高鐵隧道施工技術(shù)

高速鐵路隧道施工技術(shù)姓名：x吉x學(xué)號:6161xxxx摘要我國鐵路隧道建設(shè)取得了舉世矚目的成就，一個以客運專線為重點的鐵路網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)全面展開，隧道修建數(shù)量有了突飛猛進的增長。未來10年我國要修建的鐵路隧道，其總長度將超過我國已建成的鐵路隧道長度總和.在此期間，隧道建設(shè)規(guī)模與隧道設(shè)計理論不完善之間的矛盾日益突出，以經(jīng)驗設(shè)計為主的隧道設(shè)計方法面臨著巨大的挑戰(zhàn)，隧道設(shè)計中存在的諸多困惑已經(jīng)嚴(yán)重制約了隧道建設(shè)的科學(xué)化、精細(xì)化、規(guī)范化。針對這一系列問題，論文對隧道設(shè)計要求、隧道施工技術(shù)方法、隧道支護和襯砌進行了總述.關(guān)鍵詞：隧道設(shè)計要求；隧道施工技術(shù)；隧道支護；隧道襯砌第一章緒論鐵路是國家重要的基礎(chǔ)設(shè)施、國民經(jīng)濟的大動脈和大眾化的交通工具，是綜合交通運輸體系的骨干，在推動我國經(jīng)濟社會又好又快發(fā)展中發(fā)揮著重要作用.國家“十一五”規(guī)劃綱要強調(diào)“加快發(fā)展鐵路運輸。重點建設(shè)客運專線、城際軌道交通、煤運通道，初步形成快速客運和煤炭運輸網(wǎng)絡(luò)”.國家“十二五”規(guī)劃綱要明確“基本建成國家快速鐵路網(wǎng)〃，“加快鐵路客運專線、區(qū)際干線、煤運通道建設(shè),發(fā)展高速鐵路，形成快速客運網(wǎng)，強化重載貨運網(wǎng)”。2004年1月國務(wù)院審議通過了《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》。2007年國務(wù)院批復(fù)的《綜合交通網(wǎng)中長期發(fā)展規(guī)劃》，確定到2020年鐵路網(wǎng)總規(guī)模達(dá)到12萬公里以上。2008年根據(jù)國民經(jīng)濟發(fā)展新形勢、新需求，國家及時調(diào)整了中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃,提出到2020年全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到12萬公里以上,其中客運專線1.6萬公里以上。由于我國幅員遼闊，又是多山的國家，山地面積占60%以上，為發(fā)展高速鐵路建設(shè)，必須修建大量隧道，而且勢必修建很多長、大隧道和隧道群.目前，我國已建成和在建的高速鐵路隧道約800座，總延長超過1500公里L(fēng)表為我國高速鐵路長5公里以上的隧道統(tǒng)計情況。表1—1已建成和在建的5公里以上我國高速鐵路隧道一覽表序號隧道名稱隧道長度/m所在線路貫通年月備注1太行山隧道27839石太2007。12單線2壁板坡隧道14756滬昆2016雙線3大別山隧道13256合武2007。06雙線

4霞浦隧道13099溫福2008.01雙線5大南山隧道12701廈深2009。12雙線6雪峰山1號隧道11679滬昆2014.12雙線7南梁隧道11526石太2007.06單雙線8獅子洋隧道10800廣深港2011。03雙線9金寨隧道10766合武2007。11雙線10瀏陽河隧道10115武廣2008。12雙線11大瑤山1號隧道10081武廣2008。06雙線12梁山隧道9898廈深2013.01雙線13雞面山隧道9745溫福2007。05雙線14分水關(guān)隧道9735溫福2008.01雙線15棟梁坡隧道9294滬昆2013。11雙線16雙鷹頂隧道9275廈深2010。04雙線17江門隧道9185廣珠2016雙線18黃龍寺隧道8716石武2010。08雙線19梅林隧道8607廈深2013。01三線20張矛隧道8483鄭西2008.12雙線21大瑤山3號隧道8289武廣2008。12雙線22鳳凰山隧道7979甬臺溫2007.09雙線23紅石巖隧道7857合武2007。07雙線24函谷關(guān)隧道7851鄭西2008.09雙線25秦東隧道7684鄭西2008.04雙線26石板山隧道7505石太2007.04雙線27太坤山隧道7006甬臺溫2008。04雙線28飛鸞隧道6718溫福2007。07雙線29八仙侖隧道6713溫福2007。