分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響

劉學(xué)軍

摘 要：在我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的過程中，鐵路網(wǎng)的建設(shè)具有極大的重要性，它推動著整個經(jīng)濟(jì)體的向前發(fā)展。近年來國家對于鐵路的建設(shè)也愈加重視，越來越多的鐵路建設(shè)工程投入建設(shè)。但在規(guī)劃中常會受到地貌條件等制約，使得鐵路建設(shè)中新建的隧道與既有隧道之間的設(shè)計距離相近，造成對既有隧道結(jié)構(gòu)損壞，同時也會對新建隧道的施工帶來安全隱患。所以我們需要分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響，做到科學(xué)合理施工。

關(guān)鍵詞：既有隧道；新建隧道；隧道施工；科學(xué)合理

前 言

為了加快我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，就必須完善我國的國家交通基礎(chǔ)建設(shè)，其中鐵路的建設(shè)則是重中之重。在原有鐵路隧道旁建設(shè)新的隧道要充分考慮新舊隧道之間的相互影響，避免鄰近隧道動工對既有隧道的構(gòu)造安全和正常運(yùn)營造成不利影響。本文結(jié)合新舊隧道施工時的相互影響力學(xué)特征，鄰近隧道施工影響因素等，分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響，為新建隧道具有一定的參考意義。

1 鄰近隧道施工相互影響力學(xué)特征

根據(jù)生活中的常識大家都知道，在原有隧道附近再建隧道的話會對既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成巨大影響。主要的原因是新建隧道施工時會造成鄰近圍巖和土體應(yīng)力的重分布，進(jìn)一步會使得地層變形。如果是上跨隧道施工的話，至少一次在圍巖中進(jìn)行重復(fù)洞室開挖，這期間的力學(xué)過程相比來說要復(fù)雜得多。既有隧道結(jié)構(gòu)的變形通常是上跨施工關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)樗淖冃问堑貙幼冃蔚闹苯咏Y(jié)果，同時既有隧道的存在也會反作用于地層，這就使得地層的變形異于自由場地層。

要研究新建隧道施工對既有隧道的影響就必須從它們力學(xué)行為的變動著手，正確認(rèn)識它們的力學(xué)機(jī)理，正確把握和了解新建隧道的影響區(qū)域和圍巖以及隧道所襯砌結(jié)構(gòu)協(xié)同作用的機(jī)理和規(guī)律特征。

2 鄰近隧道施工影響因素分析

對既有隧道穩(wěn)定性的影響因素主要有以下幾方面：既有隧道的自身工程性質(zhì)；圍巖性質(zhì)和當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況；新建隧道的結(jié)構(gòu)形式及大小；新建隧道的施工方法；新建隧道與地下洞室的位置關(guān)系等。

（1）由于既有隧道的襯砌健全度不同，對于既有襯砌應(yīng)力增大的容許值標(biāo)準(zhǔn)和振動速度，影響范圍的劃分等要求也存在差異。如果既有隧道結(jié)構(gòu)的健全度越高，則允許接近的距離就越小，反之則應(yīng)該越大。隧道健全度對結(jié)構(gòu)功能及車輛行駛安全的影響分為四個等級：A級（嚴(yán)重），結(jié)構(gòu)功能嚴(yán)重劣化，對車輛行駛安全有嚴(yán)重威脅；B級（較重），劣化繼續(xù)發(fā)展會升至A級；C級（中等），影響較小；D級（輕微），沒有影響。

（2）鄰近建設(shè)隧道的長度、覆跨比、矢跨比、洞室高度以及斷面面積等都會對既有隧道造成一定的影響，其中影響最大的是洞室長度。隧道的長度越大，其穩(wěn)定性越差；覆跨比與覆蓋層的厚度成正比；矢跨比越大，則隧道洞室的頂端就越拱，也就越穩(wěn)定；隧道洞室越低，邊墻的穩(wěn)定性也就越堅固；斷面面積越小，其表現(xiàn)地基支撐損失越小。選擇不同的支護(hù)結(jié)構(gòu)類型其支護(hù)承載能力也存在差異，影響也不一樣。采用挖掘的方式不同，影響也有差異。例如機(jī)械式挖掘或是爆破式挖掘施工對圍巖的擾動程度都是不同的，全面開挖和部分開挖對圍巖的影響也大相徑庭。

