高速鐵路工程隧道施工技術

1、高速鐵路隧道施工技術姓名：x吉x 學號：6161xxxx摘要我國鐵路隧隧道建設設取得了了舉世矚矚目的成成就,一一個以客客運專線線為重點點的鐵路路網建設設已經全全面展開開,隧道道修建數(shù)數(shù)量有了了突飛猛猛進的增增長。未未來10年我我國要修修建的鐵鐵路隧道道,其總總長度將將超過我我國已建成的的鐵路隧隧道長度度總和。在此期間,隧道建設規(guī)模與隧道設計理論不完善之間的矛盾日益突出,以經驗設計為主的隧道設計方法面臨著巨大的挑戰(zhàn),隧道設計中存在的諸多困惑已經嚴重制約了隧道建設的科學化、精細化、規(guī)范化。針對這一系列問題,論文對隧道設計要求、隧道施工技術方法、隧道支護和襯砌進行了總述。關鍵詞：隧隧道設計計要求；隧

2、道施工工技術；隧道支支護；隧道襯襯砌第一章 緒緒論鐵路是國家家重要的的基礎設設施、國國民經濟濟的大動動脈和大大眾化的的交通工工具,是是綜合交交通運輸輸體系的的骨干,在推動動我國經經濟社會會又好又又快發(fā)展展中發(fā)揮揮著重要要作用。國國家“十十一五”規(guī)規(guī)劃綱要要強調“加加快發(fā)展展鐵路運運輸。重重點建設設客運專專線、城城際軌道道交通、煤煤運通道道,初步步形成快快速客運運和煤炭炭運輸網網絡”。國國家“十十二五”規(guī)規(guī)劃綱要要明確“基基本建成成國家快快速鐵路路網”,“加快快鐵路客客運專線線、區(qū)際際干線、煤煤運通道道建設,發(fā)展高高速鐵路路,形成成快速客客運網,強化重重載貨運運網”。2004年1月國務院審議通過

3、了中長期鐵路網規(guī)劃。2007年國務院批復的綜合交通網中長期發(fā)展規(guī)劃,確定到2020年鐵路網總規(guī)模達到12萬公里以上。2008年根據(jù)國民經濟發(fā)展新形勢、新需求,國家及時調整了中長期鐵路網規(guī)劃,提出到2020年全國鐵路營業(yè)里程達到12萬公里以上,其中客運專線1.6萬公里以上。由于我國幅幅員遼闊闊，又是是多山的的國家，山山地面積積占600%以上，為為發(fā)展高高速鐵路路建設，必必須修建建大量隧隧道，而而且勢必必修建很很多長、大大隧道和和隧道群群。目前前，我國國已建成成和在建建的高速速鐵路隧隧道約8800座座，總延延長超過過15000公里里 李英杰，張頂立，劉保國，等考慮圍巖性質劣化的深埋軟弱隧道破壞機理

4、數(shù)值模擬研究J土木工程學報，2012，45( 9) : 156 166 李英杰，張頂立，劉保國，等考慮圍巖性質劣化的深埋軟弱隧道破壞機理數(shù)值模擬研究J土木工程學報，2012，45( 9) : 156 166表1-1已已建成和在建的的5公里以上上我國高高速鐵路路隧道一一覽表序號 隧道道名稱 隧道長長度/mm所在線路路貫通年月月備注1太行山隧隧道 2778399 石太太 20007.12 單線線2壁板坡隧隧道1447566 滬昆昆 20116雙線線3大別山隧隧道1332566 合武武 20007.06 雙線線4霞浦隧道道 1330999 溫福福 20008.01 雙線線5大南山隧隧道1227011

5、 廈深深 20009.12 雙線線6 雪峰山山1號隧道1116799滬昆 220144.12雙線線7南梁隧道道115526石石太 20007.06 單雙線線8獅子洋隧隧道 108800 廣深港港 20011.03 雙線線9金寨隧道道107766 合武 220077.11雙線線10 瀏陽河河隧道 1001155武廣 220088.12 雙線線11大瑤山山1號隧道1000811 武廣廣 20008.06 雙線線12 梁山隧隧道98898 廈深深 20113.01雙線線13雞面山山隧道 97745 溫福福 20007.05雙線線14 分水關關隧道 97735 溫福福 20008.01 雙線線15棟梁

6、坡坡隧道 992944滬昆 220133.11雙線線16雙鷹頂頂隧道 92275廈廈深 20010.04 雙線線17江門隧隧道91185 廣珠220166雙線18 黃龍寺寺隧道87716石石武 20010.08 雙線線19 梅林隧隧道86607廈廈深 220133.01三線線20張茅隧隧道 884833 鄭鄭西 20008.12 雙線線21大瑤山山3號隧道82289 武廣廣 220088.12雙線線22鳳凰山山隧道 79779甬臺臺溫 220077.09 雙線線23 紅石巖巖隧道78857 合武武 20007.07 雙線線24 函谷關關隧道78851 鄭西西 20008.09 雙線線25 秦東

7、隧隧道76684 鄭西西 20008.04 雙線線26 石板山山隧道75505 石太太 20007.04 雙線線27 太坤山山隧道70006 甬臺臺溫 220088.04 雙線線28 飛鸞隧隧道67718 溫福福 20007.07雙線線29 八仙侖侖隧道67713 溫福福 20007.08 雙線線30 烏巖山山隧道 62208 甬臺臺溫 220088.01 雙線線31 大瑤山山2號隧道60027 武廣廣 20008.06雙線線32黃晶嶺嶺2號隧道57735 福廈廈 20007.12 雙線線高速鐵路隧隧道的大大量興建建，將推推動我國國鐵路隧隧道建造造技術的的快速發(fā)發(fā)展，但但同時也也給隧道道設計和