08雙線30烏巖山隧道6208甬臺溫2008.01雙線31大瑤山2號隧道6027武廣2008.06雙線32黃晶嶺2號隧道5735福廈2007.12雙線高速鐵路隧道的大量興建，將推動我國鐵路隧道建造技術(shù)的快速發(fā)展，但同時也給隧道設(shè)計和施工帶來了諸多技術(shù)難題。隨著列車運行速度的提高，列車對軌道的沖擊振動增大，傳給隧道結(jié)構(gòu)的振動波也相應(yīng)加強，加上我國高速鐵路隧道內(nèi)一般采用板式無碴軌道結(jié)構(gòu)形式，其剛度大，不利于振動波衰減，由軌道傳遞到隧道結(jié)構(gòu)及基巖的振動沖擊強度要比有碴軌道條件下大得多，因此，高速鐵路隧道結(jié)構(gòu)必須具有更高的動力穩(wěn)定性2.隧道底部結(jié)構(gòu)是隧道支護體系的重要組成部分，也是隧道病害發(fā)生最為嚴(yán)重的部位.根據(jù)隧道病害現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，許多既有鐵路隧道經(jīng)過一段時間的運營之后，隧道底部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的開裂、破損、下陷等病害，造成軌道不平順，直接危及行車安全。究其原因，一方面是由于隧道底部作為一種混凝土結(jié)構(gòu)，本身不可避免地存在初始裂隙缺陷，在列車振動荷載反復(fù)作用下，這些裂隙不斷擴展、貫通；另一方面，隧道基底軟弱圍巖在列車動載及地下水的耦合作用下被碾磨成泥漿，基巖破損，隧道底部基礎(chǔ)條件逐漸惡化，導(dǎo)致隧道底部結(jié)構(gòu)受力增大，加快了裂隙擴展和新裂隙的形成.兩個方面的相互作用進一步加劇了底部結(jié)構(gòu)的劣化程度，最終導(dǎo)致隧道底部結(jié)構(gòu)破壞.由于高速鐵路隧道振動響應(yīng)增大,這類病害會越發(fā)突出。為了降低高速鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)運營風(fēng)險，我國現(xiàn)有高速鐵路隧道設(shè)計中對底部結(jié)構(gòu)進行了加強，在III級及以上圍巖條件下的隧道底部均設(shè)置了仰拱，而且采用了較大的仰拱矢跨比和仰拱厚度，這對降低高速鐵路隧道底部病害的發(fā)生率將會起到一定的效果.但這種設(shè)計是否還可以優(yōu)化,在圍巖條件較好的條件下是否可將仰拱厚度減薄或不設(shè)置仰拱;在特殊的圍巖條件下現(xiàn)有設(shè)計是否能夠滿足無碴軌道軌面的沉降要求，是否能保證隧道在使用年限內(nèi)的安全運營，這些問題都亟待解決.高速鐵路對軌道結(jié)構(gòu)的平順度要求更高，對軌道基礎(chǔ)的沉降要求非常嚴(yán)格，因此，隧道基底圍巖長期沉降變形收斂可控是保證軌道良好運營狀態(tài)的首要條件。然而，已有工程實踐表明，當(dāng)隧道穿越軟土、軟巖等特殊地質(zhì)地段，在長期列車荷載作用下軟土和軟弱基巖的累積變形及沉降問題一直未能得到有效解決，如我國上海地鐵和法國高速鐵路路基都出現(xiàn)了施工后沉降過大的問題。這些問題的出現(xiàn)，對隧道的施工技術(shù)提出了很高的要求。第二章高速鐵路隧道工程設(shè)計要求2.1隧道橫斷面有效凈空尺寸的選擇隧道橫斷面凈空尺寸的選擇，需要考慮的因素：隧道建筑限界、線路數(shù)量、線間距、應(yīng)預(yù)留的空間、考慮空氣動力學(xué)影響所需的空間、設(shè)備安裝空間等。2.1.1隧道建筑限界普通鐵道隧道、高鐵、客運專線限界分為機車車輛限界、鐵路建筑接近限界、標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路隧道建筑限界。同時，施工工藝及材料的要求都是隨著行車速度的增加不斷提高的.隨著列車時速的增加，隧道的內(nèi)輪廓都有相應(yīng)地增大.高鐵（客運專線）建筑限界是不變的，而普速則根據(jù)列車類型及運行速度的不同，建筑限界不同。普通地鐵建筑限界形式有矩形隧道建筑限界、馬蹄形隧道建筑限界、圓形隧道建筑限界、高架線及地面線建筑限界、車輛段車場線建筑限界。地鐵的車輛限界與設(shè)備限界可由其車型得而統(tǒng)一，而其建筑限界還應(yīng)根據(jù)隧道的具體形式根據(jù)公式計算得出.普通鐵路隧道、高鐵、客運專線限界形式都較為單一。高速鐵路的曲線半徑均較大，因此位于曲線上的隧道，原則上不考慮曲線加寬.