新建隧道上跨既有輸水洞的施工控制技術(shù)

王秀利

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110136）

新建隧道上跨既有輸水洞的施工控制技術(shù)

王秀利

（中鐵十九局集團(tuán)第三工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110136）

介紹新建衢州至寧德鐵路（福建段）站前工程QNFJZQ-4標(biāo)段九都隧道需要上跨一條既有輸水洞，施工過(guò)程中采取了多項(xiàng)施工控制措施，尤其是使用多段毫秒雷管分段起爆，控制每一響爆炸的用藥量，大大減小爆破對(duì)既有輸水洞圍巖的震動(dòng)，確保了既有輸水洞的安全，成功地完成這段隧道的施工任務(wù)。

隧道施工 施工控制爆破 毫秒雷管 分段起爆

新建隧道常常會(huì)遇到上跨、下穿既有隧道、既有輸水洞或鄰近既有地下建筑物的情況，隧道施工中必須采取有效的施工控制措施，確保既有地下建筑物的安全。新建衢州至寧德鐵路（福建段）站前工程QNFJZQ-4標(biāo)段九都隧道需要上跨一條既有輸水洞。施工中我們采取了多項(xiàng)控制措施，成功地通過(guò)了上跨輸水洞段，確保了既有輸水洞的安全，取得了良好的社會(huì)效益。

1 工程概況

九都隧道位于福建省寧德市境內(nèi)，全長(zhǎng)953.5m，進(jìn)口里程DK368+988.000，出口里程

DK369+941.500，全隧道處于R=1600m的左轉(zhuǎn)曲線上，隧道縱坡為+3‰單面上坡，隧道最大埋深166m。九都隧道按時(shí)速160km、單線、有砟軌道隧道設(shè)計(jì)。

九都隧道地處亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，四季分明，季風(fēng)明顯，臺(tái)風(fēng)頻繁，雨量集中，夏旱突出，年降水量2013.8毫米。

九都隧道處在構(gòu)造剝蝕中低山區(qū)，溝谷深切，剝蝕地貌，地勢(shì)起伏較大，山體比較陡峭，多呈“V”字形深切溝谷，自然坡度一般在15°～26°。九都隧道所處地域地表層為第四系坡殘積（Qel+dl）粉質(zhì)粘土，黃褐色，硬塑，厚度約為0.5～2.5m；進(jìn)口段為δO52(3)b石英閃長(zhǎng)巖，其中全風(fēng)化帶厚1～3m，強(qiáng)風(fēng)化帶厚2～8m，弱風(fēng)化帶厚17.8～31.8m，下伏J3n侏羅系上統(tǒng)南園組凝灰熔巖，灰黃色～灰色，強(qiáng)～弱風(fēng)化，其中強(qiáng)風(fēng)化帶厚6.9～38.4m，弱風(fēng)化帶厚19.8～21m。

九都隧道中Ⅱ級(jí)圍巖段長(zhǎng)570m，Ⅲ級(jí)圍巖段長(zhǎng)105m，Ⅵ級(jí)圍巖段長(zhǎng)130m，Ⅴ級(jí)圍巖段長(zhǎng)148.5m。Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖段采用全斷面法施工，Ⅵ級(jí)圍巖段采用三臺(tái)階法施工，Ⅴ級(jí)圍巖段采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法施工。

九都隧道在進(jìn)口 DK369+067.980處上跨一條既有的輸水洞，隧道中線與輸水洞中線的交角為39.0°，上跨處隧道底部開(kāi)挖線距輸水洞頂部開(kāi)挖線12.32m。交叉處隧道處在弱～中等風(fēng)化的石英閃長(zhǎng)巖段內(nèi)，為Ⅵ級(jí)圍巖段。九都隧道與既有輸水洞的平面關(guān)系如圖1所示。

圖1 九都隧道與既有輸水洞平面關(guān)系示意圖

既有輸水洞在寧德市農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)中的一條支渠上，建成時(shí)間12年多，全長(zhǎng)165m，與新建隧道的交點(diǎn)距輸水洞進(jìn)口約 77m。交叉點(diǎn)處在弱～中等風(fēng)化的石英閃長(zhǎng)巖段內(nèi)。輸水洞的過(guò)水?dāng)嗝嫦虏繛?.00m（寬）×1.50m（高）的矩形、上部為R=1.00m的半圓拱形。拱圈、邊墻、鋪底的厚度均為0.25m，均用C25混凝土澆筑。既有輸水洞斷面如圖2所示。

