1、引言
马克思主义理论核心是人的解放，在研究生产力与生产关系、经济基础与上层建筑之间关系的一般社会发展规律，而阶级斗争、唯物主义…是其理论的组成部分。在俄国和中国等国家都是结合本国的社会发展实际，才取得了革命的成功，发展成列宁主义和毛泽东思想。而结合西方发达国家的社会发展实际则进行社会改良缓和矛盾，推动经济社会发展，也发展成许多新理论。正确的理论需要结合社会发展阶段的实际，究竟是采用革命手段还是采用改革手段才有效呢？关键是否符合绝大多数人的利益和社会进步，因此马克思主义的生命力在于时代化、具体化、大众化。在地下工程建设中，传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”也是在解决特定地下工程建设问题过程中提出的一般理论，实际应用中有成功也有迷茫。
应该记住：牛顿力学、能量法、有限元等理论能够解决结构稳定平衡问题�；⒖硕�、本构关系等理论建立了材料力与变形之间的关系。而结构的变形协调问题（即构件内部或构件与构件之间的力有效传递问题）并未凸显出来，也缺乏明确的分析标准。对于简单结构，基于成熟的构造措施以及经实践验证合理的变形假定一般能够解决变形协调问题。对于复杂结构而言，工法与构造创新虽然克服了大部分连接可靠性问题、但是构件之间或非均匀构件内部或组合变形协调问题没有往往重视不够，有时导致结构开裂或不利变形甚至破坏�？梢曰诖�“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”等已有地下工程建设的一些基本理念，结合施工技术发展水平，工程环境变化情况，创造性地提出适应地下工程建设需要的新理论和新方法。“地下工程平衡稳定理论”正是基于这种需要而发展的，以一般性力学模型研究地下工程建设全过程稳定平衡与变形协调的问题，以期达到高效、安全地进行地下工程建设。
这些理论的共同价值是“充分发挥围岩的自承能力”、“基本维持围岩原始状态”、“稳定平衡与变形协调”，解决问题时既要思路定位正确，更要手段有效到位，真正做到“具体问题具体分析”，否则好理念而无有效手段保障也没用。正如国家安全的关键是战略和军事实力，而经济和科技实力等是支撑；工程结构安全的关键是把握物理概念与过程力学状态正确性和手段有效到位，而数值分析和模型试验等是支撑，越是复杂问题，把握物理概念与过程力学状态正确性和手段有效到位越重要。这样地下工程研究与实践属于半理论半经验方法，犹如灰箱模型，面对问题，坚持基本物理概念与力学方法及整体和联系的哲学思维，尽可能研究灰箱模型内涵，着重研究物质特性、手段效果，采用有效手段控制周边环境与结构共同作用行为更为关键。
2、需求发展与研究转型
统筹区域协调发展，需要建设大量地下工程。丘陵山区隧道、城市地下车库、人防工程、地下商场等建设，也主要由地质选址转变为主要由规划选址，对应的建设环境也日趋复杂，更多地涉及破碎围岩和软弱围岩、地下水富集区、偏压、环境稳定等问题，地下工程构筑物的跨度和长度逐渐增大、新的结构形式不断出现，出现新问题越来越多。伴随复杂工程环境、复杂地质条件和复杂的结构形式，确保地下工程建设安全的难度越来越高，合理把握地下工程施工工法的复杂性和重要性日益增加。探索易于应用的地下工程建设理论和方法，具有重大的理论价值和现实意义。（犹如人类饥饿时就只有一个吃饱问题；而解决吃饱问题后就会产生许多问题，因此条件变化就会引起研究问题、研究方法、解决方法等相应变化。）
3、研究目标与平衡稳定理念拓展