我國高速鐵路隧道建筑限界基本尺寸及輪廓圖2。1.2線路數(shù)量和線間距在通常情況下，高速鐵路隧道考慮到空氣動力學(xué)的特性，都采用單洞雙線斷面，較少采用雙洞單線的斷面。長大隧道，考慮維修養(yǎng)護條件及防災(zāi)的需求等，有時也采用雙洞單線方案。單洞雙線方案土建工程成本更高。一般情況下線間距都應(yīng)大于4m，我國高速鐵路的線間距，目前暫定為5m。2.1.3預(yù)留空間安全空間:至少高為2。2m,寬為0.80m;避難和救援空間：在線路兩側(cè)設(shè)置一個貫通的避難和救援通道直通到隧道外；建筑維修空間；架設(shè)接觸網(wǎng)設(shè)備空間：指在電氣化鐵道上需預(yù)留架設(shè)接觸網(wǎng)等設(shè)備的空間。2。1.4空氣動力學(xué)所需空間高速鐵路隧道的設(shè)計特點主要體現(xiàn)在隧道橫斷面的設(shè)計上。其橫斷面面積除了通常要考慮的隧道建筑限界和列車運營要求外，還必須考慮滿足列車一隧道空氣動力學(xué)的要求。根據(jù)我國高速鐵路隧道的規(guī)定，要滿足最大瞬變壓力控制標(biāo)準(zhǔn)值3.0kPa/3s的要求，即列車橫斷面積與隧道橫斷面積的比值，這里的隧道橫斷面積，通常是指軌道面以上的斷面積。我國高鐵隧道阻塞比暫為0。10?0.12。3表2-1一些國家高速鐵路隧道的基本參數(shù)國家法國德國意大利日本西班牙列車最高速度270250250300220240300(km/h)列車橫斷面積1011-39。712。612.610項)隧道橫斷面積718253.87660.563.875項)阻塞比0.13~0.150.130。180.130。0。20?0。13線間距(m)4。24.74。011.021402224.5?4。2。2高速鐵路隧道與普通鐵路隧道的不同點——7—2.2.1空氣動力學(xué)問題當(dāng)高速列車在隧道中運行時要遇到空氣動力學(xué)問題，為了降低及緩解空氣動力學(xué)效應(yīng)，除了采用密封車輛及減小車輛橫斷面積外，必須采取有力的結(jié)構(gòu)工程措施，增大隧道有效凈空面積及在洞口增設(shè)緩沖結(jié)構(gòu)；另外還有其它輔助措施，如在復(fù)線上雙孔單線隧道設(shè)置一系列橫通道；以及在隧道內(nèi)適當(dāng)位置修建通風(fēng)豎井、斜井或橫洞。2。2。2需采用復(fù)合襯砌或整體式襯砌高速鐵路隧道的橫斷面較大，受力比較復(fù)雜，且列車運行速度較高，隧道維修有一定的時間限制，復(fù)合襯砌和整體式襯砌比噴錨襯砌安全，且永久性好，故一般不采用噴錨襯砌。2。序號類別標(biāo)準(zhǔn)單線雙線1200km/h客貨共線50m280m22200km/h客運專線53m287m23250km/h客貨共線58m292m24250km/h客運專線52。3需采J350km/h客運專線用較厚的鋪底混凝土70m2100m2隧底結(jié)構(gòu)由于在長期列車重載作用及地下水侵蝕的影響下極易產(chǎn)生破壞，從而引起基底沉陷、道床翻漿冒泥等病害，不但增加養(yǎng)護維修工作量，而且嚴(yán)重影響運營安全，尤其是高速鐵路對隧道底部的強度較普通鐵路要求更高，且高速鐵路隧道斷面跨度較大，因此要求高速鐵路隧道鋪底厚度不小于30cm。高速鐵路隧道襯砌必須采用高性能混凝土。2。3高速鐵路隧道主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2。3。1隧道內(nèi)輪廓隧道斷面內(nèi)輪廓主要依據(jù)：滿足空氣動力學(xué)效應(yīng)滿足鐵路建筑限界要求養(yǎng)護、維修和救援空間要求《200公2里暫規(guī)》規(guī)定：單線隧道內(nèi)軌頂面以上凈空面積應(yīng)不小于50m2；雙線隧道內(nèi)軌頂面以上凈空面積應(yīng)不小于80m2《高速暫規(guī)》規(guī)定：單洞雙線隧道斷面有效面22積不宜小于100m2;單線隧道斷面有效面積不宜小于70m2。2。3.2安全空間《高速暫規(guī)》規(guī)定：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)在電纜槽一側(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。2.3.3隧道襯砌隧道襯砌采用復(fù)合式襯砌或整體襯砌，不得采用噴錨襯砌；襯砌形式均應(yīng)采用曲墻式，III?VI級圍巖襯砌應(yīng)采用曲墻帶仰拱，I、II級圍巖地段可采用曲墻不帶仰拱。