圖2 既有輸水洞斷面圖

2 確保輸水洞安全的綜合施工措施

為了確保輸水洞的安全，我們?cè)诰哦妓淼朗┕ぶ胁扇×艘韵戮C合施工措施：

（1）調(diào)查輸水洞現(xiàn)狀，提出輸水洞的加固方案并對(duì)既有輸水洞進(jìn)行加固；

（2）復(fù)核九都隧道跨越既有輸水洞段的工程地質(zhì)，切實(shí)掌握其實(shí)際地質(zhì)狀況；

（3）修改九都隧道跨越既有輸水洞段的施工方法，將原來(lái)的三臺(tái)階法施工改變?yōu)槿_(tái)階預(yù)留核心土法；

（4）進(jìn)行跨越既有輸水洞段的專門爆破設(shè)計(jì)，使用毫秒雷管進(jìn)行分段爆破，控制每一響的炸藥用量；

（5）隧道跨越段施工過(guò)程中對(duì)既有輸水洞進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，掌握輸水洞襯砌的變化情況。

3 九都隧道上跨既有輸水洞段施工控制技術(shù)

3.1 對(duì)輸水洞的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查和處理

3.1.1 對(duì)輸水洞現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查

（1）九都隧道開(kāi)工之前我們就與輸水洞的產(chǎn)權(quán)單位取得聯(lián)系，進(jìn)行協(xié)商，簽署協(xié)議。使輸水洞的現(xiàn)狀調(diào)查和加固工作做到有章可循，有據(jù)可查。

與輸水洞的產(chǎn)權(quán)單位共同組成調(diào)查組，對(duì)隧道施工可能產(chǎn)生影響的隧道下方40m長(zhǎng)的輸水洞現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查、記錄，提出加固方案，在報(bào)請(qǐng)監(jiān)理和業(yè)主批準(zhǔn)后組織實(shí)施。

（2）現(xiàn)狀調(diào)查的項(xiàng)目及結(jié)果

調(diào)查項(xiàng)目包括：①輸水洞斷面的現(xiàn)狀，包括拱頂和底板標(biāo)高、拱腳和墻底寬度；

②輸水洞襯砌的現(xiàn)狀，包括襯砌有無(wú)開(kāi)裂、脫落、掉塊的情況；

③拱圈背后有無(wú)空洞。

在對(duì)輸水洞現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，輸水洞的施工質(zhì)量比較好，雖經(jīng)十多年的運(yùn)營(yíng)，輸水洞的襯砌仍然完好，在隧道施工可能產(chǎn)生影響的40m長(zhǎng)度內(nèi)，僅發(fā)現(xiàn)寬度為2～3mm、長(zhǎng)度8.9m和7.6m的橫向裂縫兩條，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)襯砌混凝土有脫落、掉塊現(xiàn)象。使用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，發(fā)現(xiàn)拱圈背后普遍存在有脫空空洞，脫空值約為12～28mm。

3.1.2 對(duì)存在問(wèn)題的處理

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查情況經(jīng)研究決定，不需要對(duì)輸水洞襯砌進(jìn)行支撐加固，只需要對(duì)拱圈背后的脫空空洞進(jìn)行壓漿處理。

壓漿按常規(guī)方法進(jìn)行。在隧道下方40m長(zhǎng)的范圍內(nèi)，每2m設(shè)置一棑注漿孔，孔深250mm，每棑鉆注漿孔3個(gè)，左右拱腳處各1個(gè)，用來(lái)進(jìn)行注漿，拱頂1個(gè)作為溢漿孔。注漿用PC32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥配制的、1.0（水泥）∶1.1（水）的水泥漿，注漿壓力 0.2～0.8MPa。注漿時(shí)由左右拱腳處的 2個(gè)注漿孔同時(shí)注漿，待拱頂?shù)囊鐫{孔冒漿后封堵溢漿孔，再繼續(xù)注漿5min。

注漿后再進(jìn)行檢查，原來(lái)拱圈背后存在脫空空洞全部被水泥漿填充。

3.2 上跨既有輸水洞段隧道的施工方法

（1）復(fù)核九都隧道跨越輸水洞段的地質(zhì)狀況

為了隧道跨越輸水洞段的施工能夠順利進(jìn)行，在距九都隧道和輸水洞交叉點(diǎn)30m以外，開(kāi)始按常規(guī)方法進(jìn)行超長(zhǎng)水平地質(zhì)鉆探工作。鉆5個(gè)長(zhǎng)60m的地質(zhì)鉆孔，探明隧道跨越輸水洞段的實(shí)際地質(zhì)狀況，避免發(fā)生不良地質(zhì)引起的施工事故。

