基于铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工工艺研究

苏肖康

摘 要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，铁路建设也在高温经济中得到了快速发展。一般铁路工程建设项目线路长，在施工过程中不可避免的要穿越各种各样的地质岩层。如浅埋段软弱围岩隧道多为风化破碎的隧道围岩，埋藏较浅，受力较复杂，较易发生地表下沉或围岩坍塌事故。该文以绩溪隧道为例，分析软弱围岩隧道浅埋段相关施工工艺，并运用数值分析，研究其施工力学，进一步提高施工技术水平。

关键词：铁路隧道  软弱围岩隧道浅埋段  三台阶临时仰拱法  施工

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0023-01

绩溪隧道位于安徽省宣城市绩溪县境内，贯穿板桥头乡、扬溪镇、华阳镇，全长9464.12 m，是合福铁路安徽段最长的隧道，设毛竹坞和际坑两个横洞，其中毛竹坞横洞斜长178 m;际坑横洞斜长1175.23 m。隧道洞身最大埋深473 m，最小埋深约3 m，穿越5条断层、3个浅埋段，地质条件复杂，风险等级高，施工难度大，是全线的控制性工程、重难点工程。

1 施工工艺

1.1 三台阶临时仰拱法

工艺原理：三台阶临时仰拱法所采用的施工方法是2层短台阶、1层长台阶分开平行开挖。混凝土仰拱和初期支护封闭是为了保护围岩自身承载力，有效控制初值支护变形，通过监控量测数据反馈施工来及时调整支护参数和二次衬砌混凝土的施工时间。

三台阶临时仰拱法与传统施工方法相比，可以多个作业面平行作业，初期支护工序操作便捷，有利于机械化快速施工，适应性也高于传统施工方法。采用短台阶，分步平行开挖，爆破施工分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间，还增加了爆破临空面，降低炸药消耗。分步平行施作拱墙初期支护，混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形。全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量。监控量测信息反馈指导施工，及时调整支护参数。本文所研究的隧道开挖过程中，三台阶临时仰拱法分为上、中、下台阶和仰拱四部分，4个开挖面，4个不同位置相互错位同时开挖，在分部时同时支护，进而形成支护整体。不仅可以逐步推向纵深，最重要的是可以有效缩短作业循环时间。其实质是利用核心土施压于掌子面，尤其拱脚处的特殊设计提高了钢架支护的稳定性，也增强了初期支护强度，对受力结构起着完善作用。

1.2 CRD施工法

CRD施工法采用预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室，之后对四个小洞室展开分部施工，遵循以下施工原则：小分部，短台阶，短循环，快封闭，勤测量，强支护。随挖随撑，及时做好初期支护。然而这种施工工艺分布较多，不利于机械化作业，后续开挖和拆除支护会影响前面施工形成的力学平衡体系，多次改变围岩应力，可能会出现较大的变形量。一般软岩浅埋隧道会出现拱部围岩受拉区连通，破坏洞体稳定性，临时支护中钢架、锚杆：网片及喷砼强度都按照永久性支护体系参数执行。由于始终保留1.5 m长核心土，为增大未封闭前的拱脚接触面积.在两拱脚位置支垫8 cm厚，30×30 cm规格的木板，控制拱脚的下沉速率。CRD法施工中临时支护的拆除，应在全断面完成闭合，各断面位移基本稳定后，才能拆除。

2 数值模拟计算

2.1 设置模型

目前工程界广泛应用一种传统的弹塑性力学定律，既Mohr-coulomd准则，与岩石材料实验结果较为接近，所反映的岩土材料破坏特征与实际破坏情况相符。具体公式如下：

公式中分别代表是极限抗剪强度，岩土内摩擦角和受力面上的正应力。

2.2 计算模型

整体模型尺寸为：隧道横向取左右测距隧道轮廓线各50 m，可模拟开挖15 m分析应隧道开挖造成的纵向、横及竖向位移。

2.3 结果分析

根据数值计算结果，三台阶临时仰拱法和CRD各个关键步骤掌子面挤出位移值如表1所示。

从表1中可看出三台阶临时仰拱法造成的掌子面挤出位移最大值为56.02，CRD法为37.53，为三台阶临时仰拱法的66.9%。 三台阶会随隧道的逐步开挖其掌子面挤出变形也均与增长。