各級圍巖隧道結(jié)構(gòu)及仰拱填充混凝土強度等級不應(yīng)低于C25，鋼筋混凝土強度等級不應(yīng)低于C302.3.4救援通道500m以上的隧道應(yīng)設(shè)貫通隧道的救援通道，雙線隧道設(shè)置在兩側(cè)，單線隧道單側(cè)設(shè)置。4表2—2救援通道參數(shù)寬（m）高（m）距中線（m）200公里暫規(guī)1。252。2N2。2高速暫規(guī)1.5N2。2N2.21?！?00公里暫規(guī)》規(guī)定：長度在500m以上的隧道應(yīng)設(shè)貫通整個隧道的救援通道，雙線隧道在兩側(cè)設(shè)置，單線隧道在單側(cè)設(shè)置；救援通道寬1。25m，高2。2m，外側(cè)距線路中線不得小于2。2m。2。 《高速暫規(guī)》規(guī)定：隧道內(nèi)應(yīng)設(shè)置貫通的救援道路，用于自救或外部救援。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。救援通道行走面應(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；凈高不應(yīng)小于2。2m。救援通道的規(guī)定參考了德國規(guī)范，預(yù)留空間不控制隧道橫斷面大小，但與建筑限界一起可以作為控制隧道橫斷面寬度的依據(jù)。4。 救援通道可部分侵入建筑限界，因為救援通道是在列車停運條件下才使用.根據(jù)德國規(guī)范，兩端洞口救援通道的長度，在配備救援列車時為1000m，無救援列車時為500m，因為無車輛和帶有呼吸面罩的工作人員不能及時走完較遠(yuǎn)的距離。實際設(shè)計時，緊急出口可與施工輔助坑道一并考慮根據(jù)德國規(guī)范，救援通道的最小寬度應(yīng)不小于1.25m。2.3.5緩沖結(jié)構(gòu)緩沖結(jié)構(gòu)的作用：減緩列車進入隧道產(chǎn)生的空氣動力學(xué)效應(yīng)。緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)置情況:設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)考慮因素：列車類型及長度、隧道長度及橫斷面凈空面積、隧道內(nèi)軌道類型、洞口附近地形和洞口附近居民情況。結(jié)構(gòu)形式應(yīng)實用美觀結(jié)構(gòu)側(cè)面或頂面應(yīng)開減壓孔，開孔面積為隧道斷面有效面積的0。2?0。3倍緩沖結(jié)構(gòu)宜采用鋼筋混凝土。2。3.6輔助洞室輔助洞室為存放維修工具和其他部門需要的專用洞室。設(shè)置情況：洞室應(yīng)沿隧道兩側(cè)交錯布置，每側(cè)布置間距應(yīng)為500m左右，洞室尺寸宜參照現(xiàn)《鐵路隧道設(shè)計規(guī)范》大避車洞尺寸設(shè)計。2。3.7隧道防排水在復(fù)合式襯砌隧道中，初期支護與二次襯砌之間應(yīng)鋪設(shè)防水板，隧道兩側(cè)設(shè)有雙側(cè)排水溝。隧道處于富水地層應(yīng)采用深排水溝，其設(shè)置情況如下：單線隧道，深排水溝可設(shè)在兩側(cè)原水溝下方；雙線隧道，應(yīng)設(shè)中心深排水溝。隧道襯砌背后應(yīng)設(shè)置與深排水溝配套的縱、環(huán)向排水盲溝。通過合理設(shè)置隧道應(yīng)急設(shè)備，達(dá)到隧道災(zāi)害事故早發(fā)現(xiàn)、快速救援的效果。應(yīng)急設(shè)備設(shè)置情況：緊急呼叫電話交錯設(shè)置，間距500m緊急出口通道兩側(cè)設(shè)置并設(shè)標(biāo)示牌應(yīng)急照明緊急出口、緊急電話和通道均設(shè)置第三章隧道施工技術(shù)3.1隧道施工技術(shù)簡介影響施工方法的主要因素：（1） 工程的重要性。一般由工程的規(guī)模、使用上的特殊要求，以及工期的緩急體現(xiàn)出來。（2） 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件,其中包括圍巖級別、地下水及不良地質(zhì)現(xiàn)象等圍巖級別是對圍巖工程性質(zhì)的綜合判定，對施工方法的選擇起著重要的甚至決定性的作用.

