浅谈铁路隧道标准断面突变超大断面施工

浅谈铁路隧道标准断面突变超大断面施工
摘要：本文主要介绍了铁路双线标准断面突变为三线超大断面挑顶施工的方法，并对其工艺要点及工法转变过程等进行了阐述。

关键词：断面转化；隧道；
挑顶
1.前言
一般情况下，为确保安全，隧道内变截面施工宜采用逐级扩挖、由小到大的方式进行施工，而特殊情况下如果直接反向由大向小直接突变断面进行施工，施工难度将极度增加，施
工将面临堵头墙应力集中、转换工艺复杂、施工周期极具增加等难题，而在西成客专黄家梁隧道施工过程中就存在这个问题，直接由双线 130 ㎡标准断面转化为三线
335 ㎡的超大断面，同时其工法也由台阶法转化为双侧壁导坑法。

2.工艺原理
断面转化主要解决的是断面“大”和“小”的变化，大的断面将极大的降低围岩的自稳能力，而解决办法就是转化开挖方向，将“大” 变“小”，其具体工艺原理为：通过转换开挖方向，逐
级升高开挖高度，将纵向的大断面开挖转化成横向的小断面开挖，并于大跨初期支护的外层设置一层外骨架，在大跨初期支护未成拱之前起到支撑岩体的作用，最终形成双侧壁导坑开
挖工作面.
3.施工工艺流程及操作要点
3.1施工工艺流程
挑顶，按三台阶法进行施工, 先施工上台阶 II 部，架立上台阶门架, 门架底一侧架立在已
衬砌施工双线隧道的初期支护钢架上 , 另一侧安设台阶岩面上。

图 3.2-2 工作面转换示意图
4.继续按三台阶进行施工 , 上台阶施工至双侧壁左导坑拱顶位置 , 中台阶跟进，接长门架
钢架至中台阶底基岩上。

安装中导坑拱部设计工字钢 C、D 单元 , 开挖右导坑下台阶 , 接长大
跨 E 单元钢架、左导坑临时支护E 单元及大跨段G 单元钢架至下台阶基底。

5.继续开挖中台阶至左导坑的开挖轮廓线，继续向下顺接左导坑下一单元，支护后，进
行下台阶施工，接长门架至下台阶基底，按正常工艺施工仰拱钢架，并拆除临时钢架，完成
工法的转化。

图 3.2-3 成型衬砌断面
4. 工期及效益分析
3.2操作要点
图 3.1-1 工艺流程图
1.
工期效益：同类型采用挑顶方式进行扩挖隧道方式，总工期达 90 天；采用此工法总工
期为 20 天，节约工期约 70 天，新工法总工期仅占同类挑顶施工工期的 22%；
2.经济效益：采用逐级扩挖方式，因开钻角度难以控制问题，传统的方式极易在断面变
化处造成较超挖，此工法由大断面向小断面施工，可直接于断面变化堵头墙处画弧，开钻角
度与岩面垂直，易于控制超挖，每堵头位置可节约 41220 元喷射混凝土；采用该方法取消原
双侧壁导坑法临时支护，导坑法临时钢架为弧形无法应用到其他位置，而采用此工法横向扩挖通道临时钢架均为直线型，既可作为堵头墙堵
1.施工标准断面的钢筋砼衬砌，标准断面面积为 130 ㎡，Ⅲ级围岩采用台阶法进行开挖
掘进；前方大断面断面面积为 355 ㎡，Ⅲ级围岩采用双侧壁导坑法；施工完成衬砌后进行大
断面施工，先采用双侧壁导坑（按台阶高度）施工右侧导坑上台阶初期支护。

2.横向对图 I 部分挑顶施工，架立门式支架 ( 间距 1-1.5m），门式支架采用 I18 型钢制作，一组门架分别由两根异型竖向立柱，一根型钢横梁组成；门架横梁内净空略大于大断面设计
开挖线；门架一侧架立在已衬砌施工双线隧道的初期支护钢架上，另一侧架立在双侧壁导坑
上台阶钢架A 上。

图 3.2-1 工作面转换示意图
3.挑顶完 I 部后，顺接大跨钢架下一钢架单元 B 单元。

继续向前头型钢加以利用，也可
拆除后加工成临时竖撑继续使用，对比两种钢材消耗后可节约钢材 9.8t；
3. 通过采用转变开挖方向，减小一次开挖临空面等方式，初期支护能得到快速跟进，岩
体暴露时间大大减少；同时相较于挑顶方式施工，开挖作业钻孔角度更易于控制，有效降低了超挖量，岩体扰动进一步降低；再加上门架支护体系在施工过程中有效应用，使得总体受
力体系转化更加平滑，降低了应力集中的可能；通过综合采用多宝监控量测系统、应力应变
检测系统进行数据分析，围岩稳定性、钢架受力情况均符合规范要求，施工安全得到提高，
安全效益明显。

5. 结语
目前，随着经济的飞跃发展，国内外对大跨度隧道的设计和施工已广泛采用，但目前大跨度隧道一般用于无特殊不良地质中，类似青川站隧道处于地震活动断裂带且不良地质多、
存在瓦斯风险的大跨隧道尚不多见。

通过合理的施工方法，通过对围岩的变形监控及瓦斯的
检测与监测，动态调整支护参数和隧道的通风要求，为大跨度隧道在铁路公路上采用提供了
可行条件。

经实践证明该工艺安全可靠，对突变大断面隧道施工具有较大的推广价值。