隧道明洞暗做法在特殊環(huán)境下的應(yīng)用

徐俏東 金麗溫鐵路有限責(zé)任公司

1 工程概況

懸渚隧道鐵路里程在DK95+156～DK95+308段從三門正明化工廠左側(cè)邊緣穿過。其中DK95+156～DK95+197段和DK95+287～DK95+308段共62 m，該段拱頂標(biāo)高高于地面標(biāo)高，表層為含碎石粉質(zhì)黏土，褐黃色，硬塑，厚約1 m；下伏流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，強(qiáng)-弱風(fēng)化。

三門正明化工廠（以下簡(jiǎn)稱化工廠）從事原料藥生產(chǎn)?；S生產(chǎn)所用的原材料中部分屬于易燃易爆危險(xiǎn)化學(xué)品和少量劇毒品，懸渚隧道從化工廠邊緣通過。在DK95+156～DK95+197處隧道右側(cè)邊緣與化工廠第七車間最近距離為12.05 m（如圖1），該車間是制藥車間，其中有大量的制藥設(shè)備、儀器、蒸汽管道、地下管線和小型易燃易爆等儲(chǔ)存罐。而且該車間設(shè)備老化，有的設(shè)備連接管線采用玻璃管。在DK95+308隧道出口處距化工廠儲(chǔ)存罐區(qū)最近距離為21.5 m，該罐區(qū)有11個(gè)大型甲醇、甲苯、丙酮、硫酸、亞鹽酸等易燃、易爆、劇毒危險(xiǎn)儲(chǔ)存罐和3個(gè)小型儲(chǔ)存罐。

圖1 DK95+181斷面

2 施工難點(diǎn)

（1）DK95+156～DK95+197段線路右邊緣距離化工廠第七生產(chǎn)車間只有12.0 m；該段下伏地層為流紋質(zhì)熔結(jié)凝灰?guī)r，中-弱風(fēng)化，必須采用爆破施工。而化工廠廠區(qū)內(nèi)禁止車輛通行；防明火，化工廠第七車間設(shè)備和正常生產(chǎn)抗震，抗沖擊波要求高以及第七車間內(nèi)的管線嚴(yán)重老化、抗震要求不明。使該段露天爆破無法施工。

（2）出口DK95+287～DK95+308段線路右邊緣距離化工廠儲(chǔ)存罐為21.5 m，儲(chǔ)存罐分別存有甲醇、乙醇、甲苯、丙酮等易燃、易爆、劇毒危險(xiǎn)品，露天爆破施工危險(xiǎn)性極高。

（3）由于隧道底面低于化工廠生產(chǎn)車間，同時(shí)又因?yàn)樗淼绹鷰r節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，隧道開挖后地下水流失，將引起化工廠車間地表出現(xiàn)不均勻沉降，導(dǎo)致車間房屋開裂，嚴(yán)重危及車間內(nèi)地下管線、儀器、設(shè)備的安全。

（4）隧道施工過程對(duì)化工廠正常運(yùn)轉(zhuǎn)影響極大。

3 施工方案選擇

方案一：原設(shè)計(jì)采用明挖法。

方案二：采用增加套拱變明洞為暗洞、改常規(guī)控制爆破為震動(dòng)控制爆破的施工方案。

3.1 施工方案比較（見表1）

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)勘察，并邀請(qǐng)專家組對(duì)方案進(jìn)行評(píng)審，方案二具有可行性，因此在隧道明洞段我項(xiàng)目部采用方案二進(jìn)行施工（以下簡(jiǎn)稱方案）。

3.2 施工方案實(shí)施

3.2.1 套拱施工

（1）搭建爆破與施工防護(hù)擋墻于DK95+156~DK95+197與DK95+287~DK95+308兩段搭設(shè)施工擋護(hù)，擋護(hù)長(zhǎng)為50 m+30 m，高10 m，采用Φ50鋼管搭設(shè)，上面鋪設(shè)兩層竹籬笆進(jìn)行防護(hù)，將施工區(qū)與化工廠隔離。

