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1、第1章 绪论1.1 选题背景目前，我国铁路的营运里程已居世界第三位和亚洲第一位，其年货物发送量和旅客周转量均为世界第一，客货周转量分别占全社会的35%和53%以上。作为一个铁道大国，根据铁道部提出的跨越式发展思路，我国理应尽快发展高速铁路。而铁路作为国家重要的基础设施、国民经济大动脉和大众化交通工具，具有占地少、能耗低、污染小等比较优势，加快铁路发展，符合可持续发展的要求铁路现代化是国家现代化的重要标志之一，也是现代化的基础性保障条件。.铁路的发展和现代化程度在某种意义上是衡量一个国家的现代化和社会文明程度的标志之一。我国以高速铁路为重点的客运专线网为代表的新一轮铁路建设是按照世界先进水平开展
2、的现代化铁路网的建设，它将极大地改变我国铁路网建设的传统标准和模式。2007年10月，国务院常务会议通过的综合交通网中长期发展规划，到2020年的铁路网规模将增加到12万km以上，时速200km及以上的客运专线将达到1.8万km。经过几年的不懈努力，我国投入运营的高速铁路已达到6920营业公里。其中，新建时速250350公里的高速铁路有4044营业公里；既有线提速达到时速200250公里的高速铁路有2876营业公里。我国高速铁路运营里程居世界第一位。正在建设中的高速铁路有1万多公里。我国高速铁路运营状况总体很好。一是设备质量可靠。无论是线路基础、通信信号、牵引供电等固定设备，还是动车组等移动设
3、备，质量稳定，运行平稳。二是运输安全稳定。高速安全保障体系日趋完善，职工队伍素质过硬，保持了良好的安全记录，没有发生旅客伤亡事故。三是经营状况良好。高速铁路受到广大旅客的青睐，市场需求旺盛。目前，全国铁路每天开行高速列车1000列左右，平均上座率达到101.7%。高速铁路为广大旅客创造了美好生活的新时空，赢得了大家的赞誉。并且，高速铁路作为现代社会的一种新的运输方式，具有极为明显的优势。在运行速度上，目前最高时速可达350公里，正在建设的京沪高速铁路最高时速将达到380公里，堪称陆地飞行；在运输能力上，一个长编组的列车可以运送1000多人，每隔3分钟就可以开出一趟列车，运力强大；在适应自然环境
4、上，高速列车可以全天候运行，基本不受雨雪雾的影响；在列车开行上，采取“公交化”的模式，旅客可以随到随走；在节能环保上，高速铁路是绿色交通工具，非常适应节能减排的要求。 我国铁路建设已经进入一个黄金机遇期。落实科学发展观，构建和谐社会，建设资源节约型、环境友好型社会的战略任务，使铁路的比较优势更加突出。我国经济社会的快速发展使铁路运力需求增长很快。铁道部提出的“政府主导，多元化投资，市场化运作”思路后，各省区市加快发展铁路的积极性空前高涨，铁道部已与31个省区市签订了战略合作协议，为铁路建设营造了良好的外部环境，路地合作正在向广度和深度发展；广泛吸纳社会资金参与铁路建设，包括民营企业在内的许多企
5、业积极投资铁路。相信今后几年，中国高速铁路建设将进入全面收获时期。到2012年，我国铁路营业里程将达到11万公里以上，其中新建高速铁路将达到1.3万公里。到2020年，我国“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统将全面建成，我国将完全进入“高铁时代”。 1.2 客货共线铁路发展状况客货分线铁路在各国铁路发展的迅猛。特别是自以日本新干线、法国TGV为代表的快速铁路投入运营以来，以安全可靠、技术创新、优质服务的优势为铁路的发展带来了新的机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。快速铁路的成功，有力地促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济发展。快速铁路的发展规划，不仅在欧洲、亚洲得到
