客运专线隧道施工技术特点

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前言中国是一个多山的国家，山地、丘陵和高原很多，其面积约占国土总面积的69％。随着国民经济的迅速发展和技术水平的不断提高，我国修建的铁路和公路隧道越来越多，到2005年底，我国的公路隧道通车里程已达1500km，已经投入运营的铁路隧道总里程则已超过4300km。为了增加火车的运输能力，中国全面提高了客车和货车的运行速度。根据十一五规划，中国将建设新客运专线7000km。为了克服客运专线上高速列车在隧道内运行所引起的夺气动力学问题，客运专线上的隧道基本采用双线隧道，这些隧道轨面以上的净空面积为90m2以上，开挖断面积大都在I20m2以上。目前住建的合武、武广两条铁路客运专线隧道的开挖尺寸见表1。1

客运专线铁路大断面隧道力学特征和施工特点表1

在建的合武、武广两条铁路客运专线隧道开挖尺寸1．1力学特征

客运专线铁路大断面隧道较以往施工的单线和双线铁路隧道开挖的跨度更大、高度更高，具有以下力学特征。

①开挖后，隧道周边围岩出现更大范围的塑性化和更大的变形，围岩自稳所要求的围岩强度更高。

②隧道拱脚和边墙脚处的应力集中更严重，要求有更高的围岩强度或更好的地基承载力。

③隧道拱顶更不稳定，拱顶围岩存在拉应力区，拱顶岩块崩塌的可能性更大。

④产生拱作用要求的埋深更深，浅埋隧道的埋深范围更大，松弛压力更大，辅助施工措施要求更强。

图1为客运专线大断面隧道台阶法开挖围岩塑性区域分析。图1

台阶法施工隧道围岩塑性区分布图在台阶法开挖结束后，隧道并没有出现明显的塑性区，此后隧道围岩在一定范围内开始发生岩体破坏。在隧道的拱部和底部主要是张拉破坏，而隧道边墙则发生剪切破坏。初期支护后隧道的塑性区范围约减少了80％，但是应力状态的变化不明显，这说明隧道围岩的整体性得到了加强。由于隧道为永久性构筑物，根据新奥法施工原理，隧道的二次衬砌为模筑混凝土或钢筋混凝土，其主要作用为安全储备和美观。隧道经过初次支护，仍然存在一定范围的塑性区。二次衬砌后，塑性区基本得到了消除。分析可知，初次支护对于隧道围岩的稳定性起着主要的加固作用，模筑混凝土只承担很小的一部分荷载。二次衬砌后的隧道受力如图2。图2

二次衬砌后的隧道受力分析图鸡体外1.2

违析施工特点送高速宏铁路大断扭面隧道施材工更复杂排，其具有攻以下施工疾特点：灿热麦①伐除围岩位的整体性政外，围岩灶自身强度纠对高速铁糊路大断面论隧道施工聪方法的确恳定、隧道梯的稳定与傅安全有较车大影响；依成集②丢竭“纷紧支护、假勤量有测赛”舰更为重要配；贤馅匀③滴对于洞趣口段、浅韵埋段、破轿碎带、堆馅积体、黄率土隧道应握坚悉持奴“昏断面化大敞为小、短经进尺、弱情爆破、强窄支护、勤受量测、早芦封闭、衬恩砌紧份跟真”狂的原则。蜂窄甩2

抄振客运专线们铁路大断宋面隧道开引挖方法选拿择刊钻爆豪法仍然是基中国目前咏应用最广幅、最成熟舞的隧道修沫建方法。根客运专线条隧道开挖夸常用的方该法为全断乓面法、台爬阶法足、茎C巾D炒工法谎、衰CR样D凑工法、双灭侧壁导坑祖工法，从妹工程造价蒸和施工速配度考虑，原施工方法政选择顺序正应为：全掉断面法一摘正台阶欺法肾→鼓台阶设临网时仰莲拱独→协C枕D洗工他法穷→漫CR袄D洽工芳法觉→拦眼镜工法奸；从施工睛安全考虑但，顺序正画好反过来莲。如何选壁择合适的典开挖方贡法，应根狱据实际情如况综合考选虑，在工师程造价、柱施工进度贷、施工安罪全等各方坏面求得平域衡。各种暴开挖方法肺的比较见愿表捉2洞。铺表挽2

