高速铁路工程隧道施工技术

高速铁路隧道施施工技术姓名：x吉x学号：61611xxxxx摘要我国铁路隧道建建建设取得得了举举世瞩目目的成成就,一个以以客运专线线为为重点的的铁路路网建设设已经经全面展展开,,隧道修建建数数量有了了突飞飞猛进的的增长长。未来10年我国要要修建的的铁路路隧道,其总总长度将将超过过我国已建成的铁铁路路隧道长长度总总和。在此此期期间,隧道建建设规模模与隧隧道设计计理论论不完善善之间间的矛盾盾日益益突出,以经经验设计为为主主的隧道道设计计方法面面临着着巨大的的挑战战,隧道设计计中存在在的诸诸多困惑惑已经严重制约约了了隧道建建设的的科学化化、精精细化、规规范范化。针针对这这一系列列问题题,论文对隧道道设计要求求、隧道施工技技术术方法、隧道支护护和和衬砌进进行了了总述。关键词：隧道设设设计要求求；隧隧道施工技技术术；隧道支护护；隧道衬砌砌第一章绪论铁路是国家重要要要的基础础设施施、国民民经济济的大动动脉和和大众化化的交交通工具,是是综合交交通运运输体系系的骨骨干,在推动动我国经经济社社会又好好又快快发展中中发挥挥着重要要作用用。国家“十十一五”规划划纲要强强调“加加快发展展铁路路运输。重重点点建设客客运专专线、城城际轨轨道交通通、煤煤运通道,初初步形成成快速速客运和和煤炭炭运输网网络”。国国家“十二五五”规划纲要要明确“基本本建成国国家快快速铁路路网”,,“加快铁路路客运专专线、区区际干线线、煤煤运通道道建设设,发展高速速铁路,形成成快速客客运网网,强化重载载货运网”。2004年1月国务院院审议通过过了《中长长期铁路网网规划》。2007年国务院院批复的《综综合交通网网中长期发发展规划》,确定到2020年铁路网网总规模达达到12万公里以以上。2008年根据国国民经济发发展新形势势、新需求求,国家及时时调整了中中长期铁路路网规划,提出到2020年全国铁铁路营业里里程达到12万公里以以上,其中客运运专线1.6万公里以以上。由于我国幅员辽辽辽阔，又又是多多山的国国家，山山地面积积占660%以上，为为发发展高速速铁路路建设，必必须须修建大大量隧隧道，而而且势势必修建建很多多长、大大隧道道和隧道道群。目目前，我我国已已建成和和在建建的高速速铁路路隧道约8000座，总延延长超过过15500公里里李英杰，张顶立，刘保国，等．考虑围岩性质劣化的深埋软弱隧道破坏机理数值模拟研究［J．土木工程学报，2012，45(9):156－166．李英杰，张顶立，刘保国，等．考虑围岩性质劣化的深埋软弱隧道破坏机理数值模拟研究［J．土木工程学报，2012，45(9):156－166．表1-1已建成成和和在建的5公里以上我我国国高速铁铁路隧隧道一览览表序号隧隧道道名称隧道长度度//m所在线路贯通年月备注1太行山隧道2788399石太220077.12单线2壁板坡隧道11147566沪沪昆20166双线线3大别山隧道11132566合合武20007.066双线4霞浦隧道1330999温福福220088.01双线5大南山隧道11127011厦厦深20009.122双线6雪峰山11号隧道1166779沪昆201144.122双线7南梁隧道1111526石太太220077.06单单双线8狮子洋隧道1108800广深港港220111.003双线9金寨隧道1000766合武武220077.11双线10浏阳河隧隧道1101115武武广20008.122双线11大瑶山1号号隧隧道1000881武广220008.006双线12梁山隧道道98988厦厦深20133.01双双线13鸡面山隧道道97745温福福220077.05双双线14分水关隧道97335温温福20008.011双线15栋梁坡隧道道922294沪昆20013..11双线线16双鹰顶隧道道92755厦深深220100.04双线17江门隧道9991855广珠220166双线线18黄龙寺隧隧道871166石武200100.088双线19梅林隧道道8607厦深深200113.001三线20张茅隧道884833郑郑西20008.122双线21大瑶山3号号隧隧道828899武广200088.122双线22凤凰山隧道道79799甬台温20007.099双线23红石岩隧隧道785577合武220007.007双线24函谷关隧隧道785511郑西220008.009双线25秦东隧道道76844郑郑西20008.