（3）施工地點(diǎn)巖體工程性質(zhì)的好壞，往往取決于在受到地質(zhì)條件影響和各種地質(zhì)因素作用下形成的各種節(jié)理和他們自身的空間分布狀態(tài)以及其間填充物等，對圍巖的穩(wěn)定性造成較大的削弱。巖體的結(jié)構(gòu)類型越零碎，其穩(wěn)定性也就越低；與此同時，地下水還會弱化圍巖的工程性質(zhì)，軟弱圍巖條件下隧道的穩(wěn)定性顯然不比巖石質(zhì)地高的圍巖條件下隧道的穩(wěn)定性好；施工地的應(yīng)力越小，結(jié)構(gòu)越是穩(wěn)定。除此之外，還要結(jié)合新建隧道的線路分布條件以及實(shí)際的地形情況。如果隧道處于山脊的一側(cè)，存在著一定的偏壓作用，并且圍巖破碎，整體圍巖的級別普遍偏低。在這種情況下，新建的隧道很有可能會產(chǎn)生兩種影響：一是對既有的隧道有拉伸作用；二是大大增加了既有隧道周邊圍巖的壓力。

（4）對于既有隧道而言，鄰近建設(shè)隧道加載或者卸載工作形態(tài)的影響也不可忽視。主要因?yàn)閲鷰r存在洞室空洞支撐的損失，因此巖體受力就存在加載、卸載兩種不同的狀態(tài)。應(yīng)力所經(jīng)過的行徑不同也會導(dǎo)致巖體的形變損壞過程不一樣，所以圍巖就肯定受到其受力狀態(tài)的影響，即巖體所處的應(yīng)力環(huán)境與其形變和損壞有著密不可分的聯(lián)系。

（5）新舊隧道間隔的影響。為了工作需要，人們把近接工程的種類主要根據(jù)既有隧道與新建隧道的間隔，把接近度劃分為無影響范圍，注意范圍和需采取措施的范圍三種類型。根據(jù)日本1997年公布的《接近既有隧道施工對策指南》，兩個隧道之間的間隔為1.5～2.5D（D為隧道直徑），屬于應(yīng)注意的間隔范圍。我們所說的間隔實(shí)際上也就是既有隧道襯砌外緣與鄰近新建隧道的最小距離。近接度通常應(yīng)用的是D值來進(jìn)行判定。由于新隧道開挖不斷地向前延伸，開挖面所引起的支護(hù)能力就會隨之變?nèi)?，兩個隧道之間的圍巖應(yīng)力也就會發(fā)生重分布現(xiàn)象，導(dǎo)致隧道發(fā)生變形，也就隨之出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)。

（6）鄰近隧道施工措施類型不同，與既有隧道的位置關(guān)系等都會給既有隧道帶來不同的影響。例如新舊隧道不同的位置關(guān)系有著不同的影響范圍：隧道平行型，它是與既有隧道平行新建一個隧道，增加復(fù)線。既有隧道向鄰近建設(shè)隧道的方向容易發(fā)生拉伸形變，因鄰近平行隧道的施工導(dǎo)致既有隧道周圍的圍巖松動，從而使得作用在襯砌上的壓力大大增加；隧道交叉，它是從既有隧道底部或者上端橫斷既有隧道來新建隧道。如果新建隧道沿既有隧道上端通過時，既有隧道會向上發(fā)生變形，圍巖的拱作用就會受到損傷，從而加大襯砌上的壓力。當(dāng)新建隧道在既有隧道底端通過時，既有隧道則會發(fā)生下沉現(xiàn)象。

3 鄰近新隧道爆破振動對既有隧道的影響

在既有隧道鄰近進(jìn)行施工爆破作業(yè)時，炸藥爆破所釋放的巨大能量布恩會以應(yīng)力波的形式直接作用到周圍的巖體中，從而導(dǎo)致應(yīng)變，會危機(jī)既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。在強(qiáng)烈的沖擊波影響下，既有隧道襯砌面對爆破方向的側(cè)邊墻受到的作用最為顯著。它的高應(yīng)力狀態(tài)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其背爆側(cè)。相對于迎爆面來說，它的外側(cè)和內(nèi)側(cè)的應(yīng)力值也是有所差別的，其外側(cè)的主應(yīng)力往往比內(nèi)側(cè)主應(yīng)力小一些。

根據(jù)我國的《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定，既有隧道允許的爆破振動速度應(yīng)是0.1m/s。所在地址點(diǎn)峰值的振動速度是作為爆破振動對建筑物破壞程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。在我國對于鄰近隧道施工爆破作業(yè)往往采用的是控制爆破，使得開挖范圍外的巖體引起的爆破振動速度最小，從而避免其對既有隧道結(jié)構(gòu)和行車安全構(gòu)成危害。由于該既有隧道的抗震能力往往比較差，爆破振動速度最好應(yīng)控制在0.06m/s以內(nèi)。

4 結(jié) 語

為保障我國鐵路建設(shè)的順利開展，在施工建設(shè)離既有隧道較近的隧道時，一定要結(jié)合實(shí)際，對新建隧道的施工可能給既有隧道帶來的影響破壞進(jìn)行預(yù)測、計算分析。嚴(yán)格按照安全的范圍內(nèi)進(jìn)行施工建設(shè)，確保新舊隧道的質(zhì)量與穩(wěn)定。推動我國經(jīng)濟(jì)快速向前發(fā)展，造福于人民。

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