隧道明洞暗做法在特殊環境下的應用

徐俏東 金麗溫鐵路有限責任公司

1 工程概況

懸渚隧道鐵路里程在DK95+156～DK95+308段從三門正明化工廠左側邊緣穿過。其中DK95+156～DK95+197段和DK95+287～DK95+308段共62 m，該段拱頂標高高于地面標高，表層為含碎石粉質黏土，褐黃色，硬塑，厚約1 m；下伏流紋質熔結凝灰巖，強-弱風化。

三門正明化工廠（以下簡稱化工廠）從事原料藥生產。化工廠生產所用的原材料中部分屬于易燃易爆危險化學品和少量劇毒品，懸渚隧道從化工廠邊緣通過。在DK95+156～DK95+197處隧道右側邊緣與化工廠第七車間最近距離為12.05 m（如圖1），該車間是制藥車間，其中有大量的制藥設備、儀器、蒸汽管道、地下管線和小型易燃易爆等儲存罐。而且該車間設備老化，有的設備連接管線采用玻璃管。在DK95+308隧道出口處距化工廠儲存罐區最近距離為21.5 m，該罐區有11個大型甲醇、甲苯、丙酮、硫酸、亞鹽酸等易燃、易爆、劇毒危險儲存罐和3個小型儲存罐。

圖1 DK95+181斷面

2 施工難點

（1）DK95+156～DK95+197段線路右邊緣距離化工廠第七生產車間只有12.0 m；該段下伏地層為流紋質熔結凝灰巖，中-弱風化，必須采用爆破施工。而化工廠廠區內禁止車輛通行；防明火，化工廠第七車間設備和正常生產抗震，抗沖擊波要求高以及第七車間內的管線嚴重老化、抗震要求不明。使該段露天爆破無法施工。

（2）出口DK95+287～DK95+308段線路右邊緣距離化工廠儲存罐為21.5 m，儲存罐分別存有甲醇、乙醇、甲苯、丙酮等易燃、易爆、劇毒危險品，露天爆破施工危險性極高。

（3）由于隧道底面低于化工廠生產車間，同時又因為隧道圍巖節理發育，巖石破碎，隧道開挖后地下水流失，將引起化工廠車間地表出現不均勻沉降，導致車間房屋開裂，嚴重危及車間內地下管線、儀器、設備的安全。

（4）隧道施工過程對化工廠正常運轉影響極大。

3 施工方案選擇

方案一：原設計采用明挖法。

方案二：采用增加套拱變明洞為暗洞、改常規控制爆破為震動控制爆破的施工方案。

3.1 施工方案比較（見表1）

根據現場仔細勘察，并邀請專家組對方案進行評審，方案二具有可行性，因此在隧道明洞段我項目部采用方案二進行施工（以下簡稱方案）。

3.2 施工方案實施

3.2.1 套拱施工

（1）搭建爆破與施工防護擋墻于DK95+156~DK95+197與DK95+287~DK95+308兩段搭設施工擋護，擋護長為50 m+30 m，高10 m，采用Φ50鋼管搭設，上面鋪設兩層竹籬笆進行防護，將施工區與化工廠隔離。

（2）人工鑿除上臺階。

根據圍巖級別和圍巖勘測情況，隧道上臺階含地梁4.6m高度的開挖施工先采用挖機挖除表層浮土和軟弱圍巖，硬巖采用鎬頭機鑿除，同時配合人工風鎬鑿除施工，局部堅石進行松動小炮控制飛石開挖，開挖標高至A單元鋼拱架下地梁的標高位置，地梁標高與隧道坡率找平，如圖2。

圖2 套拱示意圖

（3）明拱拱腳地梁施工和基礎處理。

地梁于隧道A單元鋼拱架拱腳標高部位布設，先挖平水平標高，然后現場澆筑混凝土。地梁的主要作用是為下步開挖時防止上部明拱開裂或下沉。

地梁全長與明拱長度相等，全長分別為41 m，高50 cm，寬100 cm，每隔80 cm預埋一節50 cm長的20工字鋼，工字鋼上、下焊接20工字鋼連接板。同時連接鋼板孔上預埋向上和向下的連接螺絲。

（4）A單元工字鋼架安裝。

工字鋼架采用I20a工字鋼制作，工字鋼架間距為0.8 m工字鋼架安裝采用連接板和螺絲連接，縱向采用Ф22螺紋鋼呈斜八字型焊接，連接筋中對中間距為1 m，同時安裝鋼筋網。

待鋼架安裝完成后，在鋼架內側掛模板，內模板為寬50cm的木合板，木合板外側沿鋼架采用外筋和鐵絲固定，并于拱頂搭腳手架向下噴射C25混凝土，兩側拱腳處先噴寬1m，高50 cm的拱腳基礎，之后再往上噴，噴錨厚度為30 cm，噴錨順序從兩邊拱腳同時往拱頂對稱進行，確保拱架壓力平衡，拆內模板后內側拱頂進行補噴密實，并按規定進行混凝土養護。

