鐵路隧道小凈距下穿既有公路隧道施工技術(shù)

丁寧

摘要：結(jié)合丹大鐵路草莓溝2號隧道下穿既有盤道嶺公路隧道交叉段跨度大、間距小、巖石破碎等施工難點的工程實例，總結(jié)鐵路隧道下穿施工采用超前洞身雙層大管棚、三臺階法、控制爆破、雙層鋼架初期支護(hù)等工藝特點、施工工藝流程及控制要點，可為類似工程的施工提供參考。

Abstract： According to the engineering example of the No.2 tunnel of Dandong-Dalian Railway passing through the existing section of Pandaoling highway tunnel with large span， small distance and broken rock， the technical features， construction process and control points of advance hole double pipe shed， three steps method， controlled blasting， double-shelves initial support are summarized， which can provide reference for the construction of similar projects.

關(guān)鍵詞：鐵路隧道下穿；跨度大；間距小；施工技術(shù)

Key words： railway tunnel underpassing；large span；small distance；construction technology

中圖分類號：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）11-0152-04

0 引言

草莓溝2#隧道進(jìn)口位于草莓溝村東，出口位于山城一組南側(cè)，全長4262m，為單洞雙線隧道，場區(qū)地處丘陵，隧道內(nèi)埋深約20～150m。隧道于2010年10月份開工，至2015年7月份竣工。隧道于TJLDK158+141-TJLDK158+181里程范圍下穿既有盤道嶺公路隧道，交叉影響跨度40m，結(jié)構(gòu)凈距為7.47m，下穿處圍巖等級為Ⅴ級。為實現(xiàn)下穿段隧道施工安全及既有公路隧道內(nèi)的行車安全，隧道下穿段施工采用超前洞身雙層大管棚，并輔以雙層鋼架等超強(qiáng)支護(hù)措施，實現(xiàn)安全穿越。

1 施工工藝及工序

1.1 工藝特點

針對丹大鐵路草莓溝2號隧道下穿既有盤道嶺公路隧道交叉段存在跨度大、間距小、巖石破碎以及危及既有公路隧道形成安全等特點。開挖前采用超前雙層大管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)與巖體形成雙層載拱，有效控制巖體下沉、變形、掌子面位移，對交叉隧道起到顯著的防護(hù)作用。開挖采用三臺階法，既能保證開挖時的安全穩(wěn)定，又能保證交叉段盡早形成初支及二襯襯砌封閉的穩(wěn)定狀態(tài)。采用控制爆破對公路隧道結(jié)構(gòu)的最大振動速度控制在10cm/s以內(nèi)。初期支護(hù)采用格柵鋼架和型鋼鋼架雙層鋼架超強(qiáng)支護(hù)，嚴(yán)控了圍巖變形。綜上技術(shù)保證了交叉段施工的安全穿越。

1.2 主要施工工序

草莓溝2號隧道下穿既有盤道嶺公路隧道施工為三臺階法，具體工序如下：I拱部超前大管棚→1上臺階開挖→II上臺階初期支護(hù)→2中臺階開挖→III中臺階初期支護(hù)→3下臺階開挖→IV下臺階初期支護(hù)→4仰拱開挖→V仰拱初期支護(hù)→VI仰拱填充混凝土→拱墻混凝土。草莓溝2號隧道下穿既有盤道嶺公路隧道施工工序如圖1所示。

2 工藝操作要點

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報

通過采用TSP203宏觀長距離地質(zhì)預(yù)報與超前水平鉆探為主的綜合預(yù)報交叉滲透、相互驗證，并與設(shè)計地質(zhì)資料進(jìn)行比對，最大限度的確保預(yù)報準(zhǔn)確度。識別和預(yù)測隧道下穿段掌子面前方及周圍的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)，提供準(zhǔn)確的斷裂帶、含水帶及巖體工程類別等地質(zhì)參數(shù)，為隧道下穿段開挖及支護(hù)施工形成了的實施性指導(dǎo)資料。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)預(yù)報顯示，交叉段為Ⅴ級圍巖，巖石主要為混合花崗巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體內(nèi)含有少量裂隙水，未發(fā)現(xiàn)大型不良地質(zhì)構(gòu)造。

