黃土隧道設(shè)計施工難點課件

1、鐵道第一勘察設(shè)計院大跨黃土隧道設(shè)計與施工技術(shù)一、黃土的分布及基本特征二、黃土隧道的變形特征三、黃土隧道的圍巖壓力四、以往黃土隧道的設(shè)計、施工、坍塌、病害情況五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見六、大跨黃土安全施工對策 隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，目前鐵路進入新一輪建設(shè)高潮，根據(jù)中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，到2020年全國鐵路運營里程達到10萬公里，初步統(tǒng)計，客運專線隧道將超過1000Km。其中鄭西、西蘭、太中銀、包西等線黃土隧道占很大比例，其最大開挖斷面達160m2左右，為特大斷面隧道，而我們僅有一些常規(guī)鐵路單雙線（或公路）隧道的設(shè)計和施工經(jīng)驗，設(shè)計、施工和科研面臨巨大的難題，需建管、設(shè)計、施工、科研單位共同

2、努力，協(xié)同攻關(guān)?，F(xiàn)結(jié)合以往鐵路、公路黃土隧道經(jīng)驗談?wù)勛约簩Υ罂琰S土隧道設(shè)計施工的初步意見，達到拋磚引玉的目的。 一、黃土的分布及基本特征 我國黃土的分布面積63.5萬km2，約占全國陸地面積的6.6，主要分布在我國西北、華北等地。我國黃土以分布廣、厚度大、地層層序完整、古土壤清楚而著稱于世，黃土的地層一般可分為二大組。 一、黃土的分布及基本特征 1、老黃土(Q1、Q2)：其大孔結(jié)構(gòu)多經(jīng)壓密，一般不具濕陷性，土的承載力較高。主要分布在陜甘黃土高原，覆蓋在第三紀(jì)紅土層或基巖上。 2、新黃土（Q3、Q4 )： 廣泛覆蓋在老黃土之上，質(zhì)地均勻，具有多孔性，有肉眼能看到的大孔隙，呈松散結(jié)構(gòu)狀態(tài)，密度低，

3、在北方各地分布很廣，與工程建設(shè)關(guān)系密切，一般都具有濕陷性。 一、黃土的分布及基本特征 基本特征：黃土是第四紀(jì)干旱、半干旱氣候條件下形成的一種特殊土，基本色調(diào)是黃色；顆粒成分以粉粒（顆粒直徑為0.0750.005mm）為主，約占5075，幾乎沒有大于0.25mm的顆粒；一般無明顯層理，有堆積間斷的剝蝕面和埋藏的古土壤層；具柱狀節(jié)理，垂直節(jié)理發(fā)育，直立性強(C、水平、垂直差異 ） ；表層多具濕陷性，易產(chǎn)生潛蝕，形成陷穴。 各地區(qū)黃土的總厚度不一。一般來說，高原地區(qū)較厚，而以陜甘黃土高原最厚，達100200m，而其他高原地區(qū)一般只有30100m。河谷地區(qū)的黃土總厚度一般只有幾米到30m。鄭西客專黃土

4、物理力學(xué)參數(shù)表二、黃土隧道的變形特征 （一）新黃土隧道 新黃土（Q3、Q4 )大孔發(fā)育，具垂直節(jié)理，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散稍密中密，含水量較小，一般515，易產(chǎn)生天生橋和陷穴，覆蓋于地表,厚度一般3050m。由于其垂直節(jié)理發(fā)育，在垂直節(jié)理面上因節(jié)理切割形成豎向軟弱面，軟弱面之間粘聚力(C)很小，多個軟弱面互相切割,形成與周邊圍巖粘聚力很小的棱體，在下部開挖隧道時形成臨空面，受開挖擾動和支護缺陷，在重力的作用下棱體塌落形成塌方。根據(jù)對其變形分析,在新黃土（Q3、Q4 )地層，正常情況下圍巖變形小。在破壞時圍巖變形釋放快、具突然性，屬脆性破壞，故要強調(diào)變形的控制。 二、黃土隧道的變形特征二、黃土隧道的變形特

5、征 侯月線百家垣隧道地表、拱頂下沉位移圖，反映了該隧道襯砌前的最大沉降值。二、黃土隧道的變形特征 寶蘭二線碼頭隧道雙層復(fù)合式襯砌試驗斷面水平收斂位移圖，反映了該隧道襯砌前水平收斂已趨穩(wěn)定。 （二）老黃土隧道 一般覆于新黃土之下，埋深較大，含水量為1540。與隧道位置原始地應(yīng)力相比，其圍巖強度低，圍巖容易發(fā)生屈服形成塑性區(qū)，這時的變形為塑性變形，可進行柔性支護和適度釋放變形，但若無支撐或支護強度不足圍巖蠕變過大，會脫落形成塌方。因其為塑性變形，初期支護的變形有一個發(fā)展過程，故變形規(guī)律可采用監(jiān)控量測手段監(jiān)控。 二、黃土隧道的變形特征二、黃土隧道的變形特征 寶中線大寨嶺隧道水平收斂位移圖，反映了該隧

