超大断面隧道开挖技术(获奖版)

超大断面隧道分部开挖施工技术
一、扩大断面隧道研究背景、国内外现状
随着国家对基础建设的逐步完善，我国的高速铁路建设又进入了一个新的大发展时期。

由于铁路等级的提高和交通量的剧增，包括大断面在内的各类铁路隧道数量会进一步增加。

目前，国内大力发展的客运专线铁路基本上都是一次建成双线，同时考虑工程技术作业空间、内部配件空间、安全空间、救援通道以及考虑空气动力学的影响所需，客运专线铁路隧道设计内净空面积达到100m2以上。

哈大客运专线设计时速达350Km/h，隧道最大开挖面积205m2，隧道断面内轮廓净面积134.66m2，开挖工序比较繁琐，施工难度较高。

目前在国内，如此大断面的双线铁路隧道开挖施工是一个全新的课题，国外也很少有类似的经验可作参考（各国高速铁路隧道净空面积见下表所示）。

本文对客运专线大断面浅埋隧道开挖技术做系统研究，以供同仁们共同商榷和探讨。

二、工程概况
笔架山隧道位于普兰店湾北一公里处，隧道进口里程DK67+255，出口里程DK67+600，隧道全长345m；隧道位于直线上，隧道内进口至DK67+450为16‰的
上坡，DK67+450至出口为3‰的上坡，隧道最大埋深约31m。

笔架山隧道地层岩性：隧道分布古界蓟县系泥岩、砂岩，局部表覆第四系
全新统坡洪积层细角砾土。

地质构造：依据区域地质资料，笔架山隧道区位于新华夏构造体系钓鱼台-邓屯-李店构造带上，根据物探资料分析隧道区中部为一褶皱，其北翼岩芯极其破碎。

三、笔架山隧道开挖-CRD法施工
笔架山隧道开挖采用CRD法施工，CRD法源于日本，是中壁法和台阶法的综合，一般用于Ⅳ级围岩，为了更好的控制围岩变形时采用；同时由于本隧道为满足运梁车通过且为浅埋偏压隧道，故采用此方法施工。

施工初期按照原设计进行施工，但是施工进度较慢，主要原因是该隧道属于山岭隧道，开挖需要爆破作业，使得整个施工环节属于单工序作业。

由此造成大量的人员、机械、设备处于闲置状态。

按照全断面进行计算平均每月最多进尺30m，严重影响施工进度。

因此实际施工过程对开挖、支护体系转换等工序进行了优化。

1.原设计施工情况
隧道围岩级别为Ⅲ、Ⅳ级，全部采用Ⅳ级支护方式。

全隧道为浅埋隧道，暗挖段全部采用交叉中隔壁（CRD）法施工， CRD主要施工方法是将隧道分成四个小断面洞室施工，同侧上下部施工间距不宜大于8m,同一层左右部施工间距不宜大于15m,每部开挖后及时施作临时仰拱和初期支护，使分部支护成环，开挖采用弱爆破设计，隧道洞身二次衬砌均在初期支护收敛变形趋于稳定后施作 (
2.实际开挖施工情况
实际施工过程经过组织三次相关方对优化方案进行论证，初步将笔架山隧道CRD施工工法进行部分优化，最终确立CRD施工优化方案如下：
（1）中隔壁改为竖撑，通过钢型进行连接，取消喷射混凝土。

