鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工的控制技術研究

陶煜

（中鐵二十局集團有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

當前，隨著社會、經濟和科技的快速發展，交通運輸業也得到了飛速發展，建筑和使用的地下空間也在不斷增加。隨著我國許多地方對地下空間的開發，由于其自身的地理位置，已有的建筑物受到了極大制約，因此，在新建的隧道工程中，采用了下穿的方法。但是，新建隧道往往會損壞既有隧道，尤其是鐵路隧道下穿既有高速公路隧道，對此，一方面要保證既有高速公路隧道的安全性和穩定性，另一方面要保證隧道的施工安全。

1 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工產生的影響

1.1 對既有公路的影響

因為施工過程中穿插著鐵路與公路，所以在建設中會對原有的道路造成影響。道路本身應該屬于一體成型的項目，一旦路面遭到破壞,那么其相應的路基也會遭受不同程度的損壞。在后期公路運營中，勢必會對行駛的車輛造成安全隱患。

1.2 對交通的影響

在開展施工的過程中,會對既有的公路帶來影響甚至破壞，從而交通也會受到不同程度的影響，路面一旦遭到破壞，其路段會被攔截，如果某一路段被封堵，一定會對其他路段的交通帶來影響，對人們的出行帶來很多不便。

1.3 對既有鐵路的影響

在開展鐵路隧道的施工過程中，主要依靠兩個方面來確保工程的安全性，即設計與施工，以保證隧道工程的運行安全。我國鐵路網絡復雜,每段鐵路干線并非都是獨立存在的，倘若出現一段鐵路被破壞，那么會對對鐵路固有車次進行調整，也因此對人們的出行帶來不便。

另外，由于鐵路施工流程復雜,環境惡劣，一旦鐵路路基被破壞,那么對整個鐵路干線都會帶來很大影響，甚至如果施工方案出現問題會給后續的施工帶來無法彌補的損失。

2 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術

2.1 施工前準備工作

項目工程的安全性在工程建設中占有重要地位，為了保證工程的安全，必須做好準備工作，尤其是評估工作。深入施工現場進行全面、詳細的勘察，主要包括環境、水文、地質條件等，并對施工中容易發生的問題和對已建隧道的影響進行預測，并根據各種條件進行綜合評價。針對現有隧道工程，本文著重對如下內容進行分析。

首先，在現有高速公路上，地基的變形和沉降會對其產生怎樣的影響。

其次，在襯砌上，如果出現裂縫等病害，會不會對地基產生影響，使其混凝土結構發生變化，從而降低其承載能力。

最后，在路基變形后，并未對公路行駛安全產生影響。不僅要對已建隧道結構進行評價，還要根據穿越段的結構特點，分析沉降、裂縫等外力，找出引起結構變化的原因，并根據分析的影響因素，確定其變形、特征等。

2.2 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道的施工控制技術

2.2.1 超前長管棚漿預支護

在鐵路隧道和現有公路隧道間存在一定的交叉點，其施工工藝可分為四個階段。

第一個步驟是將長管棚作為目標，進行生產和加工。一般采用鋼花管和熱軋無縫管，它們的外徑和管壁為90mm 和6mm。對鋼管進行加工，這是一種在使用前必須進行的工序，其中最常用的工藝就是將鋼管的兩端進行預處理，然后將其兩端進行有效處理，形成外螺紋，將外插角度控制在5～10°這一范圍中，環距一般為40cm。鋼管在安裝過程中，應保證直徑偏差不超過20cm，相鄰管道間的環距不超過10cm。

第二個步驟是穿孔，把孔擦干凈。在鉆孔時，要根據地質情況選用合適的鉆孔工具。在施工前，要進行清孔清理，觀察孔中有無雜物，如碎石、石屑等，以保證頂板的質量，管棚的前端通常為圓錐形，以便于頂入。