限赌各种开挖脏方法比较律表训知槽2.1

痒蛋全断面法全全断烧面开挖法挥是指将整贯个隧道开友挖断面一休次钻孔、接一次爆破灯成型、一留次初期支抢护到位的太隧道开挖漠方法。全支断面开挖泥法施工操夸作比较简纺单，主要雄工序使用姓移动式钻急孔台车或捡多功能台羽架，全断馋面一次钻拨孔，并进焰行装药连踢线，然后芹将钻孔台夕车退后至秧安全地点望再起爆，俘一次爆破逼成型，出袍碴后对整水个开挖轮思廓进行初泡喷，钻孔葛台车或多昆功能台架尽再推移到映开挖面就群位，开始呀下一个钻盾爆作业循象环，同时株，利用支煌护台架全剑断面施作骄剩余初期槐支护工作露。哗由于植全断面法撒一次开挖傲成形，开孟挖跨度较吴大，高度壶较高，隧排道周边围历岩出现更夸大范嗣的嚷塑性化和柱更大的变傲形，隧道蠢拱脚和墙毙脚处的应妹力集中更桐严重，隧睬道拱顶更兆不稳定。口对于硬岩炉隧道，由匹于其自身壁强度一般款比较高，已所以围岩矮自身强度猛并小是影箱响隧道稳黎定与安全软的决定因萍素。但对绒于软岩隧惭道，由于翠其自身强蜘度一般偏皂低，往往挤成为影响鼓隧道稳定跳与安全的悦控制因素继。对于按乳照《铁路亲隧道围岩阶分级削定塌标准》判管定的围岩院等级，在碗确定隧道捞开挖力方疲法时成允死分考虑围茫岩自身强魔度。硬岩剖隧道可通仅过采取超浅前铺杆、凶超前小管备棚、超前谊预注浆等改辅助施工滚措施进超秃前预加固正，从而提屋高围岩的茄整体性，魂而对于软肢岩隧道，秆各种超前碑预加固措自施对围岩扑自身强度偏提高幅度拦有限。箩综合袄上述各种肃因素考虑寇，结合以群往类似工堂程施工经浑验，对于需高速铁路静大断面隧说道，全断团面法主要禁适用于非糟浅惜埋量I奴～猪Ⅲ皮级硬岩地陈层诵和她I奥V妇～柏V钥l念级软柑地床层。当隧拖道处于非怠浅给埋快Ⅳ共级硬岩地锹层时，在谁采取超前习锚杆、超肚前小管棚寸、超丽预看注浆等辅剧助施工措凝施加固后牲，也可采走用全断面禾法施工，嘉但应根据谈具体围岩达情况适当贿缩短开挖验进尺。浅确埋段、偏颈压段和洞项口段不适解宜采用全饥断面开挖触全断浴面开挖法水有较大的鹿作业空间思，有利于捡采用大型椒配套施工脊机械，提涉高施工速兽度，且工辩序少，便书于施工组继织和管理肝，较分部映开挖法减腥少了爆破绪震动次数柔。但由于通开挖面较熊大，围岩义稳定性降邻低，且每崖个循环工技作量较大烦，每次深坊孔爆破引育起的震动皆较大，因羽此要求进遣行精心的哨钻爆设计餐，并严格盈控制爆破皮作业。魂狱若2.2

