贵州大断面隧道设计施工技术及围岩预加固技术

大断面隧道设计施工技术及支护技术第一部分 概述近年来,随着我国公路和高速铁路建设的快速发展，大断面大跨度隧道不断涌现。在大断面隧道修建中如何选择正确的施工方法以保证工程的安全建设和经济效益是一个非常重要的课题大断面隧道的跨高比大导致围岩和衬砌的稳定性变差必须从各方面包括断面结构设计超前支护设计开挖方法和方案施工技术等方面进行分析研究，提出相应的处理方法。目前我国已建成不少单洞三四车道公路隧道隧道跨度最大达到23m左右开挖断面面积达到250m2以上，有的地方还提出建设单洞五车道，甚至六车道公路隧道的设想，其隧道断面积将进一步增大。我国铁路隧道断面与公路隧道相比要小得多，大断面铁路隧道主要出现在近年来出现的高速铁路双线隧道中由于考虑到高速列车在高速通过隧道时产生的强大空气动力学效应，其隧道断面积随着列车速度而加大。例如350/h客运专线铁路双线隧道净空最大跨度达到12.6（见图1.1净空面积（内轨顶面以上面积）达到近120m2，开挖面积达到160m2以上。我国最大断面的铁路隧道是位于设计时速达350公里的郑西高速铁路上的张茅隧（全长8483米最大开挖断面积达164平方米，采用了三台阶七步流水作业法施工。大断面隧道的最大特征是隧道的力学问题由于车道数的增加,宽度加大,而高度变化不大,使断面变得扁平。扁平大断面隧道与近圆形断面隧道相比，具有如下主要特征。* 开挖后的应力重分布变得不利对于圆形隧道在弹性介质静水应力场中，开挖后周边的最大主应力是初始应力的2倍，当围岩强度小于围岩应力时，隧道周边围岩中将出现塑性区，需要施设支护结构来控制变形。而对扁平的大断面图隧道来说随着高宽（高度/宽度的减少围岩内的最大主应力和衬砌拱顶处的最大弯矩急剧增（见图1.2与近圆形隧道相比将出现更大的塑性区和更大的变形，需要更强大的支护结构来保持隧道的稳定。*底脚处的应力集中过大,要求较大的地基承载力。力学分析结果表明,开挖后围岩应力在侧壁处比较大特别是侧压系数小时开挖宽度越大,围岩中的切向应力越大衬砌中轴力也越大底脚处的应力集中过大,要求较大的地基承载力。*拱顶不稳定。隧道宽度的扩大将大大增加拱顶围岩内的拉应力，导致拱顶掉块等失稳现象。同时，拱顶处衬砌弯矩增加，导致衬砌开裂。因此，隧道断面的增大造成拱顶不稳定。*较大的松弛地压。开挖宽度越大,要求产生拱作用的埋深越大,在埋深作用不能发挥作用时,就会产生很大的松弛压力。因此,大断面隧道支护结构将承受更大的松弛荷载。* 支护结构的承载力相对较小跨度越大,扁平形状的拱形支护结构支护条件不利，相对承载力变小。贵广铁路隧道采用了大断面的双线隧道所穿过地区的地质条件非常复杂主要有岩溶富水软弱地层采空区岩爆瓦斯放射性等不良地质条件本培训将结合贵广高速铁路的特点针对大断面隧道的以上力学特点谈谈大断面隧道设计施工技术和围岩预加固技术。图1.1350km/h客运专线铁路双线隧道建筑限界和内轮廓高宽比图1.2隧道拱顶弯矩比与高宽比的关系2.1工程概况

第二部分贵广铁路隧道分析贵（贵阳至广州铁路是西南地区通达华南沿海地区的重要区际铁路通道跨黔桂粤三省（见图2.1由位于贵州省贵阳市观山的贵阳北（DK0+000引出经龙里穿斗篷山至都匀而后由三都沿都柳江经榕江从江进入广西壮族自治区跨融江和焦柳铁路经柳州市三江穿天平山隧道经桂林后跨漓江继续经恭城、钟山贺州进入广东省境内再经怀集跨北江经肇庆三水佛山进入广州枢纽新广州车站（DK829+433.79。贵广铁路正线长度857.016km，建筑长度832.122km。沿线设贵阳北、贵阳（既有车站、龙里北、昌明、都匀东、三都、怎冷、榕江、帮土、从江、同乐、三江、上跃、五通、桂林西、灵田、南圩、恭城、两安、钟山西、贺州、贺街、大岭、怀集、广宁、四会、肇庆北、新三水、新佛山、新广州共30个车站，其中客运站3个，中间站16个，越行站11个。图2.1贵广铁路示意图贵广铁路正线设计速度200km/h，预留250km/h。概算总额为897.4亿元，技术经济指标为1.047亿元/正线公里。行车速度高速铁路一般是指最高行车速度达到250k/h及以上的新建铁路和最高行车速度200k/h及以上的既有线提速铁路。高速铁路的发展趋势是设计速度350k/h，甚至380k/h。贵广铁路旅客列车设计行车速度为200k/h，预留250k/h条件，属于高速铁路的范畴。线路长度表2.1为我国目前已经开工和即将开工建设的以线路长度排名的高速铁路统计表。贵广铁路长857k，全国排名第4。表2.1我国高速铁路隧道比例统计表（以线路长度排名）序号1线名京沪线路长度（km）118隧道座数18隧道长度（m）136隧线比（％）11速度目标值302哈大94899411303武广892212521.8304贵广872141835.9205厦深528018772.6206郑武434041487307郑西48387891.8308合武39376061.8209温福285919235.12010甬台温28259811531.225011福厦26374461.82012石太10327943.42013广珠124472292014合宁132205152015广深港10324301631.1350表2.2我国国高速铁路路隧道比例例统计表（以以隧线比排排名）序号1线名贵广线路长度（km）87隧道座数21隧道长度（m）4183隧线比（％）5.9速度目标值202温福285919235.1203石太10327943.4204甬台温28259811531.22505广深港10324301631.13506厦深528018772.6207武广892212521.8308合武39376061.8209郑西48387891.83010福厦26374461.82011郑武4340414873012广珠124472292013合宁132205152014京沪11818136123015哈大9489941130隧线比表2.2为我国目前已经开工和即将开工建设的以隧线比排名的高速铁路统计表。贵广铁路全线共新建隧道221座，总延长466336m，其中：左线拉通共新建隧道215座，总延长461683m，占正线长度的53.9％全国排名第一。10公里以上隧道表2.3为我国目前已经开工和即将开工建设的高速铁路中10公里以上隧道统计表。贵广铁路10公里以上隧道有9个。表2.3长度大于10km的高速铁路特长隧道序号隧道名称长度高速铁路线1太行山隧道27839石太线2格老山隧道14598贵广线3岩山隧道14480贵广线4天平山隧道14000贵广线5同马山隧道13929贵广线6宝峰山13850贵广线7大别山隧道13256合武线8霞浦隧道13099温福线9大南山隧道12701厦深线10两安160贵广线11黄岗隧道12245贵广线12南梁隧道11526石太线13洛香隧道11232贵广线14高青隧道10953贵广线15狮子洋隧道10800广深港线16金寨隧道10766合武线17大瑶山一号隧道道10081武广线隧道断面尺寸表2.4为我国高速铁路隧道净空有效面积标准表2.5为国际隧道协会的断面划分标准贵广铁路最高行车速度为250km/h为客运专线兼顾双层集装箱运输隧道断面双线为92m2,单线为60m2，可见贵广铁路隧道属于大断面隧道。表2.4我国高速铁路隧道净空有效面积标准（m2）序号类别单线双线1200km/hh运专线兼兼顾货物运运输5253.66）80(85)2250km/hh速铁路58(60)923300～3500km/hh高速铁路路70100注：括号内数值为客运专线兼顾双层集装箱运输条件下，考虑特定接触网高度等因素的面积。表2.5国际隧道协会的断面划分标准划分 净空断面积（m2）超小断面 <3小断面3-10中等断面10-50大断面50-100超大断面>1002.2工程地质条件地层岩性贵广铁路隧道所穿越岩层包括：* 沉积岩沿线分布震旦系至第四系地层其中贵阳至三都间五通至广宁间为可溶岩与碎屑岩相间分布局部夹煤线从江～五通间则为砂页岩相间分布。