（3） 施工技術(shù)水平、機械設(shè)備情況.（4） 施工中動力和原材料供應(yīng)情況。（5） 工程投資與運營后的社會效益和經(jīng)濟效益。（6） 對環(huán)境的保護要求。（7） 隧道的橫斷面積（和圍巖一樣重要，是主控因素）、隧道的埋深（隧道的埋深與圍巖的初始應(yīng)力場及多種因素有關(guān)，在同樣的地質(zhì)條件下，由于埋深不同,施工方法也有很大差異。）（8） 施工單位的習(xí)慣做法表3-1隧道施工工法的對比序號施工方法環(huán)境場地要求優(yōu)點缺點發(fā)展方向1明挖法市郊施工場地開闊,軟巖和土體，如北京和天津地鐵進度快，工作面大，便于機械和大量勞動力投入破壞環(huán)境生態(tài)，影響交通，帶來塵土和噪聲污染1） 有效井點降水系統(tǒng)；2） 可靠的支撐系統(tǒng);3）大型土方機械，混凝土攪拌及運輸機械2傳統(tǒng)礦山法巖石和堅硬土體，如青島和重慶地鐵地面干擾小，造價低進度慢，勞動強度高，風(fēng)險大1）多臂鉆孔臺車，自動裝藥引爆裝置；2）光面爆破，噴錨支護，監(jiān)控數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)設(shè)計和施工方法3暗挖法埋深較淺對土體進行凍結(jié)、注漿、深層攪拌樁加固地基，棚管法加固，淺埋車站，如北京、哈爾濱等城市地鐵地面干擾小，造價低，便于土法上馬機械化程度低，勞動強度高，環(huán)境惡劣，風(fēng)險大1）發(fā)展可靠的淺地層地基處理技術(shù)；2）小型靈活的地下開挖機械;3）可靠的臨時支護措施和機具4盾構(gòu)法和頂管法城市軟地層、深埋隧道，如上海、廣州、北京等城市地鐵地面影響小，機械化程度高，安全，工人勞動強度低，進度快機械設(shè)備復(fù)雜，價格昂貴，施工工藝繁，專業(yè)施工隊伍1）開發(fā)適用不同地質(zhì)條件，自動更換刀盤的氣壓、土壓泥水平衡盾構(gòu)和頂管，超前探測排障技術(shù)；2）鋼纖維擠壓混凝土襯砌；3）三維仿真計算機管理系統(tǒng),管理信息化，自動化；4）自動導(dǎo)向，中途對接異型盾構(gòu)5沉管法（連續(xù)跨越江河湖海，軟地基，如廣州、造價省，速度快，隧道斷面大封鎖江河水面，專門的駁運、下1）大型涵管制作及駁運技術(shù);2）地下定位對接、沉井）寧波、上海過江隧道沉、對接的機具,水下作業(yè)，風(fēng)險大防水技術(shù)6鑿巖機法（TBM）堅硬巖石地質(zhì)，如廣州地鐵速度快，機械化程度高，安全，地面無干擾造價高，使用掌握復(fù)雜，刀具易磨損1）開發(fā)國產(chǎn)高性能鑿巖機;2）改進高強合金刀具；3）完善后配套系統(tǒng)；4）超前不良地質(zhì)探測系統(tǒng)方法的選擇是一項“模糊”的決策過程，它依賴于有關(guān)人員的學(xué)識、經(jīng)驗、毅力和創(chuàng)新精神。對于重要工程則需匯集專家們的意見，廣泛論證。必要時應(yīng)當(dāng)開挖試驗洞對理論方案進行實踐驗證。從目前我國高速鐵路趨勢來看，在今后很長一段時間內(nèi)，仍以采瞞奧法為主，這也符合世界潮流。3。2隧道開挖方法3。2?1全斷面一次開挖法全斷面一次開挖法適應(yīng)條件：III、II、I級圍巖，大型施工機具（鉆孔臺車、模板臺車等），中長隧道（經(jīng)濟性考慮）。全斷面開挖的優(yōu)點：工序少，相互干擾少，便于組織施工和管理；工作空間大，便于大型機械化施工；施工進度高，目前，我國鐵路隧道一般都能保持月進成洞平均150m左右，高者已接近300m/月，施工環(huán)境較好.5開挖施工程序：用鉆孔臺車，鉆眼，然后裝藥、聯(lián)接導(dǎo)火線；退出鉆孔臺車，引爆炸藥，開挖出整個隧道斷面；排除危石，安設(shè)拱部錨桿和噴第一層混凝土；用裝碴機將石碴裝入出碴車，運出洞外；安設(shè)邊墻錨桿和噴混凝土；必要時可噴拱部第二層混凝土和隧道底部混凝土；開始下一輪循環(huán)；在初期支護變形穩(wěn)定后，或按施工組織中規(guī)定日期灌注內(nèi)層襯砌。3.2。2臺階法臺階法中包括長臺階法、短臺階法和超短臺階法等三種，其劃分一般是根據(jù)臺階長度來決定的。適用條件：跨度較大，圍巖較破碎的情況。臺階法適用于III、W級圍巖地層和洞口段、偏壓段、淺埋段的I?W級硬巖地層和II、III級軟巖地層，但應(yīng)視具體情況采取超前大管棚、超前錨桿、超前小管棚、超前預(yù)注漿等輔助施工措施進行超前加固并根據(jù)工程實際、地層條件和機械條件，選擇合適的臺階方式。