地下工程建设已经完成了从实践到理论的发展，形成许多理论体系，提高、完善和简化地下工程建设理论是当前的发展要求。工程结构既是人类创造艺术品，更要承载着一定的使用功能。因此，工程结构首先要把握整体周边环境（物质、水）的稳定平衡，再要把握局部环境与结构相互作用不但要满足艺术上的形似平衡，更要从“力、变形、能量”等方面确保系统始终处于稳定平衡状态。“力和能量要有相应物质载体，并具有相应传递或转换路径”，结构“稳定平衡与变形协调”和“外力做功有效转换为结构弹性应变能”是统一的，变形协调又是能量法和力法结构分析的必要条件。确保“力、变形、能量”按设计路径传递及方式转化是结构稳定、安全、合理的基本要求，也是维持设计形式不产生有害过程的基础，根据实际情况，分别从“力、变形、能量”三要素中的一个或几个要素可更好控制地下工程结构行为，一般来说用“力、能量”进行定性或定量分析结构行为，而用 “变形”进行控制结构行为。而确保结构的“稳定平衡与变形协调”，不仅需要目标控制，更需要围绕目标实现结构安全合理的过程控制，否则结构就会不稳定或破坏。
参照仿生学，安全合理的地下工程结构必须满足三个条件：①工程结构平衡必须稳定；②工程结构变形必须稳定与协调；③工程结构敏感构件或连接件可以检测或维护或替换。
通过对大量国内外经典历史工程坚持用心观摩与领悟、现代力学知识逻辑分析与判断等可以得出结论：在整体周边环境（物质、水）的稳定平衡的基础上，应通过整体力学分析研究地层与支护结构组合系统力学状态与过程，必要时采用有效措施确保地下工程施工使全过程满足围岩与支护结构体系的承载力始终保持大于隧道施工前保持原始岩体稳定平衡的原始内力，使得地下工程始终保持稳定平衡状态与变形协调，达到地下工程“基本维持围岩原始状态”，实现在保持围岩承载能力的条件下“充分发挥围岩的自承能力”的目的。同时提出地下工程独立受力系统建设使用全过程都必须满足三维力学稳定平衡、三维力与变形协调、三维变形稳定与协调，以使得独立受力的组合结构系统由组合或单件部分受力体转变为整体共同受力体，否则会改变原始三维力学平衡形式或达到新的三维力学平衡形式，甚至丧失稳定性；对于无法实现变形协调的多个独立受力单元的地下工程组合结构系统，避免连接部分开裂是重点，例如连拱隧道与小净距隧道及多个独立平行斜交连续梁桥，要提高他们的受力独立性；因此平衡稳定理念就由稳定平衡拓展到稳定平衡与变形协调，包括“充分发挥围岩的自承能力”、F>Po或，以及延伸拓展“基本维持围岩原始状态”、围岩极限承载能力、监测只适用于极值点稳定问题而不适用于分支点失稳问题、开挖能量最小原理、强预支护理论、受力独立性、环境稳定与协调平衡理论等，便于更加全面研究地下工程建设安全等问题。
例1：变形协调概念的具体例证，幼小孩站和走不稳定自身会摔跤，外推力只是诱因；赵州桥砌块之间没有砂浆，砌块为料石是关键。
例2：青少年人担100斤与壮年人担100斤能力的区别在于具有耐力和稳定性的常态，而不是非常态的爆发力否则人身体会受到伤害，工程结构设计理念也应具有稳定的常态性。
例3：从受压杆件丧失稳定问题的分析中可以看到，监测只适用于极值点稳定问题而不适用于分支点失稳问题。这样实际工程中，我们在规划工程设计施工方案时，应该采用结构措施或辅助手段防止结构发生分支点失稳，确保工程施工安全。
4、目标与过程控制两大类研究方法简单问题的目标控制容易把握，而复杂问题的目标控制具有极大的难度，正像分析树叶落地和苹果落地的差别，容易预测从高处落下的一个苹果的落点，但你很难预测从高处落下的一片树叶的落点。对于简单问题，可以采用精确分析和目标控制方法；对于复杂问题，应采用整体控制与细节把握和围绕目标的过程控制方法。对于条件好的简单地质环境，地下工程的稳定平衡容易实现，选用什么理论和工法不重要，自然达到目标整体控制；而对于不良地质条件和复杂工程环境条件的地下工程建设，会遇到许多不确定性的问题，就需要更清晰的整体思路和正确的工程保障措施，做到整体控制与细节把握和围绕目标的过程控制，使得全过程达到稳定平衡。因此，需要突破‘确定分析与非确定分析’和‘目标控制与围绕目标的过程控制’方法上的对立，实现“具体问题具体分析”思路上的统一。