* 岩浆岩：恭城～两安间、马宁一带及广宁至四会段分布燕山期花岗岩。* 变质岩：三都～从江之间为前震旦系板溪群浅变质岩，包括板岩、千枚岩、片岩变质砂岩等各种岩性相间分布贺州至四会段零星分布古生界浅变质岩。* 第四系山坡普遍覆盖厚度不大的坡残积黏性土沟谷地区普遍分布冲洪积黏性土，部分为河流阶地砂、卵石层；局部见滑坡堆积土及人工弃土等。贵广铁路重点隧道见表2.6。各重点隧道穿越地层列于表2.7中。表2.6贵广铁路重点隧道一览表序号隧道名称进口里程出口里程隧道全长1格老山DK124+9982D139+5800145982同马山DK172+1100D186+0299139293岩山D2870D23101404黄岗DK5+4.DK6+9.1255洛香隧道DK278+1125.DK289+3357.112326高青D2322.D3425.1937天平山DK366+8870.DK380+8870.140008宝峰山DK477+9968.DK491+8818.138509两安D5675.D5935.16010狮子岭DK599+8820DK609+3322950211牛栏界DK614+4492DK623+0023853112北岭山DK738+3395DK746+44958100水文地质* 贵阳至三都（DK0～DK150以岩溶水为主裂隙水次之主要分布于宽阔的背斜。* 三都至五（近桂林西（DK150～DK387具风化带网状裂隙水特征由大气降水的渗入。*五通至贺州段（DK387～DK596，裂隙溶洞水占岩溶水分布面积的6%，富水性强。* 贺州至广州段，具岩溶水、松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。表2.8为各重点隧道地下水一览表。表2.7隧道穿越地层一览表序号隧道名称穿越地层1格老山最大埋深6000m，下伏为为武系上统统炉山组（Єol白云岩、灰质白云岩等。2同马山最大埋深约6680m，隧道穿穿越砂质板板岩、绢云云母板岩夹凝凝灰质板岩、变变质粉细砂砂岩等。3岩山最大埋深约6637m，隧道穿穿越地层为为泥质砂岩岩、含砾泥质质砂岩等。洞洞身段一共发发育有2条断及5个褶构造。4黄岗隧道穿越地层为为板岩砾岩长石石英英砂岩等隧区内主主要发育有有黄岗背斜斜岗1#2#断层和岜扒逆逆断层。5洛香隧道穿越地层岩岩性为白云云岩、长石石砂岩、硅硅质岩、页页岩、泥质质砂岩夹砂砂质泥岩等等。区内断层较发育育，调查中中发现了6条断层。6高青最大埋深约4466m。隧道穿穿越的主要要地层岩性性依次为泥质质砂岩夹砂质质泥岩、石英英砂岩夹页岩等。隧隧道洞身发发育4条层，隧区区节理裂隙隙发育。7天平山隧道穿越的地层层岩性为砂砂岩夹页岩岩砂岩长石砂岩岩夹页岩等等隧道范围围内岩层走走向均与线路走向向近似平行行，局部小小角度相交交。洞身范范围内发育育有4断层。8宝峰山最大埋深有8850m。隧道穿穿越的主要要地层依次次为灰岩夹泥泥质灰岩、砂砂岩、泥质砂砂岩夹页岩等。本隧隧道穿越一穹隆构构造（老厂穹穹隆。段内发发育六条断层层，断层破碎碎带影响宽度度大约为100m。9两安隧道穿越的地层层为花岗岩岩洞身范围围内发育有有三条断层层断层附近近岩体差异异风化现象严重，可见明明显的花岗岗岩球体（孤孤石。10狮子岭隧道穿越的地层层为浅海相相砂、页岩岩等。隧道道洞身穿越越中小型断断层10，断层走走向以北东向为主、北北西向次之之，性质主主要为压扭扭性和张扭扭性。11牛栏界隧道穿越的地层层为黑云母母花岗岩石英斑岩岩泥质砂岩岩等隧道洞身身穿越9条断，断层走向以北东东向、北西西向为主，性性质主要为为压扭性和和张扭性。12北岭山隧道穿越的地层层为页岩夹夹变质砂岩岩粉砂岩等等隧道洞身身穿越10条断裂，断裂走向以北东向、北北西向为主主，性质主主要为压扭扭性和张扭扭性。不良地质条件贵广铁路沿线不不良地质主主要有岩溶溶采空区危岩落石石有害气体体放射性岩爆、高地地温等。表表2.9为各重点点隧道不良良地质情况况一览表。①岩溶。贵阳至贺贺州间正线线可溶岩地地段累计长长219..1km，其中，隧隧道地段长长88.5km。贺贺州至广州州间可溶岩岩地段总长长为44.774km，其中隧隧道地段长长3.4442km。岩溶对隧道工工程的影响响主要突水水突泥等方方面。②采空区贵阳至至三都间石石炭系二叠系地地层含煤线线以小煤窑窑开采为主主线路经过地区区可能存在在采空区问问题。③危岩落石。经优优化，线路路已绕避了了主要危石石影响地段段。但还有有48处危石的的存在对工程程有影响，其其中羊甲隧隧道出口、南南圩2号隧道出出口两处对对工程影响响最大。④有害气体。贵阳阳～三都共共有8座隧道（累累计长度约约68000m）属于低低瓦斯工区区，按低瓦斯斯隧道设计计；从江～～恭城段共共8座隧道（累累计长约26km）局部存存在穹隆构构造气体封闭闭条件DK1445+0000~DKK146++200段属于莫莫家寨隧道道开挖有遇遇到游离态态汞挥发份份从而可能能对人体有有害。⑤放射性。恭城至至钟山间DK5225+5000～DK5554+6000段侵入岩岩体内含放放射性物质质，相关隧道道包括龙围围隧道两安隧道道和东科岭岭隧道格老山隧隧道洛香隧道道高青隧道道穿过含矿砂页岩岩地层，局局部位置见见放射性异异常。⑥花岗岩蚀变风化化带龙围隧道道出口端和和东科岭隧隧道进口端端穿过花岗岗岩侵入体体周围蚀变风风化带。表2.8隧道地地下水一览览表序号隧道名称地下水1格老山地下水主要为岩岩溶管道水水基岩裂隙隙水褶曲及断断层富水带带中的水设计时先先按水质具弱酸性侵侵蚀性考虑虑。最大涌涌水量为:Q常=1599000mm/d。2同马山风化、构造裂隙隙带网状裂裂隙水。地地下水对混混凝土具酸酸性侵蚀，作作用等级为为H1。隧道最大涌水量量为Q常==222830mmdQ=15m/d。3岩山风化构造裂隙隙带网状裂裂隙水对混凝土土具硫酸盐盐及酸性侵侵蚀环境作用用等级为H1。隧道大涌水水量：Q平常=232280m3d、Q雨=60m3d。4黄岗地下水主要为基基岩裂隙水。地地下水对混凝凝土具酸性侵侵蚀，环境作作用等级为H1。最大涌水量：QQ平常=242226m3dQ雨季=397731（m3d。5洛香隧道地下水主要为基基岩裂隙水水，地下水水较发育，水水量较丰富富。建议目目前先按H1水化学侵蚀环（酸酸性侵蚀设计考虑虑施工中再再根据实际际情况做部部分调整隧道最大涌水量量为：Q平常=304416m3dQ雨季=400000（m3d。6高青地下水主要为洞洞身范围内内的基岩裂裂隙水裂隙水具具有分布不不均匀水量较小小的特征主要由大气降雨雨补给其中断层层带节理裂裂隙发育岩体破碎碎有利于地地下水的聚集与与运移地下水较较发育水量较丰丰富地下水对对混凝土具具酸性侵蚀蚀环境作用等级级为H1。隧道最最涌水量：Q常=247760m3/d、Q雨季=37140m3/d。7天平山地下水以基岩裂裂隙水为主主洞身基岩岩裂隙水较较为发育地下水对对混凝土具具酸性侵蚀，作用等级为为H1。大涌水量量：Q平常=12××104mm3/d，Q季=18××104mm3/d。8宝峰山以孔隙水、基岩岩裂隙水为为主。在节节理密集地地带或断裂裂破碎带附附近地下水水量较大，水量较丰富。地地下水对混凝土土具酸性侵蚀蚀，化学作用用等级为H1。隧道最最大涌水量：Q平常=49396m3/dQ雨季=76391m3/d9两安主要为基岩裂隙隙水段内地下下水贫乏地下水对对混凝土具具酸性侵蚀蚀化学作用用等级为H1。最大涌水量量：Q平常=452248m33/d，Q雨=678871m33/d。10狮子岭主要为基岩裂隙隙水部分断层层位置地下下水发育隧道进口口段地表水水和地下水水均具有酸性侵蚀，化化学侵蚀环环境等级为为H1。最大单单涌水量为为25.993m3/d.m。