大断面隧道
城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法
城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法城市隧道大断面软弱围岩开挖施工工法一、前言随着城市规划的不断发展，越来越多的大断面软弱围岩隧道需求出现。
然而，大断面软弱围岩对隧道施工提出了巨大的挑战，因此需要有一种专门的施工工法来应对这一问题。
本文将介绍一种适用于城市隧道大断面软弱围岩开挖施工的工法，该工法具有独特的特点和适应范围，并且经过实践验证，具有较高的可行性和可靠性。
二、工法特点这种工法的特点主要包括：高压注浆加固、分段开挖、快速支护和仪器监测系统。
采用高压注浆加固可以增强围岩的抗压和抗剪强度，提高其稳定性；分段开挖可以减小开挖面积，降低围岩的变形和应力集中程度；快速支护可以及时保护开挖面，防止围岩松动和坍塌；仪器监测系统可以实时监测围岩的变形和位移，及时调整施工工艺。
三、适应范围该工法适用于大断面软弱围岩的城市隧道开挖施工，可以在软弱围岩条件下保证施工的安全和稳定，适用于不同地质条件和复杂施工环境的隧道工程。
四、工艺原理该工法的实施原理是将高压注浆材料注入围岩中，通过固化增强围岩的抗压和抗剪强度，使其能够承受开挖引起的变形和应力。
在开挖过程中，采用分段开挖的方式，先开挖一部分围岩，然后及时进行支护，防止围岩的松动和坍塌。
同时，通过仪器监测系统对围岩的变形和位移进行监测，及时调整施工工艺，保证施工的安全和稳定。
五、施工工艺该工法的施工工艺包括：洞口处理、预制段安装、注浆加固、分段开挖、快速支护、边墙施工和仪器监测。
在施工过程中，首先对洞口进行处理，提高围岩的稳定性。
然后进行预制段的安装，通过高压注浆加固，增强围岩的力学性能。
接下来进行分段开挖，并及时进行快速支护，保护开挖面。
在开挖过程中，还需要进行边墙施工，保证施工的连续性。
最后，通过仪器监测系统对围岩的变形和位移进行实时监测，及时做出调整。
六、劳动组织该工法的劳动组织需要有一个合理的施工团队和管理体系。
施工团队需要具备丰富的隧道开挖经验和技术能力，能够熟练操作相关机具设备和使用工法所需的材料。
超大断面隧道开挖技术
三、CRD法施工
3.施工工序间距
CRD法施工开挖步序示意图
3 1
3
1
3部 施工 导洞
1部 施工 导洞
4
2
3部 施工 导洞
1 部 施工 导洞
4
2
一般地段Ⅲ-Ⅲ Ⅲ
4
洞口地段Ⅲ-Ⅲ
Ⅰ
视稳定情况临时支撑待拆除段
水平支撑段
3 部施工导洞
3
Ⅰ
二次衬砌施工段
2
水平支撑段 水平支撑段
1
1 部施工导洞
Ⅱ
Ⅱ
仰拱已施工段
德
国
汉诺威～维尔茨堡 曼海姆～斯图加特 汉诺威～柏林
科隆～法兰克福 马德里～塞维利亚 汉城～釜山 台北～高雄
西班牙 韩 国 中国台湾
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‰的上破；隧道最大埋深约 31m。
初期仰拱施工段
Ⅲ
三、CRD法施工
4.施工步骤
（1）超前支护
进洞时拱部采用φ 108 大管棚配合小导管超前注浆加固地 层，其它地段拱部采用超前小导管超前注浆加固地层。 超前支护类型及参数
序 号 超前支护类型 使用范围 洞口段 DK67+272～DK67+292 DK67+543～DK67+583 暗洞段 DK67+272～DK67+583 参数 Φ 108×5mm热轧无缝钢管，环向 间距30cm，节长3m、6m，仰角 1°，长度80m。注浆压力0.71.0Mpa。 L=3.5m外径42mm，壁厚3.5mm热 轧无缝钢管，仰角10°，环向间 距50cm，注浆压力0.4-0.6Mpa
大断面公路隧道(参考资料)