6、道水平收斂呈繼續(xù)發(fā)展趨勢。二、黃土隧道的變形特征 寶中線大寨嶺隧道水平收斂位移圖，它反映了該隧道在調(diào)整支護參數(shù)后水平收斂、拱頂下沉已趨穩(wěn)定。 深埋老黃土隧道其變形具蠕變特性，它有一個發(fā)展過程，若監(jiān)控量測位移不收斂，應(yīng)加強初期支護或調(diào)整施工方法或及時施做二次襯砌。 對老黃土隧道而言含水量的大小對施工的影響很大，直接影響圍巖穩(wěn)定、開挖安全、初期支護穩(wěn)定、二次襯砌變形。三、黃土隧道的圍巖壓力三、黃土隧道的圍巖壓力 （一）深淺埋隧道的劃分 鐵路隧道設(shè)計規(guī)范(TB10003-2005)中關(guān)于深淺埋隧道的劃分標(biāo)準(zhǔn)，其覆蓋厚度按塌方高度的2.5倍確定的。 三、黃土隧道的圍巖壓力圍巖級別單線隧道5710141

7、825雙線隧道81015203035淺埋隧道覆蓋厚度值（m）三、黃土隧道的圍巖壓力 鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊依據(jù)調(diào)查和統(tǒng)計資料，對深埋和淺埋黃土隧道的分界深度,單線隧道為15-25m，雙線隧道為20-50m。三、黃土隧道的圍巖壓力 黃土隧道的深淺埋分界與黃土的特性如粘粒的含量（局域性）、含水量等及與隧道的跨度有關(guān)，對新黃土而言，其覆蓋厚度一般為3050m，深淺埋分界目前可按4050m為宜，若太大依據(jù)不足。三、黃土隧道的圍巖壓力三、黃土隧道的圍巖壓力 （二）圍巖壓力的確定 1、新黃土隧道 根據(jù)對新黃土地層變形分析，隧道在開挖后，淺埋黃土地表會形成沉降槽，但沉降過大時，沉降體延垂直節(jié)理面滑錯，使隧道結(jié)

8、構(gòu)承擔(dān)上部全部土體重量。目前對淺埋（含偏壓）黃土隧道圍巖壓力的確定，采用謝家休公式進行計算，其屬于松弛壓力概念。三、黃土隧道的圍巖壓力 2、老黃土隧道 一般覆于新黃土之下，埋深較大，含水量為1540。當(dāng)隧道開挖后施做初期支護后，圍巖發(fā)生塑性并形成塑性區(qū)，在初支有效約束圍巖變形的情況下，來自圍巖的壓力傳遞至初支再作用于襯砌結(jié)構(gòu)，這時對結(jié)構(gòu)形成形變壓力。若圍巖塑性變形過大或開挖、支護缺陷，使巖體持續(xù)變形，則造成松弛巖體延節(jié)理面脫落形成塌方。結(jié)構(gòu)承擔(dān)荷載由形變壓力轉(zhuǎn)變?yōu)樗沙趬毫Α?故對深埋黃土隧道應(yīng)重視形變壓力的同時，應(yīng)強調(diào)松弛壓力概念，應(yīng)采用塌方高度作為圍巖的垂直荷載進行結(jié)構(gòu)分析。 侯月線百家垣隧

9、道雙線老黃土試驗（隧道跨度12.2m）徑向壓力分布圖,從圖可以看出,拱腰和拱腳的壓力大于拱頂壓力，側(cè)壓力系數(shù)接近1。三、黃土隧道的圍巖壓力徑向壓力分布圖(MPa ) 寶蘭二線碼頭雙線隧道雙層復(fù)合式襯砌試驗（隧道跨度11.9m，面積113m2）徑向壓力分布圖,從圖可以看出,圍巖與第一層襯砌之間的壓應(yīng)力要大于兩層模筑襯砌之間的壓應(yīng)力，說明第一層襯砌主要承擔(dān)圍巖壓力；拱腰和拱腳的壓力大于拱頂壓力，側(cè)壓力系數(shù)大于1。三、黃土隧道的圍巖壓力徑向壓力分布圖(MPa ) 寶蘭二線碼頭雙線隧道雙層復(fù)合式襯砌試驗（隧道跨度11.9m，面積113m2）壓應(yīng)力時間曲線(MPa)，從圖中看出，前20天圍巖壓力變化明顯