11牛栏界主要为基岩裂隙隙水部分断层层位置地下下水发育隧道进口口段地表水水和地下水水均具有酸性侵蚀，化化学侵蚀环环境等级为为H1。最大单单涌水量64.113m3//dm。12北岭山主要为基岩裂隙隙水部分断层层位置地下下水发育隧道进口口段地表水水和地下水水均具有酸性侵蚀，化化学侵蚀环环境等级为为H1。最大单单涌水量23.446m3/d·m。表2.9隧道不不良地质一一览表序号隧道名称不良地质条件1格老山岩溶、软质岩变变形、岩爆爆，特殊岩岩土为进口口端红黏土土。2同马山断层破碎带、软软质岩变形形、岩爆。3岩山顺层和断层破碎碎带及影响响带、围岩岩变形、岩岩爆、较高高地温。4黄岗无5洛香无6高青无7天平山无8宝峰山岩溶地温有有害气体岩爆软质岩变变形顺层断层破碎碎带以及危危岩落石。9两安花岗岩全风化层层中的花岗岗岩球体、岩岩爆、地温温以及花岗岗岩放射性性。10狮子岭人工平硐、岩爆爆、软岩大大变形。11牛栏界采坑、高地温、岩岩爆、放射射性。12北岭山放射性、高地温温、岩爆、软软岩大变形形。2.3隧道结结构设计洞口设计表2.10为各各重点隧道道洞口设计计一览表。表2.10.隧隧道洞口设设计一览表表序号隧道名称洞口设计1格老山进口采用耳墙式式洞门，出出口采用斜斜切式洞门门。2同马山进口采用柱式洞洞门，出口口采用耳墙墙式洞门。3岩山进口采用耳墙式式洞门，出出口采用台台阶式洞门门。4黄岗进、出口均采用用台阶式洞洞门。5洛香隧道进口采用斜切式式洞门，出出口采用柱柱式洞门6高青进口采用柱式洞洞门，出口口采用斜切切式洞门7天平山进口采用台阶式式洞门，出出口采用明明洞门8宝峰山进、出口均采用用斜切式洞洞门9两安进口采用耳墙式式洞门、出出口明洞门门10狮子岭进出口均采用斜斜切式洞门门接明洞11牛栏界进出口均采用斜斜切式洞门门12北岭山进出口均采用斜斜切式洞门门衬砌支护设计贵广高速铁路隧隧道采用复复合式衬砌砌结构。表表2.111为各重点点隧道衬砌砌支护结构构设计一览表表。从表中中还可看出出，隧道施施工中拟采采用多种辅辅助工法，包包括：①全环型钢钢架或或格栅钢架架；②超前φ42小导管注注浆；③φ108大管棚棚加强支护护；④拱墙格栅钢架；；⑤φ25中空锚杆杆加强支护护；⑥超前帷幕注浆，等等。2.3施工方方法选择贵广高速铁路隧隧道施工方方法选择见见表2.122可看出所所采用的方方法主要有有大拱脚台台阶法，台台阶法，CRD法，七步步流水作业业法，弧形形导坑法。表2.11隧道道衬砌支护护设计一览览表序号隧道名称衬砌支护设计1格老山除出口采用斜切及斜切切衬砌外，其余段段落均采用复合式衬砌。其中洞口浅埋段采用加强型衬砌砌。V围岩段设设置全环型型钢钢架或或格栅钢架架及拱部超超前φ42小导管加强强支护，其其中洞口段段设置φ108大管棚强支护；IV级围岩段段设置拱墙墙格栅钢架架和拱部φ25空锚杆加加强支护。另另外，岩溶溶发育，对对洞身部分分岩溶极其发育以以及断层破破碎带进行行帷幕注浆浆设计，数数量按段落落长度的50%计。2同马山均采用复合式衬衬砌，其中中洞口浅埋埋和偏压段段采用加强强型衬砌。V级和IV级围岩段支护设计与格格老山相同同。3岩山衬砌支护设计计与同马山山隧道相同同。另外，本隧DK1+0D2912及DK220+8810~DDK2100+9500下穿寨蒿蒿河其中DK2119+1660~DKK219++192段拱顶以以埋深仅不足4m，此段先采用φ75钢管桩注浆进行地表加固后再暗挖通过；DK2220+8110~DKK210++950拱顶以上上埋深仅20m为保证施施工期间的的安全此段进行超前帷帷幕注浆堵堵水后方可可暗挖通过过。4黄岗衬砌支护设计与与同马山隧道相同同。另外，洞洞身DK6+1DK6+73以及D2K261++900~~D2K2261+9960段洞身发发育有黄岗岗2#3#富水断层层且地表村村庄较多，为保证地表村庄生活生产正常用水不受受隧道施工影响，本段采用超前帷幕注浆堵水后暗暗挖通过的的措施。5洛香除进口段采用斜切及斜斜切延伸段衬砌外外，其余段落均采用复合式衬砌，其中洞口浅埋和偏压段段采用加强强型衬砌。V级和IV级岩段支护护设计与格格老山相同同。6高青除出口段采用斜切及斜斜切延伸段衬砌外外，其余段落均采用复合式衬砌，其中洞口浅埋和偏压段段采用加强强型衬砌。V级和IV级岩段支护护设计与格格老山相同同。7天平山除出口端6mm采用明洞洞衬砌外其余段落落均采用复复合式衬砌砌其中洞浅埋和偏偏压段采用加强型型衬砌。V级和IV级岩段支护护设计与格格老山相同同。8宝峰山除进、出口端采用斜切切及斜切延伸衬砌砌外，其余段落均采用复合式衬砌，其中洞口浅埋和偏压压段采用加加强型衬砌砌V级和IV围岩段支支护设计与与格老山相相同。9两安除出口端通过花岗岩全全风化层采用明洞洞通过外，其余段落均采用复合式衬砌，其中洞口浅埋和和偏压段采采用加强型型衬砌。V和IV级围段支护设设计与格老老山相同。10狮子岭均采用复合式衬砌。VV级围岩段设置全全环型钢钢架或格栅钢架及拱部超前φ42小导管超前φφ50双层导管加强强超前φ89管支护其中洞口口段设置φ108大管棚加加强支护；IV围岩段设设置拱墙格格栅钢架全环钢钢架和和拱部φ25中空锚杆加强支护护。11牛栏界均采用复合式衬衬砌。V级围岩支支护设计与与狮子岭隧隧道相同；；IV级围段设置拱拱墙格栅钢架、全全环型钢钢钢架和拱部部φ25中空杆、超前φ42小导管加加支护。12北岭山同牛拦界隧道表2.12隧道道施工方法法一览表序号隧道名称衬砌支护设计1油竹山本隧道围岩级别别为VIVIIIII级施工难度度较高为保证施施工安全除洞口斜切段采用明挖挖法和V级围岩段段采用大拱拱脚台阶法法外，其余余地段均采采用台阶法法开挖，按按锚喷构筑筑法施工，采采用光面爆爆破。2斗篷山隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。除进进口段斜切及出口明洞段段采用明挖挖法和V级围岩岩段采用大大拱脚台阶阶法、CRRD法开开挖外，其余地段段均采用台台阶法开挖挖，按锚喷喷构筑法施施工，采用用光面爆破破。3格老山隧道围岩级别为为V、IV、III级，且进口端位位于红黏土土层中，施施工难度较较高，为保证施工安全，进进口段DK124492DK125520洞身位于于红粘土层层中段落采采用“七步流水作业法法“开挖，出口斜斜切及斜切延延伸段用明挖挖法开挖，洞洞身其余V级围岩岩段采用大大拱脚台阶阶法、CRRD法开开挖外，其其余地段均均采用台阶阶法开挖，按锚喷构筑法施工，采用光面爆破。4同马山隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。V级围岩段段采用CRD大拱脚台台阶法开挖挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采用用光面爆破破。5岩山本隧道围岩级别别为V、IV、III级，施工难度度较高，为为保证施工工安全。VV级围岩段采用CRDD或大拱脚脚台阶法开开挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采采用光面爆爆破。6黄岗隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。V级围岩段段采用CRD大拱脚台台阶法开挖挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采用用光面爆破破。7洛香本隧道围岩级别别为V、IV、III级，施工难度度较高，为为保证施工工安全。VV级围岩段采用CRDD或大拱脚脚台阶法开开挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采采用光面爆爆破。8高青隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。