鄰近營業(yè)線安家莊隧道施工難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

周杰 劉鳳超 楊凡杰

摘 要：臨既有隧道的新建隧道施工，會(huì)對(duì)對(duì)既有隧道穩(wěn)定性造成影響。山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道緊鄰肖家洼鐵路隧道和瓦日鐵路隧道，新建安家莊隧道的開挖對(duì)兩側(cè)既有隧道的安全性構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。本文結(jié)合新建隧道的工程特點(diǎn)，首先分析了新建隧道的施工難點(diǎn)和重點(diǎn)。然后，采用經(jīng)驗(yàn)法評(píng)估方法，分析了新建安家莊隧道對(duì)既有隧道的安全性影響，并給出了相應(yīng)的施工建議，為保障新建隧道的施工安全提供了支撐。研究成果為我國超小凈距隧道的施工積累了經(jīng)驗(yàn)，具有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：新建隧道；既有隧道；施工難點(diǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

中圖分類號(hào)：U455.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）05-0093-03

近年來，隨著鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，鐵路隧道也越來越多。而限于地形地質(zhì)條件及建設(shè)成本等因素，不少新建隧道緊鄰既有隧道施工。當(dāng)新建隧道與既有隧道間距較小時(shí)，新建隧道的施工會(huì)影響既有隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及受力情況，導(dǎo)致新建隧道的施工難度及工程風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[1-3]。為降低臨既有隧道時(shí)新建隧道的工程施工風(fēng)險(xiǎn)，大量學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。如王靈鐘[4]基于陳家灣隧道施工中遇到的難點(diǎn)及施工應(yīng)對(duì)技術(shù)，研究了臨近既有線高邊坡明挖爆破施工技術(shù)及淺埋偏壓下進(jìn)洞施工技術(shù)；高生苗[5]以石錦隧道和新蝙蝠嶺隧道為例，研究了銑挖法施工在臨既有線隧道中新建隧道施工的適用性；王起才和展宏躍[6]采用數(shù)值計(jì)算方法，研究了近接淺埋、偏壓黃土隧道洞口段支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性及既有隧道的安全性；毛志勇[7]依據(jù)寶蘭客專興仁隧道，分析了臨近既有線淺埋偏壓黃土隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)要點(diǎn)。

山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于呂梁山西坡黃土梁茆區(qū)，全長367m。安家莊隧道位于肖家洼鐵路和瓦日鐵路線路中間，其中，離瓦日鐵路隧道最近處為19.7m，離肖家洼鐵路隧道最近處僅1.1m，安家莊隧道的開挖對(duì)兩側(cè)既有隧道的安全性構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。本文結(jié)合新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道，根據(jù)該新建鐵路隧道與既有隧道的位置關(guān)系，對(duì)新建隧道的施工難點(diǎn)進(jìn)行分析研究，并基于經(jīng)驗(yàn)法評(píng)估了既有隧道的安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程介紹

新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于山西省呂梁山西坡黃土梁茆區(qū)，該隧道為單線隧道，隧道進(jìn)口里程為D12K0+570，出口里程D12K0+937，全長367m。其中間有一段42m的明洞將隧道分成三段，第一段D12K0+570～D12K0+697為暗洞段，長127m；第二段D12K0+697～D12K0+739為明洞段，長42m；第三段D12K0+739～D12K0+937暗洞段，長198m。

新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于瓦日鐵路和肖家洼煤礦鐵路專用線中間，左側(cè)為瓦日鐵路，右側(cè)為肖家洼鐵路。安家莊隧道進(jìn)洞口施工鄰近瓦日鐵路和肖家洼鐵路，對(duì)應(yīng)瓦日鐵路里程K29+610，對(duì)應(yīng)肖家洼里程為K0+695。安家莊隧道進(jìn)口采用翼墻式洞門，洞門結(jié)構(gòu)與肖家洼專用線隧道洞門順接。新建隧道D12K0+570～D12K0+670段與肖家洼鐵路專用線隧道K0+595～K0+695段近接，近接段設(shè)置一排直徑1.0m，長20m隔離樁，共38根。D12K0+697～D12K0+739段明洞鄰近瓦日鐵路，對(duì)應(yīng)瓦日鐵路里程為K29+500～K29+545。明洞段采用鉆孔樁基礎(chǔ)、片石混凝土擋墻對(duì)瓦日鐵路進(jìn)行防護(hù)，隧道內(nèi)基底處理采用水泥土擠密樁。鉆孔樁樁長10米共計(jì)14根；水泥土擠密樁共6720米，樁長5～10m（如圖1所示）。

