高速鐵路工程隧道施工技術(shù)

高速鐵路隧道施工技術(shù)姓名：x吉x學(xué)號(hào)：6161xxxx摘要我國(guó)鐵路隧道建設(shè)取得了舉世矚目的成就,一個(gè)以客運(yùn)專線為重點(diǎn)的鐵路網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開,隧道修建數(shù)量有了突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)。未來(lái)10年我國(guó)要修建的鐵路隧道,其總長(zhǎng)度將超過(guò)我國(guó)已建成的鐵路隧道長(zhǎng)度總和。在此期間,隧道建設(shè)規(guī)模與隧道設(shè)計(jì)理論不完善之間的矛盾日益突出,以經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)為主的隧道設(shè)計(jì)方法面臨著巨大的挑戰(zhàn),隧道設(shè)計(jì)中存在的諸多困惑已經(jīng)嚴(yán)重制約了隧道建設(shè)的科學(xué)化、精細(xì)化、規(guī)范化。針對(duì)這一系列問(wèn)題,論文對(duì)隧道設(shè)計(jì)要求、隧道施工技術(shù)方法、隧道支護(hù)和襯砌進(jìn)行了總述。關(guān)鍵詞：隧道設(shè)計(jì)要求；隧道施工技術(shù)；隧道支護(hù)；隧道襯砌第一章緒論鐵路是國(guó)家重要的基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化的交通工具,是綜合交通運(yùn)輸體系的骨干,在推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要強(qiáng)調(diào)“加快發(fā)展鐵路運(yùn)輸。重點(diǎn)建設(shè)客運(yùn)專線、城際軌道交通、煤運(yùn)通道,初步形成快速客運(yùn)和煤炭運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)”。國(guó)家“十二五”規(guī)劃綱要明確“基本建成國(guó)家快速鐵路網(wǎng)”,“加快鐵路客運(yùn)專線、區(qū)際干線、煤運(yùn)通道建設(shè),發(fā)展高速鐵路,形成快速客運(yùn)網(wǎng),強(qiáng)化重載貨運(yùn)網(wǎng)”。2004年1月國(guó)務(wù)院審議通過(guò)了《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》。2007年國(guó)務(wù)院批復(fù)的《綜合交通網(wǎng)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,確定到2020年鐵路網(wǎng)總規(guī)模達(dá)到12萬(wàn)公里以上。2008年根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢(shì)、新需求,國(guó)家及時(shí)調(diào)整了中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃,提出到2020年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12萬(wàn)公里以上,其中客運(yùn)專線1.6萬(wàn)公里以上。由于我國(guó)幅員遼闊，又是多山的國(guó)家，山地面積占60%以上，為發(fā)展高速鐵路建設(shè)，必須修建大量隧道，而且勢(shì)必修建很多長(zhǎng)、大隧道和隧道群。目前，我國(guó)已建成和在建的高速鐵路隧道約800座，總延長(zhǎng)超過(guò)1500公里李英杰，張頂立，劉保國(guó)，等．考慮圍巖性質(zhì)劣化的深埋軟弱隧道破壞機(jī)理數(shù)值模擬研究［李英杰，張頂立，劉保國(guó)，等．考慮圍巖性質(zhì)劣化的深埋軟弱隧道破壞機(jī)理數(shù)值模擬研究［J．土木工程學(xué)報(bào)，2012，45(9):156－166．表1-1已建成和在建的5公里以上我國(guó)高速鐵路隧道一覽表序號(hào)隧道名稱隧道長(zhǎng)度/m所在線路貫通年月備注1太行山隧道27839石太2007.12單線2壁板坡隧道14756滬昆2016雙線3大別山隧道13256合武2007.06雙線4霞浦隧道13099溫福2008.01雙線5大南山隧道12701廈深2009.12雙線6雪峰山1號(hào)隧道11679滬昆2014.12雙線7南梁隧道11526石太2007.06單雙線8獅子洋隧道10800廣深港2011.03雙線9金寨隧道10766合武2007.11雙線10瀏陽(yáng)河隧道10115武廣2008.12雙線11大瑤山1號(hào)隧道10081武廣2008.06雙線12梁山隧道9898廈深2013.01雙線13雞面山隧道9745溫福2007.05雙線14分水關(guān)隧道9735溫福2008.01雙線15棟梁坡隧道9294滬昆2013.11雙線16雙鷹頂隧道9275廈深2010.04雙線17江門隧道9185廣珠2016雙線18黃龍寺隧道8716石武2010.08雙線19梅林隧道8607廈深2013.01三線20張茅隧道8483鄭西2008.12雙線21大瑤山3號(hào)隧道8289武廣2008.12雙線22鳳