V级围岩段段采用大拱脚台阶法开挖挖，其余地段均采采用台阶法开挖，按锚喷构筑法施工，采用光面爆爆破。9天平山隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。V级围岩段段采用CRD或大拱脚脚台阶法开开挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采采用光面爆爆破。10宝峰山隧道围岩级别为为V、IV、III级，施工难度较较高，为保保证施工安安全。V级围岩段段采用CRD或大拱脚脚台阶法开开挖其余地段段均采用台台阶法开挖挖按锚喷构构筑法施工，采采用光面爆爆破。11两安隧道围岩级别为为VIVIIIII级施工难度度较高为保证施施工安全洞口明洞洞段采用明挖法施施工，边墙墙直立开挖挖面设置φ75钢管桩桩注浆加固固，V级围岩岩段采用弧形导导坑法或大大拱脚台阶阶法开挖，III、IV级围岩段均采用台阶法开挖，II级围岩段全断面开挖，按锚喷构筑法施工，采用光面爆破。第三部分 大断断面隧道设设计技术大断面隧道设计计包括：* 净空断面形式设设计；* 衬砌结构设计；；* 辅助坑道设计；；* 防排水设计；* 隧道洞口形式及及景观设计计；* 防灾救援设计；；* 无咋轨道及隧道道内相关设设施设计等等。由于时间间的关系为突出重重点本培训只只谈谈净空空断面形式式设计和衬衬砌结构设设计。3.1净空空断面形式式设计常速铁路路隧道断面面形式及尺尺寸主要是是根据隧道道建筑限界界、衬砌结结构受力的的合理性并考虑施工与养养护维修的的方便及工工程投资的的经济等因因素综合确确定的高速铁路路隧道与常速铁路隧隧道最大的的区别就是是当列车以以高速通过过隧道时产生的空空气动力学学效应(行车阻力力瞬变压力力微气压波波列车风等)对行车旅客舒适适度列车相关关性能和洞口环境境的不利影影响十分明明显因此隧道道断面的确确定除了需需考虑常速速铁路隧道道断面的影响因素素外还必须考考虑尽量缓缓解和消减减旅客列车车进人隧道道时诱发的的空气动力力学效应的影响。高高速隧道断断面设计主主要应考虑虑下列因素素：* 隧道建筑限界；；* 轨道数量和线间间距；* 缓解空气动力学学效应所需需的空间；；* 需预留的空间,,如安全空空间避难和救救援空间养护维修修及工程技技术作业空空间、其他使用用要求所需需的空间；；* 设备安装空间等等。3.1.1 隧隧道建筑限限界我国高速速铁路隧道道建筑限界界分为以下下三种：* 200km/hh客货共线线（图3.1）；* 200km/hh及以上客客运专线（图图3.2）；* 200km/hh客货共线线双层集装装箱运输（图图3.3）。3.1.2 断断面内各空空间的配置置及衬砌内内轮廓一、净空空断面内各各种功能空空间的配置置考虑到列列车一旦在在隧道内发发生事故失去动力力或无法及及时将列车车拉出洞外外时车上人员的紧急疏疏散逃生和救救援将成为为非常关键键和重要的的问题所以高速铁路路隧道净空断面设计时时需要预留留各种空间间，包括安安全空间，救救援通道和和技术作业业空间。安全空间安全全空间(或称安全全区)是为铁路路内部员工工和特殊情情况下养护护人员预留留的安全区内包括靠衬砌侧侧安放施工工设施(宽0.3mm)或开关柜(宽0.4m、长1.3mm)的空间(图3.4)。安全空间的配置置应遵守下下列规定：：* 安全空间应设在在距线路中中线3.Om以外，单单线隧道应应设在有紧紧急出口一一侧，两图3.12000k/h客货共线线电力牵引引铁路－200桥隧建筑筑限界图3.22000k/h及以上客客运专线铁铁路建筑限限界图3.32000km/hh客货共线线电力牵引引铁路双层层集装箱运运输隧道建建筑限界图3.4座平行单线隧道道宜设在相相邻侧,双线与多多线隧道应应在双侧设设置；* 安全空间的尺寸寸：高度不不应小于2.2m，宽度不不应小于0.8m；* 安全空间的地面面不应低于于内轨顶面面,地面与接接触网设备备带电部件件间的距离离不应小于3.955m。救援通道在隧隧道内应设设置贯通的的救援通道道用于自救救或外部救救援救援空间间的配置应应遵守下列规定:* 隧道内应设置贯贯通的救援援通道(图3.5)；* 救援通道应设在在安全空间间一侧，距距线路中线线不应小于于2.3m；* 救援通道走行面面不应低于于内轨顶面面,地表必须须平整；* 设计客车行车速速度目标值值为200kkm/h的客货共共线铁路隧隧道救援通通道宽度不不宜小于1.255m，设计客客车行车速速度目标值值为250kkm/h的客运专专线隧道救救援通道宽宽度不宜小小于1.5m，在装设设专业设施施处宽度可可适当减小小，净高不不应小于2.2m。救援通道可部分分侵入建筑筑限界，因因为救援通通道是在列列车停运的的情况下才才使用的。技术作业空间技术作业业空间用于于安放施工工辅助设施施，作为预预留加强衬衬砌或安装装隔声板等等的空间该空间内允许在在有限的长长度范围内内设置一些些设备如接触导导线张力调调整器和接接触导线以及接头的的紧回装置置等。技术术作业空间间沿隧道衬砌砌内轮廓环环向设置，其宽度为0.3m。隧道道的施工误误差不应占占用技术作作业空间。二、我国高速铁铁路隧道衬衬砌内轮廓廓根据高速速铁路隧道道建筑限界界和隧道内内必须配置置的各功能能空间的要要求结合隧道道空气动力学研究有有关成果，我我国统一制制定了200kkm/h、250kkm/h、350kkm/h不同行车车速度条件下的隧道衬衬砌内轮廓廓,并编制了了相应的双双线隧道衬衬砌通用参参考图。贵贵广高速铁铁路采用250kkm/h行车速度度条件下的的隧道衬砌砌内轮廓。图3.5（一）200kkm/h铁路隧道道衬砌内轮轮廓根据开行列车的的性质,2000km/hh铁路隧道道衬砌内轮轮廓,有客货共共线铁路单单双线隧道道衬砌内轮轮廓和客货货共线铁路路兼顾双层层集装箱运运输的单双双线隧道衬衬砌内轮廓廓两类。客货共线铁路隧隧道衬砌内内轮廓客货共线线铁路隧道道衬砌内轮轮廓又分单单、双线隧隧道，分别别见图3.6、3.7所示。单线隧道衬砌内内轮廓（图图3.6）：隧道道一侧设置置宽125ccm的救援通通道，另一一侧设置宽125ccm的水沟、电电缆槽，当当列车在隧隧道内停车车时其上也也可以作为为救援通道道使用。救援通道道底面与内内轨顶面齐齐平隧道底部部结构根据据隧道长度度和地质条条件分别按按有碴道床和无碴碴道床设计计隧道采用用曲墙衬砌砌形式II级围岩设设置钢筋混混凝土底板板,II级以下围岩设设置仰拱。水水沟、电缆缆槽宽度分分别为40cm、30cm。双线隧道衬砌内内轮（图3.7：隧道两侧侧各设宽125ccm的救援通通道救援通道道底面高出内内轨顶面30cmm隧道底部部结构根据据隧道长度度和地质条条件分别按按有碴道床床和无碴道床设计计。隧道采采用曲墙衬衬砌形式,II级围岩设设置钢筋混混凝土底板板，II级以下围围岩设置仰拱。隧隧道两侧各各设置两槽槽一沟,电缆槽宽宽为25cm，水沟宽30cm，水沟和和电缆槽总总宽度135ccm。两侧排排水沟的功功能主要是是集水，间间隔适当距距离与中心心排水沟(管)连通。在隧道中中线处仰拱拱填充内设设置中心排排水沟(管)。短隧道道水量不大大时,也可不设设中心排水沟(管)。客货共线铁路兼兼顾双层集集装箱运输输的隧道衬衬砌内轮廓廓兼顾双层层集装箱运运输与否的的衬砌内轮轮廓主要区别别在于采用用的建筑限限界不同水沟、电缆槽的布布置则基本本相同。其其内轮廓形形状如图3.8和图3.9所示。图3.6图3.7图3.8图3.9(二)250km//h铁路隧道道衬砌内轮轮廓单线隧道衬砌内内轮廓250km/hh单线隧道道衬砌内轮轮廓采用三三心圆，隧隧道单侧设设置救援通通道宽1.5m、高2.2m，外侧侧距线路中中线2.3mm,救援通道道与内轨顶顶面齐平,其内轮廓廓形状如图图3.10所示。隧道内轮轮廓内考虑虑了30cm的技术作作业空间。救救援通道侧侧设置两槽槽一沟,电缆槽宽宽为40cm、300cm，水沟宽50cm；另一侧侧设置一槽槽一沟,电缆槽宽40cm，水沟宽50cm。