044双线26石板山隧隧道750055石太220007.004双线27太坤山隧隧道700066甬台温200088.044双线28飞鸾隧道道67188温温福20007.077双线29八仙仑隧隧道671133温福220007.008双线30乌岩山隧隧道662088甬甬台温220088.01双线31大瑶山22号隧道602277武广220008.006双线32黄晶岭2号号隧隧道573355福厦220007.112双线高速铁路隧道的的的大量兴兴建，将将推动我我国铁铁路隧道道建造造技术的的快速速发展，但但同同时也给给隧道道设计和和施工工带来了了诸多多技术难难题。随随着列车车运行行速度的的提高高，列车车对轨轨道的冲冲击振振动增大大，传传给隧道道结构构的振动动波也也相应加加强，加加上我国国高速速铁路隧隧道内内一般采采用板板式无碴碴轨道道结构形形式，其其刚度大大，不不利于振振动波波衰减，由由轨轨道传递递到隧隧道结构构及基基岩的振振动冲冲击强度度要比比有碴轨轨道条条件下大大得多多，因此此，高高速铁路路隧道道结构必必须具具有更高高的动动力稳定定性梁小勇，扈世民，张春会．深埋大断面黄土隧道围岩失稳试验研究［J．岩土工程学报，2013，35(增2):559－562．。隧隧道底部部结构构是隧道道支护护体系的的重要要组成部部分，也也是隧道道病害害发生最最为严严重的部部位。根根据隧道道病害害现场调调查结结果，许许多既既有铁路路隧道道经过一一段时时间的运运营之之后，隧隧道底底部结构构出现现不同程程度的的开裂、破破损损、下陷陷等病病害，造造成轨轨道不平平顺，直直接危及及行车车安全。究究其其原因，一一方方面是由由于隧隧道底部部作为为一种混混凝土土结构，本本身身不可避避免地地存在初初始裂裂隙缺陷陷，在在列车振振动荷荷载反复复作用用下，这这些裂裂隙不断断扩展展、贯通通；另另一方面面，隧隧道基底底软弱弱围岩在在列车车动载及及地下下水的耦耦合作作用下被被碾磨磨成泥浆浆，基基岩破损损，隧隧道底部部基础础条件逐逐渐恶恶化，导导致隧隧道底部部结构构受力增增大，加加快了裂裂隙扩扩展和新新裂隙隙的形成成。两两个方面面的相相互作用用进一一步加剧剧了底底部结构构的劣劣化程度度，最最终导致致隧道道底部结结构破破坏。由由于高高速铁路路隧道道振动响响应增增大，这这类病病害会越越发突突出。为为了降降低高速速铁路路隧道底底部结结构运营营风险险，我国国现有有高速铁铁路隧隧道设计计中对对底部结结构进进行了加加强，在在Ⅲ级及以上上围岩条条件下下的隧道道底部部均设置置了仰仰拱，而而且采采用了较较大的的仰拱矢矢跨比比和仰拱拱厚度度，这对对降低低高速铁铁路隧隧道底部部病害害的发生生率将将会起到到一定定的效果果。但但这种设设计是是否还可可以优优化，在在围岩岩条件较较好的的条件下下是否否可将仰仰拱厚厚度减薄薄或不不设置仰仰拱；；在特殊殊的围围岩条件件下现现有设计计是否否能够满满足无无碴轨道道轨面的的沉降要要求，是是否能保保证隧隧道在使使用年年限内的的安全全运营，这这些些问题都都亟待待解决。高高速速铁路对对轨道道结构的的平顺顺度要求求更高高，对轨轨道基基础的沉沉降要要求非常常严格格，因此此，隧隧道基底底围岩岩长期沉沉降变变形收敛敛可控控是保证证轨道道良好运运营状状态的首首要条条件。然然而，已已有工程程实践践表明，当当隧隧道穿越越软土土、软岩岩等特特殊地质质地段段，在长长期列列车荷载载作用用下软土土和软软弱基岩岩的累累积变形形及沉沉降问题题一直直未能得得到有有效解决决，如如我国上上海地地铁和法法国高高速铁路路路基基都出现现了施施工后沉沉降过过大的问问题。这这些问题的梁小勇，扈世民，张春会．深埋大断面黄土隧道围岩失稳试验研究［J．岩土工程学报，2013，35(增2):559－562．第二章高速铁铁铁路隧道道工程程设计要要求2.1隧道横断断面有有效净空空尺寸的选选择择隧道横断面净空空空尺寸的选选择择，需要要考虑虑的因素素：隧隧道建筑限限界界、线路路数量量、线间间距、应应预留的的空间间、考虑空气气动动力学影影响所所需的空空间、设备安装装空空间等。2.1.1隧道道道建筑限界界普通铁道隧道、高高铁、客运专专线限界分为为机车车辆限限建界距建同同时,施工工艺及及材料的要求求都是随着行行车速度的增增加不断提高高的。随着列列车时速的增增加,隧道的内轮轮廓都有相应应地增大。高铁（客客运专线）建建筑限界是不不变的，而普普速则根据列列车类型及运运行速度的不同，建筑限界不不同。