8、和施工帶帶來了諸諸多技術術難題。隨隨著列車車運行速速度的提提高，列列車對軌軌道的沖沖擊振動動增大，傳傳給隧道道結構的的振動波波也相應應加強，加加上我國國高速鐵鐵路隧道道內一般般采用板板式無碴碴軌道結結構形式式，其剛剛度大，不不利于振振動波衰衰減，由由軌道傳傳遞到隧隧道結構構及基巖巖的振動動沖擊強強度要比比有碴軌軌道條件件下大得得多，因因此，高高速鐵路路隧道結結構必須須具有更更高的動動力穩(wěn)定定性 梁小勇，扈世民，張春會深埋大斷面黃土隧道圍巖失穩(wěn)試驗研究J巖土工程學報，2013，35( 增2) : 559562。隧隧道底部部結構是是隧道支支護體系系的重要要組成部部分，也也是隧道道病害發(fā)發(fā)生最為為嚴

9、重的的部位。根根據(jù)隧道道病害現(xiàn)現(xiàn)場調查查結果，許許多既有有鐵路隧隧道經過過一段時時間的運運營之后后，隧道道底部結結構出現(xiàn)現(xiàn)不同程程度的開開裂、破破損、下下陷等病病害，造造成軌道道不平順順，直接接危及行行車安全全。究其其原因，一一方面是是由于隧隧道底部部作為一一種混凝凝土結構構，本身身不可避避免地存存在初始始裂隙缺缺陷，在在列車振振動荷載載反復作作用下，這這些裂隙隙不斷擴擴展、貫貫通；另另一方面面，隧道道基底軟軟弱圍巖巖在列車車動載及及地下水水的耦合合作用下下被碾磨磨成泥漿漿，基巖巖破損，隧隧道底部部基礎條條件逐漸漸惡化，導導致隧道道底部結結構受力力增大，加加快了裂裂隙擴展展和新裂裂隙的形形成。

10、兩兩個方面面的相互互作用進進一步加加劇了底底部結構構的劣化化程度，最最終導致致隧道底底部結構構破壞。由由于高速速鐵路隧隧道振動動響應增增大，這這類病害害會越發(fā)發(fā)突出。為為了降低低高速鐵鐵路隧道道底部結結構運營營風險，我我國現(xiàn)有有高速鐵鐵路隧道道設計中中對底部部結構進進行了加加強，在在級及及以上圍圍巖條件件下的隧隧道底部部均設置置了仰拱拱，而且且采用了了較大的的仰拱矢矢跨比和和仰拱厚厚度，這這對降低低高速鐵鐵路隧道道底部病病害的發(fā)發(fā)生率將將會起到到一定的的效果。但但這種設設計是否否還可以以優(yōu)化，在在圍巖條條件較好好的條件件下是否否可將仰仰拱厚度度減薄或或不設置置仰拱；在特殊殊的圍巖巖條件下下現(xiàn)有

11、設設計是否否能夠滿滿足無碴碴軌道軌軌面的沉沉降要求求，是否否能保證證隧道在在使用年年限內的的安全運運營，這這些問題題都亟待待解決。高高速鐵路路對軌道道結構的的平順度度要求更更高，對對軌道基基礎的沉沉降要求求非常嚴嚴格，因因此，隧隧道基底底圍巖長長期沉降降變形收收斂可控控是保證證軌道良良好運營營狀態(tài)的的首要條條件。然然而，已已有工程程實踐表表明，當當隧道穿穿越軟土土、軟巖巖等特殊殊地質地地段，在在長期列列車荷載載作用下下軟土和和軟弱基基巖的累累積變形形及沉降降問題一一直未能能得到有有效解決決，如我我國上海海地鐵和和法國高高速鐵路路路基都都出現(xiàn)了了施工后后沉降過過大的問問題。這這些 梁小勇，扈世民

12、，張春會深埋大斷面黃土隧道圍巖失穩(wěn)試驗研究J巖土工程學報，2013，35( 增2) : 559562第二章 高高速鐵路路隧道工工程設計計要求2.1隧道道橫斷面面有效凈凈空尺寸寸的選擇擇隧道橫斷面面凈空尺寸寸的選擇擇，需要要考慮的的因素：隧道建建筑限界界、線路路數(shù)量、線線間距、應應預留的的空間、考考慮空氣氣動力學學影響所所需的空空間、設備安安裝空間間等。2.1.11隧道建筑筑限界普通鐵道隧隧道、高高鐵、客客運專線線限界分分為機車車車輛限限鐵筑限標距隧筑同時,施工工藝及材料的要求都是隨著行車速度的增加不斷提高的。隨著列車時速的增加,隧道的內輪廓都有相應地增大。高鐵（客運專線）建筑限界是不變的，而普

13、速則根據(jù)列車類型及運行速度的不同，建筑限界不同。普通地鐵建建筑限界界形式有有矩形隧隧道建筑筑限界、馬馬蹄形隧隧道建筑筑限界、圓圓形隧道道建筑限限界、高高架線及及地面線線建筑限限界、車車輛段車車場線建建筑限界界。地鐵鐵的車輛輛限界與與設備限限界可由由其車型型得而統(tǒng)統(tǒng)一，而而其建筑筑限界還還應根據(jù)據(jù)隧道的的具體形形式根據(jù)據(jù)公式計計算得出出。普通通鐵路隧隧道、高高鐵、客客運專線線限界形形式都較較為單一一。高速速鐵路的的曲線半半徑均較較大，因因此位于于曲線上上的隧道道，原則則上不考考慮曲線線加寬。我國高速鐵鐵路隧道道建筑限限界基本本尺寸及及輪廓圖圖2.1.22 線路路數(shù)量和和線間距距在通常情況況下，高