图图图310图双线隧道衬砌内内轮廓图双线隧道衬砌内内轮廓按满满足250kkm/h行车速度度的客车和和普通货物物、双层集集装箱运输条件拟拟定，采用用单心圆，半半径为641ccm，线间距4.6m。隧道双双侧设置救救援通道，宽宽1.5m高22.2m外侧距线线路中线2.3mm救援通道道底面高出出内轨顶面面30cmm其内轮廓廓形状如图3.11所示隧道底部部结构根据据隧道长度度和地质条条件分别按按有碴道床床和无碴道道床设计隧道采用用曲墙衬砌砌形式Ⅱ级围岩隧隧道设置钢钢筋混凝土土底板Ⅱ级以下围围岩设置仰拱隧道两侧侧各设置两两槽一沟电缆槽宽宽分别为35cmm30cmm水沟宽30cmm两侧排水沟的的功能主要要是集水间隔适当当距离与中中心排水沟沟(管)连通在隧道中中线处仰拱拱填充内设设置中心排排水沟(管)。图31(三)300～3550km//h铁路隧道道衬砌内轮轮廓单线隧道衬砌内内轮廓由于350kkm/h单线隧道道衬砌内轮轮廓净空有有效面积达达到70m2相当自由由隧道两侧侧均可设置宽为1..5m的救援通通道。双线隧道衬砌内内轮廓隧道内轮轮廓采用单单心圆,半径为665ccm,线间距5.0m。隧道双双侧设置救救援通道宽宽1.5m高22.2m外侧距线线路中线2.3mm救援通道道底面高出出内轨顶面面30cmm其内轮廓廓形状如图3.122所示隧道底部部结构按无无碴道床设设计隧道采用用曲墙衬砌砌形式Ⅱ级围岩设置钢筋筋混凝土底底板Ⅱ级以下围围岩设置仰仰拱隧道内轮轮廓内考虑虑了30cm的技术作作业空间隧道两侧侧各设置两两槽一沟电缆槽宽宽分别为35cmm30cmm水沟宽30cmm两侧排水沟的功功能主要是是集水间隔适当当距离与中中心排水沟沟(管)连通在隧道中中线处仰拱拱填充内设置置中心排水水沟(管)。图3.123550km//h客运专线线铁路双线线隧道建筑筑限界及内内轮廓(四)圆形隧道道断面内轮轮廓采用隧道道掘进机(或盾构)施工的隧隧道一般采采用圆形断断面隧道采用用双洞单线线圆形结构,单线隧道净空有有效面积采采用66m2。图3.13为隧道位位于广深港港客运专线线东涌站一一虎门站区区间的狮子子洋隧道，净净空断面内内设置两个个通信信号号电缆槽，宽35cm、深58cm；一个电力电缆槽宽30cm深43cmDN400排水管和水喷雾DN300水管用管槽及消火栓箱的布置、变压器箱室空间等；救援通道宽150cm。3.1.3 单单洞双线和和双洞单线线方案选择择高速铁路路隧道选择择单洞双线线断面方案案还是双洞洞单线断面面方案，除除了应从地地质条件建设工期施工工难度和方方法运营通风风防灾救援援和人员疏疏散工程投资资等多方面综合考虑外还要考虑虑列车在隧隧道内运行行的空气动动力学效应应单洞双线线隧道方案案和双洞单线线隧道方案案的大致比比较见表3.1。图313图表3.1图为减少高速铁路路隧道空气气动力学效效应,可通过减减小阻塞比比以提高乘乘车舒适度度，故多采用单单洞双线隧隧道方案在特殊条条件下,如隧道很很长,考虑养护护维修防灾救援援等需要,有时也采采用双洞单单线断面。综综合比较,采用双线线断面比采采用单线断断面有利。我国高速铁路隧隧道设计时时是选“单洞双线线隧道方案案还是选“双洞单线线隧道方案”，通常可可遵循下列列原则：*当隧道长度小于于10kmm时，一般采采用单洞双线线隧道方案,可利用施工工时的辅助坑坑道作为防灾灾救援和人员员疏散的紧急急出口，如郑郑西客运专线线函谷关隧道道(长78511m)、秦东隧道(长76844m)等。* 当隧道长度为110～20km时应结合隧隧道两端引引线车站布点点等相关工工程情况进进行系统的经经济技术比比选。也可可结合防灾灾救援及养养护维修考考虑,采用双线线隧道加贯贯通平导的方方案进行比比较。如武武广客运专专线大瑶山山隧道群之之大瑶山一一号隧道(长10081m))为全线最最长的山岭岭隧道也设设计为双线线隧道，断断面净空有有效面积100mm2。* 当隧道长度大于于20km时从防灾救救援方面考考虑一般采用用双洞单线线隧道方案案如兰武二线线乌鞘岭隧隧道(长200550m)和石太客客运专线太太行山隧道道(长278339m)等。3.2衬砌结结构设计目前隧道衬砌结结构设计主主要以工程程类比法为为主。3.2.1 衬衬砌结构类类型及选择择衬砌结构构类型有：：单层衬砌砌(模筑混凝凝土衬砌)、复合式式衬砌、拼拼装式衬砌砌等。对于钻爆法施工的的隧道,多采用单单层衬砌和和复合式衬衬砌,其中单层衬砌砌更适用于于围岩自稳能力较好地地下水不丰丰富的硬岩岩隧道而复合式式衬砌更适适合软弱围围岩地下水丰丰富的隧道（新新奥法设计计。另外，单单层衬砌和和复合式衬衬砌的本质区别别就是单层层衬砌各支支护层间不不设置隔离离层（防水水板，而是采采用自防水水措施。盾构掘进进机法施工工一般采用用拼装式衬衬砌。单层衬砌一般是是由单层或或多层混凝凝土构成的的承载结构构,在国外得得到广泛应应用其支护层与与衬砌层是是一体的,共同组成成支护体系系,各层间能能够充分传传递剪力单层衬砌砌基本概念示示于图3.14中。表3.2列出了国国内外采用用单层衬砌砌的部分隧隧道。世界界上最大断断面的人工工地下洞室室挪威19994冬季季奥运会地地下冰上曲曲棍球场（长长90,宽62,高25）就是采用用单层衬砌砌（只有锚锚喷支护，无无模筑混凝凝土）。贵广铁路采用复复合式衬砌砌，故在此此重点谈谈谈复合式衬衬砌，同时时谈谈单层层衬砌。3.2.2 复复合式衬砌砌结构设计计根据二次次衬砌在运运营期间是是否承受水水压力,复合式衬衬砌结构可可分为排水水型衬砌和和防水型衬砌两种种类型。前前者二次衬衬砌不承受受水压力,后者承受受水压力。两两种类型结结构的设计原则与支支护参数有有所不同。一、排水型复合合式衬砌设设计设计原则则是：初期期支护承担担施工阶段段全部荷载载,二次衬砌砌承担由于于初期支护护可能劣化而作用于二二次衬砌上上的荷载或或由于软岩岩蠕变环境条件件变化等引引起的附加加荷载以及作为安全储备备表3.3为时速250～300kkm双线铁路路隧道排水水型复合式式衬砌设计计参数。350km/hh双线铁路路隧道排水水型复合式式衬砌代表表性衬砌结结构断面见见图3.15和图3.16。衬砌结构构的设计特特点：* 根据围岩级别、埋埋深、偏压压等具体条条件对围岩岩自稳能力力和结构受受力的影响响,适当细化了衬衬砌类型。以以往的习惯惯作法是浅浅埋段按降降低一级围围岩级别设设计,这难以正确反映工工程的实际际特性,也不够经经济,因为高速速铁路隧道道跨度大,对应的浅浅埋段覆土厚度也也增大,同时从环环保要求出出发,隧道洞口口位置一般般较以往习习惯作法外外延较多,致使浅埋埋段长度较较长,因此有必必要专门设设计用于浅浅埋段的加加强衬砌。* 突出“加强基底”和注注重“刚度变化”的原则，①针对以往往隧道底部部易发生病病害和高速速列车运行行要求,加强了基基底设计。III～Ⅴ级围岩衬衬砌均采用用有仰拱结结构,且仰拱厚厚度较拱墙墙大;②时速350kkm/h双线隧道Ⅱ级围岩衬衬砌设计了了有仰拱和无仰拱拱两种结构构,根据地下下水及岩性性等具体情情况选用。* IV、V级围岩和IIII级围岩偏偏压段二次次衬砌均采采用钢筋混混凝土结构构,主要原由由是考虑列车长长期的振动动作用；可可增加软弱弱围岩大跨跨隧道衬砌砌承载能力力,满足有时时需及时施作二二次衬砌的的要求；减减少大跨混混凝土结构构的收缩裂裂缝。* 喷射混凝土中掺掺加合成纤纤维,既可减少少回弹量,也可减少少喷射混凝凝土硬化过过程中的早期裂裂缝,有利于防防水与耐久久性。图3.14单单层衬砌概概念表3.2国内内外部分隧隧道使用单单层衬砌情情况表3.3时速速250～300kk/h双线铁铁路隧道排排水型复合合式衬砌设设计参数图3.15图3.16衬砌结构的计算算方法：* 二次衬砌计算采采用荷载一一结构模型型衬砌采用用弹性梁单单元模拟初期支护护对二次衬砌的约约束采用无无拉弹簧单单元模拟弹性反力力系数《铁路隧隧道设计规规范中的参数范围取中间间值计算。