傅騰玄

1 工程概況

貴昆鐵路復(fù)線烏蒙山一號(hào)隧道穿越梅花山主脈,位于梅花山車站與觀音河之間。隧道穿越區(qū)發(fā)育有15條斷層和2個(gè)背斜、1個(gè)向斜。本隧道主要的工程地質(zhì)問(wèn)題為巖溶、巖堆、滑坡、順層及斷層破碎帶、煤層瓦斯及采空區(qū)、涌水突泥等問(wèn)題,特殊巖土為紅黏土、石膏。該隧道正線在DK270+420～DK270+438段下穿內(nèi)昆疏解線的新梅花山隧道,交叉角 64°47′53″,交叉段里程范圍DK270+423.35～DK270+435.38,斜長(zhǎng)16.15 m,包括前后洞輪廓漸變段共70 m,兩隧道軌面高差為11.03 m,上部隧道仰拱基本與下部隧道拱部初期支護(hù)相連。該立交處附近通過(guò)斷層破碎帶,經(jīng)過(guò)物探驗(yàn)證斷層帶位置以及破碎富水。

2 襯砌方案的選擇與施工順序的確定

2.1 襯砌方案

正線烏蒙山一號(hào)隧道位于新梅花山隧道下面,為增加整體強(qiáng)度和剛度,將立體交叉段設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu),框架底板和頂板厚1.2 m,邊墻厚1.5 m,鋼筋混凝土框架襯砌段長(zhǎng)度為5.85 m。位于其上的新梅花山隧道襯砌采用普通橢圓形鋼筋混凝土襯砌形式,不進(jìn)行加強(qiáng)。

2.2 上下隧道施工順序的選擇

按照原設(shè)計(jì)立交方案,先進(jìn)行內(nèi)昆疏解線新梅花山隧道施工(從進(jìn)口開(kāi)始、出口是另一工作面),全斷面越過(guò)交叉段至少20 m以上后停止繼續(xù)向前掘進(jìn)(剩余部分交給出口的工作面完成),然后回頭在DK270+428(框架中心里程)向下開(kāi)挖豎井,井深2 m即可;下部烏蒙山一號(hào)隧道隨后按拱頂有大洞的類似處理辦法通過(guò)本段并一直向前,二襯跟上來(lái),自下而上,先施作完下面框架,再在框架頂板上施作其上新梅花山隧道交叉段(及其影響段)襯砌。

為確保隧道安全,防止后施工的上洞因下洞施工出現(xiàn)沉降,使上洞襯砌發(fā)生裂縫而容易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象,本施工組織設(shè)計(jì)確定兩隧上下交叉段總的施工原則是:先下(烏蒙山一號(hào)隧道)后上(新梅花山隧道)。先下后上就是先施工完下穿的烏蒙山一號(hào)隧道部分,再施工上面的新梅花山隧道。

3 施工技術(shù)

3.1 烏蒙山一號(hào)隧道立體交叉段施工

因框架結(jié)構(gòu)段輪廓為矩形,為保證行車限界,該段輪廓尺寸較正常斷面要大很多。當(dāng)隧道開(kāi)挖到漸變段時(shí),逐漸改變周邊眼孔眼布置,根據(jù)設(shè)計(jì)襯砌外緣輪廓尺寸調(diào)整孔眼數(shù)量,在保持進(jìn)尺的情況下,逐漸增大隧道輪廓,使其到達(dá)上下隧道交叉點(diǎn)時(shí)輪廓基本達(dá)到框架結(jié)構(gòu)尺寸,然后再直接向前掘進(jìn),當(dāng)?shù)竭_(dá)普通段后,再回頭修整交叉段輪廓,使其滿足框架結(jié)構(gòu)及其初期支護(hù)的輪廓要求。然后立即進(jìn)行噴錨支護(hù),對(duì)噴錨支護(hù)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè),當(dāng)噴錨支護(hù)基本穩(wěn)定時(shí),支立框架底板模板,綁扎底板鋼筋,澆筑混凝土,當(dāng)?shù)装寤炷翉?qiáng)度達(dá)到1.2 MPa時(shí),綁扎邊墻及頂板鋼筋,支立腳手架及邊墻、頂板模板,澆筑混凝土。

