大断面单洞双线变双洞单线隧道施工工法(新)

大断面单洞双线变双洞单线隧道施工工法

中铁十二局三公司石太客运专线Z1标

王志强李有生张自强

1、前言

由于客运专线的时速达到250km/h、300km/h和350km/h，所以对隧道的要求就更加严格。首先隧道的净空要符合空气动力学，线路的设计要能达到火车的时速，这就要求线路上曲线的半径要满足速度上的要求，因此就会出现隧道的开挖断面面积大。而小净距隧道双洞的中间岩柱宽度介于连拱隧道和分离隧道之间，小于1.5倍隧道开挖断面的宽度；隧址区为山岭重丘区，受地形的限制路线分幅展线十分困难，在这种情况下，小净距隧道显示出了优势，与分离式隧道型式相比，隧道两端接线的长度大大缩短，与双连拱隧道相比，简化了施工工序，节约了工程工期和造价。本工法生成背景是2005年上场的铁路石家庄至太原客运专线Z1标段的南梁隧道单洞双线变双洞单线的段落。

南梁隧道全长11.526公里。其中双线5.795公里，单线5.731公里（双延米）。其中在单洞双线变双洞单线的过渡段包括480米长的双线喇叭口大跨隧道及250米长的双洞单线小净距隧道。

2、工法特点

2.1 解决了大断面隧道施工过程中断面在不断变化的情况下的开挖及二次衬砌施工。

2.2 解决了小净距隧道的开挖施工。

3、适用范围

3.1开挖断面面积大于120m2，且断面在不断变化的隧道。

3.2并行双洞隧道净距小于1.5倍隧道开挖断面宽度，且开挖断面宽度小于13m。

4、工艺原理

4.1 隧道断面在不断地变化，可以看做是喇叭口形式。开挖时断面逐渐变大，其

开挖时的光爆效果会很差，超欠挖难以控制；在二次衬砌施工时，由于断面是流线型的，所以就不能使用整体式液压台车，只有用钢拱架加小模板来施工二次衬砌，每施工一米衬砌就要加工一榀钢拱架，而且得重新安装小模板，这样即浪费时间又浪费钢材。我们只有改变了隧道的断面变化形式，才能在源头上改进其施工工艺。见图4.1-1单洞变双洞流线型渐变平面示意图。

图4.1-1 单洞变双洞流线型渐变平面示意图

4.2小净距双洞隧道施工的难点、重点是控制爆破作业，必须确保隧道在开挖过程中围岩的稳定，减小两隧道之间由于净距较小引起的围岩变形、爆破震动等不利因素。小净距双洞隧道施工的关键是中间岩柱的加固和稳定，由于围岩自稳性和支护结构的受力较一般隧道复杂，必须充分利用隧道围岩的自承、自稳能力，通过围岩加固措施使隧道修建达到经济、合理的目的。见图4.2-1 小净距隧道照片。

图4.2-1 小净距隧道照片

5、施工工艺流程及操作要点

5.1喇叭口大跨段施工工艺。

5.1.1 在施工前全面地了解原设计的施工工艺及其在施工过程中的难度。据我部了解喇叭口大跨段为流线型渐变，开挖上难度不是很大，但是在以后的二次衬砌施工中难度就很大了。因此我部从尽量少地投入资金及不影响原来隧道结构的角度出发，与设计单位、建设单位积极沟通、探讨，最后将喇叭口段的流线型渐变形式变更为台阶型渐变形式。每个开挖断面变化时通过设置3米长的过渡段直接由上一个小断面变化到下一个大断面。具体见图5.1.1-1单洞变双洞台阶型渐变平面示意图。

图5.1.1-1 单洞变双洞台阶型渐变平面示意图

图5.1.1-2 台阶型渐变照片

5.1.2 由于喇叭口段隧道开挖面积从117.6平方米渐变为299.56平方米，因此在

施工过程中我们要结合TSP203超前地质预报仪来确定其开挖方法（台阶分部法、CD 法或CRD 法）。

5.1.2.1 对于围岩较好的大断面隧道，如Ⅱ、Ⅲ级围岩采用台阶分部法施工。图5.1.2.1-1大跨隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用台阶分部法施工示意图

6

3

4

1

隧道

中线

Ⅱ

Ⅴ

Ⅶ

Ⅷ

Ⅸ

Ⅹ

Ⅺ

Ⅺ

图5.1.2.1-1大跨隧道Ⅱ、Ⅲ级围岩采用台阶分部法施工示意图

具体的施工工艺流程见图5.1.2.1-2 台阶分部法施工工艺流程图

5.1.2.2 对于围岩较差的大断面隧道，如Ⅳ、Ⅴ级围岩采用CD 法施工。

图5.1.2.1-2 台阶分部法施工工艺流程图

具体CD 法开挖及施工工艺流程见图5.1.2.2-1大跨隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用CD 法施工示意图及图5.1.2.2-2 CD 法施工工艺流程图。

4

2

3

1

隧道中线

1′

Ⅰ

Ⅲ

Ⅱ

Ⅳ

2′

Ⅱ′

Ⅳ′

图5.1.2.2-1 大跨隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用CD 法施工示意图

5.1.2.2-2 CD 法施工工艺流程图

5.1.2.3 对于围岩非常破碎的Ⅴ级加强大断面隧道采用CRD分部施工法施工（即交叉中隔壁法）。施工方法见图5.1.2.3-1 CRD法分部施工示意图。

图5.1.2.3-1 CRD法分部施工示意图

具体的施工工艺流程如下：

第一步：①-左侧上导开挖，Ⅰ-左侧上导初期支护施工，1′-左侧上导中隔壁施工，1″-左侧上导临时仰拱施工；

第二步：②-左侧中导开挖，Ⅱ-左侧中导初期支护施工，2′-左侧中导中隔壁施工，2″-左侧中导临时仰拱施工；

第三步：③-右侧上导开挖，Ⅲ-右侧上导初期支护施工， 3″-右侧上导临时仰拱施工；

第四步：④-右侧中导开挖，Ⅳ-右侧中导初期支护施工，4″-右侧中导临时仰拱施工；

第五步：⑤-左侧下导及左侧仰拱开挖，Ⅴ-左侧下导初期支护施工，5′-左侧下导中隔壁施工，5″-左侧下导仰拱初期支护施工；

第六步：⑥-右侧下导及右侧仰拱开挖，Ⅵ-右侧下导初期支护施工，6″-右侧下导仰拱初期支护施工；