凰山隧道7979甬臺(tái)溫2007.09雙線23紅石巖隧道7857合武2007.07雙線24函谷關(guān)隧道7851鄭西2008.09雙線25秦東隧道7684鄭西2008.04雙線26石板山隧道7505石太2007.04雙線27太坤山隧道7006甬臺(tái)溫2008.04雙線28飛鸞隧道6718溫福2007.07雙線29八仙侖隧道6713溫福2007.08雙線30烏巖山隧道6208甬臺(tái)溫2008.01雙線31大瑤山2號(hào)隧道6027武廣2008.06雙線32黃晶嶺2號(hào)隧道5735福廈2007.12雙線高速鐵路隧道的大量興建，將推動(dòng)我國(guó)鐵路隧道建造技術(shù)的快速發(fā)展，但同時(shí)也給隧道設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了諸多技術(shù)難題。隨著列車運(yùn)行速度的提高，列車對(duì)軌道的沖擊振動(dòng)增大，傳給隧道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)波也相應(yīng)加強(qiáng)，加上我國(guó)高速鐵路隧道內(nèi)一般采用板式無(wú)碴軌道結(jié)構(gòu)形式，其剛度大，不利于振動(dòng)波衰減，由軌道傳遞到隧道結(jié)構(gòu)及基巖的振動(dòng)沖擊強(qiáng)度要比有碴軌道條件下大得多，因此，高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)必須具有更高的動(dòng)力穩(wěn)定性梁小勇，扈世民，張春會(huì)．深埋大斷面黃土隧道圍巖失穩(wěn)試驗(yàn)研究［J．巖土工程學(xué)報(bào)，2013梁小勇，扈世民，張春會(huì)．深埋大斷面黃土隧道圍巖失穩(wěn)試驗(yàn)研究［J．巖土工程學(xué)報(bào)，2013，35(增2):559－562．第二章高速鐵路隧道工程設(shè)計(jì)要求2.1隧道橫斷面有效凈空尺寸的選擇隧道橫斷面凈空尺寸的選擇，需要考慮的因素：隧道建筑限界、線路數(shù)量、線間距、應(yīng)預(yù)留的空間、考慮空氣動(dòng)力學(xué)影響所需的空間、設(shè)備安裝空間等。2.1.1隧道建筑限界普通鐵道隧道、高鐵、客運(yùn)專線限界分為機(jī)車車輛限同時(shí),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(shí)速的增加,隧道的內(nèi)輪廓都有相應(yīng)地增大。高鐵（客運(yùn)專線）建筑限界是不變的，而普速則根據(jù)列車類型及運(yùn)行速度的不同，建筑限界不同。普通地鐵建筑限界形式有矩形隧道建筑限界、馬蹄形隧道建筑限界、圓形隧道建筑限界、高架線及地面線建筑限界、車輛段車場(chǎng)線建筑限界。地鐵的車輛限界與設(shè)備限界可由其車型得而統(tǒng)一，而其建筑限界還應(yīng)根據(jù)隧道的具體形式根據(jù)公式計(jì)算得出。普通鐵路隧道、高鐵、客運(yùn)專線限界形式都較為單一。高速鐵路的曲線半徑均較大，因此位于曲線上的隧道，原則上不考慮曲線加寬。我國(guó)高速鐵路隧道建筑限界基本尺寸及輪廓圖2.1.2線路數(shù)量和線間距在通常情況下，高速鐵路隧道考慮到空氣動(dòng)力學(xué)的特性，都采用單洞雙線斷面，較少采用雙洞單線的斷面。長(zhǎng)大隧道，考慮維修養(yǎng)護(hù)條件及防災(zāi)的需求等，有時(shí)也采用雙洞單線方案。單洞雙線方案土建工程成本更高。一般情況下線間距都應(yīng)大于4m，我國(guó)高速鐵路的線間距，目前暫定為5m。2.1.3預(yù)留空間安全空間：至少高為2.2m，寬為0.80m；避難和救援空間：在線路兩側(cè)設(shè)置一個(gè)貫通的避難和救援通道直通到隧道外；建筑維修空間;架設(shè)接觸網(wǎng)設(shè)備空間：指在電氣化鐵道上需預(yù)留架設(shè)接觸網(wǎng)等設(shè)備的空間。2.1.4空氣動(dòng)力學(xué)所需空間高速鐵路隧道的設(shè)計(jì)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在隧道橫斷面的設(shè)計(jì)上。其橫斷面面積除了通常要考慮的隧道建筑限界和列車運(yùn)營(yíng)要求外，還必須考慮滿足列車—隧道空氣動(dòng)力學(xué)的要求。根據(jù)我國(guó)高速鐵路隧道的規(guī)定，要滿足最大瞬變壓力控制標(biāo)準(zhǔn)值3.0kPa/3s的要求,即列車橫斷面積與隧道橫斷面積的比值,這里的隧道橫斷面積，通常是指軌道面以上的斷面積。我國(guó)高鐵隧道阻塞比暫為0.10～0.12。章慧健，龔倫，仇文革，等．隧道分部開挖的圍巖松動(dòng)區(qū)演變分析［J．巖土工程學(xué)報(bào)，2014，36(12):2323－2329．