14、高速鐵路路隧道考考慮到空空氣動力力學的特特性，都都采用單單洞雙線線斷面，較較少采用用雙洞單單線的斷斷面。長長大隧道道，考慮慮維修養(yǎng)養(yǎng)護條件件及防災災的需求求等，有有時也采采用雙洞洞單線方方案。單單洞雙線線方案土土建工程程成本更更高。一一般情況況下線間間距都應應大于44m，我我國高速速鐵路的的線間距距，目前前暫定為為5m。2.1.33預留空間間安全空間：至少高高為2.2m，寬寬為0.80mm；避難和救援援空間：在線路路兩側設設置一個個貫通的的避難和和救援通通道直通通到隧道道外 ；建筑維修空空間;架設接觸網網設備空空間：指指在電氣氣化鐵道道上需預預留架設設接觸網網等設備備的空間間。2.1.44空氣

15、動力力學所需需空間高速鐵路隧隧道的設設計特點點主要體體現(xiàn)在隧隧道橫斷斷面的設設計上。其其橫斷面面面積除除了通常常要考慮慮的隧道道建筑限限界和列列車運營營要求外外，還必必須考慮慮滿足列列車隧隧道空氣氣動力學學的要求求。根據(jù)據(jù)我國高高速鐵路路隧道的的規(guī)定，要要滿足最最大瞬變變壓力控控制標準準值3.0kPPa/3s的要要求,即即列車橫橫斷面積積與隧道道橫斷面面積的比比值,這這里的隧隧道橫斷斷面積，通通常是指指軌道面面以上的的斷面積積。我國國高鐵隧隧道阻塞塞比暫為為0.100.12。 章慧健，龔倫，仇文革，等 隧道分部開挖的圍巖松動區(qū)演變分析J巖土工程學報， 2014， 36( 12): 232323

16、29國 家法國德國意大利日 本西班牙列車最高速速度(km/hh)270250250300220240300列車橫斷面面積()109.712.612.610隧道橫斷面面積()718253.87660.563.875阻塞比0.130.150.130.180.130.210.220.200.210.13線間距(mm)4.24.74.04.24.34.544.7表2-1一一些國家家高速鐵鐵路隧道道的基本本參數(shù)2.2高速速鐵路隧隧道與普普通鐵路路隧道的的不同點點2.2.11 空氣氣動力學學問題當高速列車車在隧道道中運行行時要遇遇到空氣氣動力學學問題，為為了降低低及緩解解空氣動動力學效效應，除除了采用用密

17、封車車輛及減減小車輛輛橫斷面面必取的工施大有空及及在洞口口增設緩緩沖結構構；另外外還有其其它輔助助措施，如如在復線線上雙孔孔單線隧隧道設置置一系列列橫通道道；以及及在隧道道內適當當位置修修建 通通風豎井井、斜井井或橫洞洞。2.2.22需采用用復合襯襯砌或整整體式襯襯砌高速鐵路隧隧道的橫橫斷面較較大，受受力比較較復雜，且且列車運運行速度度較高，隧隧道維修修有一定定的時間間限制，復復合襯砌砌和整體體式襯砌砌比噴錨錨襯砌安安全，且且永久性性好，故故一般不不采用噴噴錨襯砌砌。序號類別標準單線雙線1200kmm/h客貨共共線50m280m22200kmm/h客運專專線53m287m23250kmm/h客

18、貨共共線58m292m24250kmm/h客運專專線5350kmm/h客運專專線70m2100m222.2.33 需采用用較厚的的鋪底混凝凝土隧底結構由由于在長長期列車車重載作作用及地地下水侵侵蝕的影影響下極極易產生生破壞，從從而引起起基底沉沉陷、道道床翻漿漿冒泥等等病害，不不但增加加養(yǎng)護維維修工作作量，而而且嚴重重影響運運營安全全，尤其其是高速速鐵路對對隧道底底部的強強度較普普通鐵路路要求更更高，且且高速鐵鐵路隧道道斷面跨跨度較大大，因此此要求高高速鐵路路隧道鋪鋪底厚度度不小于于30ccm。高速鐵鐵路隧道道襯砌必必須采用用高性能能混凝土土。2.3高速速鐵路隧隧道主要要技術標標準2.3.11

19、隧道道內輪廓廓隧道斷面內內輪廓主主要依據(jù)據(jù)：滿足空氣動動力學效效應 滿滿足鐵路路建筑限限界要求求養(yǎng)護、維維修和救救援空間間要求200公里暫規(guī)規(guī)定：單線隧道內軌頂面以上凈空面積應不小于50m2；雙線隧道內軌頂面以上凈空面積應不小于80m2。高速暫規(guī)規(guī)定：單洞雙線隧道斷面有效面積不宜小于100m2；單線隧道斷面有效面積不宜小于70m2。2.3.22安全空間間高速暫規(guī)規(guī)規(guī)定定：隧道道內安全全空間應應在距線線路中線線3.0m以外，單單線隧道道設在電電纜槽一一側，多多線隧道道必須設設在兩側側。安全全空間尺尺寸：高高度不應應小于22.2m，寬寬度不應應小于00.8m。2.3.33隧道襯砌砌隧道襯砌采采用復

