六沾复线乌蒙山2号四线大跨铁路隧道施工技术.doc

特长隧道现场观摩与施工技术交流会汇报材料 六沾复线乌蒙山2号四线大跨铁路隧道施工技术
六沾复线乌蒙山2号
四线大跨铁路隧道施工技术
【内容提要】：贵昆铁路六盘水至沾益段乌蒙山二号特长隧道位于云贵山区，岩溶发育。本隧道出口段位于车站内，为四线隧道，此处围岩破碎，开挖断面超大，达354 m2，开挖跨度达28.42m，为目前在建铁路隧道之最。本工区按科研项目设计，开挖工法多变，工艺复杂，施工难度大，需攻克的关键技术较多。本文就该工区采用的施工工法、体系转换、变形控制等关键技术进行了研究分析，旨在对以后同类型工程的设计、施工提供参考。
【关 键 词】：超大断面 铁路隧道 双侧壁导坑法 井字型工法 交叉中隔壁法 体系转换 变形控制
1.工程概况
1.1全隧概况
乌蒙山二号隧道中心里程为DK282+219，全长12258m，为六沾全线最长的隧道，是全线的控制性工程和高风险隧道之一。
本隧道自DK278+224.06至隧道出口DK288+350段10126m为我标段施工任务。DK288+303
按四个工区展开施工，分别为中部平导工区、通风道工区、出口平导工区、出口大跨工区。乌蒙山二号隧道施工组织示意图见图1-1

DK284+515
DK288+350
DK278+224.06

中部平导工区 的云
通风道工区
出口平导工区
出口大跨工区
2600m
2425m
4491m
610m

图1-1 乌蒙山二号隧道施工组织示意图

1.2大跨工区概况
本隧道出口DK287+740～DK288+350段610m位于扒挪块车站内，为四线大跨隧道。施工采用三种工法，分别为：
（1）双侧壁导坑分部开挖法（见图1-2）；
（2）井字型支撑双侧壁导坑法（见图1-3）；
（3）交叉中隔壁法（见图1-4）。

图1-2双侧壁导坑分部开挖法 图1-3井字型支撑双侧壁导坑法图 1-4交叉中隔壁法
交叉中隔壁法
1.3大跨工区工程地质
1.3.1地质分析
（1）本工区设计地质情况
三叠系下统飞仙关组T1f泥岩、页岩夹砂岩，地表风化带较厚、岩质软。弱含水层，地下水主要为基岩裂隙水。隧道出口开挖可能有T1f地层顶部薄层灰白色缅状或细晶灰岩，可能遇溶洞、暗河、突水、突泥等灾害。
隧道围岩级别为Ⅴ级浅埋、Ⅴ级和Ⅳ级。
（2）出口平导施工揭示本段地层情况
本段围岩均为泥岩、砂岩、页岩、页岩夹砂岩，泥质灰岩，岩质软，节理裂隙极发育，表层为全风化、强风化层，厚15～25m，洞口端因地层风化，土体松散，有流塌现象。通过对出口平导的施工，可知大跨段洞身岩体极破碎，基岩裂隙水丰富。
1.3.2水文地质特征
本段地表水为季节性水流，水量受季节影响较大，地表水不发育。地下水类型有岩溶裂隙水、构造裂隙水和基岩裂隙水。主要为基岩裂隙水，设计正常涌水量Q=7900m3/d。
2.总体施工组织
为满足工期要求，乌蒙山二号隧道出口四线大跨工区自两个方向展开施工，如图2-1所示。