6、推广，而且目前在美洲和澳大利亚也在进行中。从这些国家快速铁路的发展史，对照我国铁路建设的经验和教训，可以得到许多重要的启示。在我国，高速铁路的研究工作起步于20世纪90年代，现已为高速铁路的建设做了大量的技术准备。铁路主要技术政策明确指出：运输紧张的繁忙干线修建四线或多线，实行客货分线运输。在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路，加快形成覆盖我国主要城市的快速客运网。在我国铁路发展史上首次明确提出了客货分线的方向。随着中长期铁路网规划的逐步实施，武(汉)-广(州)、郑(州)-西(安)、京(北京)-津(天津)、石(家庄)-太(原)等客运专线先后立项。在这些客运专线的建设中，有必要借
7、鉴国外客运专线建设的经验，修建我国高质量的客运专线。 但是，我国毕竟没有高速铁路修建的实践经验，而高速铁路又是涉及面积广、科技水平极高的系统工程，因此，我们应贯彻“先进、成熟、经济、实用、可靠”的技术方针，开创我国客运专线和高速铁路事业。1.3设计研究内容及采用方法本设计为铁路隧道设计与施工，所需要解决的问题主要是隧道施工方案,施工组织设计及施工工艺。在对隧道结构设计进行检算时，需依据我国最新出版的铁路隧道设计规范，并结合本隧道的工程特点，利用相关计算围岩压力公式，计算出坑道开挖后隧道衬砌受载情况。然后，使用Ansys工程软件对隧道衬砌建模，计算并检验隧道衬砌在所加荷载作用下是否满足强度要求。
8、对不满足强度要求的隧道衬砌，进行配筋计算。在对隧道施工方案及施工工艺进行设计时，需依据我国出版的铁路隧道设计规范和铁路隧道施工规范，并结合在隧道全长范围内不同性质围岩和围岩所处的位置，来确定隧道的进洞方案、不同围岩段的开挖方案、不良地质处理方法、初期支护情况、二次衬砌施工方法、隧道防排水措施和环保设计等。第2章 工程概况2.1 隧道概况新建贵广铁路下豪一号隧道隧道全长480m，隧道进出口里程分别为DK723+140、DK723+620；隧线分界里程分别为：DK723+140、DK723+620，隧道位于广东省肇庆市四会市黄田镇境内。本隧道位于直线上，隧道内为“V”字坡，DK723+140（进口
9、） DK723+600为8.12下坡，隧道内坡长为460m；DK723+600 DK723+620（出口）为3上坡，隧道内坡长为20m。隧道内DK723+461 DK723+620段设置圆曲线型竖曲线，竖曲线半径为25000m。竖曲线长l-159m，竖曲线E-0.386m。2.2隧道地质情况1)地形地貌： 下豪一号隧道位于丘陵区，场区以构造剥蚀中低山为主，地形陡峻，植被发育，山坡自然坡度一般为3050。其中，隧道最大埋深为58.7m，隧道轴线总体走向为150。2)地层岩性： 本隧道洞身穿过地层从新至老为：第四系残坡积（Q4el+dl）、奥陶系（Oa）等地层。a、第四系残坡积（Q4el+dl）粉
10、质粘土，棕黄棕红色，硬塑，层厚0.82m，由绢云母石英片岩风化而成，以粉、粘粒为主，土质均匀性差，粘性较弱。b、奥陶系（Oa）绢云母石英片岩，褐色夹红褐色，全弱风化，全风化带层831m；强风化层厚428m；下为弱风化。3）地质构造：隧道区内地层单一，为单斜构造，未发现断层、褶皱等地质构造。4）水文地质特征：a、地下水类型及富水性 地下水类型主要为基岩裂隙水，基岩富水性差，地下水弱发育。b、地下水地表水对混凝土的影响 根据地质资料，隧道地下水无侵蚀性。5）地震动参数：根据中国地震动参数区划图（GB18306-2001），隧址区地震动峰值加速度0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。此外，本
11、隧道炭化环境等级为T2.2.3隧道纵断面图隧道纵断面图，详细标明了隧道围岩工程分级、隧道衬砌段分级、各段开挖方法及各段水文地质条件等，参见附录。第3章 隧道结构设计检算3.1 隧道结构设计检算原理对隧道结构进行设计检算，主要是依据荷载-结构计算模式，通过对衬砌结构建模，计算得出衬砌结构在荷载作用下的内力和位移，利用结构最危险点的内力对衬砌强度进行检算，对不满足强度要求的配筋。荷载结构法是我国目前广泛采用的一种主要的地下结构计算方法，它是将支护和围岩分开考虑，支护结构是承载主体，地层对结构的作用只是产生作用在地下结构上的荷载，以计算衬砌在荷载作用下产生的内力和变形的方法。其设计原理是按围岩分级或
