大斷面隧道學(xué)習(xí)資料

1、大斷面隧道學(xué)習(xí)資料第1章大斷面隧道設(shè)計(jì)技術(shù)近年來,隨著我國公路和高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，大斷面大跨度隧道不斷涌現(xiàn)。在大斷面隧道修建中，如何選擇正確的施工方法，以保證工程的安全建設(shè)和經(jīng)濟(jì)效益是一個(gè)非常重要的課題。大斷面隧道的跨高比大，導(dǎo)致圍巖和襯砌的穩(wěn)定性變差，必須從各方面包括斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，超前支護(hù)設(shè)計(jì)、開挖方法和方案，施工技術(shù)等方面進(jìn)行分析研究，提出相應(yīng)的處理方法。目前我國已建成不少單洞三、四車道公路隧道，隧道跨度最大達(dá)到23m左右，開挖斷面面積達(dá)到250m2以上，有的地方還提出建設(shè)單洞五車道，甚至六車道公路隧道的設(shè)想，其隧道斷面積將進(jìn)一步增大。我國鐵路隧道斷面與公路隧道相比要小得多，大斷面鐵

2、路隧道主要出現(xiàn)在近年來出現(xiàn)的高速鐵路雙線隧道中。由于考慮到高速列車在高速通過隧道時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，其隧道斷面積隨著列車速度而加大。例如，350/h客運(yùn)專線鐵路雙線隧道凈空最大跨度達(dá)到12.6m（見圖2.1），凈空面積（內(nèi)軌頂面以上面積）達(dá)到近120m2，開挖面積達(dá)到160m2以上。我國最大斷面的鐵路隧道是位于設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)350公里的鄭西高速鐵路上的張茅隧道（全長8483米），其最大開挖斷面積達(dá)164平方米，采用了三臺(tái)階七步流水作業(yè)法施工。大斷面隧道的最大特征是隧道的力學(xué)問題。由于車道數(shù)的增加,寬度加大,而高度變化不大,使斷面變得扁平。扁平大斷面隧道與近圓形斷面隧道相比，具有如下主要特征

3、。l 開挖后的應(yīng)力重分布變得不利。對于圓形隧道，在彈性介質(zhì)、靜水應(yīng)力場中，開挖后周邊的最大主應(yīng)力是初始應(yīng)力的2倍，當(dāng)圍巖強(qiáng)度小于圍巖應(yīng)力時(shí)，隧道周邊圍巖中將出現(xiàn)塑性區(qū)，需要施設(shè)支護(hù)結(jié)構(gòu)來控制變形。而對扁平的大斷面圖隧道來說，隨著高寬比（高度/寬度）的減少，圍巖內(nèi)的最大主應(yīng)力和襯砌拱頂處的最大彎矩急劇增加（見圖2.2），與近圓形隧道相比，將出現(xiàn)更大的塑性區(qū)和更大的變形，需要更強(qiáng)大的支護(hù)結(jié)構(gòu)來保持隧道的穩(wěn)定。l 底腳處的應(yīng)力集中過大,要求較大的地基承載力。力學(xué)分析結(jié)果表明,開挖后圍巖應(yīng)力在側(cè)壁處比較大。特別是側(cè)壓系數(shù)小時(shí)，開挖寬度越大,圍巖中的切向應(yīng)力越大，襯砌中軸力也越大。底腳處的應(yīng)力集中過大,

4、要求較大的地基承載力。l 拱頂不穩(wěn)定。隧道寬度的擴(kuò)大將大大增加拱頂圍巖內(nèi)的拉應(yīng)力，導(dǎo)致拱頂?shù)魤K等失穩(wěn)現(xiàn)象。同時(shí)，拱頂處襯砌彎矩增加，導(dǎo)致襯砌開裂。因此，隧道斷面的增大造成拱頂不穩(wěn)定。圖2.1 350km/h客運(yùn)專線鐵路雙線隧道建筑限界和內(nèi)輪廓高寬比圖2.2 隧道拱頂彎矩比與高寬比的關(guān)系l 較大的松弛地壓。開挖寬度越大,要求產(chǎn)生拱作用的埋深越大,在埋深作用不能發(fā)揮作用時(shí),就會(huì)產(chǎn)生很大的松弛壓力。因此,大斷面隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)將承受更大的松弛荷載。l 支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力相對較小?？缍仍酱?扁平形狀的拱形支護(hù)結(jié)構(gòu)支護(hù)條件不利，相對承載力變小。云桂鐵路隧道采用了大斷面的雙線隧道，所穿過地區(qū)的地質(zhì)條件非常復(fù)雜，

5、主要不良地質(zhì)有：巖溶、危巖落石、順層偏壓、有害氣體（瓦斯）、高地溫、高地應(yīng)力，軟巖大變形等。本培訓(xùn)將結(jié)合云桂鐵路的特點(diǎn)，針對大斷面隧道的以上力學(xué)特點(diǎn)，談?wù)劥髷嗝嫠淼涝O(shè)計(jì)施工技術(shù)。1隧道斷面尺寸表2.1為我國高速鐵路隧道凈空有效面積標(biāo)準(zhǔn)。表2.2為國際隧道協(xié)會(huì)的斷面劃分標(biāo)準(zhǔn)。表2.1 我國高速鐵路隧道凈空有效面積標(biāo)準(zhǔn)（m2）序號類別單線雙線1200km/h 客運(yùn)專線兼顧貨物運(yùn)輸52（53.6）80(85)2250km/h 高速鐵路58(60)923300350km/h 高速鐵路70100注：括號內(nèi)數(shù)值為客運(yùn)專線兼顧雙層集裝箱運(yùn)輸條件下，考慮特定接觸網(wǎng)高度等因素的面積。表2.2 國際隧道協(xié)會(huì)的斷面

6、劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分凈空斷面積（m2）超小斷面1002大斷面隧道設(shè)計(jì)內(nèi)容大斷面隧道設(shè)計(jì)包括：凈空斷面形式設(shè)計(jì)；襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；防排水設(shè)計(jì)；耐久性設(shè)計(jì)，隧道洞口形式及景觀設(shè)計(jì)；通風(fēng)照明和防災(zāi)救援設(shè)計(jì)；無咋軌道及隧道內(nèi)相關(guān)設(shè)施設(shè)計(jì)等。由于時(shí)間的關(guān)系，為突出重點(diǎn)，本培訓(xùn)只談凈空斷面形式設(shè)計(jì)和襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3 高速列車通過隧道時(shí)產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.1基本現(xiàn)象當(dāng)高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，強(qiáng)烈沖擊處于隧道中的靜止空氣場，空氣的黏性以及隧道壁面和列車表面的摩阻作用使得被排開的空氣不能像在隧道外那樣及時(shí)、順暢地沿列車兩側(cè)和上部形成繞流。于是列車前方的空氣受到壓縮，列車后方則形成一定的負(fù)壓。這就產(chǎn)生一個(gè)壓力波動(dòng)過程。這種壓