图2-1 出口四线大跨工区施工组织示意图
2.1 洞口方向
此段主要是从出口四线大跨洞口开始向小里程方向施工，施工长度初步拟定为438m（具体施工长度视施工进展调整），主要工法为：110mⅤ级大拱座曲墙段的双侧壁导坑分部开挖法，128mⅤ级复合段的井字型支撑双侧导坑法，200mⅣ级复合段的井字型支撑双侧导坑法。
2.2 洞内方向
此段主要是从出口平导经C8横通道进入正洞，向大里程方向施工，施工长度初步拟定为172m，主要工法为：38mⅢ级仰拱（双线转辙机）段的台阶法， 34mⅣ级复合（过渡段）段的交叉中隔壁法，38mⅣ级复合段的井字型支撑双侧导坑法，62mⅤ级复合段的井字型支撑双侧导坑法。
3.施工技术措施
3.1 综述
3.1.1 采用的工法
乌蒙山二号隧道出口四线大跨段，洞口边仰坡陡峭，采用五级台阶+锚杆和锚索框架梁进行加固。进洞采用40m长Φ108双层大管棚超前支护，大跨浅埋、深埋分别采用双侧壁导坑分部开挖法、井字型支撑双侧导坑法，大跨与双线过渡段采用交叉中隔壁开挖，爆破钻进，洞内运输采用无轨运输，体系转换采用预应力锚索外拉代替内部临时支撑，隧道衬砌Ⅴ级浅埋段先施工大拱座，后整体浇注拱部，深埋段采用整体液压衬砌台车一次衬砌。
3.1.2深浅埋采用两种不同工法的理论依据
采用有限元模型对深浅进行了数值模拟，计算范围左右各取了100m；仰拱下取为60m；拱顶以上覆土厚：浅埋取为20m，深埋取120m计算；围岩参数按Ⅴ级考虑。浅埋隧道计算模型见图3-1；深埋隧道计算模型见图3-2；浅埋隧道塑性区图见图3-3；深埋隧道塑性区图见图3-4。

图3-1 浅埋隧道计算模型 图3-2深埋隧道计算模型

图3-3浅埋隧道塑性区图 图3-4深埋隧道塑性区图
由深、浅埋毛洞的塑性区图可以看出，浅埋的塑性区主要集中在拱顶，已发展至地表，塑性区的类型在拱顶、底板以拉裂破坏为主，在拱腰和边墙以剪切破坏为主；深埋的塑性区在洞周的分布较为均匀，拱顶和底板在靠近开挖轮廓线时表现为张拉破坏，往地层深处发展为剪切破坏，边墙以剪切破坏为主。
3.2双侧壁导坑分部开挖法施工技术措施
(1) 衬砌参数
Ⅴ级大拱座曲墙衬砌参数见表3-1。

表3-1 Ⅴ级大拱座曲墙衬砌参数表
围岩 级别
预 留 变形量
cm
喷射混凝土
锚 杆
H300钢架
I20a钢架
施作
部位
厚度
cm
设置
部位
锚杆参数
设置
部位
间距
m
设置
部位
间距
m
间距m
长度m
Ⅴ
15
拱部
40
拱、墙
0.8*0.8
5.0
拱部
0.6
边墙
0.8
边墙
27
(2) 施工技术措施
乌蒙山二号隧道出口四线大跨段洞口110m浅埋段，衬砌类型为Ⅴ级大拱座曲墙衬砌，施工方法采用双侧壁导坑分部开挖法施工，见图3-5。双侧壁导坑分部开挖法施工工序见表3-2。

图3-5 Ⅴ级大拱座曲墙衬砌双侧壁导坑分部开挖施工图
表3-2 双侧壁导坑分部开挖法施工工序表
序号
图示
施工步骤及措施
1

①施作中管棚超前支护
②开挖双侧导坑上台阶，施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架（含临时钢架），并设锁脚锚管
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
2

①开挖双侧导坑下台阶
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架，并设锁脚锚管
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
3

两侧导洞开挖110m后，后退施工灌筑边墙大拱座混凝土
4

①施作超前支护，开挖左侧导洞上部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即拱部初喷混凝土、安设钢筋网、架设拱部钢架和侧壁临时钢架
③钻设径向锚杆并复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
5

①施作超前支护，开挖右侧导洞上部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即拱部初喷混凝土、安设钢筋网、架设拱部钢架和侧壁临时钢架
③钻设径向锚杆并复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
6

