鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工的控制技術(shù)研究

陶煜

（中鐵二十局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

當(dāng)前，隨著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸業(yè)也得到了飛速發(fā)展，建筑和使用的地下空間也在不斷增加。隨著我國(guó)許多地方對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)，由于其自身的地理位置，已有的建筑物受到了極大制約，因此，在新建的隧道工程中，采用了下穿的方法。但是，新建隧道往往會(huì)損壞既有隧道，尤其是鐵路隧道下穿既有高速公路隧道，對(duì)此，一方面要保證既有高速公路隧道的安全性和穩(wěn)定性，另一方面要保證隧道的施工安全。

1 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工產(chǎn)生的影響

1.1 對(duì)既有公路的影響

因?yàn)槭┕み^(guò)程中穿插著鐵路與公路，所以在建設(shè)中會(huì)對(duì)原有的道路造成影響。道路本身應(yīng)該屬于一體成型的項(xiàng)目，一旦路面遭到破壞,那么其相應(yīng)的路基也會(huì)遭受不同程度的損壞。在后期公路運(yùn)營(yíng)中，勢(shì)必會(huì)對(duì)行駛的車輛造成安全隱患。

1.2 對(duì)交通的影響

在開(kāi)展施工的過(guò)程中,會(huì)對(duì)既有的公路帶來(lái)影響甚至破壞，從而交通也會(huì)受到不同程度的影響，路面一旦遭到破壞，其路段會(huì)被攔截，如果某一路段被封堵，一定會(huì)對(duì)其他路段的交通帶來(lái)影響，對(duì)人們的出行帶來(lái)很多不便。

1.3 對(duì)既有鐵路的影響

在開(kāi)展鐵路隧道的施工過(guò)程中，主要依靠?jī)蓚€(gè)方面來(lái)確保工程的安全性，即設(shè)計(jì)與施工，以保證隧道工程的運(yùn)行安全。我國(guó)鐵路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜,每段鐵路干線并非都是獨(dú)立存在的，倘若出現(xiàn)一段鐵路被破壞，那么會(huì)對(duì)對(duì)鐵路固有車次進(jìn)行調(diào)整，也因此對(duì)人們的出行帶來(lái)不便。

另外，由于鐵路施工流程復(fù)雜,環(huán)境惡劣，一旦鐵路路基被破壞,那么對(duì)整個(gè)鐵路干線都會(huì)帶來(lái)很大影響，甚至如果施工方案出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)給后續(xù)的施工帶來(lái)無(wú)法彌補(bǔ)的損失。

2 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術(shù)

2.1 施工前準(zhǔn)備工作

項(xiàng)目工程的安全性在工程建設(shè)中占有重要地位，為了保證工程的安全，必須做好準(zhǔn)備工作，尤其是評(píng)估工作。深入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面、詳細(xì)的勘察，主要包括環(huán)境、水文、地質(zhì)條件等，并對(duì)施工中容易發(fā)生的問(wèn)題和對(duì)已建隧道的影響進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)各種條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)現(xiàn)有隧道工程，本文著重對(duì)如下內(nèi)容進(jìn)行分析。

首先，在現(xiàn)有高速公路上，地基的變形和沉降會(huì)對(duì)其產(chǎn)生怎樣的影響。

其次，在襯砌上，如果出現(xiàn)裂縫等病害，會(huì)不會(huì)對(duì)地基產(chǎn)生影響，使其混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而降低其承載能力。

最后，在路基變形后，并未對(duì)公路行駛安全產(chǎn)生影響。不僅要對(duì)已建隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)，還要根據(jù)穿越段的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析沉降、裂縫等外力，找出引起結(jié)構(gòu)變化的原因，并根據(jù)分析的影響因素，確定其變形、特征等。

2.2 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道的施工控制技術(shù)

2.2.1 超前長(zhǎng)管棚漿預(yù)支護(hù)