20、合合式襯砌砌或整體體襯砌，不不得采用用噴錨襯襯砌；襯襯砌形式式均應采采用曲墻墻式，IIIIVI級圍圍巖襯砌砌應采用用曲墻帶帶仰拱，I、II級圍巖地段可采用曲墻不帶仰拱。各級圍巖隧道結構及仰拱填充混凝土強度等級不應低于C25，鋼筋混凝土強度等級不應低于C302.3.44救援通道道500m以以上的隧隧道應設設貫通隧隧道的救救援通道道，雙線線隧道設設置在兩兩側，單單線隧道道單側設設置。 何本國，張志強，闞呈，等基于拱效應的軟巖大斷面隧道錨桿作用效應研究J武漢理工大學學報，2013，35( 1):15表2-2救救援通道道參數(shù)寬（m）高（m）距中線（mm）200公里里暫規(guī)1.252.22.2高速暫規(guī)1.

21、52.22.21.2000公里里暫規(guī)規(guī)規(guī)定：長長度在5500mm以上的的隧道應應設貫通通整個隧隧道的救道線在設單道側；通1m高2.2m，外外側距線線路中線線不得小小于2.2m。速規(guī)隧應貫救路于或救救援。救救援通道道應設在在安全空空間一側側，距線線路中線線不應小小于2.3m。救救援通道道行走面應應不低于于軌面高高程。救救援通道道寬度不不應小于于1.5m，在在裝設專專業(yè)設施施處，寬寬度可減減少0.25mm；凈高高不應小小于2.2m。通規(guī)考國預間制橫大但但與建筑筑限界一一起可以以作為控控制隧道道橫斷面面寬度的的依據(jù)。4.救援通通道可部部分侵入入建筑限限界，因因為救援援通道是是在列車車停運條條件下才才

22、使用。5.根據(jù)德德國規(guī)范范，兩端端洞口救救援通道道的長度度，在配配備救援援列車時時為10000mm，無救救援列車車時為5500mm，因為為無車輛輛和帶有有呼吸面面罩的工工作人員員不能及完的實計緊口施助一慮根據(jù)據(jù)德國規(guī)規(guī)范，救救援通道道的最小小寬度應應不小于于1.25mm。2.3.55緩沖結構構緩沖結構的的作用：減緩列列車進入入隧道產產生的空空氣動力力學效應應。緩沖結結構設置置情況：設置緩緩沖結構構考慮因因素：列列車類型型及長度度、隧道道長度及及橫 斷斷面凈空空面積、隧隧道內軌軌道類型型、洞口口附近地地形和洞洞口附近近居民情情況。結結構形式式應實用用美觀結結構側面面或頂面面應開減減壓孔，開開孔面

23、積積為隧道道斷面有有效面積積的0.20.3倍緩沖結結構宜采采用鋼筋筋混凝土土。2.3.66輔助洞洞室輔助洞室為為存放維維修工具具和其他他部門需需要的專專用洞室室。設置置情況：洞室應應沿隧道道兩側交交錯布置置，每側側布置間間距應為為5000m左右右，洞室室尺寸宜宜參照現(xiàn)現(xiàn)鐵路路隧道設設計規(guī)范范大避避車洞尺尺寸設計計。2.3.77隧道防防排水在復合式襯襯砌隧道道中，初初期支護護與二次次襯砌之之間應鋪鋪設防水水板，隧隧道兩側側設有雙雙側排水水溝。隧道處處于富水水地層應應采用深深排水溝溝，其設設置情況況如下：單線隧隧道，深深排水溝溝可設在在兩側原原水溝下下方；雙雙線隧道道，應設設中心深深排水溝溝。隧道

24、道襯砌背背后應設設置與深深排水溝溝 配套套的縱、環(huán)環(huán)向排水水盲溝。通過合理設設置隧道道應急設設備，達達到隧道道災害事事故早發(fā)發(fā)現(xiàn)、快快速救援援的效果果。應急急設備設設置情況況：緊急呼叫電電話交錯設置，間間距5000m緊急出口通通道兩側設置并并設標示示牌應急照明緊急出口、緊緊急電話話和通道道均設置置第三章 隧隧道施工工技術3.1隧道道施工技技術簡介介影響施工方方法的主主要因素素：（1）工程程的重要要性。一般由由工程的的規(guī)模、使使用上的的特殊要要求，以以及工期期的緩急急體現(xiàn)出出來。（2）工程程地質與與水文地地質條件件，其中包包括圍巖巖級別、地地下水及及不良地地質現(xiàn)象象等圍巖巖級別是是對圍巖巖工程性

25、性質的綜綜合判定定，對施施工方法法的選擇擇起著重重要的甚甚至決定定性的作作用。（3）施工工技術水水平、機機械設備備情況。（4）施工工中動力力和原材材料供應應情況。（5）工程程投資與與運營后后的社會會效益和和經濟效效益。（6）對對環(huán)境的的保護要要求。（7）隧道道的橫斷斷面積（和和圍巖一一樣重要要，是主主控因素素）、隧道的的埋深（隧道的的埋深與與圍巖的的初始應應力場及及多種因因素有關關，在同同樣的地地質條件件下，由由于埋深深不同，施施工方法法也有很很大差異異。）（8）施工工單位的的習慣做做法表3-1隧隧道施工工工法的的對比序 號施工方法環(huán)境場地要要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1明挖法市郊施工場場地開闊闊，軟