* 深埋隧道与浅埋埋隧道的荷荷载《铁路隧隧道设计规规范计算如IV级围岩取取按规范算得荷载载的50%加载，V级围岩取取按规范算算得荷载的的70%加载。* 二次衬砌按《铁铁路隧道设设计规范》采采用破损阶阶段法进行行结构强度度检算。* 设置底板时,应应对其在高高速列车的的冲击荷载载作用进行行核查，按按弹性地基基梁计算。二、防水型复合合式衬砌设设计设计原则则：* 对于防水型隧道道而言二次衬砌砌承受的水水压力为主主要荷载一般远大大于围岩压压力。为提高其经济性性,初期支护护按在施工工阶段与围围岩共同保保证施工安安全和控制制地面沉降量的要要求确定,二次衬砌砌承担全部部后期围岩岩压力；* 围岩压力根据深深浅埋条件件按《铁路路隧道设计计规范》中中的有关公公式计算；；* 二次衬砌计算采采用荷载一一结构模型型,衬砌采用用弹性梁单单元模拟,初期支护护对二次衬砌的约约束采用无无拉弹簧单单元模拟；；* 二次衬砌按《铁铁路隧道设设计规范》采采用破损阶阶段法进行行结构强度度检算。三、复合式衬砌砌设计与施施工中应注注意的问题题* 衬砌断面形状应应力求圆顺顺，减少围围岩和衬砌砌在荷载作作用下产生生应力集中中；* 采用分部开挖时时,应加强各各连接点的的强度和刚刚度，防止止接头受力力变形破坏坏；* 大断面隧道衬砌砌设计参数数应根据施施工方法适适当调整；；* 合理设置二次衬衬砌纵向施施工缝位置置，施工缝缝处宜设置置加强钢筋筋；* 加强施工中的监监控量测通通过监控量量测结果合合理调整支支护参数。3.2.3 单单层衬砌结结构设计单层衬砌砌结构设计计方法目前前有基于挪挪威法的Q系统支护护设汁法、极极限状态设设计法及基于能量守恒恒的能量原原理设计法法。以下简简要介绍一一下挪威Q值法。相对于新奥法((NTM)于19633年由蜡蜡布希维兹兹提出挪威Q值法由由巴顿于19744年提出出，并于19933年，20022年两次更更新完善。主主要用于土土木工程中中的中硬~~硬岩隧道施工。挪威隧道施工方方法的特点点* 重视前期的地质质调查，两两步地质调调查* 施工中对每个开开挖面进行行地质素描描和支护设设计* 非常系统定量的的设计方法法—Q值法* 锚喷为主要永久久性支护* 施喷湿钢纤维混混凝土* 采用自立式锚杆杆* 采用自立式防水水板* 强调离散单元法法（EC，3DEC）应用与新奥法NATTM相比，挪挪威法NMT优点有：：* 快速施工* 安全施工* 造价低，综合经经济效益可可节省达20~330%* 可操作性强* 维修费用低挪威法特别适合合* 节理岩体* 中硬以上围岩* 大跨度隧道与洞洞室* 钻爆法施工挪威Q值法法支护结构构设计两步步骤：即Q值的计计算和支护护结构选择择。Q值的计算采采用下列公公式计算：：Q=RQD⋅JJr⋅JwJn Ja

SRF其中：D＝＝岩石质量量；节理组组数Jn；节理理粗糙度Jr；节理理填充物Ja；地下下水J；地应力系系数SRF。得到岩石质量Q之后参照图3.177的支护护结构设计计图进行设设计与新奥法法不同，单层衬砌砌的支护设设计主要由由现场工程程师在地质质素描的基基础上针对掌子子面的地质质情况进行支护护结构设计计，因此，其其设计更经经济合理，但但同时对现现场工程师师的要求更更高。RKASG F E D C B A100

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)ireroededi,5-9,fr+B)ireroededi,-2,fr+B)ireroededi,2-5,fr+B)ireroed,>5,irdsfcedli,fr,RS)ttneeii,CA图3.17Q值法支护护结构设计计图图3.18是挪挪威19944冬季奥运运会地下冰冰上曲棍球球场，该地地下洞室长长90米,宽62米,高25米，埋深深只有25－50，采用单单层锚喷支支护，没有有模筑混凝凝土衬砌，采采用挪威法（QQ值法）设设计，岩石石平均Q=9。图3.18 挪威威19944冬季奥奥运会地下下冰上曲棍棍球场（长长90,宽62m,,高25）图3.19为某某地下洞室室，长100,宽27米,高1米。全采采用锚喷单单层衬砌。采用挪威法（Q值法）设计，岩石平均Q=10。图3.19某某地下洞室室（长100米,宽27米,高1米，锚锚喷支护))。单层衬砌应选择择在围岩较较好基本无水水的地段应应用大量的工工程实践表表明开挖时无水的的地段经过过若干年后后仍可能有有一定的地地下水因此高速铁路路隧道采用用单层衬砌时宜采采取多种有有效的措施施确保衬砌砌结构自防防水性能。3.2.4 衬衬砌结构耐耐久性设计计—、影响高速铁路路隧道衬砌砌结构耐久久性的因素素影响高速速铁路隧道道衬砌结构构耐久性的的主要因素素就是结构构物所处的的环境《铁路混混凝土结构耐久性性设计暂行行规定(铁建设[20005157号)将混凝土土结构所处处的环境类类别分为碳化环境、氯氯盐环境、化化学侵蚀环环境、冻融融破坏环境境和磨蚀环环境。除了环境境因素影响响高速铁路路隧道衬砌砌结构耐久久性外,高速列车车运行引起起的压力波波动以及列车振动动作用也是是影响结构构耐久性的的主要因素素。有初始始裂纹的衬衬砌结构,在气动压力波波正压负压的反反复作用下下衬砌结构构将产生疲疲劳裂纹不断断扩展直到断裂破坏;同时,衬砌结构构底部在列列车振动荷荷载的作用用下.也容易出出现疲劳性性破坏。二、复合式衬砌砌结构耐久久性设计目前.我国高速速铁路隧道道的衬砌结结构多数采采用复合式式衬砌。复复合式衬砌砌包括初期期支护和二次衬砌砌两部分.听以在隧隧道衬砌结结构耐久性性设计中,要分别考考虑初期支支护和二次衬砌的耐久久性，并应应包括以下下主要内容容：*明确混凝土结构构的使用环环境类别与与环境作用用等级;*提出混凝土结构构的设计使使用年限;*提出与结构耐久久性有关的的结构构造造措施;*提出混凝土原材材料品质要要求、配合合比的主要要参数及耐耐久性的具具体指标;*提出确保混凝土土耐久性的的施工质量量关键控制制要求与措措施;*确定钢筋混凝土土保护层厚厚度;*提出对结构应采采取的防腐腐蚀附加措措施;*明确结构使用过过程中的检检测、养护护、维修或或局部更换换的要求。（一）初期支护护的耐久性性初期支护护一般包括括喷混凝土土、锚杆、钢钢架等,所以对每每一种支护护措施都应应进行耐久久性设计。喷混凝土* 在腐蚀性严重的的场合,喷混凝土土的强度等等级应不低低于二次衬衬砌混凝土土的强度等级;* 喷混凝土的强度度要满足长长期强度(28dd)的要求,且1d的抗压强强度不宜小小于10MPa。锚杆锚杆宜采采用全长灌灌浆式锚杆杆,并应设置置垫板在腐蚀性性环境中,应采用防防腐蚀的灌灌浆材料或者采用用耐腐蚀的的纤维锚杆杆。钢架喷混凝土土内设置的的钢架,靠围岩侧侧的保护层层厚度不小小于4cm,靠另一侧侧不小于3cm。（二）二次衬砌砌的耐久性性二次衬砌砌是由混凝凝土或钢筋筋混凝土材材料构成的的,因此二次次衬砌的耐耐久性问题题归根到底还是混凝土土的耐久性性问题混凝土结结构耐久性性研究可按按学科及影影响因素分分为如下课题（图3.220）:图3.0混混凝土结构构耐久性研研究（三）复合式衬衬砌结构耐耐久性设计计原则及方方法高速铁路路隧道复合合式衬砌结结构的耐久久性,应考虑环环境因素的的影响进行行设计。* 当环境对衬砌结结构侵蚀作作用很小或或无侵蚀作作用时,可考虑初初期支护和和二次衬砌砌共同承担荷载;* 当环境对衬砌结结构的侵蚀蚀作用明显显时,一种设计计方法是可可考虑初期期支护和二二次衬砌共同承承担荷载,这时初期期支护和二二次衬砌均均应考虑耐耐久性;另一种设设计方法是是可不考虑虑初期支护护的长期耐耐久性,只在构造造上采取一一些综合措措施进行防防范,满足施工期间间的安全,而二次衬衬砌考虑全全部承担荷荷载,并考虑耐耐久性。第四部分大断断面隧道施施工技术高速铁路隧道施施工的最大大特点是开开挖断面积积大,因而施工工难度大为为增加。