①施作拱顶处超前支护、开挖 拱顶导坑上台阶
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即拱部初喷混凝土、安设钢筋网、架设拱部架、安设临时横撑
③钻设径向锚杆并复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
7

开挖拱顶导坑下台阶
8

①钻孔、施作拱部锚索，并初张拉
②根据监控量测情况，对锚索进行二次张拉
③拆除拱部临时钢架和横撑，锚索最后张拉及锁定、注浆封锚（DK288+315~DK288+350段埋深小于30m，且有大管棚加强支护，因此此段拆撑后不施作锚索。）
④灌筑拱墙二次衬砌
9

开挖核心土
10

灌筑仰拱二次衬砌
11

①待仰拱砼初凝后灌筑仰拱填充至设计高度
②施作侧沟、电缆槽，铺设水沟盖板

3.3井字型支撑双侧导坑法施工技术措施
(1)衬砌参数
Ⅴ级复合（四线段）衬砌参数见表3-3；Ⅳ级复合（四线段）衬砌参数见表3-4。

表3-3 Ⅴ级复合（四线段）衬砌参数表
围岩 级别
预 留 变形量
cm
喷射混凝土
锚 杆
I28b钢架
施作
部位
厚度
cm
设置
部位
锚杆参数
设置
部位
间距
m
间距m
长度m
Ⅴ
15
拱、墙、仰拱
40
拱、墙
0.8*0.8
5.0
全环
0.6

表3-4 Ⅳ级复合（四线段）衬砌参数表
围岩 级别
预 留 变形量
cm
喷射混凝土
锚 杆
I20b钢架
施作
部位
厚度
cm
设置
部位
锚杆参数
设置
部位
间距
m
间距m
长度m
Ⅳ
13
拱、墙、仰拱
27
拱、墙
0.8*0.8
4.0
全环
0.6

(2) 施工技术措施
乌蒙山二号隧道出口四线大跨段，Ⅴ级复合（四线）衬砌共计190m，Ⅳ级复合（四线）衬砌共计238m，其施工方法均采用井字型支撑双侧壁导坑法施工，见图3-6；井字型支撑双侧壁导坑施工工序三维模拟图见图3-7； 井字型支撑双侧壁导坑法施工工序见表3-5。

图3-6 Ⅴ（Ⅳ）级复合（四线段）衬砌井字型支撑双侧壁导坑施工图

图3-7 井字型支撑双侧壁导坑施工工序三维模拟图
表3-5 井字型支撑双侧壁导坑法施工工序表
序号
图示
施工步骤及措施
1

①施作超前支护，开挖左侧上部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架（含临时钢架），并设锁脚锚管，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
2

①开挖左侧中部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，接长边墙钢架和侧壁临时钢架，并设锁脚锚管，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
3

①开挖左侧下部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，接长边墙钢架和侧壁临时钢架
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
4

①施作超前支护，开挖右侧上部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立钢架（含临时钢架），并设锁脚锚管，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
5

①开挖右侧中部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，接长边墙钢架和侧壁临时钢架，并设锁脚锚管，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
6

①开挖右侧下部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，接长边墙钢架和侧壁临时钢架
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
7

①施作拱顶处超前支护、开挖 中部拱顶导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即拱部初喷混凝土、安设钢筋网、架设拱部钢架，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
③钻设径向锚杆并复喷混凝土至设计厚度
④施作锚索，并初张拉
8

开挖井字形中心导坑，喷砼封闭形成临时仰拱并安设临时横撑
9

①开挖中间下部导坑
②隧底初喷混凝土，安设仰拱钢架，封闭成环并复喷至设计厚度
10

①根据监控量测情况，进行锚索二次张拉
②拆除临时钢架和横撑
③锚索最后张拉及锁定、注浆封锚
④灌筑仰拱二次衬砌
11

待仰拱砼初凝后灌筑仰拱填充至设计高度
12

①灌筑拱墙二次衬砌
②施作侧沟、电缆槽，铺设水沟盖板

3.4交叉中隔壁法施工技术措施
(1)衬砌参数
Ⅳ级复合（过渡段）衬砌参数见表3-6。
表3-6 Ⅳ级复合（过渡段）衬砌参数表
围岩 级别
预 留 变形量
cm
喷射混凝土
锚 杆
I18钢架
施作
部位
厚度
cm
设置
部位
锚杆参数
设置
部位
间距
m
间距m
长度m
Ⅳ
13
拱、墙、仰拱
25
拱、墙
1.0*1.0
3.5
全环
0.8