10、，以后漸趨穩(wěn)定。三、黃土隧道的圍巖壓力壓應(yīng)力時間曲線(MPa) 新莊嶺公路隧道（開挖面積106m2）壓力分布圖(MPa)，從圖可以看出,拱腰和拱腳的壓力大于拱頂壓力，與鐵路科研結(jié)論一致。三、黃土隧道的圍巖壓力新莊嶺公路隧道壓力分布圖(KPa) 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 （一）黃土隧道科研、設(shè)計、施工簡況 在以往鐵路大線中，如寶中線、侯月、神延線、寶蘭線，黃土隧道的設(shè)計采用錨噴支護、模筑襯砌或復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式，一般雙線隧道采用臺階法（拱部留核心土弧形開挖）施工，情況復(fù)雜時采用分部施工方法，如寶蘭二線曲兒岔隧道（雙線，面積120m2 ）在下穿既有線時采用CRD法施工。四

11、、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 1、黃土隧道科研簡況 在以往各鐵路大線中，鐵一院自七十年代開始主持了部內(nèi)全部的與黃土有關(guān)的科研項目： 1）崾峴河黃土隧道試驗（79年），在崾峴河隧道（單線）開展的黃土隧道試驗研究工作的基礎(chǔ)上，編制了單線電化鐵路老黃土隧道襯砌和洞門（壹隧0042）部參考圖。 2）在寶中線大寨嶺隧道開展了新奧法的施工驗證試驗（93年），據(jù)此，在黃土隧道中采用新奧法原理進行設(shè)計和施工得以推廣。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 3）在寶中線老頭溝隧道開展了黃土偏壓單線鐵路隧道受力特性及設(shè)計施工技術(shù)。 4）在侯月線百家垣隧道（雙線）開展了黃土隧道試驗

12、研究工作，課題名稱：雙線鐵路老黃土隧道襯砌設(shè)計與施工研究試驗，并據(jù)此編制了雙線電化鐵路老黃土隧道襯砌和洞門（壹隧0053）部參考圖。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 5）在神延線針對本線隧道黃土的特性，開展了土質(zhì)隧道襯砌斷面優(yōu)化設(shè)計研究工程試驗項目，并在部分深埋黃土隧道中采用了優(yōu)化后的襯砌斷面。 6）在神延線宋家坪隧道淺埋偏壓新黃土段開展了水平旋噴預(yù)支護技術(shù)研究工程試驗項目。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 7）在寶蘭二線碼頭隧道（雙線）雙層模筑復(fù)合式襯砌試驗，課題名稱：雙線隧道軟弱圍巖雙層模筑復(fù)合式襯砌試驗研究。通過現(xiàn)場量測、土工試驗及結(jié)構(gòu)分析，以獲取雙

13、層模筑復(fù)合式襯砌的適用范圍、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)及優(yōu)缺點，用以指導(dǎo)設(shè)計和施工。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 目前，黃土隧道設(shè)計、施工的一些理念、思路，指導(dǎo)原則，施工方法和注意事項均吸收了上述研究的精華和成果。 2、侯月線百家垣隧道設(shè)計、施工情況 百家垣隧道長344.5m,雙線，隧道洞身通過Q2pl黃土質(zhì)砂粘土地層,最大埋深45m。為鐵道部科研試驗工點，目的是研究適應(yīng)老黃土地層的雙線隧道襯砌斷面以及合理的施工方法。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 圍巖級別 初 期 支 護預(yù)留變形量二 次襯 砌噴層系統(tǒng)錨桿鋼筋網(wǎng)

14、8鋼架位置錨桿類型長度間距位置間距鋼架類型間距拱墻仰拱Cm(m)(m)(cm)榀/m(cm) (cm)(cm)甲式15拱墻砂漿31*1拱墻25*25格柵1204540乙式15砂漿31*125*25格柵1205550百家垣隧道雙線老黃土試驗支護參數(shù)表 隧道施工采用拱部留核心土弧形開挖，正臺階法施工，施工主要以人工開挖為主。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 百家垣隧道開挖步序 3、寶蘭二線碼頭隧道設(shè)計施工情況 寶蘭二線雙線隧道較多，如碼頭、東口、平套、新玉石嘴1、2號、曲兒岔等隧道，均通過了黃土地層。碼頭隧道長429m，最大埋深45m。為部科研試驗工點，目的是研究適應(yīng)復(fù)雜地層情

15、況下（第四系粘中黃土、細砂、粉土等）的雙線隧道采用雙層模筑適用性及合理的施工方法。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 雙層模筑復(fù)合式襯砌試驗斷面 設(shè)計施工方法對通過砂層段采用雙側(cè)臂導(dǎo)坑法或CD法施工，其它土質(zhì)地層采用超短臺階法（留核心土）施工。 施工采用拱部環(huán)形開挖留核心土超短臺階法。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 3、寶蘭二線曲兒岔隧道設(shè)計施工情況 曲兒岔隧道出口位于Q4al3新黃土中，下穿既有寶蘭鐵路，覆蓋層后8m左右，既有鐵路路堤高17m，設(shè)計采用復(fù)合式襯砌 。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌

