空間小間距立體交叉隧道施工技術

傅騰玄

1 工程概況

貴昆鐵路復線烏蒙山一號隧道穿越梅花山主脈,位于梅花山車站與觀音河之間。隧道穿越區發育有15條斷層和2個背斜、1個向斜。本隧道主要的工程地質問題為巖溶、巖堆、滑坡、順層及斷層破碎帶、煤層瓦斯及采空區、涌水突泥等問題,特殊巖土為紅黏土、石膏。該隧道正線在DK270+420～DK270+438段下穿內昆疏解線的新梅花山隧道,交叉角 64°47′53″,交叉段里程范圍DK270+423.35～DK270+435.38,斜長16.15 m,包括前后洞輪廓漸變段共70 m,兩隧道軌面高差為11.03 m,上部隧道仰拱基本與下部隧道拱部初期支護相連。該立交處附近通過斷層破碎帶,經過物探驗證斷層帶位置以及破碎富水。

2 襯砌方案的選擇與施工順序的確定

2.1 襯砌方案

正線烏蒙山一號隧道位于新梅花山隧道下面,為增加整體強度和剛度,將立體交叉段設計為鋼筋混凝土框架結構,框架底板和頂板厚1.2 m,邊墻厚1.5 m,鋼筋混凝土框架襯砌段長度為5.85 m。位于其上的新梅花山隧道襯砌采用普通橢圓形鋼筋混凝土襯砌形式,不進行加強。

2.2 上下隧道施工順序的選擇

按照原設計立交方案,先進行內昆疏解線新梅花山隧道施工(從進口開始、出口是另一工作面),全斷面越過交叉段至少20 m以上后停止繼續向前掘進(剩余部分交給出口的工作面完成),然后回頭在DK270+428(框架中心里程)向下開挖豎井,井深2 m即可;下部烏蒙山一號隧道隨后按拱頂有大洞的類似處理辦法通過本段并一直向前,二襯跟上來,自下而上,先施作完下面框架,再在框架頂板上施作其上新梅花山隧道交叉段(及其影響段)襯砌。

為確保隧道安全,防止后施工的上洞因下洞施工出現沉降,使上洞襯砌發生裂縫而容易產生漏水現象,本施工組織設計確定兩隧上下交叉段總的施工原則是:先下(烏蒙山一號隧道)后上(新梅花山隧道)。先下后上就是先施工完下穿的烏蒙山一號隧道部分,再施工上面的新梅花山隧道。

3 施工技術

3.1 烏蒙山一號隧道立體交叉段施工

因框架結構段輪廓為矩形,為保證行車限界,該段輪廓尺寸較正常斷面要大很多。當隧道開挖到漸變段時,逐漸改變周邊眼孔眼布置,根據設計襯砌外緣輪廓尺寸調整孔眼數量,在保持進尺的情況下,逐漸增大隧道輪廓,使其到達上下隧道交叉點時輪廓基本達到框架結構尺寸,然后再直接向前掘進,當到達普通段后,再回頭修整交叉段輪廓,使其滿足框架結構及其初期支護的輪廓要求。然后立即進行噴錨支護,對噴錨支護進行監控量測,當噴錨支護基本穩定時,支立框架底板模板,綁扎底板鋼筋,澆筑混凝土,當底板混凝土強度達到1.2 MPa時,綁扎邊墻及頂板鋼筋,支立腳手架及邊墻、頂板模板,澆筑混凝土。

3.2 新梅花山隧道交叉段施工

當烏蒙山一號隧道交叉段框架式襯砌結構混凝土強度達到設計強度80%以上時,可根據新梅花山隧道進展情況,進行交叉段掘進。在施工中,為減小新梅花山隧道的爆破對烏蒙山一號隧道圍巖的擾動以及對已建成的框架結構的影響,新梅花山隧道交叉段采用上下臺階開挖,并在上下臺階底部設置減震帶。

3.2.1 臺階法開挖方案

上臺階開挖高度取4 m,采用短進尺、弱爆破減震開挖;為了盡可能減少爆破對新梅花山隧道的影響,掏槽眼設置在掌子面的上部,且在交叉段正上方10 m范圍內,每循環進尺取1 m。下臺階開挖時,采用短進尺減震爆破開挖,每循環進尺取0.5 m。

