山区高速铁路隧道机械化开挖方案设计

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摘要:针对大断面隧道，机械化施工是未来的发展趋势。以郑万高铁某隧道为研究对象，进行了机械化大断面隧道开挖方法的技术探讨，主要对全断面法不带仰拱的隧道开挖方案进行了研究，在施工工序和施工注意事项中进行了详细论述，并进行了现场运用，运用效果良好，表现出安全、高效、快速的优点，可为类似工程起到借鉴作用。

关键词:大断面隧道，机械化，施工方案，设计

1工程概况

某隧道位于湖北省襄阳市境内，全长5360m，最大埋深约439m。隧道设计纵坡为25‰，19．7‰的单面上坡;全隧共分进口和出口两个工区。隧道地处荆山山脉，属构造侵蚀剥蚀中山地貌区。隧址区位于扬子准地台一级构造单元北缘，上扬子陆块褶皱带之神农架—荆门台坪褶皱带内。本区地层倒转，洞身顶部以奥陶系中下统宝塔组(O2+3b)灰岩、页岩互层为主，其下为志留系下统龙马溪组(O3S1l)页岩夹砂岩，再下为志留系下统新滩组(S1x)砂质页岩，洞身段主要在新滩组(S1x)穿过。随着地下工程施工技术的不断发展，隧道机械化快速建造是未来地下工程的大势所趋。根据业主单位的要求，本文在某隧道进行了机械化大断面隧道开挖方面的技术探讨，现场运用效果良好，可为类似工程起到借鉴作用。

2设计预案

根据隧道围岩地质分类情况，采用大型机械化配套进行全断面(微台阶)工法开挖，为保证施工安全，对各类围岩分类情况采取不同的针对性措施。1)试验段中Ⅳ级围岩地段采用全断面开挖，Ⅴ级围岩采用全断面或微台阶开挖。2)充分利用施工机具，超前支护均采用长大管棚代替原设计超前小导管。3)为保证全断面或微台阶掌子面稳定性，掌子面开挖完成后根据开挖揭示地质情况采取合理的封闭、加固等处理措施。并在掌子面封闭后对掌子面开展监控量测及应变测试，根据测试结果确定是否采取补强措施。4)每一循环掌子面开挖后，应根据“掌子面稳定性评价分类表”率先对掌子面稳定性做初步评价，待加固后再进行二次评估，以判定是否可以采用全断面/微台阶工法开挖。5)试验段将开展隧道初期支护、二次衬砌、钢架等应力应变测试，根据测试结果，以优化调整支护参数。

3隧道洞身开挖方案设计

根据现场机械化配套设备布置要求及相关规范要求，试验段试验全断面或微台阶工法开挖，仰拱初支封闭成环安全步距要求不大于60m;Ⅳ级、Ⅴ级围岩地段二衬安全步距不宜大于200m，但在确保围岩稳定和施工安全的前提下，试验段根据监控量测及应力应变测试情况合理确定二次衬砌安全步距。为保持掌子面稳定，开挖时按照1∶0．1放坡处理，并根据掌子面稳定监控量测情况，采取预加固措施。采用微台阶开挖时，上台阶纵向长度取2m～3m，根据围岩地质情况和掌子面稳定性适当调整上台阶纵向长度。本文重点分析全断面开挖不带仰拱的隧道的开挖方案，对于全断面仰拱一次开挖方案和微台阶开挖方案可参考全断面开挖不带仰拱的隧道的开挖方案。全断面法不带仰拱开挖适用于Ⅲ级、Ⅳ级围岩地段及Ⅴ级围岩硬质岩地段。

3．1施工工序

1)开挖①部，施作①部周边的初期支护，即初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网;钻设径向锚杆、架设拱墙钢架后复喷混凝土至设计厚度;2)在滞后于①部一段距离后，开挖②部;3)灌注Ⅲ部仰拱与边墙基础，仰拱要求整幅灌注;4)待仰拱混凝土初凝后灌注仰拱填充Ⅳ部至设计高度;5)清理好初期支护基面，初期支护与二次衬砌之间拱墙铺设EVA防水板加土工布，二次衬砌背后设环、纵向透水盲沟。根据监控量测结果分析，待围岩和初期支护变形基本稳定后利用衬砌模板台车一次性灌注Ⅴ部衬砌(拱墙衬砌一次施作)，并于拱顶预埋PVC注浆管及纵向排气管;6)待混凝土达到设计强度后，进行充填注浆。施工工序断面图见图1，图2。

3．2施工注意事项

1)隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。2)Ⅳ级、Ⅴ级地段采用全断面法施工时，每循环开挖进尺，根据注浆效果不应大于4榀钢架;仰拱开挖前必须完成钢架锁脚。试验过程中，根据围岩监控量测、应力应变测试结果进行调整开挖进尺，如围岩稳定且应力应变测试均在安全范围内，则可适当拉大开挖进尺。3)钢架施工应严格按设计要求设置拱脚垫板、垫槽钢等，各施工工序间应注意互相保护，严格按照作业程序操作，避免施工机械对已完成的支护形成破坏，以确保安全。4)复合式衬砌段在施工时，须按Q/CR9604—2015高速铁路隧道工程施工技术规程及有关规范及标准图的要求，进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定灌注二次衬砌的时机及调整支护参数。5)隧道的开挖、支护及衬砌应按Q/CR9604—2015高速铁路隧道工程施工技术规程及相关施工技术规范的要求办理。6)全断面开挖时，边墙底钢架接头处锁脚锚管采用42钢化管，拱腰接头处锁脚锚杆(管)利用附近系统锚杆(管)代替。

4结语

本文以郑万高铁某隧道为研究对象，根据业主单位的要求，在某隧道进行了机械化大断面隧道开挖方法的技术探讨。主要对全断面法不带仰拱的隧道开挖方案进行了研究，在施工工序和施工注意事项中进行了详细论述，并进行了现场运用，运用效果良好，表现出安全、高效、快速的优点，可为类似工程起到借鉴作用。

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作者：李鹏飞 李洪涛 单位：济南力稳岩土工程有限公司