淺析下穿鐵路營業(yè)線隧道施工工藝要點(diǎn)

范 忠 明

(南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 南京　210000)

0　引言

在下穿鐵路營業(yè)線的隧道開挖施工中，由于隧道上地層較淺，開挖中地層應(yīng)力變化，隧道圍巖將產(chǎn)生變形，如果開挖方法和加固措施不當(dāng)，圍巖和地表會(huì)產(chǎn)生較大的塑性變形和裂縫，施工過程中極易發(fā)生坍塌等安全事故，將引起開挖隧道施工安全和下穿營業(yè)線隧道的運(yùn)營安全。為防止在開挖隧道施工中產(chǎn)生裂縫、坍塌和營業(yè)線隧道不下沉、開裂。本文結(jié)合廣通4號隧道的實(shí)際開挖施工方法，介紹了在下穿鐵路營業(yè)線的隧道開挖施工中，采用超前注漿加固開挖，超前小導(dǎo)管、管棚施工進(jìn)行預(yù)先加固開挖施工工藝，并通過控制爆破開挖，有效的解決了隧道變形、裂縫和坍塌等難題，保證了施工和下穿營業(yè)線隧道構(gòu)筑物安全。

1　工程概況

廣通至大理線改造工程中，廣通4號隧道全長5 690 m,為本標(biāo)段最長隧道，隧道最大埋深約250 m，隧道進(jìn)口里程D4K6+115，出口里程D4K11+805，隧道于D4K11+400處下穿既有廣大鐵路塔腳二號隧道K12+350處,隧道拱頂距既有隧底約21.738 m。既有廣大鐵路塔腳二號隧道為單線隧道，隧道全長178 m,隧道位于曲線上。K12+350處設(shè)計(jì)圍巖為Ⅲ級圍巖，隧道鋪底為C15混凝土，鋪底厚度為20 cm。

廣通4號隧道于2013年開工建設(shè)，采用進(jìn)口、出口、斜井3個(gè)作業(yè)面同時(shí)掘進(jìn)施工，使用超前注漿加固開挖，超前小導(dǎo)管、管棚施工進(jìn)行預(yù)先加固開挖施工工藝，有效解決了隧道淺埋、地質(zhì)較差、下穿隧道等施工難題，下穿隧道施工中，下穿觀測范圍內(nèi)，既有線所有沉降觀測點(diǎn)均無沉降值，既有線邊墻穩(wěn)定，下穿期間未對既有隧道造成不良影響。工程由中鐵一局五公司承建施工。

2　隧道開挖施工工藝

2.1　地質(zhì)預(yù)報(bào)

及時(shí)預(yù)報(bào)隧道地質(zhì)情況，掌握和判斷開挖工作面前方一定距離內(nèi)的開挖圍巖的位置、寬度，由此判斷圍巖級別、地下水情況和對隧道施工的影響，為在施工中調(diào)整施工方案和措施提供可靠的參數(shù)，減少施工中的盲目性，保證隧道在安全條件下實(shí)現(xiàn)快速施工、減小風(fēng)險(xiǎn)的有效措施。項(xiàng)目部根據(jù)廣通4號隧道地質(zhì)特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，采用以水平鉆探為主的綜合方法，分別采用掌子面地質(zhì)素描、紅外探測、地質(zhì)雷達(dá)和超前水平鉆孔等方法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

2.2　洞身開挖及支護(hù)

2.2.1超前注漿加固施工

隧道洞身開挖時(shí)，通過超前注漿對破碎圍巖進(jìn)行加固，利用漿液把圍巖周圍的裂縫充實(shí)并膠結(jié)起來，可以改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性和自承能力、降低支護(hù)成本、提高支護(hù)效果。注漿范圍為開挖輪廓線外擴(kuò)5 m及開挖輪廓線內(nèi)。每開挖25 m，循環(huán)注漿一次，長度為30 m，保留5 m注漿巖盤，設(shè)置混凝土止?jié){墻。

2.2.2超前洞內(nèi)管棚施工

超前洞內(nèi)管棚是在開挖工作面的上半斷面的周邊，采用φ89×5 mm熱軋無縫鋼管在開挖洞內(nèi)設(shè)置管棚，管棚環(huán)向間距20 cm，節(jié)長4 mm，外插角不大于12°，長度18 m,縱向間距650 cm，注漿壓力0.5 MPa～2.0 MPa,水泥漿液水灰比為1∶1。在臨時(shí)管棚的防護(hù)下，為安全開挖預(yù)先增強(qiáng)了地層支承力。