第三個步驟是在鋼花管上打一個孔，孔的直徑在10～16cm 之間，孔的形狀與梅花相似，在管的末端設有不帶孔的止漿部分。

第四個步驟是對長棚灌漿。長管棚內通常采用水泥漿料，為保證預支護的質量，采用1∶1 的水灰比，灌漿壓力控制在0.5～2MPa 之間，灌漿前應按設計方案進行泥漿測試，并對泥漿的配比和壓力進行調節[1]。

2.2.2 優化預支參數

由于鐵路隧道和既有線隧道是一個交叉點，存在大量的圍巖，所以在施工中要充分考慮到隧道的影響。因此，在跨線段增加襯砌的強度，從而保證隧道的施工質量和安全。在建筑工程中也要使用一些高強度的材料，例如，可以選擇25cm 厚的鋼絲網，以及更高的剛性。

另外，在施工中，有關技術人員還需對支護參數進行優化，以確保一次襯砌的質量，并做好二次襯砌的施工準備。二次襯砌采用C30 鋼筋混凝土，厚度為50cm，從而確保工程質量。

2.2.3 施工技術

在隧道工程中，采用的施工技術會對工程建設造成重大影響，特別是在現有的公路隧道工程中，若不能確保技術的科學性和合理性，就會對工程的穩定性和安全性造成一定威脅。為了盡量減少對現有隧道的影響，有關施工單位在施工時采用三段仰拱方法。在左、右端挖出階梯，在中部放置支撐剛接，并嚴格控制各階梯的開挖進尺和長度，分別為3～5cm 和1m。同時，做好基坑施工前期的支護工作，避免施工對現有隧道產生的影響[2]。

2.2.4 實時監測既有隧道

鐵路隧道下穿既有線隧道，由于施工條件復雜，施工技術要求高，難免會發生一些突發情況。為了保證隧道的安全和質量，必須實時監測既有隧道，根據這些數據，可以獲得更大的經濟效益和社會效益。

2.3 做好工程驗收準備

由于此項目相對隱蔽，所以一定要做好驗收。工程完工后，要認真地對工程的整體質量進行全面的檢查，尤其是一些比較隱蔽的地方，要進行有效驗收，判斷工程的質量與有關的規范和要求是否一致，以及使用的管道是否能夠滿足工程的需要。在驗收過程中，如果出現質量問題，應立即與施工方聯系，并采取有效的措施。在整改完成前，將驗收數據提交給業主[3]。

3 案例分析

3.1 工程概況

該隧道位于DK270+850—DK271+110 處，下穿既有高速隧道和新鐵路隧道。該段的地質條件為侵蝕性低山，開挖深度在0.8～1.4m 之間。開挖后的地質構造特征是：表面為MIQ 型人工砂礫巖，下部為花崗巖，不發育基巖裂縫水，質地硬，巖體完整,該段新建的隧道圍巖等級為V 級[4]。

該段新修建的隧道下穿地下通道，共8m，凈寬12m，將其分為兩條向下分開的兩車道隧道，其早期支護方式主要是噴射混凝土、錨桿等，并對新開挖的圍巖進行監控與設計，以最大限度地利用圍巖的承載力來保持穩定，使圍巖在新開挖初期的支護系統中占有重要地位。DK270+850—DK271+110 洞口淺埋斷面為V 型圍巖，注水泥強度C22，厚度15m，采用超前錨桿預支護，φ10@16cm×@16cm 鋼筋網，L=3.5m，錨桿按環向間距1.4m，縱向間隔1.4m，格柵鋼框按0.6m 排列，直徑為20MnSi 鋼筋，縱向間隔1.0m，環距1m，梅花形排列；模筑襯砌混凝土強度等級C27，厚度38cm，鋼筋網片直徑為6mm，間距為16mm，縱向為10mm，間隔為16cm；噴出的混凝土厚度為20cm[5]。

3.2 既有高速公路隧道健全度評價標準

在現有高速公路上，由于設計施工不當、襯砌材料質量差、外力變化等因素的作用下，對現有公路隧道的安全性能產生了較大的影響；對現有公路隧道橋墩的結構進行綜合評估，主要包括以下九項：