16、、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 曲兒岔隧道出口四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 曲兒岔隧道支護參數(shù)表圍巖級別 初 期 支 護預(yù)留變形量二 次襯 砌噴層系統(tǒng)錨桿鋼筋網(wǎng)8鋼架位置錨桿類型 長度間距位置間距鋼架類型間距拱墻仰拱cm(m)(m)(cm)榀/m(cm) (cm)(cm)甲式20拱墻砂漿31*0。5拱墻20*20I162207011070 施工圖設(shè)計在下穿既有寶蘭鐵路采用的施工方法為臺階法開挖留核心土,拉中槽, 拱腳設(shè)托梁,先拱后墻法施工，施工圖勘測含水量W=10%16.8%。隧道開挖后實測含水量W=21.0%24.1%，比施工圖設(shè)計值大，

17、土質(zhì)松軟，考慮采用臺階法(環(huán)形開挖留核心土)開挖跨度大，初期支護不能及時封閉成環(huán)，加上先拱后墻法施工，難以控制地表下沉和拱頂下沉。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 為適應(yīng)地質(zhì)條件的變化，確保既有線的運營安全，原設(shè)計的臺階法開挖，先拱后墻法施工襯砌變更為CRD法開挖，仰拱超前，先墻后拱法施工襯砌，以減小開挖一次的跨度和高度，快速形成初期支護封閉環(huán)，避免先拱后墻法施工可能存在的隱患 。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 曲兒岔隧道出口CRD工法 從上述幾個工點情況看，以往在設(shè)計中，初期支護中噴混凝土較弱，仰拱部位

18、較拱墻為弱，目前已進行了加強。施工方法上，以拱部弧形開挖（留核心土）正臺階法施工為主。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 （二）黃土隧道病害分析 1、隴海線三潼段隧道 隴海線三潼段有雙線鐵路老黃土隧道13座，均采用三心圓曲墻式尖拱襯砌斷面，上下導(dǎo)坑木支撐先拱后墻法施工。建成后，襯砌開裂嚴(yán)重，危及行車安全，后采用鋼筋混凝土套拱加固。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 采用先拱后墻法施工時，拱和墻的工序作業(yè)一般都是相隔12個月，致使拱圈初期單獨受力，與原襯砌設(shè)計拱圈的邊墻共同作用情況不同，致使發(fā)生裂縫破壞，但在邊墻做好后即趨于穩(wěn)定。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工

19、、坍塌、病害情況 以上說明：土質(zhì)隧道應(yīng)優(yōu)先選用先墻后拱法施工。特殊情況須采用先拱后墻法施工時，在上半斷面施工支護完成并進行下部開挖時，拱腳位置應(yīng)預(yù)先采取加固措施，打鎖腳錨桿或注漿錨管，防止由于下部開挖拱腳失穩(wěn)，引起隧道塌坍。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 2、侯月線王家莊等隧道 以往對老黃土隧道一般采用鐵一院編制的單線電化鐵路老黃土隧道襯砌和洞門(壹隧0042)，該圖的適用條件為：老黃土天然容重=1.61.7g/cm3，粘聚力C=6080Kpa，內(nèi)摩擦角24。 侯月線燕家莊隧道老黃土的物理力學(xué)指標(biāo)滿足了該參考圖的使用條件，設(shè)計使用了該圖，施工及運營中結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的。故在侯月復(fù)

20、線設(shè)計時燕家莊2號隧道也采用了該圖。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 而侯月線另一座老黃土隧道王家莊隧道，其物理力學(xué)指標(biāo)中粘聚力C2240KPa，與該參考圖使用條件相差較大，使用了該參考圖后，發(fā)生了襯砌開裂現(xiàn)象，受影響段長度達70m，并進行了病害整治。 以上說明：壹隧0042圖的適用條件應(yīng)嚴(yán)格遵守。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 3、寶中線大寨嶺等隧道 大寨嶺隧道全長3136m。洞身穿越地層主要為Q1砂粘土層，含砂姜石，結(jié)構(gòu)緊密，土質(zhì)較均勻，節(jié)理發(fā)育，其含水率為1626。采用新奧法原理設(shè)計，初期支護采用錨噴網(wǎng)支護，噴混凝土厚15cm，二襯采用曲墻帶仰拱復(fù)合

21、式襯砌結(jié)構(gòu)。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 在施工過程中，隧道進口段襯砌出現(xiàn)開裂，裂縫寬0.20.5mm，深90130mm，局部有錯臺現(xiàn)象。裂縫產(chǎn)生后，現(xiàn)場進行了貼灰餅觀測。并對支護措施進行了調(diào)整，對襯砌混凝土裂縫進行了修補。 本隧道出現(xiàn)變形和二次襯砌開裂多在埋深較大（120169m）地段和天然含水量20左右、圍巖強度較低的地層。由于工期緊，施工進度快，二次襯砌在變形尚未收斂的情況下施做，拆模時間早等原因造成襯砌開裂。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 以

