石武客专新屋河隧道七步台阶法施工技术毕业论文

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1、2012届毕业设计（论文） 石武客专新屋河隧道七步台阶法施工技术 专 业： 助学站点：湖南高铁职业技术学院 考 籍 号： 911010200619 姓 名： 指导教师： 2012年 03 月附件（封首）：石武客专新屋河隧道七步台阶法施工技术 学 生 姓 名： 考 籍 号： 911010200619 站 点：湖南高铁职业技术学院指 导 教 师： 完 成 日 期： 2012年03月 目 录摘要1一 隧道概况3二 隧道台阶法施工总则9三 施工准备103.1 施工测量103.2 洞口段施工15四 施工工艺164.1施工工艺流程164.2施工作业184.3仰拱施工194.4监控量测20五 施工控制要点2

2、1六 其它相关配套技术226.1 超前防护和加固地层246.2 堵水256.3 结构防水256.3 施工供水、供风26参 考 文 献27致 谢 信28中 文 摘要通过对石武客运专线新屋河隧道施工的介绍,阐述特殊围岩隧道大变形的特点,为保证隧道施工及结构安全,需采用合理的施工方法和支护形式。通过对比测试几种试验段支护形式,对施作长锚杆及型钢钢架支护的试验段与没有施作的进行围岩松动圈、应力以及位移比较。全断面开挖、台阶法在、级围岩中的施工技术，详细介绍施工准备、施工工艺、监控量测、施工控制要点等内容。对于整治隧道围岩大变形起到重要作用,为以后隧道施工设计提供经验。关键词：铁路隧道 台阶法 客运专线

3、 监控量测AbstractPass technical norms characteristic analysis being under construction to the roadbed , be tied in wedlock reality, the job having discussed a roadbed responds to several $64 questions solving in the job in the field of organization composition, from the road uses aspect such as being un

4、der construction in coordination with technology problem, resolving a scheme to have suggested that resolving way, effective the efficiency improving roadbed construction.Key words: Technology, roadbed construction一 隧道概况新屋河隧道位于湖北大悟县境内，进口里程为：DK1096+419，出口里程为：DK1098+193，全长1774m。隧道穿越剥蚀低山丘陵区，地形起伏较大，植被较发

5、育，基岩大面积裸露，最大埋深约130m，出口位于丘坡上。隧道所在范围内地层岩性为：燕山晚期全风化、强风化及弱风化黑云母花岗岩，在进口有薄层元古界红安群七角山组全风化云母片岩覆盖。地质构造：无断层及其他构造发育，同时附近无深大断裂通过，山体稳定。隧道区岩层节理裂隙发育，将岩体切割成块状，多为无充填。水文地质：地表水主要为水塘积水，受大气降水补给。地下水类型主要为基岩裂隙水，不发育，埋藏于花岗岩风化带裂隙中。本区段（DK1097+770DK1097+565）设计地质情况是：燕山早期全风化、强风化及弱风化黑云母花岗岩：强弱风化，灰褐色，中粗粒结构，块状构造，岩石坚硬，节理、裂隙发育，但不规则。岩石较

6、完整，地下水不发育。原设计DK1097+760DK1097660为IV级围岩，DK1097+660DK1097590为III级围岩，DK1097+590DK1097565为II级围岩。目前，掌子面（+716）开挖实际情况是：地层岩性主要为黑云母中粗粒花岗岩，强弱风化，棕黄、灰白色，薄-中厚层状，中粗粒结构，块状构造，岩石坚硬，节理、裂隙较发育，岩体较破碎-较完整，地下水较发育，局部少量渗水，围岩稳定性较差，拱部易掉块。综合判断为IV级围岩强。本隧道结构设计采用复合式衬砌。设计综合考虑了新老黄土(围岩级别及c、值)、隧道深浅埋情况及黄土天然含水量等因素。隧道初期支护采用网、喷、锚支护措施,二次衬

7、砌采用全环等厚钢筋混凝土结构,其中IV级围岩老黄土隧道厚度50 cm、V级围岩新黄土隧道厚度60 cm,浅埋段配筋较深埋段强。修建在地层中，断面面积不小于 2m 2 的地下通道统称为隧道。它的主要用途一是用作交通运输通道和水流通道。二是用于国防及市政等工程建设，如人防工程、城市地铁、过街地道等。隧道可以克服平面或高程的障碍；以免线路展线过长或用来绕避地质不良地段，人口密集地区；可以改善线路质量，提高运输能力，降低运营成本。（一）按照穿越障碍或作用的不同可以分为： 1山岭隧道：线路穿越山岭时而修建的隧道。 2水底隧道：用于线路跨越江河、海湾水流障碍时修建的隧道。 3地铁隧道：随着城市建设的飞速发

8、展，地面交通日益繁忙。为了有效缓解地面交通压力，修建地下铁道已成为解决大城市中交通运输问题的重要手段之一。（二）按隧道长度可以分为： 短隧道（L500 m）、中长隧道（500L3000m）、长隧道（3000m10000m）。（三）按隧道的横断面积的大小可以分为： 极小断面隧道（23 ）、小断面隧道（310 ）、中等断面隧道（1050 ）、大断面隧道（50100 ）和特大断面隧道（大于 100 ）。 （四）按埋置的深度可以分为：浅埋隧道和深埋隧道。 （五）按隧道所处的地质条件可以分为：土质隧道和石质隧道。隧道施工方法，一般可分为明挖法和暗挖法两大类。 明挖法适用于浅埋隧道的施工。此种方法的特点是