5、理念与工法的关联性，应用范围的拓展
地下工程本质效果、表现形式、研究方法、手段措施息息相关，其中表现形式、研究方法、手段措施是与环境和条件相耦合，也随着条件变化而变化，关键是把握本质与区分形式、方法要正确、措施要到位。因此实践发展要求理论创新，犹如计算机系统主板把许多不同功能硬件板卡有机组合起来一样，地下工程平衡稳定理论在整体周边环境（物质、水）的稳定平衡的基础上，应通过整体力学分析研究地层与支护结构组合系统力学状态与过程，用地下工程平衡稳定理论把传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容有机组合起来，同时拓宽了四个方面内容：①尽可能减小对围岩原始结构的扰动的隧道开挖能量最小原理；②对具有稳定性缺陷围岩及时支护的强预支护理论；③减小连拱隧道与小净距隧道开挖相互影响的隧道受力独立性；④确�；肪澄榷ê褪迪中髌胶獾牡叵鹿こ探ㄉ杌肪澄榷ㄓ胄髌胶饫砺�；以丰富地下工程平衡稳定理论体系，更加全面体现地下工程平衡稳定性的根本内涵。
例如分别研究社会主义、资本主义、计划经济、市场经济等内涵，再有机统一，更有利于拓宽研究与应用，我国就不致于出现改革开放前批判市场经济是资本主义的产物，改革开放初期也对市场经济出现质疑，经过一段探索期才形成社会主义市场经济理论；其实市场经济就是一种手段，与社会性质无关，改革开放实践证明社会主义市场经济理论（包括有计划性质的宏观调控）是有效的。同样把地下工程建设理念和有效工法分别研究与有机统一，更有利于拓宽研究与应用视野，例如“松弛荷载理论”可以和现代工法结合；“岩承理论”可以和传统工法及更多现代工法（除光面爆破、喷锚支护、监控量测三大主要措施外）结合；“松弛荷载理论”与“岩承理论”也可以拓宽理念或相互融合（完善软土盾构施工理念等），更加适应复杂环境和复杂结构，再和传统工法及更多现代工法结合，能进一步扩大其应用范。
本质效果：本质包括稳定平衡与变形协调、F>Po 或（对应人类社会发展规律，不变的）；效果是验证地层与支护结构相互作用处于稳定平衡状态与变形协调，并检验 判断形式准确性、使用方法和措施简单有效性。
表现形式：通过整体力学分析研究地层与支护结构系统相互作用的力学状态和过程，把握地下工程系统不同表现形式的稳定协调（对应不同社会形态，变化的）
研究方法：层次一、目标与过程控制问题(确定性分析方法与非确定性分析方法（目标整体控制、细节把握或过程控制、类比设计、反馈修正）；或两种方法结合)；层次二、新奥法、浅埋暗挖法、F>Po 或……，并符合稳定协调（对应生产关系，变化的）手段措施：层次一、新奥法、浅埋暗挖法、F>Po 或、……；层次二、各种具体措施必须符合本质要求，方法要正确、措施要到位并与表现形式相适应，满足稳定协调、F>Po 或（对应生产力，变化的）
本质是不变的、而形式是多种多样的，解决工程结构问题应搞清问题的力学本质与形式、抓住本质、针对形式、选择合适的分析方法、采取恰当的防治措施，效果可以检验其有效性。
6、平衡稳定理论是“松散荷载理论”和“‘岩承理论”的继承和发展