22、上說明：采用新奧法原理設(shè)計施工的隧道，二次襯砌的施做時間應(yīng)嚴(yán)格按監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析結(jié)果確定，施工過程中及時調(diào)整支護措施，控制好拆模時間，以防襯砌開裂，并應(yīng)設(shè)置可靠的防排水措施。 4、神延線翅膀溝隧道 隧道全長1721m。隧道穿越黃土梁峁，最大埋深146m。該段地形起伏，自然坡度4070，山坡高陡，局部成陡壁，植被稀少，黃土陷穴及沖溝發(fā)育。 采用新奧法原理設(shè)計，初期支護采用錨噴網(wǎng)支護，噴混凝土厚1015cm，二襯采用曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 在施工過程中，于1999年10月8日發(fā)現(xiàn)隧道襯砌開裂，1999年11月23日發(fā)現(xiàn)地表裂縫。隨著隧道開挖掘進

23、，洞內(nèi)襯砌裂縫和地表裂縫不斷延伸和加寬。襯砌裂縫寬度還由最初的細紋局部發(fā)展成45mm寬,局部地段還伴有少量斜向、橫向裂縫及12mm的小錯臺。地表發(fā)現(xiàn)三條裂縫,最長約150m,寬約115mm不等, 均為張拉裂縫。施工期間共發(fā)現(xiàn)五條地面裂縫,與隧道中線基本平行。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 裂縫產(chǎn)生后，現(xiàn)場多次組織會勘，及時變更設(shè)計措施，調(diào)整施工工序。我院于1999年12月成立了翅膀溝隧道監(jiān)控量測組，對洞內(nèi)及地表變形進行監(jiān)測。2000年3月與2001年3月先后兩次召開翅膀溝隧道病害段專家論證會，對翅膀溝隧道產(chǎn)生病害的原因進行了分析和總結(jié)。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍

24、塌、病害情況 與會專家一致認(rèn)為：翅膀溝隧道出口段，勘測時認(rèn)為隧道洞身通過的主要地層為第三系紅粘土。施工揭示卻發(fā)現(xiàn)該段洞身位于第三系紅粘土與第四系中更新統(tǒng)老黃土接觸帶,受第三系紅粘土隔水作用影響,兩種地層接觸帶土的含水量較高,軟塑至接近軟塑狀,而且夾一層含水量較高的姜石層，厚1.0m左右，并隨紅粘土層面一直延伸。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 隧道開挖后造成姜石層的擾動,使圍巖土體松弛,產(chǎn)生較大應(yīng)力調(diào)整,對隧道造成擠壓變形、襯砌開裂。并在線路靠山側(cè)地表沿老黃土的北西向構(gòu)造裂隙發(fā)生羽狀張拉,造成地面開裂。并據(jù)此確定了二次襯砌鑿槽嵌入全封閉鋼架、襯砌背后回填壓注水泥砂漿、長、短錨

25、桿注漿加固圍巖、襯砌裂縫鑿槽嵌補、洞外地表陷穴、裂縫全部夯填處理等病害整治主要工程措施。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 以上說明：隧道洞身通過兩種不同土層的接觸帶時，由于兩種土層的物理力學(xué)特性不同，往往造成接觸帶土的工程性質(zhì)較差，隧道開挖后產(chǎn)生較大應(yīng)力調(diào)整，對施工支護和襯砌結(jié)構(gòu)造成擠壓變形，為確保施工及結(jié)構(gòu)安全，對此類土質(zhì)隧道的施工支護和襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)加強。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 （三）黃土隧道塌方分析 開挖擾動、支護缺陷、陷穴，施工用水管理不當(dāng)，會促成塌方。根據(jù)對寶中線、神延線、寶蘭二線等鐵路線路和近年公路隧道的現(xiàn)場經(jīng)驗，目前已施工過的黃土隧道較一

26、般隧道塌方頻率高 。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 1、神朔線蛇口峁隧道（雙線，L=5804m） 隧道出口段120m地段拱腳及以上部分位于新黃土地層，埋深1540m。施工采用長臺階法開挖，錨噴支護，設(shè)鋼架加強，先拱后墻法襯砌。在拱部襯砌已通過百余米，進行下部馬口開挖時，發(fā)生了大塌方。掉拱38m，清理土方達十多萬方，耗時半年多。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 塌方原因：下部馬口開挖后，暴露時間較長，未及時進行支護。馬口開挖后，拱腳由于開挖前的應(yīng)力集中和土體受擠壓轉(zhuǎn)為應(yīng)力松弛和土體受破壞。在這種情況下，雖然拱部已襯砌，但馬口開挖后，拱腳懸空，自穩(wěn)時間短，再加