探測(cè)結(jié)果是該段地質(zhì)狀況與設(shè)計(jì)提供的情況相符，無(wú)不良地質(zhì)地段。

（2）九都隧道跨越既有輸水洞段的施工方法

將原來(lái)Ⅵ級(jí)圍巖段的三臺(tái)階法施工改變?yōu)槿_(tái)階預(yù)留核心土法施工。將開(kāi)挖步驟分得更多，縮小每一步開(kāi)挖的寬度和面積，減小塌方風(fēng)險(xiǎn)，降低隧道開(kāi)挖時(shí)的炸藥用量，以降低隧道施工對(duì)既有輸水洞的種種不利影響。

三臺(tái)階預(yù)留核心土法的施工方法和施工工序流程見(jiàn)參考文獻(xiàn)[1][1]47-48，在此不再贅述。其襯砌類型按照Ⅵb類設(shè)置，各項(xiàng)施工參數(shù)為：

超前支護(hù)：錨桿用L＝3.5m、Φ42×3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管按常規(guī)方法加工制做，在拱部144°范圍內(nèi)敷設(shè)，環(huán)向間距330mm，外插角10°～15°，每2.0m打設(shè)一排，搭接長(zhǎng)度大于1.0m，注漿用PC 32.5R復(fù)合硅酸鹽水泥配制的、水灰比為1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa。

初期支護(hù)：系統(tǒng)錨桿用L＝3.0m、環(huán)×縱＝1.2×1.0m的Φ25中空錨桿，壓注水灰比為1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa；用Φ6、＠200×200mm單層鋼筋網(wǎng)；拱、墻部位設(shè)置四肢Φ22的格柵鋼架（h＝150mm)，＠1.0m，縱向連接鋼筋用L＝1.5m、Φ25、＠1.0m；拱、墻部位噴厚230mm、仰拱部位噴厚100mm的C25混凝土。在每層格柵鋼架拱腳處，兩側(cè)各打設(shè)2根L＝5.0m、Φ50×4mm的鎖腳錨管（共3×2×2根），鎖腳錨管下插15°～20°，打設(shè)后立即注漿，并與格柵鋼架拱腳焊接牢固，壓注1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa。

為減少隧道開(kāi)挖時(shí)對(duì)四周圍巖的震動(dòng)，開(kāi)挖進(jìn)尺控制為1.0m。開(kāi)挖時(shí)盡量使用土方機(jī)械，必要時(shí)進(jìn)行控制爆破。

中層、下層臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)分左、右交替進(jìn)行，臺(tái)階寬度約2.0m，左、右臺(tái)階滯后6.0～8.0m。分部開(kāi)挖以后，立即對(duì)掌子面和開(kāi)挖面噴射50mm厚的C25混凝土進(jìn)行封閉，隨后立即施做初期支護(hù)。在合理安排的情況下，盡量縮短仰拱、二襯的施做距離，使隧道盡早封閉成環(huán)。

3.3 上跨既有輸水洞段隧道的控制爆破

上跨既有輸水洞段隧道開(kāi)挖時(shí)采用常規(guī)的方法進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)。采用楔形掏槽眼掏槽，周邊眼按光面爆破設(shè)計(jì)，按掏槽眼→輔助眼→掘進(jìn)眼→周邊眼→托底眼的順序起爆，使用毫秒雷管將每一響起爆的藥量嚴(yán)格控制在滿足“爆破震動(dòng)安全允許距離”要求的范圍以內(nèi)。

用隧道底部至輸水洞頂部的12.32m作為爆破震動(dòng)安全允許距離，用參考文獻(xiàn)[2]p58的（13-1）公式反算出安全的起爆藥量。

經(jīng)反算：Qmax=R3×（Vkp/K）3/a..

式中： Qmax：最大一響爆破炸藥用量（kg）；

R：爆破震動(dòng)安全距離（m），本工程取12.32m；

Vkp：安全速度（cm/s），輸水洞為混凝土結(jié)構(gòu)，取V=10cm/s；

K：地質(zhì)影響系數(shù)。硬巖50~150，中等巖150~250，軟巖250~350。本工程取150；

a：衰減系數(shù)。硬巖1.3~1.5，中等巖1.5~1.8，軟巖1.8~2.0。本工程取1.5。

Qmax=（12.32）3×（10/150）3/1.5= 1870×（0.07）2=9.20kg。

爆破使用即發(fā)電雷管以及2段、4段、6段、8段、10段、12段 、14段等毫秒雷管進(jìn)行分段起爆，爆破設(shè)計(jì)時(shí)每段的起爆藥量必須控制在9.20kg以內(nèi)。

3.4 對(duì)輸水洞的監(jiān)控量測(cè)