翼四台阶法蓬台阶翻法施工就科是将结构贯断面分成涨两个或几术个部分，洁即分成上翼下两个断顷而或几个太工作面分殊步开挖，障根据地层离条件和机溉械配备情竭况，台阶批法又可分趋为正台阶软法、中隔披端台阶法撇等。合综合牺考虑围岩系等级划分科中的岩性渴指标、岩找体完整状题态等，根撞据高速铁瓶路大断面阁隧道自身鹿的力学特蜘征，结合费以往类似电工程施工局经验，台掉阶法适用站于辨Ⅰ身～朝Ⅳ婶级硬岩地尾层木和美Ⅱ旁～态Ⅲ航级软柑地涝层洞口段松、偏压段俩、涉浅埋段豆，档Ⅲ须～渐Ⅳ压级硬岩地说层字和猫Ⅲ么、群Ⅳ父级软岩地缎层，但应嘉视具体情弊况采取超吊前大管棚辩、超前锚碧杆、超前今小管棚、奇超前预注橡浆等辅助箩施工施进依行超前加认固。根据争工程实际境、地层条清件和机械腔条件，选掀择合适的泰台阶方式报。瑞台阶朴法开挖优俘点很多，害能较早地瞒使支护闭容合，有利尊于控制结酬构变形及诵由此引起惕的地面沉情降。上台扬阶长汪度诵-简般控制庙在盾1桨～间1.京5千倍洞径，药根据地层岛情况，可毕选择两步哄或多步开谈挖。桑台阶站长度之所搞以定投为株1气～割1.及5牵倍洞径，域主要因为行在论1巧～赏1.魄5远倍洞径区户段周围地框层产生横结向和纵向咳两个承戴种拱的作用侧，这对开途挖是有利桨的，台阶愧长度超过买这个限度妹，将失太撤纵向承载碗拱受力结脖构，仪有密横向平面矩承绒拱受伤力结构。来上台阶若手选用大楼于蜘1.安5岸倍洞径的介长台阶，舱在开挖时焦纵向变位异大，上台宗阶断而形削状不利于吊受力，而旺且容易引巩起周围地输层松动，救塑性区增倒大，造成啊拱脚附近曲受力大而效使其失去筑稳定性：笨上台阶若叙过短，小落于泥l趣倍洞径，只对于软弱面地层，因羡洞内纵向窄破裂面超册过工作面症，易造成丧洞顶土体该下滑，引榴起工作面跌不稳定。障软弱地层娘不能采用污短台阶法悬施工。但巩是，若是忍硬岩地层仗，岩体较厌完整，采怪用爆破法串施工时，屿为了便于狡风钻打眼怖，可设置桶超短台阶周。倾从安倘全角度考服虑，台阶议长度定搞为佣1厉～势1.潮5旨倍洞径是园合理的，旗施工机械犁的配置电存应遵守这敬个原则。罚因此，在贞采用台阶垃法施工时舒，不应分裂长台阶、溉短台阶、纱微台阶，回而是只检有嗽1普～腹1.骗5流倍洞径长蚁度的台阶损。上根据爬分部的多向少，台阶减法可分为塞上下两部丈分步开挖磁法和多部桶分步开挖擦留核心土董开挖法。接旅腾2.2

取锯上下两部暮分步开挖册法丸上下柴两部分步析开挖法施弦工顺序见尘图灿3联，该法适销用于硬纠岩蛋Ⅲ薄、给Ⅳ序级，软庭岩叹Ⅲ龟级，洞口讽段、偏压乳段、浅埋雄段农I泄～济Ⅲ题级硬岩地捐层重和疮Ⅳ皂～床Ⅵ座级软岩地浊层。可将筛断面分成湾上下两个泳台阶开挖爷，台阶长倚度一般控决制蹲在叫1兵～吊1.膊5杯倍洞潮径分(D晋)达以内，但浅必须在地地层失去自铸稳能力之巴前尽快开萌挖下台阶洒，支护形劲成封闭结策构；若地醒层较差，胸为了稳定葬工作面，茂也可辅以狭小导管超闸前支护等织措施。上野下两部台贞阶法开挖另示意图见铺图院3票。录图休3

敏是上下两步炊分部开挖帽法示意图膜终仔2.2.山2

剖简多部分步蒙行挖留核类心土法宴该法铅适用于较姨差的地层聚，围岩级境别为软侵岩租Ⅲ浇、妥Ⅳ魄级，洞口升段、偏压路段、浅埋掀段软袜岩德Ⅲ酸、店Ⅳ悟级和硬骄岩缎Ⅱ冈、袍Ⅲ拣级。上台殖阶恩取差1昂倍洞径左医右环形开节挖，留核依心土，用磨系统小导侵管超前支尊护、预注学浆稳定工计作面；用想网构钢拱登做初期支躲护；拱脚冬、墙脚设丛置锁脚锚船杆。开挖触顺序见盟图畅4商。喜图捏4

勉锣多部分步云开挖留核夏心土开挖清法示意图蒜麦气2.2.撞3拌台阶法静肝挖优缺痕点顷筹散①洲灵活多估变，适用究性强。凡与是软弱围累岩地层，更均可采用基台阶法，造址各种不搬同开挖方徐法中的基恒本方法。训而且，当匀遇到地层厘变霉化馅(昏变好或变煌坏膊)秋，都能及城时变换成洗其他方法盟。夕龟唯②舱具有足该够的作业是空间和较潮快的施工望速度，台陪阶有利于允开挖面的愈稳定，尤仪其是上部费开挖支护斯后，下部敲作业则较寻为安全。晨真铃③朗台阶法躁开挖的缺笋点是上下珠部作业相观互干扰，其应注意下铲部作业时脊列译+蛾上部稳定曲性的影响少和台阶法券开挖会增尊加围岩被绘扰动的次脊数等。分价侍2.3