27、上支護不及時，造成塌方。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 2、寶中線廟臺子隧道 1991年8月10日，寶中線廟臺子隧道在新老黃土交界處發(fā)生了傷亡嚴(yán)重的塌方事故。設(shè)計采用錨噴施工支護，鋼架加強，模筑襯砌，施工則采用構(gòu)件支撐。過去有人認(rèn)為，錨噴支護對黃土地層作用不大，而事實上，多次試驗和施工檢驗證明，錨噴支護對黃土隧道不僅非常有效，而且對安全快速施工非常必要，這次事故也充分證明了這一點。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 3、神延線盤石岔隧道 本隧道為黃土質(zhì)砂粘土地層，設(shè)計上洞口有13m偏壓襯砌，洞內(nèi)按錨噴施工支護，模筑混凝土

28、襯砌，先墻后拱法施工。 施工時鋼架按每米一榀設(shè)置，噴混凝土基本達到設(shè)計厚度，錨桿裹漿程度差一些。 本塌方為洞口仰坡滑塌及洞內(nèi)塌方兩部分組成，根據(jù)分析，應(yīng)為洞內(nèi)失穩(wěn)引起仰坡塌方。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 4、神延線二郎岔隧道 本隧道塌方段為黃土質(zhì)砂粘土，粉土狀，含水量小，地表被老鄉(xiāng)辟為平地。該段設(shè)計采用錨噴施工支護，模筑混凝土襯砌，鋼架按每米一榀設(shè)置。根據(jù)現(xiàn)場和塌體內(nèi)情況，施工支護基本達到要求。 類似的塌方還有王家砭2號隧道、羊馬河隧道、翅膀溝隧道等。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道

29、的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 5、神延線長山梁隧道 本隧道塌方段為老黃土，在軌面至隧底處有軟塑層，設(shè)計采用錨噴施工支護，模筑混凝土襯砌，封閉型鋼架按每米一榀設(shè)置。根據(jù)現(xiàn)場和塌體內(nèi)情況，施工支護基本達到要求，鋼架有所加密（0.60.8m）。 由于土體軟塑層的影響，兩側(cè)拱腳內(nèi)移使支護失穩(wěn)造成塌方。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 長山梁隧道塌方示意圖四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 6、神延線寺則河隧道 本隧道塌方段為老黃土，設(shè)計采用復(fù)合式襯砌，鋼架按每米一榀設(shè)置。 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍

30、塌、病害情況 隧道上半斷面支護完成進行下部開挖時，下斷面機械開挖長度達70m，土體重新受到擾動，拱腳失穩(wěn)引起塌方。 另外本隧道塌方還受到所通過地段溝谷黃土陷穴的影響。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 寺則河隧道塌方示意圖四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 7、老爺嶺隧道出口塌方四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 黃土隧道塌方前常有初期支護變形急劇增大，初期支護發(fā)生開裂、掉快，鋼架聲響等征兆，有上述發(fā)生時，應(yīng)迅速撤離人員。當(dāng)變形不再發(fā)展時可采用構(gòu)件支撐，并迅速襯砌。 黃土隧道塌方處理基本以管棚法為

31、主通過，處理時間13個月不等。四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 （一）大跨黃土隧道設(shè)計 1、線路方案研究及外業(yè)勘察階段 1）區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、不良地質(zhì)調(diào)查 在前期線路方案研究階段，應(yīng)對隧道可能通過的區(qū)域進行大面積的工程、水文地質(zhì)調(diào)查，將本地區(qū)的地層結(jié)構(gòu)自上而下基本查清，查清隔水、透水地層和地下水水位等相關(guān)水

32、文地質(zhì)條件，查明黃土滑坡、錯落、陡坎位置、范圍。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 錯落體示意圖五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 2）隧道位置的選擇、洞口位置的確定 根據(jù)初步查明的地質(zhì)條件，首先初步確定隧道的平面位置，避開黃土滑坡、錯落等不良地質(zhì)；再確定隧道縱斷面的位置：盡量將隧道放在基巖中，在黃土地區(qū)，特別應(yīng)避免淺埋、偏壓，有條件時盡量將黃土隧道埋深加大，但要防止將隧道放在地下水位以下。 在緊坡地段，應(yīng)結(jié)合線路平面設(shè)計、縱斷面設(shè)計優(yōu)化黃土隧道位置。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見

33、3）隧道位置的進一步判定、優(yōu)化、線位落地和隧道方案的取舍 在定測階段，應(yīng)根據(jù)初測的地質(zhì)調(diào)查和鉆探情況，對隧道的平縱斷面進一步優(yōu)化，穩(wěn)定線路方案，使線位落地，并布設(shè)鉆孔進一步查明隧道的工程、水文地質(zhì)情況。 在方案研究階段，可對埋深太淺、偏隧道與路基比較進行取舍。 在隧道位置確定時，應(yīng)進行綜合地質(zhì)選線，線路、地質(zhì)、隧道等專業(yè)密切配合，選擇合理的隧道洞口和洞身位置。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 Q2eol3姜石層原設(shè)計巖層分界線Q3eol3翅膀溝縱斷面圖N2cr五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 四、以往黃土隧道的科研、設(shè)計、施工、坍塌、病害情況 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 2、隧道設(shè)