(2) 施工技术措施
乌蒙山二号隧道出口四线大跨段，Ⅳ级复合（过渡段）衬砌共计34m，其施工方法均采用交叉中隔壁法施工，见图3-8；中隔壁法施工工序见表3-7。

图3-8 Ⅳ级复合（过渡段）衬砌中隔壁施工工法图
到 表3-7 中隔壁法施工工序表
序号
图示
施工步骤及措施
1

①施作左侧拱部超前支护，开挖 左侧上导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土，铺设钢筋网，架立边墙钢架和侧壁钢架及临时横撑
③钻设系统锚杆和临时锚杆后复喷混凝土至设计厚度
2

①开挖左侧中部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架，安设临时横撑
③钻设径向系统和临时锚杆后复喷混凝土至设计厚度
3

①开挖右侧上部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架
③钻设径向系统锚杆后复喷混凝土至设计厚度
4

①开挖右侧中部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架，安设临时横撑
③钻设径向系统后复喷混凝土至设计厚度
5

①开挖左侧下部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架，安设临时横撑
③钻设径向系统后复喷混凝土至设计厚度
6

①开挖右侧下部导坑
②施作导坑周边的初期支护和临时支护：即初喷混凝土、安设钢筋网、接长边墙钢架和侧壁临时钢架，安设临时横撑
③钻设径向系统后复喷混凝土至设计厚度
7

根据监控量测结果分析，拆除临时钢架及临时横撑；灌筑仰拱二次衬砌。仰拱要求整幅灌筑
8

待仰拱砼初凝后灌筑仰拱填充到计高度
9

①灌筑拱墙二次衬砌
②待混凝土达到设计强度后，进行充填注浆
③施作侧沟、电缆槽，铺设水沟盖板

3.5锚索施工技术措施
为保证四线大跨段拆除内部支撑进行衬砌施工时的洞室结构稳定、安全，采用了锚索外拉代替内部支撑的方法进行体系转换。
3.5.1锚索施工工艺
锚索端部固定在初期支护钢架上，布设方法见图3-9，对钢架施加预应力，保证钢架有足够的支撑力来稳定洞室。

