空間小間距立體交叉隧道施工技術(shù)

傅騰玄

1 工程概況

貴昆鐵路復(fù)線烏蒙山一號隧道穿越梅花山主脈,位于梅花山車站與觀音河之間。隧道穿越區(qū)發(fā)育有15條斷層和2個背斜、1個向斜。本隧道主要的工程地質(zhì)問題為巖溶、巖堆、滑坡、順層及斷層破碎帶、煤層瓦斯及采空區(qū)、涌水突泥等問題,特殊巖土為紅黏土、石膏。該隧道正線在DK270+420～DK270+438段下穿內(nèi)昆疏解線的新梅花山隧道,交叉角 64°47′53″,交叉段里程范圍DK270+423.35～DK270+435.38,斜長16.15 m,包括前后洞輪廓漸變段共70 m,兩隧道軌面高差為11.03 m,上部隧道仰拱基本與下部隧道拱部初期支護(hù)相連。該立交處附近通過斷層破碎帶,經(jīng)過物探驗證斷層帶位置以及破碎富水。

2 襯砌方案的選擇與施工順序的確定

2.1 襯砌方案

正線烏蒙山一號隧道位于新梅花山隧道下面,為增加整體強度和剛度,將立體交叉段設(shè)計為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架底板和頂板厚1.2 m,邊墻厚1.5 m,鋼筋混凝土框架襯砌段長度為5.85 m。位于其上的新梅花山隧道襯砌采用普通橢圓形鋼筋混凝土襯砌形式,不進(jìn)行加強。

2.2 上下隧道施工順序的選擇

按照原設(shè)計立交方案,先進(jìn)行內(nèi)昆疏解線新梅花山隧道施工(從進(jìn)口開始、出口是另一工作面),全斷面越過交叉段至少20 m以上后停止繼續(xù)向前掘進(jìn)(剩余部分交給出口的工作面完成),然后回頭在DK270+428(框架中心里程)向下開挖豎井,井深2 m即可;下部烏蒙山一號隧道隨后按拱頂有大洞的類似處理辦法通過本段并一直向前,二襯跟上來,自下而上,先施作完下面框架,再在框架頂板上施作其上新梅花山隧道交叉段(及其影響段)襯砌。

為確保隧道安全,防止后施工的上洞因下洞施工出現(xiàn)沉降,使上洞襯砌發(fā)生裂縫而容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象,本施工組織設(shè)計確定兩隧上下交叉段總的施工原則是:先下(烏蒙山一號隧道)后上(新梅花山隧道)。先下后上就是先施工完下穿的烏蒙山一號隧道部分,再施工上面的新梅花山隧道。

3 施工技術(shù)

3.1 烏蒙山一號隧道立體交叉段施工

因框架結(jié)構(gòu)段輪廓為矩形,為保證行車限界,該段輪廓尺寸較正常斷面要大很多。當(dāng)隧道開挖到漸變段時,逐漸改變周邊眼孔眼布置,根據(jù)設(shè)計襯砌外緣輪廓尺寸調(diào)整孔眼數(shù)量,在保持進(jìn)尺的情況下,逐漸增大隧道輪廓,使其到達(dá)上下隧道交叉點時輪廓基本達(dá)到框架結(jié)構(gòu)尺寸,然后再直接向前掘進(jìn),當(dāng)?shù)竭_(dá)普通段后,再回頭修整交叉段輪廓,使其滿足框架結(jié)構(gòu)及其初期支護(hù)的輪廓要求。然后立即進(jìn)行噴錨支護(hù),對噴錨支護(hù)進(jìn)行監(jiān)控量測,當(dāng)噴錨支護(hù)基本穩(wěn)定時,支立框架底板模板,綁扎底板鋼筋,澆筑混凝土,當(dāng)?shù)装寤炷翉姸冗_(dá)到1.2 MPa時,綁扎邊墻及頂板鋼筋,支立腳手架及邊墻、頂板模板,澆筑混凝土。

3.2 新梅花山隧道交叉段施工

當(dāng)烏蒙山一號隧道交叉段框架式襯砌結(jié)構(gòu)混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度80%以上時,可根據(jù)新梅花山隧道進(jìn)展情況,進(jìn)行交叉段掘進(jìn)。在施工中,為減小新梅花山隧道的爆破對烏蒙山一號隧道圍巖的擾動以及對已建成的框架結(jié)構(gòu)的影響,新梅花山隧道交叉段采用上下臺階開挖,并在上下臺階底部設(shè)置減震帶。

3.2.1 臺階法開挖方案

上臺階開挖高度取4 m,采用短進(jìn)尺、弱爆破減震開挖;為了盡可能減少爆破對新梅花山隧道的影響,掏槽眼設(shè)置在掌子面的上部,且在交叉段正上方10 m范圍內(nèi),每循環(huán)進(jìn)尺取1 m。下臺階開挖時,采用短進(jìn)尺減震爆破開挖,每循環(huán)進(jìn)尺取0.5 m。