國(guó)家法國(guó)德國(guó)意大利日本西班牙列車最高速度(km/h)270250250300220240300列車橫斷面積(㎡)109.712.612.610隧道橫斷面積(㎡)718253.87660.563.875阻塞比0.13~0.150.130.180.130.21~0.220.20~0.210.13線間距(m)4.24.74.04.24.34.5~4.7表2-1一些國(guó)家高速鐵路隧道的基本參數(shù)2.2高速鐵路隧道與普通鐵路隧道的不同點(diǎn)2.2.1空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題當(dāng)高速列車在隧道中運(yùn)行時(shí)要遇到空氣動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，為了降低及緩解空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，除了采用密封車輛及減小車輛橫斷面及在洞口增設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)；另外還有其它輔助措施，如在復(fù)線上雙孔單線隧道設(shè)置一系列橫通道；以及在隧道內(nèi)適當(dāng)位置修建通風(fēng)豎井、斜井或橫洞。2.2.2需采用復(fù)合襯砌或整體式襯砌高速鐵路隧道的橫斷面較大，受力比較復(fù)雜，且列車運(yùn)行速度較高，隧道維修有一定的時(shí)間限制，復(fù)合襯砌和整體式襯砌比噴錨襯砌安全，且永久性好，故一般不采用噴錨襯砌。序號(hào)類別標(biāo)準(zhǔn)單線雙線1200km/h客客貨共線50m280m22200km/h客客運(yùn)專線53m287m23250km/h客客貨共線58m292m24250km/h客客運(yùn)專線5350km/h客客運(yùn)專線70m2100m22.2.3需采用較厚的鋪底混凝土隧底結(jié)構(gòu)由于在長(zhǎng)期列車重載作用及地下水侵蝕的影響下極易產(chǎn)生破壞，從而引起基底沉陷、道床翻漿冒泥等病害，不但增加養(yǎng)護(hù)維修工作量，而且嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)安全，尤其是高速鐵路對(duì)隧道底部的強(qiáng)度較普通鐵路要求更高，且高速鐵路隧道斷面跨度較大，因此要求高速鐵路隧道鋪底厚度不小于30cm。高速鐵路隧道襯砌必須采用高性能混凝土。2.3高速鐵路隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.3.1隧道內(nèi)輪廓隧道斷面內(nèi)輪廓主要依據(jù)：滿足空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)滿足鐵路建筑限界要求養(yǎng)護(hù)、維修和救援空間要求《200公里暫規(guī)》規(guī)定：?jiǎn)尉€隧道內(nèi)軌頂面以上凈空面積應(yīng)不小于50m2；雙線隧道內(nèi)軌頂面以上凈空面積應(yīng)不小于80m2?！陡咚贂阂?guī)》規(guī)定：?jiǎn)味措p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。2.3.2安全空間《高速暫規(guī)》規(guī)定：隧道內(nèi)安全空間應(yīng)在距線路中線3.0m以外，單線隧道設(shè)在電纜槽一側(cè)，多線隧道必須設(shè)在兩側(cè)。安全空間尺寸：高度不應(yīng)小于2.2m，寬度不應(yīng)小于0.8m。2.3.3隧道襯砌隧道襯砌采用復(fù)合式襯砌或整體襯砌，不得采用噴錨襯砌；襯砌形式均應(yīng)采用曲墻式，III～VI級(jí)圍巖襯砌應(yīng)采用曲墻帶仰拱，I、II級(jí)圍巖地段可采用曲墻不帶仰拱。各級(jí)圍巖隧道結(jié)構(gòu)及仰拱填充混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C25，鋼筋混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C302.3.4救援通道500m以上的隧道應(yīng)設(shè)貫通隧道的救援通道，雙線隧道設(shè)置在兩側(cè)，單線隧道單側(cè)設(shè)置。何本國(guó)，張志強(qiáng)，闞呈，等．基于拱效應(yīng)的軟巖大斷面隧道錨桿作用效應(yīng)研究［J］．武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，35(1):1－5．表2-2救援通道參數(shù)寬（m）高（m）距中線（m）200公里暫規(guī)1.252.2≥2.2高速暫規(guī)1.5≥2.2≥2.21.《200公里暫規(guī)》規(guī)定：長(zhǎng)度在500m以上的隧道應(yīng)設(shè)貫通整個(gè)隧道的高2.2m，外側(cè)距線路中線不得小于2.2m。救援。救援通道應(yīng)設(shè)在安全空間一側(cè)，距線路中線不應(yīng)小于2.3m。救援通道行走面應(yīng)不低于軌面高程。救援通道寬度不應(yīng)小于1.5m，在裝設(shè)專業(yè)設(shè)施處，寬度可減少0.25m；凈高不應(yīng)小于2.2m。但與建筑限界一起可以作為控制隧道橫斷面寬度的依據(jù)。4.救援通道可部分侵入建筑限界，因?yàn)榫仍ǖ朗窃诹熊囃＿\(yùn)條件下才使用。5.根據(jù)德國(guó)規(guī)范，兩端洞口救援通道的長(zhǎng)度，在配備救援列車時(shí)為1000m，無(wú)救援列車時(shí)為500m，因?yàn)闊o(wú)車輛和帶有呼吸面罩的工作人員不能根據(jù)德國(guó)規(guī)范，救援通道的最小寬度應(yīng)不小于1.25m。