9、先从地面将隧道上方及内部地层挖开，形成壕堑，然后在壕堑中修建衬砌，再在衬砌顶部进行土石回填。在修建浅埋的地下铁道时亦常采用明挖法施工。常用的明挖法有桩基坑开挖法、盖挖法、沉管法。 暗挖法施工的特点是先在地层中按需要的形状和尺寸开挖出一个孔洞，然后在其中修建衬砌。常用的暗挖法有矿山法、掘进机法、盾构法及顶进法。 矿山法是用一般地下开挖方法来进行隧道施工。当隧道穿经岩石地层时，通常均用钻眼爆破的方法进行开挖，在进行必要的临时支护及清除开挖出来的石碴之后，再修建永久性支护结构衬砌。由于这种方法与矿山地下巷道的施工方法相类似，故常称之为矿山法。 掘进机法是采用掘进机来进行隧道开挖的。在水底隧道、城市地

10、下铁道的建设中，由于经常通过松软含水土层，故一般采用“盾构”法施工。“盾构”是一种兼有推进、防护、安装和掘进功能的壳体隧道开挖机。山岭隧道多采用矿山法施工。 围岩是指隧道开挖后其周围产生应力重分布范围内的岩体（或土体），或隧道开挖后对其稳定性产生影响的那部分岩体（或土体）。围岩压力是引起地下开挖空间周围的岩体和支护结构变形或破坏的作用力，它是隧道衬砌结构上的主要荷载。我国现行的铁路隧道设计规范（TB 100032001）中，主要考虑了围岩的结构特征和完整状态、岩石强度和地下水等工程地质条件中三方面的因素，把围岩分为 6 级，依其稳定性由好到差分为、级。 铁路隧道结构由主体建筑物和附属建筑物两部

11、分组成。 隧道的主体建筑物是为了保持隧道的稳定，保证列车的安全运行而修建的，它由洞身衬砌和洞门组成。 隧道的附属建筑物包括防排水设施；大小避车洞；电缆槽；长大隧道的通风设施；根据电讯传输衰耗和通信设计要求而增设的无人增音站（洞）等。（一）直线隧道净空 “限界”是一种规定的轮廓线，这种轮廓线以内的空间是保证列车安全运行所必需的。 有基本建筑限界和隧道建筑限界之分。 图24隧道曲线加宽直线隧道净空是指隧道衬砌的内轮廓线所包围的空间。 “直线隧道净空” 要比“隧道建筑限界”稍大一些，除了满足界限要求外，还考虑了在不同的围岩压力作用下，衬砌结构的合理受力形状以及施工方便等因素。 （二）曲线隧道的净空加

12、宽 1单线曲线隧道加宽2曲线隧道与直线隧道衬砌的衔接 铁路隧道设计规范规定：位于曲线地段的隧道，其断面加宽除圆曲线部分按计算值加宽外，缓和曲线部分可分两段加宽: （1）自圆曲线终点至缓和曲线中点，并向直线方自延伸 13m，这一段用圆曲线加宽的断面；（2）缓和曲线的其余半段，并自缓和曲线终点向直线方向延伸 22m，这一段采用圆曲线加宽值的一半。隧道衬砌施工中，对不同宽度衬砌断面的衔接，可做成直角台阶的错台或自加宽断面终点向不加宽断面延伸1m范围内逐渐过度的顺坡。隧道开挖以后，为了保持围岩的稳定性，一般需要进行支护（衬砌）。隧道衬砌的构造与围岩的级别和施工方法是密切相关的。修建隧道衬砌的材料，应具

13、有足够的强度和耐久性，在某些环境中，还必须具有抗冻、抗渗和抗腐蚀性。此外，还应满足就地取材，降低造价，施工方便及易于机械化施工等要求。常用的铁路隧道衬砌材料有混凝土和钢筋混凝土、喷射混凝土（简称喷混凝土）、片石混凝土、料石或混凝土块。（一）整体式混凝土衬砌 它是指就地灌筑混凝土（钢筋混凝土）衬砌，也称模筑混凝土衬砌。它对地质条件适应性强，易于按需要成型，整体性好，抗渗性强，而且可以适合多种施工条件，在我国铁路隧道工程中广泛采用。依照不同的地质条件，或是按照不同的围岩级别，又有直墙式和曲墙式两种形式。 1直墙式衬砌 适用于地质条件比较好，以垂直围岩压力为主而水平围岩压力较小的情况。主要适用于 I