34、計1）隧道方案設(shè)計2）洞門景觀設(shè)計3）襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)分析4）防排水設(shè)計5）輔助坑道設(shè)計6）運營維護設(shè)施7）結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計8）動態(tài)設(shè)計9）環(huán)保、水保設(shè)計雙線黃土隧道復(fù)合襯砌支護參數(shù)表圍巖級別初 期 支 護預(yù)留變形量二 次襯 砌噴層系統(tǒng)錨桿鋼筋網(wǎng)8鋼架位置錨桿類型長度間距位置錨桿類型長度間距位置間距鋼架類型間距拱墻仰拱cm(m)(m)(m)(m)(cm)榀/m(cm) (cm)(cm)26拱部藥包2.51*1邊墻砂漿3.51*1拱墻20*20I20a1/0.8105060加強30藥包2.51*1砂漿3.51*120*20I22a1/0.810506035藥包2.51*1砂漿41*120*20

35、I25a1/0.6106070五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 3、大跨黃土隧道設(shè)計建議 1） 初期支護是永久襯砌的重要組成部分。大斷面黃土隧道初期支護要有足夠的剛度和強度以有效抑制黃土地層的過大變形，防止施工坍方。 2） 初期支護噴射混凝土拱腳處應(yīng)適當(dāng)加厚。 3）淺埋新黃土地段隧道拱部可不設(shè)置錨桿；老黃土隧道應(yīng)充分重視錨桿，特別在拱腰和最大跨部位。隧道拱腳、鋼架基腳等處設(shè)置注漿鎖腳錨管，或仰拱鋼架進行封閉，以控制基腳變形。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 4） 深埋老黃土隧道初期支護鋼架可選用格柵鋼架或型鋼鋼架，淺埋新黃土隧道、濕陷性黃土隧道洞口地段采用型鋼鋼架。 5）黃土隧道二次襯砌與

36、開挖面的距離不宜過長，其長度應(yīng)以不產(chǎn)生過大的施工干擾、經(jīng)試驗確定；自穩(wěn)性差的黃土地段仰拱應(yīng)緊跟開挖面施作、及早封閉成環(huán)，拱墻二次襯砌施工及時跟進施作。 6）黃土地層變形過大或初期支護變形不收斂，又難以及時補強時，可設(shè)置臨時仰拱或橫撐以封閉開挖面，必要時也可提前施作二次襯砌，以確保圍巖和支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 （二）濕陷性黃土地段基底加固及工后沉降的控制 1、黃土濕陷性的含義 天然黃土受水浸濕后，在自重壓力或附加壓力與自重壓力的共同作用下產(chǎn)生的急而顯著的下沉，稱為黃土的濕陷性。黃土的濕陷性分為自重濕陷性和非自重濕陷性。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 2、濕陷性黃土

37、地基常用的處理方法名稱適用范圍一般處理濕陷厚度M墊層法地下水位以上，局部或整片處理13強夯Sr60的濕陷性黃土，局部或整片處理36夯實法重夯12擠密法地下水位以上，局部或整片處理515樁基礎(chǔ)基礎(chǔ)荷載大，有可靠的持力層30m預(yù)侵水法、自重濕陷黃土場地6m單液硅化或堿液加固法地下水位以上，既有建筑地基10m五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 3、秦東隧道進出口段地基處理方案 在寶中線、神延線、寶蘭二線等鐵路線，對隧道洞口段（洞門和襯砌結(jié)構(gòu)）的濕陷性處理一般采用三七灰土換填法處理，對地表采用漿砌片石或黏土封閉，阻斷地下水的手段。目前，尚無洞口因濕陷性造成急而顯著的下沉實例。 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施

38、工方案意見 鄭西客專秦東等隧道進出口段及斜井進口段均分布有第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土，具自重濕陷性。進口段150m、出口段約60m范圍內(nèi)采用水泥土擠密樁和局部換填方案進行基底處理，以消除濕陷性并提高基底承載力。洞口應(yīng)有完備的防排水系統(tǒng)，并應(yīng)提前施做。 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 基底加固采用水泥土擠密樁，擠密樁直徑0.5m，樁底深至老黃土地層約2m，仰拱底部間距1.21.2 m，邊墻底部間距11 m，梅花型布置，明挖段樁頂采用灰土換填，換填厚度仰拱底部厚1m，邊墻側(cè)厚約1.90m。明挖段基底處理示意圖五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 暗挖段基底處理示意圖五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案

39、意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 （三）大跨黃土隧道施工方案 鐵路隧道施工規(guī)范(TB10204-2002)關(guān)于鐵路隧道施工方法分為： 全斷面開挖法、臺階法和分步開挖法（包括環(huán)形開挖留核心土法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中洞法、中隔壁法、交叉中隔壁法）如下表：五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 上述各施工方法中，對大