普通地铁建筑限限限界形式式有矩矩形隧道道建筑筑限界、马马蹄蹄形隧道道建筑筑限界、圆圆形形隧道建建筑限限界、高高架线线及地面面线建建筑限界界、车车辆段车车场线线建筑限限界。地地铁的车车辆限限界与设设备限限界可由由其车车型得而而统一一，而其其建筑筑限界还还应根根据隧道道的具具体形式式根据据公式计计算得得出。普普通铁铁路隧道道、高高铁、客客运专专线限界界形式式都较为为单一一。高速速铁路路的曲线线半径径均较大大，因因此位于曲曲线线上的隧隧道，原则则上不考虑虑曲线加宽宽。我国高速铁路隧隧隧道建筑筑限界界基本尺尺寸及及轮廓图图2.1.2线线线路数量量和线间距在通常情况下，高高速铁路隧道道考虑到空气气动力学的特特性，都采用用单洞双线断断面，较少采采用双洞单线线的断面。长长大隧道，考考虑维修养护护条件及防灾灾的需求等，有有时也采用双双洞单线方案案。单洞双线线方案土建工工程成本更高高。一般情况下线间距距都应大于4mm，我国高速铁铁路的线间距距，目前暂定定为5m。2.1.3预留留留空间安全空间：至少少少高为2.2m，宽为0.800m；避难和救援空间间间：在线线路两两侧设置置一个个贯通的的避难难和救援援通道道直通到到隧道道外；建筑维修空间;;;架设接触网设备备备空间：：指在在电气化化铁道道上需预预留架架设接触触网等等设备的的空间间。2.1.4空气气气动力学所所需需空间高速铁路隧道的的的设计特特点主主要体现现在隧隧道横断断面的的设计上上。其其横断面面面积积除了通通常要要考虑的的隧道道建筑限限界和和列车运运营要要求外，还还必必须考虑虑满足足列车—隧道道空气动动力学学的要求求。根根据我国国高速速铁路隧隧道的的规定，要要满满足最大大瞬变变压力控控制标标准值3.0kkPa/33s的要求,,即列车横横断断面积与与隧道道横断面面积的的比值,这里里的隧道道横断断面积，通通常常是指轨轨道面面以上的的断面面积。我我国高高铁隧道道阻塞塞比暂为0.10～0.12。章慧健，龚伦，仇文革，等．隧道分部开挖的围岩松动区演变分析［J．岩土工程学报，2014，36(12):2323－2329．国家法国德国意大利日本西班牙列车最高速度(km/h)270250250300220240300列车横断面积(㎡)109.712.612.610隧道横断面积(㎡)718253.87660.563.875阻塞比0.13~0...150.130.180.130.21~0...220.20~0...210.13线间距(m)4.24.74.04.24.34.5~4.777表2-1一些国国国家高速铁铁路路隧道的的基本本参数2.2高速铁路路路隧道与与普通通铁路隧隧道的的不同点点2.2.1空空空气动力学学问问题当高速列车在隧隧隧道中运运行时时要遇到到空气气动力学学问题题，为了了降低低及缓解解空气气动力学学效应应，除了了采用用密封车车辆及及减小车车辆横横断面外必取力构程增大有净积及在在洞口增增设缓缓冲结构构；另另外还有有其它它辅助措措施，如如在复线线上双双孔单线线隧道道设置一一系列列横通道道；以以及在隧隧道内内适当位位置修修建通风竖竖井、斜斜井或或横洞。2.2.2需采采采用复合合衬砌砌或整体体式衬衬砌高速铁路隧道的的的横断面面较大大，受力力比较较复杂，且且列列车运行行速度度较高，隧隧道道维修有有一定定的时间间限制制，复合合衬砌砌和整体体式衬衬砌比喷喷锚衬衬砌安全全，且且永久性性好，故故一般不不采用用喷锚衬衬砌。序号类别标准单线双线1200km/hhh客货共线线50m280m22200km/hhh客运专线线53m287m23250km/hhh客货共线线58m292m24250km/hhh客运专线线5350km/hhh客运专线线70m2100m22.2.3需需需采用较厚厚的的铺底混凝土土隧底结构由于在在在长期列列车重重载作用用及地地下水侵侵蚀的的影响下下极易易产生破破坏，从从而引起起基底底沉陷、道道床床翻浆冒冒泥等等病害，不不但但增加养养护维维修工作作量，而而且严重重影响响运营安安全，尤尤其是高高速铁铁路对隧隧道底底部的强强度较较普通铁铁路要要求更高高，且且高速铁铁路隧隧道断面面跨度度较大，因因此此要求高高速铁铁路隧道道铺底底厚度不不小于于30cm。高速铁铁路隧隧道衬砌砌必须须采用高高性能能混凝土土。