26、巖巖和土體體，如北北京和天天津地鐵鐵進度快，工工作面大大，便于于機械和和大量勞勞動力投投入破壞環(huán)境生生態(tài)，影影響交通通，帶來來塵土和和噪聲污污染1）有效井井點降水水系統(tǒng)；2）可靠的的支撐系系統(tǒng)；33）大型型土方機機械，混混凝土攪攪拌及運運輸機械械2傳統(tǒng)礦 山山法巖石和堅硬硬土體，如如青島和和重慶地地鐵地面干擾小小， 造造價低進度慢，勞勞動強度度高，風風險大1）多臂鉆鉆孔臺車車，自動動裝 藥藥引爆裝裝置；22）光面面爆破，噴噴錨支護護，監(jiān)控控數(shù)據(jù)反反饋指導導設計和和施工方方法3暗挖法埋深較淺對對土體進進行凍結結、注漿漿、深層層攪拌樁樁加固地地基，棚棚管法加加固，淺淺埋車站站，如北北京、哈哈爾濱等

27、等城市地地鐵地面干擾小小，造價價低，便便于土法法上馬機械化程度度低，勞勞動強度度高，環(huán)環(huán)境惡劣劣，風險險大1）發(fā)展可可靠的淺淺地層地地基處理理技術；2）小型型靈活的的地下開開挖機械械；3）可靠靠的臨時時支護措措施和機機具4盾構法 和和頂管法法城市軟地層層、深埋埋隧道，如如上海、廣廣州、北北京等城城市地鐵鐵地面影響小小，機械械化程度度高，安安全，工工人勞動動強度低低，進度度快機械設備復復雜，價價格昂貴貴， 施施工工藝藝繁，專專業(yè)施工工隊伍1）開發(fā)適適用不同同地質條條件，自自動更換換刀盤的的氣壓、土土壓泥水水平衡盾盾構和頂頂管，超超前探測測排障技技 術；2）鋼纖纖維擠壓壓混凝土土襯砌;3）三維維仿

28、真計計算機管管理系統(tǒng)統(tǒng)，管理理信息化化，自動動化；44）自動動導向，中中途對接接異型盾盾構5沉管法 (連續(xù)沉沉井)跨越江河 湖海，軟軟地基，如如廣州、寧寧波、上海過過江隧道道造價省，速速度快，隧隧道斷面面大封鎖江河水水面，專專門的駁駁運、下下沉、對對接的機機具，水水下作業(yè)業(yè)，風險險大1）大型涵涵管制作作及駁運運技術；2）地下下定位對對接、防防水技術術6鑿巖機法（TBMM）堅硬巖石地地質，如如廣州地地鐵速度快，機機械化程程度高，安全，地地面無干干擾造價高，使使用掌握握復雜，刀刀具易磨磨損1）開發(fā)國國產高性性能鑿巖巖機；22）改進進高強合合金刀具具；3）完善善后配套套系統(tǒng)；4）超前前不良地地質探測

29、測系統(tǒng)方法的選擇擇，是一一項“模模糊”的的決策過過程，它它依賴于于有關人人員的學學識、經經驗、毅毅力和創(chuàng)創(chuàng)新精神神。對于于重要工工程則需需匯集專專家們的的意見，廣泛論證。必要時應當開挖試驗洞對理論方案進行實踐驗證。從目前我國高速鐵路趨勢來看，在今后很長一段時間內，仍以采用新奧法為主，這也符合世界潮流。3.2隧道道開挖方方法3.2.11全斷面面一次開開挖法全斷面一次次開挖法法適應條條件：、級級圍巖，大型施施工機具具(鉆孔臺臺車、模模板臺車車等)，中長隧隧道（經濟性性考慮）。全斷面開挖的優(yōu)點:工序少，相互干擾少，便于組織施工和管理；工作空間大，便于大型機械化施工；施工進度高，目前，我國鐵路隧道一般

30、都能保持月進成洞平均150m左右，高者已接近300m月,施工環(huán)境較好。 臺啟民，張頂立，房倩，等暗挖重疊地鐵隧道地表變形特性分析J巖石力學與工程學報， 2014， 33( 12) :開挖施工程程序：用鉆孔臺臺車，鉆鉆眼，然然后裝藥藥、聯(lián)接接導火線線；退出鉆孔孔臺車，引引爆炸藥藥，開挖挖出整個個隧道斷斷面；排除危石石，安設設拱部錨錨桿和噴噴第一層層混凝土土；用裝碴機機將石碴碴裝入出出碴車，運運出洞外外；安設邊墻墻錨桿和和噴混凝凝土；必要時可可噴拱部部第二層層混凝土土和隧道道底部混混凝土；開始下一一輪循環(huán)環(huán)；支形后按組規(guī)期灌注內內層襯砌砌。3.2.22臺階法法臺階法中包包括長臺臺階法、短短臺階法法

31、和超短短臺階法法等三種種，其劃劃分一般般是根據(jù)據(jù)臺階長長度來決決定的。適用條件:跨度較較大，圍圍巖較破破碎的情情況。臺臺階法適適用于、級級圍巖地地層和洞洞口段、偏偏壓段、淺淺埋段的的級硬巖巖地層和和、級軟巖巖地層，但但應視具具體情況況采取超超前大管管棚、超超前錨桿桿、超前前小管棚棚、超前前預注漿漿等輔助助施工措措施進行行超前加加固，并并根據(jù)工工程實際際、地層層條件和和機械條條件，選選擇合適適的臺階階方式。選擇臺階長長度的條條件：(1)初期期支護閉閉合環(huán)的的時間要要求。圍巖越越差，閉閉合時間間要求越越短，臺臺階必須須縮短。(2)施工工機械的的效率。效率高高，則可可以縮短短支護閉閉合時間間，臺階階

