淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工安全分析

楊佳明

（北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 100855）

0 引言

在區(qū)域間經(jīng)濟(jì)交流日益頻繁的情況下，鐵路路網(wǎng)密度也在不斷提高。新建城際鐵路線路下穿既有鐵路施工將越來越頻繁，如何安全穿越既有線，保證下穿過程既有線行車安全，將是隧道施工的重難點(diǎn)。淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工期間，面臨較多不確定風(fēng)險，通過采取恰當(dāng)措施降低施工風(fēng)險，不僅可以加快工程施工進(jìn)度，而且能夠提高工程施工質(zhì)量，保證新建和既有工程的運(yùn)營安全。

1 淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工難點(diǎn)及施工原則

1.1 施工難點(diǎn)

基于以往施工經(jīng)驗，淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工難點(diǎn)如下：

其一，施工空間狹小。相較于常規(guī)的淺埋暗挖隧道工程，既有鐵路施工時對于部分土層進(jìn)行了加固，從而使工程作業(yè)空間受到了進(jìn)一步壓縮，增加施工時的操作難度和安全管理難度，干擾工程施工活動有序進(jìn)行。

其二，施工煩瑣度較高。淺埋暗挖大跨隧道工程施工時，雖然對于土層的擾動較小，但依舊會對既有鐵路運(yùn)營產(chǎn)生影響。在施工時，需要靈活控制既有鐵路加固、地面交通運(yùn)營管理、土方卸載量等參數(shù)，控制管理工作總量較大，專業(yè)要求較高。

其三，不確定因素影響較大。施工時，容易受土層應(yīng)力、既有鐵路整體荷載等因素影響，威脅施工環(huán)境的安全性，需要在施工前利用模擬仿真試驗預(yù)測潛在隱患及危害性，提前擬定可靠的防治措施，以降低潛在風(fēng)險發(fā)生概率，營造安全的工程作業(yè)環(huán)境。

1.2 施工原則

在淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工中，應(yīng)秉持以下施工原則：其一，科學(xué)性原則。目前市面上流行的淺埋暗挖法包括雙側(cè)壁導(dǎo)洞法暗挖技術(shù)、中洞法暗挖技術(shù)、洞樁法暗挖技術(shù)等，不同的施工技術(shù)在應(yīng)用中存在一定的優(yōu)勢與不足，且技術(shù)適應(yīng)性也存在差異。對此，在技術(shù)選擇階段，需要做好工程環(huán)境、施工現(xiàn)場條件、既有鐵路施工情況的細(xì)化分析，基于得到的分析結(jié)果選擇恰當(dāng)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)，保證施工的合理性。其二，安全性原則。受到既有鐵路已施工內(nèi)容、上部運(yùn)行荷載影響，在實(shí)際施工中需要控制好單次卸載土量、選擇可靠的支撐體系等內(nèi)容，提高施工環(huán)境的安全性，保證工程施工的可靠性。其三，連續(xù)性原則。考慮到隧道工程會持續(xù)受到土層應(yīng)力、鐵路荷載等作用，為避免隧道工程出現(xiàn)變形問題，需要在隧道開挖活動結(jié)束后，及時進(jìn)行初期支護(hù)、仰拱施工，保證隧道工程的穩(wěn)定性和承載力。

2 淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工安全管理要點(diǎn)

2.1 既有鐵路加固階段

2.1.1 軌道加固

為降低隧道開挖帶來的土層擾動影響，在施工前對已有軌道運(yùn)營情況進(jìn)行評估，對于不滿足安全要求的區(qū)段進(jìn)行加固，保證既有軌道運(yùn)行安全。該環(huán)節(jié)的施工安全要點(diǎn)如下：

一是嚴(yán)格遵循施工流程，加強(qiáng)各環(huán)節(jié)安全管理。例如，需要更換的枕木長度應(yīng)嚴(yán)格控制在2500～3200mm，枕底按要求搗固密實(shí)，施工后對密實(shí)度進(jìn)行質(zhì)檢，滿足要求后才可安裝枕木，所有枕木保持順直，偏差不超過1%，便于后續(xù)橫梁施工。