2.3高速铁路路路隧道主主要技技术标准2.3.1隧隧隧道内轮廓廓隧道断面内轮廓廓廓主要依依据：：满足空气动力学学学效应满足足铁路建建筑限限界要求求养护护、维修修和救救援空间间要求求《200公里暂暂规》规规定：：单线隧隧道内内轨顶面面以上上净空面面积应应不小于500m2；双线隧隧道道内轨顶顶面以以上净空空面积积应不小小于880m2。《高速速暂暂规》规规定：：单洞双双线隧隧道断面面有效效面积不不宜小小于100mm2；单线隧隧道道断面有有效面面积不宜宜小于于70m2。2.3.2安全全全空间《高速暂规》规规规定：隧隧道内内安全空空间应应在距线线路中中线3.0mm以外，单单线线隧道设设在电电缆槽一一侧，多多线隧道道必须须设在两两侧。安全全空间尺寸寸：高度不不应小于2.2m，宽度不不应小于0.8m。2.3.3隧道道道衬砌隧道衬砌采用复复复合式衬衬砌或或整体衬衬砌，不不得采用用喷锚锚衬砌；；衬砌砌形式均均应采采用曲墙墙式，III～VI级围岩衬衬砌应采用用曲墙带仰仰拱，I、II级围岩地地段可采用用曲墙不带带仰拱。各各级围岩隧隧道结构及及仰拱填充充混凝土强强度等级不不应低于C25，钢筋混混凝土强度度等级不应应低于C302.3.4救援援援通道500m以上的的的隧道应应设贯贯通隧道道的救救援通道道，双双线隧道道设置置在两侧侧，单单线隧道道单侧侧设置。何本国，张志强，阚呈，等．基于拱效应的软岩大断面隧道锚杆作用效应研究［J］．武汉理工大学学报，2013，35(1):1－5．表2-2救援通通通道参数宽（m）高（m）距中线（m）200公里暂规规规1.252.2≥2.2高速暂规1.5≥2.2≥2.21.《200公公里暂暂规》规规定：长长度在在500m以上上的隧道道应设设贯通整整个隧隧道的援通双隧两设单隧单设救通5高2.2m，外侧距距线路中中线不不得小于2.2m。规规隧应置的援用于或部救援。救救援援通道应应设在在安全空空间一一侧，距距线路路中线不不应小小于2.3m。救援通通道行走面应不不低低于轨面面高程程。救援援通道道宽度不不应小小于1.5m，在装设设专业设设施处处，宽度度可减减少0.255m；净高高不应小小于22.2m。的规了了规预间控道断小但但与建筑筑限界界一起可可以作作为控制制隧道道横断面面宽度度的依据据。4.救援通道可可部部分侵入建建建筑限界界，因因为救援援通道道是在列列车停停运条件件下才才使用。5.根据德国规规范范，两端洞洞洞口救援援通道道的长度度，在在配备救救援列列车时为10000m，无无救援列列车时时为500mm，因为无无车车辆和带带有呼呼吸面罩罩的工工作人员员不能能完较距实计紧口与辅坑并虑根据德德国国规范，救救援援通道的的最小小宽度应应不小小于1.255m。2.3.5缓冲冲冲结构缓冲结构的作用用用：减缓缓列车车进入隧隧道产产生的空空气动动力学效效应。缓冲冲结构设置置情况：设设置缓冲结结构考虑因因素：列车车类型及长长度、隧道道长度及横横断面净空空面积、隧隧道内轨道道类型、洞洞口附近地地形和洞口口附近居民民情况。结结构形式应应实用美观观结构侧面面或顶面应应开减压孔孔，开孔面面积为隧道道断面有效效面积的0.2～0.3倍缓冲结构构宜采用钢钢筋混凝土土。2.3.6辅助助助洞室辅助洞室为存放放放维修工工具和和其他部部门需需要的专专用洞洞室。设置置情情况：洞洞室应应沿隧道道两侧侧交错布布置，每每侧布置置间距距应为500m左右右，洞室室尺寸寸宜参照照现《铁铁路隧道道设计计规范》大大避避车洞尺尺寸设设计。2.3.7隧道道道防排水在复合式衬砌隧隧隧道中，初初期期支护与与二次次衬砌之之间应应铺设防防水板板，隧道道两侧侧设有双双侧排排水沟。隧道处于于富富水地层层应采采用深排排水沟沟，其设设置情情况如下下：单单线隧道道，深深排水沟沟可设设在两侧侧原水水沟下方方；双双线隧道道，应应设中心心深排排水沟。隧隧道道衬砌背背后应应设置与与深排排水沟配套套的纵、环环向向排水盲盲沟。通过合理设置隧隧隧道应急急设备备，达到到隧道道灾害事事故早早发现、快快速速救援的的效果果。应急急设备备设置情情况：：紧急呼叫电话交错设置，间距距距500mm紧急出口通道两侧设置并设标标标示牌应急照明紧急出口、紧急急急电话和和通道道均设置置第三章隧道施施施工技术术3.1隧道施工工技术术简介影响施工方法的的的主要因因素：：（1）工程的重重要性性。一般由工工程程的规模模、使使用上的的特殊殊要求，以以及及工期的的缓急急体现出出来。