12、实用公式确定围岩压力，围岩对支护结构变形的约束作用是通过弹性支撑来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支撑的约束能力时间接考虑。它以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征。总的来说，“结构荷载”模型概念清晰，计算简便，容易被工程师们所接受，至今仍很通用。 3.2 隧道衬砌结构计算内容隧道衬砌结构计算的主要内容包括：拟定隧道结构很断面尺寸、支护参数；确定围岩压力；通过建立荷载-结构计算模型，进行力学计算，求出各级围岩衬砌的结构内力；检算截面强度，不满足规范要求予以结构配筋。3.2.1 各级围岩衬砌段基本情况表3-1 下豪一号隧道各围岩级别及开挖方法起讫里程所使用衬砌类型
13、长度(m)所采用的施工方法DK723+140DK723+16222明挖法DK723+162DK723+20240三台阶临时仰拱法（四步）DK723+202DK723+27775三台阶临时仰拱法DK723+277DK723+441164台阶法（三步）DK723+441DK723+561120三台阶临时仰拱法（三步）DK723+561DK46+59130三台阶临时仰拱法（四步）DK723+591DK723+60110明挖法DK723+601DK723+62019明挖法根据所给的纵断面图纸，可确定出新建贵广铁路下豪一号隧道各级围岩衬砌段的位置、长度、方法和每一段的埋深等，详情见表3-1。在下豪一号隧
14、道全长范围内，隧道衬砌的内轮廓线是一致的，由于衬砌的厚度，初期支护的厚度和预留变形量不同，隧道开挖轮廓线是不同的，坑道的净跨和净高见也不同。级和级围岩的衬砌形式和衬砌详细尺寸见附录B中图02，图03。表3-2 衬砌净宽和净高(m)衬砌类型坑道净宽坑道净高14.4212.0614.5812.323.2.2 荷载计算3.2.2.1 荷载计算方法采用荷载结构法原理进行隧道结构检算时，所需计算的荷载为由岩体松动、崩塌而产生的竖向和水平均布压力。竖向和水平均布压力的计算，根据隧道的埋深不同，计算公式也不相同。(1)隧道深、浅埋的判定原则一般，深、浅埋隧道分界深度至少应大于坍方的平均高度且有一定余量，根据
15、经验，这个深度通常为22.5倍的坍方平均高度值，即 (3-1)式中，深浅埋隧道分界的深度；等效荷载高度值。系数22.5在松软的围岩中取高限，而在较坚硬围岩中取低限。当隧道覆盖层厚度时为深埋，时即为浅埋。因为新建贵广铁路一号隧道为双线隧道，等效高度值的计算公式为 (3-2) (3-3)式中，等效荷载高度值；围岩级别； 宽度影响系数； 坑道宽度，以计； 每增加1m时，围岩压力的增减率(以为基准)，当时，取，时，取。(2)深埋隧道围岩松动压力的计算方法双线铁路隧道竖直均布松动压力公式为 (3-4)式中，竖直均布松动压力；围岩容重。水平均布松动压力e可根据竖直均布松动压力求得，小寨隧道水平均布压力的经
16、验公式见表3-3。表3-3 水平均布松动压力经验公式围岩级别水平均布压力00.11q0.23q0.41q(3)浅埋隧道围岩松动压力的计算方法 (3-5) (3-6)围岩竖直均布松动压力为 (3-7)围岩水平均布松动压力为 (3-8) (3-9)式中，破裂面倾角； 围岩计算摩擦角； 围岩两侧摩擦角； 侧压力系数； 洞顶地面高度； 隧道净高。3.2.2.2 各围岩段荷载计算结果根据式(3-2)和(3-3)，计算可得各种级别的等效荷载高度值，具体情况见表3-4。表3-4 宽度影响系数和围岩等效荷载高度值围岩级别宽度影响系数等效荷载高度值()1.9527.02721.95814.0926根据计算得出的