图3-9 锚索与钢架连接示意图
（1） 锚索钻孔
①应严格按要求设计的孔位及孔深钻孔，开孔偏差不大于20cm，孔深实际长度应不小于设计长度且不大于设计长度的1﹪，钻孔方向应与设计方向一致，孔向偏差不大于1.5度。
②锚索孔内锚固段用取岩芯或孔内电视摄像检查并作出锚索孔柱状图及地质编录，为锚索孔缺陷处理提供依据。
③钻孔施工过程中，应按孔深对返水量情况及岩石破碎情况等作好记录，并应按钻孔进尺每5m进行一次孔向测量，若发现孔向发生偏差且不大于1.5度，应及时纠正并进行调整。
④钻孔及孔壁上附着的粉尘、泥屑应使用高压空气或水进行彻底清洗，并待钻孔完成并清洗干净后，应对孔口进行暂时封堵，不得使碎屑、杂物进入孔口。
（2）锚索制作
①锚索由4根15.2钢绞线组装而成，组装前应对钢绞线进行检查，下料及隔离处理，钢绞线的外观不得有死弯、明显刻痕、松丝散丝等缺陷，若有上述情况应截去不用，对存在局部锈蚀的钢绞线也不得使用。
②对每批进场的钢绞线均应做抽样强度检查，抽样的强度不得低于工厂的保证强度。抽样至少一组，每组三根，且分别从不同的盘中截取。检查合格的钢绞线按设计长度进行截取，截断时宜使用冷切割。
③把钢绞线理顺放齐，同时将注浆PVC软管并排放置，组装过程中应检查浆管是否破裂，如破裂及时进行更换。钢绞线围着注浆管捆扎。在张拉段与内锚固段的交接处用铅丝捆牢，内锚固段每隔1.0m放置一对中支架，对中支架间用铅丝捆紧，并在内锚固段端头安装上导向帽，使整个内锚固段成枣核状。组装好的锚索应大体上成一直线。为此要求在固定对中支架和隔离架时，应扭直钢绞线。所有钢绞线不得互相交叉。
(3) 锚索的安装
①为防止塌孔，宜于在钻孔施工结束，孔径及孔深等达到设计要求后立即进行锚索安装，安装前孔内碎石、岩粉须认真清理干净。
②锚索推送应在牢固的脚手架上进行。
③锚索应按设计孔深推送到位，若推送受阻，应拉出已推送入孔的锚索并进行扫孔后，再重新推送。
(4)锚索注浆
①锚索内锚固段注浆在锚索孔质量缺陷处理完毕，锚索推送就位后进行，内锚固段水泥砂浆强度等级C35，水泥采用普通硅酸盐水泥，水泥砂浆应具有膨胀性。
②锚索自由段注浆在锚索张拉完毕并报监理审批后，可进行自由段注浆，即二次注浆。自由段水泥砂浆强度等级C30，要求注浆至锚索孔口返浆为止，以保证自由段注浆饱满、密实，达到保护锚索体的目的。
③为防止堵管，水泥和砂都应过筛。筛孔孔径为2.5～3mm，配置浆体时，各种掺入材料的比例应按重量计，灰浆搅拌必须使用机械进行强制拌合，搅拌时间取决于搅拌机的类型，但最低不应少于2min，浆液随伴随用，超过初凝时间的浆液要废弃。
（5） 锚索张拉要求
①当内锚固段砂浆达到设计强度后，方可进行锚索张拉，张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致，锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥砂、锈蚀层或其他污物。
②锚索整体张拉前，应进行单股钢绞线的预张拉，单股钢绞线的最大预张拉力可取单股钢绞线设计张拉力的10﹪，且锚索各单元的预拉应力值应当一致，预张拉按两级进行，每级一个循环，共两个循环。
③锚索张拉时，加载速率平缓，速率宜控制在设计预应力的0.1／min左右，卸荷载速率宜控制在设计预应力的0.2／min。
④锚索整体张拉共分三级进行，第一级张拉力为200KN，第二级张拉力为400KN，第三级张拉力为550KN，当达到各级张拉力时，均应持荷5min，当第三级张拉力稳定后，可锁定锚索。
⑤锚索张拉过程中，对相邻锚索孔预应力的影响可以不考虑，张拉段的封堵孔灌浆，应待相邻锚索张拉完毕，确定是否需要进行补偿张拉之后进行。
（6）外部保护
封孔注浆后，从锚具量起留50mm钢绞线，其余部分截去，须用机械切割，严禁电弧烧割，用水泥净浆注满锚垫板及锚头各部分空隙，然后用C25混凝土进行封锚。
3.5.2体系转换
在进行二次永久衬砌施工前，需拆除临时支护。实际上，锚索张拉后，体系应力已经进行了变化，临时支护拆除后，隧道内部支护体系应力再一次发生转换。体系转换随锚索的张拉过程、拆撑过程而进行，此时内部应力重分布，为保证结构稳定和安全，必须对结构的变形和内部应力的变化进行监测。
3.6 变形控制技术
变形控制的核心内容为：施工监测——数据反馈——数据分析——设计、施工参数调整——优化工法，确保安全。
3.6.1施工监测
除进行常规必测项目外，还进行了如下项目的监测：
⑴ 地表下沉量测。
⑵ 围岩内部变形量测。
⑶ 锚杆、锚索轴力量测。
⑷ 围岩压力量测。
⑸ 初期支护喷射混凝土及二次衬砌混凝土、钢筋应力、应变量测。
⑹ 钢架内力及所承受的荷载量测。
⑺ 围岩弹性波速度测试，围岩松动圈测试等。
3.6.2监测方法及要求
3.6.2.1洞内外观察
洞内观察可分为开挖工作面观察和已施工区段观察两部分。开挖工作面观察应在每次开挖后进行一次。当地质情况基本无变化时，可每天进行一次。观察后应绘制开挖工作面略图（地质素描），填写工作面状态记录表及围岩级别判定卡。在观察中如发现地质条件恶化，应立即通知施工负责人采取应急措施。对已施工区段的观察也应每天至少进行一次，观察内容包括喷射混凝土、锚杆、钢架的状况。洞外观察包括对洞口地表情况、地表沉陷、边坡及仰坡的稳定、地表水渗透的观察。
3.6.2.2 水平相对净空变化值和拱顶下沉量测
水平相对净空变化值和拱顶下沉量测断面的间距应根据围岩级别、隧道断面尺寸、埋置深度及工程重要性等确定，量测断面布置间距及测量频率详见表3-8和表3-9。
表3-8 拱顶下沉及周边收敛量测间距表