二是施工時，涉及吊裝、焊接等操作，嚴(yán)格遵循安全管理要求展開工作。例如，在橫梁焊接時，相鄰橫梁焊縫不允許處于同一平面，錯開長度需大于2.0m。若不滿足要求需及時返工，保證結(jié)構(gòu)使用時的安全性。

三是在拆除加固設(shè)備時，需要控制拆除順序，即按加固施工順序反向拆除縱梁、橫梁、扣軌、更換軌枕，并且在拆除活動結(jié)束后及時檢修線路，保證鐵路線路的正常運(yùn)營。需要注意的是，在拆除工字鋼橫梁時，每拆除一根，需要在軌底即刻填碴搗固，保證軌底施工的密實(shí)度，提高整修線路的施工質(zhì)量，保證恢復(fù)通行后列車行駛的安全性。

2.1.2 路基加固

隧道工程施工時，需要對部分路基加固處理，此過程的安全管理要點(diǎn)如下：

一是對于隧道工程與既有鐵路交接情況進(jìn)行梳理，了解兩者最近位置、土層擾動最大區(qū)域等參數(shù)，以此來確定具體的加固范圍。加固時，多采用袖閥管（尺寸不超過1.0m×1.0m）進(jìn)行注漿。由于注漿壓力較大，因此在施工時，所有施工人員按要求穿戴安全護(hù)具，注漿區(qū)域內(nèi)禁止非施工人員走動，營造安全的工程作業(yè)環(huán)境。

二是所有袖閥管會按梅花形進(jìn)行布設(shè)，水灰比參數(shù)不超過0.5，施工人員均受過安全操作和安全意識培訓(xùn)，遵循安全要求進(jìn)行注漿，達(dá)到預(yù)設(shè)的路基加固目的。

三是在路基加固過程中，需要監(jiān)測注漿過程，監(jiān)測內(nèi)容包括注漿壓力、注漿流量等，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，動態(tài)調(diào)整各項參數(shù)，保證施工環(huán)境的安全性。例如，在整個注漿過程中，將注漿壓力控制在0.4～0.5MPa，避免壓力過大或不足，影響到注漿結(jié)果的安全性。

2.2 超前支護(hù)階段

淺埋暗挖大跨隧道工程施工會使用超前支護(hù)技術(shù)，在該技術(shù)應(yīng)用階段，施工安全管理要點(diǎn)如下：

其一，在管棚施工階段，加強(qiáng)細(xì)節(jié)參數(shù)的控制工作。例如，管棚的環(huán)向間距不能超過50cm，排間距不能超過30cm，管棚上下搭接長度控制在3.0m，做好各節(jié)點(diǎn)加固情況檢查，滿足安全要求后再進(jìn)行注漿。同時在施工中，根據(jù)隧道拱頂彎曲度，布置單排或雙排管棚，起到加固作業(yè)區(qū)域的作用。

其二，在超前小導(dǎo)管施工階段，為保證施工過程的安全性，需要檢查小導(dǎo)管尺寸、長度、材料類型等基礎(chǔ)內(nèi)容，同時將環(huán)向間距控制在30cm 以內(nèi)，排間距控制在100cm 以內(nèi)，確定滿足安全要求后再注漿施工。

其三，在注漿施工中，做好相應(yīng)的監(jiān)測和試驗工作。例如，注漿時，所使用水泥漿拌和比例為1∶1，壓力應(yīng)控制在0.3～0.5MPa，根據(jù)得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以提高注漿結(jié)果的合理性與可靠性。

2.3 洞門施工階段

隧道洞口作為整個淺埋暗挖大跨隧道工程的基礎(chǔ)組成部分，該環(huán)節(jié)的施工安全管理要點(diǎn)如下：

其一，在開挖基坑位置開馬頭門時，需要對基坑端頭樁進(jìn)行破除，隨后再對該位置進(jìn)行加固處理。加固時，考慮到隧道上方存在既有鐵路加固層，需要合理選擇加固方法。例如，在該位置增加環(huán)梁結(jié)構(gòu)，使已經(jīng)破除的圍護(hù)樁重新形成加固整體，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性?；蛘撸鲈O(shè)型鋼鋼架，以提高整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。

