新劉塘一號隧道上跨段施工技術方案對比分析

黃瑋國

摘要：新建廈門北動車所新劉塘一號隧道上跨既有杭深鐵路高鐵劉搪隧道，交角31°26′13″，影響段長度約135m，最小凈距僅為6.3m。面臨如此下凈距，采取何種施工工法按期、保質保量、最經濟完成此段隧道開挖，是本工程的難點。本文對應用于本隧道的中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊、上臺階控爆下臺階機械開挖兩種施工方法進行通過工期、安全、經濟效益等三個方面進行綜合對比，最選擇出最優方案，為今后再碰到類似工程提供參考借鑒經驗。

關鍵詞：高鐵隧道；開槽；修邊；

1工程概況

新劉塘一號隧道位于廈門北動車所動走2線，進口里程X2DK0+900，出口里程X2DKI+800。進口端與高速公路的“大帽山隧道”并行，于X2DK1+479-+490上跨杭深鐵路既有劉塘雙線隧道，相交處杭深鐵路劉塘隧道里程DK240+840，交角31°26′13″，新建隧道底板距劉塘隧道拱頂最小凈距6.3m。

工程地質情況：洞頂覆蓋層厚≥50m，洞身范圍內地質巖性為花崗巖r52（3）e弱風化帶W2，灰白、灰紅色，中?；◢徑Y構，塊狀構造，構造節理和風化節理均不發育。地下水對混凝土結構具侵蝕性C02的侵蝕，環境作業等級為H1。未見不良地質及特殊巖土。

2擬采用的兩種施工方案概述

2.1第一種方案：綜合分區，上臺階控爆下臺階機械開挖

按新建隧道與既有劉塘高鐵隧道凈距，通過爆破振動分析和爆破模擬，將135m上跨影響段分為25m相鄰段+80m正跨段+30m相鄰段等三個區段；相鄰段采取上下臺階控制爆破、正跨段采取上臺階控爆、下臺階機械開挖方案。

2.2第二種方案：中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊

本方案將掘進掌子面分為上、下兩個臺階，兩臺階間隔8-12m。每個掌子面上進行中部機械開挖、弱爆破修邊施工。主要分為兩個階段。第一階段，上臺階分成4部分開挖，I部采用機械掏槽破碎；II、III、IV部小藥量弱爆破修邊；第二階段分成5部分開挖，I部采用機械掏槽破碎；II、III、IV、V部小藥量弱爆破修邊；周邊炮孔孔距為25-50cm，采用42ram鉆孔，孔深0.8m。（見圖1）

3方案比選

3.1工期方面

第一種方案：控爆必須按照高鐵營業線管理辦法，受每月天窗點限制；必須進行24小時進洞巡視檢查，需辦理限速手續。進出口段各67.5延米，上臺階進度0.8m/d（按每天爆破一次，天窗點內進行），開挖時間168天；下臺階0.2m/d，開挖時間675天考慮上下臺階工作面，開挖時間需要682天（受天窗點影響及既有隧道安全巡查、限速等影響）。

第二種方案：中部機械掏槽，可進行24小時作業，不受安全巡檢和天窗影響；中部掏槽需根據圍巖情況選擇合適機械設備，更換設備消耗時間；天窗時間內進行修邊弱爆破，工序銜接緊。按進出口段各67.5延米，進尺0.59延米/天，共計需要時間230天。

從上可見，第二種方案滿足工期要求，優于第一種方案。

3.2安全方面

第一種方案：上臺階采用控制爆破，掏槽區爆破振動大，對既有劉塘隧道影響大，安全系數低；

第二種方案：上下臺階修邊采用弱爆破施工，爆破厚度僅0.4-0.6m，臨空面大，爆破振動小，對既有隧道影響小；

從上可見，第二種方案符合營業線安全管理要求，優于第一種方案。

3.3經濟效益

根據兩種施工方案的不同對經濟效益進行對比。

3.3.1造價基本參數

開挖量：上跨段圍巖類別為JV、V級圍巖（其中V級圍巖為130延米），全長135延米，開挖共計11464m3。

人工單價：人工費：220元/工日（隧道施工勞務人員保底月工資在5000-6000元之間，日工資200-240元，平均值按220元/天）；

材料單價：乳化炸藥：11.2元/kg；非電雷管1段：4.5元/發；非電雷管6段：4.8元/發；非電雷管11段：5.1元/發；水2.3元/t，電0.65元/度。

機械單價：氣腿式鑿巖機臺班費：9.39元/臺班；氣動鍛釬機臺班費：370.84元/臺班；鉆頭磨床臺班費：74.45元/臺班；電動空壓機≤9m3/min臺班費：338.53元/臺班；電動空壓機≤20m3/min臺班費：560.79元/臺班；軸流通風機≤40KW-480m3/min臺班費：159.8元/臺班費；破碎錘（1_6m3履帶式挖掘機）臺班費：1600元/臺班費。

3.3.2第一種方案上臺階爆破下臺階機械開挖的直接工程費分析

采用上臺階爆破下臺階機械開挖方案，單隧道口掘進需要工期682天，雙隧道口掘進341天，中間由于天窗點審批因素，預計工期將延長。本次分析不考慮天窗點審批因素；直接工程費用分析按雙口掘進為基礎進行，人工機械均按雙隧道口施工配置：人工28人/雙隧道口；氣腿式鑿巖機26臺；氣動鍛釬機2臺；鉆頭磨床2臺；電動空壓機≤9m3/min4臺；電動空壓機≤20m3/min4臺；軸流通風機≤40KW-480m3/min2臺；破碎錘（1.6m3履帶式挖掘機）2臺。具體分析詳見下表：

由下表可以得知，采用上臺階爆破下臺階機械開挖，直接費用為447.25元/m3，完成上跨段施工，需要直接工程費512.7萬元。

3.3.3中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊直接工程費分析

采用中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊方案，單口掘進需要工期230天，雙口掘進115天（按每個隧道口每天開挖進度一致計）。直接工程費用分析按雙口掘進為基礎進行，人工機械均按雙口施工配置：人工30人/雙隧道口；氣腿式鑿巖機26臺；氣動鍛釬機2臺；鉆頭磨床2臺；電動空壓機≤9m3/min4臺；電動空壓機≤20m3/min4臺；軸流通風機≤40KW-480m3/min2臺；破碎錘（1.6m3履帶式挖掘機）2臺。具體分析見表1：

由下表可以得知，采用中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊方案開挖，直接費用為184.13元/m3，完成上跨段施工，需要直接工程費211.1萬元。

上臺階爆破下臺階機械開挖和中部機械掏（擴）槽弱爆破修開挖直接費用對比表1。

從上述兩種方案的直接費對比可得知，中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊方案比上臺階爆破下臺階機械開挖方案費用更低，經濟效益明顯。

4綜合結論

通過上述兩種方案在工期、安全、經濟效益三方面的對比，可以得出中部機械掏（擴）槽弱爆破修邊方案比上臺階爆破下臺階機械開挖方案更適合新劉塘一號隧道上跨段，不但在工期、安全方面得以保證，而且經濟效益明顯。