仅供借鉴@大断面公路隧道施工技术成果报告完成单位：中铁十八局集团第四工程有限公司依托项目：昆明东南绕城负责人：二零一四年四月十七日仅供借鉴@ 目录第一章工程概况 (1)1.1 工程概况 (1)1.2主要内容 (1)1.3工期目标 (2)1.4总体施工组织布置 (2)1.4.1组织机构设置 (2)1.4.2施工队伍安排及任务划分 (2)1.4.3 施工进度安排 (2)1.5临时设施方案 (3)1.5.1项目经理部及施工队布置 (3)第二章隧道施工 (5)2.1 施工方案 (5)2.2施工方法 (5)2.2.1 洞口及明洞施工 (5)2.2.2 中导洞施工 (6)2.2.3 正洞导坑的开挖及初期支护 (7)2.2.4 洞内防排水施工 (9)2.2.5洞身衬砌 (9)2.2.6 洞内施工辅助作业 (11)2.2.7 地质超前预报和现场监控量测 (11)2.3技术措施 (14)2.3.1隧道防坍方 (14)2.3.2 隧道防渗、防漏 (15)2.3.3喷射混凝土 (15)2.3.4 二次衬砌 (16)2.4 主要施工机械设备及试验仪器 (16)第三章项目经费支出 (19)仅供借鉴@ 第一章工程概况1.1 工程概况国道主干线昆明绕城公路是国家高速公路网城市绕城环线和云南省干线公路“9210”骨架网的环线之一，本项目的建设是扭转昆明交通“外拥内堵、过境交通线缺乏”的局面，加快客、货流通，实现低碳经济，快速推进滇中城市经济圈建设的需要，也是加快国家高速公路网建设的需要。
本工区段起于项目起点北羊街镇大村以东山梁上K24+750，路线由西北向东南丘陵区布线，经岔河村、马鞍山村、回香村、贾家村、北羊街、宋家营、曾家营、宋家营、宜良北老古城等地，止于宜良北老古城以西南盘江边K40+700。
路线全长15.948Km。
本项目全线采用设计速度为80Km/h的双向六车道高速公路标准建设，整体式路基宽度32m，分离式路基宽度2×16m，桥梁设计荷载为公路-Ⅰ级，其余技术指标按《公路工程技术标准》JTGB01-2003执行。
超大断面隧道开挖方法
超大断面隧道开挖方法辜建军(中铁二十三局集团第三工程有限公司，四川成都61I130)应用科技j__1毡蕊-誉瓢疑镪≈崃藿飞奎曦商畏警文拳褥鬻磷谖警撼嚣除法薅獠禽瓷蠢撩海等多穗谴芙冁煎隧遘蠢猿灏篱祷攀誊．i i；i}i≮《。
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j随着国内铁路等建设进入新的大发展时期，大断面隧道数量也随之增加，在大断面隧道开挖施工中由于需要考虑工程技术作业空间、内部配件空间、安全空间、救援通道以及空气动力学的影响等多方面因素而使隧道开挖难度大大增加，也使得隧道开挖成为全线控制的关键环节。
1全断面开挖法全断面开挖具有较大的工作空间，适用于大型配套机械施工，且其施工速度快，并由于是单工作面作业而便于施工组织和管理；但由于该种方法开挖面大而导致围岩相对稳定陛刚氐，同时由于每循环工作量相对较大要求有较强的开挖、出渣能力及相应的支护能力。
该种工艺施工时宜采用液压凿岩台车，隧道较短则可采用多功能台架气腿凿岩钻7L 技术：装渣则宜采用大斗容的铲装机、挖装机或装载机，锚杆施工可根据现场情况选用凿岩台车、锚杆台车或锚杆钻机，混凝土喷射应采用喷射能力不小于5m3／h的湿喷机，条件允许则可采用集装料、配料和喷射于—体的喷射三联机。
全断面开挖应有较大的断面进尺比以求获得较好的爆破效果，但由于开挖断面大、用药量大导致爆破引起的震动较大，因此需进行严格的爆破设计，对于有严格振动要求的隧道应采用可刚氐炸药用量30％，爆破振动减小50％的下导洞超前法开挖。
2台阶法所谓台阶开挖法即是将断面横向分割为两个或三个部分来分别进行开挖，其根据地质条件、断面大小和机械配备隋况可分为两台阶或三台阶，台阶开挖法对围岩的使用范围很广，对开挖设备的配置较全断面法要求低，但采用该种方法施工应注意台阶长度的选择，一般根据初期支护形成闭合断面的时间要求和上半断面施工时开挖、支护以及出渣等机械设备所需空间大小要求进行选择，—般在钻爆法开挖的石质隧道内采用长台阶法而在机械开挖的土质隧道内采用短台阶法。
大断面隧道设计技术
大断面隧道设计
高速铁路的大断面隧道与公路大断面隧道相比要小得多。