其二，在安全管理中，通過仿真模擬的方式，了解既有鐵路運(yùn)營時產(chǎn)生的影響，基于分析結(jié)果在合適洞門段設(shè)置大管棚、超前小導(dǎo)管、密集型排鋼等加固結(jié)構(gòu)，提高整個洞身施工的安全性。

2.4 初期支護(hù)階段

初期支護(hù)階段的施工安全管理要點(diǎn)如下：

其一，控制施工材料的安全性。初期支護(hù)時的混凝土類型為纖維混凝土，強(qiáng)度不能低于C25。為達(dá)到此要求，前期材料拌和時需將材料添加量誤差控制在1%以內(nèi)。拌和后，對其坍落度、強(qiáng)度進(jìn)行抽檢，滿足要求后再使用。

其二，合理控制施工參數(shù)。一般情況下，噴射混凝土的厚度應(yīng)控制在30cm 以上，縱向與橫向隔壁厚度不能低于35cm，應(yīng)用到的鋼架結(jié)構(gòu)為型鋼鋼架，以0.5m 間隔設(shè)置，起到相應(yīng)的加固作用。

其三，在安裝鋼架時，需要做好節(jié)點(diǎn)對齊、連接牢固性檢查工作，保證所有鋼架結(jié)構(gòu)擁有可靠受力，形成安全的隧道作業(yè)空間。初期支護(hù)活動結(jié)束后，及時進(jìn)行回填注漿施工，充分填充初期支護(hù)與地層之間的縫隙，使其形成一個整體，提升隧道工程對上部既有鐵路的運(yùn)營荷載抗性。

2.5 二次襯砌階段

進(jìn)入二次襯砌階段后，也需要注意以下內(nèi)容：

其一，做好施工量測工作，根據(jù)得到的量測數(shù)據(jù)，科學(xué)評估隧道洞身整體的穩(wěn)定性。在大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，確定洞身的安全閾值，以此來確定最為合理的二次襯砌參數(shù)（包括厚度、襯砌混凝土強(qiáng)度等），確保施工后結(jié)構(gòu)的安全性[1]。

其二，隧道工程存在拱頂結(jié)構(gòu)，在具體的襯砌施工中，使用圓弧模板與組合支架的方式進(jìn)行施工。加強(qiáng)過程的安全管理，對存在隱患的內(nèi)容及時返工，以提高整個結(jié)構(gòu)施工的合理性。

其三，在二次襯砌過程中，監(jiān)測施工過程，監(jiān)測內(nèi)容包括襯砌厚度、襯砌高度、拱頂支撐等。借助現(xiàn)場的各類監(jiān)測點(diǎn)，采集可靠的應(yīng)用數(shù)據(jù)，對比安全數(shù)據(jù)后動態(tài)調(diào)整襯砌參數(shù)，提高二次襯砌施工的可靠性。例如，在襯砌時，出現(xiàn)位移參數(shù)超過安全閾值時，及時采取加固措施進(jìn)行處理，以提高襯砌施工的安全性，保證襯砌施工的效果。

3 淺埋暗挖大跨隧道下穿既有鐵路施工時的注意事項

3.1 加強(qiáng)基礎(chǔ)資料整理

加強(qiáng)基礎(chǔ)資料整理，可以為擬定工程施工方案提供參考，提高施工方案的可行性。從實(shí)踐情況來看，應(yīng)注意以下內(nèi)容：

其一，明確基礎(chǔ)資料整理目標(biāo)，基于以往經(jīng)驗，所需采集的資料包括既有鐵路以往的施工資料、新建區(qū)域的水文資料、地下管線的分布資料、城市未來規(guī)劃等，保證資料的完整性與準(zhǔn)確性，便于施工方案的快速擬定[2]。

其二，初期所需整理的資料較多，可借助信息技術(shù)整理相關(guān)信息，同時基于計算機(jī)軟件建立模擬試驗，了解施工時需要注意的內(nèi)容。在完成施工方案擬定后，通過仿真軟件進(jìn)行校核，逐步優(yōu)化施工方案的相關(guān)內(nèi)容，提高所擬定施工方案的合理性。