3.2.2 減震帶的設(shè)置

為減小爆破沖擊波帶來的震動,降低開挖作業(yè)對下方隧道襯砌的擾動,上、下臺階爆破時均在底部設(shè)置減震帶。它由兩列89 mm減震孔組成,其深度為掘進(jìn)眼的7倍,沿其周邊設(shè)14個42 mm減震孔,其深度為掘進(jìn)眼的2.5倍,以盡量減小爆破對隧道圍巖的影響。

3.3 鉆爆作業(yè)

3.3.1 鉆爆工藝

鉆爆工藝對鉆爆作業(yè)以及整個開挖作業(yè)的質(zhì)量和效果起關(guān)鍵性的作用。隧道爆破采用塑料導(dǎo)爆管和毫秒雷管起爆系統(tǒng)。其工藝選用臺階法微震動光面爆破。炸藥選用φ 25 mm的2號防水乳化炸藥。對于周邊眼采用導(dǎo)爆索綁小藥卷的空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。掏槽選用直眼掏槽。

3.3.2 斷面光面爆破參數(shù)的設(shè)計

1)炮眼深度的計算。L=λ L0。其中,L為炮眼深度,m;L0為每掘進(jìn)循環(huán)的計劃進(jìn)尺數(shù),m;λ為炮眼利用率(掏槽眼取0.7,掘進(jìn)眼取1.1,周邊眼及底板眼取1.2)。2)上下臺階炮眼數(shù)的計算。N=qSL/λ r。其中,N為上臺階炮眼數(shù);q為單位炸藥消耗量,kg/m3;S為臺階開挖面積,m2;L為每循環(huán)開挖進(jìn)尺,m;λ為裝藥系數(shù);r為每米藥卷的炸藥質(zhì)量,kg/m。3)裝藥結(jié)構(gòu)的確定。本次施工中采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu),優(yōu)點是增加落巖破碎度,減少對炸藥的消耗。周邊眼均采用間隔裝藥形式,較為完整的軟弱巖層采用集中裝藥形式,且不耦合系數(shù)為1.3。4)其他參數(shù)的計算。周邊眼間距35 cm,抵抗線60 cm;單位炸藥消耗量q,Ⅴ級圍巖取0.125 kg/m,Ⅳ級圍巖取0.188 kg/m,堵塞長度30 cm。另外,采用黃泥堵塞炮眼,避免發(fā)生沖炮,掘進(jìn)眼的堵塞長度取25 cm～28 cm。

3.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)

因空間立體交叉處圍巖比較破碎,烏蒙山一號隧道在進(jìn)入框架結(jié)構(gòu)前采用小導(dǎo)管進(jìn)行加強支護(hù),鋼筋拱架采用兩根Φ 22鋼筋焊接而成,小導(dǎo)管在開挖面沿拱墻按環(huán)向間距0.25 m～0.5 m(根據(jù)地質(zhì)情況確定間距),外插角15°鉆孔,采用外徑φ 42 mm,壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管加工制成,長8.0 m。初期支護(hù)采用噴錨網(wǎng)支護(hù),環(huán)向采用φ 22錨桿,間距0.3 m×0.3 m,錨桿長3.5 m,φ 6.5鋼筋網(wǎng),間距0.2 m×0.2 m,噴厚 15 cm C20混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。

3.5 隧道爆破震動監(jiān)控量測

隧道爆破震動監(jiān)控量測采用由拾振器、INV306型數(shù)據(jù)采集儀、DASP-VIB分析軟件、筆記本電腦、打印機等部件組成的測試系統(tǒng)。在新梅花山爆破時,測量烏蒙山一號隧道的框架混凝土質(zhì)點震動速度,應(yīng)滿足《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定。

4 施工效果

新梅花隧道已于2009年9月順利通過交叉段,經(jīng)監(jiān)控量測,新梅花山隧道沒有對烏蒙山一號隧道的襯砌產(chǎn)生明顯影響,新梅花山隧道也基本沒有下沉,且施工過程中未發(fā)生任何安全事故。實踐證明了該施工方案以及各種技術(shù)措施的可行性和有效性,也確立了該工程在同類工程中具有重要的借鑒價值。

5 施工可借鑒的幾個方面

1)小凈距空間交叉隧道在開挖上可采用上下臺階法進(jìn)行施工,以減小對圍巖的擾動以及對先施工的建構(gòu)筑物的影響,在空間交叉的底板薄弱段應(yīng)采取機械破碎輔以人工的方式進(jìn)行開挖。2)爆破工藝上采用毫秒微差弱爆破,運用短進(jìn)尺、弱爆破以降低一次爆破性對先施工隧道造成的影響,合理制定爆破參數(shù),確保施工安全。3)爆破監(jiān)測工作在此工程中具有舉足輕重的作用,爆破監(jiān)測應(yīng)嚴(yán)格遵循現(xiàn)行《爆破安全規(guī)程》,并在以爆破監(jiān)控量測反饋情況的前提下,提出更加合理的爆破安全方案和建議來指導(dǎo)施工。4)新梅花山隧道爆破時減震帶的設(shè)置減少了爆破沖擊波對烏蒙山一號隧道的震動作用,烏蒙山一號隧道框架混凝土沒有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。

[1]TBJ 204-96,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2]朱月貴,王 松.淺談九曲小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.