40、斷面隧道（地下工程）一般化大為小，采用分步開挖法，北京地鐵崇文門站采用CRD法施工，將地鐵車站分為12塊進行施工，北京地鐵10號線各車站出入口均采用CD法或CRD法施工，寶蘭二線曲兒岔隧道下穿既有寶蘭鐵路，采用CRD法施工。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 1、環(huán)形開挖留核心土法 適用于地層較穩(wěn)定，但掌子面可能坍塌引起前方圍巖失穩(wěn)的地層，其實際為臺階法的一種，拱部采用環(huán)形導(dǎo)坑開挖，利用核心土施壓掌子面，下部開挖也是先開挖兩側(cè)，保持中部巖柱不動，其核心是保持掌子面穩(wěn)定； 該方法廣泛應(yīng)用于雙線黃土隧道和公路隧道的施工，其特點工序簡單，施工進度快，但對大跨隧道有一定的安全風(fēng)險。五、大跨黃土隧道設(shè)計

41、、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 2、CD法 對埋深較大、圍巖相對穩(wěn)定的地層，為減少廢棄工程，加快施工進度，可減少開挖分塊，采用CD法進行施工，利用中隔壁（鋼架噴混凝土）作為立柱承擔(dān)豎向荷載，以抑制圍巖的變形。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 3、CRD法 CRD法是大斷面隧道施工的有效手段，是在松軟圍巖中進行淺埋暗挖的成熟工法，它可以將大跨、超大跨隧道分為若干塊進行分步施工，由于將大跨隧道采用網(wǎng)

42、格狀支護在橫豎向均進行了支撐，支護體系穩(wěn)定，故控制圍巖變形最好，其缺點是工序多，施工進度慢，廢棄工程大，投資高。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 4、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法是我國大跨隧道施工的傳統(tǒng)工法，如以前的三線或四線車站隧道均采用此方法（鐵路工程設(shè)計技術(shù)手冊隧道關(guān)于雙線和多線隧道的施工方法），近年我院在市政隧道和地鐵出入口有一些應(yīng)用。其也是對大跨隧道化大為小，進行分塊開挖，兩側(cè)壁（鋼架噴混凝土）作為立柱承擔(dān)豎向荷載，以抑制圍巖的變形。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨

43、黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 5、洞樁法 雙層結(jié)構(gòu)覆土67m左右。結(jié)構(gòu)采用單柱雙跨雙層拱形結(jié)構(gòu)；拱部初期支護厚350mm，邊樁1000mm挖孔樁，拱部及邊墻結(jié)構(gòu)厚度為600mm，中板厚550mm，底板厚1000mm，中柱為1000mm鋼管混凝土柱。先邊導(dǎo)洞、后中導(dǎo)洞，先下導(dǎo)洞、后上導(dǎo)洞開挖上下六個導(dǎo)洞至縱向貫通施作條形基礎(chǔ)及底縱梁施作鋼管柱、邊樁，澆筑頂縱梁及樁頂冠梁施作上部邊導(dǎo)洞內(nèi)部分主體初支，初支背后回填開挖結(jié)構(gòu)拱部，預(yù)留核心土，施作拱部二襯并扣拱向下開挖土體至中板下，施作邊墻、中板及中縱梁向下開挖土體至設(shè)計標(biāo)高，施作剩

44、余邊墻二襯及底板V字形開挖，跳槽施工邊墻及底板五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 大跨隧道施工工法比較表五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 大斷面黃土隧道施工方法的選擇原則：進度適宜、安全穩(wěn)妥、經(jīng)濟合理。對長大鐵路隧道來說，采用CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工是安全穩(wěn)妥的，但這兩種工法工序多，施工進度慢，難以滿足長大隧道施工進度要求，且由于廢棄工程多，投資昂貴，故難以在長大隧道大段落范圍適用；而且合理的設(shè)計應(yīng)在經(jīng)濟性、安全性和施工進度三者之間尋找最佳交點，即不能為安全將結(jié)構(gòu)設(shè)計的非常保守，使工程造價十分昂貴，工程工期很長，也不能為了經(jīng)濟和加快施工進度而置安全性不顧。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 秦東隧道在洞口及淺埋偏壓地段采用CRD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進施工，以保證施工安全。而在洞身長大段落，則采用環(huán)形開挖留核心土法施工，以加快施工進度，合理控制投資；在安全控制上，將結(jié)合科研進行綜合分析，對含水量較大、圍巖變形不收斂地段可調(diào)整為CD法進行施工。五、大跨黃土隧道設(shè)計、施工方案意見 對黃土隧道而言，采用環(huán)形開挖留核心土法，環(huán)形導(dǎo)坑一般以人工配小型機械如風(fēng)鎬開挖，下部可采用挖掘機開挖風(fēng)鎬修邊；CRD法以小型機械如風(fēng)鎬開挖為主；CD法和雙側(cè)壁導(dǎo)坑法各部也需采用臺階法開挖，上部以工配