其三，在工程施工過程中，做好施工材料的記錄和整理，從中篩選有價值的數(shù)據(jù)，組建單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫，做好數(shù)據(jù)屬性標(biāo)記，便于查詢和提取后續(xù)數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用價值。

3.2 做好監(jiān)控量測工作

做好監(jiān)控量測工作，可以及時發(fā)現(xiàn)施工時的安全隱患問題，采取針對性措施進(jìn)行處理，降低隱患問題帶來的危害性。在具體實(shí)踐中也需注意以下內(nèi)容：

其一，建立專項監(jiān)控量測計劃，細(xì)化計劃中的相關(guān)內(nèi)容，包括量測點(diǎn)的布置位置、保護(hù)措施、量測間隔等，量測點(diǎn)應(yīng)覆蓋拱頂、拱腰、拱底等位置，所布置的量測點(diǎn)應(yīng)避免和施工位置沖突，保持較高的穩(wěn)定性，以保證獲取數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

其二，將所有數(shù)據(jù)錄入計算機(jī)軟件進(jìn)行處理，繪制成相關(guān)曲線圖，提高數(shù)據(jù)的直觀性。若單日沉降量超過3mm，或2d 累計沉降量達(dá)到了10mm，需暫停施工，討論沉降原因并擬定處理措施。等待隱患完全排除后，再進(jìn)行后續(xù)施工，營造安全的工程作業(yè)環(huán)境[3]。

3.3 擬定地面控制措施

擬定地面控制措施，能夠降低既有鐵路運(yùn)營帶來的影響，營造良好的隧道作業(yè)環(huán)境。在具體實(shí)踐中也需注意以下幾點(diǎn)：

其一，建立專項列車限速管控計劃，細(xì)化計劃中的相關(guān)內(nèi)容，包括列車限速距離、具體限速數(shù)值等，通常會在距離作業(yè)區(qū)200m 處開始降速，速度不能超過80km/h，降低既有鐵路運(yùn)營產(chǎn)生的影響。

其二，加強(qiáng)地面跟蹤注漿施工，所有注漿孔布設(shè)位置、相互間距、注漿深度、水平面傾角等參數(shù)需滿足安全規(guī)范要求，做好施工后的質(zhì)量復(fù)核，均滿足要求后再進(jìn)入下一作業(yè)階段，營造安全的工程作業(yè)環(huán)境[4]。需要注意的是，所有的施工數(shù)據(jù)都應(yīng)做好記錄，整合后從中提取有價值的數(shù)據(jù)，建立單獨(dú)的數(shù)據(jù)庫。這些數(shù)據(jù)也會作為完善地面控制體系的重要參考，營造更加安全的工程作業(yè)環(huán)境。

3.4 加強(qiáng)安全培訓(xùn)工作

加強(qiáng)安全培訓(xùn)工作，可以減少人為因素對施工安全的影響，保證工程的順利推進(jìn)。從目前實(shí)踐情況來看，需注意以下內(nèi)容：

其一，建立完善的安全培訓(xùn)計劃。根據(jù)不同的工種擬定針對性的課程，如焊工側(cè)重于焊接操作方面的安全培訓(xùn)，架子工則側(cè)重于施工架搭建、拆卸方面的安全培訓(xùn)等，有效提升人員的安全意識[5]。

其二，對所有施工人員進(jìn)行統(tǒng)一測試，測試合格后才可以進(jìn)入現(xiàn)場，減少人為操作不合理帶來的負(fù)面影響。

其三，組建可靠的監(jiān)督隊伍，對于整個施工過程進(jìn)行監(jiān)督，及時糾正不合理行為，保證施工現(xiàn)場的安全性，減少安全隱患的發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，在區(qū)域間經(jīng)濟(jì)交流日益頻繁的情況下，鐵路路網(wǎng)的通達(dá)度和密度也在增加，淺埋暗挖大跨隧道施工時容易面臨下穿既有鐵路的情況，通過整理施工時需要注意的相關(guān)內(nèi)容，對于提高工程施工環(huán)境的安全性，提高工程施工質(zhì)量有著積極意義。