選擇臺階長度的條件：（1） 初期支護閉合環(huán)的時間要求.圍巖越差閉合時間要求越短臺階必須縮短。（2） 施工機械的效率。效率高，則可以縮短支護閉合時間，臺階可適當(dāng)加長。原則：希望初期支護盡快閉合。圍巖不好時，應(yīng)以條件⑴為主；圍巖較好時，應(yīng)以條件⑵為主。1） 長臺階法：將斷面分成上半斷面和下半斷面兩部分進行開挖，上、下斷面相距較遠(yuǎn)，一段上臺階超前50m以上或大于5倍洞跨。適用條件：適用范圍較全斷面法廣泛,凡是在全斷面法中開挖面不能自穩(wěn)，但圍巖堅硬不用底拱封閉斷面的情況，都可采用長臺階法。2） 短臺階法臺階縮短：（1~1.5）BWLV5B,特點：支護閉合時間加快，圍巖穩(wěn)定性增加；臺階縮短加大了對下臺階施工的干擾。適用于：V、W級圍巖3） 超短臺階法上臺階長度僅為3~5m。特點：更有利于控制圍巖變形，但上下臺階相隔太近，施工干擾大。適用于：軟弱破碎圍巖（V、丑級圍巖）4） 施工工序

短臺階施工注意：下半斷面開挖應(yīng)在上半斷面初期支護基本穩(wěn)定后才能進行；開挖后要及時噴砼，暴露時間愈長愈不安全；量測要及時，當(dāng)位移速度加快時，應(yīng)立即米取措施。將3種臺階法放在一起比較：區(qū)別主要在臺階長度.表3-2三種分部開挖法3.3新奧法3.3新奧法稱，簡記為NATM(NewAustrainTunnellingMethod)。新奧法概念是奧地利學(xué)者拉布西維茲教授于50年代提出的，它是以隧道工程經(jīng)驗和巖體力學(xué)的理論為基礎(chǔ)，將錨桿和噴射混凝土組合在一起，作為主要支護手段的一種施工方法，經(jīng)過一些國家的許多實踐和理論研究，于60年代取得專利權(quán)并正式命名。分部開挖方法特點適用于環(huán)形開挖留核心土法留核心土支頂工作面，穩(wěn)定性優(yōu)于超短臺階法：進度慢。土質(zhì)或易坍塌的軟弱圍巖；小型施工機具。單側(cè)避導(dǎo)坑法洞室開挖跨度減小，有利于圍巖穩(wěn)定；導(dǎo)坑要閉合，增加了材料用量；進度慢。斷面跨度大，對地表沉陷有控制要求的軟弱。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法雙導(dǎo)坑，使洞室最大開挖跨度更小，穩(wěn)定性增加；耗材增加；進度慢。對地表沉陷要求更高，或跨度更大的隧道。3。3。1新奧法特點1.及時性新奧法施工采用噴錨支護為主要手段，可以最大限度地緊跟開挖作業(yè)面施工，因此可以利用開挖施工面的時空效應(yīng)， 以限制支護前的變形發(fā)展，阻止圍巖進入松動的狀態(tài)，在必要的情況下可以進行超前支護，加之噴射混凝土的早強和全面粘結(jié)性因而保 證了支護的及時性和有效性.在巷道爆破后立即施工以噴射混凝土支護能有效地制止巖層變形的發(fā)展，并控制應(yīng)力降低區(qū)的伸展而減輕支護的承載，增強了巖層的穩(wěn)定性。封閉性由于噴錨支護能及時施工，而且是全面密粘的支護，因此能及時有效地防止因水和風(fēng)化作用造成圍巖的破壞和剝落，制止膨脹巖體的潮解和膨脹，保護原有巖體強度.當(dāng)噴射混凝土支護以較高的速度射向巖面，很好的充填圍巖的裂隙，節(jié)理和凹穴，大大提高了圍巖的強度 ；同時噴錨支護起到了封閉圍巖的作用，隔絕了水和空氣同巖層的接觸，使裂隙充 填物不致軟化、解體而使裂隙張開，導(dǎo)致圍巖失去穩(wěn)定。粘結(jié)性連鎖作用：即將被裂隙分割的巖塊粘結(jié)在一起 ，若圍巖的某塊危巖活石發(fā)生滑移墜落，則引起臨近巖塊的連鎖反應(yīng)，相繼喪失穩(wěn)定，從而造成較大范圍的冒頂或片幫。開巷后如能及時進行噴錨支護，噴錨支護的粘結(jié)力和抗剪強度是可以抵抗圍巖的局部破壞，防止個別圍巖滑移和墜落，從而保持圍巖的穩(wěn)定性.復(fù)合作用：即圍巖與支護構(gòu)成一個復(fù)合體（受力體系）共同支護圍巖。噴錨支護可以提高圍巖的穩(wěn)定性和自身的支撐能力，同時與圍巖形成了一個共同工作的力學(xué)系統(tǒng)，具有把巖石荷載轉(zhuǎn)化為巖石承載結(jié)構(gòu)的作用，從根本上改變了支架消極承擔(dān)的弱點。增加作用：開巷后及時進行噴錨支護，一方面將圍巖表面的凹凸不平處填平，消除因巖面不平引起的應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免過大的應(yīng)力集中所造成的圍巖破壞；另一方面，使巷道周邊圍巖由雙方向受力狀態(tài)，提高了圍巖的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦角，也就是提高了圍巖的強度。