超大断面隧道开挖技术

三、隧道CRD法施工的优化
1.原设计施工情况
隧道围岩级别为Ⅲ、Ⅳ级，全部采用Ⅳ级支护方式。全 隧道为浅埋隧道，暗挖段全部采用交叉中隔壁（CRD）法施 工，CRD主要施工方法是将隧道分成四个小断面洞室施工， 同侧上下部施工间距不宜大于8m,同一层左右部施工间距不 宜大于15m,每部开挖后及时施作临时仰拱和初期支护，使分 部支护成环。
三、CRD法施工
3.施工工序间距


（5）①、③工序开挖采用光面爆破，②、④工序开挖采用预裂爆 破，严格控制炸药用量，采用减弱爆破方式。 （6）仰拱砼随工序④施工而进行，距其掌子面10m。导洞施工在下部 工序已完成，转到上部施工前施工，采取预裂爆破方式施工。 见下图示。 （7）临时支护拆除时间根据量测结果确定，拆除顺序为先横撑，后 拆除中隔壁。临时支撑距衬砼距离不大于12m，并视情况，采取 临时支顶措施。
三、CRD法施工
2.实际开挖施工优化情况
（3）仰拱施作按照先拆除不超过2.0m范围内临时支撑，初 期支护封闭成环后继续拆下一段不超过2.0m的临时支 护。待支护封闭达到6.0m后应立即施作衬砌仰拱砼。 为保证开挖仰拱时初期支护的稳定性，在原设计原则 上每脚增设2根锁脚锚管。 （4）观测收敛稳定后，拆除6～８米中隔壁底节单元，分 ２～３次拆完，拆除过程及时观测，完成后施作仰拱 砼。 (5) 为减轻拆除底部临时钢架时拱顶受力，在上一循环过 程提前凿除临时支撑的砼。 (6) 隧底填充砼施作完成后，根据量测结果确定是否拆除 剩余的临时支撑。 (7) 为保证安全，拆除底节临时支撑前应检查每个连接部 位及钢架纵向连接情况。
34
二、工程概况
笔架山隧道地层岩性：隧道分布古界蓟县系泥 岩、砂岩，局部表覆第四系全新统坡洪积层细角砾 土。地质构造：依据区域地质资料，笔架山隧道区 位于新华夏构造体系钓鱼台-邓屯-李店构造带上， 根据物探资料分析隧道区中部为一褶皱，其北翼岩 芯极其破碎。
二、工程概况
隧道地质分布情况及围岩分级
分布里程 DK67+255~DK67+384 DK67+384~DK67+414 DK67+414~DK67+600 岩性 石英砂岩（W3）~（W4） 石英砂岩（W2）~（W3） 石英砂岩、叶岩（W2）~（W4） 围岩分级 Ⅲ Ⅲ Ⅳ
三、CRD法施工
4.施工步骤
（1）超前支护 大管棚布置图
主洞长管棚立面布置图 主洞长管棚纵面布置图
仰
坡 防
护
C30砼套拱 明洞衬砌 暗洞复合衬砌
40m长管棚
50# 53#
明洞衬砌
C30砼套拱
钢花管大样
三、CRD法施工
4.施工步骤
大管棚施工
三、CRD法施工
4.施工步骤
（1）超前支护
超前小导管施工 小导管注浆作业采用凿岩风钻打孔,外插角150，孔 口钻眼偏差不大于50mm,孔眼长度大于钢管长度,小钢管平 直,尾部焊箍,顶部成尖锥状,采用锤击或钻机顶入,顶入长 度不小于管长的90%,小钢管长4m,管壁按梅花型布置小孔, 间隔为30cm，小钢管尾部置于钢架腹部或焊接于系统锚杆 尾部,以增强共同支护能力。 采用纯水泥注浆，水灰比：1：1，注浆压力为 0.4～6Mpa，在孔口处设止水塞，浆液配合比由现场试验确 定，注浆时从拱顶向下注，先注无水孔，后注无水孔，如 遇窜浆或跑浆，则间隔一孔或几孔注浆。
三、CRD法施工
4.施工步骤
（2）超前地质预报与监控量测
必测项目及方法
测试方法 和仪器 人工观察 地质罗盘 收敛计 全站仪 0.1mm 1mm 0.1mm 0.5mm 0.5mm 0.5mm 沉降缝两侧底板（或仰拱填充 层面）沉降 一般进行水平收敛量测 一般进行三维多点量测 测试 精度 备 注
