超大斷面隧道下穿在建城軌關(guān)鍵施工技術(shù)

付什財(cái)

（中鐵十六局集團(tuán)路橋工程有限公司，北京 101500）

1 工程概況

大橫琴山一號(hào)隧道位于珠海市橫琴新區(qū)境內(nèi)，隧道進(jìn)洞口位于橫琴大道南側(cè)，交通較為便利，出洞口位于長(zhǎng)隆隧道上方。起訖里程為YK0+960～YK3+270/ZK0+960～ZK3+275,累計(jì)單洞長(zhǎng)4625m。

本隧道于右線YK1+245～YK1+285，左線ZK1+255～ZK1+295 大角度下穿珠機(jī)城際鐵路橫琴隧道，其左右線開(kāi)挖凈寬分別為21.71m 與24.16m，左右線開(kāi)挖凈高分別為13.87m 與14.81m，隧道與珠機(jī)城際鐵路的豎向凈距（隧道斷面外輪廓頂距珠機(jī)城軌斷面外輪廓底）分別為：左線4.38m，右線3.56m，（詳見(jiàn)平面關(guān)系圖）。

圖01 下穿珠機(jī)城際鐵路平面圖

圖02 下穿珠機(jī)城際鐵路隧道斷面圖

2 工程地質(zhì)情況

根椐地勘情況并結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行復(fù)核顯示下穿段左右線巖性為中風(fēng)化花崗巖，為Ⅲ、Ⅳ級(jí)。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部較完整，裂隙水不發(fā)育，圍巖自穩(wěn)能力一般，施工時(shí)應(yīng)注意做好支護(hù)措施，防止掉塊及局部坍塌。

3 施工的具體方案

根椐規(guī)范及設(shè)計(jì)并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行研究,為確保隧道下穿施工及后期運(yùn)營(yíng)的安全，總體方案采用本隧道先下穿施工，通過(guò)兩道加強(qiáng)支撐體系對(duì)洞身進(jìn)行加固,其一為加強(qiáng)超前支護(hù)，使用CRD 開(kāi)挖工法，短進(jìn)尺，弱爆破，減少對(duì)拱部圍巖的擾動(dòng)，及時(shí)施作加強(qiáng)的初期支護(hù)、仰拱、仰拱填充;

其二為加強(qiáng)二次襯砌，及時(shí)閉合成環(huán)；然后再進(jìn)行上部隧道上跨施工，同時(shí)與兄弟單位形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，對(duì)本隧道下穿段二襯拱部進(jìn)行爆破振速的監(jiān)控來(lái)指導(dǎo)上部隧道爆破開(kāi)挖施工，確保成形的結(jié)構(gòu)所受影響減到最低。

3.1 第一道加強(qiáng)支撐體系

3.1.1 超前支護(hù)加強(qiáng)

為了確保在開(kāi)挖時(shí)拱部圍巖的穩(wěn)定，需對(duì)超前支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，本下穿段落利用上一循環(huán)架立的鋼架在拱部120o范圍提前施作φ42 注漿小導(dǎo)管注漿小導(dǎo)管與φ76 洞身管棚（小導(dǎo)管長(zhǎng)4.5m，環(huán)向間距0.4m，外插角10o～14o，搭接長(zhǎng)度不小于1.0m；管棚長(zhǎng)10m，環(huán)向間距0.4m，外插角1o～3o，搭接長(zhǎng)度不小于3.0m），確保拱部覆土凝結(jié)成環(huán)向整體，增強(qiáng)其自穩(wěn)能力[1]。

3.1.2 開(kāi)挖方法優(yōu)化

拱部加強(qiáng)措施完成待達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行洞開(kāi)挖，結(jié)合各種因素，本段落統(tǒng)一采用CRD 開(kāi)挖工法，弱爆破，短臺(tái)階，嚴(yán)控循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度，同步施作隔振孔（起拱線以上布置環(huán)向隔震孔，隔震孔直徑為90mm，中心間距500mm，隔震孔內(nèi)置φ83 鋼管，管壁不開(kāi)花孔）,確保上部隧道施工時(shí)減少爆破振動(dòng)速率。

圖03 開(kāi)挖工法示意圖

圖04 隔振孔設(shè)置示意圖

(3)初期支護(hù)加強(qiáng)

每循環(huán)開(kāi)挖完成后，及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，支護(hù)采用φ25 漲殼錨桿（120×120cm，長(zhǎng)5m，另環(huán)向每5m 設(shè)置9m 長(zhǎng)的加強(qiáng)錨桿,由于兩隧道交叉部位凈距較小,拱部80°范圍內(nèi)不設(shè)錨桿，拱部100°范圍內(nèi)不設(shè)加強(qiáng)錨桿,所在的部位采用超前小導(dǎo)管與中管棚進(jìn)行加強(qiáng))、雙層鋼筋網(wǎng)（20×20cm）、I25a（60cm/榀）、C25 噴射砼（厚31cm）相結(jié)合進(jìn)行加強(qiáng),再次提高拱部覆土的整體性和自穩(wěn)能力[2]。

3.2 第二道支撐體系

仰拱、仰拱填充及矮邊墻按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行，施工過(guò)程中不做加強(qiáng)，

二次襯砌加固施工緊隨矮邊墻及防水施工工序完成后進(jìn)行，采用拱架結(jié)合原設(shè)計(jì)鋼筋進(jìn)行加固，拱架采用I20a，間距300cm，縱向連接采用10#槽鋼，間距300cm,拱部120o布置，施工中先安裝環(huán)形拱架，拱腳與矮邊墻預(yù)留鋼筋連接進(jìn)行固定，必要時(shí)可植筋加強(qiáng)固定，植筋采用Φ20 鋼筋、MT500 植筋膠，植筋深度5cm，同時(shí)采用10#槽鋼縱向連接使之成為一個(gè)整體，如下圖所示。