3 软弱围岩浅埋段是隧道施工注意事项

一般软弱围岩的岩体荷载力小，岩体强度低，应做好超前支护措施，以此保证隧道施工的安全性。在进行超前支护工作时，可根据穿越长度、现场地质条件、隧道上覆土层等具体施工情况确定支护管的长度和管径。为确保支护性能可靠，可在注浆前进行压水试验并检查所使用的机械设备。在开挖隧道后及时进行支护工作。所采用的施工方法要与施工前设计方案相符，确保施工中所使用材料质量符合相关规定。冬季施工需注意喷射机中混凝土的粉尘含量不得大于2 mg/m?，温度不低于5℃。完成喷砼后还需对混凝土做好养护措施。初期支护工作完成后，可检验其质量，达到相关质量要求后可进行下一道工序。通常在对隧道进行开挖时会采取及时支护、短进尺、弱爆破及强支护等措施，严格根据设计方案要求设定爆破用药量和具体爆破方法，降低爆破对隧道周围岩层的影响。尽可能地赶在冬季或雨季完成洞门修筑工作，其墙背回填和端墙的砌筑应保证两侧同时进行，避免因二次衬砌产生偏压影响工程质量。此外，为避免出现拱部崩塌现象，在下部开挖之前可通过在上部支撑拱脚处设置锁脚锚杆和纵向槽钢托梁，提高支撑力，同时还可采取加设套拱的方法解决沉降过大的问题。

4 结语

总之，铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工工艺关键在于其支护作用，通过支护措施缓解围岩变形，避免塌方事故。本文所研究的三台阶临时仰拱法和CRD施工工艺，从掌子面挤出位移方面及隧道拱顶下沉，三台阶临时仰拱法变形值均大于CRD法，施工效率、施工安全性及经济成本也优于CRD法。因此，此方法值得应用在铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工中，根据施工工艺特点及时调整其施工方案，合理安排各道工序，全面提高软弱围岩施工生产质量。

参考文献

[1] 黄胜平.高速铁路大断面隧道浅埋段软弱围岩施工方法优化研究[J].铁道建筑技术，2012（6）：58-62.

[2] 崔东，李欣蓉.糯扎渡水电站右岸坝顶公路隧道洞口浅埋段及软弱围岩段施工方法[J].中国水能及电气化，2011（7）：55-60.

[3] 田伟.三台阶七步法在铁路软弱围岩隧道浅埋段中的应用[J].铁道建筑技术，2011（9）：107-110.

摘 要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，铁路建设也在高温经济中得到了快速发展。一般铁路工程建设项目线路长，在施工过程中不可避免的要穿越各种各样的地质岩层。如浅埋段软弱围岩隧道多为风化破碎的隧道围岩，埋藏较浅，受力较复杂，较易发生地表下沉或围岩坍塌事故。该文以绩溪隧道为例，分析软弱围岩隧道浅埋段相关施工工艺，并运用数值分析，研究其施工力学，进一步提高施工技术水平。

关键词：铁路隧道  软弱围岩隧道浅埋段  三台阶临时仰拱法  施工

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0023-01

绩溪隧道位于安徽省宣城市绩溪县境内，贯穿板桥头乡、扬溪镇、华阳镇，全长9464.12 m，是合福铁路安徽段最长的隧道，设毛竹坞和际坑两个横洞，其中毛竹坞横洞斜长178 m;际坑横洞斜长1175.23 m。隧道洞身最大埋深473 m，最小埋深约3 m，穿越5条断层、3个浅埋段，地质条件复杂，风险等级高，施工难度大，是全线的控制性工程、重难点工程。

1 施工工艺

1.1 三台阶临时仰拱法

工艺原理：三台阶临时仰拱法所采用的施工方法是2层短台阶、1层长台阶分开平行开挖。混凝土仰拱和初期支护封闭是为了保护围岩自身承载力，有效控制初值支护变形，通过监控量测数据反馈施工来及时调整支护参数和二次衬砌混凝土的施工时间。