（2）工程地质质与水水文地质质条件，其中包括括围围岩级别别、地地下水及及不良良地质现现象等等围岩级级别是是对围岩岩工程程性质的的综合合判定，对对施施工方法法的选选择起着着重要要的甚至至决定定性的作作用。（3）施工技术术水平平、机械械设备情情况。（4）施工中动动力和和原材料料供应情情况。（5）工程投资资与运运营后的的社会效效益和和经济效效益。（6）对环境的的保护护要求。（7）隧道的横横断面面积（和和围岩一一样重重要，是是主控控因素）、隧道的埋埋深深（隧道的埋埋深深与围岩岩的初初始应力力场及及多种因因素有有关，在在同样样的地质质条件件下，由由于埋埋深不同同，施施工方法法也有有很大差差异。）（8）施工单位位的习习惯做法法表3-1隧道施施施工工法的的对对比序号施工方法环境场地要求优点缺点发展方向1明挖法市郊施工场地开开开阔，软软岩和和土体，如如北北京和天天津地地铁进度快，工作面面面大，便便于机机械和大大量劳劳动力投投入破坏环境生态，影影响交通，带带来尘土和和噪声污染染1）有效井点降降降水系统；；2）可靠的支撑撑撑系统；3）大型土土方机机械，混混凝土土搅拌及及运输输机械2传统矿山法岩石和坚硬土体体体，如青青岛和和重庆地地铁地面干扰小，造价低进度慢，劳动强强强度高，风风险险大1）多臂钻孔台台台车，自动动装装药引爆装装置；2）光面爆爆破，喷喷锚支护护，监监控数据据反馈馈指导设设计和和施工方方法3暗挖法埋深较浅对土体体体进行冻冻结、注注浆、深深层搅搅拌桩加加固地地基，棚棚管法法加固，浅浅埋埋车站，如如北北京、哈哈尔滨滨等城市市地铁地面干扰小，造造造价低，便便于于土法上上马机械化程度低，劳劳动强度高高，环境恶恶劣，风险险大1）发展可靠的的的浅地层地地基基处理技技术；；2）小型灵灵活的的地下开开挖机机械；3）可靠的的临时时支护措措施和和机具4盾构法和顶管管管法城市软地层、深深深埋隧道道，如如上海、广广州州、北京京等城城市地铁铁地面影响小，机机机械化程程度高高，安全全，工工人劳动动强度度低，进进度快快机械设备复杂，价价格昂贵，施工工艺艺繁，专业业施工队伍伍1）开发适用不不不同地质条条件件，自动动更换换刀盘的的气压压、土压压泥水水平衡盾盾构和和顶管，超超前前探测排排障技技术；2）钢纤维维挤压压混凝土土衬砌砌;3）三维仿仿真计计算机管管理系系统，管管理信信息化，自自动动化；4）自动导导向，中中途对接接异型型盾构5沉管法(连续续续沉井)跨越江河湖海海海，软地地基，如如广州、宁宁波、上海过江江隧道道造价省，速度快快快，隧道道断面面大封锁江河水面，专专门的驳运运、下沉、对对接的机具具，水下作作业，风险险大1）大型涵管制制作作及驳运技技技术；2）地下定定位对对接、防防水技技术6凿岩机法（TBBBM）坚硬岩石地质，如如广州地铁铁速度快，机械化化化程度高高，安全，地地面无无干扰造价高，使用掌掌掌握复杂杂，刀刀具易磨磨损1）开发国产高高高性能凿岩岩机机；2）改进高高强合合金刀具具；3）完善后后配套套系统；4）超前不不良地地质探测测系统统方法的选择，是是是一项“模糊糊”的决策过过程，它它依赖赖于有关关人员员的学识识、经经验、毅毅力和和创新精精神。对对于重要要工程程则需汇汇集专专家们的的意见见，广泛论论证证。必要要时应应当开挖挖试验验洞对理理论方方案进行行实践践验证。从从目目前我国国高速速铁路趋趋势来来看，在今今后后很长一一段时时间内，仍仍以以采用新奥奥法法为主，这这也也符合世世界潮潮流。3.2隧道开挖挖方法法3.2.1全断断断面一次次开挖挖法全断面一次开挖挖挖法适应条条件件：Ⅲ、Ⅱ、ⅠⅠ级围岩，大型施工工机机具(钻孔台车车、模模板台车车等))，中长隧道道（经济性考考虑虑）。全断断面开挖挖的优点点:工序少，相相相互干扰扰少，便便于组织织施工工和管理理；工工作空间间大，便便于大型机机械械化施工工；施施工进度度高，目目前，我国国铁路隧道一一般般都能保保持月月进成洞洞平均均150m左右，高者者已已接近3000m／月,施工环环境较好好。台启民，张顶立，房倩，等．暗挖重叠地铁隧道地表变形特性分析［J］．岩石力学与工程学报，2014，33(12):开挖施工程序：：：①用钻孔台车，钻钻钻眼，然然后装装药、联联接导导火线；；②退出钻孔台车车车，引爆炸炸药药，开挖挖出整整个隧道道断面面；③排除危石，安安安设拱部锚锚杆杆和喷第第一层层混凝土土；④用装碴机将石石石碴装入出出碴碴车，运运出洞洞外；⑤安设边墙锚杆杆杆和喷混凝凝土土；⑥必要时可喷拱拱拱部第二层层混混凝土和和隧道道底部混混凝土土；⑦开始下一轮循循循环；变变后或工织定期灌注内层层衬衬砌。