圖05 左右洞二襯加固拱架示意圖

二次襯砌加固體系完成后，緊接進(jìn)行二次襯砌鋼筋模板混凝土施工，最終形成加強(qiáng)的復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。

4 施工安全保證措施

在隧道下穿與上跨施工過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)下穿隧道拱頂位移過(guò)大、已成型結(jié)構(gòu)局部損傷等異常情況，為避免這些情況的發(fā)生，采取拱頂位移監(jiān)測(cè)、斷面空洞檢測(cè)、二襯結(jié)構(gòu)爆破振速監(jiān)測(cè)、建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制等措施，提前進(jìn)行預(yù)防與加強(qiáng)。

4.1 拱頂位移監(jiān)測(cè)

下穿段開(kāi)挖初支完成后及時(shí)對(duì)隧道拱頂下沉及凈空收斂進(jìn)行量測(cè)，采集數(shù)據(jù)后及時(shí)處理分析，結(jié)果及時(shí)反饋。當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常變化時(shí)，分析原因及時(shí)進(jìn)行處理與加固。

表01 下穿段拱頂下沉監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表（單位：mm）

圍巖穩(wěn)定性判斷可劃分為三個(gè)階段，即急劇變形、緩慢變形、基本穩(wěn)定三個(gè)階段，據(jù)初支暴露時(shí)間段的檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，圍巖趨于穩(wěn)定，加強(qiáng)的支護(hù)措施可靠[3]。

4.2 斷面空洞檢測(cè)

為確保隧道初支背后密實(shí)，使各部受力均勻傳遞，特采用SIR4000 型雙通道高速地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)下穿段初支進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)如有空洞等，及時(shí)進(jìn)行注漿回填。其檢測(cè)結(jié)果如下表所示。

表03 初支及背后填充密實(shí)情況雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果匯總表

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析，初支背后密實(shí)度良好，無(wú)空洞，各部受力能均勻傳遞。

4.3 二襯結(jié)構(gòu)爆破振速監(jiān)測(cè)

為使下穿隧道二襯結(jié)構(gòu)在上跨隧道爆破施工時(shí)所受影響最小，其上跨隧道開(kāi)挖工法由全斷面法修改為臺(tái)階法，短進(jìn)尺，弱爆破，減少對(duì)兩隧道夾層的擾動(dòng)，同時(shí)在下穿隧道二襯拱頂設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)爆破對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)與調(diào)整上跨隧道的爆破施工參數(shù)[4]。

表02 下穿段二襯結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)爆破振速測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，隨著爆破距離越遠(yuǎn)，交叉段基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)振動(dòng)速度就相對(duì)較小，在整個(gè)監(jiān)測(cè)周期內(nèi)，爆破振動(dòng)速度未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《爆破安全規(guī)程》規(guī)范中對(duì)“交通隧道低于15”安全允許振速要求。說(shuō)明珠機(jī)城軌掌子面開(kāi)挖爆破參數(shù)合理，對(duì)下部隧道基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響較小[5]。

4.4 建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制

施工前事先與兄弟單位建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制，分別以各自項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)，總工程師、工區(qū)主管為副組長(zhǎng)，部室負(fù)責(zé)人及現(xiàn)場(chǎng)管理人員等為成員的聯(lián)動(dòng)機(jī)制小組，于各自項(xiàng)目的隧道洞口設(shè)置聯(lián)動(dòng)辦公室，辦公室安排專人，并配備相應(yīng)的通訊設(shè)施，以便于指令及時(shí)上傳下達(dá)，各自現(xiàn)場(chǎng)施工情況互通有無(wú)，溝通協(xié)調(diào)解決所遇問(wèn)題形成聯(lián)動(dòng)。

4.5 區(qū)段警示與風(fēng)險(xiǎn)告之

項(xiàng)目部組織在ZK1+255/ZK1+295 與YK1+245/YK1+285 處設(shè)置警示標(biāo)志與安全注意事項(xiàng)，以便對(duì)過(guò)往車輛及作業(yè)人員形成警示；距交叉點(diǎn)前后30米處另外設(shè)置一道警示標(biāo)志作為緩沖，并標(biāo)明距危險(xiǎn)區(qū)域長(zhǎng)度、危險(xiǎn)范圍、時(shí)時(shí)更新各部作業(yè)情況、存在的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)該注意的安全事項(xiàng)，確保對(duì)作業(yè)人員與車輛起到持續(xù)警示作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

大橫琴山1#隧道超大斷面下穿在建隧道施工時(shí)，加強(qiáng)的超前小導(dǎo)管與中管棚封閉拱頂，洞身開(kāi)挖的CRD 工法，短進(jìn)尺，弱爆破；初期支護(hù)的加強(qiáng)長(zhǎng)錨桿、系統(tǒng)錨桿、雙層鋼筋網(wǎng)、I25a 鋼架、C25 噴射砼相結(jié)合的支護(hù)系統(tǒng)；通過(guò)以上措施，加強(qiáng)了下穿隧道拱部圍巖的穩(wěn)定性，提高了圍巖的整體性和自穩(wěn)能力；二次襯砌的I20a 加強(qiáng)拱架，提高了二次襯砌主體的支撐強(qiáng)度；同時(shí)通過(guò)監(jiān)控量測(cè)、爆破振速監(jiān)測(cè)、建立聯(lián)動(dòng)機(jī)制等有效措施來(lái)反復(fù)驗(yàn)證和指導(dǎo)施工；綜合以上措施，避免了在施工過(guò)程中拱部出現(xiàn)較大的豎向位移，使已成型的結(jié)構(gòu)在爆破施工中所受的影響減到最小，為類似工程施工提供了借鑒和參考。