3.4.1 監(jiān)控量測(cè)內(nèi)容

（1）對(duì)輸水洞的拱頂位移和拱腳收斂進(jìn)行觀測(cè)。在輸水洞與新建隧道交叉點(diǎn)向兩側(cè)各 20m的范圍內(nèi)，每5m布置一個(gè)觀測(cè)斷面，每個(gè)觀測(cè)斷面上在拱頂（中線處）和拱腳處共布置3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，隧道在 DK369+047.980～DK369+087.980范圍內(nèi)施工時(shí)，每天進(jìn)行一次觀測(cè)，記錄拱頂下沉和拱腳收斂數(shù)據(jù)。

（2）對(duì)既有襯砌裂縫的寬度、長(zhǎng)度進(jìn)行觀測(cè)，記錄其變化情況。

（3）觀察襯砌混凝土表面有無(wú)新的開(kāi)裂、掉塊現(xiàn)象。

3.4.2 監(jiān)控量測(cè)的實(shí)施

監(jiān)控量測(cè)工作由三方人員組成：

輸水洞產(chǎn)權(quán)單位一人，除了參與和對(duì)監(jiān)控量測(cè)工作進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)督以外，負(fù)責(zé)每天觀測(cè)時(shí)的斷水等聯(lián)系工作。

從寧德市交通局聘請(qǐng)一位工程技術(shù)人員作為第三方，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、參與成果分析。

我方派出工程技術(shù)人員參與監(jiān)控量測(cè)工作，參與成果分析，提供測(cè)量人員、監(jiān)測(cè)儀器（一臺(tái)全站儀、一臺(tái)隧道凈空收斂?jī)x及其它配套設(shè)施）、照明設(shè)備等。

現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)情況和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由三方共同分析和處理，每天向各方報(bào)告，最后提出監(jiān)測(cè)成果，上報(bào)有關(guān)各方。

3.4.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)控量測(cè)工作的最后結(jié)果是輸水洞在隧道施工過(guò)程中沒(méi)有受到實(shí)質(zhì)性的損害，隧道施工對(duì)輸水洞的現(xiàn)狀影響不大，隧道施工以后輸水洞的使用功能沒(méi)有發(fā)生變化。

（1）輸水洞的拱頂位移和拱腳收斂不大，平時(shí)在0～1mm之間反彈，最終結(jié)果是：累積拱頂最大下沉為+3.2mm（第5棑斷面），累積拱腳最大收斂值為－2.1mm（第4、5、6棑斷面）。（2）襯砌混凝土表面沒(méi)有出現(xiàn)新的開(kāi)裂，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)混凝土脫落、掉塊等現(xiàn)象。（3）原有的兩條裂縫寬度沒(méi)有變化，長(zhǎng)度分別增長(zhǎng)了16mm和21mm。

4 結(jié)語(yǔ)

九都隧道上跨既有輸水洞段施工過(guò)程中，由于采取了一系列綜合施工措施，尤其是使用多段毫秒雷管起爆，控制每一響爆炸的用藥量，大大減小了爆破對(duì)既有輸水洞圍巖的震動(dòng)，成功地完成了這段隧道的施工任務(wù)，對(duì)既有輸水洞沒(méi)有產(chǎn)生任何破壞，拱頂位移和拱腳收斂數(shù)值不大，均在允許的范圍之內(nèi)。這次施工消除了輸水洞產(chǎn)權(quán)單位的擔(dān)心，取得了良好的社會(huì)效益，并為新建隧道上跨既有建筑物施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]TZ204-2008.鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[s].北京:中國(guó)鐵道出版社,2008

[2]GB6722-2011.爆破安全規(guī)程[s].北京:中國(guó)冶金工業(yè)出版社,2011

Controlling Technology of Construction of New Tunnels Crossing an Existed Water-Transporting Culvert

WANG Xiu-li
(No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 19th Bureau Group Co. Ltd Liaoyang Liaoning 110136 China)

This paper introduced the project of bid section QNFJZQ-4 in the newly-built Quzhou-Ningde Railway (Fujian Section) where Jiudu Tunnel needs to cross over an existed water-transporting culvert. Many construction methods were adopted. Particularly, segmented blasting of millisecond detonators with a controlled dosage of explosives greatly reduced shock of explosion to surrounding rock of culvert, so as to guarantee the safety of water-transporting culvert, and then successfully finished construction of such a part of tunnel.

tunneling; controlled explosion in construction millisecond detonator segmented blasting

A

1673-1816(2017)01-0016-05

2016-03-19

王秀利（1980-），女，工程師，研究方向土木工程。