维普资讯 http://www.cqvip.com ・设计・ 西安南京铁路东秦岭特长隧道设计方案的研究 靳宝成 杨国柱 王永安 （铁道第一勘察设计院 甘肃兰州 ７３００００） 摘 要 西安南京铁路东秦岭特长隧道全长１２ ２６８ Ｉｎ，设计为双线加平行导坑方案，钻爆法施工。隧道进出１２＂ 各３５ ｍ采用模筑混凝土衬砌，洞身其余地段采用复合式衬砌，支护均以喷、锚、网为主，并辅以钢架。隧道设计总工 期为５８、３２个月，是全线的控制性工程。从地质特征、方案比选、结构设计等方面阐述隧道的设计方案。 关键词 铁路隧道 双线隧道 地质特征 方案 正洞 平行导坑 结构设计 表１ 东秦岭隧道线路坡度设计 １ 概述 西安南京铁路东秦岭隧道位于陕西蓝田、商州交 界处。隧道穿越长江与黄河的分水岭——秦岭，岭脊 总体呈北东向展布，山势北陡南缓。隧道通过的秦岭 岭脊高程约为１ ５９０ ｍ，最大埋深约为５８０ ｍ，进出口 与岭脊相对高差约５００～６００ ｍ。隧道通过各级围岩的 长度为：Ⅵ级围岩１４０ ｍ，Ｖ级围岩６８３ ｍ，１Ｖ级围岩 ２ ９４０ ｍ，Ⅲ级围岩３ ６２０ ｍ，Ｉ１级围岩４ ８８５ ｍ。隧道位 路肩设计 高程／ｍ 设计坡度 囊蚕 一 ０ｔ一＂－Ｉ ８ 重 一 ＼＼ｌｌ’０ ，‰ 里程 ＼ １０９５０＼ 藿 霎 羹 薹 薹 藿 薯 本区出露地层岩性复杂多变，受多期构造作用影 于直线上，线路穿越秦岭山区，地形复杂，采用～次双 线方案，设计坡度见表１。 ２工程地质与水文地质特征 ２．１ 地层岩性 收穑日期：２００２—０８—２０ 第一作者简介：靳宝成（１９７６一），男，助理工程师，１９９９年毕业于长沙 铁道学院交通土建专业，工学学士。 响，在隧道进口端Ｒ断层以北主要出露太古界太华 群，为一套古老的变质岩系，岩石的变质程度较深，经 受不同程度混合岩化作用；以南为一套元古代至早古 生代沉积的滨海至浅海相碎屑和碳酸盐岩建造，并伴 有强烈的火山喷发，早加里东后期褶皱隆起，自北向南 主要出露元古界铁铜沟组、龙家园组、熊耳群、震旦系、 古生界寒武系和奥陶系等，相互间呈角度不整合或假 平导洞口建立９ ｋＶＡ和１０ ｋＶＡ发电站，以保证施工用 电的连续性。 ④在正洞和平导洞口，各建１００ ｍ３／ｈ混凝土拌和站 ｌ座（不含喷射混凝土拌和）。正洞配置６台５ ｍ３无轨混 凝土输送车，平导配置６台６ ｍ３有轨混凝土输送车。 ５弹性整体道床施工 为减少干扰，便于施工，在弹性支承块道床施工时，采 用组合式轨道排架，左、右线分别异步进行。混凝土支 承块由洞外现场预制。组合式轨道排架由排架与道床 侧模板组成，每个排架理论长度为６．２５ ｍ，支承块与 排架的组装在工作面附近的移动平台上进行。组装后 的排架用轨行式专用长门吊进行起落、平移，排架方 向、水平经测量定位并固定后，浇筑道床混凝土。 ６结语 弹性整体道床由混凝土道床和弹性支承块组成， 其断面如图７所示。 东秦岭特长隧道施工面临独头通风距离长，独面 运输距离长、地质条件差、设计标准高等特点。施工中 须重点解决ＧＰＳ定位引导、长距离独头通风、有轨与 无轨运输设备相配套、软弱围岩的超前防坍塌预支护、 光面爆破、无滴渗防水、复合式衬砌、弹性整体道床的 图７弹性整体道床断面结构ｌ单位：ｍｍ） 半机械化铺设等多项技术难点。为此，局指挥部对这 由于东秦岭隧道设计为双线且有中间水沟，因此， ６ 些重点技术项目进行了专题研究，并取得很好的效果。 