32、可適當當加長。原則：希望初期支護盡快閉合。圍巖不好時時，應以以條件為主；圍巖較較好時，應應以條件件為主主。長臺階階法：將斷面分成成上半斷斷面和下下半斷面面兩部分分進行開開挖，上、下斷面面相距較較遠，一一段上臺臺階超前前50m以上或或大于55倍洞跨跨。適用條件：適用范范圍較全全斷面法法廣泛，凡凡是在全全斷面法法中開挖挖面不能能自穩(wěn)，但但圍巖堅堅硬不用用底拱封封閉斷面面的情況況，都可可采用長長臺階法法。2)短臺階階法臺階縮短： （111.5）BL5B,特點：支護閉合合時間加加快，圍圍巖穩(wěn)定定性增加加；臺階縮短短加大了了對下臺臺階施工工的干擾擾。適用于：、級級圍巖3)超短臺臺階法上臺階長度度僅為33

33、5m。特點：更有有利于控控制圍巖巖變形，但但上下臺臺階相隔隔太近，施施工干擾擾大。適用于：軟軟弱破碎碎圍巖(、級圍巖巖)4)施工工工序短臺階施工工注意：下半斷面面開挖應應在上半半斷面初初期支護護基本穩(wěn)穩(wěn)定后才才能進行行；開挖后要要及時噴噴砼，暴暴露時間間愈長愈愈不安全全；量測要及及時，當當位移速速度加快快時，應應立即采采取措施施。將3種臺階階法放在在一起比比較：區(qū)區(qū)別主要要在臺階階長度。表3-2 三種分分部開挖挖法分部開挖方方法特點適用于環(huán)形開挖留留核心土土法留核心土土支頂工工作面，穩(wěn)穩(wěn)定性優(yōu)優(yōu)于超短短臺階法法：進度慢。土質或易坍坍塌的軟軟弱圍巖巖；小型型施工機機具。單側避導坑坑法洞室開挖挖跨

34、度減減小，有有利于圍圍巖穩(wěn)定定；導坑要閉閉合，增增加了材材料用量量；進度慢。斷面跨度大大，對地地表沉陷陷有控制制要求的的軟弱。雙側壁導坑坑法雙導坑，使使洞室最最大開挖挖跨度更更小，穩(wěn)穩(wěn)定性增增加；耗材增加加；進度慢。對地表沉陷陷要求更更高，或或跨度更更大的隧隧道。3.3新新奧法新奧法即新新奧地利利隧道施施工方法法的簡稱稱，簡記記為NAATM（NewwAusstraainTTunnnelllinggMetthodd）。新奧奧法概念念是奧地地 利學學者拉布布西維茲茲教授于于50年代代提出的的，它是是以隧道道工程經經 驗和和巖體力力學的理理論為基基礎，將將錨桿和和噴射混混凝土組組合在一一 起，作作為

35、主要要支護手手段的一一種施工工方法，經經過一些些國家的的許 多多實踐和和理論研研究，于于60年代代取得專專利權并并正式命命名。3.3.11新奧法法特點1.及時性性新奧法施工工采用噴噴錨支護護為主要要手段，可可以最大大限度地地緊跟開開挖作業(yè)業(yè)面施工工，因此此可以利利用開挖挖施工面面的時空空效應，以以限制支支護前的的變形發(fā)發(fā)展，阻阻止圍巖巖進入松松動的狀狀態(tài)，在在必要的的情況下下可以進進行超前前支護，加加之噴射射混凝土土的早強強和全面面粘結性性因而保保證了支支護的及及時性和和有效性性。在巷巷道爆破破后立即即施工以以噴射混混凝土支支護能有有效地制制止巖層層變形的的發(fā)展，并并控制應應力降低低區(qū)的伸伸展

36、而減減輕支護護的承載載，增強強了巖層層的穩(wěn)定定性。2.封閉性性由于噴錨支支護能及及時施工工，而且且是全面面密粘的的支護，因因此能及及時有效效地防止止因水和和風化作作用造成成圍巖的的破壞和和剝落，制制止膨脹脹巖體的的潮解和和膨脹，保保護原有有巖體強強度。當當噴射混混凝土支支護以較較高的速速度射向向巖面，很很好的充充填圍巖巖的裂隙隙，節(jié)理理和凹穴穴，大大大提高了了圍巖的的強度；同時噴噴錨支護護起到了了封閉圍圍巖的作作用，隔隔絕了水水和空氣氣同巖層層的接觸觸，使裂裂隙充填填物不致致軟化、解解體而使使裂隙張張開，導導致圍巖巖失去穩(wěn)穩(wěn)定。3.粘結性性連鎖作用：即將被被裂隙分分割的巖巖塊粘結結在一起起,若

37、圍巖的的某塊危危巖活石石發(fā)生滑滑移墜落落，則引引起臨近近巖塊的的連鎖反應應，相繼繼喪失穩(wěn)穩(wěn)定，從從而造成成較大范范圍的冒冒頂或片片幫。開開巷后如如能及時時進行噴噴錨支護護，噴錨錨支護的的粘結力力和抗剪剪強度是是可以抵抵抗圍巖巖的局部部破壞，防防止個別別圍巖滑移移和墜落落，從而而保持圍圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定性。復合作用：即圍巖巖與支護護構成一一個復合合體（受受力體系系）共同同支護圍圍巖。噴噴錨支護護可以提提高圍巖巖的穩(wěn)定定性和自自身的支支撐能力力，同時時與圍巖巖形成了了一個共共同工作作的力學學系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉化為巖石承載結構的作用，從根本上改變了支架消極承擔的弱點。增加作用：開巷后后及時進進行噴錨錨

