高速鐵路隧道下穿既有鐵路隧道施工策略研究

甄相國 賈瑞晨

（湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 湖南 衡陽 421000）

1 國內(nèi)類似工程實(shí)例

本文研究過程中，將以國內(nèi)某類似工程實(shí)例作為施工情景。筆者選取了湖南省永順縣范圍內(nèi)的某鐵路隧道的施工過程作為研究對象。該鐵路隧道的具體情況如下：隧道全長3465m。邊沿隧道在DK48+593.4 位置處將下穿蜈蚣山一號(hào)隧道。平面交角度數(shù)約為30°，內(nèi)軌頂面標(biāo)高325m，蜈蚣山一號(hào)隧道內(nèi)軌標(biāo)高為337m，結(jié)構(gòu)凈距為32.45m。在巖層情況方面，邊沿隧道下穿位置為震旦系燈影組白云巖，上端為硅質(zhì)巖，為Ⅴ級(jí)圍巖，弱富水區(qū)。蜈蚣山一號(hào)隧道的主要巖層為炭質(zhì)頁巖。在施工過程中，開挖導(dǎo)致中底層面臨較大的壓力，該種情況會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)坑橫梁以及箱腿被擠出，下導(dǎo)坑地板鼓起，上導(dǎo)坑底板沉落，產(chǎn)生了較為頻繁的坍塌。

2 具體施工策略和技術(shù)

2.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的過程中，其主要運(yùn)用了對相關(guān)地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查和勘察相結(jié)合的方式，在探查技術(shù)上，應(yīng)當(dāng)采用物探和鉆探兩種方法同時(shí)進(jìn)行。在探查距離方面，保證長距離探查和短距離探查相結(jié)合。除此之外，還要保證地上探查和地上探查相結(jié)合的方式。在運(yùn)用上述各種探查方式的基礎(chǔ)上，要對所有探查技術(shù)得出的探查結(jié)論進(jìn)行綜合，各個(gè)結(jié)果之間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行相互驗(yàn)證，以此提高預(yù)報(bào)活動(dòng)的準(zhǔn)確程度。具體而言，在實(shí)際施工案例中，地質(zhì)素描要實(shí)現(xiàn)每施工循環(huán)一次；運(yùn)用長距離彈性波反射法進(jìn)行探測；在存在異常情況的地質(zhì)段中，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用地質(zhì)雷達(dá)開展探測活動(dòng)；在富水區(qū)域進(jìn)行探查時(shí)，要采用高分辨律直流探測法進(jìn)行。

2.2 施做中管棚

在拱部140 度的范圍之內(nèi)要對中管棚進(jìn)行設(shè)置。管棚的長度為10m。在兩環(huán)之間的搭建長度為3m，環(huán)向間距為40cm。中管棚運(yùn)用管棚鉆機(jī)，以初期支護(hù)內(nèi)輪廓為標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔參數(shù)為插腳5 度至的10 度之間，在環(huán)內(nèi)設(shè)置的數(shù)量為45 根。在水泥漿液的填筑過程中，要按照1 比1 的比例在管棚內(nèi)填筑水泥漿液。根據(jù)不同的施工情況，設(shè)定不同的注漿壓力。筆者認(rèn)為，在案例工程中將注漿壓力設(shè)定為2.0MPa 較為適宜。在具體施工過程中，需要對管棚進(jìn)行編號(hào)。編號(hào)分為單雙號(hào)，如果管棚的編號(hào)為單號(hào)管，應(yīng)當(dāng)采用鋼花管，當(dāng)管棚編號(hào)為雙號(hào)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采用鋼管。在實(shí)際施工中，需要先行打設(shè)鋼花管，然后進(jìn)行注漿。而后繼續(xù)進(jìn)行鋼管的打設(shè)。通過該種方法， 可以較為便捷的檢查鋼花管的注漿情況。

2.3 施做超前小導(dǎo)管

在施工過程中，需要利用超前小導(dǎo)管對工程相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)，以便于工程開展。在小導(dǎo)管的相關(guān)具體參數(shù)方面，小導(dǎo)管長度宜為5m，環(huán)向間距方面0.3m較為適宜，縱向間距方面設(shè)置為每環(huán)3m，設(shè)置10 度至15 度的外插角度，每環(huán)58根，水泥漿液填筑比例為1 比1。

2.4 三臺(tái)階預(yù)留核心土開挖施工技術(shù)

在高速鐵路隧道下穿既有鐵路隧道的施工技術(shù)選擇方面，施工技術(shù)的好壞將直接影響到既有隧道的形變情況。如果科學(xué)合理的選擇施工方法，將對既有隧道的形變控制起到關(guān)鍵作用。因此，在具體施工開展以前需要對圍巖類別和具體參數(shù)進(jìn)行分析，選擇適宜的施工方法。如采用三臺(tái)階預(yù)留核心土方法進(jìn)行施工作業(yè)，利用相關(guān)機(jī)械對交叉段開挖，對于影響段，可采用爆破開挖的方式進(jìn)行。在震速控制方面，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)控制在每秒3cm 的范圍內(nèi)。上臺(tái)階開挖時(shí)，垂直高度控制在3.7m，臺(tái)階長度控制在3m 至5m 之間。中下臺(tái)階的垂直高度保持相等，數(shù)值為3.6m。左右兩側(cè)開挖宜采用的分別開挖的方式進(jìn)行，不能同時(shí)進(jìn)行開挖，中臺(tái)階長度控制在3m 至5m 的范圍內(nèi)。下臺(tái)階支護(hù)距離在10m 至15m 之間。開挖工作要與支護(hù)工作同時(shí)進(jìn)行，以此在最大限度內(nèi)避免對既有隧道產(chǎn)生不利影響。