铁道标准设计ＲＡＩ ＬＷＡ Ｙ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００２《１１ ｌ 维普资讯 http://www.cqvip.com 整合接触关系。 ２．２地质构造 东秦岭特长隧道位于华北地台南缘构造带。褶皱 构造和断裂构造极为发育。 ２．２．１褶皱构造 褶皱构造在东秦岭特长隧道区较为发育，褶皱形 态复杂，小褶曲发育，主要有以下两大褶皱构造带。 （１）张家坪背斜 背斜向东倾伏，隧道区位于其倾伏端，由元古界铁 铜沟组石英岩组成。其走向由北向南依次变化： Ｎ７０。Ｗ～Ｎ５０。～２０。Ｗ，石英岩均向北倾。其核部位于 ＤＫ９７＋６００处，岩体较为完整，呈巨块状砌体结构。在 其核部有长大的张开节理及节理密集带发育。 （２）田家沟一垢神庙向斜 位于 断层以南奥陶系地层中，为一紧密的复式 向斜。其核部位于ＤＫ１０６＋６００附近，岩体破碎，裂隙 很发育。 ２．２．２断裂构造 （１）张家坪一灞源断层（Ｆ５） 位于隧道进口端，断层端宽约１６０ ｍ，走向Ｎ７５。Ｅ， 倾向南，倾角为４３。～５０。，断层与洞身斜交，隧道于 ＤＫ９５＋５５０～ＤＫ９５＋７１５处通过该断层。断层破碎带 主要为碎裂片麻岩、碎裂石英岩、断层泥砾，其中断层 泥砾宽约５０ ｍ。沿断层有泉水出露。该断层切穿张 家坪武陵期花岗岩岩体，将其东南盘向北相对错位达 １ ｋｍ，显示了逆冲左旋平移性质。该断层在地貌上反 映为一系列垭口。地震、电法测量均有异常反映，碎裂 片麻岩围岩电阻率ｌＤ为１６０～４００ Ｑ・ｍ，碎裂石英岩ｌＤ 为１６０～４００ Ｑ・ｍ。 （２）牛头岩断层（Ｆ６） 位于美芝坪，断层近东西向延伸，倾向北，倾角约 ７０￣，为逆断层。断层宽约２０～６０ ｍ。洞身于ＤＫ１０４＋ ４２０～ＤＫ１０４＋４８０通过该断层。断层破碎带主要由泥 砾带及碎裂岩组成，含地下水。泥砾带呈灰黑色，原岩 为碳质千枚岩，泥状、潮湿，断层角砾具磨光镜面，局部 挤压为鳞片状，可见擦痕阶步，主带宽约４０ ｍ。碎裂岩 呈灰黑色，原岩为白云岩，片理化明显，产状不稳定，宽 约２０ ｍ。该断层影响带一般较宽，两侧宽达３０ Ｉｌｌ，碎裂 千枚岩岩质软，遇水易软化，工程地质条件较差。地震、 电法测量均有异常反映，ｌＤ为３０～６０ Ｑ・ｍ， 为４ ３４０ ｍ／ｓ。 ２．３地应力及构造应力场 为研究隧道区现代构造应力场及地应力特征，运 用微构造法、岩石凯塞尔效应法、有限元法、水压致裂 铁道标准设计ＲＡＩ ＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００２ｆ１１ １ ・设计・ 法等综合测试分析方法，做了较多工作。 对隧道区现代构造应力场特征及地应力进行多种 测试和研究表明，方法手段不同，隧道区最大水平主应 力方向互有差异，但各研究方法的成果均表明隧道区 最大水平主应力值为４．９５～１９．９３ ＭＰａ，即最大水平 主应力不太大。经ＸＮＱ一６深孔测试，最大水平主应力 ｈ：１１．９３ ＭＰａ，计算结果表明圆形隧道 ：４７．８６ ＭＰａ（ 为切向应力）。由于 较低，预测施工时岩爆 问题不很严重，地应力对隧道的稳定性影响也不大。 ２．４水文地质 隧道正常涌水量４ ０００～６ ０００ ｍ ／ｄ，最大涌水量 １７ ０００～２２ ０００ ｍ３／ｄ，地下水对隧道的影响主要集中在 岭南ＤＫ１０１＋７９０～ＤＫ１０４＋４２０碳酸盐岩地层的岩溶 裂隙水，施工中可能遇到突然涌水现象。 、 断层富 水带是影响隧道施工的重要因素。 