2.3.5緩沖結(jié)構(gòu)緩沖結(jié)構(gòu)的作用：減緩列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置情況：設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)考慮因素：列車類型及長(zhǎng)度、隧道長(zhǎng)度及橫斷面凈空面積、隧道內(nèi)軌道類型、洞口附近地形和洞口附近居民情況。結(jié)構(gòu)形式應(yīng)實(shí)用美觀結(jié)構(gòu)側(cè)面或頂面應(yīng)開減壓孔，開孔面積為隧道斷面有效面積的0.2～0.3倍緩沖結(jié)構(gòu)宜采用鋼筋混凝土。2.3.6輔助洞室輔助洞室為存放維修工具和其他部門需要的專用洞室。設(shè)置情況：洞室應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯(cuò)布置，每側(cè)布置間距應(yīng)為500m左右，洞室尺寸宜參照現(xiàn)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》大避車洞尺寸設(shè)計(jì)。2.3.7隧道防排水在復(fù)合式襯砌隧道中，初期支護(hù)與二次襯砌之間應(yīng)鋪設(shè)防水板，隧道兩側(cè)設(shè)有雙側(cè)排水溝。隧道處于富水地層應(yīng)采用深排水溝，其設(shè)置情況如下：?jiǎn)尉€隧道，深排水溝可設(shè)在兩側(cè)原水溝下方；雙線隧道，應(yīng)設(shè)中心深排水溝。隧道襯砌背后應(yīng)設(shè)置與深排水溝配套的縱、環(huán)向排水盲溝。通過(guò)合理設(shè)置隧道應(yīng)急設(shè)備，達(dá)到隧道災(zāi)害事故早發(fā)現(xiàn)、快速救援的效果。應(yīng)急設(shè)備設(shè)置情況：緊急呼叫電話交錯(cuò)設(shè)置，間距5500m緊急出口通道兩側(cè)設(shè)置并設(shè)標(biāo)示示牌應(yīng)急照明緊急出口、緊急電電話和通道均均設(shè)置第三章隧道施工技術(shù)3.1隧道施工技術(shù)簡(jiǎn)介影響施工方法的主要因素：（1）工程的重要性。一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊要求，以及工期的緩急體現(xiàn)出來(lái)。（2）工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件，其中包括圍巖級(jí)別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等圍巖級(jí)別是對(duì)圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對(duì)施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用。（3）施工技術(shù)水平、機(jī)械設(shè)備情況。（4）施工中動(dòng)力和原材料供應(yīng)情況。（5）工程投資與運(yùn)營(yíng)后的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。（6） 對(duì)環(huán)境的保護(hù)要求。（7）隧道的橫斷面積（和圍巖一樣重要，是主控因素）、隧道的埋深（隧道的埋深與圍巖的初始應(yīng)力場(chǎng)及多種因素有關(guān)，在同樣的地質(zhì)條件下，由于埋深不同，施工方法也有很大差異。）（8）施工單位的習(xí)慣做法表3-1隧道施工工法的對(duì)比序號(hào)施工方法環(huán)境場(chǎng)地要求優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)發(fā)展方向1明挖法市郊施工場(chǎng)地開闊闊，軟巖和土土體，如北京京和天津地鐵鐵進(jìn)度快，工作面大大，便于機(jī)械械和大量勞動(dòng)動(dòng)力投入破壞環(huán)境生態(tài)，影影響交通，帶帶來(lái)塵土和噪噪聲污染1）有效井點(diǎn)降水系系統(tǒng)；2）可靠的支撐系統(tǒng)統(tǒng)；3）大型土方方機(jī)械，混凝凝土攪拌及運(yùn)運(yùn)輸機(jī)械2傳統(tǒng)礦山法巖石和堅(jiān)硬土體，如如青島和重慶慶地鐵地面干擾小，造造價(jià)低進(jìn)度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度度高，風(fēng)險(xiǎn)大大1）多臂鉆孔臺(tái)車，自自動(dòng)裝藥引引爆裝置；22）光面爆破破，噴錨支護(hù)護(hù)，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)據(jù)反饋指導(dǎo)設(shè)設(shè)計(jì)和施工方方法3暗挖法埋深較淺對(duì)土體進(jìn)進(jìn)行凍結(jié)、注注漿、深層攪攪拌樁加固地地基，棚管法法加固，淺埋埋車站，如北北京、哈爾濱濱等城市地鐵鐵地面干擾小，造價(jià)價(jià)低，便于土土法上馬機(jī)械化程度低，勞勞動(dòng)強(qiáng)度高，環(huán)環(huán)境惡劣，風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)大