38、支護，一一方面將將圍巖表表面的凹凹凸不平平處填平平，消除除因巖面面不平引起的的應力集集中現(xiàn)象象，避免免過大的的應力集集中所造造成的圍圍巖破壞壞；另一一方面，使使巷道周周邊圍巖巖由雙方方向受力力狀態(tài)，提提高了圍圍巖的粘粘結力和和內摩擦擦角，也也就是提提高了圍圍巖的強強度。4.柔性噴錨支護屬屬于柔性性薄性支支護，能能夠和圍圍巖緊粘粘在一起起共同作作用，由由于噴錨錨支護具具有一定定柔性，可可以和圍圍巖共同同產生變變形，在在圍巖中中形成一一定范圍圍的非彈彈性變形形區(qū)，并并能有效效控制允允許圍巖巖塑性區(qū)區(qū)有適度度的發(fā)展展，使圍圍巖的自自承能力力得以充充分發(fā)揮揮。另一一方面，噴噴錨支護護在與圍圍巖共同同變

39、形中中受到壓壓縮，對對圍巖產產生越來來越大的的支護反反力，能能夠抑制制圍巖產產生過大大變形，防防止圍巖巖發(fā)生松松動破壞壞。3.3.22新奧法法原理1）支護-圍巖共共同作用用原理圍巖既是生生產支護護荷載的的主體，又又是承受受巖層荷荷載的結結構，支支護-圍圍為相用同圍力棄去作支護結構構的荷載載采用厚厚襯砌的的傳統(tǒng)做做法。圍巖壓力力是變形形壓力和和松動壓壓力的組組合，大大部分壓壓力(特特別是變變形壓力力)由圍圍巖自身身承擔，只只有少部部分轉移移到支護護結構上上；支護護荷載既既取于的又于結剛支間巖動區(qū)和圍圍巖內的的二次應應力狀態(tài)態(tài)又與支支護結構構的性質質和支護護時間有有關。2）柔性支支護觀點點支護剛度

40、不不必太大大，當支支護做完完后，能能與巖體體一起生生產一定定的位移移，釋放放部分變變形能，但但又能使使支護足足以保持持平衡，保保持圍巖巖穩(wěn)定。柔柔性支護護，盡早早支護，既既及時封封閉圍巖巖，防止止風化，又又能釋放放變形能能，合理理利用圍圍巖與支支護共同同承擔應應力調整整過程中中的所有有作用。支支護結構構為閉合合環(huán)，錨錨噴網綜綜合支護護主要支支護手段段。3.4 隧隧道開挖挖光面爆爆破技術術光面爆破技技術約在在19550年發(fā)發(fā)源于瑞瑞典，119522年在加加拿大首首次應用用。光面面爆破的的實質是是一種控控制巖體體開挖輪輪廓的爆爆破技術術，下圖圖是一個個典型的的光面爆爆破炮眼眼效果圖圖。3.4.11

41、光面爆破破特點(1)爆破破后成型型規(guī)整，符符合設計計輪廓，特特別在松松軟巖層層中更能能顯示出出光面爆爆破的作作用。光光面爆破破后通常常可在新新形成的的壁面上上殘留清清晰可見見的半邊邊孔壁痕痕跡。（2）光面面爆破可可以大大大減少巷巷道的超超挖量，提提高施工工質量，加加快施工工進度，節(jié)節(jié)省大量量的混凝凝土襯砌砌澆筑量量。（3）光面面爆破對對圍巖的的破壞要要輕微得得多。根根據(jù)聲波波探測表表明，采采用光面面爆破時時，圍巖巖松弛帶帶的范圍圍只是常常規(guī)爆破破方法的的1/31/2，從而而提高了了圍巖的的穩(wěn)定性性，減少少了支護護工作量量；采用用光面爆爆破，圍圍巖的壁壁面平整整，危石石少，撬撬頂工作作簡單，減減

42、輕了表表面應力力集中現(xiàn)現(xiàn)象，避避免局部部冒落，增增進了圍圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定和施施工安全全，并為為噴錨支支護的使使用創(chuàng)造造了有利利條件。3.4.22光面爆破破的優(yōu)點點對掘進巷道道來說，爆爆破順序序是掏槽槽、崩落落，最后后周邊眼眼光面爆爆破。在在巷道掘掘進中采采用光面面爆破具具有以下下優(yōu)點：光爆錨噴噴施工質質量好，減減少了圍圍巖的位位移、松松動和破破壞，增增加了安安全性。唐山地震后，曾對開灤煤礦井下4515m光爆錨噴巷道作了震后檢查，完好率達95%。對掘進巷道來說，爆破順序是掏槽、崩落，最后周邊眼光面爆破。在巷道掘進中采用光面爆破具有以下優(yōu)點：減少超挖挖、節(jié)約約材料，降降低了成成本。根據(jù)徐州礦礦務局統(tǒng)統(tǒng)

43、計，成成本大約約降低330%。 據(jù)大大秦線鐵鐵路施工工統(tǒng)計，在在19kkm隧道道掘進中中，如每每循環(huán)超超挖100cm，則則相當于于多挖11km相相同斷面面隧道；全國每每年各類類巷道進進尺約550000km，相相當于多多挖2550kmm，浪費費10多億億元。3.4.33光面爆破破技術總結結光面爆破的的優(yōu)點在在完整巖巖體中十十分明顯顯，可以以直觀地地感到爆爆破后的的開挖面面光潔平平整，巖巖體完整整，爆破破裂隙不不發(fā)育，給人以安全感。在松軟的巖石中，特別是在一些不均質的巖體和構造發(fā)育的巖體中采用光面爆破在減輕圍巖的破壞，減少超挖以及避免產生冒頂?shù)确矫?，仍起到很大作用。第四?隧隧道支護護與襯砌砌4.