断层物质由碎 裂岩和构造角砾组成，胶结较差，透水性好，隧道通过 时可能发生涌水、坍塌等危害。 断层后期显张性， 由碎裂千枚岩和断层泥砾组成，隧道通过时可能发生 涌水、坍塌等。Ｆ２、Ｆ３小型断层在白云岩中，局部可能 发生突然涌水现象。 ３方案比选 东秦岭隧道作为全线的控制性工程，地形、地质条 件很复杂，在工期、投资以及后期运营等各方面均有特 殊的要求。因此，在初步设计、技术设计阶段，对不同 的方案进行了比选。 ３．１双线斜井方案 根据线路的引线方式以及东秦岭特长隧道的地形 条件，选择２座斜井加１座横洞作为辅助坑道。 ２座斜井均长６９０余ｍ，横洞长６３０ ｍ。辅助坑道 太长，严重影响正洞的施工，使总工期达到６５．６个月， 超过全线５年工期的要求。 采用双线斜井方案，无法准确地进行超前地质预 报，对正洞的施工极为不利；双线斜井方案在后期运营 阶段，对隧道的防灾、救援工作会带来较大的困难。 ３．２ ２座单线隧道钻爆法方案 ２座单线隧道与同一座双线隧道相比，单线隧道 运营条件有利，但投资大，工期也没有优势。为节约投 资，加快工期，２座单线钻爆法方案也不予采用。 ３．３ ２座单线隧道ＴＢＭ方案 目前，国内使用的敞开式硬岩掘进机适合于在Ⅲ 级围岩中施工，岩石抗压强度在９０～１２０ ＭＰａ。在强度 太高的Ｉ、Ⅱ级围岩或软弱的Ⅳ、Ｖ、Ⅵ级围岩中，均不 适合用敞开式ＴＢＭ施工。 ７ 维普资讯 http://www.cqvip.com ・设计・ 在硬岩中ＴＢＭ掘进速度慢，刀盘磨损大，刀盘更 换次数频繁；在软弱围岩地段，如破碎带、挤压带、节理 密集带、软弱夹层带等，常常出现坍塌、掉块、围岩失稳 等地质灾害，造成支护工程量增加，辅助工作增多，导 约投资，平导还采用了大小不同的断面形式。 ４隧道结构设计 ４．１衬砌类型设计 致掘进效率降低。 在东秦岭特长隧道中，石英岩、白云岩等岩石抗压 强度较高；而千枚岩、灰岩夹千枚岩及一些断层带，岩 质较软；大理岩、白云岩中发育有溶洞等诸多原因，全 隧道围岩软硬变化大，地质构造复杂，使用ＴＢＭ不经 隧道进出口各３５ ｍ处及悬挂风机地段采用钢筋 混凝土模筑衬砌；洞身其余地段均采用复合式衬砌。 隧道施工支护以锚、喷、网为主，并辅以钢架。 Ⅵ级围岩地段拱、墙采用Ｒ３２Ｎ钻进式注浆锚杆， 注浆同时起到加固围岩和堵水的作用，二次衬砌采用 钢筋混凝土模筑衬砌。 济、不合理、不安全。因此，该方案也不可取。 ３．４双线平行导坑方案 Ｖ级围岩根据实际情况，必要时拱部采用超前小 导管并注浆以加固地层并止水，二次衬砌采用模筑混 凝土衬砌。 洞身干燥无水、无岩爆等地质灾害地段的Ⅱ级围 岩，可根据实际情况采用湿喷钢纤维混凝土作为永久 综合工期、投资、运营条件等因素，东秦岭隧道采 用了双线平行导坑（以下简称“平导”）方案。在正洞右 侧３０ ｍ处设１座平导，长１２ ２７０ ｍ。平导主要是辅助 正洞施工，同时起到通风、排水、超前探明正洞地质、防 灾救援等作用，隧道设计总工期为５８．３２个月。为节 初期支护 围岩级别 喷混凝土 ／ｃｍ 位置 Ⅱ 一衬砌。支护参数详见表２。 二次衬砌 仰拱 底板 ／ｃｍ ／ｃｍ ２５ 表２双线隧道复合式衬砌支护设计参数 ２２锚杆 长度／ｍ 间距／ｍ ２ ２．５ ３ ３．５ 位置 局部 钢筋网 钢架 预留变 拱、墙 直径／ｒａｍ 间距／ｅｍ ／（榀－ｍ－１） 形量／ｅｍ ／ｃｍ ３０ 般 ５ 岩爆 Ⅲ 一８ １０ ｌ５ ２０ 局部 拱墙 拱墙 拱墙 １．５ １．２ ｌ ｌ 拱部 局部 ８ ８ ２５ ５ ２５ ｌ １．