在支護(hù)鋼架的選擇方面，筆者認(rèn)為選擇I25b 工字鋼。拱架之間可以采用I14工字鋼進(jìn)行結(jié)構(gòu)連接，以隧道為參照進(jìn)行徑向設(shè)置，環(huán)向凈距設(shè)置為1m，在邊墻角位置的工字鋼與連接板之間的高度差為0.2m，在上導(dǎo)區(qū)域設(shè)有18 根，中導(dǎo)區(qū)域內(nèi)一側(cè)設(shè)有4 根，下導(dǎo)設(shè)4 根。全環(huán)范圍內(nèi)的總量數(shù)量共計(jì)34 根。施工過程中的鋼架安裝之前，應(yīng)當(dāng)對地腳位置虛碴進(jìn)行清理，并需要設(shè)置槽鋼于地腳處。通過上述設(shè)計(jì)與安排，可以在最大限度內(nèi)增加基地位置的承載力，且需要利用木板將槽鋼和基底之間的縫隙進(jìn)行楔緊。在邊墻區(qū)域需要運(yùn)用砂漿錨桿，其長度為4m，采用梅花型的布置方法。拱部區(qū)域內(nèi)利用中空錨桿的組合，其長度為4m，同樣采用梅花型的布置方法，在錨桿尾部需要配備錨墊板以及螺母。

2.5 施做鎖腳錨管

鎖腳錨管在避免初支沉降以及變形方面將起到關(guān)鍵作用。在實(shí)際施工的過程中，在上臺(tái)階鋼架地腳約1m 的范圍內(nèi)進(jìn)行鎖腳錨管的設(shè)置，設(shè)置過程中單側(cè)需要設(shè)置4 組，共計(jì)8 根錨管。除此之外，在中臺(tái)階以及下臺(tái)階鋼架底部同樣約1m 的范圍內(nèi)也需要設(shè)置錨管，數(shù)量方面，單側(cè)需要設(shè)置3 組，共計(jì)6 根錨管。鎖腳錨管采用50mm 的鋼花管較為適宜，在第1 組內(nèi)，每根長度為5m，除此之外，其他每根長度均為4m，角度斜向下30 度。施工過程中，需要將錨管和鋼架之間進(jìn)行焊接，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3 施工過程中的具體注意事項(xiàng)與應(yīng)急措施

3.1 應(yīng)急人員及設(shè)備的準(zhǔn)備

在施工過程中，需要提前安排一定數(shù)量的應(yīng)急人員以應(yīng)對施工過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況。除此之外，對于相關(guān)應(yīng)急設(shè)備和應(yīng)急物資也要著手提前準(zhǔn)備。在該環(huán)節(jié)中，需要重點(diǎn)注意的是干噴機(jī)、干噴料攪拌機(jī)、雙液注漿泵、臨時(shí)仰拱拱架、大鎖腳錨管等施工物資。只有對突發(fā)情況做到提前準(zhǔn)備，才能在遭遇突發(fā)情況時(shí)妥善處理。

3.2 對拱頂下沉量超警戒時(shí)的處理

隧道施工過程中，如果洞內(nèi)發(fā)生拱頂下沉量超過警戒，但是收斂變形情況不嚴(yán)重的情況，可以反映出鎖腳強(qiáng)度不夠的問題。遭遇該種情況時(shí)，可以利用大鎖腳進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。在大鎖腳錨管之間可以利用兩根U 型鋼筋進(jìn)行固定，并通過焊接的方式進(jìn)行進(jìn)一步加固。

3.3 突發(fā)情況的報(bào)告與管理制度

施工項(xiàng)目部需要制定相關(guān)應(yīng)急預(yù)案，在突發(fā)事件出現(xiàn)時(shí)可以按照應(yīng)急預(yù)案中的處理辦法進(jìn)行及早處理，防止損失的擴(kuò)大化。具體而言，可以由工程項(xiàng)目負(fù)責(zé)人員按照規(guī)定進(jìn)行統(tǒng)一部署，協(xié)調(diào)人員和物資資源，積極幫助工務(wù)段、車站、車間等有關(guān)部門做好突發(fā)事件的處理工作。

4 結(jié)語

通過對上述若干施工技術(shù)的分析，可以看出在進(jìn)行高速鐵路隧道下穿既有鐵路隧道的施工過程中，在施工技術(shù)、方案的選擇方面需要針對施工具體情況進(jìn)行不斷優(yōu)化。通過運(yùn)用合理的施工技術(shù)和方法，可以保障施工完畢后既有隧道不會(huì)出現(xiàn)下沉、變形等病害，以上施工過程中的相關(guān)意見可供類似工程施工參考。