小凈距鄰近既有隧道施工的對(duì)策

石磊磊

（山西鐵建工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司， 山西 太原 030013）

小凈距鄰近既有隧道施工的對(duì)策

石磊磊

（山西鐵建工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司， 山西 太原 030013）

在我國(guó)，鉆爆法施工的優(yōu)越性已得以體現(xiàn)。然而，在一些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下施工，如工程項(xiàng)目鄰近古城區(qū)、文物保護(hù)區(qū)，新建鐵路隧道鄰近既有隧道等，無(wú)論開挖施工還是工程爆破，均會(huì)對(duì)周邊建筑物結(jié)構(gòu)受力造成不利的影響，制約了新建建筑物、隧道的順利施工。實(shí)踐證明，充分勘察既有建筑物現(xiàn)狀，考慮新舊建筑物的相互影響，并采取有效措施，能夠確保既有構(gòu)筑物的安全運(yùn)營(yíng)，保證既有結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量。

小凈距隧道；控制爆破；爆破振動(dòng)；振速

0 引 言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展，人民生活水平的提升，基礎(chǔ)交通建設(shè)隨之發(fā)展，單線鐵路不能滿足現(xiàn)在交通發(fā)展的需要，越來(lái)越多的復(fù)線工程隨之投入建設(shè)。受地形地貌，現(xiàn)有條件的限制，一些新建隧道距離既有隧道較近，施工不便。如復(fù)線鐵路寶成線中兩隧道與既有隧道巖柱體厚度為 1.9 m～2.3 m，復(fù)線鐵路襄渝二線新大城隧道與既有隧道中間巖柱體為 3.7 m。緊鄰既有隧道爆破、開挖施工使既有隧道周邊圍巖應(yīng)力發(fā)生改變，影響既有隧道結(jié)構(gòu)受力；爆破振動(dòng)又將會(huì)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)造成一定程度的影響。本文結(jié)合新建太興鐵路太靜段工程新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道爆破、開挖、支護(hù)施工，分析研究了緊鄰既有隧道的新建隧道施工對(duì)策，對(duì)小凈距隧道開挖施工，鄰近建筑物開挖施工有一定的指導(dǎo)意義。

1 主要工程概況

兩座新建隧道屬新建太興鐵路太原至鎮(zhèn)城底增復(fù)線段，位于山西省古交境內(nèi)，新風(fēng)平嶺 1# 隧道起訖里程為DIK48+5101~DIK48+643，全長(zhǎng) 133 m，新風(fēng)平嶺 2# 隧道起訖里程為 DIK48+689~DIK49+565，全長(zhǎng) 876 m，兩隧道主體均為單線隧道，右臨汾河灘，坡面陡直，植被較差；新風(fēng)坪嶺2# 隧道出口端隧頂有運(yùn)煤道路，地質(zhì)較差。

兩隧道均為淺埋偏壓，新隧道與既有隧道線間距較小。新舊隧道線間距 14 m，隧道間巖柱體僅為 8 m。新舊隧道基本平行，軌面高程一致。

既有隧道已建成 30 多年，為電氣化單線鐵路隧道，承擔(dān)著太原至鎮(zhèn)城底段客貨運(yùn)輸任務(wù)。在新建鐵路隧道的爆破開挖施工中，對(duì)既有電氣化鐵路隧道的任何影響都將會(huì)導(dǎo)致鐵路事故。既有隧道結(jié)構(gòu)為整體式襯砌，隧道內(nèi)除存在多處滲水及裂隙等常見(jiàn)缺陷，整體結(jié)構(gòu)良好。

2 新建隧道施工對(duì)既有隧道影響

鄰近既有隧道施工的新建隧道施工，對(duì)既有隧道的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)新舊隧道的位置關(guān)系(平行、交叉等)；(2)新舊隧道的凈距(既新隧道最外邊緣至舊隧道最外邊緣的距離)；(3)新隧道的施工工法(主要指開挖方式方法)；(4)新隧道的開挖大?。?5)新舊隧道周圍的地形、地質(zhì)條件；(6)既有隧道的結(jié)構(gòu)力學(xué)情況。下面結(jié)合新風(fēng)平嶺1#、2# 隧道的地形地質(zhì)條件，隧道位置關(guān)系、間隔，開挖爆破施工，巖柱體間破碎圍巖情況進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 新舊隧道相對(duì)位置關(guān)系

新舊隧道水平高程基本一致，兩隧道基本呈平行布設(shè)，線間距為 14 m，中間巖柱體為 8 m。根據(jù)已有的日本《接近既有隧道施工對(duì)策指南》，當(dāng)兩隧道間隔為 1.5 D～2.5 D(D為隧道直徑)屬于要注意的范疇。隨著新隧道的開挖，新舊隧道之間的圍巖應(yīng)力發(fā)生重新分布，隧道發(fā)生形變。新隧道的開挖，使原有應(yīng)力狀態(tài)打破，既有隧道左右兩側(cè)受力平衡狀態(tài)被打破，隧道在左側(cè)圍巖壓力大的情況下，發(fā)生了向右的位移。這種位移將使既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，可能導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)的破壞甚至結(jié)構(gòu)侵限。