14、I、III 级围岩，个别情况也适用于 IV 级围岩。2曲墙式衬砌 适用于地质条件比较差，有较大水平围岩压力的 IV 级及以上的围岩。 （二）喷锚衬砌 采用混凝土喷射机，将掺有速凝剂的混凝土干拌料和水高速喷射到清洗干净的岩石表面凝结，当围岩不够稳定时，可加设锚杆或钢筋网，构成的一种支护形式，简称“喷锚支护”。 采用喷锚支护可充分发挥围岩的自承能力，控制围岩的变形，并有效地利用了洞内净空，提高作业安全性和作业效率，并能适应软弱和膨胀地层中隧道的开挖，还可用于整治塌方和隧道衬砌的破损。（三）复合式衬砌 目前大都采用外衬和内衬两层，最常用的是外衬是喷锚支护，内衬是整体式混凝土衬砌，在两层间设置防水层的

15、一种永久性防水结构。复合式衬砌初期支护刚度小易变形，能充分发挥围岩的自承能力；初期支护施作及时、且与围岩结合密切，从而能保护和加固围岩；二次衬砌完成后，衬砌内表面光滑平整，可以装饰内壁，增强安全感，是一种较为理想的结构形式，目前应用广泛。 （一）洞门的作用 1减少洞口土石方开挖量。 2稳定边坡、仰坡。3引离地表流水。 4装饰洞口。 （二）洞门的形式1环框式洞门适用于洞口石质坚硬稳定，I 级围岩，且地形陡峻无排水要求时，起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。 2端墙式洞门包括端墙和洞门顶排水沟。适用于较为稳定的 IIII 级石质围岩。3翼墙式（八字式）洞门它由端墙、翼墙、排水沟组成。适用于洞口地

16、质条件较差 IVVI 级围岩山体纵向推力较大，地形开阔时。4柱式洞门 适用于地形较陡，III、IV 级围岩，仰坡有下滑的可能，设置翼墙式洞门又受地形、地质条件的限制。5台阶式洞门 适用于洞门位于靠山侧坡地区，洞门一侧边仰坡较高时。可减少洞门圬工及仰坡开挖数量，起美化作用。明挖法施工修建的隧道或在露天修建而有回填土覆盖的衬砌结构，称为明洞。它适用于洞顶覆盖层较薄，难以用暗挖法修建隧道地段；受塌方、落石、泥石流等威胁的隧道洞口或路堑地段；线路之间形成立体交叉，但又不宜做立交桥时，通常宜修建明洞。 明洞的类型有拱式明洞和棚式明洞。 为了使隧道能够正常使用，保证列车安全运行，铁路隧道除修筑主体建筑物以

17、外，还要修建一些附属建筑物。其中包括：避车洞、防排水设施和电力及通讯设施等。 （一）避车洞避车洞分为小避车洞和大避车洞。小避车洞是为了保证隧道内行人和维修人员的安全而设置的。大避车洞是为了存放一些必要的维修材料、工具及轨道小车避让列车而设置的。 （二）防排水设施隧道防排水一般应采取“防、排、截、堵相结合，因地制宜，综合治理”的原则，达到防水可靠、排水通畅、线路基床底部无积水、经济合理的目的。1隧道内的排水设施 2隧道内的防水设施3隧道内的堵水设施4隧道内的截水设施 （三）电力及通讯设施 1电缆槽 当铁路通信、信号电缆通过隧道时，为了避免电缆被损坏、腐蚀、以保证通信、信号工作的安全，应在隧道内设

18、置电缆槽。 2无人增音站（洞） 根据电讯传输衰耗和通信设计要求，每隔一定距离应设置无人增音站（洞）一处。当无人增音站（洞）位于隧道内时，则应在边墙外增设无人增音站（洞），以便安装无人增音机。 （四）运营通风建筑物1纵向通风：在通风机的作用下，使风流沿着隧道轴线方向流动的通风方式。 （1）洞口风道式通风 （2）喷咀式通风 （3）竖井、斜井式通风 2横向式通风 这种通风方式的特点是隧道内风流方向与隧道轴线方向成正交。二 隧道台阶法施工总则(1)石武客运专线新屋河隧道三台阶七步开挖法(以下简称“三台阶七步开挖法”)是以弧形导坑开挖留核心土为基本模式,分上、中、下三个台阶七个开挖面,各部位的开挖与支护

19、沿隧道纵向错开,平行推进的隧道施工方法。(2)三台阶七步开挖法适用的隧道开挖断面为100180m2,是根据以往大断面隧道施工及石武客运专线新屋河隧道施工的经验确定的。该方法适用、级围岩,地质主要有黄土、强风化岩层等,如石武客运专线新屋河隧道为Q2老黄土(进口为强风化安山岩),不适用条件有围岩地质为流塑状态、洞口浅埋偏压段(但经过反压处理或施做超前大管棚后可采用)。(3)三台阶七步开挖法具有下列技术特点:施工空间大,方便机械化施工,可以多作业面平行作业。部分软岩或土质地段可以采用挖掘机直接开挖,工效较高。在地质条件发生变化时,便于灵活及时地转换施工工序,调整施工方法。三台阶七步开挖法规避了侧壁导