17、等效荷载高度值，不难判断出各围岩的深浅埋情况。隧道基本处于浅埋情况，因部分隧道地质情况不良故采用特殊方法开挖。深浅埋的分界点是根据的计算数据从纵断面上确定的。根据纵断面图各段围岩最大埋深判断各级围岩深浅埋情况见表3-5。表3-5 深浅埋判断情况围岩级别起讫里程深浅埋判定DK723+140DK723+277浅埋DK723+277DK723+327深埋DK723+327DK723+357浅埋DK723+357DK723+368深埋DK723+368DK368+441浅埋DK723+441DK723+620浅埋各级围岩的部分物理力学指标见表3-6。表3-6 围岩部分物理力学指标围岩级别重度()弹性反
18、力系数()计算摩擦角()两侧摩擦角()21.536055/18.515045/(1)对表3-5中的深埋隧道按照式3-4和表3-3中的经验公式计算得出衬砌结构所受荷载，对于本隧道只有围岩段中部分断面处于深埋，所以容易得出：(2)表3-5中的浅埋情况在、级围岩段都有出现，浅埋计算值应取浅埋条件下最大埋深：在级围岩中，由纵断面图中得出在DK723+300处的h值，h=23.40175m。根据式(3-7)，(3-8)和(3-9)，得出q=382.4568e1=76.9801e2=116.6514同理，在级围岩中，由纵断面图中得出在DK723+277处的h值，h=16.9169m。由式(3-7)，(3-
19、8)和(3-9)，得出q=271.5832e1=66.9932e2=120.96683.2.3 内力计算对隧道衬砌结构建立模型，进行力学计算，是通过使用Ansys软件完成。3.2.3.1 Ansys软件简介Ansys软件是一个集结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，该软件很好地实现了前、后处理，分析求解及多种场耦合分析统一数据库功能。它是世界上第一个通过ISO9001质量认证的分析设计类软件，被广泛应用于土木工程、机械制造、材料成形、石油化工、轻工、造船、航空航天、电子等多个行业。Ansys软件主要包括3个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。其中，前处理模块提供了一
20、个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以多种图形方式显示出来，而且还可以将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。3.2.3.2 内力计算过程通过Ansys软件对衬砌结构进行力学计算的全过程为：首先，依照截面尺寸，利用结构荷载模式对衬砌结构建立模型；然后依据计算得出的竖直和水平均布压力对模型加载，并进行计算；最后，查看计算结果，同时输出内力图。3.2.3.3 输出结果和确定最危险截面计算输出的结果主要是依靠图形来表示的，也可以在内力数据表中精确查到。对于级围岩衬砌，在拉应力和压应力
21、图中，较容易找到应力最大的点，也就是最可能受到破坏的最危险点。对于其他级别围岩衬砌，找到一个弯矩和轴力都较大的截面，即为最危险截面。图3-1 级围岩衬砌弯矩图()图3-2 级围岩衬砌轴力图()确定拱顶处截面为最危险截面，。图3-3 级围岩(浅埋)衬砌弯矩图()图3-4 级围岩(浅埋)衬砌轴力图()确定拱顶处截面为最危险截面，3.2.4 衬砌截面简算3.2.4.1 截面检算方法(1)级围岩衬砌力学计算输出的结果为应力值，截面检算按下列公式进行 (3-10) (3-11)式中，最大拉应力和最大压应力； 混凝土受拉容许应力；混凝土受压容许应力。(2)其他围岩衬砌截面检算公式 (3-12)抗压强度检算