1）發(fā)展可靠的淺地地層地基處理理技術(shù)；2）小型靈活活的地下開挖挖機(jī)械；3）可靠的臨臨時(shí)支護(hù)措施施和機(jī)具4盾構(gòu)法和頂管法法城市軟地層、深埋埋隧道，如上上海、廣州、北北京等城市地地鐵地面影響小，機(jī)械械化程度高，安安全，工人勞勞動(dòng)強(qiáng)度低，進(jìn)進(jìn)度快機(jī)械設(shè)備復(fù)雜，價(jià)價(jià)格昂貴，施工工藝繁繁，專業(yè)施工工隊(duì)伍1）開發(fā)適用不同地地質(zhì)條件，自自動(dòng)更換刀盤盤的氣壓、土土壓泥水平衡衡盾構(gòu)和頂管管，超前探測(cè)測(cè)排障技術(shù)術(shù)；2）鋼纖維擠擠壓混凝土襯襯砌;3）三維仿真真計(jì)算機(jī)管理理系統(tǒng)，管理理信息化，自自動(dòng)化；4）自動(dòng)導(dǎo)向向，中途對(duì)接接異型盾構(gòu)5沉管法(連續(xù)沉沉井)跨越江河湖海，軟軟地基，如廣廣州、寧波、上海過(guò)江隧隧道造價(jià)省，速度快，隧隧道斷面大封鎖江河水面，專專門的駁運(yùn)、下下沉、對(duì)接的的機(jī)具，水下下作業(yè)，風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)大1）大型涵管制作及駁駁運(yùn)技術(shù)；22）地下定位位對(duì)接、防水水技術(shù)6鑿巖機(jī)法（TBMM）堅(jiān)硬巖石地質(zhì)，如如廣州地鐵速度快，機(jī)械化程程度高，安全，地面面無(wú)干擾造價(jià)高，使用掌握握復(fù)雜，刀具具易磨損1）開發(fā)國(guó)產(chǎn)高性能能鑿巖機(jī)；22）改進(jìn)高強(qiáng)強(qiáng)合金刀具；；3）完善后配配套系統(tǒng)；44）超前不良良地質(zhì)探測(cè)系系統(tǒng)方法的選擇，是一項(xiàng)“模糊”的決策過(guò)程，它依賴于有關(guān)人員的學(xué)識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、毅力和創(chuàng)新精神。對(duì)于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時(shí)應(yīng)當(dāng)開挖試驗(yàn)洞對(duì)理論方案進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。從目前我國(guó)高速鐵路趨勢(shì)來(lái)看，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，仍以采用新奧法為主，這也符合世界潮流。3.2隧道開挖方法3.2.1全斷面一次開挖法全斷面一次開挖法適應(yīng)條件：Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ級(jí)圍巖，大型施工機(jī)具(鉆孔臺(tái)車、模板臺(tái)車等)，中長(zhǎng)隧道（經(jīng)濟(jì)性考慮）。全斷面開挖的優(yōu)點(diǎn):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(jī)械化施工；施工進(jìn)度高，目前，我國(guó)鐵路隧道一般都能保持月進(jìn)成洞平均150m左右，高者已接近300m／月,施工環(huán)境較好。臺(tái)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(xué)與工程學(xué)報(bào)，2014，33(12):開挖施工程序：①用鉆孔臺(tái)車，鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導(dǎo)火線；②退出鉆孔臺(tái)車，引爆炸藥，開挖出整個(gè)隧道斷面；③排除危石，安設(shè)拱部錨桿和噴第一層混凝土；④用裝碴機(jī)將石碴裝入出碴車，運(yùn)出洞外；⑤安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土；⑥必要時(shí)可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；⑦開始下一輪循環(huán)；灌注內(nèi)層襯砌。3.2.2臺(tái)階法臺(tái)階法中包括長(zhǎng)臺(tái)階法、短臺(tái)階法和超短臺(tái)階法等三種，其劃分一般是根據(jù)臺(tái)階長(zhǎng)度來(lái)決定的。適用條件:跨度較大，圍巖較破碎的情況。臺(tái)階法適用于Ⅲ、Ⅳ級(jí)圍巖地層和洞口段、偏壓段、淺埋段的Ⅰ～Ⅳ級(jí)硬巖地層和Ⅱ、Ⅲ級(jí)軟巖地層，但應(yīng)視具體情況采取超前大管棚、超前錨桿、超前小管棚、超前預(yù)注漿等輔助施工措施進(jìn)行超前加固，并根據(jù)工程實(shí)際、地層條件和機(jī)械條件，選擇合適的臺(tái)階方式。選擇臺(tái)階長(zhǎng)度的條件：(1)初期支護(hù)閉合環(huán)的時(shí)間要求。圍巖越差，閉合時(shí)間要求越短，臺(tái)階必須縮短。(2)施工機(jī)械的效率。效率高，則可以縮短支護(hù)閉合時(shí)間，臺(tái)階可適當(dāng)加長(zhǎng)。原則：希望初期支護(hù)盡快閉合。