3.2.2台阶阶阶法台阶法中包括长长长台阶法法、短短台阶法法和超超短台阶阶法等等三种，其其划划分一般般是根根据台阶阶长度度来决定定的。适用条件:跨度度度较大，围围岩岩较破碎碎的情情况。台阶阶法法适用于Ⅲ、ⅣⅣ级围岩地地层层和洞口口段、偏偏压段、浅浅埋埋段的Ⅰ～ⅣⅣ级硬岩地地层层和Ⅱ、Ⅲ级级软岩地地层，但但应视具具体情情况采取取超前前大管棚棚、超超前锚杆杆、超超前小管管棚、超超前预注注浆等等辅助施施工措措施进行行超前前加固，并并根根据工程程实际际、地层层条件件和机械械条件件，选择择合适适的台阶方式。选择台阶长度的的的条件：(1)初期支护护护闭合环环的时时间要求求。围岩越差差，闭闭合时间间要求求越短，台台阶阶必须缩缩短。(2)施工机械械械的效率率。效率高，则则则可以缩缩短支支护闭合合时间间，台阶阶可适适当加长长。原原则：希希望初初期支护护尽快快闭合。围岩不好时，应应应以条件⑴为为主；围围岩较较好时，应应以以条件⑵为主主。长台阶法：：将断面分成上半半半断面和和下半半断面两两部分分进行开开挖，上、下断面相相距较较远，一一段上上台阶超超前50m以上或大大于5倍洞跨。适用条件：适用用用范围较较全断断面法广广泛，凡凡是在全全断面面法中开开挖面面不能自自稳，但围围岩坚硬不不用底拱封封闭断面的的情况，都都可采用长长台阶法。2)短台阶法台阶缩短：（1～1.5）B≤L＜5B,特点：①支护闭合时间间间加快，围围岩岩稳定性性增加；②台阶缩短加大大大了对下台台阶阶施工的的干扰。适用于：Ⅴ、ⅣⅣⅣ级围岩3)超短台阶法法法上台阶长度仅为为为3～5m。特点：更有利于于于控制围围岩变变形，但但上下下台阶相相隔太太近，施施工干干扰大。适用于：软弱破破破碎围岩(ⅤⅤ、Ⅵ级围岩岩)4)施工工序短台阶施工注意意意：①下半断面开挖挖挖应在上半半断断面初期期支护护基本稳稳定后后才能进进行；②开挖后要及时时时喷砼，暴暴露露时间愈愈长愈愈不安全全；③量测要及时，当当位移速度度加快时，应应立即采取取措施。将3种台阶法放放在在一起比较较较：区别别主要要在台阶阶长度度。表3-2三种种种分部开挖挖法分部开挖方法特点适用于环形开挖留核心心心土法①留核心土支顶顶顶工作面，稳稳定性优于超超短台阶法：：②进度慢。土质或易坍塌的的的软弱围围岩；；小型施施工机机具。单侧避导坑法①洞室开挖跨度度度减小，有有利利于围岩岩稳定定；②导坑要闭合，增增增加了材材料用用量；③进度慢。断面跨度大，对对对地表沉沉陷有有控制要要求的的软弱。双侧壁导坑法①双导坑，使洞洞洞室最大开开挖挖跨度更更小，稳稳定性增增加；；②耗材增加；③进度慢。对地表沉陷要求求求更高，或或跨跨度更大大的隧隧道。3.3新奥法法法新奥法即新奥地地地利隧道道施工工方法的的简称称，简记记为NATMM（NewAAustrraainTTunneelllinngMetthodd）。新奥法法概念是是奥地利学学者拉布布西维维兹教授授于50年代提出出的，它它是以隧隧道工工程经验和和岩体力力学的的理论为为基础础，将锚锚杆和和喷射混混凝土土组合在在一起，作为为主主要支护护手段段的一种种施工工方法，经经过过一些国国家的的许多实践践和理论论研究究，于60年代取得得专利利权并正正式命命名。3.3.1新奥奥奥法特点1.及时性新奥法施工采用用用喷锚支支护为为主要手手段，可可以最大大限度度地紧跟跟开挖作业业面施施工，因因此可可以利用用开挖挖施工面面的时时空效应应，以以限制支支护前的变变形形发展，阻阻止止围岩进进入松松动的状状态，在在必要的的情况况下可以以进行行超前支支护，加加之喷射射混凝凝土的早早强和和全面粘粘结性性因而保保证了支护护的及及时性和和有效效性。在在巷道道爆破后后立即即施工以以喷射射混凝土土支护护能有效效地制制止岩层层变形形的发展展，并并控制应应力降降低区的的伸展展而减轻支支护的的承载，增增强强了岩层层的稳稳定性。2.封闭性由于喷锚支护能能能及时施施工，而而且是全全面密密粘的支支护，因此此能及时有有效地防止止因水和风风化作用造造成围岩的的破坏和剥剥落，制止止膨胀岩体体的潮解和和膨胀，保保护原有岩岩体强度。当喷射混凝土支护以较高的速度射向岩面，很好的充填围岩的裂隙，节理和凹穴，大大提高了围岩的强度；同时喷锚支护起到了封闭围岩的作用，隔绝了水和空气同岩层的接触，使裂隙充填物不致软化、解体而使裂隙张开，导致围岩失去稳定。