鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術研究

李軍

（山東省路橋集團有限公司，山東濟南 250014）

0 引言

隨著我國城鎮建設質量的提升，在城市規劃和道路施工的過程中，為了節約土地資源，提高空間利用率，往往會出現鐵路隧道項目和高速公路隧道項目交叉的現象，需要開展鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工，雖然難度大、風險大、挑戰大、技術要求高、現場環境復雜，但是可以促使城市建設更加完善。因此，施工單位應加強重視，科學分析此類現代化的道路形式，把握施工特點和基本要求。在施工中將安全性和穩定性放在第一位，綜合分析鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工的各方面影響，根據具體情況采用合理的施工控制技術，并制定可靠的控制措施，有效解決隧道施工中的路面沉降等問題，保證施工質量。

1 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工存在的問題和風險

1.1 問題

當前我國高速公路隧道施工技術體系還不夠完善，施工工藝還未完全成熟，施工制度還不夠健全，無法滿足實際需求，也無法保證施工現場的安全性、穩定性和有序性，其主要原因是我國高速公路隧道施工還處于發展階段，還需要重點解決一些問題。對此施工單位在實際施工過程中需要加強重視，需要根據技術規范、設計要求、行業標準和現場實際情況科學規劃方案，科學施工，綜合分析各方面影響因素，并加強施工現場的控制。把握鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工的特點、難點和風險問題等制定控制措施，并對施工技術的應用進行全方位的控制，確保鐵路隧道線路運營的安全性和穩定性。此外，在實際施工建設的過程中也需要根據項目地質條件、基本要求等借鑒發達國家的相關經驗和做法，根據自身實際情況優化改進，制定可靠的施工技術控制措施，從根本上提高施工水平。

1.2 風險

一般情況下，鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工地基基礎條件復雜、隧道埋深淺、隧道結構復雜、隧道頂與高速公路距離短、環境惡劣，一般常常處于第四系殘坡積粉質黏土及二長花崗巖地帶，風化嚴重，節理裂隙發育。根據施工方案周期和進度要求，在下穿高速公路時，大型施工車輛在通行的過程中會產生不均勻荷載，對隧道產生影響，易導致隧道頂發生坍塌事故、路面發生位移和變形等問題。調查發現，鐵路隧道頂與高速公路距離短，如果在施工中采用微振動爆破技術，則需要加強爆破速度的控制，并且因為施工難度大、巖石層結構復雜，導致施工進度慢，存在較大的施工風險[1]。

2 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工產生的影響

因為整個工程項目施工量大、施工難度大、影響因素多，在施工過程中會對原有公路線路和鐵路線路產生不同程度的影響，具體表現在以下幾個方面。

2.1 對原有公路線路的影響

在鐵路隧道建設過程中，會對既有高速公路路基結構和路面產生不同程度的影響，因為路基和路面是緊密連接的，而鐵路隧道施工作業面緊貼著既有高速公路路基施工作業面，會導致路基出現變形和不穩定等情況，甚至出現路基坍塌事故，導致路面出現不平整、裂痕等問題。

2.2 對原有鐵路線路的影響

鐵路隧道施工對鐵路線路的運營影響較大，尤其對于鐵路路基的影響非常嚴重，破壞性較大。一般情況下，在鐵路隧道施工建設中需要設計施工方案，制訂施工計劃，對現場實際情況進行勘察、分析和記錄，制定安全防護措施；施工單位則需要根據規范要求開展施工，避免在施工中出現路基下沉、破壞排水系統等問題，盡量減小對原有鐵路線路的影響。

2.3 對整個交通線路的影響

在鐵路隧道施工過程中需要明確目標，確保整個交通線路車輛通行的安全、順暢、穩定，有效保證車輛的安全，在此過程中需要施工單位對施工現場進行封閉式管理。但是這種模式也會占用車道，對原有線路產生影響，導致交通擁擠，甚至會發生交通事故[2]。

3 鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技術的應用

在鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工過程中需要施工單位將安全控制放在第一位，將安全控制貫穿項目建設的全過程中，制訂安全控制方案和措施，對施工方案和設計圖紙加強審核，做好事前預測和調查，把握地質條件和工程資料，科學建設大管棚，做到管超前、嚴注漿、弱爆破、短進尺、強支護、早封閉、緊襯砌、勤量測。一般在爆破作業中會產生大幅度的振動，在操作機械設備時也會產生振動，這種振動會對地基周圍的土體產生影響，會導致路基沉降、路面變形、隧道架構變形等問題，嚴重的還會導致滲透、坍塌等事故，對此需要施工單位加強控制，加強對施工現場的控制。為了實現以上目標，需要施工單位加強和交通、路政、建設等各部門的溝通和協調，形成良好的協同關系，并通過現場優化布局、統籌規劃設計、現場安全控制等措施，有效保證施工的安全和穩定。

3.1 做好前期準備

在施工之前，第一，施工單位需要安排技術人員進入現場做好地質勘查、氣候環境分析、水文條件分析，全面把握現場施工環境，綜合分析施工作業對環境的影響；第二，對工程項目資料進行分析，把握項目特點和基本要求，在明確整體情況后安排設計人員根據相關指標和要求編制施工方案，加強工程設計；第三，對于復雜地質要建立超前地質預報和施工過程中的監控量測等技術管理工作制度；第四，做好技術交底、方案交底，加強和施工人員、技術人員的交流溝通，確保施工人員熟悉圖紙、明確要點，遵循相關規范科學施工操作；第五，加強施工隊伍建設，提高施工隊伍的綜合素質和責任意識、法律意識；第六，根據施工現場實際情況準備原材料、機械設備，選擇合理的施工工藝、施工技術等，做好各方面的準備工作[3]。

