石磊磊

（山西鐵建工程監(jiān)理咨詢(xún)有限責(zé)任公司， 山西 太原 030013）

小凈距鄰近既有隧道施工的對(duì)策

石磊磊

（山西鐵建工程監(jiān)理咨詢(xún)有限責(zé)任公司， 山西 太原 030013）

在我國(guó)，鉆爆法施工的優(yōu)越性已得以體現(xiàn)。然而，在一些復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件下施工，如工程項(xiàng)目鄰近古城區(qū)、文物保護(hù)區(qū)，新建鐵路隧道鄰近既有隧道等，無(wú)論開(kāi)挖施工還是工程爆破，均會(huì)對(duì)周邊建筑物結(jié)構(gòu)受力造成不利的影響，制約了新建建筑物、隧道的順利施工。實(shí)踐證明，充分勘察既有建筑物現(xiàn)狀，考慮新舊建筑物的相互影響，并采取有效措施，能夠確保既有構(gòu)筑物的安全運(yùn)營(yíng)，保證既有結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量。

小凈距隧道；控制爆破；爆破振動(dòng)；振速

0 引 言

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的快速發(fā)展，人民生活水平的提升，基礎(chǔ)交通建設(shè)隨之發(fā)展，單線(xiàn)鐵路不能滿(mǎn)足現(xiàn)在交通發(fā)展的需要，越來(lái)越多的復(fù)線(xiàn)工程隨之投入建設(shè)。受地形地貌，現(xiàn)有條件的限制，一些新建隧道距離既有隧道較近，施工不便。如復(fù)線(xiàn)鐵路寶成線(xiàn)中兩隧道與既有隧道巖柱體厚度為 1.9 m～2.3 m，復(fù)線(xiàn)鐵路襄渝二線(xiàn)新大城隧道與既有隧道中間巖柱體為 3.7 m。緊鄰既有隧道爆破、開(kāi)挖施工使既有隧道周邊圍巖應(yīng)力發(fā)生改變，影響既有隧道結(jié)構(gòu)受力；爆破振動(dòng)又將會(huì)對(duì)既有隧道結(jié)構(gòu)造成一定程度的影響。本文結(jié)合新建太興鐵路太靜段工程新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道爆破、開(kāi)挖、支護(hù)施工，分析研究了緊鄰既有隧道的新建隧道施工對(duì)策，對(duì)小凈距隧道開(kāi)挖施工，鄰近建筑物開(kāi)挖施工有一定的指導(dǎo)意義。

1 主要工程概況

兩座新建隧道屬新建太興鐵路太原至鎮(zhèn)城底增復(fù)線(xiàn)段，位于山西省古交境內(nèi)，新風(fēng)平嶺 1# 隧道起訖里程為DIK48+5101~DIK48+643，全長(zhǎng) 133 m，新風(fēng)平嶺 2# 隧道起訖里程為 DIK48+689~DIK49+565，全長(zhǎng) 876 m，兩隧道主體均為單線(xiàn)隧道，右臨汾河灘，坡面陡直，植被較差；新風(fēng)坪嶺2# 隧道出口端隧頂有運(yùn)煤道路，地質(zhì)較差。

兩隧道均為淺埋偏壓，新隧道與既有隧道線(xiàn)間距較小。新舊隧道線(xiàn)間距 14 m，隧道間巖柱體僅為 8 m。新舊隧道基本平行，軌面高程一致。

既有隧道已建成 30 多年，為電氣化單線(xiàn)鐵路隧道，承擔(dān)著太原至鎮(zhèn)城底段客貨運(yùn)輸任務(wù)。在新建鐵路隧道的爆破開(kāi)挖施工中，對(duì)既有電氣化鐵路隧道的任何影響都將會(huì)導(dǎo)致鐵路事故。既有隧道結(jié)構(gòu)為整體式襯砌，隧道內(nèi)除存在多處滲水及裂隙等常見(jiàn)缺陷，整體結(jié)構(gòu)良好。

