超前导洞在高地应力小间距隧道开挖施工中作用效果分析
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目前，国内针对高地应力区小间距隧道的施工 方法研究较少。高地应力区隧道的开挖方法主要是
台阶法和超前导洞法，文献［5 -6］对超前应力释放
洞对围岩应力释放作用的研究，得出了最佳的导洞 开挖尺寸。
文献［7-10］还集中在髙地应力隧道变形控制及
支护方案的研究上。
收稿日期：2018 - 07 - 05 基金项目：铁道部科技研究开发课题（2009G009-B） 作者简介：师亚龙（1987 -）,男，河南平顶山人。工程师，硕
摘要：根据兰渝铁路新城子隧道小间距段在开挖过程中出现严重大变形的工程实例，通过对 小间距段左、右线在不同开挖方法下的现场监控量测数据及该段结构受力测试数据进行研究，并结 合数值模拟计算结果分析，提出高地应力小间距隧道合理的施工方法。研究结果表明：针对高地应 力区小间距隧道的开挖，采用应力释放洞法较台阶法能更有效地控制围岩变形，且支护结构所受到 的围岩压力及内力均较后者小很多。
1工程实例 1.1工程概况
兰渝铁路某隧道位于宕昌县剪子河与临江铺之 间，地貌上位于西秦岭高中山区，山高沟深，山坡、
谷坡较陡，地面最小高程为1 670 m,最大高程为 2381 m,相对高差为700 m,隧道洞身最大埋深 749 m,隧道进、出口端基岩裸露，山梁顶植被覆盖
较差。 隧道衬砌结构分别经过小间距、双连拱和大跨
关键词：高地应力；小间距；隧道施工；应力释放洞法；台阶法
中图分类号：U455.41+1
文献标志码：A
文章编号：1003 -8825（2019）03 -0171 -06
0引言 小间距隧道的建设与发展是目前交通运输界广
泛关注的热点问题之一，其对提高交通运输效率、 保护与利用自然环境、加快经济建设发展等均有重 大的现实意义⑴。
1.4支护形式 该隧道按喷锚构筑法技术要求设计，隧道均采
用曲墙带仰拱复合式初期支护，初期支护采用喷射 混凝土 +钢拱架支护，喷混凝土采用湿喷工艺。拱
部环向间隔0.4 m采用3.5 m长的<02超前小导管 进行超前预注浆支护；初期支护喷射厚度为30 cm 的C25混凝土，每0.6 m设H175型钢架，钢架之间 布网格间距为10 cm x 10 cm的（j>8钢筋网片，拱墙 设R32N自进式锚杆，长9.0 m,每侧4根，梅花形 布置，环、纵间距为2.4 mxl.2 m,两侧边墙增设 护2小导管径向注水泥浆，每侧3根，长4.0 m, 环、纵间距为2.4mxl.2m, H175型钢钢架纵向采 用80 x43 x5槽钢和©22钢筋焊接，槽钢中部预先
打孔，并于钢架架设完成后在打孔部位打设进入
R32N自进式锚杆。左、右线之间墙脚以上岩柱每棉 钢架设置3根对拉锚杆（©32精轧钢筋）加固。
（b）变形二 图2初期支护变形
2现场监控量测及试验数据分析 2.1监控量测数据分析
小间距隧道与其他分离式独立隧道的本质区别 在于相互影响，开挖洞室时，紧邻洞室的围岩初始 应力场会产生很大变化，随着距孔洞距离的增大， 应力场的扰动量将迅速衰减，对一定距离以外的范
围可忽略开挖引起的影响［2-41o然而，高地应力小
间距隧道与普通的小间距隧道有较大的区别，其开 挖方法不仅受到两隧道之间的间距影响，还在很大 程度上受到高地应力的影响。
师亚龙，等：超前导洞在高地应力小间距隧道开挖施工中作用效果分析
DOl：10. 13379/j. issn. 1003-8825.2019.03.32
-171 ・
超前导洞在咼地应力小间距隧道 开挖施工中作用效果分析
师亚龙'，卢颖明2,邢晓飞-刘志强I
（1.中铁西南科学研究院有限公司，成都611731； 2.武汉地铁集团有限公司，武汉430030）
变形显著，进入深埋后拱顶下沉也不小，但以边墙 位置破坏为主，这是典型的高地应力挤压大变形特
征。其初期支护结构变形，见图2。
1.3施工方法 在小间距段主要采用的施工方法为：右线采用
台阶法施工，左线采用导洞施工。先进行左线应力
释放小导洞施工，导洞一次开挖30 m,再回来对其
断面进行扩挖，施工过程中导洞施工一直超前右线 隧道。右线隧道采用三台阶法施工，考虑到左线扩 挖对右线的影响，右线采用双层支护结构，第二层 支护在第一层支护封闭成环后及时施作，左线隧道 通过后且仰拱施工完成，进行右线隧道二次初期支 护的施作。
尤其是F32-1断层内软岩及其顺层结构，对小间距
段的地应力释放加剧了高地应力的影响力，该段埋
深达400 m,并在小间距段穿过F32-1断层。断层 内围岩为三叠系炭质板岩，V级，岩体呈压碎薄片
状、层结合面呈油亮面，出露产状呈高倾角、走向 与洞轴线大致平行。在施工过程中尤其是进入
F32-1断层后，相继发生大变形，特征是水平挤压
段，其中小间距段左、右线洞室衬砌最小净距为4 ~6m,大跨段最大净宽达到18 m,使该段结构处于
复杂受力状态中。 其平面布置，见图1。
・172・
大跨段190m
兰州
路基工程
Subgrade Engineering
2019年第3期（总第204期）
匚
/.+930
IT".