（2）人工鑿除上臺(tái)階。

根據(jù)圍巖級(jí)別和圍巖勘測(cè)情況，隧道上臺(tái)階含地梁4.6m高度的開挖施工先采用挖機(jī)挖除表層浮土和軟弱圍巖，硬巖采用鎬頭機(jī)鑿除，同時(shí)配合人工風(fēng)鎬鑿除施工，局部堅(jiān)石進(jìn)行松動(dòng)小炮控制飛石開挖，開挖標(biāo)高至A單元鋼拱架下地梁的標(biāo)高位置，地梁標(biāo)高與隧道坡率找平，如圖2。

圖2 套拱示意圖

（3）明拱拱腳地梁施工和基礎(chǔ)處理。

地梁于隧道A單元鋼拱架拱腳標(biāo)高部位布設(shè)，先挖平水平標(biāo)高，然后現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土。地梁的主要作用是為下步開挖時(shí)防止上部明拱開裂或下沉。

地梁全長(zhǎng)與明拱長(zhǎng)度相等，全長(zhǎng)分別為41 m，高50 cm，寬100 cm，每隔80 cm預(yù)埋一節(jié)50 cm長(zhǎng)的20工字鋼，工字鋼上、下焊接20工字鋼連接板。同時(shí)連接鋼板孔上預(yù)埋向上和向下的連接螺絲。

（4）A單元工字鋼架安裝。

工字鋼架采用I20a工字鋼制作，工字鋼架間距為0.8 m工字鋼架安裝采用連接板和螺絲連接，縱向采用Ф22螺紋鋼呈斜八字型焊接，連接筋中對(duì)中間距為1 m，同時(shí)安裝鋼筋網(wǎng)。

待鋼架安裝完成后，在鋼架內(nèi)側(cè)掛模板，內(nèi)模板為寬50cm的木合板，木合板外側(cè)沿鋼架采用外筋和鐵絲固定，并于拱頂搭腳手架向下噴射C25混凝土，兩側(cè)拱腳處先噴寬1m，高50 cm的拱腳基礎(chǔ)，之后再往上噴，噴錨厚度為30 cm，噴錨順序從兩邊拱腳同時(shí)往拱頂對(duì)稱進(jìn)行，確保拱架壓力平衡，拆內(nèi)模板后內(nèi)側(cè)拱頂進(jìn)行補(bǔ)噴密實(shí)，并按規(guī)定進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。

3.2.2 加套拱后的明洞暗做施工

（1）中臺(tái)階開挖和初期支護(hù)。

先進(jìn)行中臺(tái)階拉槽開挖，兩側(cè)預(yù)留馬口寬度不小于2 m，然后再跳開開挖馬口，馬口開挖后及時(shí)下接B單元鋼架，采用縱向鋼筋固定，鉆打鎖腳鋼管和錨桿，鎖腳鋼管為Ф50鋼管，鎖腳鋼管長(zhǎng)3.5 m，并與鋼架貼焊，錨桿采用Ф22砂漿錨桿，錨桿長(zhǎng)度L=4.5 m間距為1.0 m，呈梅花型布置，并與鋼架貼焊，之后布設(shè)鋼筋網(wǎng)，進(jìn)行噴錨支護(hù)，馬口開挖每循環(huán)不超過2 m。

（2）下臺(tái)階開挖和進(jìn)行初期支護(hù)。

先進(jìn)行下臺(tái)階拉槽開挖，同時(shí)預(yù)留馬口，然后進(jìn)行兩側(cè)馬口跳開開挖，馬口預(yù)留寬度不小于2 m，同時(shí)下接C單元鋼架，采用縱向連接筋固定，同中臺(tái)階方法鉆打鎖腳鋼管和錨桿，掛網(wǎng)后進(jìn)行噴錨支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同中臺(tái)階，如圖3。

圖3 三臺(tái)階拉槽開挖法

（3）小導(dǎo)管注漿加固。

兩側(cè)曲墻用Ф50的小導(dǎo)管注漿加固，小導(dǎo)管長(zhǎng)4.5 m，縱、橫間距為0.5×1.0 m，呈梅花型布置，注漿壓力不小于0.8MPa。