3.2 新梅花山隧道交叉段施工

當(dāng)烏蒙山一號(hào)隧道交叉段框架式襯砌結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上時(shí),可根據(jù)新梅花山隧道進(jìn)展情況,進(jìn)行交叉段掘進(jìn)。在施工中,為減小新梅花山隧道的爆破對(duì)烏蒙山一號(hào)隧道圍巖的擾動(dòng)以及對(duì)已建成的框架結(jié)構(gòu)的影響,新梅花山隧道交叉段采用上下臺(tái)階開(kāi)挖,并在上下臺(tái)階底部設(shè)置減震帶。

3.2.1 臺(tái)階法開(kāi)挖方案

上臺(tái)階開(kāi)挖高度取4 m,采用短進(jìn)尺、弱爆破減震開(kāi)挖;為了盡可能減少爆破對(duì)新梅花山隧道的影響,掏槽眼設(shè)置在掌子面的上部,且在交叉段正上方10 m范圍內(nèi),每循環(huán)進(jìn)尺取1 m。下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí),采用短進(jìn)尺減震爆破開(kāi)挖,每循環(huán)進(jìn)尺取0.5 m。

3.2.2 減震帶的設(shè)置

為減小爆破沖擊波帶來(lái)的震動(dòng),降低開(kāi)挖作業(yè)對(duì)下方隧道襯砌的擾動(dòng),上、下臺(tái)階爆破時(shí)均在底部設(shè)置減震帶。它由兩列89 mm減震孔組成,其深度為掘進(jìn)眼的7倍,沿其周邊設(shè)14個(gè)42 mm減震孔,其深度為掘進(jìn)眼的2.5倍,以盡量減小爆破對(duì)隧道圍巖的影響。

3.3 鉆爆作業(yè)

3.3.1 鉆爆工藝

鉆爆工藝對(duì)鉆爆作業(yè)以及整個(gè)開(kāi)挖作業(yè)的質(zhì)量和效果起關(guān)鍵性的作用。隧道爆破采用塑料導(dǎo)爆管和毫秒雷管起爆系統(tǒng)。其工藝選用臺(tái)階法微震動(dòng)光面爆破。炸藥選用φ 25 mm的2號(hào)防水乳化炸藥。對(duì)于周邊眼采用導(dǎo)爆索綁小藥卷的空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu)。掏槽選用直眼掏槽。

3.3.2 斷面光面爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

1)炮眼深度的計(jì)算。L=λ L0。其中,L為炮眼深度,m;L0為每掘進(jìn)循環(huán)的計(jì)劃進(jìn)尺數(shù),m;λ為炮眼利用率(掏槽眼取0.7,掘進(jìn)眼取1.1,周邊眼及底板眼取1.2)。2)上下臺(tái)階炮眼數(shù)的計(jì)算。N=qSL/λ r。其中,N為上臺(tái)階炮眼數(shù);q為單位炸藥消耗量,kg/m3;S為臺(tái)階開(kāi)挖面積,m2;L為每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺,m;λ為裝藥系數(shù);r為每米藥卷的炸藥質(zhì)量,kg/m。3)裝藥結(jié)構(gòu)的確定。本次施工中采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu),優(yōu)點(diǎn)是增加落巖破碎度,減少對(duì)炸藥的消耗。周邊眼均采用間隔裝藥形式,較為完整的軟弱巖層采用集中裝藥形式,且不耦合系數(shù)為1.3。4)其他參數(shù)的計(jì)算。周邊眼間距35 cm,抵抗線60 cm;單位炸藥消耗量q,Ⅴ級(jí)圍巖取0.125 kg/m,Ⅳ級(jí)圍巖取0.188 kg/m,堵塞長(zhǎng)度30 cm。另外,采用黃泥堵塞炮眼,避免發(fā)生沖炮,掘進(jìn)眼的堵塞長(zhǎng)度取25 cm～28 cm。