2.2 測量放線

2.2.1 控制測量

引入洞內(nèi)的平面控制點，采用雙支導(dǎo)線交叉測量方法，以精確控制隧道；布設(shè)的控制點都設(shè)置于堅固穩(wěn)定的地面上，且在施工期間不易破壞位置；布設(shè)加密的控制點與相鄰控制點通視良好。

2.2.2 施工放線

①根據(jù)設(shè)計圖紙，精確計算出線路逐樁坐標(biāo)和標(biāo)高，并編制出隧道逐樁坐標(biāo)與標(biāo)高表；

②利用洞內(nèi)測量控制點，緊跟開挖面?zhèn)鬟f中線和高程。隧道開挖斷面尺寸可利用CAD直接在電腦上量取（需復(fù)核圖紙正確），作為隧道各工序的空間位置控制；

③隧道爆破開挖輪廓線的放設(shè)位置，現(xiàn)場根據(jù)實際爆破效果進(jìn)行優(yōu)化，原則不能欠挖；

④在洞內(nèi)進(jìn)行施工放樣時，隨時配帶氣壓標(biāo)、溫度計，隨時根據(jù)實際情況對儀器進(jìn)行氣壓、溫度的修正。

2.3 超前大管棚

下穿段采用兩環(huán)40mΦ159mm雙層管棚，兩環(huán)管棚中至中間距0.4m，每環(huán)106根，環(huán)向設(shè)置范圍均延伸至邊墻最大跨度位置，施工工藝采用管棚引孔頂入法施工。具體操作控制要點如下：

2.3.1 主要施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量定位→安裝導(dǎo)向管、澆筑套拱→搭設(shè)工作平臺、鉆機(jī)就位→鉆孔→清孔→鉆孔驗收→頂入管棚、安裝止?jié){塞→連接注漿管路、調(diào)試→壓水試驗→注漿作業(yè)→注漿效果分析→封孔、連接鋼架結(jié)構(gòu)→結(jié)束。

2.3.2 管棚施工前準(zhǔn)備

掌子面根據(jù)地質(zhì)條件采用20cm厚C25砼封閉，洞內(nèi)擴(kuò)大開挖至管棚位置。

2.3.3 管棚加工

下穿段管棚采用Φ159mm壁厚8mm熱軋無縫鋼管制作而成，鋼管每節(jié)長分5m和6m兩種，鋼管連接端采用外車絲扣，絲扣長300mm。管壁鉆10～16mm注漿孔（孔口1.5m內(nèi)不鉆孔），孔間距15cm，梅花型布置。管頭15cm焊成圓錐形，便于入孔。長管棚絲扣加工如圖2所示。

2.3.4 鉆機(jī)就位

①搭設(shè)鉆機(jī)平臺，確保平臺支撐于穩(wěn)固的地基上，如此可有效避免鉆機(jī)在施鉆時產(chǎn)生擺動、位移，有利于保證鉆孔質(zhì)量和人身安全。②鉆機(jī)與設(shè)定好的孔口管方向平行，用儀器掛線、鉆桿導(dǎo)向相結(jié)合的方法，反復(fù)調(diào)整，精確核定鉆機(jī)位置。

2.3.5 鉆孔

①鉆孔前，按測定好鉆孔的范圍、平面位置，并對每個孔進(jìn)行編號。②鉆孔由高孔位向低孔位進(jìn)行，開鉆時低速低壓。③鉆進(jìn)中經(jīng)常量測鋼管鉆機(jī)的偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜超過要求，及時糾正，至終孔仍超限者補(bǔ)漿封孔后再原位重鉆，外插角控制在為1°-5°。④在施鉆進(jìn)程中及時記錄和繪制孔位布置圖。

2.3.6 清孔及驗孔

①清孔采用地質(zhì)巖芯鉆桿配合鉆頭進(jìn)行反復(fù)掃孔，清除浮渣，確保孔徑、孔深符合要求，防止堵孔；再用高壓風(fēng)從孔底向孔口清理鉆渣。②成孔后用全站儀、斜測儀等檢查鉆孔的間距、直徑、深度等。允許偏差：方向角1°，孔口距±30mm，孔深±50mm。驗孔合格后方可進(jìn)行管棚安裝，對不合格的孔應(yīng)封孔原位重鉆。