3.2.2 減震帶的設置

為減小爆破沖擊波帶來的震動,降低開挖作業對下方隧道襯砌的擾動,上、下臺階爆破時均在底部設置減震帶。它由兩列89 mm減震孔組成,其深度為掘進眼的7倍,沿其周邊設14個42 mm減震孔,其深度為掘進眼的2.5倍,以盡量減小爆破對隧道圍巖的影響。

3.3 鉆爆作業

3.3.1 鉆爆工藝

鉆爆工藝對鉆爆作業以及整個開挖作業的質量和效果起關鍵性的作用。隧道爆破采用塑料導爆管和毫秒雷管起爆系統。其工藝選用臺階法微震動光面爆破。炸藥選用φ 25 mm的2號防水乳化炸藥。對于周邊眼采用導爆索綁小藥卷的空氣間隔裝藥結構。掏槽選用直眼掏槽。

3.3.2 斷面光面爆破參數的設計

1)炮眼深度的計算。L=λ L0。其中,L為炮眼深度,m;L0為每掘進循環的計劃進尺數,m;λ為炮眼利用率(掏槽眼取0.7,掘進眼取1.1,周邊眼及底板眼取1.2)。2)上下臺階炮眼數的計算。N=qSL/λ r。其中,N為上臺階炮眼數;q為單位炸藥消耗量,kg/m3;S為臺階開挖面積,m2;L為每循環開挖進尺,m;λ為裝藥系數;r為每米藥卷的炸藥質量,kg/m。3)裝藥結構的確定。本次施工中采用不耦合裝藥結構,優點是增加落巖破碎度,減少對炸藥的消耗。周邊眼均采用間隔裝藥形式,較為完整的軟弱巖層采用集中裝藥形式,且不耦合系數為1.3。4)其他參數的計算。周邊眼間距35 cm,抵抗線60 cm;單位炸藥消耗量q,Ⅴ級圍巖取0.125 kg/m,Ⅳ級圍巖取0.188 kg/m,堵塞長度30 cm。另外,采用黃泥堵塞炮眼,避免發生沖炮,掘進眼的堵塞長度取25 cm～28 cm。

3.4 支護結構

因空間立體交叉處圍巖比較破碎,烏蒙山一號隧道在進入框架結構前采用小導管進行加強支護,鋼筋拱架采用兩根Φ 22鋼筋焊接而成,小導管在開挖面沿拱墻按環向間距0.25 m～0.5 m(根據地質情況確定間距),外插角15°鉆孔,采用外徑φ 42 mm,壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管加工制成,長8.0 m。初期支護采用噴錨網支護,環向采用φ 22錨桿,間距0.3 m×0.3 m,錨桿長3.5 m,φ 6.5鋼筋網,間距0.2 m×0.2 m,噴厚 15 cm C20混凝土進行初期支護。

3.5 隧道爆破震動監控量測

隧道爆破震動監控量測采用由拾振器、INV306型數據采集儀、DASP-VIB分析軟件、筆記本電腦、打印機等部件組成的測試系統。在新梅花山爆破時,測量烏蒙山一號隧道的框架混凝土質點震動速度,應滿足《爆破安全規程》的規定。

4 施工效果

新梅花隧道已于2009年9月順利通過交叉段,經監控量測,新梅花山隧道沒有對烏蒙山一號隧道的襯砌產生明顯影響,新梅花山隧道也基本沒有下沉,且施工過程中未發生任何安全事故。實踐證明了該施工方案以及各種技術措施的可行性和有效性,也確立了該工程在同類工程中具有重要的借鑒價值。

5 施工可借鑒的幾個方面

1)小凈距空間交叉隧道在開挖上可采用上下臺階法進行施工,以減小對圍巖的擾動以及對先施工的建構筑物的影響,在空間交叉的底板薄弱段應采取機械破碎輔以人工的方式進行開挖。2)爆破工藝上采用毫秒微差弱爆破,運用短進尺、弱爆破以降低一次爆破性對先施工隧道造成的影響,合理制定爆破參數,確保施工安全。3)爆破監測工作在此工程中具有舉足輕重的作用,爆破監測應嚴格遵循現行《爆破安全規程》,并在以爆破監控量測反饋情況的前提下,提出更加合理的爆破安全方案和建議來指導施工。4)新梅花山隧道爆破時減震帶的設置減少了爆破沖擊波對烏蒙山一號隧道的震動作用,烏蒙山一號隧道框架混凝土沒有出現裂紋現象。

[1]TBJ 204-96,鐵路隧道施工規范[S].

[2]朱月貴,王 松.淺談九曲小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.