20、坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素,及时调整闭合时间,方便机械化施工,利于施工工序转换。适应不同跨度和多种断面形式,初期支护工序操作便捷。在台阶法开挖的基础上,预留核心土,左右错开开挖,利于开挖工作面稳定。当围岩变形较大或突变时,在保证安全和满足净空要求的前提下,可尽快调整闭合时间。三 施工准备新屋河隧道在采用三台阶七步开挖法施工前,查阅大量设计文件和资料,结合三台阶七步开挖法的特点,按照新屋河隧道的规模和工期要求,有针对性地编制实施性施工组织设计和施工作业指导书,并进行详细的施工技术交底,对作业人员进行岗前培训和安全教育,从事特殊工种的作业人员持证上岗。

21、根据施工进度要求,施工机械、人员分期、分批组织上场。人员和施工机械配套,针对新屋河隧道大断面的特点确定,并可根据施工现场情况及时调整。 3.1 施工测量（1）控制测量开工前，首先对设计单位交付的地面控制桩及永久性水准点进行复测，桩位复核无误后，在隧道口布设不少于3个固定式中线控制点和2个以上控制点，同时定期对控制点进行检查，保证其精度。（2）洞内测量先将洞外控制点引入洞内，进行洞内测量，其主要内容有：施工中线测量、水准测量及断面施工测量。并定期对洞内中线点和水准点进行复测，以防移动。（3）洞内横断面测量采用断面激光测量仪进行横断面测量。 3.2 洞口段施工先进行路基拉槽，施工时采用人工配合挖掘

22、机，辅以松动爆破，自上而下开挖，装载机装碴，自卸车配合运输。洞口附近有涵洞时，集中力量突击施工，为尽早进洞创造有利条件。（1）洞口边、仰坡施工先施作截、排水沟，再进行边、仰坡开挖，并按设计要求及时进行喷锚防护，以防围岩风化和雨水渗透引起坍塌或滑坡。（2）洞门及附属施工1）洞门修筑隧道洞门在进洞施工正常后，尽早安排施工，力争在雨季前完成，以增强洞口稳定。2）洞门附属洞门附近的排水，截水设施，应配合洞门施工及早完成，并与路基排水系统连通。3）注意事项进洞前必须完善截、排水工程。基础必须置于稳固的地基上。洞门砼应与洞内相邻的拱墙衬砌同时施工连成整体。洞门端墙的砌筑与回填应两侧同时进行，防止对衬砌产生

23、偏压。对于两座隧道进出口坡面先进行必要的防护后，再开挖。四 施工工艺山岭隧道的常规施工方法为矿山法，因最早应用于采矿坑道而得名。在矿山法中，多数情况下都需要采用钻眼爆破进行开挖，故又称为钻爆法。在矿山法施工中，坑道开挖后的支护方法，目前大致可以分为钢木构件支撑和锚杆喷射混凝土支护两类。作为施工方法，人们习惯上将采用钻爆开挖加钢木构件支撑的施工方法称为“传统的矿山法” ；而将采用钻爆开挖加锚喷支护的施工方法称之为“新奥法” 。 隧道施工就是要在地层中按照设计要求的尺寸挖出土石，进行必要的支护，尽可能保持坑道围岩的稳定，形成稳定的洞室。 开挖与支护，是隧道施工的两大作业。因此研究隧道施工方法主要是

24、研究隧道的开挖与支护的施工程序及方法。 隧道施工方法的选择，主要取决于隧道的地质条件、隧道长度与工期要求， 同时应结合机具设备情况、材料供应情况以及施工技术水平等因素综合考虑。隧道施工方法，按开挖隧道的横断面分部情形来分，可分为全断面法、台阶法、分部开挖法等，见表21。 （一）全断面开挖法全断面一次开挖法就是按照隧道设计轮廓一次爆破开挖成型，然后修筑衬砌的施工方法。 1施工顺序 （1）测量定位，定出隧道开挖轮廓线，定出各炮眼的位置； （2）用钻孔台车钻眼，然后装药联线； （3）退出钻孔台车，引爆炸药，开挖出整个隧道的断面轮廓； （4）排除危石，先喷射第一层混凝土，必要时安装拱部和边墙锚杆； （

25、5）装碴、运碴； （6）拱、墙喷射第二层混凝土； （7）按上述工序开始下一轮循环作业； （8）施作防水隔离层； （9）通过监控量测，确定围岩和初期支护基本稳定后，施做二次模筑混凝土衬砌及灌筑隧道底部混凝土。 2适用条件 （1）级整体性好的围岩。用于级围岩时，围岩应具备从全断面开挖后到支护前这一时间内，保持其自身的稳定；（2）有大型施工机械；隧道主要施工方法序号名称横断面示意图纵断面示意图1全断面开挖法2台阶法3环形开挖留核心土法4单侧壁导坑法5双侧壁导坑法6中洞法7中隔壁法8交叉中隔壁法（3）隧道长度或施工区段长度不宜太短，根据经验一般不应小于1 km，否则， 采用大型机械化施工经济性较差。