表3-9 拱顶下沉及周边收敛量测频率表

⑴ 拱顶下沉量测方法
在量测断面的拱顶埋设测点，将钢尺或收敛计挂在拱顶测点作为标尺，后视点可设在稳定衬砌上，用精密水准仪进行观测，通过计算求出连续两次量测的拱顶高程，将前后两次量测的数据相减得拱顶下沉值
⑵ 水平相对净空收敛监测方法
测量时将收敛计一端连接挂钩与测点锚栓上不锈钢环（钩）相连，展开钢尺使挂钩与另一测点的锚栓相连。张力粗调可把收敛计测力装置上的插销定位于钢尺穿孔来完成。张力细调则通过测力装置微调至恒定拉力为止。在弹簧拉力作用下钢尺固紧，高精度的百分表可测出细调值。记下钢尺读数加上（减去）测微读数，即得到测点位移值。
⑶ 位移监测数据警戒值及围岩稳定性判别准则
①容许位移量
容许位移量是指在保证隧洞不产生有害松动的条件下，自隧洞开挖起到变形稳定为止，在起拱线位置的隧洞壁面间水平位移总量的最大容许值，或拱顶的最大容许下沉量。在隧洞开挖过程中，若发现量测到的位移总量超过该值，或者根据已测位移预计最终位移将超过该值，则意味着围岩不稳定，支护系统必须加强。容许位移量与岩体条件、隧洞埋深、断面尺寸及地表建筑物等因素有关。对于山岭隧道，容许位移量可由围岩的稳定性确定。事实上，容许位移量的确定并不是一件容易的事。每一具体工程条件各异，显现出十分复杂的情况，因此，需要根据工程具体情况选用前人的经验，再根据工程施工进展情况探索改进。洞周容许相对收敛量见表3-10（%）。
表3-10 洞周容许相对收敛量表（%）
围岩级别
埋 深（m）
≤50
50~300
300~500
（拱脚）水平相对净空变化
Ⅳ
0.10~0.30
0.20~0.80
0.70~1.20
Ⅴ
0.20~0.50
0.40~2.00
1.80~3.00
拱顶相对下沉
Ⅳ
0.06~0.10
0.08~0.40
0.30~0.80
Ⅴ
0.08~0.16
0.14~1.10
0.80~1.40
注：硬岩取表中较小值，软岩取较大值。水平相对净空变化指两测点间水平净空变化值与其距离之比；拱顶相对下沉指拱顶下沉值减去隧道下沉值后与原拱顶至隧底高度之比。拱腰水平相对净空变化极限值可按拱脚水平相对净空变化极限值乘以1.1－1.2后采用。
②容许位移速率
容许位移速率是指在保证围岩不产生有害松动的条件下，隧洞壁面间位移速度的最大容许值。容许位移速率目前尚无统一规定，一般根据经验选定。《铁路隧道喷锚构筑法技术规范（TB10108-2002）》指出当拱脚水平相对净空变化速度大于10~20mm/d时，表明围岩处于急剧变形状态；当变化速度小于0.2mm/d时，可认为围岩达到基本稳定。此外，一般可以认为，在开挖面通过监测断面前后的一二天内容许出现位移加速，其他时间内都应减速，达到一定程度后，才能修建二次支护结构。
③根据位移—时间曲线判断围岩稳定性
岩体破坏前的变形曲线可以分成三个区段：
基本稳定区，主要标志是变形速率不断下降，即变形加速度小于0；
过渡区，变形速度长时间保持不变，即变形加速度等于0；
破坏区，变形速率渐增，即变形加速度大于0。
相应的，现场量测到的位移—时间曲线也可能呈现出以上三种形态，对于隧洞开挖后在洞内测得的位移曲线，如果始终保持变形加速度小于0，则围岩是稳定的；如果位移曲线随即出现变形加速度等于0的情况，亦即变形速度不再继续下降，则说明围岩进入“定常蠕变”状态，须发出警告，及时加强支护系统；一旦位移出现变形加速度大于0的情况，则表示已进入危险状态，须立即停工，进行加固。位移——时间曲线见图3-10。