3.2 加強新建隧道大管棚施工現場的安全控制

在新建隧道施工中可以采用大管棚超前支護法，即根據規范要求、技術指標在隧道拱頂處設置大管棚，對于大管棚的規格、長度、直徑及鋼管的間距等都需要嚴格控制，確保符合標準要求。鋼管的數量和規格要達到設計規范，并根據規范要求開展鉆孔作業，一般在鉆孔施工時需要沿隧道頂部兩側向中間鉆進。在此過程中需要加強檢查和校正工作，確保鋼管強度、等級、質量等符合要求。在相鄰的鋼管之間需要設置一定規格和數量的螺紋鋼筋，并對其加以緊固，之后進行灌漿施工，完成灌漿施工后進行壓強操作，然后采用超前小導管加固隧道內壁，有效預防隧道坍塌和變形。在此過程中，需要控制小導管的數量和間距，并將超前小導管設置在掌子面外側，作為支撐桿，然后注漿，以此和掌子面形成穩固的圍巖防護系統[4]。

3.3 爆破施工安全控制

在鐵路隧道施工過程中需要開展爆破作業，在爆破前需要確定地點、檢查現場實際情況、對周圍的巖土層及水文等信息進行分析、科學分析爆破振動對周圍土層及地基的影響、明確基本的目標和作業面，并將振動速度和造成的影響程度作為衡量指標和參數。在操作的過程中需要嚴格控制爆破振動速度，確保施工現場的安全和穩定。一般情況下，如果新建隧道施工地質條件復雜、環境影響大，則需要采用微振動爆破技術，通過選擇最佳裝藥量，確保爆破效果達到預期目標。在衡量和判斷爆破振動時主要是檢測爆破的振動速度，影響振動速度的因素主要包括炸藥功能、裝藥情況、爆破方案等。一般在鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工中，需要確保最大振動速度符合標準，以此保障高速公路隧道和鐵路隧道交叉作業的安全性和穩定性。

在施工中需要根據現場地質條件和實際情況科學制定爆破作業方案，采用分層分段松動微差法開展爆破作業。在實際施工中可以采用分層設置炮孔、多鉆孔的方式，在操作時先在隧道底部開挖深基坑，并科學控制基礎層的間距、厚度、寬度，在其他位置可以采用機械設備開挖施工。考慮到車輛通行的安全性和有序性，需要根據實際情況及時調整隧道爆破作業，確保爆破作業范圍和施工現場的車道之間有一定的安全距離，并根據設計參數和指標選擇最佳炸藥用量[5]。

3.4 隧道初期支護的控制

初期支護施工是隧道施工最為關鍵和重要的工序，初期支護施工質量直接決定支護結構的穩固性，關系著后期施工活動的順利進行，也對施工進度有著一定的影響，對此需要施工單位加強重視。在施工過程中需要科學制定施工工序，科學安排時間，以此保障隧道掘進效率和進度，確保施工的穩定進行，具體的施工步驟如下：

第一，下穿隧道襯砌施工。在此環節需要選擇復合型襯砌類型，初期支護是一種單層噴射混凝土，需要采用鋼架進行加固，對于鋼架間距和支護厚度都需要嚴格控制。

第二，臨時仰拱支護。需要設置工字鋼作為支護，對于噴射混凝土的厚度和支護斷面都需要嚴格控制。通過對隧道洞內環境和地面沉降量進行觀測發現，在下穿段初期沉降速率較大，為確保掘進安全，需要改進原有的鎖腳鋼管設計方案，增加鋼管數量（保持鋼管長度及直徑不變）；在鎖腳鋼管增加后重新測量數據，發現拱頂沉降速率降低，現場穩定。

通過以上兩種方法的實踐應用發現，采用原來的設計參數進行施工非常有效，可以構建穩固的支護體系，更好地固定超前支護和鎖腳鋼管，施工人員可以在施工過程有效處理風化巖石層的埋深段。通過監測數據分析發現，采用無體系錨桿也是非常有效的，可以有效控制鎖腳鋼管和初期支護的變形情況，對此需要施工單位在后期優化工藝流程。另外，其中的二沉襯砌也非常有效，安全性強，可以有效減輕圍巖的壓力，也可以有效承擔路面車輛的荷載。只需要對二次襯砌的荷載承擔量進行測量，就可以有效控制支護日常使用過程中出現的各種問題，有效提高襯砌設計荷載，確保施工現場的安全和穩定。

3.5 在施工完成后需要定期監測和養護

鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工是一項長期、復雜、系統化的工程，在竣工驗收完成后并不意味著施工結束，還需要相關單位和部門定期對公路隧道的運營進行監測，如圖1 所示。

圖1 隧道施工監控測量技術圖

對車輛通行和隧道結構情況進行監測和分析，及時發現問題，做好隧道的維修和養護工作，確保隧道環境的穩定性、交通運行的安全性，有效保護隧道交通參與者的生命健康。

4 結語

鐵路隧道下穿既有高速公路隧道施工是一個新課題，其施工環境惡劣、條件復雜、存在交叉作業、施工難度大、安全風險高，更需要施工單位從多個方面入手加強施工現場的控制。在施工前需要對地質環境和施工特點進行分析，對隧道埋深進行預測，并加強大管棚施工、爆破施工現場控制，保證施工現場的安全和穩定，避免影響其他線路的正常運行。更為重要的是，需要對現有施工方案進行優化改進，總結經驗，科學分析現有項目施工的特點和難點，對施工效果進行評估和分析，歸納和總結經驗，為未來的工程建設提供指導。