超大断面软岩隧道施工新技术.doc

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1、超大断面软岩隧道施工新技术　　【摘要】依托贵昆铁路乌蒙山二号隧道四线车站段的修建，对超大断面软岩隧道修建技术进行了专项研究，攻克了一系列关键技术，为双线铁路在设站困难的西部山区修建四线隧道取得了第一手宝贵的资料，助推我国的交通事业向前发展。文章介绍施工过程中采用的复合双侧壁撑索转换工法、三台阶以索代撑工法、撑索转换技术、以索代撑技术、索拱联合支护技术、信息化施工等新技术，以期对同类隧道的施工提供借鉴和参考。　　【关键词】超大断面隧道复合双侧壁撑索转换索拱联合支护　　1.前言　　为适应我国经济和社会的快

2、速发展，缓解运输能力紧张、实现大能力快速运输，减少环境破坏，进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展。时速200km及以上的客货共线铁路、250km/h城际铁路、350km/h客运专线大量修建，部分已投入运营。经过多年的探索、实践、科研攻关，我国铁路修建技术在设计理念、施工工艺、技术装备等多个方面取得了重大突破和长足发展。随着西部大开发战略的继续推进，受西南山区地形、地质条件限制，在建及拟建的大部分铁路线路中，隧道比重占线路总长的50%以上，部分段落隧道比重达90%以上，大量车站不得不伸入隧道内，由于已建

3、成的基本为单线铁路，车站隧道大部分以双线车站为主，部分为三线车站。近年来随着路网建设向山区发展，由于受曲线半径大、地形地质条件复杂、环保要求高等多种因素的制约，铁路沿线部分地段设站条件极为困难，由于铁路标准为双线，四线车站隧道不可避免。　　2.工程概况　　改建铁路贵阳至昆明线六盘水至沾益段乌蒙山二号隧道，位于云贵高原中东部，行进于乌蒙山区长江、珠江两大水系的分水岭地带，线路起讫里程为DK276+090～DK288+350，隧道全长12.26km，单洞双线，设计时速160Km，通行双层集装箱，根据运能要

4、求，并受地形限制，车站伸入乌蒙山二号隧道出口段，DK287+812～DK288+350段为四线隧道，长538m，最大开挖宽度达28.42m，最大开挖面积为354.3m2，其开挖跨度、面积均为目前采用暗挖法修建的软岩单跨交通隧道世界之最。　　3.“三阶段法”修建理念　　鉴于铁路车站隧道一般位于隧道进出口，从地形地貌上来说经历了洞口段、浅埋段、深埋段等具有不同开挖力学特征的阶段，地形由浅到深，地质由坏到好。因此，提出“三阶段法”（洞口段、浅埋段、深埋段）超大断面隧道修建技术，适应性强，具有普遍规律，值得研

5、究、总结和规范、推广。乌蒙山二号隧道四线车站段就是采用了“三阶段法”进行设计、施工。　　3.1洞口段施工技术　　乌蒙山二号隧道出口，采用了锚索框架梁加固仰坡，双层大管棚超前支护，复合双侧壁开挖的方式进洞。锚索框架梁内进行了人工植被恢复，体现生态环保要求。　　图1锚索框架梁内植被恢复图2浅埋段工法示意图　　3.2浅埋段复合双侧壁撑索转换工法　　浅埋段长110m，其中隧道口40m设置超前大管棚。根据数值模拟计算结果，经过对浅埋段3种开挖工法的围岩变形、应力和衬砌结构内力的综合比较，认为图2所示工法为最优工

6、法。　　在此基础上，对此工法适当进行了改进、优化：（1）分析得出拱部开挖顺序采用“先两边后中间”；（2）考虑到防水要求及今后易于维修，确定下双侧壁导坑高度宜为8.5m左右；（3）考虑到地基承载力和隧道结构沉降问题，将浅埋段边墙二衬设计成大拱座形式；（4）大胆尝试以“外锚”代替“内撑”的措施，减小甚至消除拆撑带来的支护体系受力转换风险，确保围岩稳定和初支安全。　　图3施工工序及支护　　经过上述工法比选及优化改进，最终确定浅埋段的实施工法如图3。施工工序为：（1）开挖两侧底部拱脚双侧壁导洞并在导洞内施工大

7、拱座混凝土；（2）开挖拱部两侧双侧壁导洞并将两侧拱部初期支护的底脚置于大拱座之上；（3）开挖拱部中间部分并将拱部中间部分的初期支护与拱部两侧的初期支护连接；（4）进行拱部锚索施工并张拉后拆除拱部临时支撑，（5）进行拱部二衬混凝土施工，并与大拱座连接；（6）进行中下部核心土集中大方量开挖，最后形成仰拱和填充。该工法是对新奥法理念的灵活应用。图4为浅埋段现场施工图片。　　（a）施作大拱座（b）以索换撑　　图4浅埋段施工的现场图片　　3.3深埋段三台阶以索代撑工法　　根据数值模拟计算结果，经过对深埋段5种开

8、挖工法的围岩变形、应力和衬砌结构内力的综合比较，认为图5所示工法为最优工法。　　图5深埋段工法示意图　　在此基础上，对工法Ⅷ进行改进、优化：（1）采用以“外锚”替换“内撑”技术来减小拆撑带来的风险是非常有必要的。同时，在信息化施工的前提下，考虑步子再迈大一点，尝试直接取消横撑，以索代撑，台阶开挖；（2）尽管在上台阶施工时不取消临时竖撑，但是在后续台阶施工时，借助预应力锚索支护，可以提前拆除临时竖撑而不必落底；（3）有了预应力锚索对喷锚结构所形成承载拱的减