22、公式为 (3-13)抗裂强度检算公式为 (3-14)式中，检算截面偏心距； 安全系数； 构件纵向弯曲系数； 轴向力偏心系数； 截面宽度； 截面高度。说明：当时，由抗压强度控制承载能力，不必检算抗裂；当时，由抗拉强度控制承载能力，不必检算抗压。3.2.4.2 截面检算结果表3-7 混凝土容许应力和极限强度()混凝土等级受拉容许应力()受压容许应力()抗拉极限强度()抗压极限强度()C300.5511.22.222.5C4014.72.729.5(1)、围岩衬砌截面检算情况见表3-9。其中安全系数取3.6，构件纵向弯曲系数取1.0，由于采用每延米衬砌作为一个分析单元，截面宽度取1m，截面高度即为衬
23、砌厚度。表3-8 衬砌截面强度检算围岩级别M()N()(m)(m)检算形式()()是否需要配筋14910400.1430.09抗裂3.74 1.91是（浅埋）38119500.1950.10抗裂7.021.76是3.2.5 衬砌截面配筋计算3.2.5.1 截面配筋方法依据以上表3-9的计算结果，在小寨隧道全长范围内，只需对级和级围岩衬砌配筋，配筋时两侧钢筋对称布置。判断大、小偏心受压，大偏心应满足 (3-15) (3-16)式中，轴向力偏心距增大系数；初始偏心距；截面有效高度；附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中较大者。大偏心受压配筋计算公式为 (3-17) (3-18)
24、(3-19)式中，一侧钢筋总截面面积；轴向力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离；受压区混凝土矩形应力图的应力与混凝土抗压强度设计值的比值，一般取为1.0；混凝土轴心抗压强度设计值；受压区计算高度；钢筋抗压强度设计值；受压钢筋合力点至截面近边的距离。3.2.5.2 截面配筋结果轴向力偏心距增大系数取为1.0。钢筋混凝土衬砌要求在迎水面上，钢筋的保护层厚度不少于50mm，由此值取65mm。根据式(3-15)、(3-16)可对衬砌截面受压进行大、小偏心判断，其判断的结果见表3-10。表3-9 大小偏心判断围岩级别(m)(m)(m)大、小偏心判断0.1430.020.1630.1630.116大偏心(浅
25、埋)0.1950.020.2150.2150.131大偏心衬砌截面都为大偏心受压，根据式(3-17)、(3-18)和(3-19)，可对截面进行配筋计算，详细情况见表3-11。其中级围岩采用C30的混凝土，其值为；级围岩采用C40的混凝土，其值为，所配钢筋都选用HRB335钢筋，其值为。表3-10 配筋计算情况围岩级别(m)(m)和()0.3230.069280(浅埋)0.4000.1301640表3-11中计算得出的配筋值都为负值，所以需采用最小配筋率来对截面进行配筋。采用最小配筋率配筋的公式为： (3-20)式中，最小配筋率，在隧道工程中，其值取0.2%C30的混凝土值为，C40的混凝土值为
26、，HRB335钢筋值为。根据式(3-20)可得最终配筋的结果如表3-12。表3-11 最终配筋结果围岩级别和()所选用的钢筋(面积/)0.2%900320(941)(浅埋)0.2%1000322(1140)由于选用的是两侧对称配筋，每一延米衬砌截面上的钢筋布置示意图如图3-11。级和级围岩的具体配筋图见附录B图06和图07。图3-5 每延米截面钢筋布置示意图第4章 隧道施工方案4.1 施工准备工作计划4.1.1 劳动力准备计划根据施工进度需要和监理工程师的要求，人员分期、分批进场，并根据情况变化随时调整。第一批：项目部组织机构人员和各施工队主要负责及部分施工人员。进场后主要工作为清理现场、迅速
27、修建临时设施、接桩复测、架接水电等。第二批：临时房屋建成后，部分施工人员进场，主要工作为施工围挡物资设备进场、方案制定、技术交底等，为主体工程开工做好准备。第三批：其他人员将根据施工进度情况陆续进场。4.1.2 主要机械、设备至计划施工机械设备的投入做到配套、组合合理，数量以满足工程进度和质量标准要求为原则，并考虑了设备的完好率和足够的备用量。4.1.3 施工主要材料准备计划除甲供材料外，施工单位有能力在市场上择优选购材料进场,并按总工期的计划安排，超前做出材料计划，做好周密的进场计划和周期性储备计划与落实，以满足各阶段工程进度的需求，为此采取以下措施：(1)物管人员选配素质高、业务精，责任心