26、采用全断面一次开挖法，必须要注意机械设备的配套，以充分发挥机械设备的效率。隧道机械化施工有三条主要作业线，即开挖作业线、喷锚作业线及模筑混凝土衬砌作业线。 3施工特点 （1）工序少，便于施工组织和管理； （2）开挖一次成型，对围岩扰动小，有利于围岩稳定； （3）开挖断面大，可采用深孔爆破以提高爆破效果，加快掘进速度。 （4）作业空间大，有利于采用大型施工机械设备，实现综合机械化施工，从而提高劳动生产率，减轻施工人员的劳动强度，降低工程造价。 （二）台阶法台阶法是指正台阶二步开挖法，它是全断面一次开挖法的变化方法。这种方法对地质的适应性较强。它多用于围岩能在短期内处于稳定的地层中。 台阶法根据台

27、阶长度不同，可划分为长台阶法、短台阶法和微台阶法三种。 在施工中选用何种台阶，应根据下面两个条件来确定： 其一是初期支护形成闭合断面的时间要求，围岩稳定性越差，要求闭合时间越短； 其二是上部断面施工所采用的开挖、支护、出碴等机械设备所需空间大小的要求。 在软弱围岩中以前一条件为主并兼顾后者，以确保施工安全。在较好围岩中主要考虑后一条件，其目的是充分发挥机械设备的效率，保证施工中的经济效益。 1长台阶法：适用于 II、III 级围岩。 施工时上、下台阶相错距离大于 50m；施工中上、下部可用同类型机械平行作业，若机械不足时也可用同一套机械设备交替作业（即在上部断面开挖一个进尺后，再在下部断面开挖

28、一个进尺）； 当隧道长度较短或长隧道各区段需尽早贯通时，可先将上半断面全部挖通后，再进行下半断面施工。 2短台阶法： 上下台阶相错距离为 550m；初期支护全断面封闭的施作一般在距开挖面 30m 以内进行，若初期支护变形显著时，要提前闭合；在施工中，台阶的最短长度保证机械正常工作。 可缩短支护闭合时间，改善初期支护的受力条件，有利于控制围岩的变形。适用范围较广，IV 级围岩中均适用，尤其适用于 IV、V 级围岩。上部台阶出碴时对下部断面施工干扰较大，不能全部平行作业。 3微台阶法： 上、下台阶相错距离为 35m，采用交替作业施工；由于上半断面施工作业场地狭小，只能使用小型机具施工，可以使用移动

29、式平台为机械施工创造条件；注意开挖工作面的稳定性，必要时加固地层。 上下断面相距较近，机械设备集中，作业相互干扰大，生产效率低，施工速度慢。4在上述台阶法施工中，开挖下部断面时应注意以下事项： （1）下部断面开挖时，应注意上部的稳定。若围岩稳定性较好，则可以分段顺序开挖；若围岩稳定性较差，则应缩短下部掘进循环进尺；若围岩稳定性更差，则可以左右错开，或先拉中槽后挖边帮。 （2）下部边墙开挖后必须立即施作初期支护。 （3）施工量测应及时跟上，当发现围岩的位移速率增大时，应立即闭合仰拱以增加结构的刚度。 （4）要解决好上、下半断面作业的相互干扰问题。尤其短台阶法干扰较大， 要做好作业组织。对于长度较

30、短的隧道，可将上半断面贯通后，再进行下半断面施工。 （三）分部开挖法1环形开挖留核心土法 这种方法一般将开挖断面分成环形拱部、上部核心及下部台阶三部分。它根据地质好坏，将环形拱部断面分成一块或几块开挖。它一般在土质及软弱围岩中使用较多。环形开挖进尺一般为 0510，不宜过长。 施工时用人工或单臂掘进机开挖环形拱部；架立钢支撑挂钢丝网，喷射混凝土；在拱部初期支护保护下，用挖掘机或单臂掘进机开挖核心土和下部台阶；随即接长边墙钢支撑挂网喷射混凝土，并进行封底；根据围岩和初期支护变形情况或施工安排，施作二次模筑混凝土衬砌。这种方法由于拱部开挖高度较小及地层比较松软，锚杆易失效，所以一般不设置锚杆。环形

31、开挖留核心土法，因上部留有核心土以支挡开挖工作面，且施工时能迅速及时地施作拱部初期支护，所以开挖工作面稳定性好。核心土和下部台阶开挖都是在拱部初期支护保护下进行的，施工比较安全。拱部长度可加长，能减少上、下台阶施工干扰，施工机械化程度较高，能加快施工速度。 2侧壁导坑法此法根据侧壁导坑开挖的个数，分为单侧壁导坑法及双侧壁导坑法两种。 单侧壁导坑法适用于断面跨度大、地表沉陷难以控制的软弱松散围岩中的浅埋隧道。它的施工顺序为：（1）开挖侧壁导坑，施作初期支护并尽快封闭；（2）开挖上台阶，施作拱部初期支护，使其一侧支承在导坑的初期支护上，另一侧支承在下台阶上；（3）开挖下台阶， 拆除侧壁导坑临空部分

32、的初期支护；（4）施作边墙初期支护并尽快施作底部初期支护，使整个断面闭合以提高结构刚度；（5）施作二次模筑混凝土衬砌。 单侧壁导坑法将整个断面分成数块，每块开挖宽度小，封闭型的侧壁导坑初期支护承载能力大。 双侧壁导坑法将整个断面分成四个部分：左右侧壁导坑、上台阶、下台阶。它适用于断面跨度较大，地表沉陷要求严格，围岩条件较差的浅埋隧道。此法施工安全，但施工速度慢。由于采用有两个导坑开挖，故成本较高。 3中隔壁法这种方法是在软弱围岩大跨隧道中，将断面从中间隔开，分成四个部分，上半断面左右，下半断面左右。中隔壁法适用于断面跨度大，地表沉陷量要求较小的软弱围岩中的浅埋隧道。 先开挖隧道的一侧，并施作中