圍巖不好時(shí)，應(yīng)以條件⑴為主；圍巖較好時(shí)，應(yīng)以條件⑵為主。長(zhǎng)臺(tái)階法：將斷面分成上半斷面面和下半斷面面兩部分進(jìn)行行開挖，上、下斷面相距距較遠(yuǎn)，一段段上臺(tái)階超前前50m以上或大于于5倍洞跨。適用條件：適用范范圍較全斷面面法廣泛，凡凡是在全斷面面法中開挖面面不能自穩(wěn)，但但圍巖堅(jiān)硬不不用底拱封閉閉斷面的情況況，都可采用用長(zhǎng)臺(tái)階法。2)短臺(tái)階法臺(tái)階縮短：（11～1.5）B≤L＜5B,特點(diǎn)：①支護(hù)閉合時(shí)間加快快，圍巖穩(wěn)定定性增加；②臺(tái)階縮短加大了對(duì)對(duì)下臺(tái)階施工工的干擾。適用于：Ⅴ、Ⅳ級(jí)級(jí)圍巖3)超短臺(tái)階法上臺(tái)階長(zhǎng)度僅為33～5m。特點(diǎn)：更有利于控控制圍巖變形形，但上下臺(tái)臺(tái)階相隔太近近，施工干擾擾大。適用于：軟弱破碎碎圍巖(Ⅴ、ⅥⅥ級(jí)圍巖)4)施工工序短臺(tái)階施工注意：：①下半斷面開挖應(yīng)在在上半斷面初初期支護(hù)基本本穩(wěn)定后才能能進(jìn)行；②開挖后要及時(shí)噴噴砼，暴露時(shí)時(shí)間愈長(zhǎng)愈不不安全；③量測(cè)要及時(shí)，當(dāng)當(dāng)位移速度加加快時(shí)，應(yīng)立立即采取措施施。將3種臺(tái)階法放在一起起比較：區(qū)別別主要在臺(tái)階階長(zhǎng)度。表3-2三種分部部開挖法分部開挖方法特點(diǎn)適用于環(huán)形開挖留核心土土法①留核心土支頂工作作面，穩(wěn)定性性優(yōu)于超短臺(tái)臺(tái)階法：②進(jìn)度慢。土質(zhì)或易坍塌的軟軟弱圍巖；小小型施工機(jī)具具。單側(cè)避導(dǎo)坑法①洞室開挖跨度減小小，有利于圍圍巖穩(wěn)定；②導(dǎo)坑要閉合，增加加了材料用量量；③進(jìn)度慢。斷面跨度大，對(duì)地地表沉陷有控控制要求的軟軟弱。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法①雙導(dǎo)坑，使洞室室最大開挖跨跨度更小，穩(wěn)穩(wěn)定性增加；；②耗材增加；③進(jìn)度慢。對(duì)地表沉陷要求更更高，或跨度度更大的隧道道。3.3新奧法新奧法即新奧地利利隧道施工方方法的簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)簡(jiǎn)記為NATTM（NewAusstrainnTunneellinggMethood）。新奧法概概念是奧地利學(xué)者拉布布西維茲教授授于50年代提出出的，它是以以隧道工程經(jīng)經(jīng)驗(yàn)和巖體體力學(xué)的理論論為基礎(chǔ)，將將錨桿和噴射射混凝土組合合在一起，作作為主要支護(hù)護(hù)手段的一種種施工方法，經(jīng)經(jīng)過(guò)一些國(guó)家家的許多實(shí)實(shí)踐和理論研研究，于600年代取得專專利權(quán)并正式式命名。3.3.1新奧法特點(diǎn)1.及時(shí)性新奧法施工采用噴噴錨支護(hù)為主主要手段，可可以最大限度度地緊跟開挖挖作業(yè)面施工工，因此可以以利用開挖施施工面的時(shí)空空效應(yīng)，以限限制支護(hù)前的的變形發(fā)展，阻阻止圍巖進(jìn)入入松動(dòng)的狀態(tài)態(tài)，在必要的的情況下可以以進(jìn)行超前支支護(hù)，加之噴噴射混凝土的的早強(qiáng)和全面面粘結(jié)性因而而保證了支護(hù)護(hù)的及時(shí)性和和有效性。在在巷道爆破后后立即施工以以噴射混凝土土支護(hù)能有效效地制止巖層層變形的發(fā)展展，并控制應(yīng)應(yīng)力降低區(qū)的的伸展而減輕輕支護(hù)的承載載，增強(qiáng)了巖巖層的穩(wěn)定性性。2.封閉性由于噴錨支護(hù)能及及時(shí)施工，而而且是全面密密粘的支護(hù)，因因此能及時(shí)有有效地防止因因水和風(fēng)化作作用造成圍巖巖的破壞和剝剝落，制止膨膨脹巖體的潮潮解和膨脹，保保護(hù)原有巖體體強(qiáng)度。當(dāng)噴噴射混凝土支支護(hù)以較高的的速度射向巖巖面，很好的的充填圍巖的的裂隙，節(jié)理理和凹穴，大大大提高了圍圍巖的強(qiáng)度；；同時(shí)噴錨支支護(hù)起到了封封閉圍巖的作作用，隔絕了了水和空氣同同巖層的接觸觸，使裂隙充充填物不致軟軟化、解體而而使裂隙張開開，導(dǎo)致圍巖巖失去穩(wěn)定。3.粘結(jié)性連鎖作用：即將被被裂隙分割的的巖塊粘結(jié)在在一起,若圍巖的某塊塊危巖活石發(fā)發(fā)生滑移墜落落，則引起臨臨近巖塊的連連鎖反應(yīng)，相相繼喪失穩(wěn)定定，從而造成成較大范圍的的冒頂或片幫幫。開巷后如如能及時(shí)進(jìn)行行噴錨支護(hù)，噴噴錨支護(hù)的粘粘結(jié)力和抗剪剪強(qiáng)度是可以以抵抗圍巖的的局部破壞，防防止個(gè)別圍巖巖滑移和墜落落，從而保持持圍巖的穩(wěn)定定性。復(fù)合作用：即圍巖巖與支護(hù)構(gòu)成成一個(gè)復(fù)合體體（受力體系系）共同支護(hù)護(hù)圍巖。