緊鄰站場新建隧道口高邊坡無擾動開挖施工技術(shù)

摘要：傳統(tǒng)的鄰近既有線隧道施工，多是洞內(nèi)控爆施工配合爆區(qū)覆蓋防護，弊端甚多。隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，普通單線鐵路已經(jīng)不能滿足運輸需求，增建二線或擴能支線工程逐年增多，鄰近既有線的隧道施工頻繁出現(xiàn)。急需研究和實踐一套安全性更高，更全面的施工技術(shù)，來應對鄰近既有線施工，本文主要就這個問題進行了實踐探討，以期同行參考。

Abstract： The traditional tunnel construction adjacent to existing railway line is mostly inside tunnel explosion control construction with explosion zone coverage protection， which has many drawbacks. With the development of the economy in China， the ordinary single-track railway has been unable to meet the transportation demand. The construction of the second-line or capacity-enhanced branch line has increased year by year， and the construction of adjacent tunnels has frequently appeared. It is urgent to research and practice a set of safer and more comprehensive construction techniques to deal with the adjacent line construction. This paper mainly discusses this issue in practice， to provide reference to peers.

關(guān)鍵詞：新建隧道口;既有線隧道施工

Key words： new tunnel opening;tunnel construction adjacent to existing railway line

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）17-0105-03

1? 工程概況

1.1 工程簡介

新建紅豆埡隧道自川黔線趕水北站接軌，隧道線路左側(cè)傍車站既有高邊坡掘進。川黔線路為客貨兩用電氣化鐵路，為有砟軌道無縫線路。

隧道施工對趕水北站影響范圍K110+860～K110+780為洞口ZD1K0+525～ZD1K0+605段共80m暗洞開挖，其中前30m為雙線隧道，后50m為單線隧道。隧道中線距離川黔線股道中心40m～120m。既有高邊坡緊川黔線正線，邊坡坡比1：0.25，垂直高度平均在20～30m，坡腳距離牽2線4m，距離川黔正線中心8m，接觸網(wǎng)一側(cè)沿邊坡布設，與坡腳距離2m。

雖然既有高邊坡局部地段已有嵌補措施，但嵌補以上仍多為倒懸石巖塊，而且植被茂密，圍巖破碎，地表水發(fā)育，隧道從其側(cè)掘進直接影響既有邊坡的穩(wěn)定，滾石滑落可能造成嚴重的鐵路運營安全事故。

1.2 工程特點

傳統(tǒng)的鄰近既有線隧道施工，多是洞內(nèi)控爆施工配合爆區(qū)覆蓋防護，一方面會產(chǎn)生巨大沖擊波、大量粉塵，造成洞內(nèi)空氣污濁，生產(chǎn)性粉塵職業(yè)病防治難度增加，洞口飛石和山體擾動可能危及鐵路安全及既有邊坡的穩(wěn)定;另一方面盡管現(xiàn)代及邊緣科學的不斷發(fā)展與實踐，控制爆破技術(shù)已得到了廣泛的應用，但是控爆施工的震蕩、沖擊、飛石等對周圍造成的威脅并沒有消除，尤其在鄰近既有線路和構(gòu)造物施工中。

控爆施工受到嚴格的鐵路審批手續(xù)和“要點”施工監(jiān)管的制約，面對工期的壓力和施工人員無法正常連續(xù)性開展施工造成的窩工狀態(tài)。必須要研究一套適用該施工環(huán)境的施工技術(shù)，盡可能滿足工期要求，預防鐵路事故的發(fā)生，減少施工制約，有效預防和降低職業(yè)病的發(fā)生率，避免對周圍居民因震蕩造成房屋開裂和擾民。

1.3 工程難點

隧道暗洞掘進施工難點體現(xiàn)在四個必須上，首先，必須將既有邊坡對緊鄰的線路威脅采用可靠的安全措施加以防護;其次，暗洞施工必須減少甚至杜絕對既有邊坡的擾動;然后，必須解決施工制約，確保連續(xù)施工，能滿足工期要求和人機料環(huán)法的合理調(diào)配;最后，必須建立起一套立體式外部防護結(jié)合洞內(nèi)消除擾動的施工技術(shù)，并很好的運用到現(xiàn)場，實現(xiàn)緊鄰既有線和既有邊坡無事故，高質(zhì)量，快速無擾動掘進，又經(jīng)濟的目標。