33、隔壁墙，然后再分部开挖隧道的另一侧。断面每块开挖和支护后形成闭合单元，有利于围岩稳定，减小净空变位及地表沉陷。4中洞法在连拱隧道或半线隧道的喇叭口地段，先开挖两洞之间的立柱（或中墙）部分，完成立柱 （或中墙）混凝土浇筑后，再进行左右两洞开挖的施工。隧道施工，特别是较长隧道的施工，因受工期或其他因素控制，常常要利用辅助坑道增加工作面，将隧道分割成几段同时施工，形成“长隧短做”，确保隧道的修建任务得以如期或尽可能快地完成。 隧道施工辅助坑道有横洞、平行导坑（简称“平导”）、斜井及竖井等几种。 辅助坑道的作用除增加作业面外，还为改善施工环境，减少施工干扰，合理布置施工中的各种管线提供了有利条件。 隧

34、道施工时是否需要采用辅助坑道及采用何种辅助坑道，主要应根据隧道所在位置的具体条件、隧道长度及工期要求等因素全面考虑决定。 隧道建成后，辅助坑道不再利用时，除设计有规定外，宜按下列方法处理： 1横洞、平行导坑、斜井的洞口宜用 M5 浆砌片石封闭，无衬砌时封闭长度宜为 35；有衬砌时封闭长度不宜小于 2；竖井的井口宜用钢筋混凝土盖板封闭。 2与隧道正洞连接处宜用 M5 浆砌片石封闭，其长度不宜小于 2。 3横洞、平行导坑的横通道、竖井或斜井的连接通道，在靠近隧道 1520范围内应进行永久支护或衬砌。 4竖井位于隧道顶部时，回填高度不应小于 10。 5横洞、平行导坑已进行衬砌或喷锚支护的地段以及无衬

35、砌支护但围岩稳定的地段可不作处理，其余地段宜根据地质情况分段作必要的支护。 开挖时将隧道断面分为左右两个半断面，先台阶法施工左半断面，初期支护紧跟，并施作中壁墙临时支撑（含锚喷钢架支护），左半断面上台阶施工11m后，再采用台阶法施工右半断面，逐渐拆除中壁墙临时支撑，初期支护紧跟；上、下台阶长度控制在35m，开挖进尺控制在0.51.0m，仰拱超前，二次模筑衬砌紧跟；上台阶人工风镐开挖，下台阶采用带切削头的PC200-6型挖掘机开挖，人工配合刷帮、清底。 4.1施工工艺流程图1三台阶七步开挖法施工流程 4.2施工作业(1)根据新屋河隧道的水文地质条件,按设计要求做好超前支护,防止围岩松弛,保证隧道

36、开挖安全。在断层、破碎带、浅埋段等自稳性较差或富水地层中,超前支护应按设计要求进行加强。(2)弧形导坑应沿开挖轮廓线环向开挖,预留核心土,以人工开挖为主,机械开挖为辅,开挖后及时支护;其他分步平行开挖,平行施作初期支护,各分部初期支护衔接紧密,及时封闭成环;仰拱紧跟下台阶,及时闭合构成稳固的支护体系。(3)施工过程通过监控量测,掌握围岩和支护的变形情况,及时指导调整支护参数和预留变形量,保证施工安全。(4)三台阶七步开挖法主要施工步骤见图2。图2台阶法开挖步骤(单位:m ) 第1步,上部弧形导坑开挖:在拱部超前支护后进行,环向开挖上部弧形导坑,预留核心土,核心土长度宜为35m,宽度宜为隧道开挖

37、宽度的1/31/2。开挖循环进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖后立即初喷35 cm厚混凝土。上台阶开挖矢跨比应大于0.3,开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护,架设钢架,在钢架拱脚以上30 cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。第2、3步,左、右侧中台阶开挖:开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖高度一般为33.5m,左、右侧台阶错开23m,开挖后立即初喷35 cm厚混凝土,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,在钢架墙脚以上30 cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆,锁

38、脚锚杆与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。第4、5步,左、右侧下台阶开挖:开挖进尺应根据初期支护钢架间距确定,最大不得超过1.5m,开挖高度一般为33.5m,左、右侧台阶错开23m,开挖后立即初喷35 cm厚混凝土,及时进行喷、锚、网系统支护,接长钢架,在钢架墙脚以上30 cm高度处,紧贴钢架两侧边沿按下倾角30打设锁脚锚杆,锁脚锚杆与钢架牢固焊接,复喷混凝土至设计厚度。第6步,上、中、下台阶预留核心土:各台阶分别开挖预留的核心土,开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。第7步,隧底开挖:每循环开挖长度宜为23m,开挖后及时施作仰拱初期支护,完成两个隧底开挖、支护循环后,及时施作仰拱,仰拱分段长度宜