三台阶临时仰拱法与传统施工方法相比，可以多个作业面平行作业，初期支护工序操作便捷，有利于机械化快速施工，适应性也高于传统施工方法。采用短台阶，分步平行开挖，爆破施工分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间，还增加了爆破临空面，降低炸药消耗。分步平行施作拱墙初期支护，混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形。全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量。监控量测信息反馈指导施工，及时调整支护参数。本文所研究的隧道开挖过程中，三台阶临时仰拱法分为上、中、下台阶和仰拱四部分，4个开挖面，4个不同位置相互错位同时开挖，在分部时同时支护，进而形成支护整体。不仅可以逐步推向纵深，最重要的是可以有效缩短作业循环时间。其实质是利用核心土施压于掌子面，尤其拱脚处的特殊设计提高了钢架支护的稳定性，也增强了初期支护强度，对受力结构起着完善作用。

1.2 CRD施工法

CRD施工法采用预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室，之后对四个小洞室展开分部施工，遵循以下施工原则：小分部，短台阶，短循环，快封闭，勤测量，强支护。随挖随撑，及时做好初期支护。然而这种施工工艺分布较多，不利于机械化作业，后续开挖和拆除支护会影响前面施工形成的力学平衡体系，多次改变围岩应力，可能会出现较大的变形量。一般软岩浅埋隧道会出现拱部围岩受拉区连通，破坏洞体稳定性，临时支护中钢架、锚杆：网片及喷砼强度都按照永久性支护体系参数执行。由于始终保留1.5 m长核心土，为增大未封闭前的拱脚接触面积.在两拱脚位置支垫8 cm厚，30×30 cm规格的木板，控制拱脚的下沉速率。CRD法施工中临时支护的拆除，应在全断面完成闭合，各断面位移基本稳定后，才能拆除。

2 数值模拟计算

2.1 设置模型

目前工程界广泛应用一种传统的弹塑性力学定律，既Mohr-coulomd准则，与岩石材料实验结果较为接近，所反映的岩土材料破坏特征与实际破坏情况相符。具体公式如下：

公式中分别代表是极限抗剪强度，岩土内摩擦角和受力面上的正应力。

2.2 计算模型

整体模型尺寸为：隧道横向取左右测距隧道轮廓线各50 m，可模拟开挖15 m分析应隧道开挖造成的纵向、横及竖向位移。

2.3 结果分析

根据数值计算结果，三台阶临时仰拱法和CRD各个关键步骤掌子面挤出位移值如表1所示。

从表1中可看出三台阶临时仰拱法造成的掌子面挤出位移最大值为56.02，CRD法为37.53，为三台阶临时仰拱法的66.9%。 三台阶会随隧道的逐步开挖其掌子面挤出变形也均与增长。

3 软弱围岩浅埋段是隧道施工注意事项

一般软弱围岩的岩体荷载力小，岩体强度低，应做好超前支护措施，以此保证隧道施工的安全性。在进行超前支护工作时，可根据穿越长度、现场地质条件、隧道上覆土层等具体施工情况确定支护管的长度和管径。为确保支护性能可靠，可在注浆前进行压水试验并检查所使用的机械设备。在开挖隧道后及时进行支护工作。所采用的施工方法要与施工前设计方案相符，确保施工中所使用材料质量符合相关规定。冬季施工需注意喷射机中混凝土的粉尘含量不得大于2 mg/m?，温度不低于5℃。完成喷砼后还需对混凝土做好养护措施。初期支护工作完成后，可检验其质量，达到相关质量要求后可进行下一道工序。通常在对隧道进行开挖时会采取及时支护、短进尺、弱爆破及强支护等措施，严格根据设计方案要求设定爆破用药量和具体爆破方法，降低爆破对隧道周围岩层的影响。尽可能地赶在冬季或雨季完成洞门修筑工作，其墙背回填和端墙的砌筑应保证两侧同时进行，避免因二次衬砌产生偏压影响工程质量。此外，为避免出现拱部崩塌现象，在下部开挖之前可通过在上部支撑拱脚处设置锁脚锚杆和纵向槽钢托梁，提高支撑力，同时还可采取加设套拱的方法解决沉降过大的问题。