任何事物演变都遵循“简单（初步认识或研究）-复杂（抓住本质但方法复杂）-简单（抓住本质且方法简单有效）”的发展规律，依据‘松散荷载理论’统计地下工程围岩塌方规律的规范值，对大部分地下工程预测评价是可行的，但对于围岩偏差和偏好的情况存在工程风险和支护过度。依据‘岩承理论’的新奥法源于硬岩，虽然强调了硬岩与软岩应用有区别，但在不良地质条件下，很难把握围岩与支护共同受力平衡状态的稳定性，地下工程施工安全与衬砌开裂现象就说明了其存在的工程风险。本项目研究成果基于规范但又宽于规范，在已有地下工程建设理论分析的基础上，以平衡稳定理论的本质把握地下工程建设全过程，建立了更加全面的地下工程平衡稳定理论体系，同时可以较好解释许多工法和理念的合理性，如取消系统锚杆的措施、合理开挖与支护技术等，以便更好地指导地下工程设计与施工。
（1）“松弛荷载理论”曾经产生过重要的影响，作为围岩压力的近似计算方法，应用比较简便，在岩体破碎或浅埋隧道情况下其计算结果仍有一定的价值，至今仍在一些国家广泛应用。依据“松弛荷载理论”统计地下工程围岩塌方规律的规范值大部分可行，但在没有采用变形协调控制手段修正时，对于围岩偏差和偏好的情况存在工程风险和支护过度的情况。
（2）“岩承理论”中基于围岩位移支护特性曲线进行围岩支护设计存在的主要问题：支护特性曲线上的D点是理论上存在，但实践上无法把握；围岩位移支护特性曲线虽然解决了隧道围岩结构受力平衡问题，但对于软弱围岩等部分体系较难把握隧道围岩结构的平衡稳定性问题。依据“岩承理论”的新奥法源于硬岩，虽然强调了硬岩与软岩应用有区别，但在不良地质条件下，对于分支点失稳的工程问题，很难把握围岩与支护共同受力平衡状态的稳定性，地下工程施工安全与衬砌开裂现象就说明了其存在的工程风险。其中“充分发挥围岩的自承能力”与“基本维持围岩原始状态”相统一。
另外“新奥法”偏于概念化（“充分发挥围岩的自承能力”），犹如社会主义优越性（“各尽所能、按劳分配”）现实中很难发挥。
（3）地下工程平衡稳定理论在整体周边环境（物质、水）的稳定平衡的基础上，应通过整体力学分析研究地层支护结构组合系统力学状态与过程，用平衡稳定理论把传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容有机组合起来，同时拓宽了平衡稳定性内容，是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念。其中地下工程平衡稳定包括两层含义：第一、结构受力平衡与变形协调；第二、结构受力平衡与变形协调状态的稳定。
例如：地下水位低的北方地区硬土或南方地区硬粘土等情况应该采用浅埋暗挖法；地下水位高的长三角地区软土P约为0等情况应该采用盾构施工；山城重庆等岩石地区应该采用矿山法（新奥法）施工。
因此地下工程平衡稳定理论通过整体力学分析研究地层支护结构组合体系力学状态与过程，用平衡稳定理论把传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容有机组合起来，同时拓宽了平衡稳定性内容，是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念。该成果基于规范但又宽于规范，在已有地下工程建设理论分析的基础上，把平衡稳定理论应用于地下工程，建立了更加可靠的地下工程平衡稳定理论体系，同时可以较好解释许多工法和理念的合理性，如取消系统锚杆、合理开挖与支护技术等，可以更好地指导地下工程设计与施工。
其中（2）式类似于牛顿第二定律（F=m*a），普遍适用解决地下工程平衡稳定问题。（2）式是不变的，各种理论表现形式随着“具体问题具体分析”而变化。
例如：盾构法隧道施工，主要包括四道工序，即开挖控制(保头)、管片拼装、注浆填充(护尾)、施工量测。而我们通常所说的“保头护尾”，就是开挖控制和注浆填充工序中应注重的方面。就是确�；肪澄榷ê褪迪中髌胶獾牡叵鹿こ探ㄉ杌肪澄榷ㄓ胄髌胶饫砺鄣木咛逄逑�。