3.粘结性连锁作用：即将将将被裂隙隙分割割的岩块块粘结结在一起起,若围岩的某某块危危岩活石石发生生滑移坠坠落，则则引起临临近岩岩块的连锁锁反应，相相继丧丧失稳定定，从从而造成成较大大范围的的冒顶顶或片帮帮。开开巷后如能能及时时进行喷喷锚支支护，喷喷锚支支护的粘粘结力力和抗剪剪强度度是可以以抵抗围围岩的局局部破破坏，防防止个个别围岩滑移和和坠落，从从而保持围围岩岩的稳定定性。复合作用：即围围围岩与支支护构构成一个个复合合体（受受力体系）共共同支支护围岩岩。喷喷锚支护护可以以提高围围岩的的稳定性性和自自身的支支撑能能力，同同时与与围岩形形成了了一个共共同工工作的力力学系系统，具具有把岩石石荷荷载转化化为岩岩石承载载结构构的作用用，从从根本上上改变变了支架消消极承承担的弱弱点。增加作用：开巷巷巷后及时时进行喷锚锚支护护，一方方面将围岩岩表面的的凹凸不不平处处填平，消消除除因岩面面不平引起的应应力集中现现象，避避免过大大的应应力集中中所造造成的围围岩破破坏；另另一方方面，使巷巷道周周边围岩岩由双双方向受受力状状态，提提高了了围岩的的粘结结力和内摩摩擦角角，也就就是提提高了围围岩的的强度。4.柔性喷锚支护属于柔柔柔性薄性性支护护，能够够和围围岩紧粘粘在一一起共同作作用，由于于于喷锚支支护具具有一定定柔性性，可以以和围围岩共同同产生生变形，在在围岩岩中形成成一定定范围的的非弹弹性变形形区，并并能有效效控制允许许围岩塑塑性区有有适度度的发展展，使使围岩的的自承承能力得得以充充分发挥挥。另一一方面，喷喷锚锚支护在在与围围岩共同同变形形中受到到压缩缩，对围围岩产产生越来来越大大的支护护反力力，能够够抑制制围岩产产生过过大变形，防防止围岩岩发生生松动破破坏。3.3.2新奥奥奥法原理1）支护-围岩岩岩共同作用用原原理围岩既是生产支支支护荷载载的主主体，又又是承承受岩层层荷载载的结构构，支支护-围整相用共担岩摒弃去体对护结构构的荷载载采用厚厚衬砌砌的传统统做法法。围岩压力是变形形形压力和和松动动压力的的组合合，大部部分压压力(特别是是变形压压力))由围岩自自身身承担，只只有有少部分分转移移到支护护结构构上；支支护荷荷载既取取岩性又决护构度支间围松区和围围岩内的的二次应应力状状态又与与支护护结构的的性质质和支护护时间间有关。2）柔性支护观观观点支护刚度不必太太太大，当当支护护做完后后，能能与岩体体一起起生产一一定的的位移，释释放放部分变变形能能，但又又能使使支护足足以保保持平衡衡，保保持围岩岩稳定定。柔性性支护护，尽早早支护护，既及及时封封闭围岩岩，防防止风化化，又又能释放放变形形能，合合理利利用围岩岩与支支护共同同承担担应力调调整过过程中的的所有有作用。支支护护结构为为闭合合环，锚锚喷网网综合支支护主主要支护护手段段。3.4隧道开开开挖光面爆爆破破技术光面爆破技术约约约在1950年发源于于瑞典典，19522年在加拿拿大大首次应应用。光光面爆破破的实实质是一一种控控制岩体体开挖挖轮廓的的爆破破技术，下下图图是一个典典型型的光面面爆破破炮眼效效果图图。3.4.1光面面面爆破特点(1)爆破后成成成型规整整，符符合设计计轮廓廓，特别别在松松软岩层层中更更能显示示出光光面爆破破的作作用。光光面爆爆破后通通常可可在新形形成的的壁面上上残留留清晰可可见的的半边孔孔壁痕痕迹。（2）光面爆破破可可以大大减减减少巷道道的超超挖量，提提高高施工质质量，加加快施工工进度度，节省省大量量的混凝凝土衬衬砌浇筑筑量。（3）光面爆破破对对围岩的破破破坏要轻轻微得得多。根根据声声波探测测表明明，采用用光面面爆破时时，围围岩松弛弛带的的范围只只是常常规爆破破方法法的1/3~~1/2，从而提提高了了围岩的的稳定定性，减减少了了支护工工作量量；采用用光面面爆破，围围岩岩的壁面面平整整，危石石少，撬撬顶工作作简单单，减轻轻了表表面应力力集中中现象，避避免免局部冒冒落，增增进了围围岩的的稳定和和施工工安全，并并为为喷锚支支护的的使用创创造了了有利条条件。3.4.2光面面面爆破的优点点对掘进巷道来说说说，爆破破顺序序是掏槽槽、崩崩落，最最后周周边眼光面面爆爆破。在在巷道道掘进中中采用用光面爆爆破具具有以下下优点点：①光爆锚喷施工工工质量好，减减少了围岩的的位移、松动动和破坏，增加了安安全性。