一是對鋼筋腐蝕的檢測。

二是對水泥砂漿的深度探測。

三是對混凝土的強度特性進行測試。

四是對混凝土的堿度和氣體離子的測定。

五是對鋼筋保護層厚度的測定。

六是對隧道襯砌的厚度進行檢測。

七是在復式襯砌中，對大跨度的兩層襯砌進行檢測。

八是對混凝土襯砌的開裂和外觀進行調查。

九是對隧道襯砌中的空白區域進行調查。

評估和測試的結果表明，現有的跨線隧道橋梁總體結構滿足設計規范要求[6]。

3.3 新建鐵路隧道工程施工控制

在現行的鐵路隧道施工中，采用超前方案評審、超前地質預報、管棚超前、短進尺、弱爆破、勤量測等技術控制措施。在這些因素中，由于爆破施工而產生的振動會對路面的變形、沉降以及隧道的結構產生一定的影響。加強高速公路的交通管理，并與當地政府、公安等部門進行溝通，采取科學合理的安全防范措施，以保證新建鐵路隧道下的道路安全[7]。

3.3.1 新建隧道大管棚施工安全控制

在新建的鐵路隧道地下工程中，采用大管棚超前支護的施工方法。在隧道頂部，用40m 直徑108mm 的大管棚制作鋼筋籠，每個大管棚之間的距離要達到0.4m，每個圓筒都要用6mm 的直徑6mm 的無縫鋼管作為支撐。

在新的隧道施工中，通常采用從洞口向兩側進行鉆孔施工。為了達到新隧道的要求，對鋼管進行了加固，在每個鋼管之間加入4 個18mm 的螺旋鋼筋作為鋼筋籠。每一根鋼筋都要澆筑一次，然后進行特殊的壓力測試，最后用一根小管子進行現場施工，這是一種新的施工技術，它的主要作用是在巷道內不會發生塌方，在掌子面的外側用一根直徑42mm 的小導管進行灌漿。每環需要使用31 個3.5m 長的超前小導管，間隔為40mm[8]。

3.3.2 爆破施工安全控制

在爆破作業中，要充分利用安全技術，以震速、損毀等指標作為評價指標。為了保證新建的隧道在施工過程中的安全性，爆破振動是新修建的隧道中的一個關鍵環節。在爆破作業中，要嚴格控制爆破模式、爆破類型和裝藥情況。針對新隧道施工的地質情況，采用了弱震爆破方法，合理控制鉆孔參數，確保爆破振動在合理范圍內。新建高速鐵路隧道爆破振動最大值為4cm，以確保已建成的隧道與鄰近隧道的交疊[9]。

針對新建隧道的地質條件，采取了行之有效的爆破措施，采用分層、分段、松散爆破、間隔炮孔、多孔裝藥等措施，對于新建隧道基坑開挖，各段間距可設定為1.5m、3m；在新建隧道的剩余部位采用機械開挖，在新開挖的隧道開挖過程中，要保證在原有的公路上行駛和開挖過程中不受爆破振動的影響。考慮到整個工程的施工次序和環節，在實際工程中，只要在沿路開挖5～12m 的范圍內，就可利用這些條件和已測得的資料，計算出一段掘進時的最大爆破量[10]。

在對現有線路進行測量時，測量的基本內容如下：

一是振動速率；二是襯砌面應變；三是地基下沉；四是結構變形。根據測量結果，確定了襯砌的受力特性和地基的穩定規律，從而為整個工程提供了相應的安全措施。在此期間，必須合理地布置測點。

4 結語

對于新修建的地下隧道，在考慮到施工周期長、運輸風險大等問題的情況下，必須對新修建的隧道進行科學、合理的施工。由于地下隧道深淺不一的地質環境，在這種情況下，新建的地下隧道會受到影響。因此，可以針對隧道周邊的地質和巖體狀況，迅速、安全、科學、合理地施工，同時還要對每一道工序進行充填、灌漿，以達到預防路基塌陷的目的。