大断面隧隧道的施工工方法要根根据断面形形状隧道长度度工期地质周围环境境等条件综合确定。选选择施工方方法时要注注意以下几几点:(1)地形、地地质的特殊殊性，如洞洞口段、浅浅埋段、易易变形地段段的地质状状况等;(22)是否有限限制条件,如对地表表沉降的限限制、地基基承载力不不足等;(3)必要时要要与辅助工工法配合;(4)要尽量采采用能避免免围岩松弛弛的施工方方法,如在泥岩岩或黄土中中采用机械械开挖;(55)应尽量使使支护及早早封闭,避免多次次扰动围岩岩,控制初期期支护位移移、变形;(6)施工组织织的统一协协调,在同一隧隧道中尽量量减少工法法的频繁变变换;(77)尽量采用用机械化施施工,提高作业业效率,加快施工工速度。高速铁路路隧道施工工方法的选选择,关键在于于要和隧道道的地质条条件相匹配配,这就要求求提供给高速铁路路隧道设计计的地质资资料要齐全全完整真实可靠靠要求隧道道地质勘察察要查明隧道通通过地段的的地形地貌地层岩性和地地质构造；岩质隧道道应着重查查明岩层层层理、片理理、节理等等软弱结构构面的产状状、密度及及组合形式式、断层、褶褶曲的性质质、产状、宽度及破破碎程度；土质隧道道应着重查查明土的地地层年代成因类型型结构特征征物质成分料径大小小密实度及及潮湿程度度查明不良良地质特殊岩土土的分布及及对隧道的的影响,特别是对对洞口及边边仰坡的影影响，据此此选择合适适的施工方方法。从目前的施工技技术水平出出发,适合大断断面隧道的的开挖方法法主要有以以下三类(图4.1):* 以爆破开挖为主主导的施工工方法,如全断面面法台阶法双侧壁导导坑法中壁法等;* 以机械开挖为主主导的施工工方法,如掘进机机法、盾构构法、铣挖挖法等;* 爆破与机械开挖挖相结合的的施工方法法,如TBM导坑超前前扩挖法等等。图4.1大断断隧道施工工方法分类类不管采用哪种施施工方法在不良地地质条件下下都需要配配合采用各各种辅助工工法特别是在大大断面隧道道的施工中中，辅助工工法显得更更为重要。贵广铁路拟采用用一爆破开开挖为主导导的施工方方法－钻爆爆法，即矿矿山法。4.1钻爆爆法我国绝大大多数铁路路隧道是采采用钻爆法法修建的积累了极极为丰富的的施工经验验创造了许多施工奇迹迹但在高速速铁路大断断面隧道特别是超超大断面隧隧道中如何运用用这种施工方法，还有有待实践。（一）全断面法法按照隧道道设计轮廓廓线一次开开挖成形的的施工方法法叫全断面面开挖法(简称全断断面法)。该工法的特点是是有较大的的作业空间间有利于大大型机械化化配套作业业,提高施工工速度,且工序少、干扰小，便便于施工组组织和管理理。其缺点点是由于开开挖断面大大,对地质条条件要求严严格,围岩必须须有足够的的自稳能力力，且每循循环工作量量相对较大大，要求施施工单位应应具有较强的开挖挖、出咋、运运输及支护护能力。在高速铁路隧道道中,全断面法法主要用于于I～III级围岩的的单线隧道道在IV～V级围岩采用全断断面法施工工时必须辅以以辅助工法法如正面喷喷射混凝土土打设正面面锚杆等在双线铁路路隧道中由于开挖挖面积达140～170mm2受施工机机械作业能能力的限制制难以采用全断面面法。全断面开挖法的的操作工序序比较简单单,主要有钻钻孔、爆破破、出碴、支支护、防水水层铺设、衬砌砌和地板混混凝土施工工等。该方方法的施工工组织要求求底板混凝凝土作业尽尽量超前,这是确保施施工安全、质质量和文明明施工的重重要做法。采用全断面法施施工应注意意以下事项项:(1)加强对开开挖面前方方的工程地地质和水文文地质调查查。对不良良地质情况况,要及时预预测预报分析研究究随时准备备好应急措措施(包括改变变施工方法法)以确保施施工安全和和工程进度。(2)各种施工工机械设备备务求配套套,以充分发发挥机械设设备的效率率。各工序序机械设备备要配套,如钻孔装碴运输防水层铺铺设衬砌等主主要机械和和相应的辅辅助机具,在尺寸性能和生生产能力上上都要相互互配合,工序能环环环紧扣,不致彼此此互受牵制制而影响掘进,以充分发发挥机械设设备的使用用效率和各各工序间的的协调作用用,并注意经经常维修设备及备备有足够的的易损零部部件,确保各项项工作的顺顺利进行。(3)加强对各各种辅助作作业和辅助助施工方法法的设计与与施工检查查尤其在软软弱破碎围围岩中使用全断断面法开挖挖时,应对支护护后围岩的的动态进行行量测与监监控,对各种辅辅助作业的三管两两线(即高压风风管高压水管管通风管电线和运运输路线)要求保持持技术状态良好。(4)重视和加加强对施工工操作人员员的技术培培训,使其能熟熟练掌握各各种机械和和推广新技技术,不断提提高工效，改改进施工管管理，加快快施工速度度。(5)全断面法法开挖选择择支护类型型时，应优优先考虑锚锚杆和锚喷喷混凝土、挂挂网等支护护。(6))加强施工工中的各项项辅助作业业尤其是加加强施工通通风保证工作作面有足够够的新鲜空空气。（二）台阶法各国高速速铁路隧道道施工实践践证明,台阶法已已成为大断断面隧道施施工的主流流施工方法日本在修建第二二东名一名名神高速公公路隧道(隧道开挖挖断面积为为150～200mm2)中,80%%的隧道采采用了各种种台阶法。中中国台湾台台北一高雄雄高速铁路路隧道(隧道净空空有效面积积为90m2,开挖挖断面积为为130~~15Omm2)大部分也也是采用台台阶法修建建的德国科隆隆一法兰克克福高速铁路上上的隧道工工程，虽然然地质条件件比较差，但但多数隧道道仍采用台台阶法施工工。所谓台阶法就就是为了控控制围岩变变形而采用用的纵向分分部开挖法法它将结构构断面分成两步或或多步开挖挖具有上下下两个工作作面或多台台阶时有多多个工作面面开挖其优点是是灵活多变、适适用性强。视视围岩条件件及机械配配套情况派派生出的各各种台阶法法,可根据工工程实际、围岩岩条件及机机械条件,选择适合合的方式。部部分台阶法法的比较列列于表4.1。（1）导坑超前扩挖挖台阶法台阶法有有许多变化化方案,如导坑超超前扩挖法法它在开挖挖主洞之前前,先用钻爆爆法快速掘进一个超前导导坑,进行地质质调查排水以及及围岩改良良等作业,而后再次次用钻爆法法进行扩挖的一种施工工方法,即先由爆爆破法开挖挖一个小导导坑形成临临空面,再使用钻钻爆法开挖挖。表4.1大断面面隧道台阶阶施工法比比较导坑超前是为了了提高开挖挖工作面的的自稳性,以及为地地质预报、排排水等目的的而实施的。导坑坑超前的距距离,从发挥机机械效率出出发,可取10～30m，当大量量涌水时可可延长到100m。导导坑超前扩扩挖法的施施工顺序,可按照图4.1中的①→⑥各分部顺顺序进行整个隧道道断面的爆破分为为导坑爆破破和扩大爆爆破。导坑超前前扩挖法的的特点是:(1)开挖工作作面稳定性性高,辅助工法法规模小;(2)有涌水的场合,导坑可可以作为排排水坑道;(3)可从导坑坑进行围岩岩补强。其其缺点是:(1)导坑和扩挖交互掘掘进,施工干扰扰大；(2)导坑需要要通风；(3)导坑支护护要废除。（2）多层台阶法当隧道断断面较高时时,可以用多多层台阶法法开挖,如图4.2所示。台台阶长度一一般不超过过1.5倍洞径。多多层台阶法法通常用在在单层台阶阶上半断面面掘进的导导坑尺寸较较大、开挖挖面难以自稳的情况由于在低低强度的围围岩中,整个开挖挖断面要分分为三部开开挖,故开挖造造成的应力重分分布的次数数较多,而且台阶阶多,断面闭合合的时间也也加长。所所以,在选择这这种方法时,先要进行行充分研究究,在采用稳稳定开挖面面的辅助工工法(开挖面超超前锚杆与与喷射混凝凝土小型管棚棚改良围岩岩等)分两步开开挖仍很困困难时才采采用在地表有有建筑物等等情况,预计地表表、洞内下下沉(位移)超过允许许限值时,应同时采采用临时仰仰拱控制变变形的发展展。（3）短台阶和超短短台阶法大断面隧隧道施工中中也经常采采用短台阶阶法(图4.3)和超短台台阶法(图4.4)等。短台阶法的长度度约在15m这种方法法由于上下半断面面的开挖面面较接近,两个开挖挖面作业有干扰,,而且存在在上半断面面出碴打乱乱开挖循环环平衡的问问题。