2.3.7 頂入管棚

給每個孔編號，編號為奇數(shù)的第一節(jié)管采用5m長鋼管，以后每節(jié)均采用5m長鋼管；編號為偶數(shù)的第一節(jié)采用6m長鋼花管，以后每節(jié)均采用6m長鋼花管。同一斷面內(nèi)的接頭數(shù)量不得超過鋼管總數(shù)的50%，相鄰鋼管接頭錯開1m。前期靠人工送管，后期借助鉆機(jī)頂進(jìn)，直至孔底，達(dá)到設(shè)計長度。當(dāng)鋼管孔外剩余30-40cm時，用管鉗卡住管棚，安裝套管連接下一節(jié)管棚依次頂進(jìn)管棚至設(shè)計位置。如遇故障，需清孔后再將鋼管插入。

2.3.8 注漿

①注漿采用隔孔灌注。初壓為0.5～1.0MPa，終壓 2MPa，施工中持壓15min后停止注漿。保證注漿漿液應(yīng)充滿鋼管及其周圍的空隙，注漿量滿足設(shè)計要求。注漿順序按照由低到高、由下往上，交錯進(jìn)行。②若注漿量超限，還沒達(dá)到壓力要求，就應(yīng)該調(diào)整漿液濃度繼續(xù)注漿，持壓15min后可停止注漿。③注漿時，注漿孔管不得對準(zhǔn)人體，防止高壓漿液對施工人員的傷害。

2.4 三臺階法開挖

采用三臺階法開挖，臺階長度5-8m；下臺階在上臺階初期支護(hù)結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定，噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計的70%以上時方可開挖；上臺階循環(huán)進(jìn)尺1榀鋼架間距0.5m；中、下臺階循環(huán)進(jìn)尺2榀鋼架1m；仰拱一次開挖長度控制在3m；開挖后及時施作初期支護(hù)，上中下臺階鋼架底腳設(shè)有？準(zhǔn)22mm長4m的鎖腳錨桿。

為了滿足對既有公路隧道結(jié)構(gòu)的最大振動速度控制不大于10cm/s的要求，通過計算下穿段掏槽眼最大單段藥量不超過7.25kg，為此將復(fù)式楔形掏槽采用三個段位雷管進(jìn)行掏槽，其中1段小掏槽眼4個，單孔裝藥量1.2kg，共計4.8kg；3段大掏槽眼3個，單孔裝藥量1.2kg，共計3.6kg；5段大掏槽眼3個，單孔裝藥量1.2kg，共計3.6kg通過將掏槽眼單一段位雷管一分為三進(jìn)行裝藥，從而降低了單段最大裝藥量，達(dá)到減小爆破振動和噪聲的目的。

2.5 初期支護(hù)

下穿段采用雙層鋼架超強(qiáng)支護(hù)，第一層采用間距為0.5m的I25型鋼鋼架支撐，噴射35cm厚C25混凝土；第二層采用間距為1.0m的格柵鋼架支撐，噴射25cm厚C25混凝土；拱腳設(shè)置？準(zhǔn)42mm長4m的鎖腳錨桿，拱頂管棚范圍無錨桿、邊墻采用？準(zhǔn)22長5m砂漿錨桿。下穿段的超強(qiáng)初期支護(hù)，形成的整體受力結(jié)構(gòu)，能確保交叉段隧道施工及使用的安全性、穩(wěn)定性和耐久性。具體操作控制要點如下：

2.5.1 噴射混凝土

①噴射混凝土及時，盡量在最短的時間內(nèi)噴射混凝土封閉圍巖表面，縮短圍巖開挖臨空面暴露時間。初期襯砌噴射C25混凝土，然后再施作系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)、立支和穩(wěn)固鋼架、再分層噴射混凝土等工序。②噴射順序先墻后拱，自下而上分片進(jìn)行，并先噴鋼筋格柵與壁面間混凝土，然后在噴兩鋼筋格柵之間混凝土；對于一些凹凸不平的特殊巖面，按先凹后凸，遇到較大或較深的凹坑，采取間隔時間分層噴射，或沿周邊分成幾塊噴射而向中間合攏的方法。噴嘴與受噴面的距離控制在0.6-1.8m。③每次噴射厚度不小于4cm，分層噴射，在前一層混凝土終凝后進(jìn)行。若終凝1h后再噴射，要先用水清洗基面。④噴射混凝土終凝后3h內(nèi)不允許爆破作業(yè)。⑤噴射壓力控制在0.15-0.2MPa。