OC
oo
连拱段70m
两单段832m
左线隧道中线
左线线路中线
—
中隔墙
鏗箜垮中线
Hale Waihona Puke 右线隧道中线左线隧道中线 左线线路中线
庆、
OC oc
+
ZJZ.+9Z.CXQ
图1平面布置
1.2地质概况
隧道穿过的地层主要为下第三系砾岩夹砂岩夹 泥岩及三叠系中统板岩夹砂岩夹灰岩及断层角砾和 碎裂岩。斜坡及坡顶覆盖有第四系全新统坡积细角 砾土和上更新统风积砂质黄土。在高地应力作用下, 上述喇叭口复杂结构将处于十分不利的受力环境,
±,主要从事隧道及岩土工程方面的研究工作。
E-mail: shiyll 121 @ 126. com o
由于小间距隧道相互之间的影响，不仅与围岩 类别、隧道间距、开挖和支护方式有关，而且不同 的开挖顺序等，都会有不同的结果⑴）。隧道衬砌 结构的变形破坏，大部分是由于围岩压力过大所 造成。
在高地应力区开挖小间距隧道，采用什么样的 开挖方法对结构受力将产生重大影响。为此，本文 基于兰渝铁路隧道的现场监控量测及试验数据，建 立数值模型，对高地应力小间距隧道的施工方法进 行研究，寻求合理的施工方法，为高地应力小间距 隧道的施工提供参考。
台阶法和超前导洞法，文献［5 -6］对超前应力释放
洞对围岩应力释放作用的研究，得出了最佳的导洞 开挖尺寸。
文献［7-10］还集中在髙地应力隧道变形控制及
支护方案的研究上。
收稿日期：2018 - 07 - 05 基金项目：铁道部科技研究开发课题（2009G009-B） 作者简介：师亚龙（1987 -）,男，河南平顶山人。工程师，硕
摘要：根据兰渝铁路新城子隧道小间距段在开挖过程中出现严重大变形的工程实例，通过对 小间距段左、右线在不同开挖方法下的现场监控量测数据及该段结构受力测试数据进行研究，并结 合数值模拟计算结果分析，提出高地应力小间距隧道合理的施工方法。研究结果表明：针对高地应 力区小间距隧道的开挖，采用应力释放洞法较台阶法能更有效地控制围岩变形，且支护结构所受到 的围岩压力及内力均较后者小很多。
1工程实例 1.1工程概况
兰渝铁路某隧道位于宕昌县剪子河与临江铺之 间，地貌上位于西秦岭高中山区，山高沟深，山坡、
谷坡较陡，地面最小高程为1 670 m,最大高程为 2381 m,相对高差为700 m,隧道洞身最大埋深 749 m,隧道进、出口端基岩裸露，山梁顶植被覆盖
较差。 隧道衬砌结构分别经过小间距、双连拱和大跨
关键词：高地应力；小间距；隧道施工；应力释放洞法；台阶法
中图分类号：U455.41+1
文献标志码：A
文章编号：1003 -8825（2019）03 -0171 -06
0引言 小间距隧道的建设与发展是目前交通运输界广
泛关注的热点问题之一，其对提高交通运输效率、 保护与利用自然环境、加快经济建设发展等均有重 大的现实意义⑴。
1.4支护形式 该隧道按喷锚构筑法技术要求设计，隧道均采
用曲墙带仰拱复合式初期支护，初期支护采用喷射 混凝土 +钢拱架支护，喷混凝土采用湿喷工艺。拱
部环向间隔0.4 m采用3.5 m长的<02超前小导管 进行超前预注浆支护；初期支护喷射厚度为30 cm 的C25混凝土，每0.6 m设H175型钢架，钢架之间 布网格间距为10 cm x 10 cm的（j>8钢筋网片，拱墙 设R32N自进式锚杆，长9.0 m,每侧4根，梅花形 布置，环、纵间距为2.4 mxl.2 m,两侧边墙增设 护2小导管径向注水泥浆，每侧3根，长4.0 m, 环、纵间距为2.4mxl.2m, H175型钢钢架纵向采 用80 x43 x5槽钢和©22钢筋焊接，槽钢中部预先