炒影侧壁导坑柏法晌单侧翻壁导坑法缸是指在隧虾道断面一炎侧先开挖浪一导坑，谷并始终超扬前一定距袋离，再开井挖隧道断爆面剩余部灶分的隧道战开挖方法若，施工序半见乖图优5鞭。采用该伸法开挖时爷，单侧壁果导坑超前冤的距离一守般求在计2筑倍洞径以小上。为了仅稳定工作稀面，须采锋取超前大薄管棚、超托前锚杆、讯超前小管鹊棚、超前绕预注浆等征辅助施工摔措施进行贵超前加固火。一般采仓用人工开玩挖、人工咬和机械配趣合开挖、默人工和机俯械配合出这碴。断面痕剩余部分蠢开挖时，特可适当采含用控制爆邪破以免破舅坏已完成简导坑的临榆时支护。顽图相5

茂慕单侧壁导绿坑法示意谎图兴

缺单侧办壁导坑法说主要适用构于地层较洋差、断面嘉较大、采痛用台阶法北开挖有困段难学的行Ⅳ扔、导V混级围岩地壶层。采用注方法可变叔大跨断面斯为小跨断接面。将代导坑跨度横定共为腔4昏～劳6饮m语，则断面拣剩余跨度书为确8当～朴l0冻m惑。，这样肢将使隧道声开挖迎为需安全、可蹦靠。跌佳做2.4

缩延中隔墙刺法碗(C扩D耀工挠法求)村旅遵C怖D见工法检（渠Cent毕erD根iaph奴rag蓝m炭）是指将牧隧道断面梯左右一分虹为二，先蛛开挖一侧诚，并在隧功道断面中哈部架设一涛临时支撑勒隔，待先烦开挖的一笛侧超前一亭定距离后琴，再开挖窗另一侧隧腾道的施工着方法，施皱工顺序见矩图藏6究。通过隧够道断面中箭部的临时戒支撑隔墙夏，将断面资跨度一分益为二，减狡小了开挖剖断面跨度悲，使断面揪受力更合旱理，从而僻使隧道开脊挖更安全疑、可靠。踏图思6

C膨D纷工法示意谅图国(逝单位店：少m)铺异瓣C香D誉工法主要鄙适用于地驼层较差的呆、可采用轿人工或人狱工配合机奴械开挖窜的芦Ⅳ括、优V此级围岩地申层、不稳套定岩体和困浅埋段、扛偏压段、行洞口段。全采用追该法进行但隧道开挖腐时，可根哀据具体情恳况，将由懒中隔墙一芳分为二的搭左、右断汉面再在竖攻向分成两梅部或三部室，从上往肃下分台阶杀进行施工坏。台阶长悦度一般备为驻1碧～乞1梢．箩5羊倍洞评径秧(齿此处洞径骂取分部高凑度和跨度吧的大简值孟)壮。先开挖色一侧断面盐的最后一筋步与后开刚挖断面的间第一步间壁应拉焦开款l哈～贞1岂．项5售倍洞径的洁距离。为亚了稳定工羊作面，须逐采取超前浑大管棚、哭超前锚杆队、超前小蹲管棚、超赖前预注浆望等辅助施拔工措施进沸行超前加折固。一般俭采用人工缸开挖、人渗工和机械崇配合出碴嫁。可适当乱采用控制润爆破，以定免破坏已左完成的临退时支撑隔齿墙。声利陕2.5

榨欺交叉中隔虚墙蒙法弟(CR第D恋工焦法基)监券当旦C翁D级工法仍不帽能保证围既岩稳定和你隧道施工警安全要求捐时，可粘在侧C谋D佛工法的基狭础上对各匪分部加设啊临时仰拱乌，创即变CR侍D悼工向法溜(CDO串SSD坛iaph久ragm律)充，将速原吹C慕D格工法先开斑挖中壁一迁侧改为两酷侧交叉开蜓挖、步步苗封闭成环未、改进发御展的一种印工法。见买图明7蛛。其最大旗特点是将承大断面施松工化成小斗断面施工女，各个局搬部封闭成抽环的时问纳短，控制算早期围岩沙变形，每芒个步序受窑力体系完抽整罪。稻CR岔D徒工法各分瓶部间应拉牵开一定的齿距离，距侄离大小以通保证掌子遗面稳定为白准，一般坦为首1刷～赚1.咏5匆倍洞堵径保(盾此处洞径峡取分部高棒度和跨度远的大咽值桨)帆，但在能益保证掌子演面围岩稳徐定的情况唇下，可适念当缩短距摇离，以保映证操作空挤问要求。壮图耳7

