鐵路客運專線大斷面隧道開挖方法分析

任晉平

中鐵二十三局軌道公司 上海 200000

1 引言

隨著交通量的提升，鐵路隧道必須拓寬，大斷面隧道工程應運而生，并已經成為大運輸量鐵路工程運輸發(fā)展趨勢。大斷面隧道工程開挖施工方式有很多種，比如臺階法、雙側壁導坑法、三臺階七步法等等，只有合理選用開挖方式，并加強施工技術控制，才能夠保證工程項目建設的順利進行。因此，對大斷面隧道工程開挖施工技術進行詳細探究迫在眉睫[1]。

2 大斷面隧道開挖技術

2.1 雙側壁導坑法

①開挖左導洞上臺階，再施工其初襯和臨時支護；②開挖左導洞下臺階，再施工其初襯和臨時支護；③開挖右導洞上臺階，再施工其初襯和臨時支護；④開挖右導洞下臺階，再施工其初襯和臨時支護；⑤開挖核心土上部，再施工其初襯；⑥開挖核心土中部，再施工其臨時支護；⑦開挖核心土下部，再施工其初襯；⑧拆除臨時支護，再施工全環(huán)二襯。

2.2 三臺階施工

①先施工超前支護，然后開挖上弧型導航，再施工初襯；②開挖中導洞左上邊墻，再施工其初襯；③開挖中導洞右上邊墻，再施工其初襯；④開挖中導洞左下邊墻，再施工其初襯；⑤開挖中導洞右下邊墻，再施工其初襯；⑥依次開挖中導洞核心土上、中、下臺階；⑦開挖仰拱，再施工其初襯，最后施工全環(huán)二襯。

2.3 CRD法

①開挖左導坑上部，再施工其初襯和臨時支護；②開挖左導坑下部，再施工其初襯和臨時支護；③開挖右導坑上部，再施工其初襯和臨時支護；④開挖右導坑下部，再施工其初襯；⑤拆除臨時支護，再施工全環(huán)二襯[2]。

3 工程背景

某鐵路客運專線隧道工程里程7238m，隧道最大埋深處約為225m，其最小埋深處約7m。隧道圍巖為砂巖夾泥巖，但風化程度不同，隧道上方的圍巖分為全風化、強風化、弱風化3種。最上層地表出露為全風化層，厚度10～3.5m，屬Ⅲ級硬土；中間為強風化層，厚度24～20m，屬Ⅳ級軟石；弱風化層，厚度55～0m，屬Ⅳ級軟石[3]。

4 雙側壁導坑法模擬

新奧法施工的主要思想是通過施工量測合理控制施做支護結構時間，充分發(fā)揮圍巖自身承載能力。在實際施工過程中，隧道從開挖到施做支護結構，其間均有一定的時間間隔，時間間隔的長短會直接影響圍巖的位移變形和支護結構、二次襯砌的內部受力狀況。在應用FLAC3D軟件進行隧道開挖動態(tài)開挖過程中，通過圍巖應力逐步釋放的方法來實現(xiàn)

（1）開挖隧道左側上部①，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，由于隧道開挖和施做初支存在一定時間間隔，應力釋放25%，計算平衡；距離左側上部①掌子面3m處，施做初期支護和臨時支撐，每循環(huán)長度設為3m，初期支護和架立工字鋼（臨時支撐）采用不占空間的殼結構來模擬，此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（2）距離左側上部①掌子面3m處，開挖隧道左側下部②，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，由于隧道開挖和施做初支存在時間間隔，應力釋放25%，計算平衡；距離左側下部②掌子面3m處，施做初期支護和臨時支撐，每循環(huán)長度設為3m，初期支護和架立工字鋼（臨時支撐）采用不占空間的殼結構進行模擬，隧道左側下部初期支護和臨時支撐完成后，使左側導洞的初期支護和臨時支撐形成封閉的環(huán)狀。此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（3）距離左側上部①掌子面6m處，開挖右側上部③，每次循環(huán)開挖進尺設為3m由于隧道開挖和施做初支存在一定時間間隔，應力釋放25%，計算平衡；距離右側上部③掌子面3m處，施做初期支護和臨時支撐，每循環(huán)長度設為3m，初期支護和架立工字鋼（臨時支撐）采用不占空間的殼結構來模擬，此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（4）距離右側上部③掌子面3m處，開挖隧道右側下部④，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，由于隧道開挖和施做初支存在一定時間間隔，應力釋放25%，計算平衡；距離右側下部②掌子面3m處，施做初期支護和臨時支撐，每循環(huán)長度設為3m，初期支護和架立工字鋼（臨時支撐）采用不占空間的殼結構來模擬，隧道左側下部初期支護和臨時支撐完成后，使右側導洞的初期支護和臨時支撐形成封閉的環(huán)狀。此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（5）距離右側上部③掌子面12m處，開挖隧道中間頂部⑤，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，由于隧道開挖和施做初支存在一定時間間隔，應力釋放2500，計算平衡；距離中間頂部⑤掌子面3m處，施做初期支護，每循環(huán)長度設為3m，初期支護采用不占空間的殼結構來模擬，此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（6）距離中間頂部⑤掌子面3m處，開挖隧道中間中部⑥，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，應力釋放25%，計算平衡。

（7）距離中間中部⑥掌子面3m處，開挖隧道中間底部⑦，每次循環(huán)開挖進尺設為3m，由于隧道開挖和施做初支存在一定時間間隔，應力釋放25%，計算平衡；距離中間底部⑦掌子面3m處，施做初期支護，每循環(huán)長度設為3m，使整個隧道斷面初期支護封閉成環(huán)（包括左右導洞的臨時支護）。初期支護采用不占空間的殼結構來模擬，此時采取應力釋放60%，計算平衡。

（8）距離中間底部⑦掌子面12m處，拆除臨時支撐，施做二次襯砌，應力完全釋放，計算平衡。

隧道開挖過程中，在隧道的拱頂和拱底產生豎向位移極值，在隧道洞室左右兩側中部產生水平位移極值，在此處設位移監(jiān)測點，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測點

由云圖可得測點在不同施工水平位移如圖2和圖3所示。

圖2 x-z平面拱頂拱底豎向位移曲線

圖3 x-z平面隧道洞室兩側邊墻中部水平位移曲線

5 結束語

綜上所述，在本工程施工中，采用雙側壁導坑施工技術進行鐵路客運專線大斷面隧道開挖，并應用FLAC3D軟件進行隧道三維動態(tài)施工模擬，在隧道橫斷面內，隨著各部分的開挖，出現(xiàn)豎向位移極值，左、右拱腰處產生水平位移極值，均在隧道斷面開挖完成后達到極值，施做初期支護和二次襯砌后，圍巖位移基本沒有變化。另外，在隧道縱斷面內，隧道全施工過程中，在掌子面前方的圍巖產生了豎向位移，發(fā)生了應力重分布，處于受壓狀態(tài)，且產生了塑性變形區(qū)域，開挖影響范圍約在掌子面前方一倍隧道跨度長度以內。施作初期支護和二次襯砌后，最終達到穩(wěn)定。

參考文獻

[1] 石磊,侯小軍,武進廣.大斷面黃土隧道施工工法研究[J].隧道建設(中英文),2012,33(s1):173-178.

[2] 趙斌,章慧健,仇文革.特大斷面鐵路隧道施工過程應力特性研究[J].現(xiàn)代隧道技術,2014,51(1):70-76.

[3] 吳占瑞,漆泰岳,唐進才.淺埋大斷面隧道施工工法優(yōu)化分析[J].工業(yè)建筑,2012,42(8):102-107.