高速公路隧道断面积达到170 - 200m2，局部断面积甚至达230m2开挖 宽度达23m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 上的张茅隧道（全长8483米），其最大开挖断面面积达164平方米。
• 车头形状
– 选择长细比大的流线形车头是缓解微气压波的一个重要措施
空气动力学效应
空气动力学效应影响的解决办法： • 扩大隧道断面
– 从经济、技术的合理性出发，采用相对比较富裕的 净空有效面积。
• 密封车辆
– 通过提高车辆的密封性来减小瞬变压力对乘客的影 响。
• 设置辅助坑道
– 合理设置的辅助坑道(斜井、竖井和横洞)能缓解压 力波动的程度。
中等断面 大断面 超大断面
10-50 50-100 >100
大断面隧道
我国高速铁路隧道净空有效面积标准（m2） 类别 200km/h 客运专线兼顾货物运输 单线 双线
52（53.6） 80(85)
250km/h 高速铁路 300～350km/h 高速铁路
58(60) 70
92 100
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。
我国第一条地铁－北京地铁
• 北京地铁是我国第一条地铁，一期工程于1965年动工，
1969年10月通车试运行，宣告了中国没有城市地铁历史的 结束。
国内公路大断面隧道 最大宽度：33 m
世界海拔最高的隧道－风火山隧道
青藏铁路重点难点控制工程风火山隧道坐落于海拔超过5000 米的青藏高原风火山上，全长1338米，轨面海拔高程为 4905米，比秘鲁铁路的海拔最高点4817米高出88米，是世 界海拔最高的隧道 。为修建该隧道，施工单位研制建成 了两座每小时可生产24立方米医用氧的世界海拔最高的大 型医用制氧站，对洞内实行弥漫式供氧和氧吧车供氧。
大断面黄土隧道施工技术分析
大断面黄土隧道施工技术分析公路建设规模在社会经济发展的促进作用下而逐步扩大，施工期间易遇到较复杂的地质条件，不利于工程建设工作的顺利开展。
黄土地区的地质条件特殊，于该处施工大断面隧道时，易诱发质量问题甚至安全事故。
对此，需要从实际建设条件出发，引入先进的施工技术，切实提高大断面黄土隧道的施工质量。
1 工程概况某黄土隧道工程，全长1241m，最大、最小埋深分别为56m、12m，属黄土浅埋隧道。
隧道结构方面，主体部分为曲墙带仰拱复合式衬砌，施工材料为C35防水混凝土，抗渗等级不低于P10。
出于安全层面的考虑，加强初期支护，采取的是“钢拱架+钢筋网+锚杆+喷射混凝土”相结合的方案，以形成完整、稳定的初期支护结构体系[1]。
2 大断面黄土隧道的施工难点地质勘察结果显示，黄土地区主要含三层，自上而下分别为新黄土、老黄土、第三系泥岩。
各部分的性质不尽相同，其中新黄土的土体相对疏松，受外部压力的作用，易出现土体变形、下沉现象。
在常规的大断面黄土隧道施工中，常采用的是掌子面分割开挖的方法，期间根据实际情况适时增设临时支护结构。
但该方法存在局限之处，即扰动性较强，易导致本就缺乏稳定性的围岩进一步变得疏松，且洞内作业空间有限，大型设备难以顺利进场，不利于施工进程的高效推进。
并且，隧道的围岩条件错综复杂，存在诸多潜在影响因素，需根据实际情况灵活改变方法，由此带来施工周期长、质量可控性差、安全隐患多等问题。
针对大断面黄土隧道的施工难点，需要采取适应性更强、效率更高的施工技术[2]。
3 大断面黄土隧道施工技术分析3.1 套拱及管棚施工套拱基础用C25混凝土浇筑而成，按设计要求，将提前加工成型的钢板和钢筋预埋到位；配套φ42mm的锁脚锚杆，利用该装置稳固套拱内钢板脚底，以免施工期间出现失稳现象。
于套拱上安装2榀I20a型钢拱架，彼此间用连接钢筋稳定连接。
待工字钢架安装完成后，由技术人员检测，确定导向管的具体位置。
在本工程中，导管采用的是φ127mm×5mm钢管，具体如图1所示。
大断面单洞双线变双洞单线隧道施工工法(新)
大断面单洞双线变双洞单线隧道施工工法中铁十二局三公司石太客运专线Z1标王志强李有生张自强1、前言由于客运专线的时速达到250km/h、300km/h和350km/h，所以对隧道的要求就更加严格。