2.2.3超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管是穩(wěn)定開挖工作面的一種有效施工方法。在軟弱施工中，設(shè)置超前小導(dǎo)管對松散巖層起到加固作用，注漿后加強(qiáng)了軟弱、松散圍巖的穩(wěn)定，有利于圍巖的初期支護(hù)開挖。

1)小導(dǎo)管制作。

小導(dǎo)管采用φ42×3.5 mm的無縫鋼管，小導(dǎo)管每根長度根據(jù)設(shè)計(jì)值確定。小導(dǎo)管前端10 cm加工成尖錐型，管身每隔10 cm～20 cm鉆孔徑6 mm～8 mm的注漿小孔，并沿管身呈梅花形均勻布置，導(dǎo)管尾端設(shè)止?jié){段長度不小于30 cm。

2)小導(dǎo)管超前設(shè)置要求。

在開挖洞頂拱部范圍內(nèi)，進(jìn)行小導(dǎo)管超前設(shè)置，小導(dǎo)管插入軟弱圍巖的角度按向外10°～15°角控制。

3)小導(dǎo)管超前施工方法。

小導(dǎo)管超前設(shè)置時(shí)，應(yīng)先在工作面上噴射5 cm～10 cm的濕噴混凝土，按設(shè)計(jì)范圍，間距準(zhǔn)確地定出管口位置。然后采用YT-28風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，用高壓風(fēng)將孔眼內(nèi)的碎屑、粉塵吹掃干凈，用錘將小導(dǎo)管插打入圍巖，小導(dǎo)管插入圍巖的長度不能小于小導(dǎo)管管長的90%。

4)超前小導(dǎo)管注漿方法。

超前小導(dǎo)管注漿時(shí)，先進(jìn)行初壓注漿，然后進(jìn)行終壓注漿，并在終壓下持荷保持1 min～2 min，然后卸去荷載，以保證注漿數(shù)量和漿液能擴(kuò)散到圍巖設(shè)計(jì)要求半徑達(dá)到的深度。注漿順序孔位應(yīng)由低到高，每隔一孔循環(huán)進(jìn)行注漿。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿終壓并穩(wěn)定10 min～15 min，注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的80%以上時(shí)，可結(jié)束該孔注漿。

2.3　下穿既有線特殊地段開挖

2.3.1開挖方式及方法

下穿段根據(jù)圍巖采用臺(tái)階法、三臺(tái)階法開挖，采取光面爆破，掏槽形式為垂直楔形掏槽，周邊眼采用間隔裝藥，嚴(yán)格控制爆破量。

2.3.2鉆爆設(shè)計(jì)計(jì)算

1)單段最大裝藥量計(jì)算。

該隧道拱頂距既有隧道仰拱距離，預(yù)計(jì)隧道爆破振動(dòng)對既有營業(yè)線隧道的影響較大，為了保證營業(yè)線隧道的安全運(yùn)營，應(yīng)通過控制單段總藥量的方法控制振動(dòng)速度。因此，采用控制爆破振速限值下來估算掏槽最大段裝藥量。根據(jù)規(guī)范、查閱資料，該處主要構(gòu)筑物為既有隧道，查表可得：建筑物安全振速為50 mm/s，堅(jiān)固混凝土建筑物振速臨界值不大于200 mm/s，因此隧道控制爆破振速取50 mm/s相對安全，也有足夠的安全系數(shù)。

2)控制爆破試驗(yàn)段施工。

下穿段施工時(shí),先進(jìn)行控制爆破試驗(yàn),選取3 cm/s，5 cm/s的爆破振速計(jì)算單段最大裝藥量進(jìn)行試驗(yàn)，并實(shí)測既有隧道的爆破振速，測量既有隧道的沉降和位移，根據(jù)測量爆破振速和觀測沉降、位移情況確定選擇爆破振速，確定單段最大裝藥量。

2.3.3鉆爆作業(yè)施工程序

1)鉆孔作業(yè)。

準(zhǔn)備工作，用全站儀定出隧道中線，水準(zhǔn)儀抄平定出軌面線，進(jìn)而用紅油漆畫出開挖輪廓線。

隧道半斷面開孔采用10臺(tái)～12臺(tái)YT-28型手持式鑿巖機(jī)作業(yè)，孔徑42 mm。在鉆孔時(shí)，要求施工人員要保證鉆孔的方向、角度和深度，做到鉆孔位置準(zhǔn)確，嚴(yán)格按照鉆孔爆破設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