噴錨錨支護(hù)可以提提高圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定性和自身身的支撐能力力，同時(shí)與圍圍巖形成了一一個(gè)共同工作作的力學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)，具有把巖巖石荷載轉(zhuǎn)化化為巖石承載載結(jié)構(gòu)的作用用，從根本上上改變了支架架消極承擔(dān)的的弱點(diǎn)。增加作用：開巷后后及時(shí)進(jìn)行噴噴錨支護(hù)，一一方面將圍巖巖表面的凹凸凸不平處填平平，消除因巖巖面不平引起的應(yīng)力力集中現(xiàn)象，避避免過(guò)大的應(yīng)應(yīng)力集中所造造成的圍巖破破壞；另一方方面，使巷道道周邊圍巖由由雙方向受力力狀態(tài)，提高高了圍巖的粘粘結(jié)力和內(nèi)摩摩擦角，也就就是提高了圍圍巖的強(qiáng)度。4.柔性噴錨支護(hù)屬于柔性性薄性支護(hù)，能能夠和圍巖緊緊粘在一起共共同作用，由由于噴錨支護(hù)護(hù)具有一定柔柔性，可以和和圍巖共同產(chǎn)產(chǎn)生變形，在在圍巖中形成成一定范圍的的非彈性變形形區(qū)，并能有有效控制允許許圍巖塑性區(qū)區(qū)有適度的發(fā)發(fā)展，使圍巖巖的自承能力力得以充分發(fā)發(fā)揮。另一方方面，噴錨支支護(hù)在與圍巖巖共同變形中中受到壓縮，對(duì)圍巖產(chǎn)生越來(lái)越大的支護(hù)反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形，防止圍巖發(fā)生松動(dòng)破壞。3.3.2新奧法原理1）支護(hù)-圍巖共同同作用原理圍巖既是生產(chǎn)支護(hù)護(hù)荷載的主體體，又是承受受巖層荷載的的結(jié)構(gòu)，支護(hù)護(hù)-圍為作承力過(guò)為護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)的荷載采用用厚襯砌的傳傳統(tǒng)做法。圍巖壓力是變形壓壓力和松動(dòng)壓壓力的組合，大大部分壓力((特別是變形形壓力)由圍圍巖自身承擔(dān)擔(dān)，只有少部部分轉(zhuǎn)移到支支護(hù)結(jié)構(gòu)上；；支護(hù)荷載既既取巖又護(hù)度間松區(qū)和圍巖巖內(nèi)的二次應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)又與與支護(hù)結(jié)構(gòu)的的性質(zhì)和支護(hù)護(hù)時(shí)間有關(guān)。2）柔性支護(hù)觀點(diǎn)支護(hù)剛度不必太大大，當(dāng)支護(hù)做做完后，能與與巖體一起生生產(chǎn)一定的位位移，釋放部部分變形能，但但又能使支護(hù)護(hù)足以保持平平衡，保持圍圍巖穩(wěn)定。柔柔性支護(hù)，盡盡早支護(hù)，既既及時(shí)封閉圍圍巖，防止風(fēng)風(fēng)化，又能釋釋放變形能，合合理利用圍巖巖與支護(hù)共同同承擔(dān)應(yīng)力調(diào)調(diào)整過(guò)程中的的所有作用。支支護(hù)結(jié)構(gòu)為閉閉合環(huán)，錨噴噴網(wǎng)綜合支護(hù)護(hù)主要支護(hù)手手段。3.4隧道開挖光面爆爆破技術(shù)光面爆破技術(shù)約在在1950年發(fā)發(fā)源于瑞典，1952年在加拿大首次應(yīng)用。光面爆破的實(shí)質(zhì)是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術(shù)，下圖是一個(gè)典型的光面爆破炮眼效果圖。3.4.1光面爆破特點(diǎn)(1)爆破后成型規(guī)整，符符合設(shè)計(jì)輪廓廓，特別在松松軟巖層中更更能顯示出光光面爆破的作作用。光面爆爆破后通?？煽稍谛滦纬傻牡谋诿嫔蠚埩袅羟逦梢姷牡陌脒吙妆诤酆圹E。（2）光面爆破可以大大大減少巷道道的超挖量，提提高施工質(zhì)量量，加快施工工進(jìn)度，節(jié)省省大量的混凝凝土襯砌澆筑筑量。（3）光面爆破對(duì)圍巖巖的破壞要輕輕微得多。根根據(jù)聲波探測(cè)測(cè)表明，采用用光面爆破時(shí)時(shí)，圍巖松弛弛帶的范圍只只是常規(guī)爆破破方法的1/3~1/2，從而提高高了圍巖的穩(wěn)穩(wěn)定性，減少少了支護(hù)工作作量；采用光光面爆破，圍圍巖的壁面平平整，危石少少，撬頂工作作簡(jiǎn)單，減輕輕了表面應(yīng)力力集中現(xiàn)象，避避免局部冒落落，增進(jìn)了圍圍巖的穩(wěn)定和和施工安全，并并為噴錨支護(hù)護(hù)的使用創(chuàng)造造了有利條件件。3.4.2光面爆破的優(yōu)點(diǎn)對(duì)掘進(jìn)巷道來(lái)說(shuō)，爆爆破順序是掏掏槽、崩落，最最后周邊眼光光面爆破。在在巷道掘進(jìn)中中采用光面爆爆破具有以下下優(yōu)點(diǎn)：①光爆錨噴施工質(zhì)質(zhì)量好，減少少了圍巖的位位移、松動(dòng)和和破壞，增加加了安全性。唐山地震后，曾對(duì)開灤煤礦井下4515m光爆錨噴巷道作了震后檢查，完好率達(dá)95%。對(duì)掘進(jìn)巷道來(lái)說(shuō)，爆破順序是掏槽、崩落，最后周邊眼光面爆破。在巷道掘進(jìn)中采用光面爆破具有以下優(yōu)點(diǎn)：②減少超挖、節(jié)約約材料，降低低了成本。