28、强，且有丰富的市场经验的同志担任，严把物资材料关。(2)紧密结合工程计划、市场价格和市场供需形式，并认真把握季节性灵活性的特点，认真做好本工程的物资供应与保障。(3)要根据沈阳天气的变化，要备足各项抢险等特殊物资，在场地布置时要考虑这些物资储存的库房，要出入方便。洞内、基坑支护材料、雨季排水等材料进场后应备足，并随耗随补充。(4)保证现场需求量最大、控制整个工程进度关键材料商品砼和钢材的供应。4.1.4 资划金计根据全标段施工进度计划安排，按照每季度完成工程量对应的产值，并考虑备料和资金周转运作，作出资金计划详表。4.1.5 施工进度安排根据招标文件要求和我联合体施工能力及经验，结合本合同段隧
29、道工程的特点，拟开工、竣工时间，标段区间隧道贯通具体时间。4.2 隧道总体施工方案4.2.1 进洞方案在隧道工程施工前，应认真核对隧道洞口地形、地貌、地质情况、各里程标高、曲线要素等，如发现与本设计不符，应及时提出，以便修改设计。施工前应逐一排除崩塌、落石等安全隐患。做好洞口地段截排水设施。边仰坡开挖后及时锚喷封闭。并且要考虑环境保护、洞外有关工程及施工条件、运营要求等因素，同时还需以“早进洞、晚出洞”为总原则。本隧道根据业主提供的施工招标图纸及地勘资料，洞口地质条件较差，对洞口浅埋、软弱风化破碎地段进行地表预加固。施工结合洞口地形，地貌和地质条件，并针对洞口段工程的特点和难点，制定以“超前预
30、报，大管棚支护，洞身开挖，加强支护，尽早封闭，监控量测，衬砌紧跟”为基本原则的洞口开挖方案，以确保边坡及仰坡的稳定。进洞施工顺序采用超前小导管注浆预支护，后采用台阶法开挖，开挖后及时安装钢拱架、锚杆、喷射混凝土，及时喷射临时仰拱混凝土，使初期支护封闭成环，达到快速、安全进洞的目的。在隧道进洞后，为保证隧道洞口段稳定，隧道洞门应尽早施作。但是，考虑到隧道洞门的施作不应对隧道洞身施工造成影响，由经验可得，一般在隧道进洞掘进100m左右后，施作洞门。4.2.2隧道洞口边坡隧道洞门边仰坡开挖前按设计对进洞的各个桩点进行复核，对边仰坡进行放样，自上而下的顺序进行开挖；土方开挖采用人工配合挖掘机开挖，石方
31、开挖采用风钻钻孔、弱爆破开挖；边仰坡防护做好，开挖一段支护一段，并打入4.5m长25锁口锚杆。边坡坡地做临时排水沟，防止洞口积水；洞口边坡上缘及外侧设置矩形截排水沟，截排水沟采用机械开挖、人工修理的方式施工，M10砂浆抹面，砌筑时从顶部往两端施工。4.2.3进洞施工流程测量放线洞门边仰坡开挖、支护超前小导管洞身开挖及支护4.2.4明洞施工明洞施工前，先测量放样，标定明洞与暗洞的开挖分界线，进行边坡整修，基底清理。明洞洞身衬砌前先作仰拱，确保明洞边墙有足够的地基承载力，避免整体下沉和拱圈开裂。仰拱施工时，注意预埋排水管道。明洞洞身砼采用衬砌台车模注，边墙外模及拱背外模采用木模，砼采用输送泵泵送，
32、钢筋采用人工绑扎。砼强度达到设计要求后采用人工按设计铺设防水层。明洞采用人工进行回填，蛙式打夯机分层夯实。施工中严格控制分层厚度。本隧道DK723+140162段，DK723+591620段为明洞，施工过程中应注意以下几点：（1）明洞段施工应避开雨季，施工前应先施工辺仰坡刷坡线外5m的截水天沟，然后逐段开挖、衬砌及分层回填，每段开挖长度不得大于10m，回填时应分层夯填，每层层厚不大于0.3m，左右对称回填，回填土石应要求密实度K0.8，粒径15cm，回填料不得采用带有膨胀性的黏土。（2）明洞施工过程中应进行监控量测包括坡面稳定、基底稳定及地表下沉量测等，以便及时掌握边仰坡坡面动态与支护工作状态