39、为46m。三台阶七步开挖法的初期支护由喷射混凝土、锚杆(管)、钢筋网和钢架等组成,各部分联合受力。初期支护应在开挖后立即施作,以保护围岩的自然承载力,其施工工艺流程:开挖清理岩面初喷混凝土封闭岩面施作系统锚杆,挂钢筋网安装钢架复喷混凝土至设计厚度围岩量测数据分析、反馈。 4.3仰拱施工(1)隧底开挖采用全幅分段施工,上面铺设仰拱栈桥,每循环开挖长度宜控制在23m。当仰拱施工滞后下部台阶开挖面3040m时,采用短距离跳槽进行隧底开挖。(2)隧底开挖后,及时清除虚碴、杂物、泥浆、积水,立即初喷35 cm厚混凝土封闭岩面,按照设计要求安装仰拱钢架,复喷射混凝土至设计厚度,使初期支护及时闭合成环。(3

40、)仰拱超前拱墙衬砌,每循环浇筑长度宜为46m,仰拱采用浮放模板支架成型。仰拱混凝土分段全幅浇筑,一次成型,不留纵向施工缝,仰拱施工缝和变形缝设置止水带。仰拱表面平顺,不积水。(4)仰拱填充混凝土在仰拱混凝土终凝后浇筑,浇筑前清除仰拱表面的杂物和积水,连续浇筑,一次成型,不留纵向施工缝。填充混凝土强度达到5MPa后允许行人通行,达到设计强度的100%后允许车辆通行。仰拱填充表面坡度符合设计要求,平顺、排水通畅、不积水。 4.4监控量测(1)新屋河隧道监控量测工作紧跟开挖、支护作业进行布点和监测,量测数据运用工程类比法及时分析反馈,必要时根据分析结果及时调整支护参数,以保证施工安全。(2)量测项目

41、可分为必测项目和选测项目,必测项目见表1,选测项目可结合工程实际情况,按照铁路隧道监控量测技术规程(TB101212007)的规定选取。图3 地表和洞内测试系统横断面布置图 (3)净空变化量测测点布置和初读数的读取应符合下列规定。测点、测线布置详见图4。图4净空变化测点布置上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护后,布设拱顶下沉测点A和第1条净空量测基线BB,在36 h内取得初读数;中台阶开挖并施作上部边墙初期支护后,布设第2条净空量测基线CC,在36 h内取得初读数;下台阶开挖并施作下部边墙初期支护后,布设第3条净空量测基线DD,在36 h内取得初读数;其他量测项目在开挖后12 h内取得初读数,最

42、迟不得超过24 h,且在下一循环开挖前完成;拱(墙)脚净空变化、拱顶、地表观测点布设在同一断面,便于分析、比较。各测点取得初读数据后,应按照位移速度和量测断面距开挖面距离选择量测频率(表2)。当出现异常情况时,应加大量测频率。五 施工控制要点(1)隧道进洞前,及时做好洞顶及洞口防排水系统。洞顶及洞口排水沟采用铺砌,用砂浆抹面,防止地表水及施工用水下渗,影响结构安全。(2)三台阶七步开挖法施工应做好工序衔接。工序安排应紧凑,尽量减少围岩暴露时间,避免因长时间暴露引起围岩失稳。初期支护及时封闭成环,全断面初期支护闭合时间宜控制在15 d左右;仰拱超前施作,仰拱距上台阶开挖工作面宜控制在3040m。

43、铺设防水板、二次衬砌等后续工作应及时进行。二次衬砌距仰拱保持2倍以上衬砌循环作业长度,但不得大于30m。(3)在满足作业空间和台阶稳定的前提下,尽量缩短台阶长度,核心土长度应控制在35m,宽度为隧道开挖宽度的1/31/2。(4)三台阶七步开挖法施工应严格控制开挖长度,根据新屋河隧道围岩地质情况,合理确定循环进尺,每次开挖长度不得超过1.0m;开挖后立即初喷35cm厚混凝土,以减少围岩暴露时间。(5)严格按设计要求施作超前支护,控制好超前支护外插角,严格按注浆工艺加固地层,保证隧道开挖在超前支护的保护下施工。(6)隧道周边部位预留30 cm人工开挖,其余部位采用机械开挖,中、下台阶左、右侧开挖应

44、错开,严禁对开,左右侧错开距离宜为23m。(7)钢架严格按设计及规范要求加工制作和架设。钢架应架设在坚实基面上,并加垫槽钢,严禁拱(墙)脚悬空或采用虚土回填。钢架应与锁脚锚杆焊接牢固。(8)隧道超挖部位必须回填密实,严禁初期支护背后存在空洞。必要时初期支护背后应进行充填注浆,保证初期支护与围岩密贴。(9)完善洞内临时防排水系统,严禁积水浸泡拱(墙)脚及在施工现场漫流,防止基底承载力降低。当地层含水量大时,在上台阶开挖工作面附近开挖横向水沟,将水引至隧道两侧排水沟排出洞外。反坡施工时,设置集水坑将水集中抽排。(10)确保隧道施工的洞内通风,保证作业环境符合职业健康及安全标准。六 其它相关配套技术