7、地下工程平衡稳定理论的前置条件与实践要求
（1）松弛荷载理论的前置条件为：环境稳定、确定的破坏模式、围岩是外荷载、先开挖后支护施工方式等；着重考虑强度平衡问题，也存在稳定协调问题。
（2）岩承理论代表之一，新奥法的前置条件为：环境稳定、围岩承担荷载、岩石应力应变曲线（源于硬岩）、光面爆破与喷锚（柔性）支护等施工方式等；首次提出了充分发挥围岩的自承能力的概念，帮助性支护成本最低，但应用范围受限。对于软弱围岩等部分体系较难满足稳定协调问题犹如幼小孩站和走不稳定自身会摔跤，外推力只是诱因。显然松弛荷载理论与岩承理论在发挥岩土体自身承载的本能属性方面犹如抱小孩与牵小孩。
（3）岩承理论代表之二，浅埋暗挖法的前置条件为：环境稳定、岩土体有一定自稳能力和地下水位较低、围岩承担荷载、源于矿山法施工方式等，采用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构体系，强调初次支护承担全部基本荷载，二次模筑衬砌作为安全储备，初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载的方法，满足稳定协调问题。但没有强调发挥岩土体自身承载的本能属性，这样扩大应用范围也会遇到部分工程经济优势不足。
（4）岩承理论代表之三，其他工法（挪威法、新意法等）的力学特性、部分前置条件与岩承理论代表之一或二类似，只是施工方式不同。
（5）地下工程平衡稳定理论以一般性力学模型研究地下工程建设全过程稳定平衡与变形协调的问题，涵盖了强预支护原理、基本维持围岩原始状态、环境稳定与协调平衡理论等内容，自然满足发挥岩土体自身承载的本能属性，同时满足稳定协调条件等。其中采用基本力学（理论力学、结构力学、能量增量法等）处理复杂问题一定要先从系统角度理解事物和从整体上加以把握，再从整体与局部的关系把握问题，统筹考虑各方面因素，深入分析围岩、环境、支护系统相互作用之间的力学或能量增量模式（F>Po 或△T<△U），主要状态符合基本力学或能量增量关系或通过合理刚度支护系统达到“基本维持围岩原始状态”和“保持平衡稳定”并把复杂力学问题转化简单力学问题，就可应用基本力学解决地下工程问题。深化地下工程问题研究，必须“把握”三点：（1）首先“把握” 松弛荷载理论、岩承理论等已有理论的本意和当时实践环境(硬岩、软岩)，以及实践效果；（2）要“把握”现有地质条件和生产力水平等实践环境，满足发挥围岩承载本能、稳定协调、建设成果的质量安全、经济发展水平等要求，以及预计实践效果；（3）始终牢记实践效果是检验遵循本质要求、判断形式准确性、使用方法和措施简单有效性的优劣依据。
8、研究总结
适应自然环境和生产力发展水平的简单经济方法就是好方法，理论体系和技术方法需要继承、借鉴、发展和简化，才能更好地服务于工程建设。本项目研究成果具有四大特点：
（1）从结构“力、变形、能量” 三要素和过程控制均应满足变形协调角度，重点阐述地下工程结构全过程稳定平衡的内涵，工程建设过程中应根据实际情况，分别从“力、变形、能量”三要素中的一个或几个要素，合理控制地下工程结构行为，真正达到全过程稳定平衡；（2）提炼和发展了许多地下工程理论体系的共性（本质要求），即平衡稳定与变形协调以及延伸理念，形成了较系统的新理论体系，即地下工程平衡稳定理论，并提出 “精确分析”和“整体控制与细节把握”两大类研究方法，及提出“目标控制”与“围绕目标的过程控制”两类地下工程安全保障措施；（3）将地下工程建设理论与已有工法和实际地质环境等相结合（手段措施），实现解释和完善已有工法，开发新工法，并形成与已有工法和实际地质环境等相适应的个体化设计施工方案，做到具体问题具体分析，防范事故、确保安全；（4）总结了地下工程本质效果、表现形式、研究方法、手段措施的相互关系，它们都与环境和条件相耦合，随着条件变化而变化，关键是以不变应万变、把握并区分本质与形式，方法要正确、措施要到位。