（a）岩体变形曲线 （b）全断面开挖 （c）分布开挖
图3-10 位移——时间曲线
在隧洞施工险情预报中，应同时考虑变形速度，相对变形量及位移—时间曲线，结合观察到的洞周围岩喷射混凝土和衬砌的表面状况等综合因素做出预报。
⑷ 检测要求
①量测应在每次开挖后尽早进行，初读数应在开挖后12h内读取，最迟不得大于24h，而且在下一循环开挖前，必须完成初期变形值的读取。
②测点应牢固可靠，易于识别并妥为保护。拱顶量测后视测点必须埋设在稳定岩面上，并和洞内水准点建立联系。
③应选择精度适当、性能可靠、使用及携带方便的仪器，仪器使用前必须经过严格标定。
④水平相对净空变化量测线的布置应根据施工方法、地质条件、量测断面所在位置、隧道埋置深度等条件确定7、拱顶下沉量测应与水平相对净空量测在同一量测断面内进行，可采用水准仪等测定下沉量。当地质条件复杂，下沉量大或偏压明显时，除量测拱顶下沉外，尚应量测拱腰下沉及基底隆起量。
⑤拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测宜用相同的量测频率。
⑥拱顶下沉量测与水平净空相对变化量测测点布设位置如图3-11、图3-12所示。

图3-11 拱顶下沉测点布置图

图3-12 净空收敛测点布置图
3.6.2.3 浅埋段地表下沉量测
⑴ 地表下沉量测应根据隧道埋置深度、地质条件、地表有无建筑物、所采用的开挖方式等因素确定。地表下沉量测的测点应与水平净空相对变化和拱顶下沉量测的测点布置在同一横断面内，沿隧道中线，地表下沉量测断面的间距可按表3-11所示采用。
表3-11 地表下沉量测断面间距表

⑵ 横断面方向地表下沉量测的测点间隔应取2～5m，出口车站V级浅埋段（DK288+240～DK288+350）断面测点布置如图3-13所示，在一个量测断面内不少于17个测点。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止。地表下沉的量测频率应和拱顶下沉及水平相对净空变化的量测频率相同。各项量测作业均应持续到变形基本稳定后1～3周。