7、力波動(dòng)又以聲速傳播至隧道口形成反射波，回傳，疊加，產(chǎn)生一系列復(fù)雜的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，同時(shí)，壓力波以聲速傳播在隧道出口，驟然膨脹，產(chǎn)生微壓力波并伴有影響環(huán)境的爆破噪音，并會(huì)對臨近建筑物產(chǎn)生危害。圖2.3顯示出列車進(jìn)入隧道引起的壓力波動(dòng)實(shí)態(tài)。圖2.3 列車進(jìn)入隧道引起的壓力波動(dòng)實(shí)態(tài)3.2產(chǎn)生影響高速列車通過隧道時(shí)，產(chǎn)生的壓力波動(dòng)過程引起一系列與隧道設(shè)計(jì)和運(yùn)營密切相關(guān)的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，如表2.3所示。圖2.4所示為ICE列車以305km/h通過長度為5527m的Muhlberg隧道(凈空有效面積為82)時(shí)的瞬變壓力實(shí)測指。它反映了空氣壓力波動(dòng)在隧道內(nèi)傳播、反射和疊加的實(shí)態(tài)。實(shí)際上，在高速列車通過隧道時(shí)

8、，產(chǎn)生的壓縮波實(shí)態(tài)和大小與許多因素有關(guān)。其中主要有：列車速度、列車斷面積、列車長度、列車頭部形狀、隧道斷面積、隧道長度、隧道內(nèi)道床的類型等。因此研究壓縮波的影響也必須綜合眾多因素確定。歸納起來，高速列車運(yùn)行引起的問題有：l 由于瞬變壓力造成旅客及乘務(wù)人員耳膜不適，舒適度降低，并對鐵路員工和車輛產(chǎn)生危害；l 高速列車進(jìn)入隧道時(shí)，會(huì)在隧道出口產(chǎn)生微壓波，發(fā)出轟鳴聲，使附近房屋門窗嘎嘎啦作響，引起擾民問題；l 行車阻力增大。它運(yùn)營能耗增大，并要求機(jī)車動(dòng)力增大；l 形成空氣動(dòng)力學(xué)噪聲（與車速的68次方成正比）；l 列車風(fēng)加劇，影響隧道維修養(yǎng)護(hù)人員的正常作業(yè)；l 機(jī)車車體的形式與隧道斷面間的相關(guān)動(dòng)力學(xué)特

9、性等。表 2.3 高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng) 空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng) 隧道設(shè)計(jì)和運(yùn)營的意義瞬變壓力車內(nèi)瞬變壓力旅客舒適度車上壓力波動(dòng)最大幅度乘客和乘務(wù)員的健康隧道內(nèi)壓力峰值襯砌和設(shè)施的氣動(dòng)荷載車內(nèi)外壓差車輛結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)荷載微氣壓波隧道口環(huán)境列車空氣阻力平均阻力牽引計(jì)算阻力過程限坡空氣流動(dòng)列車風(fēng)隧道中設(shè)備安全空氣動(dòng)壓圖2.4 壓力波的傳播、反射和疊加3.3影響因素影響高速鐵路隧道空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的因素主要有：阻塞比及隧道橫斷面，車速及隧道長度，（1）阻塞比及隧道橫斷面從各國的實(shí)踐看，隧道橫斷面的決定主要是采用阻塞比，即采用列車斷面積與隧道斷面積的比值來決定。這里的隧道斷面積，通常是指軌道面以上的斷面積。也就

10、是，在列車尺寸、形狀一定的條件下，如何根據(jù)列車速度確定合理的阻塞比，而后根據(jù)列車斷面積決定合理的隧道橫斷面積。為此，我們列舉一些國家300km/h高速鐵路隧道堵塞比的一些參數(shù)，見表2.4。表2.4一些國家高速鐵路隧道的基本參數(shù)國家名稱意大利法國中國臺(tái)灣德國韓國日本西班牙列車斷面積（m）9.881210.311.612.610隧道斷面積（m）7610090921076475堵塞比0.130.120.110.120.20.13線間距（m）5.04.24.54.55.04.34.54.7（2）車速及隧道長度對瞬變壓力的影響車速的影響影響瞬變壓力的因素包括列車速度、列車長度、車形、列車橫截面積、列車表

11、面摩擦系數(shù)以及隧道凈空有效而積、隧道長度、隧道壁面摩擦系數(shù)等。研究表明，諸因素中，列車速度和阻塞比是具有最大影響的因素。ORE曾經(jīng)系統(tǒng)地研究了各種因素對壓力波動(dòng)的影響，用下列公式表達(dá)列車速度和阻塞比的影響： 單一列車在隧道中運(yùn)行時(shí)，考慮列車交會(huì)時(shí)，。 此外，同列車速度v和阻塞比不同，隧道長度的影響呈現(xiàn)出比較復(fù)雜的非單調(diào)特性，這是需要加以特殊考慮的。隧道長度對壓力波動(dòng)程度的影響研究表明，壓力波動(dòng)程度并非單一地隨著隧道長度的增加而加劇，對并考慮在隧道中點(diǎn)會(huì)車的情況得出，從3s內(nèi)列車上瞬變壓力變化角度考慮的“最不利長度”為（圖2.5）。圖2.5 隧道長度與壓力波動(dòng)間的關(guān)系圖2.6 隧道長度與壓力波動(dòng)

12、間的關(guān)系法國專家認(rèn)為，碎石道床隧道壓力波動(dòng)的最大值出現(xiàn)在、0.3及0.88時(shí)（M為車速的馬赫數(shù)）。當(dāng)測車速為300km/h時(shí)，考慮會(huì)車，對于碎石道床、 的情況，采用TGV動(dòng)車組，可用下式估算不同長度時(shí)的壓力波動(dòng)幅度：（式中ABS表示為絕對值）如圖2.6所示，壓力波動(dòng)幅度將出現(xiàn)3個(gè)峰值，對應(yīng)的隧道長度分別為、及，其中，與中國的研究結(jié)論是一致的。（3）密封指數(shù)為簡單計(jì)，可以自然地假定車內(nèi)壓力的變化率與內(nèi)外壓差成正比，即 假定為常數(shù)，令，以t=0時(shí)作為邊值條件，對上式積分得： 將常數(shù)寫成即得： 其中為一個(gè)具有時(shí)間量綱的常數(shù)，稱為“密封指數(shù)”。圖2.7 密封指數(shù)的物理意義令，求得，從而得出密封指數(shù)的物