圖1 開挖引起的既有隧道形變

2.2 新舊隧道周圍的地形地質(zhì)條件

根據(jù)地形地質(zhì)條件以及勘察設(shè)計(jì)定線，隧道處于山脊一側(cè)，為淺埋偏壓。在淺埋偏壓及小凈距下，隧道開挖后既有隧道左側(cè)圍巖壓力增大，既有隧道產(chǎn)生了靠近新隧道的位移。

圖2 既有隧道襯砌在偏壓壓力下的變形

2.3 爆破振動(dòng)的影響

爆破振動(dòng)可能會(huì)危及既有電氣化鐵路的結(jié)構(gòu)安全，影響鐵路安全運(yùn)營(yíng)。在爆破沖擊波的作用下，既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌距離爆源最近的位置受到的爆破振動(dòng)破壞最大。在我國(guó)，爆破振動(dòng)對(duì)礦山巷道、交通隧道影響的判據(jù)，是采用既有建筑物爆破振動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度來(lái)判斷。

保證既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌不受到爆破振動(dòng)作用的破壞(產(chǎn)生裂紋)，關(guān)鍵是要控制既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌距離爆源最近地質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度。GB 6722—2011《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，交通隧道的安全允許振速為 10 cm/s～20 cm/s，為確保既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全，施工時(shí)將爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道的影響控制在 5 cm/s 以內(nèi)。

2.4 既有隧道的結(jié)構(gòu)力學(xué)情況

既有隧道修建于 30 多年前的鐵道兵時(shí)期，隧道襯砌為整體式襯砌，經(jīng)過(guò)勘測(cè)、觀察，既有隧道除存在諸如滲水，裂縫等一些常見(jiàn)缺陷外，隧道襯砌結(jié)構(gòu)相對(duì)良好。

3 施工方法與對(duì)策

3.1 對(duì)新舊隧道中間巖柱體加固

新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道與既有隧道線間距 14 m，隧道間巖柱體僅為 8 m，為確保新隧道施工時(shí)既有隧道的安全，開挖前先對(duì)既有隧道采取加固措施。具體措施如下。

在軟弱破碎帶以及軟硬巖過(guò)渡段采取超前預(yù)支護(hù)，打設(shè)組合中空錨桿進(jìn)行二次加固的雙重加固措施。具體為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖過(guò)渡段，采用長(zhǎng) 4.5 mφ42、間距40 cm 小導(dǎo)管注漿進(jìn)行超前預(yù)加固，鄰近既有隧道一側(cè)打設(shè)至拱腰處，開挖后再對(duì)此段圍巖采用 1.2 m×1.2 m、長(zhǎng) 3.0 m 的φ22 組合中空錨桿進(jìn)行二次加固，加強(qiáng)巖柱體的整體性；其余段落根據(jù)施工實(shí)際情況適當(dāng)加固巖柱體。

3.2 新建風(fēng)坪嶺隧道安全施工措施

新風(fēng)坪嶺隧道施工嚴(yán)格按照“預(yù)加固、后開挖、弱爆破、短進(jìn)尺、勤量測(cè)、早閉環(huán)、襯砌跟緊”的原則組織施工，采取以下主要具體措施保證施工安全。

3.2.1 既有線隔離措施

新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道施工前采用隔離網(wǎng)進(jìn)行既有線隔離防護(hù)，防止施工人員及材料等侵入既有線界限，確保行車安全。

3.2.2 爆破振動(dòng)控制安全施工措施

正式起爆前在不同圍巖下進(jìn)行多組爆破測(cè)試試驗(yàn)，以確定特定工況下判斷振動(dòng)速度的經(jīng)驗(yàn)公式中 K、α 值，確定小凈距下不同圍巖級(jí)別的最大單次爆破用藥量。

除控制單次起爆最大爆破藥量外，將掏槽眼布置在遠(yuǎn)離既有隧道一側(cè)，在緊鄰既有隧道一側(cè)打設(shè)間距 25 cm 的隔離減振孔，可有效減小既有隧道爆破振動(dòng)的影響，同時(shí)可起到導(dǎo)向孔的作用。

3.2.3 洞口爆破安全防護(hù)措施

為防止爆破時(shí)出現(xiàn)飛石的現(xiàn)象，洞口爆破設(shè)計(jì)為松動(dòng)弱爆破，并采用密目(方格小于 2 cm)SNS 防護(hù)網(wǎng)覆蓋防護(hù)，以防止飛石從側(cè)面飛出。

3.2.4 隧道支護(hù)措施

初期支護(hù)緊跟開挖面，減少圍巖暴露時(shí)間，抑制圍巖變形，仰拱緊跟早閉環(huán)，二襯緊跟，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.3 監(jiān)測(cè)控制