图3-13 洞顶地表下沉量测断面布置图
3.6.2.4 选测项目
选测项目包括围岩压力、锚杆轴力等，各量测的元器件布置如下：
⑴ 锚杆应力计的布置，锚杆应力计布置在拱顶、拱腰、拱脚和边墙脚锚杆处。摆放位置为两个各距锚杆两端50cm处，其余布置在杆中间,间距1m。
⑵ 压力盒的布置，将埋设处的围岩仔细夯实找平，然后使压力盒就位,就位的压力盒工作面与结构物底平面齐平，不要凹进或凸出，还要防止压力盒偏斜。
⑶ 混凝土应变计的布置，混凝土埋入式应变计安装时埋入混凝土中，并应保证其轴线与受力方向一致。安装混凝土表面应变计时，要注意表面计的轴向与隧道环向方向相同。
⑷ 元器件的传输缆线用一节节PE管套住，然后绑扎在钢筋上，集中在每个断面的集线箱处，每个断面设两个集线箱，以便于数据的采集，集线箱位于坑道底面以上2m处，便于保护集线箱和数据的采集。
⑸ 集线箱材料采用0.5cm厚的钢板，规格为30cm×30cm×30cm,其中一面作成活页形式，并安装上锁，其对立面开个直径10cm的圆洞，便于传输缆线进入，集线箱用钢筋焊接在钢架上，按图示意位置布置。
量测数据采集频率见表3-12所示。
表3-12 量测数据采集频率表

量测仪器埋设详见图3-14《量测仪器埋设图》。

图3-14 量测仪器埋设图
3.6.3对数据处理、分析以及相应的参数调整
⑴ 对初期的时态曲线应进行回归分析，选择与实测数据拟合好的函数进行回归，预测可能出现的最大拱顶下沉及水平相对净空变化值。
⑵ 根据所绘各曲线的变化情况与趋势，判定围岩稳定性及时预报险情。确定施工时应采取的措施，提供修改设计参考依据。
⑶ 围岩及支护的稳定性应根据开挖工作面的状态、净空水平收敛值及拱顶下沉量的大小和速率综合判断，并及时反馈于设计和施工中，根据水平相对净空变化值进行判断时，应符合《铁路隧道喷锚构筑技术规范》的有关规定。
⑷ 当位移速度及位移量过大，围岩长时间不能稳定时，则应加强监视，增加量测次数。并根据情况提前施作仰拱，增强支护钢度，如增设和加长锚杆，加厚喷层等。必要时，加强钢拱支撑并提前做模筑衬砌。
⑸ 设计单位可根据施工单位所提供的监控量测数据反分析求算初始应力、岩体的弹模、塑性区范围、作用在二次衬砌上的荷载及岩体流变参数等，为动态设计提供信息和资料。
3.7 工法优化
通过现场监测结果，对支护参数进行调整，优化施工工法：目前的井字型支撑双侧导坑法施工分部多，工艺复杂，期望在监测能保证洞室结构安全的前提下进行优化。
预定简化工法路线如下：
（1）预应力锚索和横撑配合使用（确保安全），在掌握好锚索施工工艺后，通过现场监测，撤除横撑，单独使用“外锚”技术；
（2）在（1）步基础上，锚索还有较大富余，尝试3条带6步法；
（3）在（2）成功的基础上，有条件的话可以向三台阶转换。工法优化路线见图3-15。

图3-15 工法优化路线

4.展望
随着我国现代化建设的进一步发展，地下空间的开发日益增多。众所周知，隧道的受力是一种作用机理十分复杂的地下建筑物，围岩与支护的相互作用机理还有待于进一步研究。本施工技术的部分内容已经工程实践检验，但井字型工法的施工尚未展开，还需施工中进一步探索优化。期望本文为同类大跨隧道建设的发展提供借鉴

参考文献
1.《地下工程概论》 关宝树、杨其新 西南交通大学出版社 2001年6月第一版
2.《隧道工程施工要点集》 关宝树 人民交通出版社 2003年
3.公路隧道施工 黄成光 人民交通出版社 2002年5月第一版
4.隧道新奥法及其量测技术 李晓红 科学出版社 2002年1月第一版
5.乌蒙山二号隧道施工设计图纸 2008年4月

作者简介：苗增润，男，工程师，1999年毕业于重庆交通学院，2009年获同济大学工程硕士学位，目前主要职务为中铁十三局集团有限公司六沾复线工程指挥部总工程师。
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