13、理意義，即將車內(nèi)外壓差降低到初值的38所需的泄露時(shí)間（圖2.7）。鐵道部2001年200km/h及以上速度級列車密封設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定將車內(nèi)壓力從3600Pa降低到1350Pa所需的泄漏時(shí)間定義為密封指數(shù)。很容易證明，兩種定義實(shí)質(zhì)是一致的。對于一般情況，有 按上式，即可根據(jù)泄漏試驗(yàn)來測定車輛的靜態(tài)密封指數(shù)(表2.5)。表2.5 根據(jù)泄漏試驗(yàn)來測定車輛的靜態(tài)密封指數(shù)(kPa)(kPa)(s)(s)B.Kssies30.130830.15014算例40.15013.640.14010.8國外資料給出了車輛密封指數(shù)情況（表2.6）。表2.6 車輛的密封程度車 輛 類 型密 封 指 數(shù)（）不密封車

14、輛（例如用于支線）最低密封性（例如Eurocity）密封較好（例如ICE1,TGV）密封很好（例如ICE3,Transrapid）計(jì)算列車氣動(dòng)荷載時(shí)的密封假定圖2.8 車輛密封效果（實(shí)測）資料表明，現(xiàn)代密封技術(shù)可以考慮s。車輛密封性對緩解壓力波動(dòng)程度的作用可以歸為“滯后” 和“衰減”。圖2.8為德國實(shí)測的列車內(nèi)外瞬變壓力資料。由圖中可以看出，采用不密封的“標(biāo)準(zhǔn)”車輛，車內(nèi)壓力的變化情況同車外基本一致，而采用密封車輛后，車內(nèi)壓力的峰值滯后，同時(shí)壓力變化幅度減小。圖2.9所示為不同密封程度車輛對氣壓波動(dòng)的緩解效果的計(jì)算結(jié)果。圖2.9 不同密封程度車輛對氣壓波動(dòng)的緩沖效果圖2.10 列車通過不同長度

15、隧道時(shí)的壓力比較圖2.11 隧道長度對密封效果的影響如上所述，當(dāng)列車在大于臨界長度的長隧道中行駛時(shí)，隧道中及列車外部壓力波動(dòng)的程度與短隧道相比，會(huì)有所緩解。但是，如果采用密封車輛，車內(nèi)壓力波動(dòng)幅度卻往往比短隧道大（圖2.10），這是由于長隧道壓力波之間的時(shí)間間隔較大，使得車內(nèi)壓力有足夠的時(shí)間對外部壓力波動(dòng)作出響應(yīng)。可以說，相同密封指數(shù)的車輛，在段隧道中的“動(dòng)態(tài)”密封效果比長隧道好（圖2.11）。因此，在根據(jù)旅客舒適度設(shè)計(jì)斷面時(shí)，對長隧道要給與充分的注意，特別是采用無碴軌道的隧道。（4）車頭形狀的影響取=52計(jì)算長細(xì)比不同的車頭引起的第一壓縮波的時(shí)態(tài)曲線可以看出，車頭形狀對第一壓縮波的峰值影響很

16、大。以=350km/h為例，長細(xì)比為1、2及3的流線形車頭，壓力峰值分別為鈍形車頭的73%、58%及50%。相應(yīng)地，壓力梯度亦呈下降趨勢。因此，選擇長細(xì)比大的流線形車頭是緩解微氣壓波的一個(gè)重要措施。3.4解決方案（1）舒適度準(zhǔn)則瞬變壓力會(huì)造成旅客耳朵不適，必須采取加大凈空有效面積、提高車輛密封指數(shù)等措施，控制車廂內(nèi)壓力瞬變的程度。因此，需要從旅客乘車舒適度出發(fā)，對壓力波動(dòng)程度進(jìn)行評估并提出相關(guān)舒適度準(zhǔn)則。目前，在國外高速鐵路設(shè)計(jì)中，通常采用一定時(shí)間內(nèi)壓力單調(diào)變化值來制訂舒適度準(zhǔn)則。這就克服了單純用氣壓變化幅度或單純氣壓變化率的局限性，從生理學(xué)角度較科學(xué)地給出了同舒適度相關(guān)聯(lián)的壓力波動(dòng)閾值（表2

17、.7、表2.8和圖2.12）。表2.7 荷蘭采用的舒適度準(zhǔn)則時(shí) 間（s）壓力變化（kPa ）單線隧道雙線隧道10.500.8540.851.35101.402.10202.003.00302.403.60402.804.20503.204.80表2.8 ERRI和UIC采用的舒適度準(zhǔn)則時(shí) 間（s）壓力變化（Pa）ERRI基本舒適度準(zhǔn)則UIC活頁文件660新型高速列車1100050038004160010200010006030002000圖2.12 ERRI和UIC采用的舒適度準(zhǔn)則G耳道；T耳膜；TE耳咽管圖2.13 人耳構(gòu)造人的鼻咽腔通過一個(gè)稱為耳咽管（Eustachin管）的器官同中耳相連

18、（圖2.13)。通常，耳咽管是關(guān)閉的。當(dāng)鼻咽腔的壓力比中耳的壓力低將近2 kPa時(shí)，耳咽管會(huì)因收縮而自動(dòng)打開，在外界氣壓降低的情況下，中耳和外部氣壓不平衡即得以消除，則不會(huì)作用于鼓膜的兩邊。而當(dāng)外界氣壓增高時(shí)，鼻咽腔隨之增高的氣壓不會(huì)自動(dòng)傳到中耳，因此在耳膜的兩邊產(chǎn)生壓力差。在這種情況下必須通過吞咽、打呵欠或擠捏鼻子等動(dòng)作來人為地開啟耳咽管，以消除耳膜兩邊的不平衡壓力。因此，也有采用特定時(shí)間內(nèi)(3s或4s)壓力單調(diào)變化值作為瞬變壓力波動(dòng)特征參數(shù)，其特定時(shí)間（3s或4s）正是自動(dòng)或人為地（通過生理反應(yīng)）開啟耳咽管，建立中耳和外界的壓力平衡所需要的時(shí)間。在京滬高速鐵路隧道設(shè)計(jì)時(shí)，考慮京滬高速鐵路的