在鐵路隧道和現(xiàn)有公路隧道間存在一定的交叉點(diǎn)，其施工工藝可分為四個(gè)階段。

第一個(gè)步驟是將長(zhǎng)管棚作為目標(biāo)，進(jìn)行生產(chǎn)和加工。一般采用鋼花管和熱軋無(wú)縫管，它們的外徑和管壁為90mm 和6mm。對(duì)鋼管進(jìn)行加工，這是一種在使用前必須進(jìn)行的工序，其中最常用的工藝就是將鋼管的兩端進(jìn)行預(yù)處理，然后將其兩端進(jìn)行有效處理，形成外螺紋，將外插角度控制在5～10°這一范圍中，環(huán)距一般為40cm。鋼管在安裝過(guò)程中，應(yīng)保證直徑偏差不超過(guò)20cm，相鄰管道間的環(huán)距不超過(guò)10cm。

第二個(gè)步驟是穿孔，把孔擦干凈。在鉆孔時(shí)，要根據(jù)地質(zhì)情況選用合適的鉆孔工具。在施工前，要進(jìn)行清孔清理，觀察孔中有無(wú)雜物，如碎石、石屑等，以保證頂板的質(zhì)量，管棚的前端通常為圓錐形，以便于頂入。

第三個(gè)步驟是在鋼花管上打一個(gè)孔，孔的直徑在10～16cm 之間，孔的形狀與梅花相似，在管的末端設(shè)有不帶孔的止?jié){部分。

第四個(gè)步驟是對(duì)長(zhǎng)棚灌漿。長(zhǎng)管棚內(nèi)通常采用水泥漿料，為保證預(yù)支護(hù)的質(zhì)量，采用1∶1 的水灰比，灌漿壓力控制在0.5～2MPa 之間，灌漿前應(yīng)按設(shè)計(jì)方案進(jìn)行泥漿測(cè)試，并對(duì)泥漿的配比和壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)[1]。

2.2.2 優(yōu)化預(yù)支參數(shù)

由于鐵路隧道和既有線隧道是一個(gè)交叉點(diǎn)，存在大量的圍巖，所以在施工中要充分考慮到隧道的影響。因此，在跨線段增加襯砌的強(qiáng)度，從而保證隧道的施工質(zhì)量和安全。在建筑工程中也要使用一些高強(qiáng)度的材料，例如，可以選擇25cm 厚的鋼絲網(wǎng)，以及更高的剛性。

另外，在施工中，有關(guān)技術(shù)人員還需對(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以確保一次襯砌的質(zhì)量，并做好二次襯砌的施工準(zhǔn)備。二次襯砌采用C30 鋼筋混凝土，厚度為50cm，從而確保工程質(zhì)量。

2.2.3 施工技術(shù)

在隧道工程中，采用的施工技術(shù)會(huì)對(duì)工程建設(shè)造成重大影響，特別是在現(xiàn)有的公路隧道工程中，若不能確保技術(shù)的科學(xué)性和合理性，就會(huì)對(duì)工程的穩(wěn)定性和安全性造成一定威脅。為了盡量減少對(duì)現(xiàn)有隧道的影響，有關(guān)施工單位在施工時(shí)采用三段仰拱方法。在左、右端挖出階梯，在中部放置支撐剛接，并嚴(yán)格控制各階梯的開(kāi)挖進(jìn)尺和長(zhǎng)度，分別為3～5cm 和1m。同時(shí)，做好基坑施工前期的支護(hù)工作，避免施工對(duì)現(xiàn)有隧道產(chǎn)生的影響[2]。

2.2.4 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)既有隧道

鐵路隧道下穿既有線隧道，由于施工條件復(fù)雜，施工技術(shù)要求高，難免會(huì)發(fā)生一些突發(fā)情況。為了保證隧道的安全和質(zhì)量，必須實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)既有隧道，根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.3 做好工程驗(yàn)收準(zhǔn)備