唐山山地震后，曾曾对开滦煤矿矿井下45115m光爆锚锚喷巷道作了了震后检查，完完好率达955%。对掘进巷道道来说，爆破破顺序是掏槽槽、崩落，最最后周边眼光光面爆破。在在巷道掘进中中采用光面爆爆破具有以下下优点：②减少超挖、节节节约材料，降降低了成本。根据徐州矿务局局局统计，成成本本大约降降低30%。据大秦线线铁路路施工统统计，在在19km隧道掘进进中，如如每循环环超挖10cm，则相当当于多多挖1km相同断面面隧道道；全国国每年年各类巷道道进尺约50000kmm，相当于于多挖挖250kkmm，浪费10多亿元。3.4.3光面面面爆破技术总结光面爆破的优点点点在完整整岩体体中十分分明显显，可以以直观观地感到爆爆破后的开开开挖面光光洁平平整，岩岩体完完整，爆爆破裂裂隙不发发育，给人人以安全感感感。在松软软的岩石石中，特特别是是在一些些不均均质的岩岩体和和构造发发育的岩体体中采采用光面面爆破破在减轻轻围岩岩的破坏坏，减减少超挖挖以及及避免产生生冒顶顶等方面面，仍仍起到很很大作作用。第四章隧道支支支护与衬砌砌4.1初期支护护护隧道开挖后，为为为控制围围岩应应力适量量释放放和变形形，增增加结构构安全全度和方方便施施工，隧隧道开开挖后立立即施施作刚度度较小小并作为为永久久承载结结构一部分分的的结构层层，称称为初期期支护护。隧道道工程程中初期期支护护一般采采用锚锚喷网结结构形形式。包包括喷喷射混凝凝土、锚锚杆、钢钢筋网网和钢架架等单单一或组组合的的支护形形式。初期支护特点：：：及时性：喷射早早早强砼，能能迅迅速给围围岩提提供支护护抗力力；密贴性：喷射砼砼砼与围岩岩能全全面密贴贴粘结结；深入性：锚杆可可可深入围围岩一一定深度度加固固围岩，形形成成承载圈圈。柔性：容易调节节节围岩变变形，可可控制围围岩塑塑性变形形适度度发展，发发挥挥自承能能力；；封闭性：可阻止止止水对围围岩的的侵蚀而而引起起风化等等。工序流程：爆破破破或开挖挖后应应首先清清除浮浮石或修修边，然然后立即即进行行初喷混混凝土封闭闭围岩岩，以期期充分分发挥围围岩的的自稳能能力。出出碴结束束后，再再根据围围岩级级别施作作拱架架、锚杆杆、挂挂网、及及复喷喷混凝土土至设设计厚度度。1、初期支护————钢拱架钢架分型钢钢架架架与格栅钢架架两种，一一般应应与锚杆杆、喷喷混凝土共共同使用用。2、初期支护————锚杆1）、锚杆的类类类型:隧道支护护用锚锚杆一般般包括括普通砂砂浆锚锚杆、水水泥锚锚杆、药药包锚锚杆（树树脂锚锚杆）、锁锁脚脚锚管（摩摩擦锚杆)、径径向螺纹纹钢锚锚杆。2）、锚杆的力力力学作用①悬吊作用:将将将不稳定岩岩层层悬吊在在坚固固岩层上上，阻止止围岩移移动滑滑落。②减跨作用在隧隧隧道顶板岩岩层层中打入入锚杆，相相当于在在顶板上上增加加了支点点，使使隧道跨度度减小，从从从而使顶顶板岩岩体应力力减小小。③组合梁作用在在在岩层中打打入入锚杆，将将若干薄弱弱岩层层锚固在在一起起，类似似将叠叠合的板梁梁变成组合合合梁，提提高岩岩层的承承载力力。④整体加固作用用用锚杆群锚锚入围围岩后，其其两端附近近岩岩体形成成圆锥锥形压缩缩区，按按照一定定间距排列列列的锚杆杆在锚锚固力作作用下下构成承载载环。3、初期支护————铺设钢筋筋网片片4、初期支护————喷砼4.2隧道衬衬衬砌铁路隧道作为地地地下结构构物，除除了应满满足铁铁路运输在在使用上上的要求求外，还还必须具具有耐耐久性。一一般除除了地质质坚硬硬、不易易风化化的I级围岩外，都都应施施作混凝凝土衬衬砌。所所以，模模筑整体体混凝凝土衬砌砌在传传统上就就是持持久保证证隧道道功能的重重要要结构。隧道衬砲裂缝的的的分布与与外荷荷载的大大小及及分布形形式紧紧密相关关。在在偏压条条件下下，无论论是地地形偏压压还是是地质引引起的的偏压，很很小小的偏压压作用用都会引引起衬衬砲裂缝缝的产产生。地地形偏偏压情况况下，衬衬砲拱腰腰部位位易出现现裂缝缝，隧道道覆土土较深侧侧衬砲砲拱腰会会出现现数条间间距均均匀的裂裂缝，其其中某条条裂缝缝比周围围其它它裂缝深深；隧隧道覆土土较浅浅侧衬砌砌拱腰腰裂缝少少而浅浅。偏压压情况况越严重重，裂裂缝数量量越多多，裂缝缝间距距越密，裂裂缝缝深度越越深。地地质偏压压情况况下，靠靠近节节理、裂裂隙及及断层等等不良良地质围围岩侧侧衬砌会会产生生数量较较多，深深度较深深的裂裂缝，随随着地地质条件件恶劣劣程度的的加深深，險道道拱顶顶、拱顶顶偏节节理、