５ ７ １０ ３０ ３５ ３５ ４０ ３５ ５０ ６０ ５ ２般 富水 Ⅳ Ｖ 拱部 拱墙 拱墙 ８ ８ ８ ５ ２２ ５５ ２Ⅵ ２５ 拱墙 ３．５ ０．８ 拱墙 ８ ５ ２２ ｌ５ ５０ ７５ ４．２防排水设计 ６．１５ ｍ，净宽４．８ ｍ，其中１号、５号、１６号、１９号横通道 采用一般平导断面形式，以满足门架式台车施工正洞 隧道防排水采用防、排、截、堵相结合的综合治理原则。 隧道内富水段及断层带的Ｖ、Ⅵ级围岩地段，在喷 的要求；小断面平导及其他横通道断面内净空为：净高 ４．５ ｍ，净宽４ ｍ，平导坑底纵坡与正洞纵坡一致，进出 混凝土与模筑衬砌之间设复合防水板，同时，采用超前 小导管注浆以加固地层并止水；隧道其余地段在初期 支护与二次衬砌之间设ＰＥ防水板。 口平导开挖至１号、５号、１６号、１９号横通道时，分别通 过该横通道进入正洞施工，待正洞贯通后，再开挖１６ 隧道拱墙环向及墙脚纵向均设软式透水管育沟进 行排水，施工缝设橡胶止水条。 号～１９号间的平导地段。为了节约投资，该段平导采 用小断面贯通，平导按运营期间可作防灾救援通道考 虑，施工完成后应对坑底修理整平，每个横通道设一个 隧道正洞排水系统设两侧水沟加中心水沟，平导 及横通道内亦设排水沟。 ４．３运营通风设计 钢门。平导、横通道支护参数见表３。 表３平导（横通道）支护参数 喷混凝 ≯ 锚杆 ６钢筋同 围岩级别 间距 乏度 间距 格鼍钢架 底扳 仰拱 模筑村商 土／ｅｍ 部位 ／靠位 ／ｅｔａ ／ｅｔａ ，ｃｍ ｍ ／ｍ ／ｅｍ 一隧道通风设计采用射流风机纵向诱导式通风，射 流风机分段集中布置于低洞口端（出口端），每一风机 安装处集中布置６台，通风设备布置仅作预留，具体是 否实施等运营通车后，通过观察和测试确定运营通风 的必要性后，再设置通风设备。 ４．４辅助坑道设计 般 ５ Ⅱ 岩爆 富永 Ⅲ 一５ 局部 １．５ １．５ 哄部 ２５ Ｓ ５ 头部 １．５ ２．０ Ｓ 拱部 １．５ ２．０ 般 富永 东秦岭隧道右侧设平导辅助施工。平导中线与正 洞左线线间距３０ ｍ，选用门架式台车拟定一般平导断 面，通风管按直径１．３ ｍ布设，衬砌内净空为：净高 ８ Ⅳ Ｖ ８ 洪墙 １．５ ２．０ 拱部 ２５ ｌ０ １０ 供墙 １．２ ２．０ 拱墙 ２５ １榀／１．２ ｍ １０ ３０ Ⅵ １５ 哄墙 １．０ ２．５ 拱墙 ２５ １．５榀／ｍ ３５ ３５ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡ Ｙ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００２（１１ １ 维普资讯 http://www.cqvip.com 施工・ ・全站仪无棱镜测距技术在东秦岭特长隧道施工中的应用 林海剑 索朝军 （１．中铁十八局集团有限公司第四工程有限公司 河北高碑店０７４０００；２．中铁十八局集团有限公司 天津３００２２２） 摘要 以西安南京铁路东秦岭特长隧道应用全站仪无棱镜测距这一新技术来指导隧道开挖与衬砌内轮廓 检查为例。介绍无棱镜测距进行隧道断面放样与检查的方法，包括断面点三维坐标的测定和测量点偏移值的计算， 并介绍该技术的优点。 关键词 铁路隧道 全站仪 无棱镜测距 １ 概述 测量工具上早已确立其统治地位，在隧道控制测量中， 全站仪也业已普及，但以其作为隧道施工放样的测量 工具还是鲜见。