管棚法作为浅埋暗挖工法的一种,为降低对地面活动及其他地下设施与管线的影响,近来已在地下隧道工程中得到广泛应用。管棚是为隧道施工所采用的一种辅助工法,主要为隧道开挖时提供临时挡土设施,同时减少施工时对地面活动及其他地下设施与管线的影响。特别在隧道施工处覆土厚度较小但无法以明挖覆盖方式施工的工程,管棚工法则具有其他工法所无法代替的优势。本文旨在熟悉管棚工法的施工特点基础上,综合利用理论解析法、数值分析法进行系统研究,并结合现场实测数据对本项工程的地表变形进行了全面系统对比分析,得出了以下一些见解:(1)在对隧道工作面上覆地层结构进行理论上的探讨前提下,总结了预加固结构对地层起到的促稳效应、梁拱效应、拉杆效应,揭示了其内在作用机理;归纳了隧道围岩压力的计算方法,在此基础上确定了浅埋偏压隧道管棚的受力荷载,并根据文克尔提出的土介质理想化理论建立管棚超前支护结构力学模型;以东山隧道为依托工程,对比分析了两种类型下管棚的力学响应结果,得出类型1状态下的管棚促稳作用优于类型2。(2)运用有限元软件midas gts nx对东山连拱隧道进行仿真模拟分析,讨论了隧道施工状态下管棚、围岩及中墙结构的变形规律及力学响应,模拟结果能基本反映出管棚预支护对地表变形的影响,实际施工前进行必要的数值分析可掌握土体的应力分布及位移沉降情况;对比分析了有、无管棚预支护情况下的隧道地表沉降、拱顶下沉,并通过现场实测数据验证其可靠性,分析表明管棚预支护体系在控制地表沉降和拱顶下沉方面取得良好的成效;探讨了掌子面稳定性问题及管棚预支护下的隧道掌子面围岩纵向位移变形趋势,得出管棚预加固区能有效抑制围岩破坏区域向地表延伸。(3)应用Matlab编程程序和midas gts nx数值分析软件,对影响隧道管棚预支护效果的管棚长度、管径大小、间排距、开挖进尺、布置形式等因素进行了不同工况下探讨,量化分析了各参数与超前支护效能发挥之间的关系,并提供了相应的参考值;综合工程实际给出了一套符合浅埋暗挖隧道管棚预加固参数设计方法。