9、实例
（1） 现行规范的局限性（见图 7）
对于山岭隧道，《公路隧道设计规范－90》中规定了不宜直接使用锚喷支护的四类特殊地质情况：
① 未胶结松散岩体或人工（自然）堆（坡）积碎石土；
② 浅埋但不宜明挖地段；
③ 膨胀性岩体或含有膨胀因子、节理发育、较松散岩体；
④ 地下水活动较强，造成大面积淋水地段。
对于以上四类特殊地质条件下的隧道开挖，必须采用类似软土隧道盾构施工原理的预支护技术，即采用超前管棚、小钢管或插板、钢拱架和喷混凝土的联合支护体系，或采用改良地层的设计方法，其核心是控制或限制固体颗粒流失与允许可补充水份流失和短开挖强支护，而基本维持原始状态力学平衡。
（2）受力独立性问题
（3） 环境稳定与协调平衡问题
软土中开挖隧道就像在豆腐中打洞，晃动过大豆腐就会散。所以盾构施工要尽量减少对土体结构的扰动和基本维持土体原始状态，减少工后沉降和其他工程风险。土体原始结构破坏后，力学指标急剧降低，土体变形难以控制。依据盾构施工对地层变形影响的各阶段，采取相应的控制方法和辅助措施，减小对周边环境的影响。
因此对于这类复杂地质隧道或盾构，施工全过程首先要研究力学稳定平衡与变形协调问题，其次才考虑施工便利与经济问题。
盾构同步注浆后加注双液浆，形成类似于水桶箍的浆脉骨架，有利于铰接管片均衡受力，提高铰接管片受力的稳定性，也可用整体施加预应力来提高稳定性，而理论分析解决不了稳定性问题。
软弱地层开挖后形成塌落空间，改变了地层原始状态稳定性和受力状况，要基本保持地层原始状态受力和变形状况，必须提供预支护或及时同步充填强度和刚度比原状土大的材料，才能达到完全充填和固化等两个要求，更能有利于控制地层变形。对于相对稳定无承压水环境的地层，也可采用混凝土输送泵同步输送类似沙浆、比重约为原状土、可泵性好的细沙混合物填充盾壳和盾尾空隙。另外对于渗透系数小的淤泥质土或粘性土等地层，在盾构通过一定距离后容易产生失水固结，这时应该通过管片补充注浆，以消除地层固结影响。
另外盾构施工过程中应该做到（1）控制推力约为水土压力减少周围孔隙水扩散，（2）控制机体平行度（蛇行度）减少开挖面积，（3）控制填充沙浆稠度（保水性）减少沙浆扩散，目的是减少对原土体扰动而形成的空隙，否则已有空隙要用沙浆填充的。例如某施工单位控制得好，注浆量为理论值的110～113.6%；而有的施工单位控制得不好，注浆量为理论值的200%多。
变形协调概念的具体例证，幼小孩站和走不稳定自身会摔跤，外推力只是诱因；赵州桥砌块之间没有砂浆，砌块为料石是关键。
专家提出了该在建深基坑工程必须遵循的三点原则：① 基坑的开挖必须分层、分段，且开挖暴露时间不宜过长，每次分层开挖控制在3m，分段开挖保证在15～20m；② 基坑必须先支撑后开挖，并把握好支撑的细节，基坑的变形要求在受控的状态；③ 注意在雨天环境下基坑的及时排水，在完工后，要立即加固混凝土，确保基坑不变形。这三点原则基本符合基坑与支护系统受力平衡状态稳定性要求。
地下车库施工中导致附近房屋倒塌