（4）仰拱開挖和澆筑混凝土。

仰拱隧底開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，同時(shí)將鋼拱架安裝封閉成環(huán)，并及時(shí)澆筑混凝土，仰拱每循環(huán)開挖為5 m，仰拱施工緊跟。

3.2.3 控制爆破施工

（1）爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

V-保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，單位為厘米每秒（cm/s）。對(duì)于三門縣正明化工廠甲醇、丙酮等儲(chǔ)存罐區(qū)和氧氟沙星高危生產(chǎn)場(chǎng)所，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度目前國(guó)家《爆破安全規(guī)程》中未予以明確規(guī)定。為此我們征詢了中國(guó)爆破協(xié)會(huì)有關(guān)專家，通過邀請(qǐng)專家組討論，并結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，提出了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按1.5 cm/s進(jìn)行控制。

（2）爆破施工實(shí)施。

計(jì)算公式：Q=R3V3/α/K3/α

式中：Q-炸藥量，齊發(fā)炸藥爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，單位為千克（kg）；

R-爆破振動(dòng)安全允許距離，單位為米（m）；

V-保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度，單位為厘米每秒（cm/s），在此取V=1.5 cm/s；

K、α-與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形，地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減系數(shù)，

本工程地質(zhì)為Ⅴ級(jí)圍巖，屬于硬巖和軟硬巖，在此取K=250，a=1.8，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，取得隧道與化工廠的距離數(shù)據(jù)，代入（1）式計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 允許藥量計(jì)算表

爆破時(shí)按表2藥量進(jìn)行裝藥爆破，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)爆破設(shè)計(jì)，適時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)。同時(shí)采用豎直眼拉槽，水平眼挖馬口控制隧道斷面的炮眼設(shè)計(jì)方式。有效地?cái)U(kuò)大了臨空面，減弱了爆破產(chǎn)生的振動(dòng)。既加快了掘進(jìn)速度，又保證了化工廠的安全。

4 施工控制措施

（1）成立專職的監(jiān)控量測(cè)小組，按要求進(jìn)行洞內(nèi)量測(cè)；加強(qiáng)地表沉降觀測(cè)和化工廠房屋的變形觀測(cè)。

（2）進(jìn)行全程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行科學(xué)分析，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況適當(dāng)調(diào)整爆破計(jì)算參數(shù)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)爆破設(shè)計(jì)；嚴(yán)格控制循環(huán)開挖長(zhǎng)度、每炮開挖石方數(shù)量、炮眼深度、炮眼數(shù)量、炮眼裝藥量、雷管段數(shù)、單段雷管最大齊炮藥量等指標(biāo)在設(shè)計(jì)計(jì)算范圍內(nèi)。

（3）中、下臺(tái)階開挖嚴(yán)格控制開挖的長(zhǎng)度，分左、右單側(cè)掘進(jìn)，開挖后及時(shí)支護(hù)。

（4）加強(qiáng)初期支護(hù)，為了防止地表沉降，必須按設(shè)計(jì)進(jìn)行小導(dǎo)管注漿。

（5）加強(qiáng)與化工廠的聯(lián)系，提前通報(bào)隧道施工計(jì)劃；與化工廠簽訂安全防護(hù)協(xié)議，要求化工廠也要有應(yīng)急預(yù)案。

（6）制定爆破許可令制度。每次開挖放爆破炮必須經(jīng)過開挖班長(zhǎng)、爆破安全防護(hù)人員、領(lǐng)工員、值班安全員現(xiàn)場(chǎng)檢查簽字后報(bào)總負(fù)責(zé)人簽字認(rèn)可后方能放炮。

5 結(jié)束語

方案確定后經(jīng)過三個(gè)月多的施工，隧道安全貫通。在施工過程中，通過全程監(jiān)控量測(cè)，數(shù)據(jù)分析結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)勘查表明隧道施工對(duì)化工廠區(qū)無影響，基本達(dá)到了對(duì)化工廠無飛石、爆破無感覺和生產(chǎn)無影響的目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了安全快速地穿越化工廠區(qū)。同時(shí)隧道的控制爆破施工也為以后同類工程施工取得了一定的控制參數(shù)和經(jīng)驗(yàn)。