首先隧道的净空要符合空气动力学，线路的设计要能达到火车的时速，这就要求线路上曲线的半径要满足速度上的要求，因此就会出现隧道的开挖断面面积大。
而小净距隧道双洞的中间岩柱宽度介于连拱隧道和分离隧道之间，小于1.5倍隧道开挖断面的宽度；隧址区为山岭重丘区，受地形的限制路线分幅展线十分困难，在这种情况下，小净距隧道显示出了优势，与分离式隧道型式相比，隧道两端接线的长度大大缩短，与双连拱隧道相比，简化了施工工序，节约了工程工期和造价。
本工法生成背景是2005年上场的铁路石家庄至太原客运专线Z1标段的南梁隧道单洞双线变双洞单线的段落。
南梁隧道全长11.526公里。
其中双线5.795公里，单线5.731公里（双延米）。
其中在单洞双线变双洞单线的过渡段包括480米长的双线喇叭口大跨隧道及250米长的双洞单线小净距隧道。
2、工法特点2.1 解决了大断面隧道施工过程中断面在不断变化的情况下的开挖及二次衬砌施工。
2.2 解决了小净距隧道的开挖施工。
3、适用范围3.1开挖断面面积大于120m2，且断面在不断变化的隧道。
3.2并行双洞隧道净距小于1.5倍隧道开挖断面宽度，且开挖断面宽度小于13m。
4、工艺原理4.1 隧道断面在不断地变化，可以看做是喇叭口形式。
开挖时断面逐渐变大，其开挖时的光爆效果会很差，超欠挖难以控制；在二次衬砌施工时，由于断面是流线型的，所以就不能使用整体式液压台车，只有用钢拱架加小模板来施工二次衬砌，每施工一米衬砌就要加工一榀钢拱架，而且得重新安装小模板，这样即浪费时间又浪费钢材。
我们只有改变了隧道的断面变化形式，才能在源头上改进其施工工艺。
见图4.1-1单洞变双洞流线型渐变平面示意图。
图4.1-1 单洞变双洞流线型渐变平面示意图4.2小净距双洞隧道施工的难点、重点是控制爆破作业，必须确保隧道在开挖过程中围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。
大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理
大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理隧道施工是一项复杂而危险的工程，尤其是在大断面复杂地质条件下的隧道施工更是具有挑战性。
隧道施工全过程安全管理具有重要意义，可有效避免施工过程中的各种安全事故，保障施工人员和设备的安全。
本文将介绍大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理的重要性和具体措施。
一、大断面复杂地质隧道施工的特点大断面复杂地质隧道施工面临着多种挑战，主要包括以下几个方面的特点：1. 复杂的地质条件：大断面隧道通常需要穿越多种地质层，如岩石、泥岩、硬岩等，地质条件复杂，易发生塌方、滑坡等地质灾害。
2. 高风险的施工环境：大断面隧道施工需要使用大型机械设备和高强度的工程材料，施工环境高风险，存在较大的安全隐患。
3. 施工周期长：由于大断面隧道施工难度大、工程量大，施工周期通常较长，长期的施工周期增加了安全管理的难度。
二、大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理的重要性针对大断面复杂地质隧道施工的特点，进行全过程的安全管理显得尤为重要。
全过程安全管理能够有效地保障施工人员和设备的安全，同时也有利于工程的顺利进行。
具体来说，大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理的重要性主要表现在以下几个方面：1. 减少事故发生：全过程的安全管理可以有效地识别和控制施工过程中的各种安全隐患，有效地减少事故的发生，降低安全风险。
2. 保障施工人员安全：强化施工现场的安全监管，有效地保障施工人员的安全，降低施工人员的伤亡率，提高施工人员的安全感。
3. 保护设备设施安全：全过程的安全管理可以保护施工所使用的设备和设施的安全，减少设备的损坏和维修次数，降低施工成本。