由于此項(xiàng)目相對(duì)隱蔽，所以一定要做好驗(yàn)收。工程完工后，要認(rèn)真地對(duì)工程的整體質(zhì)量進(jìn)行全面的檢查，尤其是一些比較隱蔽的地方，要進(jìn)行有效驗(yàn)收，判斷工程的質(zhì)量與有關(guān)的規(guī)范和要求是否一致，以及使用的管道是否能夠滿足工程的需要。在驗(yàn)收過(guò)程中，如果出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，應(yīng)立即與施工方聯(lián)系，并采取有效的措施。在整改完成前，將驗(yàn)收數(shù)據(jù)提交給業(yè)主[3]。

3 案例分析

3.1 工程概況

該隧道位于DK270+850—DK271+110 處，下穿既有高速隧道和新鐵路隧道。該段的地質(zhì)條件為侵蝕性低山，開(kāi)挖深度在0.8～1.4m 之間。開(kāi)挖后的地質(zhì)構(gòu)造特征是：表面為MIQ 型人工砂礫巖，下部為花崗巖，不發(fā)育基巖裂縫水，質(zhì)地硬，巖體完整,該段新建的隧道圍巖等級(jí)為V 級(jí)[4]。

該段新修建的隧道下穿地下通道，共8m，凈寬12m，將其分為兩條向下分開(kāi)的兩車道隧道，其早期支護(hù)方式主要是噴射混凝土、錨桿等，并對(duì)新開(kāi)挖的圍巖進(jìn)行監(jiān)控與設(shè)計(jì)，以最大限度地利用圍巖的承載力來(lái)保持穩(wěn)定，使圍巖在新開(kāi)挖初期的支護(hù)系統(tǒng)中占有重要地位。DK270+850—DK271+110 洞口淺埋斷面為V 型圍巖，注水泥強(qiáng)度C22，厚度15m，采用超前錨桿預(yù)支護(hù)，φ10@16cm×@16cm 鋼筋網(wǎng)，L=3.5m，錨桿按環(huán)向間距1.4m，縱向間隔1.4m，格柵鋼框按0.6m 排列，直徑為20MnSi 鋼筋，縱向間隔1.0m，環(huán)距1m，梅花形排列；模筑襯砌混凝土強(qiáng)度等級(jí)C27，厚度38cm，鋼筋網(wǎng)片直徑為6mm，間距為16mm，縱向?yàn)?0mm，間隔為16cm；噴出的混凝土厚度為20cm[5]。

3.2 既有高速公路隧道健全度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在現(xiàn)有高速公路上，由于設(shè)計(jì)施工不當(dāng)、襯砌材料質(zhì)量差、外力變化等因素的作用下，對(duì)現(xiàn)有公路隧道的安全性能產(chǎn)生了較大的影響；對(duì)現(xiàn)有公路隧道橋墩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合評(píng)估，主要包括以下九項(xiàng)：

一是對(duì)鋼筋腐蝕的檢測(cè)。

二是對(duì)水泥砂漿的深度探測(cè)。

三是對(duì)混凝土的強(qiáng)度特性進(jìn)行測(cè)試。

四是對(duì)混凝土的堿度和氣體離子的測(cè)定。

五是對(duì)鋼筋保護(hù)層厚度的測(cè)定。

六是對(duì)隧道襯砌的厚度進(jìn)行檢測(cè)。

七是在復(fù)式襯砌中，對(duì)大跨度的兩層襯砌進(jìn)行檢測(cè)。

八是對(duì)混凝土襯砌的開(kāi)裂和外觀進(jìn)行調(diào)查。

九是對(duì)隧道襯砌中的空白區(qū)域進(jìn)行調(diào)查。

評(píng)估和測(cè)試的結(jié)果表明，現(xiàn)有的跨線隧道橋梁總體結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求[6]。

3.3 新建鐵路隧道工程施工控制

在現(xiàn)行的鐵路隧道施工中，采用超前方案評(píng)審、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、管棚超前、短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)等技術(shù)控制措施。在這些因素中，由于爆破施工而產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)路面的變形、沉降以及隧道的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。加強(qiáng)高速公路的交通管理，并與當(dāng)?shù)卣?、公安等部門進(jìn)行溝通，采取科學(xué)合理的安全防范措施，以保證新建鐵路隧道下的道路安全[7]。