19、隧線比較小，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的合理性出發(fā)，采用較為寬容的舒適度準(zhǔn)則3 kPa/3s(英國British Railway Board,1976)，俾使降低對車輛密封性的要求。與此同時(shí)，根據(jù)國外高速鐵路隧道設(shè)計(jì)參數(shù)的發(fā)展趨勢，采用了相對比較富裕的凈空有效面積(=100、=70)，預(yù)留了遠(yuǎn)期通過車輛密封進(jìn)一步提高乘車舒適度的余地。（2）擴(kuò)大隧道斷面從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的合理性出發(fā)，采用相對比較富裕的凈空有效面積。（3）密封車輛通過提高車輛的密封性來減小瞬變壓力對乘客的影響。（4）輔助坑道合理設(shè)置的輔助坑道(斜井、豎井和橫洞)能緩解壓力波動(dòng)的程度。計(jì)算表明，豎井位置對減壓效果的影響很大。并不是設(shè)置在任何位置的豎井

20、都能有很好的效果。根據(jù)壓力波疊加的情況，可以理論地得到豎井的最佳位置：式中 豎井距隧道進(jìn)口距離； 隧道長度； Mach數(shù)，其中為車速，為聲速。以=1140m、=110m、=250km/h、=82為例，將豎井位置和個(gè)數(shù)對瞬變壓力的影響計(jì)算結(jié)果示于表2.9。表2.9 豎井位置和個(gè)數(shù)對緩解瞬變壓力的影響（豎井凈空面積為5）豎井位置無豎井隧道中部最佳位置（距隧道口380m）1個(gè)豎井2個(gè)豎井列車頭部（）1.881.501.181.69列車尾部（）1.831.311.040.61除了豎井位置外，豎井橫斷面積也存在最佳值。無端加大豎井橫斷面積并不能取得理想的效果(表2.10)。表2.10 豎井橫斷面積對緩解

21、瞬變壓力的影響豎井位置在隧道中部)豎井凈空面積（）5101525列車頭部（）1.51.381.441.68列車尾部（）1.311.211.061.11荷蘭高速鐵路隧道設(shè)計(jì)中提供了利用輔助坑道緩解瞬變壓力的例子。圖2.14所示的水下隧道從防災(zāi)要求出發(fā)，用隔墻將結(jié)構(gòu)分成兩個(gè)單線隧道空間。為了緩解瞬變壓力，不但在隧道兩端修建了豎井，而且在隔墻上開設(shè)小孔，開孔面積為0.01/m。研究表明，通過這兩個(gè)措施，在滿足同等旅客乘車舒適度的情況下，凈空有效面積可以減小(表2.11)，這就使工程造價(jià)大為降低。計(jì)算參數(shù)：m2、m（日本新干線E2系車)。圖2.14 豎井和帶孔隔墻表2.11 豎井和帶孔隔墻的作用隧道名

22、稱設(shè)計(jì)車速（km/h）隧道長度（m）凈空有效面積（）無豎井隔墻不開孔有豎井隔墻不開孔有豎井隔墻開孔Groene Hart3007200280260250Oude Maas3001369259249245（5）入口緩沖結(jié)構(gòu)為減小高速列車進(jìn)入隧道產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)對洞口周圍環(huán)境的影響，在隧道入口處，設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)，并滿足表2.12的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)置長度滿足表2.13的要求。表2.12 洞口緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)建筑物與洞口距離建筑物有無特殊環(huán)境要求基準(zhǔn)點(diǎn)微壓波峰值標(biāo)準(zhǔn)50m有建筑物按要求無20Pa50m有距洞口20m處160km/h時(shí)，危險(xiǎn)區(qū)為3.0m。車速200km/h時(shí)，人員可以在隧道內(nèi)停留，大于2

23、00km/h時(shí)，一般人員則不能在隧道內(nèi)停留。隧道內(nèi)安全空間應(yīng)在距線路中線3.0m 以外，單線隧道設(shè)在電纜溝一側(cè)，多線隧道必須設(shè)在兩側(cè)。安全空間尺寸：高度不應(yīng)小于2.2m，寬度不應(yīng)小于0.8m。安全區(qū)的地面應(yīng)不低于軌面規(guī)定高度，必須平整，允許有3的橫向排水坡。安全空間的地面與接觸網(wǎng)設(shè)備的帶電部件之間的距離不小于3.95m。圖2.15安全空間（2）救援通道隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置貫通的救援通道（圖2.16)，用于自救或外部救援。圖2.16 救援通道救援通道應(yīng)設(shè)在安全空間一側(cè)，距線路中線不應(yīng)小于2.3m。救援通道走行面應(yīng)不低于軌面高程。救援通道寬度不應(yīng)小于1.5m，在裝設(shè)專業(yè)設(shè)施處，寬度可減少0.25m；凈高不

24、應(yīng)小于2.2m。根據(jù)德國規(guī)范，兩端洞口救援通道的長度，在配備救援列車時(shí)為1000m，無救援列車時(shí)為500m，因?yàn)闊o車輛和帶有呼吸面罩的工作人員不能及時(shí)走完較遠(yuǎn)的距離。根據(jù)德國規(guī)范，救援通道的最小寬度應(yīng)不小于1.25m，通常情況下應(yīng)為1.251.6m，根據(jù)斷面寬度情況，在此規(guī)定為1.5m，其中靠邊墻一邊的0.25m范圍內(nèi)可部分被占用，用于安裝專業(yè)設(shè)施。（3）工程技術(shù)作業(yè)空間工程技術(shù)作業(yè)空間用來預(yù)留設(shè)備安裝或加強(qiáng)襯砌以及安裝降噪聲護(hù)墻板。其允許在有限的長度范圍內(nèi)設(shè)置一些設(shè)備，如接觸導(dǎo)線張力調(diào)整器和接觸導(dǎo)線開關(guān)以及接頭的緊回裝置等。工程技術(shù)作業(yè)空間在安全空間和救援通道之外，其寬度應(yīng)為0.3m。不得用

25、工程技術(shù)作業(yè)空間來滿足隧道建設(shè)的施工誤差。4.3內(nèi)輪廓擬定 根據(jù)各控制因素，確定單洞雙線隧道斷面有效面積為l00 m2，內(nèi)輪廓尺寸見圖2.17，單線隧道斷面有效面積為70 m2，內(nèi)輪廓尺寸見圖2.18。圖2.17 雙線隧道內(nèi)輪廓尺寸圖2.18單線隧道內(nèi)輪廓尺寸5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高速鐵路隧道的橫斷面較大，受力比較復(fù)雜，且列車運(yùn)行速度較高，隧道維修有一定的時(shí)間限制，復(fù)合襯砌比噴錨襯砌安全，且永久性較好，所以隧道襯砌采用復(fù)合式襯砌。考慮大斷面隧道的受力情況不利，尤以隧道底部較為復(fù)雜，而兩側(cè)邊墻底直角變化容易引起應(yīng)力集中，故一般隧道在邊墻底均加強(qiáng)。研究與試驗(yàn)證明，邊墻與仰拱若采用順接則可改善受力狀況，故隧道