C爪R急D陪工法示意馆图巴(及单位辅：岩m)漂根据野高速铁路阴大断面隧翁道自身的抗力学特征耀，结合以痰往类似工睡程施工经蹦验伐，菊CR个D则工法适用绸于特别破番碎的岩石俯、碎石土口、卵石土弄、圆砾土题、角砾土酿及黄上组轿成桑的多V抚级围岩和勺软朗状粘腥性土、潮泊湿的粉细村砂组成脱的门Ⅵ烟级围岩及虚较差围岩曾中的洞口钻段、偏压衰段、浅埋日段等。点为了么稳定工作命面，采谈作波CRD枕摇工法施工王时看,个须采取超番前大管棚标、超前锚睛杆：、超扰前小管棚娇、超前预动注浆、掌溉子面封闭垒等辅助施祸工措施进列行超前加命固。一般游采用人工看开挖、人虎工和机械啄配合出碴翻。可适当疏采用控制滥爆破，以军免破坏已朱完成的临隙时支撑隔线墙和临时肺仰拱。烫拾喜2.6

赠您双侧壁导筋坑火法礼(钥眼镜戒法率)立双侧丽壁导坑法湾也称眼镜陈工法，也椅是变大跨草度为小跨希度的施工魄方法，其竞实质是将制大跨度分虹成三个小劈跨度进行午作业。见恶图盆8反。主要适伞用于地层宰较差、单惰侧壁导坑铃法无法满膀足要求的正隧道工程秋。该工法部工序较复胖杂，导坑乳的支护拆挂除困难，夹钢架连接康困难，而造且成本较拘高，进度羽较慢。吉图泻8

舟锅双侧壁导向坑法示意夕图盒该工控法主要适沾用于地层兴较差的、背可采用人通工或人工羞配合机械兔开挖邻的罪Ⅳ床、弱V赠级围岩地刮层、不稳鄙定岩体和沙浅埋段、醒偏压段、她洞口段。级晃瞧2.7

龄锄开挖工法遵的比较与踏选择讯高速犯铁路大断惊面隧道开铁挖工法的努比较见蜘表绩3.2.便8牙高速铁路括大断面隧酷道开挖工艘法的支护私措施和辅锈助措施珠根据笔新奥法施配工原理浪，莫“份主动地使惨围岩本身稠成为隧道新环状承载否结构的一珍部分，充呼分发挥围跃岩自身承袋载能力，给使围岩和谁初期支护掏共同承霞载取”玩的要求，政结合高速扶铁路大断田面隧道的虾力学特征唉，在选择摘隧道开挖超工法时应延同时采取悦适当的支备护措施和妄辅助措施朋，以确保烛隧道稳定慰和施工安忽全。贿泊揉①顺认真做凳好隧道的槽全断面光怀面爆破工你作。不仅陵拱部、墙诱部要达到驾规范要求打的光爆效健果，墙脚赞、底部、氧仰拱、洞担室、交叉沙口、变断撤面处也应膝按光面爆环破进行设乌计，并同卸时达到和烤墙拱一样袄的光面爆戒破效果，铺以减少超咳欠挖可能乒产生的应籍力集中。浸芦摔②老开挖后胃及时通过充初喷混凝强土对开挖乒轮廓岩面括进行封闭羞和找平，鸦减少围岩微变形，消撤除应力集直中。微浩思③县加大锚圆杆长度，拴使开挖断恋面周边形努成一个更逗大范前目挎的承载环再，以满足茫高速铁路暗大断而隧凉道受力需品要；采用东能快速受图力的锚悠杆锦(来快凝环氧揪树脂锚杆崖、速凝砂献浆锚杆洞等碰)盗，以使承腿载环能尽功快形成；延可采用预唇应力铺杆蝴，以使承灯载环的受贞力更合理班，减少承铃载环内缘快可能出现尝的拉应力从。些搭抽④驴尽快完怀成锚杆、距钢架支撑寄和复喷混刻凝土施工猜，使吲岩易羽初期支侧护共同的建承载结构余尽快形成戒。挪驼搏⑤士强时隧迹道拱顶、为拱脚祠和基墙脚的支萌护，以解毅决拱顶不毯稳定和拱夜脚、墙脚捧受力较大漂以及应力妻集中的问陷题。制壶迹⑥颗仰拱开谢挖应与整只个断面同耕步进行，课并根据围