3.3.1 新建隧道大管棚施工安全控制

在新建的鐵路隧道地下工程中，采用大管棚超前支護(hù)的施工方法。在隧道頂部，用40m 直徑108mm 的大管棚制作鋼筋籠，每個(gè)大管棚之間的距離要達(dá)到0.4m，每個(gè)圓筒都要用6mm 的直徑6mm 的無(wú)縫鋼管作為支撐。

在新的隧道施工中，通常采用從洞口向兩側(cè)進(jìn)行鉆孔施工。為了達(dá)到新隧道的要求，對(duì)鋼管進(jìn)行了加固，在每個(gè)鋼管之間加入4 個(gè)18mm 的螺旋鋼筋作為鋼筋籠。每一根鋼筋都要澆筑一次，然后進(jìn)行特殊的壓力測(cè)試，最后用一根小管子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工，這是一種新的施工技術(shù)，它的主要作用是在巷道內(nèi)不會(huì)發(fā)生塌方，在掌子面的外側(cè)用一根直徑42mm 的小導(dǎo)管進(jìn)行灌漿。每環(huán)需要使用31 個(gè)3.5m 長(zhǎng)的超前小導(dǎo)管，間隔為40mm[8]。

3.3.2 爆破施工安全控制

在爆破作業(yè)中，要充分利用安全技術(shù)，以震速、損毀等指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了保證新建的隧道在施工過(guò)程中的安全性，爆破振動(dòng)是新修建的隧道中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在爆破作業(yè)中，要嚴(yán)格控制爆破模式、爆破類型和裝藥情況。針對(duì)新隧道施工的地質(zhì)情況，采用了弱震爆破方法，合理控制鉆孔參數(shù)，確保爆破振動(dòng)在合理范圍內(nèi)。新建高速鐵路隧道爆破振動(dòng)最大值為4cm，以確保已建成的隧道與鄰近隧道的交疊[9]。

針對(duì)新建隧道的地質(zhì)條件，采取了行之有效的爆破措施，采用分層、分段、松散爆破、間隔炮孔、多孔裝藥等措施，對(duì)于新建隧道基坑開(kāi)挖，各段間距可設(shè)定為1.5m、3m；在新建隧道的剩余部位采用機(jī)械開(kāi)挖，在新開(kāi)挖的隧道開(kāi)挖過(guò)程中，要保證在原有的公路上行駛和開(kāi)挖過(guò)程中不受爆破振動(dòng)的影響?？紤]到整個(gè)工程的施工次序和環(huán)節(jié)，在實(shí)際工程中，只要在沿路開(kāi)挖5～12m 的范圍內(nèi)，就可利用這些條件和已測(cè)得的資料，計(jì)算出一段掘進(jìn)時(shí)的最大爆破量[10]。

在對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量的基本內(nèi)容如下：

一是振動(dòng)速率；二是襯砌面應(yīng)變；三是地基下沉；四是結(jié)構(gòu)變形。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，確定了襯砌的受力特性和地基的穩(wěn)定規(guī)律，從而為整個(gè)工程提供了相應(yīng)的安全措施。在此期間，必須合理地布置測(cè)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于新修建的地下隧道，在考慮到施工周期長(zhǎng)、運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題的情況下，必須對(duì)新修建的隧道進(jìn)行科學(xué)、合理的施工。由于地下隧道深淺不一的地質(zhì)環(huán)境，在這種情況下，新建的地下隧道會(huì)受到影響。因此，可以針對(duì)隧道周邊的地質(zhì)和巖體狀況，迅速、安全、科學(xué)、合理地施工，同時(shí)還要對(duì)每一道工序進(jìn)行充填、灌漿，以達(dá)到預(yù)防路基塌陷的目的。