26、采用曲墻式襯砌。5.1復(fù)合式襯砌（1） 無仰拱襯砌結(jié)構(gòu)形式圖2.19為無仰拱襯砌結(jié)構(gòu)形式，適用于II級圍巖無水地段。圖2.19 無仰拱襯砌（2）有仰拱襯砌結(jié)構(gòu)形式圖2.20為有仰拱襯砌結(jié)構(gòu)形式，適用于II級圍巖有水地段以及III、IV、V級圍巖地段。圖2.20 有仰拱襯砌（3）復(fù)合式襯砌支護(hù)參數(shù)高速鐵路隧道圍巖級別為II、III、IV、V級，全部按新奧法原理設(shè)計(jì)與施工，采用噴混凝土初期支護(hù)與模筑混凝土二次襯砌的復(fù)合式襯砌，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表2.15。5.2洞內(nèi)附屬構(gòu)筑物隧道內(nèi)可不設(shè)置供維修人員使用的避車洞，但應(yīng)考慮設(shè)置存放維修工具和其他業(yè)務(wù)部門需要的專用洞室。洞室應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯(cuò)布置，每側(cè)布置間

27、距應(yīng)為500m左右。洞室尺寸宜參照鐵道部現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10003)大避車洞尺寸設(shè)計(jì)。隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置雙側(cè)電纜槽，電纜槽的結(jié)構(gòu)外緣至同側(cè)軌道中線的距離不應(yīng)小于2.30m。電纜槽可設(shè)在安全通道下，但蓋板必須堅(jiān)固、平整，與安全通道地面齊平。隧道長度大于500m時(shí)，應(yīng)在洞內(nèi)設(shè)置余長電纜腔。余長電纜腔應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯(cuò)布置，每側(cè)布置間距應(yīng)為500m。5001000m的隧道，可只在中間設(shè)置一處。余長電纜腔尺寸應(yīng)參照鐵道部現(xiàn)行鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10003）大避車洞尺寸設(shè)計(jì)，并滿足有關(guān)專業(yè)的技術(shù)要求。當(dāng)隧道長度大于2000m時(shí)，應(yīng)根據(jù)接觸網(wǎng)專業(yè)要求在洞內(nèi)設(shè)置下錨區(qū)段。其長度及位置應(yīng)按接觸網(wǎng)專業(yè)要求辦

28、理。錨固設(shè)備不應(yīng)侵入隧道預(yù)留空間。下錨區(qū)段宜布置在直線及地質(zhì)較好、地下水較少地段。表2.15 襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)表圍巖級別初期支護(hù)二次襯砌預(yù)留變形量（CM）噴混凝土鋼筋網(wǎng)（8）錨桿鋼架拱墻（CM）仰拱/底板（CM）設(shè)置部位/厚度（CM）網(wǎng)格間距（CM）（環(huán)縱）設(shè)置部位長度（M）間距（環(huán)縱）（M）規(guī)格每榀間距（M）拱墻/102.51.513530（*）35拱墻/152525拱部31.21405558拱墻/25仰拱/152020拱墻3.51.01格柵10（拱墻）45（*）55（*）810加拱墻、仰拱/252020拱墻3.51.01格柵10（拱墻）45（*）55（*）810拱墻、仰拱/282020拱墻41

29、0.8格柵或型鋼07（全環(huán)）50（*）60（*）1015加拱墻、仰拱/282020拱墻40.81格柵或型鋼07（全環(huán)）50（*）60（*）10156 底部結(jié)構(gòu)（無碴道床）6.1高速鐵路隧道內(nèi)無碴軌道結(jié)構(gòu)形式由于隧道開挖面積是影響隧道工程造價(jià)的主要因素，應(yīng)當(dāng)把降低隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)高度作為重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。另外，由于隧道內(nèi)空間有限，特別是單線隧道內(nèi)空間更小，軌道結(jié)構(gòu)的施工方便性也是一個(gè)基本要求。板式無碴軌道結(jié)構(gòu)與軌枕埋入式無碴軌道結(jié)構(gòu)相比，前者結(jié)構(gòu)高度低(鋼軌頂部到底座上部距離，板式軌道約為456mm，雙塊式軌枕埋入式無碴軌道約為476mm)、寬度?。ò迨杰壍罏?.4 m，雙塊式軌枕理人式無碴軌道

30、為2.8rn)、現(xiàn)場施工工作量小，更適合在隧道內(nèi)應(yīng)用。圖2.21為博格板式無碴軌道在國外隧道中的應(yīng)用情況，在隧道和明洞里不設(shè)水硬性混凝土支承層，而是直接鋪設(shè)在結(jié)構(gòu)底板上。圖2.22為德國科隆法蘭克福高速鐵路隧道采用雷達(dá)2000型無碴軌道的結(jié)構(gòu)圖。圖2.23為日本新干線隧道框架型板式無碴軌道的應(yīng)用實(shí)例。圖2.24為桃花鋪一號隧道鋪設(shè)的彈性支承塊式無碴軌道。圖2.21 隧道內(nèi)的博格板式無碴軌道 圖2.22 雷達(dá)2000無碴軌道在隧道中的應(yīng)用圖2.23 日本隧道內(nèi)框架型板式無碴軌道圖2.24 彈性支承塊式無碴軌道6.2隧道內(nèi)鋪設(shè)無碴軌道的基本要求 隧道內(nèi)板式軌道結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、軌道板、混凝土底座或

31、混凝土支承層等組成(圖2.25)，雙塊式無碴軌道結(jié)構(gòu)由鋼軌、扣件、混凝土道床板、混凝土支承層等組成(圖2.26)。軌道板可在混凝土支承層或混凝上底座上構(gòu)筑，混凝土道床板在混凝土支承層上構(gòu)筑。 根據(jù)隧道仰拱和填充或底板的結(jié)構(gòu)受力情況，可以利用隧道的仰拱或底板兼做無碴軌道的混凝上支承層或混凝土底座。利用填充作為無碴軌道支承層的結(jié)構(gòu)如圖2.27所示。利用底板作為無碴軌道混凝上支承層的結(jié)構(gòu)如圖2.28所示。直線區(qū)段的混凝土底座或混凝土支承層厚度為300mm，曲線區(qū)段根據(jù)實(shí)設(shè)超高具體確定。 圖2.25隧道內(nèi)II型板式無碴軌道橫斷面 圖2.26隧道內(nèi)雙塊式無碴軌道橫斷面圖2.27 利用填充作為無碴軌道支承