考慮到隧道施工為淺埋偏壓臨近既有線小凈距鉆爆開挖施工，監(jiān)控量測(cè)主要采?。盒陆ㄋ淼罍\埋段地表沉降觀測(cè)、洞內(nèi)拱頂下沉及水平收斂監(jiān)測(cè)、既有隧道病害觀察及爆破振速監(jiān)測(cè)、既有隧道拱頂下沉及水平收斂量測(cè)。施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，必要時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)及支護(hù)措施，以確保安全。

3.3.1 既有隧道病害觀測(cè)

爆破施工前，在既有隧道較大裂縫處施做砂漿抹面，爆破后對(duì)比觀察裂縫的變化和查看是否出現(xiàn)新的病害，以此修正爆破參數(shù)和調(diào)整加固方案。

3.3.2 既有隧道的爆破振速監(jiān)測(cè)

爆破施工前在將測(cè)試振動(dòng)用傳感器布設(shè)到既有隧道特定位置，記錄爆破施工時(shí)既有隧道距離爆源最近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。測(cè)試儀器為四川托普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的 UBOX-5016 爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀及配套的垂直、水平速度傳感器。為確保爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)既有線的影響減小到最小，不影響運(yùn)輸安全，在既有隧道內(nèi)合理布設(shè)測(cè)點(diǎn)。利用既有隧道迎爆破側(cè)邊墻 60 m 間隔的避車洞，在距離新建隧道施工的掌子面最近的兩處避車洞分別放置一組固定測(cè)點(diǎn)，外加隨掌子面移動(dòng)的一組測(cè)點(diǎn)，三組測(cè)點(diǎn)檢測(cè)不同位置的振動(dòng)速度(切向、徑向、垂直 3 個(gè)方向)。

圖3 既有隧道測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖

3.3.3 既有隧道、新建隧道監(jiān)控量測(cè)

依據(jù)鐵建設(shè) [120] 號(hào)文件及新舊隧道實(shí)際情況，Ⅴ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 5 m，Ⅳ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 10 m，Ⅲ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 30 m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖每量側(cè)斷面布置一個(gè)拱頂下沉點(diǎn)和兩條水平收斂量測(cè)基線，Ⅲ級(jí)每量測(cè)斷面布置一個(gè)拱頂下沉點(diǎn)和一條水平收斂量測(cè)基線。

圖4 位移測(cè)線布置圖

3.3.4 淺埋地段地表、地中沉降監(jiān)測(cè)

淺埋地段在地表及地中布置沉降測(cè)點(diǎn)，沉降測(cè)點(diǎn)布置在隧道中線上，在與隧道軸線正交平面的一定范圍內(nèi)布設(shè)7～11 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距 2 m～5 m。

圖5 地表下沉量測(cè)范圍及地中沉降測(cè)點(diǎn)布置

3.4 數(shù)據(jù)反饋與分析

3.4.1 既有隧道的爆破振速監(jiān)測(cè)

每次爆破前對(duì)既有隧道進(jìn)行檢查，爆破后通過(guò)洞外的計(jì)算機(jī)對(duì) 3 組檢測(cè)振速進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄分析，分析匯總不同圍巖級(jí)別，不等單次最大爆破藥量下的振速，通過(guò)分析單次最大爆破藥量在 1.6 kg～1.8 kg 下振速能滿足 5 cm/s 以下的限值，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖單次爆破循環(huán)可達(dá) 1.2 m，Ⅴ圍巖考慮支護(hù)的影響每次開挖 0.8 m。

3.4.2 監(jiān)控量測(cè)分析

通過(guò)新舊隧道洞內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)、洞頂下沉監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的整理分析，所監(jiān)測(cè)點(diǎn)的速度及累計(jì)位移、下沉均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)既有隧道的觀察，未出現(xiàn)新裂縫。

4 結(jié) 語(yǔ)

施工前分析了新建隧道所處綜合環(huán)境，通過(guò)分析采取了對(duì)既有隧道的預(yù)加固；對(duì)新建隧道，尤其是靠近既有隧道的中間巖柱體進(jìn)行的預(yù)支護(hù)，確保了隧道結(jié)構(gòu)的安全。鉆爆施工前通過(guò)試驗(yàn)得出使用炸藥、工況、圍巖地質(zhì)條件下的 K、α值，采取短進(jìn)尺、控制最大裝藥量，使既有隧道最大振速控制在 5 cm/s 以下，確保了既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全。有效的振速監(jiān)測(cè)、洞內(nèi)水平收斂監(jiān)測(cè)、洞頂下沉監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)為已運(yùn)營(yíng)線增復(fù)線施工提供了又一重保障。新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道的成功施作，對(duì)今后類似隧道及地下工程的施工有一定的指導(dǎo)意義。

[1]關(guān)寶書.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社，2003.

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通信地址：山西省太原市建設(shè)北路242號(hào) 山西鐵建工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司。

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1007-4104(2015)04-0075-03

2015-02-12

石磊磊，助理工程師，土木工程專業(yè)(隧道工程與地下鐵道方向)，從事土建工程建設(shè)監(jiān)理工作，任職于山西鐵建工程監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司。