1.2 工程地質(zhì)情況

（1）地形地貌。新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于山西省呂梁市興縣境內(nèi)，地貌屬黃土高原的低山區(qū)，地勢總體由東向西傾斜，隧道洞身范圍內(nèi)以第四系上更新統(tǒng)黃土和第三系粉質(zhì)黏土。由于受長期地表水沖刷和切割作用，溝壑發(fā)育，溝壁陡立，其局部發(fā)育滑坡、黃土溜坍不良地質(zhì)。工程區(qū)地處山西臺(tái)背斜西部呂梁山斷裂隆起與鄂爾多斯臺(tái)向斜的陜北坳陷接壤部，控制沿線的構(gòu)造型式主要為山西經(jīng)向構(gòu)造體系的黃河?xùn)|岸-呂梁山西坡南北向撓褶帶。構(gòu)造形跡多數(shù)微弱，構(gòu)造簡單，地層總體為單斜構(gòu)造，向西及西北緩緩傾斜。

（2）地層巖性。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘探揭示，隧道處地層分布較為簡單，上部為第四系上更新統(tǒng)坡風(fēng)積砂質(zhì)黃土，下部為第三系上新統(tǒng)粉質(zhì)黏土。其中，砂質(zhì)黃土特征為，褐黃色，稍濕，稍密，結(jié)構(gòu)松散，具有針狀孔隙，土質(zhì)較均勻，以粉粒為主，遇水易崩解，具濕陷性，主要位于隧道洞頂及洞頂以上部位，為II級(jí)普通土；粉質(zhì)黏土特征為，褐黃-紅褐色，堅(jiān)硬-硬塑，以粘粒為主，土質(zhì)不均勻，含姜石，間夾鈣質(zhì)膠結(jié)層及黏土薄層，具有膨脹性，主要分布于隧道洞身及路肩以下，為III級(jí)硬土。

（3）水文地質(zhì)條件?？辈煦@孔內(nèi)未見地下水，根據(jù)搜集資料及肖家洼隧道施工情況，在砂質(zhì)黃土與粉質(zhì)黏土層接觸部位，局部有少量地下水滲漏，屬上層滯水，水量不大，由大氣降水補(bǔ)給。地下水有可能局部軟化隧道圍巖，降低其穩(wěn)定性，對(duì)隧道有一定影響。

2 工程施工難點(diǎn)和重點(diǎn)

2.1 工程難點(diǎn)

由于安家莊隧道進(jìn)洞口施工鄰近瓦日鐵路和肖家洼鐵路，隧道進(jìn)口采用翼墻式洞門，洞門結(jié)構(gòu)與肖家洼專用線隧道洞門順接，結(jié)合該隧道的工程特點(diǎn)及施工經(jīng)驗(yàn)，該隧道主要有存在如下幾個(gè)施工難點(diǎn)：

（1）新舊隧道近接：新建安家莊隧道與肖家洼鐵路專用線隧道靠得太近，如何保證新建隧道在施工過程中不構(gòu)成對(duì)肖家洼既有隧道影響，是本項(xiàng)工程的最大難點(diǎn)。

（2）鄰近運(yùn)營線：安家莊隧道D12K0+570處洞口施工及D12K0+697～D12K0+739段明洞施工鄰近瓦日鐵路；新建隧道進(jìn)口洞門與既有肖家洼隧道洞門相連，施工難度較大。

2.2 工程重點(diǎn)

由于新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道與瓦日鐵路和肖家洼煤礦鐵路均相距較近，施工存在一定難度。因此，在施工過程中應(yīng)注意以下幾個(gè)重點(diǎn)問題：

（1）隔離樁施工：安家莊隧道D12K0+570～D12K0+670段與肖家洼鐵路專用線近接，工程設(shè)計(jì)在新建隧道和肖家洼鐵路隧道之間設(shè)置一排隔離樁，樁徑1.0m，長20m，共38根。為確保既有隧道的安全，隔離樁未施做，不得進(jìn)行該段落暗洞開挖。因此，隔離樁施工是本項(xiàng)工程的重點(diǎn)之一。

（2）監(jiān)控量測：安家莊隧道與既有肖家洼鐵路近接，需對(duì)既有和新建隧道進(jìn)行監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，確保施工安全。因此，監(jiān)控量測工作是本項(xiàng)工程的又一重點(diǎn)。

（3）做好監(jiān)控量測的配合工作，確保行車安全和監(jiān)控量測工作的順利進(jìn)行。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了確保新安家莊隧道的施工安全，此處根據(jù)日本的《接近既有隧道施工對(duì)策指南》[8]中關(guān)于隧道接近度的劃分，對(duì)新舊隧道的相對(duì)位置關(guān)系進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的既有隧道受影響范圍，利用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)既有鐵路隧道的安全性進(jìn)行了評(píng)估。