4 结语

总之，铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工工艺关键在于其支护作用，通过支护措施缓解围岩变形，避免塌方事故。本文所研究的三台阶临时仰拱法和CRD施工工艺，从掌子面挤出位移方面及隧道拱顶下沉，三台阶临时仰拱法变形值均大于CRD法，施工效率、施工安全性及经济成本也优于CRD法。因此，此方法值得应用在铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工中，根据施工工艺特点及时调整其施工方案，合理安排各道工序，全面提高软弱围岩施工生产质量。

参考文献

[1] 黄胜平.高速铁路大断面隧道浅埋段软弱围岩施工方法优化研究[J].铁道建筑技术，2012（6）：58-62.

[2] 崔东，李欣蓉.糯扎渡水电站右岸坝顶公路隧道洞口浅埋段及软弱围岩段施工方法[J].中国水能及电气化，2011（7）：55-60.

[3] 田伟.三台阶七步法在铁路软弱围岩隧道浅埋段中的应用[J].铁道建筑技术，2011（9）：107-110.

摘 要：近年来，随着我国经济水平的不断提升，铁路建设也在高温经济中得到了快速发展。一般铁路工程建设项目线路长，在施工过程中不可避免的要穿越各种各样的地质岩层。如浅埋段软弱围岩隧道多为风化破碎的隧道围岩，埋藏较浅，受力较复杂，较易发生地表下沉或围岩坍塌事故。该文以绩溪隧道为例，分析软弱围岩隧道浅埋段相关施工工艺，并运用数值分析，研究其施工力学，进一步提高施工技术水平。

关键词：铁路隧道  软弱围岩隧道浅埋段  三台阶临时仰拱法  施工

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）10（c）-0023-01

绩溪隧道位于安徽省宣城市绩溪县境内，贯穿板桥头乡、扬溪镇、华阳镇，全长9464.12 m，是合福铁路安徽段最长的隧道，设毛竹坞和际坑两个横洞，其中毛竹坞横洞斜长178 m;际坑横洞斜长1175.23 m。隧道洞身最大埋深473 m，最小埋深约3 m，穿越5条断层、3个浅埋段，地质条件复杂，风险等级高，施工难度大，是全线的控制性工程、重难点工程。

1 施工工艺

1.1 三台阶临时仰拱法

工艺原理：三台阶临时仰拱法所采用的施工方法是2层短台阶、1层长台阶分开平行开挖。混凝土仰拱和初期支护封闭是为了保护围岩自身承载力，有效控制初值支护变形，通过监控量测数据反馈施工来及时调整支护参数和二次衬砌混凝土的施工时间。

三台阶临时仰拱法与传统施工方法相比，可以多个作业面平行作业，初期支护工序操作便捷，有利于机械化快速施工，适应性也高于传统施工方法。采用短台阶，分步平行开挖，爆破施工分成多个作业面进行，将集中爆破化为分散爆破，既减少对围岩的扰动，又充分利用时间，还增加了爆破临空面，降低炸药消耗。分步平行施作拱墙初期支护，混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初期支护体系，保护围岩的天然承载力，有效抑制围岩变形。全断面一次施作防水层和灌筑混凝土衬砌，确保了混凝土衬砌施工质量。监控量测信息反馈指导施工，及时调整支护参数。本文所研究的隧道开挖过程中，三台阶临时仰拱法分为上、中、下台阶和仰拱四部分，4个开挖面，4个不同位置相互错位同时开挖，在分部时同时支护，进而形成支护整体。不仅可以逐步推向纵深，最重要的是可以有效缩短作业循环时间。其实质是利用核心土施压于掌子面，尤其拱脚处的特殊设计提高了钢架支护的稳定性，也增强了初期支护强度，对受力结构起着完善作用。