2 新建隧道施工對(duì)既有隧道影響

鄰近既有隧道施工的新建隧道施工，對(duì)既有隧道的影響，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)新舊隧道的位置關(guān)系(平行、交叉等)；(2)新舊隧道的凈距(既新隧道最外邊緣至舊隧道最外邊緣的距離)；(3)新隧道的施工工法(主要指開(kāi)挖方式方法)；(4)新隧道的開(kāi)挖大小；(5)新舊隧道周?chē)牡匦?、地質(zhì)條件；(6)既有隧道的結(jié)構(gòu)力學(xué)情況。下面結(jié)合新風(fēng)平嶺1#、2# 隧道的地形地質(zhì)條件，隧道位置關(guān)系、間隔，開(kāi)挖爆破施工，巖柱體間破碎圍巖情況進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 新舊隧道相對(duì)位置關(guān)系

新舊隧道水平高程基本一致，兩隧道基本呈平行布設(shè)，線(xiàn)間距為 14 m，中間巖柱體為 8 m。根據(jù)已有的日本《接近既有隧道施工對(duì)策指南》，當(dāng)兩隧道間隔為 1.5 D～2.5 D(D為隧道直徑)屬于要注意的范疇。隨著新隧道的開(kāi)挖，新舊隧道之間的圍巖應(yīng)力發(fā)生重新分布，隧道發(fā)生形變。新隧道的開(kāi)挖，使原有應(yīng)力狀態(tài)打破，既有隧道左右兩側(cè)受力平衡狀態(tài)被打破，隧道在左側(cè)圍巖壓力大的情況下，發(fā)生了向右的位移。這種位移將使既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，可能導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)的破壞甚至結(jié)構(gòu)侵限。

圖1 開(kāi)挖引起的既有隧道形變

2.2 新舊隧道周?chē)牡匦蔚刭|(zhì)條件

根據(jù)地形地質(zhì)條件以及勘察設(shè)計(jì)定線(xiàn)，隧道處于山脊一側(cè)，為淺埋偏壓。在淺埋偏壓及小凈距下，隧道開(kāi)挖后既有隧道左側(cè)圍巖壓力增大，既有隧道產(chǎn)生了靠近新隧道的位移。

圖2 既有隧道襯砌在偏壓壓力下的變形

2.3 爆破振動(dòng)的影響

爆破振動(dòng)可能會(huì)危及既有電氣化鐵路的結(jié)構(gòu)安全，影響鐵路安全運(yùn)營(yíng)。在爆破沖擊波的作用下，既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌距離爆源最近的位置受到的爆破振動(dòng)破壞最大。在我國(guó)，爆破振動(dòng)對(duì)礦山巷道、交通隧道影響的判據(jù)，是采用既有建筑物爆破振動(dòng)時(shí)質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度來(lái)判斷。

保證既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌不受到爆破振動(dòng)作用的破壞(產(chǎn)生裂紋)，關(guān)鍵是要控制既有隧道結(jié)構(gòu)襯砌距離爆源最近地質(zhì)點(diǎn)的峰值振動(dòng)速度。GB 6722—2011《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，交通隧道的安全允許振速為 10 cm/s～20 cm/s，為確保既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全，施工時(shí)將爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道的影響控制在 5 cm/s 以?xún)?nèi)。

2.4 既有隧道的結(jié)構(gòu)力學(xué)情況

既有隧道修建于 30 多年前的鐵道兵時(shí)期，隧道襯砌為整體式襯砌，經(jīng)過(guò)勘測(cè)、觀(guān)察，既有隧道除存在諸如滲水，裂縫等一些常見(jiàn)缺陷外，隧道襯砌結(jié)構(gòu)相對(duì)良好。

3 施工方法與對(duì)策

3.1 對(duì)新舊隧道中間巖柱體加固

新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道與既有隧道線(xiàn)間距 14 m，隧道間巖柱體僅為 8 m，為確保新隧道施工時(shí)既有隧道的安全，開(kāi)挖前先對(duì)既有隧道采取加固措施。具體措施如下。