44、1初期期支護隧道開挖后后，為控控制圍巖巖應力適適量釋放放和變形形，增加加結構安安全度和和方便施施工，隧隧道開挖挖后立即即施作剛剛度較小小并作為為永久承承載結構構一部分分的結構構層，稱稱為初期期支護。隧隧道工程程中初期期支護一一般采用用錨噴網網結構形形式。包包括噴射射混凝土土、錨桿桿、鋼筋筋網和鋼鋼架等單單一或組組合的支支護形式式。初期支護特特點：及時性：噴噴射早強強砼，能能迅速給給圍巖提提供支護護抗力；密貼性：噴噴射砼與與圍巖能能全面密密貼粘結結；深入性：錨錨桿可深深入圍巖巖一定深深度加固固圍巖，形形成承載載圈。柔性：容易易調節(jié)圍圍巖變形形，可控控制圍巖巖塑性變變形適度度發(fā)展，發(fā)發(fā)揮自承承能力

45、；封閉性：可可阻止水水對圍巖巖的侵蝕蝕而引起起風化等等。工序流程：爆破或或開挖后后應首先先清除浮浮石或修修邊，然然后立即即進行初初噴混凝凝土封閉閉圍巖，以以期充分分發(fā)揮圍圍巖的自自穩(wěn)能力力。出碴碴結束后后，再根根據(jù)圍巖巖級別施施作拱架架、錨桿桿、掛網網、及復復噴混凝凝土至設設計厚度度。1、初期支支護鋼拱架架鋼架分型鋼鋼鋼架與與格柵鋼鋼架兩種種，一般般應與錨錨桿、噴噴混凝土土 共同同使用。2、初期支支護錨桿1）、錨桿桿的類型型:隧道支支護用錨錨桿一般般包括普普通砂漿漿錨桿、水水泥錨桿桿、藥包包錨桿（樹樹脂錨桿桿）、鎖鎖腳錨管管（摩擦擦錨桿)、徑向向螺紋鋼鋼錨桿。2）、錨桿桿的力學學作用懸吊作用用

46、:將不穩(wěn)穩(wěn)定巖層層懸吊在在堅固巖巖層上，阻阻止圍巖巖移動滑滑落。減跨作用用在隧道道頂板巖巖層中打打入錨桿桿，相當當于在頂頂板上增增加了支支點，使使隧道跨跨度減小小，從而而使頂板板巖體應應力減小小。組合梁作作用在巖巖層中打打入錨桿桿，將若若干薄弱弱巖層錨錨固在一一起，類類似將疊疊合的板板梁變成成組合梁梁，提高高巖層的的承載力力。整體加固固作用錨錨桿群錨錨入圍巖巖后，其其兩端附附近巖體體形成圓圓錐形壓壓縮區(qū)，按按照一定定間距排排列的錨錨桿在錨錨固力作作用下構構成承載載環(huán)。3、初期支支護鋪設鋼鋼筋網片片4、初期支支護噴砼4.2 隧隧道襯砌砌鐵路隧道作作為地下下結構物物，除了了應滿足足鐵路運輸輸在使用

47、用上的要要求外，還還必須具具有耐久久性。一一般除了了地質堅堅硬、不不易風化化的I級圍巖外外，都應應施作混混凝土襯襯砌。所所以，模模筑整體體混凝土土襯砌在在傳統(tǒng)上上就是持持久保證證隧道功功能的重重要結構構。隧道襯砲裂裂縫的分分布與外外荷載的的大小及及分布形形式緊密密相關。在在偏壓條條件下，無無論是地地形偏壓壓還是地地質引起起的偏壓壓，很小小的偏壓壓作用都都會引起起襯砲裂裂縫的產產生。地地形偏壓壓情況下下，襯砲砲拱腰部部位易出出現(xiàn)裂縫縫，隧道道覆土較較深側襯襯砲拱腰腰會出現(xiàn)現(xiàn)數(shù)條間間距均勻勻的裂縫縫，其中中某條裂裂縫比周周圍其它它裂縫深深；隧道道覆土較較淺側襯襯砌拱腰腰裂縫少少而淺。偏偏壓情況況越嚴重重，裂縫縫數(shù)量越越多，裂裂縫間距距越密，裂裂縫深度度越深。地地質偏壓壓情況下下，靠近近節(jié)理、裂裂隙及斷斷層等不不良地質質圍巖側側襯砌會會產生數(shù)數(shù)量較多多，深度度較深的的裂縫，隨隨著地質質條件惡惡劣程度度的加深深，險道道拱頂、拱拱頂偏節(jié)節(jié)理、裂裂隙及斷斷層等不不良地質質圍巖側側、無節(jié)節(jié)理、裂裂隙及斷斷層等不不良地質質圍巖側側襯砲拱拱腰部位位會相繼繼出現(xiàn)裂裂縫。 Pardo G S，Saez E Experimental