2.5.2 砂漿錨桿

①錨桿入孔到底時孔口無水泥漿流出，須拔出錨桿重新注漿安裝。②桿體插入孔內(nèi)長度不小于設(shè)計規(guī)定的95%，安裝數(shù)量符合要求。③錨桿墊板與噴混凝土面密貼。

2.5.3 鋼架加工

①型鋼鋼架采用冷彎成型；格柵鋼架采用胎膜焊接，并以1：1大樣控制尺寸。②拱部和邊墻各單元鋼架分塊加工。③不同規(guī)格的首榀鋼架加工完成后，放在平整地面上進(jìn)行試拼裝，周邊拼裝允許偏差±30mm，平面翹曲應(yīng)小于20mm，檢查連接板密貼性，合格后方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。

2.5.4 鋼架安裝

①對鋼架連接處虛渣進(jìn)行人工清理，確保噴混凝土厚度。現(xiàn)場鋼架安裝不得侵入二襯斷面，要注意做到鋼板連接密貼。鋼架垂直于隧道中線，豎向不傾斜、平面不錯位，不扭曲。②鋼架拱腳施作鎖腳錨桿，鎖腳錨桿必須與鋼架焊接牢固，鋼架之間縱向用？準(zhǔn)22鋼筋連接，環(huán)向間距1m。

2.6 仰拱及仰拱填充

為改善上部支護(hù)結(jié)構(gòu)受力條件而設(shè)置在隧道底部的反向拱形結(jié)構(gòu)，是隧道結(jié)構(gòu)的主要組成部分之一，它一方面要將隧道上部的地層壓力通過隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系暮奢d有效的傳遞到地下，而且還有效的抵抗隧道下部地層傳來的反力。仰拱與二次襯砌構(gòu)成隧道整體，增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。具體操作控制要點如下：

2.6.1 仰拱

①仰拱開挖前必須完成鋼架鎖腳錨桿，每循環(huán)開挖進(jìn)尺不大于3m，施作仰拱混凝土前應(yīng)清理隧底虛渣、淤泥、積水和雜物，并用高壓風(fēng)吹洗干凈，超挖部分應(yīng)采用C35高強(qiáng)防水混凝土回填，隧底周邊部分噴4cm厚砼封閉開挖面，分別施作雙層鋼架，復(fù)噴C35高強(qiáng)度防水混凝土進(jìn)行覆蓋。

②按照規(guī)范和設(shè)計要求控制鋼筋保護(hù)層厚度、間距，層距，邊墻與隧底鋼筋綁扎牢固，仰拱端模與弧模采用加工定型鋼模，仰拱采用C35高強(qiáng)度防水混凝土進(jìn)行澆筑，待強(qiáng)度滿足2.5MPa拆模。

2.6.2 仰拱填充

安裝填充擋頭模板和側(cè)模，填充與仰拱縱向錯開≥0.5m，并按設(shè)計要求施作過軌管線，并填充C20混凝土，混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa后可行人，達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的50%后方可過車。

2.7 二襯襯砌

隧道采用復(fù)合式二次襯砌，采用12m長全液壓自行鋼模襯砌臺車進(jìn)行施工。隧道結(jié)構(gòu)防水由噴射混凝土、環(huán)縱向盲管、EVA防水板和二次襯砌結(jié)構(gòu)自防水等組成。二次襯砌混凝土采用C35抗?jié)B混凝土，其抗?jié)B等級為P10；拱墻設(shè)置EVA防水板加土工布；施工縫設(shè)置背貼式橡膠止水帶+中埋式橡膠止水帶；二襯施工時拱部預(yù)貼？準(zhǔn)20mm的注漿花管，待二次襯砌混凝土達(dá)到100%設(shè)計強(qiáng)度后，拱部進(jìn)行回填注漿。關(guān)鍵工序操作控制要點如下：