序 号 1 2 3 4 5 6
三、CRD法施工
2.实际开挖施工优化情况
（1）中隔壁改为竖撑，工字钢型号、喷射砼维持设计不 变。临时仰拱改为水平支撑，不喷射混凝土，由原 来的工20a改为工25a型钢，并做好纵向连接。1、3步 施工50～80米后，进行上台阶底部松动爆破，架设横 支撑，再进行2、4步开挖。仰拱封闭后进入下一循环 施工，第二个循环上部通道在仰拱成型地段用洞碴填 筑。仰拱及时跟进，仰拱距离下台阶10米左右，二次 衬砌距离下台阶掌子面宜控制在30～50米范围。 （2）②、④部开挖初期支护及时施工，与①、③部施工留 取适当长度。②、④部施工时停止①、③部施工。
一、高速路大断面隧道研究背景及国内外现状
目前，国内大力发展的客运专线铁路基本上都是 一次建成双线，同时考虑工程技术作业空间、内部配 件空间、安全空间、救援通道以及考虑空气动力学的 影响所需，客运专线铁路隧道设计内净空面积达到 100m2以上。哈大客运专线设计时速达350Km/h，隧道 最大开挖面积205m2，隧道断面内轮廓净面积134.66m2， 开挖工序比较繁琐，施工难度较高。目前在国内，如 此大断面的双线铁路隧道开挖施工是一个全新的课题， 国外也很少有类似的经验可作参考。
新建铁路哈尔滨至大连铁路客运专线TJ-1标段
超大断面隧道
分部开挖施工技术
一、高速铁路大断面隧道研究背景、国内外现状 二、工程概况
三、CRD施工法
四、高速铁路大断面隧道存在的关键技术问题 五、结语
一、高速路大断面隧道研究背景及国内外现状
改革开放三十年来，我国的铁 路隧道建设事业有了迅猛的发展。 随着国家对基础建设的逐步完善， 我国的高速铁路建设又进入了一个 新的大发展时期。由于铁路等级的 提高和交通量的剧增，包括大断面 在内的各类铁路隧道数量会进一步 增加。
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
三、CRD法施工
4.施工步骤
（1）超前支护 超前小导管布置图
三、CRD法施工
4.施工步骤
（2）超前地质预报与监控量测
隧道施工通过超前地质预测预报、监控量测，主动获 取地质信息，及时发现异常情况，预报开挖面前方不良地 体的位置、规模和性质，以避免突发性地质灾害的发生， 为优化、完善设计，制定科学、合理的施工方法提供地质 信息依据。为施工提前做好准备，及早制定预案，采取相 应的技术和安全措施，以保证施工的正常、安全进行。
一、高速路大断面隧道研究背景及国内外现状
各国高速铁路隧道净空面积
国 日 家 本 线 新干线 大西洋线 法 国 别 运营速度 (km/h) 240～300 300 断面积(m2) 61～64 71
北方线、东南延伸线
地中海线
300
350 250 300 270 350 350
100
100 82 92 75 107 90
监测项目 洞内、外 观察 净空变化 拱顶下沉 沉降缝两侧底板不均 匀沉降
水准测量 水准仪、钢尺 水准测量 水准仪、铟钢尺
洞口段与路基过渡段 不均匀沉降观测
地表下沉
水准测量， 水准仪、铟钢尺
水准测量 水准仪、塔尺
洞口底板（或仰拱填充层面） 与洞口过渡段的沉降
浅埋隧道必测（H0 ≤2B）
三、CRD法施工
三、CRD法施工
原设计情况
3
临时仰拱
1
中隔壁
3部
施工 导洞
1部
施工 导洞
4
2
三、CRD法施工