3.2.2 加套拱后的明洞暗做施工

（1）中臺階開挖和初期支護。

先進行中臺階拉槽開挖，兩側預留馬口寬度不小于2 m，然后再跳開開挖馬口，馬口開挖后及時下接B單元鋼架，采用縱向鋼筋固定，鉆打鎖腳鋼管和錨桿，鎖腳鋼管為Ф50鋼管，鎖腳鋼管長3.5 m，并與鋼架貼焊，錨桿采用Ф22砂漿錨桿，錨桿長度L=4.5 m間距為1.0 m，呈梅花型布置，并與鋼架貼焊，之后布設鋼筋網，進行噴錨支護，馬口開挖每循環不超過2 m。

（2）下臺階開挖和進行初期支護。

先進行下臺階拉槽開挖，同時預留馬口，然后進行兩側馬口跳開開挖，馬口預留寬度不小于2 m，同時下接C單元鋼架，采用縱向連接筋固定，同中臺階方法鉆打鎖腳鋼管和錨桿，掛網后進行噴錨支護，支護參數同中臺階，如圖3。

圖3 三臺階拉槽開挖法

（3）小導管注漿加固。

兩側曲墻用Ф50的小導管注漿加固，小導管長4.5 m，縱、橫間距為0.5×1.0 m，呈梅花型布置，注漿壓力不小于0.8MPa。

（4）仰拱開挖和澆筑混凝土。

仰拱隧底開挖至設計標高，同時將鋼拱架安裝封閉成環，并及時澆筑混凝土，仰拱每循環開挖為5 m，仰拱施工緊跟。

3.2.3 控制爆破施工

（1）爆破質點振動速度

V-保護對象所在地質點振動安全允許速度，單位為厘米每秒（cm/s）。對于三門縣正明化工廠甲醇、丙酮等儲存罐區和氧氟沙星高危生產場所，爆破質點振動安全允許速度目前國家《爆破安全規程》中未予以明確規定。為此我們征詢了中國爆破協會有關專家，通過邀請專家組討論，并結合以往施工經驗，提出了質點振動速度按1.5 cm/s進行控制。

（2）爆破施工實施。

計算公式：Q=R3V3/α/K3/α

式中：Q-炸藥量，齊發炸藥爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，單位為千克（kg）；

R-爆破振動安全允許距離，單位為米（m）；

V-保護對象所在地質點振動安全允許速度，單位為厘米每秒（cm/s），在此取V=1.5 cm/s；

K、α-與爆破點至計算保護對象間的地形，地質條件有關的系數和衰減系數，

本工程地質為Ⅴ級圍巖，屬于硬巖和軟硬巖，在此取K=250，a=1.8，根據現場測量，取得隧道與化工廠的距離數據，代入（1）式計算結果見表2。

表2 允許藥量計算表

爆破時按表2藥量進行裝藥爆破，根據監測數據進行動態爆破設計，適時調整爆破參數。同時采用豎直眼拉槽，水平眼挖馬口控制隧道斷面的炮眼設計方式。有效地擴大了臨空面，減弱了爆破產生的振動。既加快了掘進速度，又保證了化工廠的安全。

4 施工控制措施

（1）成立專職的監控量測小組，按要求進行洞內量測；加強地表沉降觀測和化工廠房屋的變形觀測。

（2）進行全程爆破振動監測，對監測資料進行科學分析，根據監測情況適當調整爆破計算參數，進行現場動態爆破設計；嚴格控制循環開挖長度、每炮開挖石方數量、炮眼深度、炮眼數量、炮眼裝藥量、雷管段數、單段雷管最大齊炮藥量等指標在設計計算范圍內。

（3）中、下臺階開挖嚴格控制開挖的長度，分左、右單側掘進，開挖后及時支護。

（4）加強初期支護，為了防止地表沉降，必須按設計進行小導管注漿。

（5）加強與化工廠的聯系，提前通報隧道施工計劃；與化工廠簽訂安全防護協議，要求化工廠也要有應急預案。

（6）制定爆破許可令制度。每次開挖放爆破炮必須經過開挖班長、爆破安全防護人員、領工員、值班安全員現場檢查簽字后報總負責人簽字認可后方能放炮。

5 結束語

方案確定后經過三個月多的施工，隧道安全貫通。在施工過程中，通過全程監控量測，數據分析結果和現場勘查表明隧道施工對化工廠區無影響，基本達到了對化工廠無飛石、爆破無感覺和生產無影響的目標，實現了安全快速地穿越化工廠區。同時隧道的控制爆破施工也為以后同類工程施工取得了一定的控制參數和經驗。