在軟弱破碎帶以及軟硬巖過(guò)渡段采取超前預(yù)支護(hù)，打設(shè)組合中空錨桿進(jìn)行二次加固的雙重加固措施。具體為Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖過(guò)渡段，采用長(zhǎng) 4.5 mφ42、間距40 cm 小導(dǎo)管注漿進(jìn)行超前預(yù)加固，鄰近既有隧道一側(cè)打設(shè)至拱腰處，開(kāi)挖后再對(duì)此段圍巖采用 1.2 m×1.2 m、長(zhǎng) 3.0 m 的φ22 組合中空錨桿進(jìn)行二次加固，加強(qiáng)巖柱體的整體性；其余段落根據(jù)施工實(shí)際情況適當(dāng)加固巖柱體。

3.2 新建風(fēng)坪嶺隧道安全施工措施

新風(fēng)坪嶺隧道施工嚴(yán)格按照“預(yù)加固、后開(kāi)挖、弱爆破、短進(jìn)尺、勤量測(cè)、早閉環(huán)、襯砌跟緊”的原則組織施工，采取以下主要具體措施保證施工安全。

3.2.1 既有線(xiàn)隔離措施

新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道施工前采用隔離網(wǎng)進(jìn)行既有線(xiàn)隔離防護(hù)，防止施工人員及材料等侵入既有線(xiàn)界限，確保行車(chē)安全。

3.2.2 爆破振動(dòng)控制安全施工措施

正式起爆前在不同圍巖下進(jìn)行多組爆破測(cè)試試驗(yàn)，以確定特定工況下判斷振動(dòng)速度的經(jīng)驗(yàn)公式中 K、α 值，確定小凈距下不同圍巖級(jí)別的最大單次爆破用藥量。

除控制單次起爆最大爆破藥量外，將掏槽眼布置在遠(yuǎn)離既有隧道一側(cè)，在緊鄰既有隧道一側(cè)打設(shè)間距 25 cm 的隔離減振孔，可有效減小既有隧道爆破振動(dòng)的影響，同時(shí)可起到導(dǎo)向孔的作用。

3.2.3 洞口爆破安全防護(hù)措施

為防止爆破時(shí)出現(xiàn)飛石的現(xiàn)象，洞口爆破設(shè)計(jì)為松動(dòng)弱爆破，并采用密目(方格小于 2 cm)SNS 防護(hù)網(wǎng)覆蓋防護(hù)，以防止飛石從側(cè)面飛出。

3.2.4 隧道支護(hù)措施

初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖面，減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，抑制圍巖變形，仰拱緊跟早閉環(huán)，二襯緊跟，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.3 監(jiān)測(cè)控制

考慮到隧道施工為淺埋偏壓臨近既有線(xiàn)小凈距鉆爆開(kāi)挖施工，監(jiān)控量測(cè)主要采取：新建隧道淺埋段地表沉降觀(guān)測(cè)、洞內(nèi)拱頂下沉及水平收斂監(jiān)測(cè)、既有隧道病害觀(guān)察及爆破振速監(jiān)測(cè)、既有隧道拱頂下沉及水平收斂量測(cè)。施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，必要時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)及支護(hù)措施，以確保安全。

3.3.1 既有隧道病害觀(guān)測(cè)

爆破施工前，在既有隧道較大裂縫處施做砂漿抹面，爆破后對(duì)比觀(guān)察裂縫的變化和查看是否出現(xiàn)新的病害，以此修正爆破參數(shù)和調(diào)整加固方案。

3.3.2 既有隧道的爆破振速監(jiān)測(cè)