新建隧道施工中的最主要工序——断 面开挖，与工程的经济效益、安全质量有着根本的联 目前，国内绝大多数施工单位一般都是采用坐标 法（也称五寸台法、支距法）放样开挖断面，即首先用经 纬仪放样出隧道中线，再用水准仪放样出开挖拱部（或 底部等）高程，最后根据拱部中线点来量取开挖轮廓线 上其它点。断面检查大多也是应用坐标法的原理来检 查坑道的超欠挖（净空）情况。断面放样与断面检查都 系；隧道衬砌后净空与运营安全直接相关。全站仪无 棱镜测距技术使得断面放样、断面扫描更简便、准确， 大大提高了隧道施工的工程质量和经济效益。 新建铁路西安南京铁路东秦岭特长隧道，是全线 第一长大隧道，设计为双线带平导，隧道洞身全部位于 直线上。对于这样长大的隧道，超欠挖所带来的经济 使用皮尺（钢尺），要达到量距相应精度要求，皮尺（钢 尺）须“水平、竖直、垂直”。而众所周知，工作面不会是 一个规则的平面，要达到“水平、竖直、垂直”根本不可 能，断面的准确放样更是谈不上。远离工作面的坑道 损失不容忽视。对此，在施工中采取全站仪无棱镜测 距来进行断面放样与断面检查。 ２应用无棱镜测距进行断面放样与检查 检查，由于断面大，如东秦岭特长隧道开挖宽约１１ ｍ， 高约１０ ｍ，缺少脚手架等支撑设备，也难以测得其超 欠挖的准确数值，费时费力，精度低、效率低。可以说 无棱镜测距技术，通过辐射测量极坐标的方式，配 合编程计算机、计算器（如ＰＣ—Ｅ５００等），能够准确、快 绝大多数施工单位，因人力、设备等因素的，对开 挖后的断面超欠情况只是一个大致的认识，只有衬砌 台车就位后通过与衬砌钢模比较方能测得。测量不能 速地完成断面放样、断面检查等测量工作，很好地解决 了上述传统难题，为隧道工程测量带来技术，缩短 测量时间、提高了测量精度和工程质量。 ２．１ 断面点三维坐标的测定 为其他工序超前服务，往往造成返工浪费，既影响工程 进度，又给工程质量带来隐患。 全站仪以其高度自动化和准确快捷的定位功能在 收稿日期：２００２—０８—２０； 第一作者简介：林海剑（１９７５一），男，助理工程师，１９９８年毕业于西安 工程学院测量工程专业，工学学士。 ・放样前，首先将仪器置于导线点或利用后方交会 程序完成设站工作，包括设置设站点三维坐标、仪器 高、方位角。 目前，由于无棱镜测距技术受硬件的，大多数 选择，围岩长度的划分，不良地质灾害的处理，以及隧 道结构及防排水措施的设计等方面均取得了成功；特 别是选择双线平导方案、综合施工、运营等诸多因素， 利用平导超前探明了地质情况，辅助正洞施工，指导正 寺・寺・孛・寺・寺・寺・｛ ・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・寺・孛・寺・ ５ 结语 东秦岭特长隧道于２００２年７月２８日全隧贯通。 通过该隧道施工揭示的地质情况来看：隧道进ＶＩ Ｆ５断 层实际影响宽度略宽于设计宽度，围岩由碎裂岩和构 洞调整支护参数，防治地质灾害，使正洞的施工得以安 全、快速地进行，在后期运营阶段作为救援、防灾通道。 这样，既节约了投资，又缩短了工期，为以后类似工程 的设计施工提供了成功的典范。 ９ 造角砾组成，胶结较差，透水性好，岩体比较破碎，因 此，隧道在施工过程中对局部段落围岩级别进行了调 整。总的来说，东秦岭隧道在设计阶段，对施工方案的 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡ Ｙ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２００２《１１）