柔性噴錨支護屬于柔性薄性支護，能夠和圍巖緊粘在一起共同作用，由于噴錨支護具有一定柔性，可以和圍巖共同產(chǎn)生變形，在圍巖中形成一定范圍的非彈性變形區(qū)，并能有效控制允許圍巖塑性區(qū)有適度的發(fā)展，使圍巖的自承能力得以充分發(fā)揮。另一方面，噴錨支護在與圍巖共同變形中受到壓縮，對圍巖產(chǎn)生越來越大的支護反力，能夠抑制圍巖產(chǎn)生過大變形，防止圍巖發(fā)生松動破壞。3。3。2新奧法原理1）支護一圍巖共同作用原理圍巖既是生產(chǎn)支護荷載的主體，又是承受巖層荷載的結(jié)構(gòu)，支護-圍巖作為整體相互作用，共同承擔(dān)圍巖壓力。摒棄了過去巖體作為對支護結(jié)構(gòu)的荷載采用厚襯砌的傳統(tǒng)做法。圍巖壓力是變形壓力和松動壓力的組合，大部分壓力（特別是變形壓力）由圍巖自身承擔(dān)，只有少部分轉(zhuǎn)移到支護結(jié)構(gòu)上；支護荷載既取決于圍巖的性質(zhì)，又取決于支護結(jié)構(gòu)的剛度和支護時間；圍巖的松動區(qū)和圍巖內(nèi)的二次應(yīng)力狀態(tài)又與支護結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和支護時間有關(guān)。2）柔性支護觀點支護剛度不必太大，當(dāng)支護做完后，能與巖體一起生產(chǎn)一定的位移，釋放部分變形能，但又能使支護足以保持平衡，保持圍巖穩(wěn)定。柔性支護，盡早支護，既及時封閉圍巖，防止風(fēng)化，又能釋放變形能，合理利用圍巖與支護共同承擔(dān)應(yīng)力調(diào)整過程中的所有作用.支護結(jié)構(gòu)為閉合環(huán)，錨噴網(wǎng)綜合支護主要支護手段.3.4隧道開挖光面爆破技術(shù)光面爆破技術(shù)約在1950年發(fā)源于瑞典，1952年在加拿大首次應(yīng)用。光面爆破的實質(zhì)是一種控制巖體開挖輪廓的爆破技術(shù)，下圖是一個典型的光面爆破炮眼效果圖。3。4.1光面爆破特點（1）爆破后成型規(guī)整，符合設(shè)計輪廓，特別在松軟巖層中更能顯示出光面爆破的作用。光面爆破后通?？稍谛滦纬傻谋诿嫔蠚埩羟逦梢姷陌脒吙妆诤圹E。（2） 光面爆破可以大大減少巷道的超挖量，提高施工質(zhì)量，加快施工進度，節(jié)省大量的混凝土襯砌澆筑量.（3） 光面爆破對圍巖的破壞要輕微得多.根據(jù)聲波探測表明，采用光面爆破時，圍巖松弛帶的范圍只是常規(guī)爆破方法的1/3?1/2,從而提高了圍巖的穩(wěn)定性，減少了支護工作量；采用光面爆破，圍巖的壁面平整，危石少，撬頂工作簡單，減輕了表面應(yīng)力集中現(xiàn)象，避免局部冒落，增進了圍巖的穩(wěn)定和施工安全，并為噴錨支護的使用創(chuàng)造了有利條件。3.4.2光面爆破的優(yōu)點對掘進巷道來說，爆破順序是掏槽、崩落，最后周邊眼光面爆破.在巷道掘進中采用光面爆破具有以下優(yōu)點：①光爆錨噴施工質(zhì)量好，減少了圍巖的位移、松動和破壞，增加了安全性。唐山地震后，曾對開灤煤礦井下4515m光爆錨噴巷道作了震后檢查，完好率達(dá)95%.對掘進巷道來說，爆破順序是掏槽、崩落，最后周邊眼光面爆破。在巷道掘進中采用光面爆破具有以下優(yōu)點：②減少超挖、節(jié)約材料，降低了成本。根據(jù)徐州礦務(wù)局統(tǒng)計，成本大約降低30%。據(jù)大秦線鐵路施工統(tǒng)計，在19km隧道掘進中，如每循環(huán)超挖10cm，則相當(dāng)于多挖1km相同斷面隧道；全國每年各類巷道進尺約5000km，相當(dāng)于多挖250km，浪費10多億元.3.4。3光面爆破技術(shù)總結(jié)光面爆破的優(yōu)點在完整巖體中十分明顯，可以直觀地感到爆破后的開挖面光潔平整，巖體完整，爆破裂隙不發(fā)育，給人以安全感。在松軟的巖石中，特別是在一些不均質(zhì)的巖體和構(gòu)造發(fā)育的巖體中采用光面爆破在減輕圍巖的破壞，減少超挖以及避免產(chǎn)生冒頂?shù)确矫?，仍起到很大作?第四章隧道支護與襯砌4.1初期支護隧道開挖后，為控制圍巖應(yīng)力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安全度和方便施工,隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層，稱為初期支護。