32、層的斷面結(jié)構(gòu)圖2.28 利用底板作為無碴軌道混凝土支承層的結(jié)構(gòu) 隧道內(nèi)混凝土支承層或混凝土底座在距隧道洞口200m范圍內(nèi)伸縮縫設(shè)置與露天區(qū)間一致，洞內(nèi)其余地段伸縮縫間距可適當(dāng)加大，在隧道結(jié)構(gòu)沉降縫處對應(yīng)設(shè)置伸縮縫。 隧道混凝土回填層是基底內(nèi)無碴軌道的直接承力層，回填層混凝土強(qiáng)度等級不低于C20，兼做支承層回填混凝上的強(qiáng)度等級不低于C25。 隧道仰拱基底不得有積水，必要時(shí)應(yīng)采取注漿或其他措施治理，防止隧底基底軟化或水土顆粒流失。隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)雙側(cè)水溝，并確保排水系統(tǒng)通暢，根據(jù)各隧道的水文地質(zhì)情況，預(yù)留必要的排水儲(chǔ)備能力。 不良地質(zhì)地段，仰拱施工前應(yīng)進(jìn)行基底承載力檢測。當(dāng)圍巖基底承載力達(dá)不到0.3 M

33、Pa，或者預(yù)計(jì)發(fā)生沉降變形時(shí)，應(yīng)采取地基加固措施。一般情況下，活動(dòng)斷層地段不宜鋪設(shè)無碴軌道。如鋪設(shè)無碴軌道。該采取方便維修或調(diào)整的相應(yīng)措施。6.3路隧過渡段工程為減小過渡段線路的剛度突變，需要在路基與隧道連接處設(shè)置過渡段，以實(shí)現(xiàn)過渡段范圍內(nèi)線路剛度的漸進(jìn)過渡。路隧過渡分為隧道內(nèi)無碴軌道與隧道外有碴軌道之間的過渡和隧道內(nèi)外均為無碴軌道的過渡，前者需要線路和基礎(chǔ)都設(shè)置過渡裝置，后者僅需要考慮基礎(chǔ)間的過渡。圖2.29為韓國無碴軌道與有碴軌道路基過渡段結(jié)構(gòu)。由圖中可以清楚看出，該路隧過渡段全長接近60m。線路上部鋪設(shè)20m長的輔助軌，其中伸入隧道5m、隧道外15m。洞外有碴軌道側(cè)33.6m范圍內(nèi)道床碎

34、石按照不同的密實(shí)度搗固，形成不同的剛度梯度。無碴軌道的素混凝上基礎(chǔ)延伸到有碴軌道約60m長度范圍內(nèi)，形成剛度的漸進(jìn)過渡。圖2.29 韓國路隧過渡段結(jié)構(gòu)圖2.30 德國無碴軌道路隧過渡段圖2.30為德國無碴軌道路隧過渡段，在隧道出口鋪設(shè)5cm厚的硬泡沫板，從隧道出口按照5.75%的坡度填筑楔形水泥土，.逐步向普通填筑路基過渡。我國相關(guān)技術(shù)條件規(guī)定，為保證過渡段無碴軌道末端支承層的可靠連接，自無碴軌道起點(diǎn)至洞內(nèi)25m范圍內(nèi)，對回填層進(jìn)行鑿毛處理，并應(yīng)預(yù)埋與底座的連接鋼筋。由于隧道與橋梁基礎(chǔ)變形差異不大，隧道與橋梁過渡時(shí)，下部基礎(chǔ)可考慮采用直接過渡方式。6.4隧道內(nèi)無碴軌道的防噪聲措施與鋪設(shè)有碴軌道

35、相比，鋪設(shè)無碴軌道對隧道內(nèi)壓力波的傳播和洞口微氣壓波均有明顯的負(fù)面作用，不利于緩解隧道內(nèi)空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。所以，如有條件，應(yīng)盡量在洞內(nèi)軌道上面或隧道邊壁，采取一些增加壁面粗糙度或具有吸聲作用的材料。另一種措施是在洞外設(shè)置加高的防聲墻。圖2.31是荷蘭某隧道為降低隧道內(nèi)及洞口噪聲，在兩側(cè)墻壁安裝吸聲板的措施。圖2.32是德國科隆-法蘭克福某隧道內(nèi)在無碴軌道面上鋪設(shè)預(yù)制吸聲材料，以減小無碴軌道對空氣動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的負(fù)面影響。 圖2.31 洞壁安裝吸聲板 圖2.32 無碴軌道上面鋪設(shè)吸聲材料具體采用何種形式的吸聲措施對于減低噪聲效果更好，日本新干線隧道進(jìn)行過專題的研究和試驗(yàn)，主要采用加高防聲墻對策和在洞內(nèi)

36、貼附吸聲材料對策。第2章 大斷面隧道施工技術(shù)高速鐵路隧道施工的最大特點(diǎn)是開挖斷面積大,因而施工難度大為增加。大斷面隧道的施工方法要根據(jù)斷面形狀、隧道長度、工期、地質(zhì)、周圍環(huán)境等條件綜合確定。選擇施工方法時(shí)要注意以下幾點(diǎn):l 地形、地質(zhì)的特殊性，如洞口段、淺埋段、易變形地段的地質(zhì)狀況等;l 是否有限制條件,如對地表沉降的限制、地基承載力不足等;l 必要時(shí)要與輔助工法配合;l 要盡量采用能避免圍巖松弛的施工方法,如在泥巖或黃土中采用機(jī)械開挖;l 應(yīng)盡量使支護(hù)及早封閉,避免多次擾動(dòng)圍巖,控制初期支護(hù)位移、變形;l 施工組織的統(tǒng)一協(xié)調(diào),在同一隧道中盡量減少工法的頻繁變換;l 盡量采用機(jī)械化施工,提高作