1.2 CRD施工法

CRD施工法采用预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室，之后对四个小洞室展开分部施工，遵循以下施工原则：小分部，短台阶，短循环，快封闭，勤测量，强支护。随挖随撑，及时做好初期支护。然而这种施工工艺分布较多，不利于机械化作业，后续开挖和拆除支护会影响前面施工形成的力学平衡体系，多次改变围岩应力，可能会出现较大的变形量。一般软岩浅埋隧道会出现拱部围岩受拉区连通，破坏洞体稳定性，临时支护中钢架、锚杆：网片及喷砼强度都按照永久性支护体系参数执行。由于始终保留1.5 m长核心土，为增大未封闭前的拱脚接触面积.在两拱脚位置支垫8 cm厚，30×30 cm规格的木板，控制拱脚的下沉速率。CRD法施工中临时支护的拆除，应在全断面完成闭合，各断面位移基本稳定后，才能拆除。

2 数值模拟计算

2.1 设置模型

目前工程界广泛应用一种传统的弹塑性力学定律，既Mohr-coulomd准则，与岩石材料实验结果较为接近，所反映的岩土材料破坏特征与实际破坏情况相符。具体公式如下：

公式中分别代表是极限抗剪强度，岩土内摩擦角和受力面上的正应力。

2.2 计算模型

整体模型尺寸为：隧道横向取左右测距隧道轮廓线各50 m，可模拟开挖15 m分析应隧道开挖造成的纵向、横及竖向位移。

2.3 结果分析

根据数值计算结果，三台阶临时仰拱法和CRD各个关键步骤掌子面挤出位移值如表1所示。

从表1中可看出三台阶临时仰拱法造成的掌子面挤出位移最大值为56.02，CRD法为37.53，为三台阶临时仰拱法的66.9%。 三台阶会随隧道的逐步开挖其掌子面挤出变形也均与增长。

3 软弱围岩浅埋段是隧道施工注意事项

一般软弱围岩的岩体荷载力小，岩体强度低，应做好超前支护措施，以此保证隧道施工的安全性。在进行超前支护工作时，可根据穿越长度、现场地质条件、隧道上覆土层等具体施工情况确定支护管的长度和管径。为确保支护性能可靠，可在注浆前进行压水试验并检查所使用的机械设备。在开挖隧道后及时进行支护工作。所采用的施工方法要与施工前设计方案相符，确保施工中所使用材料质量符合相关规定。冬季施工需注意喷射机中混凝土的粉尘含量不得大于2 mg/m?，温度不低于5℃。完成喷砼后还需对混凝土做好养护措施。初期支护工作完成后，可检验其质量，达到相关质量要求后可进行下一道工序。通常在对隧道进行开挖时会采取及时支护、短进尺、弱爆破及强支护等措施，严格根据设计方案要求设定爆破用药量和具体爆破方法，降低爆破对隧道周围岩层的影响。尽可能地赶在冬季或雨季完成洞门修筑工作，其墙背回填和端墙的砌筑应保证两侧同时进行，避免因二次衬砌产生偏压影响工程质量。此外，为避免出现拱部崩塌现象，在下部开挖之前可通过在上部支撑拱脚处设置锁脚锚杆和纵向槽钢托梁，提高支撑力，同时还可采取加设套拱的方法解决沉降过大的问题。

4 结语

总之，铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工工艺关键在于其支护作用，通过支护措施缓解围岩变形，避免塌方事故。本文所研究的三台阶临时仰拱法和CRD施工工艺，从掌子面挤出位移方面及隧道拱顶下沉，三台阶临时仰拱法变形值均大于CRD法，施工效率、施工安全性及经济成本也优于CRD法。因此，此方法值得应用在铁路隧道软弱围岩隧道浅埋段的施工中，根据施工工艺特点及时调整其施工方案，合理安排各道工序，全面提高软弱围岩施工生产质量。

参考文献

[1] 黄胜平.高速铁路大断面隧道浅埋段软弱围岩施工方法优化研究[J].铁道建筑技术，2012（6）：58-62.

[2] 崔东，李欣蓉.糯扎渡水电站右岸坝顶公路隧道洞口浅埋段及软弱围岩段施工方法[J].中国水能及电气化，2011（7）：55-60.

[3] 田伟.三台阶七步法在铁路软弱围岩隧道浅埋段中的应用[J].铁道建筑技术，2011（9）：107-110.