隧道工程中初期支護一般采用錨噴網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式.包括噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼架等單一或組合的支護形式。初期支護特點：及時性：噴射早強砼，能迅速給圍巖提供支護抗力；密貼性:噴射砼與圍巖能全面密貼粘結(jié)；深入性：錨桿可深入圍巖一定深度加固圍巖，形成承載圈.柔性：容易調(diào)節(jié)圍巖變形，可控制圍巖塑性變形適度發(fā)展，發(fā)揮自承能力；封閉性：可阻止水對圍巖的侵蝕而引起風(fēng)化等.工序流程：爆破或開挖后應(yīng)首先清除浮石或修邊然后立即進行初噴混凝土封閉圍巖，以期充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。出碴結(jié)束后，再根據(jù)圍巖級別施作拱架、錨桿、掛網(wǎng)、及復(fù)噴混凝土至設(shè)計厚度。1、 初期支護-—鋼拱架鋼架分型鋼鋼架與格柵鋼架兩種，一般應(yīng)與錨桿、噴混凝土共同使用.2、初期支護 錨桿1） 、錨桿的類型:隧道支護用錨桿一般包括普通砂漿錨桿、水泥錨桿、藥包錨桿（樹脂錨桿）、鎖腳錨管（摩擦錨桿）、徑向螺紋鋼錨桿。2） 、錨桿的力學(xué)作用①懸吊作用:將不穩(wěn)定巖層懸吊在堅固巖層上，阻止圍巖移動滑落.減跨作用在隧道頂板巖層中打入錨桿，相當(dāng)于在頂板上增加了支點，使隧道跨度減小,從而使頂板巖體應(yīng)力減小。組合梁作用在巖層中打入錨桿,將若干薄弱巖層錨固在一起，類似將疊合的板梁變成組合梁,提高巖層的承載力。整體加固作用錨桿群錨入圍巖后，其兩端附近巖體形成圓錐形壓縮歐照一定間距排列的錨桿在錨固力作用下構(gòu)承載環(huán)。3、 初期支護-一鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片4、 初期支護-一噴砼4.2隧道襯砌鐵路隧道作為地下結(jié)構(gòu)物，除了應(yīng)滿足鐵路運輸在使用上的要求外，還必須具有耐久性。一般除了地質(zhì)堅硬、不易風(fēng)化的I級圍巖外，都應(yīng)施作混凝土襯砌。所以，模筑整體混凝土襯砌在傳統(tǒng)上就是持久保證隧道功能的重要結(jié)構(gòu)。隧道襯砸裂縫的分布與外荷載的大小及分布形式緊密相關(guān)。在偏壓條件下，無論是地形偏壓還是地質(zhì)引起的偏壓，很小的偏壓作用都會引起襯砸裂縫的產(chǎn)生.地形偏壓情況下，襯砸拱腰部位易出現(xiàn)裂縫，隧道覆土較深側(cè)襯砸拱腰會出現(xiàn)數(shù)條間距均勻的裂縫，其中某條裂縫比周圍其它裂縫深；隧道覆土較淺側(cè)襯砌拱腰裂縫少而淺.偏壓情況越嚴(yán)重，裂縫數(shù)量越多，裂縫間距越密，裂縫深度越深。地質(zhì)偏壓情況下，靠近節(jié)理、裂隙及斷層等不良地質(zhì)圍巖側(cè)襯砌會產(chǎn)生數(shù)量較多，深度較深的裂縫，隨著地質(zhì)條件惡劣程度的加深，除道拱頂、拱頂偏節(jié)理、裂隙及斷層等不良地質(zhì)圍巖側(cè)、無節(jié)理、裂隙及斷層等不良地質(zhì)圍巖側(cè)襯砸拱腰部位會相繼出現(xiàn)裂縫.6襯砌背后存在空洞對襯砸局部變形及裂縫分布影響較大.空洞所處部位的襯砌會發(fā)生凸向圍巖側(cè)的自由變形，導(dǎo)致該部位襯砸及其鄰近區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生多條裂縫，空洞尺寸越大，襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生凸向圍巖側(cè)變形的區(qū)域就越廣，結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生的裂縫就越多，致使該處混凝土劣化嚴(yán)重，有可能導(dǎo)致混凝土掉塊。除了空洞所處部位襯砌結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂縫外，襯砸背后空洞還會影響到襯砸其它部位的裂縫分布情況?？斩刺幱谒淼拦绊敳课粫r，除道兩側(cè)襯砌邊墻腳有裂縫出現(xiàn)?？斩刺幱谒淼烙覀?cè)襯砸拱腰部位時，除道右側(cè)襯砸拱腰、隧道左側(cè)襯砸邊墻腳、過渡部位、除道右側(cè)襯砸仰拱部位均有裂縫出現(xiàn)。空洞處于隧道右側(cè)邊墻，襯砸結(jié)構(gòu)上其它部位無裂縫出現(xiàn)。襯砸厚度不足會導(dǎo)致該部位襯砸