3.4 支護(hù)結(jié)構(gòu)

因空間立體交叉處圍巖比較破碎,烏蒙山一號(hào)隧道在進(jìn)入框架結(jié)構(gòu)前采用小導(dǎo)管進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù),鋼筋拱架采用兩根Φ 22鋼筋焊接而成,小導(dǎo)管在開(kāi)挖面沿拱墻按環(huán)向間距0.25 m～0.5 m(根據(jù)地質(zhì)情況確定間距),外插角15°鉆孔,采用外徑φ 42 mm,壁厚4 mm的熱軋無(wú)縫鋼管加工制成,長(zhǎng)8.0 m。初期支護(hù)采用噴錨網(wǎng)支護(hù),環(huán)向采用φ 22錨桿,間距0.3 m×0.3 m,錨桿長(zhǎng)3.5 m,φ 6.5鋼筋網(wǎng),間距0.2 m×0.2 m,噴厚 15 cm C20混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。

3.5 隧道爆破震動(dòng)監(jiān)控量測(cè)

隧道爆破震動(dòng)監(jiān)控量測(cè)采用由拾振器、INV306型數(shù)據(jù)采集儀、DASP-VIB分析軟件、筆記本電腦、打印機(jī)等部件組成的測(cè)試系統(tǒng)。在新梅花山爆破時(shí),測(cè)量烏蒙山一號(hào)隧道的框架混凝土質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度,應(yīng)滿足《爆破安全規(guī)程》的規(guī)定。

4 施工效果

新梅花隧道已于2009年9月順利通過(guò)交叉段,經(jīng)監(jiān)控量測(cè),新梅花山隧道沒(méi)有對(duì)烏蒙山一號(hào)隧道的襯砌產(chǎn)生明顯影響,新梅花山隧道也基本沒(méi)有下沉,且施工過(guò)程中未發(fā)生任何安全事故。實(shí)踐證明了該施工方案以及各種技術(shù)措施的可行性和有效性,也確立了該工程在同類工程中具有重要的借鑒價(jià)值。

5 施工可借鑒的幾個(gè)方面

1)小凈距空間交叉隧道在開(kāi)挖上可采用上下臺(tái)階法進(jìn)行施工,以減小對(duì)圍巖的擾動(dòng)以及對(duì)先施工的建構(gòu)筑物的影響,在空間交叉的底板薄弱段應(yīng)采取機(jī)械破碎輔以人工的方式進(jìn)行開(kāi)挖。2)爆破工藝上采用毫秒微差弱爆破,運(yùn)用短進(jìn)尺、弱爆破以降低一次爆破性對(duì)先施工隧道造成的影響,合理制定爆破參數(shù),確保施工安全。3)爆破監(jiān)測(cè)工作在此工程中具有舉足輕重的作用,爆破監(jiān)測(cè)應(yīng)嚴(yán)格遵循現(xiàn)行《爆破安全規(guī)程》,并在以爆破監(jiān)控量測(cè)反饋情況的前提下,提出更加合理的爆破安全方案和建議來(lái)指導(dǎo)施工。4)新梅花山隧道爆破時(shí)減震帶的設(shè)置減少了爆破沖擊波對(duì)烏蒙山一號(hào)隧道的震動(dòng)作用,烏蒙山一號(hào)隧道框架混凝土沒(méi)有出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象。

[1]TBJ 204-96,鐵路隧道施工規(guī)范[S].

[2]朱月貴,王 松.淺談九曲小凈距隧道的施工[J].山西建筑,2008,34(11):335-336.