2.实际开挖施工优化情况 施工初期按照原设计进行施工，但是施工进度较慢， 主要原因是该隧道属于山岭隧道，开挖需要爆破作业，使得 整个施工环节属于单工序作业。由此造成大量的人员、机械、 设备处于闲置状态。按照全断面进行计算平均每月最多进尺 30m，严重影响施工进度。按照此施工工艺主要暴漏的问题 是： ①大量的人员、机械、设备闲置； ②施工进度缓慢； ③施工仰拱临时支撑转换、拆除过于困难。因此，由局 指组织邀请业主、设计、咨询、监理以及多方专家实 地勘察，经过三次论证，初步将笔架山隧道CRD施工 工法进行部分优化，最终确立CRD施工优化方案如下：
1
超前长管棚
2
超前小导管
三、CRD法施工
4.施工步骤
（1）超前支护
大管棚施工 大管棚安装采用潜孔钻机顶进钢管，顶进时用测斜 仪控制上扬角度。为加固隧道周边围岩，控制地表下沉， 增长管棚刚度，充填钢管周边空隙，对每根钢管进行注浆。 有效扩散半径为0.3m，浆液采用纯水泥浆，初压0.5Mpa， 终压1.0Mpa，并采用定量注浆法控制注浆量。当注浆压力 达到设计终压10min后，进浆量仍达不到设计注浆量时，也 可以结束注浆。注浆结束后用M30水泥砂浆填充，增强管棚 的刚度和强度。
三、CRD法施工
4.施工步骤
（2）超前地质预报与监控量测
三、CRD法施工
4.施工步骤
（2）超前地质预报与监控量测
笔架山隧道根据设计地质、围岩情况选择的超前地 质预测预报方法为：以地质分析法为主，对重要的地质 （层）界面、断层或物探异常段采用TSP203或地质雷达进 行探测、必要时采用超前水平钻孔。 在施工过程中通过监控量测，为初期支护和二次衬 砌设计参数的调整提供依据，确保施工及结构安全，指导 下一步施工。监测项目分为必测与选测两部分，具体见下 表：
三、CRD法施工
实际施工情况
竖撑 水平支撑
3
1
3部
施工 导洞
1部
施工 导洞
4
2
三、CRD法施工
3.施工工序间距
（1）为保证上部爆破作业时，钻孔台架安全，其最短施工距离控制为２ 0m，并作为机械装碴平台。装碴、运输机械进出导洞长度２0m(坡 度19%)，台阶长度共40m。即① ②工序之间、③ ④工序之间间 隔40m。 （2）为减少相邻作业面爆破作业干扰，隧道开挖① ③工序之间、② ④ 工序之间间隔10m。 （3）各工序循环开挖进尺1~2榀拱架。 （4）初期支护、临时支护之中隔壁必须随开挖紧跟。上部临时仰拱设 置，在下部施工前必须设置，其设置为上部施工长度减40m台阶长 度。
二、工程概况
哈大客运专线大连至沈阳段DK67+255—DK67+600 笔架山隧道
坡度 (‰)↑ (↓)/长 度 (m)
隧道 名称 笔架 山隧 道
隧道里程
长度 线别 （m）
复合式衬砌或明洞 长度（m）
Ⅳ围岩8度 设防 311 明洞
DK67+255 ～ DK67+600
345
双线
16↑195、 3↑150
Ⅲ级围岩159米,Ⅳ级围岩186米,设 计图纸按Ⅳ级围岩防护。
三、笔架山开挖施工-CRD法施工
CRD法源于日本，是中壁法和台阶法的综合，一般 用于Ⅳ级围岩，为了更好的控制围岩变形时采用；同 时由于本隧道为满足运梁车通过，采用扩大断面,又因 为浅埋偏压隧道,故采用此方法施工。
优点：施工安全度较高、控制地层变形较好； 缺点：施工进度较台阶法慢工序繁琐、临时工程 量大和造价较台阶法大。
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
4.施工步骤
（2）超前地质预报与监控量测
Hale Waihona Puke Baidu
必测项目为日常施工管理中所必须进行的量测项目， 主要为位移测试项目。净空收敛量测一般只进行水平收敛 基线的量测，拱顶下沉可根据量测断面大小及开挖方法， 布置1～3个测点。地表下沉量测可以反映隧道开挖对地表 土体的影响，在浅埋地段应将地表下沉量测也作为必测项 目。