超大断面隧道开挖技术

超大断面隧道分部开挖施工技术
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摘要随着我国高速铁路的发展，大断面隧道将成为高速铁路隧道的重要组成部分。

本文从施工技术方面对哈大客运专线笔架山隧道CRD法施工进行了详细的阐述和总结，对以后同类型的隧道施工具有一定的借鉴意义。

关键词高速铁路大断面隧道 CRD法施工技术
一、扩大断面隧道研究背景、国内外现状
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。

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（各国高速铁路隧道净空面积见下表所示）。

本文对客运专线大断面浅埋隧道开挖技术做系统研究，以供同仁们共同商榷和探讨。

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‰的上坡，隧道最大埋深约31m。

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。

三、笔架山隧道开挖-CRD法施工
笔架山隧道开挖采用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且为浅埋偏压隧道，故采用此方法施工。

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。

因此实际施工过程对开挖、支护体系转换等工序进行了优化。

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，开挖采用弱爆破设计，隧道洞身二次衬砌均在初期支护收敛变形趋于稳定后施作 (
2.
实际施工过程经过组织三次相关方对优化方案进行论证，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）中隔壁改为竖撑，通过钢型进行连接，取消喷射混凝土。

临时仰拱改为水平支撑，取消喷射混凝土。

（2）②、④部开挖初期支护采取分步开挖，当开挖②部时在④部拉槽打坡道保证①、③部施工进度。

（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) 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。

(6)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。

实际施工情况
3．优化后施工工序注意事项：
（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20m，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①②工序之间、③④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。

（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。

四，超前地质预报与监控量测在扩大断面隧道作用
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质的位置、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
CRD法施工开挖步序示意图
一般地段Ⅲ-Ⅲ
Ⅲ
洞口地段Ⅲ-
的正常、安全进行。

笔架山隧道在施工过程中，除做好监测必测项目同时还通过预埋传感器采集数据分析围岩稳定性，为初期支护的调整提供依据，确保施工及结构安全，指导下一步施工。

通过多方努力，现笔架山隧道已经正式贯通，取得了经济、进度两丰收。

四、高速铁路大断面隧道存在的关键技术问题
1.施工指导问题
由于大断面隧道在断面面积和跨度上具有鲜明的特点，由此引发了诸多的相关工程问题（例如支护形式、支护参数、施工方法、围岩稳定、工程措施与工程造价等），使得大断面隧道施工没有一个较为明确、实用的规范作指导。

因此在施工过程中应采取必要的监控手段对隧道的支护进行优化，保证安全、进度、效益受控。

2.防排水技术
隧道防排水是一项综合工程，需要材料匹配、设计合理、施工精良、检验有力、维护有效。

从工程结构方面来说，它是初期支护、防水层、排水网络、衬砌结构共同作用的结果，哪一方面出现问题，都可能导致整个防水体系的失效。

隧道在施工阶段对隧道防排水工程的质量进行严格控制，才能从根本上减少或避免隧道渗漏水，事后补救效果往往欠佳。

因此，笔架山隧道通过对施工人员培训，
原材检验，施工过程采取多控手段来保证全包防水效果。

五、结论
1. 由于大断面隧道在断面面积和跨度上具有鲜明的特点，使得大断面隧道施工没有一个较为明确、实用的规范作指导根据隧道工程特点，制定切实可行的施工方案是隧道施工能否正常进行的关键。

2.不良地质的施工量测尤为重要，围岩较差地段要提前做好预测预防措施，同时要尽早施做仰拱，及早使断面封闭成环。

坚持“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，早成环，勤量测”的原则，
3.大断面隧道CRD法施工虽然工序繁琐，但是只要能合理的安排人员和机械，控制好施工工序和施工要点，一定可以保证施工顺利安全进行。

高速铁路建设是当今世界各国铁路建设的趋势。

我国是一个多山的国家，随着高速铁路的发展以及铁路运输量的迅速增加，大断面隧道必将成为未来我国高速铁路建设的一个重要组成部分。

并且，目前大断面隧道的施工建设有很多新技术、新工艺、新标准值得我们去探讨，这需要我们不断学习，勇于创新。

设计人员精心设计、施工人员精心施工，相信我们一定能够实现铁道部党组制定的“建设一流客运专线”的目标，隧道主体结构实现“零缺陷”。