37、業(yè)效率,加快施工速度。高速鐵路隧道施工方法的選擇,關(guān)鍵在于要和隧道的地質(zhì)條件相匹配,這就要求提供給高速鐵路隧道設(shè)計(jì)的地質(zhì)資料要齊全完整、真實(shí)可靠。要求隧道地質(zhì)勘察要查明隧道通過地段的地形、地貌、地層、巖性和地質(zhì)構(gòu)造；巖質(zhì)隧道應(yīng)著重查明巖層層理、片理、節(jié)理等軟弱結(jié)構(gòu)面的產(chǎn)狀、密度及組合形式、斷層、褶曲的性質(zhì)、產(chǎn)狀、寬度及破碎程度；土質(zhì)隧道應(yīng)著重查明土的地層年代、成因類型、結(jié)構(gòu)特征、物質(zhì)成分、料徑大小、密實(shí)度及潮濕程度；查明不良地質(zhì)、特殊巖土的分布及對隧道的影響,特別是對洞口及邊仰坡的影響，據(jù)此選擇合適的施工方法。從目前的施工技術(shù)水平出發(fā),適合大斷面隧道的開挖方法主要有以下三類(圖4.1):l 以

38、爆破開挖為主導(dǎo)的施工方法,如全斷面法、臺(tái)階法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、中壁法等;l 以機(jī)械開挖為主導(dǎo)的施工方法,如掘進(jìn)機(jī)法、盾構(gòu)法、銑挖法等;l 爆破與機(jī)械開挖相結(jié)合的施工方法,如TBM導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法等。圖4.1 大斷面隧道施工方法分類不管采用哪種施工方法，在不良地質(zhì)條件下，都需要配合采用各種輔助工法。特別是在大斷面隧道的施工中，輔助工法顯得更為重要。我國絕大多數(shù)鐵路隧道是采用鉆爆法修建的，積累了極為豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了許多施工奇跡。但在高速鐵路大斷面隧道，特別是超大斷面隧道中，如何運(yùn)用這種施工方法，還有待實(shí)踐。1全斷面法按照隧道設(shè)計(jì)輪廓線一次開挖成形的施工方法叫全斷面開挖法(簡稱全斷面法)。該工法的

39、特點(diǎn)是有較大的作業(yè)空間，有利于大型機(jī)械化配套作業(yè),提高施工速度,且工序少、干擾小，便于施工組織和管理。其缺點(diǎn)是由于開挖斷面大,對地質(zhì)條件要求嚴(yán)格,圍巖必須有足夠的自穩(wěn)能力，且每循環(huán)工作量相對較大，要求施工單位應(yīng)具有較強(qiáng)的開挖、出咋、運(yùn)輸及支護(hù)能力。在高速鐵路隧道中,全斷面法主要用于IIII級圍巖的單線隧道，在IVV級圍巖采用全斷面法施工時(shí)，必須輔以輔助工法，如正面噴射混凝土、打設(shè)正面錨桿等。在雙線鐵路隧道中，由于開挖面積達(dá)140170m2，受施工機(jī)械作業(yè)能力的限制，難以采用全斷面法。全斷面開挖法的操作工序比較簡單,主要有鉆孔、爆破、出碴、支護(hù)、防水層鋪設(shè)、襯砌和地板混凝土施工等。該方法的施工組

40、織要求底板混凝土作業(yè)盡量超前,這是確保施工安全、質(zhì)量和文明施工的重要做法。采用全斷面法施工應(yīng)注意以下事項(xiàng):l 加強(qiáng)對開挖面前方的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)調(diào)查。對不良地質(zhì)情況,要及時(shí)預(yù)測預(yù)報(bào)、分析研究，隨時(shí)準(zhǔn)備好應(yīng)急措施(包括改變施工方法)，以確保施工安全和工程進(jìn)度。l 各種施工機(jī)械設(shè)備務(wù)求配套,以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的效率。各工序機(jī)械設(shè)備要配套,如鉆孔、裝碴、運(yùn)輸、防水層鋪設(shè)、襯砌等主要機(jī)械和相應(yīng)的輔助機(jī)具,在尺寸、性能和生產(chǎn)能力上都要相互配合,工序能環(huán)環(huán)緊扣,不致彼此互受牽制而影響掘進(jìn),以充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的使用效率和各工序間的協(xié)調(diào)作用,并注意經(jīng)常維修設(shè)備及備有足夠的易損零部件,確保各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。

41、l 加強(qiáng)對各種輔助作業(yè)和輔助施工方法的設(shè)計(jì)與施工檢查。尤其在軟弱破碎圍巖中使用全斷面法開挖時(shí),應(yīng)對支護(hù)后圍巖的動(dòng)態(tài)進(jìn)行量測與監(jiān)控,對各種輔助作業(yè)的三管兩線(即高壓風(fēng)管、高壓水管、通風(fēng)管、電線和運(yùn)輸路線)要求保持技術(shù)狀態(tài)良好。l 重視和加強(qiáng)對施工操作人員的技術(shù)培訓(xùn),使其能熟練掌握各種機(jī)械和推廣新技術(shù),不斷提高工效，改進(jìn)施工管理，加快施工速度。l 全斷面法開挖選擇支護(hù)類型時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮錨桿和錨噴混凝土、掛網(wǎng)等支護(hù)。l 加強(qiáng)施工中的各項(xiàng)輔助作業(yè)，尤其是加強(qiáng)施工通風(fēng)，保證工作面有足夠的新鮮空氣。2臺(tái)階法各國高速鐵路隧道施工實(shí)踐證明,臺(tái)階法已成為大斷面隧道施工的主流施工方法。日本在修建第二東名一名神高速

42、公路隧道(隧道開挖斷面積為150200m2)中,80%的隧道采用了各種臺(tái)階法。中國臺(tái)灣臺(tái)北一高雄高速鐵路隧道(隧道凈空有效面積為90m2,開挖斷面積為13015Om2)大部分也是采用臺(tái)階法修建的。德國科隆一法蘭克福高速鐵路上的隧道工程，雖然地質(zhì)條件比較差，但多數(shù)隧道仍采用臺(tái)階法施工。所謂臺(tái)階法，就是為了控制圍巖變形而采用的縱向分部開挖法。它將結(jié)構(gòu)斷面分成兩步或多步開挖，具有上下兩個(gè)工作面或多臺(tái)階時(shí)有多個(gè)工作面開挖。其優(yōu)點(diǎn)是靈活多變、適用性強(qiáng)。視圍巖條件及機(jī)械配套情況派生出的各種臺(tái)階法,可根據(jù)工程實(shí)際、圍巖條件及機(jī)械條件,選擇適合的方式。部分臺(tái)階法的比較列于表4.1。2.1導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖臺(tái)階法臺(tái)階