2? 總體施工技術(shù)方案

根據(jù)工程實際情況，采用“先防護，后施工”的原則。

2.1 防護工程

通過現(xiàn)場勘查邊坡實際地質(zhì)情況，劃分成被動防護和主動防護兩類。被動防護采用雙層排架結(jié)合緩沖溝方式預防滾石侵限;主動防護采用柔性防護網(wǎng)整體性的對破碎圍巖邊坡進行防護。

2.2 暗洞掘進施工

避免對臨近車站的設備的擾動，決定在洞口80m（雙線30m+單線50m）采用靜態(tài)爆破和液壓式分裂機施工。

2.2.1 液壓式分裂機施工

在洞口巖體風化嚴重、裂隙發(fā)育地段，施工完成大管棚后，采用液壓式分裂機對圍巖進行剝除施工。

2.2.2 靜態(tài)爆破施工

在洞內(nèi)圍巖相對較為完整地段，通過設計炮眼布設位置和實際試驗收集不同圍巖應該適用的孔距、藥量、溫度、時間等具體參數(shù)，進行靜態(tài)爆破施工。

3? 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 既有高邊坡排架結(jié)合柔性網(wǎng)防護施工技術(shù)

3.1.1 現(xiàn)場防排架施工技術(shù)措施確定

防護排架采用工字鋼和鋼管骨架，埋深0.5米，用砼或砌體加固基礎，搭設高度3m;排架內(nèi)側(cè)豎向密布竹排架，拉線上下兩排錯位布置，用緊線器拉緊。既有線一側(cè)排架要保證與既有線5m以上的距離，避免排架傾覆對既有線造成影響

抗傾覆計算：根據(jù)歷年氣象資料，考慮最大風力為15m/s，排架頂至地表面距離為4m，排架長10m，受風面50m2，整體受風力抵抗風載，在最不利風力下計算基礎的抗傾覆性。

3.1.2 陡峭破碎巖體高邊坡柔性防護網(wǎng)的施工技術(shù)措施確定

首先，坡面防護區(qū)域的浮土及浮石進行清除。確定錨桿孔位，孔位凹坑口徑20cm，深20cm。錨桿的鉆孔深度應比設計錨桿長度長5cm以上，孔徑不小于？準42;

然后，注漿并插入錨桿，錨桿外露環(huán)套頂端不能高出地表，漿液標號不低于M30，孔內(nèi)應確保漿液飽滿，注漿體養(yǎng)護不少于三天。錨桿錨固后抗拔力不小于50kN。邊坡巖層破碎、松散時，錨桿可加長。

接著，安裝縱橫向張拉繩，張拉緊后繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接，從上向下鋪掛鋼絲格柵，格柵間重疊寬度不小于5cm，縫合以及與張拉繩間用φ1.2鐵絲按1m間距進行扎結(jié)。從上向下鋪掛鋼絲繩網(wǎng)并封合，縫合繩兩端各用兩個繩卡與錨桿外露環(huán)套進行固定聯(lián)結(jié)。該預張拉工藝能使系統(tǒng)對坡面施以一定的法向預緊壓力，從而提高表層巖土體的穩(wěn)定性，盡可能地阻止崩塌落石的發(fā)生并將小部分落石限制在一定的空間內(nèi)運動。

3.1.3 防護排架和柔性網(wǎng)受力點控制

防排架施工關(guān)鍵是主骨架的穩(wěn)定，它是防落石沖擊的主要受力結(jié)構(gòu)，水平鋼管必須與其聯(lián)成一體，通過骨架基礎的控制即可實現(xiàn)骨架是否達到要求;柔性網(wǎng)施工關(guān)鍵部位在于錨桿的深度和注漿的效果，因為防護網(wǎng)掛設完成后，對山體滑落的石塊沖擊，錨桿穩(wěn)固是主要受力關(guān)鍵。通過拉拔試驗抽查可以控制其是否符合要求。