33、，保证基坑稳定和施工安全。（3）明洞结构采用多组合防水措施，结构圬工采用防水钢筋混凝土，明洞环纵向施工缝、变形缝等防水薄弱环节应加强防水措施。（4）明洞结构在回填土石后铺设粘土隔水层，黏土隔水层应结合地形纵向贯通，不得出现断层或错台，隔水层纵坡应做成“”形坡或单面坡以利排水；隔水层和边仰坡的搭接、防水层与边仰坡的搭接均应良好；同时暗洞防水层应向明洞延伸1m，与明洞防水层粘结成一体。（5）明洞内水沟、电缆槽的型式及尺寸与隧道暗洞地段一致，以方便施工。4.2.5洞门施工 洞门拱墙与洞内相邻段拱墙衬砌同时施工，连成整体。洞门端墙、柱墙施工前，先完成洞顶水沟、截水沟的施工，边、仰坡的防护。洞门端墙、柱
34、墙采用钢模板，整体式一次浇筑成型。4.3 不同围岩段的开挖方法隧道施工方法应根据地质条件、断面大小、结构形式、机械配置、周围环境的需要、综合经济效益等因素而确定。总体上讲，隧道开挖的基本原则是：在保证围岩稳定或减少对围岩扰动的前提下，选择恰当的开挖方法和掘进方法，并应尽量提高掘进速度。而设计隧道段处于“”级围岩地段，所以下面对两种级别围岩的开挖方法设计如下：4.3.1 级围岩段开挖方法隧道全长范围内，级围岩只有一段，一段起讫里程为DK723+277DK723+441，全长164m。类围岩施工采用台阶法施工，台阶长3.0m，作为上断面钻孔、喷锚的工作台，上下断面同时爆破开挖。总的来讲，级围岩的性
35、质较差，基于尽早封闭围岩的考虑，该部分隧道采用台阶法较为合适。一般，在地质条件较差的围岩段施工时，如不及时使初期支护封闭形成整体工作，恐怕不利于上台阶开挖部分的稳定，采用短台阶法开挖，台阶长度较短，刚好能够使上、下台阶初期支护及时地封闭成环，有利于控制围岩变形。同时，在上台阶开挖时，应采用小药量的松动爆破，尽量减少对围岩的扰动。台阶法的台阶高度取为与长台阶的高度之一致，高度值为5.6m，台阶长度通常取3.0m，在实际开挖过程中可根据拱部围岩的条件进行适当的调整。使用台阶法开挖，其开挖步序示意图见附录B图08，循环进尺设置为1.0m。4.3.2 级围岩段开挖方法新建贵广铁路下豪一号隧道性质大部分
36、处于级围岩地段，在隧道全长范围内，总共有2段，起讫里程分别为DK723+140DK723+277和DK723+441DK723+620。类围岩稳定性差，施工难度大，施工时按“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护、勤量测”的原则掌握，施工前，沿拱部开挖轮廓线10cm处以外插角510布设超前小导管支护（支护参数详见本文1.3.2支护参数）。根据此级围岩的性质，并考虑此隧道为双线隧道，隧道设计断面大，为进一步地稳定围岩，确保施工的安全，级围岩段全都使用三台阶临时仰拱法。隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、勤量测”的总原则，确保施工安全有序的进行。爆破时采用小炮开挖，严格控制装药量。隧道开挖时，导坑开挖
37、长度及台阶高度可根据施工机具、人员等安排进行适当调整。开挖过程中，钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。在复合式衬砌段在施工时，须进行监控量测，根据监控量测的结果进行分析，确定二次衬砌的时机及调整支护参数。由于使用三台阶临时仰拱法开挖分部多，每一部开挖时都应尽量减少对围岩的扰动，而且还应保证开挖周边轮廓尽量圆顺，使坑道在每一部开挖后，都为一个有利于承受荷载的结构。4.4 几种开挖方法的介绍在此隧道的开挖过程中，开挖方式主要以这两种开挖方式为主：台阶法、三台阶法和三台阶临时仰拱法。下面对以上几种开挖方法介绍如下：4.4.1 台阶法施工工序和工艺流程一、台阶法施工工艺流程台阶法施工工艺流程见图
38、。超挖欠挖不满足施工准备爆破效果装碴运输上下台阶初支护监控量测初喷混凝土上台阶钻眼通风排烟测量放线装药爆破超前地质预报下循环开挖爆破设计处理欠挖加强支护调整爆破参数图4-1 台阶法施工工艺流程图二、台阶法施工工序说明图4-2 台阶法工序图（1）开挖 1 部台阶,施作 1 部洞身结构的初期支护。（2）上台阶施工至适当距离后，开挖 2 部台阶，施作洞身结构的初期支护。（3）灌筑该段内 部底板（或仰拱）。（4）利用衬砌模板台车一次性灌筑 部二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。三、台阶法施工要求（1）隧道施工应坚持“弱爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。（2）开挖方式采用弱爆破，爆破时严格控制炮眼