4. 提高工程质量：全过程的安全管理可以有效地保障施工质量，减少事故和质量问题对工程进度和质量的影响，提高工程的整体质量。
三、大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理的具体措施为了有效地进行大断面复杂地质隧道施工全过程安全管理，需要采取一系列具体的措施，从施工前期的规划设计到施工结束的验收阶段，都需要有相应的安全管理措施。
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大断面隧道施工的基本问题
安全：安全为主线，技术和管理为后盾，实现安全生产 技术：以技术确保掌子面稳定和施工质量 管理：以风险观点实现精细的工程管理
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结合具体情况，主要谈三个问题： 1、初期支护； 2、初期支护的喷混凝土； 3、隧道防水板的铺设工艺。
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长钢管注浆方式
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标准断面如下： 钢管直径：１１４３ｍｍ 设置范围：１２０º（５０～１８０º） 设置角度：５º（４～３０º） 纵断方向钻孔长度：１２.５ｍ（４～４０ｍ） 纵断方向注浆长度：１２５ｍ（４～４０m） 搭接长度：３.５ｍ 超前残余长度：３.５ｍ（１.０～７.５ｍ）
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五、对衬砌混凝土的耐久性，如抵抗列车风压的疲 劳特性；如何保证初期支护的喷混凝土的耐久性?， 以及大断面衬砌结构的抗开裂特性等，都提出来 了明确的要求；
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大断面意味着什么？
在同样围岩条件下，随着开挖断面积的增加，意味着： 1、掌子面的稳定性的降低； 2、施工难度、特别是施工安全管理的难度增大； 3、施工风险的发生概率加大； 4、结构物质量要求的提高。
· 对周边环境的影响－缓冲结构的设置。三个方 面的问题。
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二、考虑列车高速运营的特点，隧道的净空 有效断面积增大，例如在350km/h速度的条 件下,Ⅴ级围岩隧道的开挖断面积可达170m2， 属于超大断面隧道的范畴，与三车道公路 隧道的开挖断面积相当，给设计、施工提 出来许多新课题；
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超前支护由于构筑方法的不同，有的是以横向刚性大的拱形构造为主，有的 是以纵向连续性强的梁构造为主，也有具有两者功能的。其分类列于下表。
超前支护方法分类
超前支护的分类 混凝土拱壳方式
预计的功能 隧道横向刚性大（拱结构）
水平喷射注浆方式 长钢管注浆方式
隧道纵向刚性大（梁结构）
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预衬砌
其标准参数如下。 超前支护厚度：１７０ｍｍ 设置范围：１２０º（１１５º～１２５º） 设置角度：７º（５º～１０º） 纵断方向钻孔长度：４.０ｍ 纵断方向充填长度：３.５ｍ 搭接长度：０.５ｍ
超前残余长度：１.０ｍ（１.０～２.０ｍ）．
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一、掌子面稳定性
在大断面条件下，如何控制掌子面的稳定性，减少和 预防掌子面出现坍塌的风险，是极为重要的。特别是在 通过各种不良地质地段时。
从风险的角度看，掌子面失稳有多种方式：
·掌子面挤出；
·掌子面拱部坍塌；
·上半断面拱脚下沉；
·底部鼓起等。
设置间距：４５０ｍｍ（２００～１０００ｍｍ）