临时仰拱改为水平支撑，取消喷射混凝土。

（2）②、④部开挖初期支护采取分步开挖，当开挖②部时在④部拉槽打坡道保证①、③部施工进度。

（3）仰拱施作按照先拆除不超过2.0m范围内临时支撑，初期支护封闭成环后继续拆下一段不超过2.0m的临时支护。

待支护封闭达到6.0m后应立即施作衬砌仰拱砼。

为保证开挖仰拱时初期支护的稳定性，在原设计原则上每脚增设2根锁脚锚管。

（4）观测收敛稳定后，拆除6～8米中隔壁底节单元，分2～3次拆完，拆除过程及时观测，完成后施作仰拱砼。

(5) 隧底填充砼施作完成后，根据量测结果确定是否拆除剩余的临时支
撑。

(6)为保证安全，拆除底节临时支撑前应检查每个连接部位及钢架纵向连
接情况。

实际施工情况
3．优化后施工工序注意事项：
（1）为保证上部爆破作业时，钻孔台架安全，其最短施工距离控制为20m，并作为机械装碴平台。

装碴、运输机械进出导洞长度20m(坡度19%)，台阶长度共40m。

即①②工序之间、③④工序之间间隔40m。

（2）为减少相邻作业面爆破作业干扰，隧道开挖①③工序之间、②④工序之间间隔10m。

（3）各工序循环开挖进尺1~2榀拱架。

（4）初期支护、临时支护之中隔壁必须随开挖紧跟。

上部临时仰拱设置，在下部施工前必须设置，其设置为上部施工长度减40m 台阶长度。

（5）①、③工序开挖采用光面爆破，②、④工序开挖采用预裂爆破，严格控制炸药用量，采用减弱爆破方式。

（6）仰拱砼随工序④施工而进行，距其掌子面10m 。

导洞施工在下部工序已完成，转到上部施工前施工，采取预裂爆破方式施工。

见下图示。

（7）临时支护拆除时间根据量测结果确定，拆除顺序为先横撑，后拆除中隔壁。

临时支撑距衬砼距离不大于12m ，并视情况，采取临时支顶措施。

四，超前地质预报与监控量测在扩大断面隧道作用
隧道施工通过超前地质预测预报、监控量测，主动获取地质信息，及时发现异常情况，预报开挖面前方不良地质的位置、规模和性质，以避免突发性地质灾害的发生，为优化、完善设计，制定科学、合理的施工方法提供地质信息依据。

为施工提前做好准备，及早制定预案，采取相应的技术和安全措施，以保证施工的正常、安全进行。

笔架山隧道在施工过程中，除做好监测必测项目同时还通过预埋传感器采集
CRD法施工开挖步序示意图
一般地段Ⅲ-Ⅲ
Ⅲ
洞口地段Ⅲ-
数据分析围岩稳定性，为初期支护的调整提供依据，确保施工及结构安全，指导下一步施工。

通过多方努力，现笔架山隧道已经正式贯通，取得了经济、进度两丰收。

四、高速铁路大断面隧道存在的关键技术问题
1.施工指导问题
由于大断面隧道在断面面积和跨度上具有鲜明的特点，由此引发了诸多的相关工程问题（例如支护形式、支护参数、施工方法、围岩稳定、工程措施与工程造价等），使得大断面隧道施工没有一个较为明确、实用的规范作指导。

因此在施工过程中应采取必要的监控手段对隧道的支护进行优化，保证安全、进度、效益受控。

2.防排水技术
隧道防排水是一项综合工程，需要材料匹配、设计合理、施工精良、检验有力、维护有效。

从工程结构方面来说，它是初期支护、防水层、排水网络、衬砌结构共同作用的结果，哪一方面出现问题，都可能导致整个防水体系的失效。

隧道在施工阶段对隧道防排水工程的质量进行严格控制，才能从根本上减少或避免隧道渗漏水，事后补救效果往往欠佳。

因此，笔架山隧道通过对施工人员培训，原材检验，施工过程采取多控手段来保证全包防水效果。

五、结论
1. 由于大断面隧道在断面面积和跨度上具有鲜明的特点，使得大断面隧道施工没有一个较为明确、实用的规范作指导根据隧道工程特点，制定切实可行的施工方案是隧道施工能否正常进行的关键。

2.不良地质的施工量测尤为重要，围岩较差地段要提前做好预测预防措施，同时要尽早施做仰拱，及早使断面封闭成环。

坚持“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，早成环，勤量测”的原则，
3.大断面隧道CRD法施工虽然工序繁琐，但是只要能合理的安排人员和机械，控制好施工工序和施工要点，一定可以保证施工顺利安全进行。

高速铁路建设是当今世界各国铁路建设的趋势。

我国是一个多山的国家，随着高速铁路的发展以及铁路运输量的迅速增加，大断面隧道必将成为未来我国高速铁路建设的一个重要组成部分。

并且，目前大断面隧道的施工建设有很多新技术、新工艺、新标准值得我们去探讨，这需要我们不断学习，勇于创新。

设计人员精心设计、施工人员精心施工，相信我们一定能够实现铁道部党组制定的“建设一流客运专线”的目标，隧道主体结构实现“零缺陷”。