根據(jù)徐州礦務(wù)局統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，成本大大約降低300%。據(jù)大秦線線鐵路施工統(tǒng)統(tǒng)計(jì)，在199km隧道掘掘進(jìn)中，如每每循環(huán)超挖10cmm，則相當(dāng)于于多挖1kmm相同斷面隧隧道；全國(guó)每每年各類巷道道進(jìn)尺約50000km，相相當(dāng)于多挖2250km，浪浪費(fèi)10多億元。3.4.3光面爆破技術(shù)總結(jié)結(jié)光面爆破的優(yōu)點(diǎn)在在完整巖體中中十分明顯，可可以直觀地感感到爆破后的的開挖面光潔潔平整，巖體體完整，爆破破裂隙不發(fā)育育，給人以安安全感。在松松軟的巖石中中，特別是在在一些不均質(zhì)質(zhì)的巖體和構(gòu)構(gòu)造發(fā)育的巖巖體中采用光光面爆破在減減輕圍巖的破破壞，減少超超挖以及避免免產(chǎn)生冒頂?shù)鹊确矫?，仍起起到很大作用用。第四章隧道支護(hù)護(hù)與襯砌4.1初期支護(hù)隧道開挖后，為控控制圍巖應(yīng)力力適量釋放和和變形，增加加結(jié)構(gòu)安全度度和方便施工工，隧道開挖挖后立即施作作剛度較小并并作為永久承承載結(jié)構(gòu)一部部分的結(jié)構(gòu)層層，稱為初期期支護(hù)。隧道道工程中初期期支護(hù)一般采采用錨噴網(wǎng)結(jié)結(jié)構(gòu)形式。包包括噴射混凝凝土、錨桿、鋼鋼筋網(wǎng)和鋼架架等單一或組組合的支護(hù)形形式。初期支護(hù)特點(diǎn)：及時(shí)性：噴射早強(qiáng)強(qiáng)砼，能迅速速給圍巖提供供支護(hù)抗力；；密貼性：噴射砼與與圍巖能全面面密貼粘結(jié)；；深入性：錨桿可深深入圍巖一定定深度加固圍圍巖，形成承承載圈。柔性：容易調(diào)節(jié)圍圍巖變形，可可控制圍巖塑塑性變形適度度發(fā)展，發(fā)揮揮自承能力；；封閉性：可阻止水水對(duì)圍巖的侵侵蝕而引起風(fēng)風(fēng)化等。工序流程：爆破或或開挖后應(yīng)首首先清除浮石石或修邊，然然后立即進(jìn)行行初噴混凝土土封閉圍巖，以以期充分發(fā)揮揮圍巖的自穩(wěn)穩(wěn)能力。出碴碴結(jié)束后，再再根據(jù)圍巖級(jí)級(jí)別施作拱架架、錨桿、掛掛網(wǎng)、及復(fù)噴噴混凝土至設(shè)設(shè)計(jì)厚度。1、初期支護(hù)——鋼拱拱架鋼架分型鋼鋼架與與格柵鋼架兩種種，一般應(yīng)與與錨桿、噴混混凝土共同同使用。2、初期支護(hù)——錨錨桿1）、錨桿的類型::隧道支護(hù)用用錨桿一般包包括普通砂漿漿錨桿、水泥泥錨桿、藥包包錨桿（樹脂脂錨桿）、鎖鎖腳錨管（摩擦錨錨桿)、徑向向螺紋鋼錨桿桿。2）、錨桿的力學(xué)作作用①懸吊作用:將不穩(wěn)穩(wěn)定巖層懸吊吊在堅(jiān)固巖層層上，阻止圍圍巖移動(dòng)滑落落。②減跨作用在隧道頂頂板巖層中打打入錨桿，相相當(dāng)于在頂板板上增加了支支點(diǎn)，使隧道道跨度減小，從從而使頂板巖巖體應(yīng)力減小小。③組合梁作用在巖層層中打入錨桿桿，將若干薄薄弱巖層錨固固在一起，類類似將疊合的的板梁變成組組合梁，提高高巖層的承載載力。④整體加固作用錨桿桿群錨入圍巖巖后，其兩端端附近巖體形形成圓錐形壓壓縮區(qū)，按照照一定間距排排列的錨桿在在錨固力作用用下構(gòu)成承載載環(huán)。3、初期支護(hù)——鋪設(shè)設(shè)鋼筋網(wǎng)片4、初期支護(hù)——噴砼砼4.2隧道襯砌鐵路隧道作為地下下結(jié)構(gòu)物，除除了應(yīng)滿足鐵鐵路運(yùn)輸在使使用上的要求求外，還必須須具有耐久性性。一般除了了地質(zhì)堅(jiān)硬、不不易風(fēng)化的II級(jí)圍巖外，都都應(yīng)施作混凝凝土襯砌。所所以，模筑整整體混凝土襯襯砌在傳統(tǒng)上上就是持久保保證隧道功能能的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)。隧道襯砲裂縫的分分布與外荷載載的大小及分分布形式緊密密相關(guān)。在偏偏壓條件下，無(wú)無(wú)論是地形偏偏壓還是地質(zhì)質(zhì)引起的偏壓壓，很小的偏偏壓作用都會(huì)會(huì)引起襯砲裂裂縫的產(chǎn)生。地地形偏壓情況況下，襯砲拱拱腰部位易出出現(xiàn)裂縫，隧隧道覆土較深深側(cè)襯砲拱腰腰會(huì)出現(xiàn)數(shù)條條間距均勻的的裂縫，其中中某條裂縫比比周圍其它裂裂縫深；隧道道覆土較淺側(cè)側(cè)襯砌拱腰裂裂縫少而淺。偏偏壓情況越嚴(yán)嚴(yán)重，裂縫數(shù)數(shù)量越多，裂裂縫間距越密密，裂縫深度度越深。地質(zhì)質(zhì)偏壓情況下下，靠近節(jié)理理、裂隙及斷斷層等不良地地質(zhì)圍巖側(cè)襯襯砌會(huì)產(chǎn)生數(shù)數(shù)量較多，深深度較深的裂裂縫，隨著地地質(zhì)條件惡劣劣程度的加深深，險(xiǎn)道拱頂頂、拱頂偏節(jié)節(jié)理、裂隙及及斷層等不良良地質(zhì)圍巖側(cè)側(cè)、無(wú)節(jié)理、裂裂隙及斷層等等不良地質(zhì)圍圍巖側(cè)襯砲拱拱腰部位會(huì)相相繼出現(xiàn)裂縫縫。PardoGS，SaezE．Experimentalandnumericalstudyofarchingsoileffectincoarsesand［J］．Computers