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除预衬砌方式外，其它两种方式，我们也是
经常采用的。也取得不少的经验，因此，当务之 急是如何提高超前支护技术的水平，一个重要措 施就是首先要建立模式化的、标准的超前支护工 法体系，在此基础上，根据我们的实践确立各种 超前支护的类型、设计参数及使用机械的配套。
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水平喷射注浆方式
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其标准断面如下： 喷射改良体直径：６００ｍｍ 设置范围：１２０º（１２０º～１８０º） 设置角度：５º（５～１０º） 纵断方向钻孔长度：１３.０ｍ（９～４８ｍ） 纵断方向改良长度：１０ｍ 搭接长度：１.０ｍ 超前残余长度：４.０ｍ（３.０～４.０ｍ） 设置间距：６００ｍｍ（４００～１６００ｍｍ）
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三、由于开挖断面积的增大，施工难度也急剧增加， 特别是对一般地质条件下的初期支护技术和不良地 质条件下的超前支护技术，提出来很高的要求；
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四、列车高速运行的作用，对洞内轨道（包括基底 结构，如仰拱或铺底、混凝土填充层等）的影响 增大，不仅需要加强基底结构，对衬砌结构也具 有一定的影响，不容忽视。
从技术角度出发，预防和减少上述风险发生的主要方 法也是多种多样的。
·超前支护；
·扩大拱脚、设置拱脚锚杆或锚管；
·正面喷射混凝土和锚杆；
·底脚锚杆或锚管等。
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例如意大利在修建高速铁路隧道中，曾采用以下稳定 掌子面的方法。
这些方法都是为了确保掌子面稳定，减少施工风险而 形成的。
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预衬砌工法的机械
预衬砌工法采 用的机械，有2 大类：
1、排钻。示于 下图。用其钻 设槽形孔，中 央的钻用于压 注砂浆或混凝 土，形成拱形 混凝土壳体。
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2、装备有切槽钻头的专用机械，用于钻孔，同 时充填混凝土。其机械概况示于下图。
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超前支护
工程实践证实，在地质不良的地段，发展各种稳 定掌子面的辅助工法并使之模式化是极为重要的。 日本、意大利在这方面都做了极有成效的工作。
定义：以稳定掌子面和地层下沉为目的的拱形薄壳结 构体。即：不仅沿隧道纵向具有梁结构的作用，在 横断方向还具有拱形结构支护效果的支护。
适用范围：
1、需要提高掌子面稳定性的土砂围岩； 2、以控制地表下沉和相邻结构物的影响为主要目 的的场合；如浅埋地点、接近重要结构物施工的场 合等
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模式化的超前支护
日本在新版“城市矿山法隧道技术标准” （2004年）中，把超前支护类型、参数及适用条 件做了具体的规定。
二、客运专线的隧道特点
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首先，如何认识客运专线中隧道工程与一般线路 中隧道工程有何不同。
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一、列车运行的高速度，引起的列车——空气动力 学问题突出，不容忽视；
这包括：
· 隧道净空有效断面积的确定－舒适性； · 列车运行产生的空气压对结构物的影响－耐久 性；