鉆眼要求，周邊眼是光爆的關(guān)鍵，其鉆孔偏斜誤差不超過10 cm，困難地段也不超過5 cm。周邊眼鉆孔位置應(yīng)定在輪廓線上，其他眼根據(jù)掌子面圍巖情況合理分布(60 cm～100 cm)。掏槽眼和周邊眼的鉆孔精度，開孔偏差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)。按照設(shè)計(jì)要求施鉆掏槽眼的位置、孔深和傾斜角度，眼底間距誤差和眼口間距誤差控制在5 cm以內(nèi)。輔助眼的位置、孔深、傾斜角度按照設(shè)計(jì)施工，眼口行距、排距誤差控制在10 cm以內(nèi)。周邊眼，應(yīng)由具有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的鉆工進(jìn)行鉆孔，要保證眼位有準(zhǔn)確的外插角，開孔位置在斷面輪廓線上，允許根據(jù)掌子面實(shí)際情況在輪廓線南邊調(diào)整其位置，開孔偏差應(yīng)控制在5 cm以內(nèi)。

2)裝填炸藥。

炮眼施鉆完成后，逐一將炮眼內(nèi)的石粉、水泥漿用高壓風(fēng)吹洗干凈，并認(rèn)真檢查炮眼位置、深度，炮眼達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，在炮眼內(nèi)填炸藥，裝填炸藥時(shí)，要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的炸藥量進(jìn)行裝填,不得亂裝填炸藥。采用乳化炸藥。炮棍用木棍、竹竿或塑料桿制作，直徑比炮孔小10 mm～20 mm，以便給出孔線(導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索)留有空隙，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞長度要求大于30 cm。

3)爆破作業(yè)。

炮眼裝藥操作完成后，在炸藥內(nèi)插入非電毫秒雷管，正向裝入眼孔內(nèi)，將各炮眼的導(dǎo)爆管引線用一把抓的方式把所有使用的導(dǎo)爆管引線連接好，連接線的尾線長度要求大于5 m長，要求采用同種秒段的導(dǎo)爆管，使用專用測試儀器進(jìn)行測試起爆網(wǎng)線路是否連接正確。爆破作業(yè)的起爆順序是先起爆掏槽眼，然后起爆輔助眼，最后起爆周邊眼。爆破作業(yè)后，及時(shí)對開挖斷面進(jìn)行檢查。

4)爆破安全防護(hù)措施。

爆破時(shí)間應(yīng)安排在利用列車間隙時(shí)間段。爆破前使全體職工明確爆破警戒范圍、警戒標(biāo)志和爆破發(fā)出信號的時(shí)間和方法。信號應(yīng)分三次：第一次為預(yù)先信號，第二次起爆信號，第三次解除警戒信號。爆破前必須同時(shí)發(fā)出明確起爆信號，使作業(yè)區(qū)、警戒危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)的人員全部撤離到安全地段。在現(xiàn)場安全警戒指揮領(lǐng)導(dǎo)下達(dá)起爆指令后，起爆員才能連接起爆長線到安全的地方預(yù)備起爆，在起爆員連續(xù)發(fā)出三聲起爆信號，安全警戒指揮員回復(fù)同意后方能起爆。

爆破作業(yè)時(shí)，爆破負(fù)責(zé)人必須指定三人，專門記錄響炮數(shù)目，其響炮數(shù)必須與裝炮數(shù)相符無誤時(shí)，從最后一響算起，經(jīng)15 min后才準(zhǔn)許人員進(jìn)入爆破點(diǎn)檢查，只有確定爆破安全后，經(jīng)爆破負(fù)責(zé)人同意方可進(jìn)入爆破地點(diǎn)。

3　結(jié)語

廣通4號隧道在下穿鐵路營業(yè)線的隧道開挖施工,應(yīng)用的管棚施工、超前小導(dǎo)管施工方法對圍巖進(jìn)行加固，采用超前注漿法加固開挖和控制爆破開挖施工工藝，施工技術(shù)可靠，增強(qiáng)了圍巖的自穩(wěn)能力，有效地控制了圍巖變形和營業(yè)線隧道沉降，施工中沒有發(fā)生坍塌、人員傷亡事故，減少了安全費(fèi)用。在施工中營業(yè)線隧道和隧道圍巖沒有出現(xiàn)變形、裂縫和下沉等情況，順利的通過了下穿營業(yè)線隧道段的施工，并縮短了施工工期，保證了隧道施工和下穿營業(yè)線隧道構(gòu)筑物安全。