2.7.1 防水板

①防水板用熱焊機(jī)進(jìn)行焊接，鋪設(shè)采用專用臺車進(jìn)行。②鋪設(shè)前進(jìn)行精確放樣，彈出標(biāo)準(zhǔn)線進(jìn)行試鋪后確定防水板一環(huán)的尺寸，盡量減少接頭。③防水板鋪設(shè)由隧道拱部向兩側(cè)進(jìn)行，實鋪長度與弧長的比值控制在10：8。④兩幅防水板的搭接寬度不小于150mm，搭接采用熱熔雙焊縫，單條焊縫寬度不應(yīng)小于15mm。環(huán)向鋪設(shè)時，下部防水板應(yīng)壓住上部防水板。⑤分段鋪設(shè)的防水板的邊緣部位預(yù)留至少60cm的搭接余量并且對預(yù)留部分邊緣部位進(jìn)行有效的保護(hù)。⑥綁扎或焊接鋼筋時，采取措施應(yīng)避免對防水板造成破壞。⑦防水板搭接縫與施工縫錯開距離1-2m。

2.7.2 二襯澆筑

①混凝土水平分層對稱、邊澆筑邊振搗，最大下落高度不能超過2m，臺車前后混凝土高度差不能超過0.6m，左右混凝土高度不能超過0.5m。②當(dāng)砼澆筑至作業(yè)窗50cm，作業(yè)窗關(guān)閉前，將窗口附近的砼漿液殘渣及其他贓物清理干凈，涂刷脫模劑，將其關(guān)閉嚴(yán)密，防止窗口部分砼表面出現(xiàn)凸凹不平的補(bǔ)丁甚至漏漿現(xiàn)象。

3 監(jiān)控量測

通過對鐵路隧道和既有公路隧道交叉影響區(qū)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)的分析處理及信息反饋，實現(xiàn)了對鐵路隧道施工方案和支護(hù)措施的安全性評價及驗證，掌握了鐵路隧道下穿施工引起既有公路隧道的變形規(guī)律及特性，確保了下穿段鐵路隧道施工的安全及既有公路隧道內(nèi)行車安全。

3.1 下穿段鐵路隧道監(jiān)控量測

①監(jiān)控量測項目包括，洞內(nèi)狀態(tài)觀察、凈空收斂、拱頂下沉。下穿段測量項目見表1。

②監(jiān)控量測斷面為5m一個斷面。測線布置按每臺階一條水平測線，兩條斜測線。監(jiān)測頻次，隧道每次開挖后進(jìn)行1次監(jiān)測，其余按按圍巖變形速度確定的監(jiān)控量測頻率進(jìn)行，見表2。

3.2 下穿段既有公路隧道監(jiān)控量測

測量項目和測量頻次與上述新建鐵路隧道相同。監(jiān)控量測斷面布設(shè)以交叉位置為中心，兩側(cè)分別為0m，1m，3m，7m，12m，20m，左右對稱布置，共11個測點，既有盤道嶺公路隧道量測斷面布置如圖3所示。測線布置為每個監(jiān)測斷面設(shè)置七個觀測點，分別位于拱頂（E）、兩側(cè)拱腰（A、B）、兩側(cè)邊墻（C、D）、路面左中右（F、G、H），既有盤道嶺公路隧道測線布置如圖4所示。

4 結(jié)束語

針對丹大鐵路草莓溝2號隧道下穿既有盤道嶺公路隧道的下穿跨度大、間距小、巖石破碎等難點，施工時首先采用超前洞身雙層大管棚進(jìn)行預(yù)支護(hù)與巖體形成雙層載拱，有效控制巖體下沉、變形；開挖時采用三臺階法，既保證施工安全的同時，又形成快速封閉成環(huán)的穩(wěn)定狀態(tài)；同時輔以超前預(yù)報、控制爆破、砂漿錨桿、雙層鋼架超強(qiáng)支護(hù)、監(jiān)控量測等技術(shù)手段，保證了下穿隧道的施工安全及既有公路隧道內(nèi)的行車安全。總結(jié)了鐵路隧道下穿既有公路隧道施工工藝、施工工序、操作要點以及監(jiān)控量測方法可為其它類似工程施工所借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]草莓溝2號隧道設(shè)計圖紙.

[2]Q/CR9604-2015，高速鐵路隧道工程施工技術(shù)規(guī)程[S].

[3]TB10417-2003，鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]TB10424-2010，鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]TZ331-2009，鐵路隧道防排水施工技術(shù)指南[S].

[6]Q/CR9218-2015，鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程[S].

[7]GB50208-2011，地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[8]TB10304-2009，鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程[S].

[9]Q/CR9217-2015，鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)規(guī)程[S].