3.1.4 防護排架結(jié)合柔性網(wǎng)控制大邊坡落石成果

根據(jù)實際情況采取的排架與柔性網(wǎng)結(jié)合立體的防護措施，能有效的對滾石、落石進行攔截，本身的抗沖擊力與既有線安全距離符合要求，徹底杜絕了因自穩(wěn)力差和掘進施工對邊坡影響造成的滾石、落石上道的隱患，為隨后的隧道開挖樹立了一道安全可靠的屏障，成功的與開挖工作融為一個系統(tǒng)，保證了鐵路安全，為加快施工進度，減少鐵路部門對施工干擾提前鋪平了道路。

3.2 液壓分裂機系統(tǒng)施工技術(shù)

3.2.1 液壓分裂機系統(tǒng)組成與運作原理

該系統(tǒng)主要組成：液壓動力站、分裂機（控制閥、分裂缸、機頭和楔塊組）、液壓油管。

運作原理：在被分裂的物體上鉆一個特定直徑和深度的孔，將分裂機的楔塊組插入孔中，液壓動力站工作產(chǎn)生高壓，驅(qū)動分裂機楔塊組中的中間楔塊向前駛出，將反向楔塊向兩邊撐開，從而產(chǎn)生巨大的分裂力，將被分裂的物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部破壞并分裂開來，達到破碎巖石的目的。

3.2.2 液壓分裂機系統(tǒng)施工方法

主要是針對圍巖完整性差，沒有臨空面，不具備破碎劑施工條件的部位，在鉆孔完畢后采用液壓分裂機系統(tǒng)對開挖斷面進行分裂鑿除。使用長度為80cm分裂臂，動力站使用液壓油管與分裂機連接，將分裂臂插入事先鉆畢的孔道，每次開挖約50cm深度。液壓分裂機利用液壓力將孔道撐開，開挖的巖體會被分裂成許多小石塊，自然落到地上，直接用機械進行清除即可。液壓式分裂機在剝落較破碎的巖體同時，必須鑿出更多的臨空面，便于靜態(tài)爆破施工。

3.2.3 液壓分裂機系統(tǒng)技術(shù)成果

液壓分裂機系統(tǒng)施工很好的彌補了無擾動靜態(tài)爆破沒有臨空面就無法完成開挖的問題，并且也達到了無擾動、不產(chǎn)生生產(chǎn)性粉塵的效果，比傳統(tǒng)的破碎錘效率和精確度更高，能耗少，無振動噪音、不產(chǎn)生粉塵。液壓分裂機系統(tǒng)開挖作業(yè)，驗證了在鄰近既有邊坡和線路環(huán)境下完成施工任務安全質(zhì)量的可性。

3.3 無擾動靜態(tài)爆破施工技術(shù)

3.3.1 靜態(tài)破碎劑布孔設計參數(shù)表1、參數(shù)對比表2

3.3.2 無擾動靜態(tài)爆破施工方法

在隧道斷面事先合理布置鉆孔位置，將靜態(tài)爆破所需要的物品及機具運送至作業(yè)面。具備施工條件后開始鉆孔施工。隧道核心臺階和邊墻的開挖，鉆孔可采取垂直巖面向下或水平鉆孔，孔徑 準42～ 準50。

鉆孔完成后，裝藥或分裂機插入開挖前，必須對鉆孔進行清孔處理。孔內(nèi)無虛碴，保證孔深與孔徑符合要求，更好的使膨脹劑或分裂機施工發(fā)揮作用。

豎向鉆孔裝藥可在靜態(tài)破碎劑中加入22-32%（重量比）左右的水拌成流質(zhì)狀態(tài)（糊狀）后，迅速倒入孔內(nèi)并確保靜態(tài)破碎劑在孔內(nèi)處于密實狀態(tài)。施工條件允許可采用“由上到下，分層破碎”的施工方式，方便工人操作。水平鉆孔裝藥可用比鉆孔直徑略小的高強長纖維紙袋裝入藥劑，按一個操作循環(huán)所需要的藥卷數(shù)量，放入盆中，倒入清潔水完全浸泡，30～50秒左右藥卷充分濕潤，完全不冒氣泡時，取出藥卷從孔底開始逐條裝入并捅緊，密實地裝填到孔口。即“集中浸泡，充分浸透，逐條裝入，分別搗實”。也可將藥劑拌合后用灰漿泵壓入，孔口留五厘米用黃泥封堵保證水分藥劑不流出。