43、法有許多變化方案,如導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法。它在開挖主洞之前,先用鉆爆法快速掘進(jìn)一個(gè)超前導(dǎo)坑,進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、排水以及圍巖改良等作業(yè),而后再次用鉆爆法進(jìn)行擴(kuò)挖的一種施工方法,即先由爆破法開挖一個(gè)小導(dǎo)坑形成臨空面,再使用鉆爆法開挖。導(dǎo)坑超前是為了提高開挖工作面的自穩(wěn)性,以及為地質(zhì)預(yù)報(bào)、排水等目的而實(shí)施的。導(dǎo)坑超前的距離,從發(fā)揮機(jī)械效率出發(fā),可取1030m，當(dāng)大量涌水時(shí)可延長到100m。導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法的施工順序,可按照圖4.2中的各分部順序進(jìn)行。整個(gè)隧道斷面的爆破分為導(dǎo)坑爆破和擴(kuò)大爆破。導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法的特點(diǎn)是:(1)開挖工作面穩(wěn)定性高,輔助工法規(guī)模小;(2)有涌水的場合,導(dǎo)坑可以作為排水坑道;(3)可從導(dǎo)坑

44、進(jìn)行圍巖補(bǔ)強(qiáng)。其缺點(diǎn)是:(1)導(dǎo)坑和擴(kuò)挖交互掘進(jìn),施工干擾大；(2)導(dǎo)坑需要通風(fēng)；(3)導(dǎo)坑支護(hù)要廢除。表4.1 大斷面隧道臺(tái)階施工法比較2.2多層臺(tái)階法當(dāng)隧道斷面較高時(shí),可以用多層臺(tái)階法開挖,如圖4.3所示。臺(tái)階長度一般不超過1.5倍洞徑。多層臺(tái)階法通常用在單層臺(tái)階上半斷面掘進(jìn)的導(dǎo)坑尺寸較大、開挖面難以自穩(wěn)的情況。由于在低強(qiáng)度的圍巖中,整個(gè)開挖斷面要分為三部開挖,故開挖造成的應(yīng)力重分布的次數(shù)較多,而且臺(tái)階多,斷面閉合的時(shí)間也加長。所以,在選擇這種方法時(shí),先要進(jìn)行充分研究,在采用穩(wěn)定開挖面的輔助工法(開挖面超前錨桿與噴射混凝土、小型管棚、改良圍巖等)分兩步開挖仍很困難時(shí)才采用。在地表有建筑物等

45、情況,預(yù)計(jì)地表、洞內(nèi)下沉(位移)超過允許限值時(shí),應(yīng)同時(shí)采用臨時(shí)仰拱控制變形的發(fā)展。2.3短臺(tái)階和超短臺(tái)階法大斷面隧道施工中也經(jīng)常采用短臺(tái)階法(圖4.4)和超短臺(tái)階法(圖4.5)等。短臺(tái)階法的長度約在15m。這種方法由于上、下半斷面的開挖面較接近,兩個(gè)開挖面作業(yè)有干擾,而且存在上半斷面出碴打亂開挖循環(huán)平衡的問題。上半斷面的出碴可用斜坡道、皮帶輸送機(jī)、裝載轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)等組合起來使用。超短臺(tái)階法的臺(tái)階長度約為58m,適用于膨脹性圍巖和土質(zhì)圍巖需及早封閉斷面的情況。在以全斷面開挖法為主要方法的硬質(zhì)圍巖中,由于一部分地質(zhì)條件變化而需要采用分部開挖時(shí),也可用此方法。超短臺(tái)階法施工時(shí)的上、下半斷面的開挖面是同時(shí)掘

46、進(jìn)的,出碴也是同時(shí)進(jìn)行的。圖4.2 導(dǎo)坑超前擴(kuò)挖法施工示意圖4.2圖4.3 多層臺(tái)階法開挖圖4.4 短臺(tái)階法施工示意圖4.5 超短臺(tái)階法施工示意圖4.6 中隔墻臺(tái)階法示意2.4中隔墻臺(tái)階法當(dāng)開挖工作面地層自穩(wěn)能力較差,上臺(tái)階開挖后拱腳支承在未開挖巖體上的自穩(wěn)時(shí)間較短且開挖斷面跨度較大時(shí),可采用中隔墻臺(tái)階法(通常配合臨時(shí)仰拱使用)。通過中隔墻的分載作用,可減輕兩側(cè)拱腳的壓力,降低地表沉陷值,以確保施工安仝。采用中隔墻臺(tái)階法開挖時(shí),上臺(tái)階開挖長度一般控制在1.5倍洞徑以內(nèi),并輔之以超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖、留核心土環(huán)形開挖等措施。由于中隔墻的限制,一般上臺(tái)階采用人工開挖、人工出碴,下臺(tái)階采用機(jī)械開挖

47、、機(jī)械出碴,開挖方式及順序示于圖4.6。2.5臨時(shí)仰拱封閉臺(tái)階法臨時(shí)仰拱封閉臺(tái)階法是以控制地表和洞內(nèi)下沉(位移)為目的,在整個(gè)斷面閉合的過程中對分部開挖斷面用臨時(shí)仰拱閉合的方法。開挖方法采用上部弧形導(dǎo)坑開挖,留核心土,上導(dǎo)坑初期支護(hù)設(shè)置大拱腳,并設(shè)拱腳支承樁(鋼管樁、旋噴樁等),噴混凝30cm，設(shè)臨時(shí)仰拱,無管棚支護(hù)范圍設(shè)長度6m的錨桿,格柵鋼架間距0.51.0m,如圖4.7所示。圖4.7 臨時(shí)仰拱封閉臺(tái)階法施工示意采用臺(tái)階法施工應(yīng)注意以下事項(xiàng):l 臺(tái)階法開挖具有足夠的作業(yè)空間和較快的施工速度。臺(tái)階有利于開挖面的穩(wěn)定性,尤其是上部開挖支護(hù)后,下部作業(yè)較為安全。l 臺(tái)階法開挖的缺點(diǎn)是上下部作業(yè)互相有干擾,應(yīng)注意下部作業(yè)時(shí)對上部穩(wěn)定性的影響,臺(tái)階開挖會(huì)增加對圍巖的擾動(dòng)次數(shù)等。l 臺(tái)階法開挖宜采用輕型鑿巖機(jī)鉆孔,而不宜采用大型鑿巖臺(tái)車。l 采用臺(tái)階法時(shí),臺(tái)階數(shù)不宜過多,臺(tái)階長度要適當(dāng),一般以一個(gè)臺(tái)階垂直開挖到底、保持平臺(tái)長35m為好;為便于掌握炮眼