2009年6月27日6时左右，一幢13层在建商品楼发生倒塌事故，造成一名工人死亡，如图18-1所示。根据政府公布的调查结果：房屋倾倒的主要原因是紧贴7号楼北侧在短期内堆土过高，最高处达10米左右。与此同时，紧临大楼南侧的地下车库基坑正在开挖，开挖深度达4.6米，加之支护工作不到位，地基位移过大，大楼两侧的压力差使土体产生水平位移，致使楼房北侧防汛墙被挤倒。防汛墙的倒塌，土体对楼房的向前倾斜的抗力消失，过大的水平力超过了桩基的抗侧能力，最终导致房屋倾倒，如图18-2所示。原勘测报告经现场补充勘测和复核，符合规范要求；原结构设计经复核符合规范要求。大楼所用PHC管柱经检测质量符合规范要求。
对于山体隧道的较大塌方空洞且地面变形要求不高的情况，可在隧道外缘采用管棚支护和插板形成棚架起支护作用，而塌方空洞采用充填轻质材料控制塌方空洞扩大和掉块，同时减轻支护荷载，达到限制塌方空洞的不利影响。上述措施本质上是确保，其途经是通过管棚支护和插板形成棚架起支护作用提高系统抗力作功，通过充填轻质材料控制塌方空洞扩大和掉块，减轻支护荷载，减少荷载作功（）。
复杂地质结构条件区的隧道开挖，常�；嵋蛭丛ぜ木植科扑槲а叶�。图19为永加隧道的坍方情况，该隧道掘进到里程K16+183掌子面时，造成洞顶塌方，现塌方纵向宽约11m，横向宽约10m，高22m，体积估计约2420m3。经地表地质调查观察发现在里程K16+183掌子面附近遇一隐伏断裂构造，走向北东，倾向北西，岩石中破碎夹层较多且部分厚度较大，破碎地段岩石稳定性差，塌方处剩余厚度4.0m，塌腔厚度3.5m，其下部为塌方堆积物，有冒顶现象。
某中等埋深土压平衡式盾构在站间推进过程中，出现盾头带动整体上浮的情况，其行进轨迹如图20所示。盾构直径为6.3m，盾长8.0m，盾构顶部埋深为12m。
盾构出现上浮时，所经过的地层为③61、③7和⑥1，其土层类型、标准灌入试验和静力触探的指标如下表所示。盾构掘进断面的上半部为相对较硬的③61、③7，下半部为相对较软的⑥1。
机位状态及力学平衡分析
千斤顶的推力简化为盾头顶部的F1和底部的F2；F土1和F土2为开挖面土体反力；F3为机体对机头弹性约束力，当机头上浮时阻止上浮，当机头下压时阻止下压。另外盾构还同时受到周围土体浮力的影响，盾构重量W盾=280t，同体积土体重量 W土=430t，因此盾构受到的浮力为150t。F4地层上硬下软会延时填充上部空隙而不产生阻止上浮阻力F4≈0；F5地层上硬下软及时填充下部空隙而产生向上推力。
机位上浮稳定平衡状态条件有：
F1+F2= F土1 +F土2 (1)
（容易满足）
F3+F4+F5+W盾=0 (2)
（因不利变形空间和w=-150t，只有同步增加F4才能满足）
F1D1- F土1D1+F3D2 -F2D1-F2D2+F土2D2=0 (3)
（增加F1或减少F2才能满足）
开挖面土体均匀的情况下F1= F2，盾头受到土体反力F土1= F土2，盾构可以平稳地沿设计轨迹前进。但当开挖面遇到如上图所示上硬下软的瞬间，如仍然以F1=F2的状态推进，则盾头不再处于稳定平衡状态。假设开挖面土体在受到F1=F2的瞬间，在开挖面上部和下部产生相等的微小位移δ，土体反力F土=δ×Kx（水平机床系数）。因上部土层硬下部土层软、亦即基床系数较大，故上部土体反力大于下部F土1>F土2（土压盾构机头压力不同），致使在设计前进轨迹上的合力矩不平衡（如图21所示），渐渐形成下部超挖、上部欠挖的情况。
这样利用式（2）给盾构壳体同步注密度大于上硬土层容重的硬性浆液，消除F4（t+Δt）中时差Δt→0，基本控制盾构壳体位置；同时利用式（3）增加F1或减少F2调整盾构壳体位置逐渐到盾构轴线设计行进轨迹。
“通过整体力学分析研究地层支护结构组合系统力学状态与过程，必要时采用有效措施确保地下工程施工使用全过程满足F>Po 或，使得地下工程始终保持稳定平衡状态与变形协调。”的经典历史工程实例