39、深度及装药量。（3）台阶长度宜控制在10m50m之内；围岩稳定较差时，控制在310m。（4）下台阶断面开挖应两侧交错进行，下台阶开挖后仰拱应紧跟。施工中应解决好上下台阶的施工干扰问题，下部应减少对上部围岩、支护的拢动。（5）施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。（6）上台阶施作钢拱架时，采用扩大拱脚和锁脚锚杆等措施，控制围岩和初期支护变形，必要时施作临时仰拱。（7）下台阶在上台阶喷射混凝土达到设计强度70%以上时开挖，当岩体不稳定时需缩短进尺，必要时分下台阶左右两部开挖，并及时施作初期支护和仰拱。（8）
40、下台阶施工时要保证初支钢架整体顺接平直，螺栓连接牢靠。四、长短台阶法的相互转换台阶法依照上下两工作面之间的距离不同有长台阶、短台阶和微台阶之分。在长短台阶相互转换的过程中，关键是控制台阶的长度。当由长台阶转化为短台阶时，只需将两台阶的间距及时调整缩小，而当由短台阶转化长台阶是，则是将两台阶及时调整扩大，间距调整应在长台阶开挖围岩段进行。这样就能够顺利完成长、短台阶法的转换。4.4.2 三台阶法施工工序和工艺流程一、三台阶法施工工艺流程满足不满足施工准备超前地质预报上中下台阶测量放线上台阶开挖、出渣、清理开挖面上台阶初期支护中台阶开挖、出渣、清理开挖面中台阶初期支护下台阶开挖、出渣、清理开挖面下
41、台阶初期支护监控测量加 强 防 护下循环开挖。图4-3三台阶施工工艺流程图二、三台阶法施工工序说明图4-4 三台阶法工序图。（1）上台阶开挖：在拱部超前支护施工后，沿隧道开挖轮廓线环向开挖上台阶。开挖进尺控制在每循环23m拱架。开挖后立即出喷35cm砼封闭，并架设20a钢架。按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。（2）中台阶开挖：开挖进尺控制在每循环23m，开挖后立即出喷35cm砼封闭，并架设20a钢架。按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。（3）下台阶开挖：开挖进尺控制在每循环23m，开挖后立即出喷35cm砼封闭，并架设20a钢架。按照设计要求施作锁脚锚杆和系统锚杆，喷射砼。（4
42、）隧道仰拱开挖：围岩较好时，仰拱与下台阶同时开挖；围岩软弱破碎时，仰拱单独开挖。仰拱按每循环5m组织施工。采用人工配合机械开挖，人工清底，并及时施工仰拱衬砌和填充。三、三台阶法施工要求（1）隧道施工应坚持“若爆破、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。（2）如有超前支护等辅助施工措施，应首先利用上一循环架立的钢架施作完毕，再开挖。（3）开挖方式采用若爆破，爆破时严格控制炮眼深度及装药量。（4）锁脚小导管可根据需要设置，以确保下台阶施工的安全。（5）各步台阶一次开挖长度宜控制在2m3m之间，第 3 部台阶开挖后仰拱应紧跟。（6）施工中，应按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整、灌筑二次衬砌的时机提供依据。（7）施工时根据现场情况，必要时在临时仰拱中增设钢架。4.4.3 三台阶临时仰拱法法施工工序和工艺流程一、三台阶临时仰拱法施工工艺流程。超前地质预报施工准备开挖方案设计上中下台阶测量放线下台阶开挖中台阶开挖上台阶开挖反馈综合信息良好良好清理开挖面下一循环上中下三断面支护与施作临时仰拱下断面检查稳定性中断面检查稳定性上断面检查稳定性初喷后出渣图4-5 三台阶临时仰拱法施工工艺流程图。二、三台阶临时仰拱法施工工序说明