上半半断面的出出碴可用斜坡道道、皮带输输送机、装装载转运机机等组合起起来使用。超短台阶法的台台阶长度约约为5～8m,适用于膨膨胀性围岩岩和土质围围岩需及早早封闭断面的情况况。在以全全断面开挖挖法为主要方方法的硬质质围岩中,,由于一部部分地质条条件变化而而需要采用用分部开挖挖时,也可用此方法。超超短台阶法法施工时的上、下下半断面的的开挖面是是同时掘进的,出出碴也是同同时进行的的。图4.1导坑坑超前扩挖挖法施工示示意图42（4）中隔墙台阶法法当开挖工作面地地层自稳能能力较差,上台阶开开挖后拱脚脚支承在未未开挖岩体体上的自稳稳时间较短短且开挖断断面跨度较较大时,可采用中中隔墙台阶阶法(通常配合合临时仰拱拱使用)。通过中隔墙墙的分载作作用,可减轻两两侧拱脚的的压力,降低地表表沉陷值,以确保施施工安仝。图4.3短台阶阶法施工示示意图4.4超短台台阶法施工工示意图4.5中隔隔墙台阶法法示意采用中隔墙台阶阶法开挖时时,上台阶开开挖长度一一般控制在在1.5倍洞径以以内,并辅之以超前小导导管注浆加加固围岩、留留核心土环环形开挖等等措施。由由于中隔墙墙的限制,一般上台阶采用人人工开挖人工出碴,下台阶采采用机械开开挖机械出碴,开挖方式式及顺序示示于图4.5。（5）临时仰拱封闭闭台阶法临时仰拱拱封闭台阶阶法是以控控制地表和和洞内下沉沉(位移)为目的,在整个断断面闭合的的过程中对分部开开挖断面用用临时仰拱拱闭合的方方法。开挖方法采用上上部弧形导导坑开挖,留核心土,上导坑初初期支护设设置大拱脚脚,并设拱脚支承桩(钢管桩旋喷桩等),喷混凝±30ccm设临时仰仰拱,无管棚支支护范围设设长度6m的锚杆,格栅钢架架间距0.5～1.0mm,如图4.6所示。图4.6临时仰仰拱封闭台台阶法施工工示意采用台阶阶法施工应应注意以下下事项:(1)台阶法开开挖具有足足够的作业业空间和较较快的施工工速度。台台阶有利于于开挖面的的稳定性,尤其是上部开挖挖支护后,下部作业业较为安全全。(2)台阶法开开挖的缺点点是上下部部作业互相相有干扰,,应注意下下部作业时时对上部稳稳定性的影响,台阶开挖挖会增加对对围岩的扰扰动次数等等。(3)台阶法开开挖宜采用用轻型凿岩岩机钻孔,而不宜采采用大型凿凿岩台车。(4)采用台阶阶法时,台阶数不不宜过多,台阶长度度要适当,一般以一一个台阶垂垂直开挖到底保持平台台长3～5m为好;为便于掌掌握炮眼深深度和减少少翻碴工作作量,装碴机应紧跟开开挖面,减少扒碴碴距离,以提高装装碴运输效效率。应根根据两个条条件来确定定台阶长度:一是初期期支护形成成闭合断面面的时间要求,围岩稳定定性愈差,闭合时间要求愈愈短;二是上半半断面施工工时开挖支护出碴等机机械设各所所需的空间间要求。对于于不良地质质,一般要求求初期支护护封闭到开开挖工作面面的距离不不大于30m。(5)个别破碎碎地段可配配合喷锚支支护和挂钢钢筋网施工工。如遇局局部地段石石质变坏、围岩稳定性较差时,应及时架设临时支护或考虑变换施工方法,留好拱脚平台,以防止落石和崩塌。(6)应重视解解决上下半断面面作业的相相互干扰的的问题,要注意作作业施工组组织质量监控及安安全管理。(7)上部开挖挖时,因临空面面较大,易使爆破破面的碴块块过大,不利用装装碴,应适当密密布中小炮眼眼。若围岩岩稳定性较较好,可以采取取分段顺序开挖;若围岩稳稳定性较差差,则应缩短短下部掘进进循环进尺尺;若围岩稳稳定性更差,则可以左左右错开,或先拉中槽后挖两两帮。采用台阶法开挖挖的关键问问题是台阶阶的划分形形式台阶划分分要求做到到爆破后扒扒碴量较少、钻钻孔作业与与出碴运输输干扰少。（三）双侧壁导导坑法双侧壁导导坑法主要要适用于围围岩较差、开开挖断面很很大的大断断面隧道,如三线或或多线常速铁路隧道、三三车道高速速公路隧道道、高速铁铁路大断面面隧道等。该该法工序较较复杂,导坑的支护拆除困困难,为了稳定定开挖工作作面,经常和超超前预注浆浆等辅助施施工措施配配合使用。一般般采用人工工、机械混混合开挖,人工、机机械混合出出碴。中国台湾高速铁铁路新竹二二高隧道在在“贯穿国道道三号段”采用的双双侧壁导坑坑法,如图4.7所示。图4.7新竹竹二高隧道道双侧壁导导坑法施工工示意图4.8双侧壁壁导坑法施施工顺序示示意图4.8是双侧壁壁导坑法开开挖顺序示示意图,导坑内也也分成上、下下两个台阶阶施工,台阶高度的确确定最好以以能满足小小型机械施施工为原则则,以提高导导坑的作业业效率图4.9是施工现场概貌貌图图4.10是右侧导导坑安装格格栅钢架图图图4.11是中间断断面上台阶阶开挖情况况,台阶长度度根据选择择的开挖机机械的施工工能力确定定。图4.9双侧侧壁导坑法法施工概貌貌图4.10右侧侧导坑安装装格栅钢架架（四）中壁法

图4.11中间间断面上台台阶开挖中壁法是分部开开挖施工方方法中的常常用工法,根据开挖挖顺序和支支护方式的的不同,通常又分为为中隔壁法法(CD法)和交叉中中壁法(CRD法)所谓中隔隔壁法,即在软弱弱围岩大跨跨隧道中,先开挖隧隧道的一侧侧,并施做中中隔壁墙,然后再分分部开挖隧隧道另一侧侧的施工方方法(图4.122)所谓交叉叉中壁法,即在软弱弱围岩大跨跨隧道中,先开挖隧隧道一侧的的一或二部部分,施做部分分中隔壁墙墙,再开挖隧隧道另一侧侧的一或二二部分,然后再开开挖最先施施工一侧的的最后部分,并延长中中隔壁墙,最后开挖挖剩余部分分的施工方方法(图4.133)。图4.12CDD法施工图4.3RRD法施工图4.4CDD施工示意意武广客运专线铁铁路某隧道道,在浅埋偏偏压Ⅳ级围岩中中采用CD法施工,其施工顺顺序如图4.14所示。在Ⅴ级围岩中中采用CRD法施工,其施工顺顺序如图4.15所示。图4.5RRD法施工示示意中壁法施工的特特点是,在保证各各工序施工工质量的前前提下相对对安全可靠靠,有利于控制地表沉沉降,但此工法法的施工工工序繁多,施工组织织复杂,施工进度度较缓慢,一般月进进尺在30～50m。采用此此方法施工工,应设法多多利用小型型机械,以提高作作业效率。通通常采用的的小型设备有小型型反铲挖掘掘机、小型型挖掘装载载机、皮带带运输机、小小型钻机等等。采用中壁壁法施工应应注意以下下事项:(1)隧道施工工应坚持“支护超前,快速封闭,加强量测,及时调整”的原则。(2)开挖轮廓廓尽量采用用人工风镐镐开挖,如果需要要爆破应严严格控制装装药量,充分爱护围岩,开挖轮廓廓要圆顺,防止出现现应力集中中。(3)工序变化化处的钢架架(或临时仰仰拱钢架)应设锁脚脚锚杆,以确保钢钢架基础稳稳定。(4))钢架之间间纵向连接接钢筋应及及时施作并并连接牢固固。(5)临时钢架架的拆除应应等洞身主主体结构初初期支护施施工完毕并并稳定后进进行。(6)复合式衬衬砌施工应应根据监控控量测的结结果进行分分析,确定二次次衬砌的施施作时机及调整设设计参数。第五部分 特殊殊性隧道施施工一、特殊地段及及不良地质质地段概述述贵广铁路路沿线地质质条件非常常复杂穿越沉积积岩岩浆岩变质岩和和第四系残残积土；地下水丰富主主要为岩溶溶水和裂隙隙水遭遇岩溶溶采空区危岩落石石有害气体体放射性、岩爆、高高温等不良良地质条件件。各重点点隧道不良良地质情况况一览见表表5.1。表5.1隧道不不良地质一一览表序号隧道名称不良地质条件1格老山岩溶、软质岩变变形、岩爆爆，特殊岩岩土为进口口端红黏土土。2同马山断层破碎带、软软质岩变形形、岩爆。3岩山顺层和断层破碎碎带及影响响带、围岩岩变形、岩岩爆、较高高地温。4宝峰山岩溶地温有有害气体岩爆软质岩变变形顺层断层破碎碎带以及危危岩落石。5两安花岗岩全风化层层中的花岗岗岩球体、岩岩爆、地温温以及花岗岗岩放射性性。6狮子岭人工平硐、岩爆爆、软岩大大变形。7牛栏界采坑、高地温、岩岩爆、放射射性。8北岭山放射性、高地温温、岩爆、软软岩大变形形。二、一般规定(1)施工前必必须根据设设计提供的的工程及水水文地质资资料，结合合现场实际际情况，进进行分析研究究，制定完完整的施工工技术方案案。(2)隧道的施施工应针对对实际情况况