打孔，并于钢架架设完成后在打孔部位打设进入
R32N自进式锚杆。左、右线之间墙脚以上岩柱每棉 钢架设置3根对拉锚杆（©32精轧钢筋）加固。
（b）变形二 图2初期支护变形
2现场监控量测及试验数据分析 2.1监控量测数据分析
小间距隧道与其他分离式独立隧道的本质区别 在于相互影响，开挖洞室时，紧邻洞室的围岩初始 应力场会产生很大变化，随着距孔洞距离的增大， 应力场的扰动量将迅速衰减，对一定距离以外的范
围可忽略开挖引起的影响［2-41o然而，高地应力小
间距隧道与普通的小间距隧道有较大的区别，其开 挖方法不仅受到两隧道之间的间距影响，还在很大 程度上受到高地应力的影响。
师亚龙，等：超前导洞在高地应力小间距隧道开挖施工中作用效果分析
DOl：10. 13379/j. issn. 1003-8825.2019.03.32
-171 ・
超前导洞在咼地应力小间距隧道 开挖施工中作用效果分析
师亚龙'，卢颖明2,邢晓飞-刘志强I
（1.中铁西南科学研究院有限公司，成都611731； 2.武汉地铁集团有限公司，武汉430030）
变形显著，进入深埋后拱顶下沉也不小，但以边墙 位置破坏为主，这是典型的高地应力挤压大变形特
征。其初期支护结构变形，见图2。
1.3施工方法 在小间距段主要采用的施工方法为：右线采用
台阶法施工，左线采用导洞施工。先进行左线应力
释放小导洞施工，导洞一次开挖30 m,再回来对其
断面进行扩挖，施工过程中导洞施工一直超前右线 隧道。右线隧道采用三台阶法施工，考虑到左线扩 挖对右线的影响，右线采用双层支护结构，第二层 支护在第一层支护封闭成环后及时施作，左线隧道 通过后且仰拱施工完成，进行右线隧道二次初期支 护的施作。
尤其是F32-1断层内软岩及其顺层结构，对小间距
段的地应力释放加剧了高地应力的影响力，该段埋
深达400 m,并在小间距段穿过F32-1断层。断层 内围岩为三叠系炭质板岩，V级，岩体呈压碎薄片
状、层结合面呈油亮面，出露产状呈高倾角、走向 与洞轴线大致平行。在施工过程中尤其是进入
F32-1断层后，相继发生大变形，特征是水平挤压
段，其中小间距段左、右线洞室衬砌最小净距为4 ~6m,大跨段最大净宽达到18 m,使该段结构处于
复杂受力状态中。 其平面布置，见图1。
・172・
大跨段190m
兰州
路基工程
Subgrade Engineering
2019年第3期（总第204期）
匚
/.+930
IT".
OC
oo
连拱段70m
两单段832m
左线隧道中线
左线线路中线
—
中隔墙
鏗箜垮中线
Hale Waihona Puke 右线隧道中线左线隧道中线 左线线路中线
庆、
OC oc
+
ZJZ.+9Z.CXQ
图1平面布置
1.2地质概况
隧道穿过的地层主要为下第三系砾岩夹砂岩夹 泥岩及三叠系中统板岩夹砂岩夹灰岩及断层角砾和 碎裂岩。斜坡及坡顶覆盖有第四系全新统坡积细角 砾土和上更新统风积砂质黄土。在高地应力作用下, 上述喇叭口复杂结构将处于十分不利的受力环境,
±,主要从事隧道及岩土工程方面的研究工作。
E-mail: shiyll 121 @ 126. com o
由于小间距隧道相互之间的影响，不仅与围岩 类别、隧道间距、开挖和支护方式有关，而且不同 的开挖顺序等，都会有不同的结果⑴）。隧道衬砌 结构的变形破坏，大部分是由于围岩压力过大所 造成。
在高地应力区开挖小间距隧道，采用什么样的 开挖方法对结构受力将产生重大影响。为此，本文 基于兰渝铁路隧道的现场监控量测及试验数据，建 立数值模型，对高地应力小间距隧道的施工方法进 行研究，寻求合理的施工方法，为高地应力小间距 隧道的施工提供参考。