8小時后藥劑反應基本結(jié)束，裝藥過程中發(fā)現(xiàn)藥粉已開始發(fā)生化學反應（表現(xiàn)為發(fā)熱、冒氣、溫度急升）則不允許裝入孔內(nèi)。從藥劑加入拌合水到灌裝結(jié)束，過程時間不能超過5分鐘。

藥劑反應快慢和溫度有直接關(guān)系，溫度越高，反應時間越快，反之越慢。最佳溫度在5℃～30℃。藥劑反應過快易發(fā)生噴孔傷人事故，影響施工效果，增加成本。解決辦法，可在每小包破碎劑里面加2-3兩水泥，可以避免噴孔的發(fā)生。巖石開裂后，破碎錘或挖機即可對破碎的巖體進行開挖清除。

3.3.3 無擾動靜態(tài)爆破施工成果

無擾動靜態(tài)爆破洞身開挖，既不會產(chǎn)生振動也不會造成毒塵彌漫洞內(nèi)，一方面消除了擾動山體對既有線安全的影響，有效的降低了職業(yè)病的發(fā)生率;另一方面解決了“要點”施工的制約，保證了工序的連貫銜接，減少了對施工進度的影響。

4? 經(jīng)濟、社會效益

4.1 經(jīng)濟效益

應用本成果，運用防排架結(jié)合主動網(wǎng)防護與無擾動隧道掘進技術(shù)綜合系統(tǒng)，預防重大鐵路運營事故的發(fā)生，避免發(fā)生責任事故及停工損失;傳統(tǒng)爆破施工需向鐵路部門“要點”施工，每天只能爆破開挖一次，夜間禁止爆破作業(yè)，無法形成24h連續(xù)施工，逢節(jié)假日全天候不得施工，依據(jù)控制爆破與靜態(tài)爆破參數(shù)對比，經(jīng)測算節(jié)省費用：

以上合計直接節(jié)省費用10.7萬元，經(jīng)濟效益明顯。

4.2 社會效益

①本成果為紅豆埡隧道進口鄰近既有站場施工提供了技術(shù)支撐，確保了鐵路的運營安全，并按期完成了該段80m鄰近既有線監(jiān)管的施工任務，為后續(xù)的正常隧道開挖創(chuàng)造了有利條件。

②本施工技術(shù)成果為鄰近既有線隧道開挖建設積累了施工經(jīng)驗和技術(shù)參數(shù)，可供今后類似環(huán)境施工更廣泛的借鑒和使用。

5? 結(jié)論

采用防排架和柔性網(wǎng)防護可以提前保障施工的外圍安全，為開展正常的施工提供有力的條件，預防事故發(fā)生影響正常施工;在傍高邊坡隧道開挖又緊鄰既有鐵路的環(huán)境中采用無擾動靜態(tài)爆破進行開挖，即繼承了傳統(tǒng)的炸藥爆破的部分優(yōu)點，又剔除了傳統(tǒng)爆破開挖帶來的負面影響，大大降低了安全隱患和職業(yè)病發(fā)生率;液壓分裂機系統(tǒng)施工很好的彌補了無擾動靜態(tài)爆破沒有臨空面就無法完成開挖的問題，并且也達到了無擾動、不產(chǎn)生生產(chǎn)性粉塵的效果，比傳統(tǒng)的破碎錘效率和精確度更高，能耗少，無振動噪音、不產(chǎn)生粉塵。通過靜態(tài)爆破結(jié)合液壓分裂機系統(tǒng)立體式開挖作業(yè)，驗證了在傍高邊坡隧道開挖又緊鄰既有鐵路的施工環(huán)境下完成施工任務安全質(zhì)量的可靠性，為以后類似施工提供了可借鑒的經(jīng)驗和理論參考。

參考文獻：

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作者簡介：韓偉（1984-），男，安徽人，研究方向為橋梁、輕軌、市政。