3.1 既有鐵路隧道受影響范圍

根據(jù)新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道與既有肖家洼煤礦鐵路專用線隧道和既有瓦日鐵路隧道的位置關(guān)系，并結(jié)合新舊隧道并列的接近度劃分，最終確定了既有鐵路隧道受影響的范圍。

（1）按照新舊隧道并列的接近度劃分標(biāo)準(zhǔn)（表1）可知，既有隧道受影響范圍如下：①既有肖家洼煤礦鐵路專用線隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻9.5m，需要注意范圍為距隧道左邊墻9.5m～23.8m，其余是為條件范圍。②既有瓦日鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻13.4m，需要注意范圍為距隧道左邊墻13.4m～33.5m，其余是為條件范圍。

（2）按照隧道側(cè)面開挖的接近度劃分標(biāo)準(zhǔn)（表2）可知，既有隧道受影響范圍如下：①既有肖家洼鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻9.5m，需要注意范圍為距隧道左邊墻9.5m～19.0m，其余是為條件范圍。②既有瓦日鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻13.4m，需要注意范圍為距隧道左邊墻13.4m～26.8m，其余是為條件范圍。

3.2 經(jīng)驗(yàn)評(píng)估意見

確定既有鐵路隧道受影響范圍后，結(jié)合工程特點(diǎn)和現(xiàn)場情況，分別對(duì)新建安家莊隧道對(duì)既有肖家洼鐵路隧道的安全性影響和對(duì)既有瓦日鐵路隧道洞安全性影響進(jìn)行了評(píng)估，并給出了評(píng)估意見。

（1）新建安家莊隧道對(duì)既有肖家洼鐵路隧道的安全性影響評(píng)估意見：①新建安家莊隧道進(jìn)口D12K0+570直至D12K0+650處（共計(jì)80m），兩隧道間距從1.1m逐漸增大至10.1m，處于新舊隧道并列接近度限制范圍，施工時(shí)必須采取相應(yīng)措施在兩隧道近接處加強(qiáng)支護(hù)，并加強(qiáng)對(duì)既有和新建隧道的監(jiān)控量測，保證既有隧道不產(chǎn)生過大的變形，確保其安全性。②新建安家莊隧道D12K0+650～D12K0+715段（共計(jì)65m），兩隧道間距從10.1m逐漸增大至18.5m，處于新舊隧道并列接近度需要注意范圍，施工時(shí)也應(yīng)在兩隧道近接處加強(qiáng)支護(hù)，并加強(qiáng)對(duì)既有和新建隧道的監(jiān)控量測，以保證既有隧道安全。③當(dāng)新舊隧道間隔距離增大至23.8m以上時(shí)，處于新舊隧道并列接近度無條件范圍，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及相應(yīng)規(guī)程可知，新建安家莊隧道不會(huì)對(duì)既有肖家洼路隧道產(chǎn)生影響。但施工過程期間，仍需配合鐵路部門相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)既有隧道進(jìn)行檢查和巡視，確保鐵路運(yùn)營安全可靠。

（2）新建安家莊隧道對(duì)既有瓦日鐵路隧道安全性影響評(píng)估意見：新建安家莊隧道與既有在瓦日鐵路隧道基本平行，間隔距離從新建隧道D12K0+585處的19.7m（l.5D）逐漸增大至D12K0+685處的30.0m（2.2D），處于新舊隧道并列接近度需要注意范圍，施工時(shí)仍需在兩隧道近接處加強(qiáng)支護(hù)，并加強(qiáng)對(duì)既有和新建隧道的監(jiān)控量測，以保證既有隧道安全。

4 結(jié)語

山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道緊鄰肖家洼鐵路隧道和瓦日鐵路隧道，新建安家莊隧道的開挖對(duì)兩側(cè)既有隧道的安全性構(gòu)成了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。針對(duì)該工程問題，本文結(jié)合新建安家莊隧道的工程特點(diǎn)，首先分析了新建安家莊隧道的施工難點(diǎn)和重點(diǎn)。然后，根據(jù)該新建鐵路隧道與既有隧道的位置關(guān)系，采用經(jīng)驗(yàn)法評(píng)估方法，分析了新建安家莊隧道對(duì)既有隧道的安全性影響，并給出了相應(yīng)的施工建議，為保障新建隧道的施工安全提供了支撐。

鑒于我國在臨既有線隧道時(shí)新建隧道施工安全方面的研究還不充分，本文通過研究新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道施工對(duì)既有隧道的影響，為超小凈距隧道的施工積累了經(jīng)驗(yàn)，具有一定指導(dǎo)意義。

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