45、 6.1 超前防护和加固地层 为防止在开挖上台阶时拱顶发生坍塌一般在顶部均应采用超前防护，常用超前小导管注浆或超前长管棚，两者均能有效的起到防坍作用。超前小导管注浆控制地表下沉的作用不如长管棚好，但长管棚施工速度慢、造价高，因此仅在地表临近有建筑物、地下有管线和地质条件很差时才采用。 超前小导管固结注浆的浆液在地层中凝固胶结砂石，形成一定范围有一定强度的壳体。根据需要可选择单液注浆（纯水泥浆或水泥砂浆）和双液注浆（水泥浆和稀释水玻璃），也可根据对砂层的化学分析选用“改性水玻璃”浆液，能取得快速固结的效果。对双线或地铁车站大断面，在对地表下沉要求极严情况下，可选用长孔劈裂注浆，靠浆液挤压、填充地

46、层缝隙或将软弱围岩压裂让浆液填充，以增加地层密实度，改变原物理力学性能(图6)。 图5 小导管双液注浆流程图 图6 长孔围岩劈裂注浆示意 6.2 堵水 （1） 洞内注浆堵水 当地下水位在上台阶底面以下时，在开挖上台阶后可在其台阶底面进行短管注浆堵水，然后再开挖下台阶。这种堵水效果差，影响施工进度，故较少使用。 （2） 地表堵水 在距地下工程底部之下不远处如有隔水层则用地表帷幕注浆或旋喷桩形成帷幕以阻断在地下开挖范围内的水源补给。如果无隔水层（或隔水层距底部距离较大），除帷幕注浆外，还应在开挖范围内进行全断面注浆，以便在工程底部形成注浆的堵水带。 6.3 结构防水 在初期支护与二次模注衬砌之间铺

47、设的柔性防水层，能起到很好的防水效果，同时也为二次衬砌应力变化产生的形变留有微量空间，避免二次衬砌产生裂缝。但对整个结构的防水而言，第一道防线应该是在初期支护与围岩之间进行的背后注浆，以此来填充两者之间的空隙，注浆浆液也能填充初次支护可能产生的裂缝，直至确认初次支护表面确实干燥无渗漏且基本平顺才能铺设防水层。 该隧道选用厚0.65mm的LDPE(低密度聚乙烯)或EVA(乙烯一醋酸乙烯共聚物)作防水层，用厚4mm的PE(聚乙烯)泡沫塑料衬垫作缓冲层。其施工工艺实现了防水层无钉铺设。接缝依靠本身材料热台而成双焊缝，形成结构的关键性防水线。另一种防水板铺设方法悬挂铺设，这是近几年采用PVC复合防水板

48、(土工布和防水板粘接成一整体)后才使用的新方法。在防水板的背后设有吊带，铺设时在其相应位置的喷混凝土面上，用电钻凿孔，埋入带有铁丝的小木桩，然后将防水板通过吊带小木桩固定在喷混凝土上，两幅防水板间仍用前法焊接。这种铺设方法也是无钉铺设，但比前面的无钉铺设法简单，有一定的推广价值。 6.3 施工供水、供风（1）供水隧道施工用水利用洞口附近河水，用多级泵抽到高压水池内，再由高压水池将水引至洞口。由于本标段隧道长度短，高压水池按30m3的容量修建。洞内高压水管采用80100的钢管。(2)供风在大麻柳树隧道进口附近选择通风良好，地基稳固位置修建空压机房，安装10m3电动空压机一台，并配备两台内燃空压机

49、；何家沟口隧道配备两台内燃空压机；采用150200的无缝钢管提供洞内施工高压风。七 结束语新屋河隧道的七步开挖法有效地解决了、级围岩软岩或土质地段大断面开挖的施工技术,规避了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素和搭拆临时支护的成本浪费。多个工作面同时作业有利于施工流水的形成,结合可利用的有效资源、合理组织可形成有效节拍,节约工期。随着新屋河隧道的七步开挖法的成功实施,相信七步开挖法必将应用于更多的隧道施工中。参 考 文 献1TB102042002,铁路隧道施工规范2王庆林,王晓州.郑西客运专线大断面黄土隧道建设管理要点和施工指导原则及成套施工技术概要

50、J.铁道标准设计, 20073程刚.大断面黄土隧道施工技术研究J.铁道标准设计, 20054TB102042002,铁路隧道施工规范S.5王庆林,王晓州.郑西客运专线大断面黄土隧道建设管理要点和施工指导原则及成套施工技术概要 J.铁道标准设计, 2007 6程刚.大断面黄土隧道施工技术研究J.铁道标准设计, 2005致 谢 信本论文在刘娜老师、殷艳萍老师老师的悉心指导和严格要求下业已完成，无不凝聚着两位恩师的心血和汗水，在学习期间，也始终感受着老师们的精心指导和无私的关怀，我受益匪浅。在此向刘老师、殷老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 此论文能够顺利的完成，极大程度上归功于两位老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在实践中得以体现。正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向学校的全体老师表示由衷的谢意。感谢您们几年来的辛勤栽培，谢谢您们！ 在这份毕业论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！28