基梁模型提出了超前管棚设计方法；文献[12]建立了变基床系数下管棚的弹性地基梁模型；文献[13]通过理论分析，得出初期支护、围岩基床系数对管棚的荷载传递效应影响较大。……