爆破施工前在將測(cè)試振動(dòng)用傳感器布設(shè)到既有隧道特定位置，記錄爆破施工時(shí)既有隧道距離爆源最近質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度。測(cè)試儀器為四川托普測(cè)控科技有限公司生產(chǎn)的 UBOX-5016 爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀及配套的垂直、水平速度傳感器。為確保爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)既有線(xiàn)的影響減小到最小，不影響運(yùn)輸安全，在既有隧道內(nèi)合理布設(shè)測(cè)點(diǎn)。利用既有隧道迎爆破側(cè)邊墻 60 m 間隔的避車(chē)洞，在距離新建隧道施工的掌子面最近的兩處避車(chē)洞分別放置一組固定測(cè)點(diǎn)，外加隨掌子面移動(dòng)的一組測(cè)點(diǎn)，三組測(cè)點(diǎn)檢測(cè)不同位置的振動(dòng)速度(切向、徑向、垂直 3 個(gè)方向)。

圖3 既有隧道測(cè)點(diǎn)布置簡(jiǎn)圖

3.3.3 既有隧道、新建隧道監(jiān)控量測(cè)

依據(jù)鐵建設(shè) [120] 號(hào)文件及新舊隧道實(shí)際情況，Ⅴ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 5 m，Ⅳ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 10 m，Ⅲ級(jí)圍巖地段量測(cè)間距設(shè)為 30 m，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖每量側(cè)斷面布置一個(gè)拱頂下沉點(diǎn)和兩條水平收斂量測(cè)基線(xiàn)，Ⅲ級(jí)每量測(cè)斷面布置一個(gè)拱頂下沉點(diǎn)和一條水平收斂量測(cè)基線(xiàn)。

圖4 位移測(cè)線(xiàn)布置圖

3.3.4 淺埋地段地表、地中沉降監(jiān)測(cè)

淺埋地段在地表及地中布置沉降測(cè)點(diǎn)，沉降測(cè)點(diǎn)布置在隧道中線(xiàn)上，在與隧道軸線(xiàn)正交平面的一定范圍內(nèi)布設(shè)7～11 個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距 2 m～5 m。

圖5 地表下沉量測(cè)范圍及地中沉降測(cè)點(diǎn)布置

3.4 數(shù)據(jù)反饋與分析

3.4.1 既有隧道的爆破振速監(jiān)測(cè)

每次爆破前對(duì)既有隧道進(jìn)行檢查，爆破后通過(guò)洞外的計(jì)算機(jī)對(duì) 3 組檢測(cè)振速進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄分析，分析匯總不同圍巖級(jí)別，不等單次最大爆破藥量下的振速，通過(guò)分析單次最大爆破藥量在 1.6 kg～1.8 kg 下振速能滿(mǎn)足 5 cm/s 以下的限值，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)圍巖單次爆破循環(huán)可達(dá) 1.2 m，Ⅴ圍巖考慮支護(hù)的影響每次開(kāi)挖 0.8 m。

3.4.2 監(jiān)控量測(cè)分析

通過(guò)新舊隧道洞內(nèi)收斂監(jiān)測(cè)、洞頂下沉監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)，并對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的整理分析，所監(jiān)測(cè)點(diǎn)的速度及累計(jì)位移、下沉均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)既有隧道的觀(guān)察，未出現(xiàn)新裂縫。

4 結(jié) 語(yǔ)

施工前分析了新建隧道所處綜合環(huán)境，通過(guò)分析采取了對(duì)既有隧道的預(yù)加固；對(duì)新建隧道，尤其是靠近既有隧道的中間巖柱體進(jìn)行的預(yù)支護(hù)，確保了隧道結(jié)構(gòu)的安全。鉆爆施工前通過(guò)試驗(yàn)得出使用炸藥、工況、圍巖地質(zhì)條件下的 K、α值，采取短進(jìn)尺、控制最大裝藥量，使既有隧道最大振速控制在 5 cm/s 以下，確保了既有隧道的運(yùn)營(yíng)安全。有效的振速監(jiān)測(cè)、洞內(nèi)水平收斂監(jiān)測(cè)、洞頂下沉監(jiān)測(cè)、地表沉降監(jiān)測(cè)為已運(yùn)營(yíng)線(xiàn)增復(fù)線(xiàn)施工提供了又一重保障。新風(fēng)坪嶺 1#、2# 隧道的成功施作，對(duì)今后類(lèi)似隧道及地下工程的施工有一定的指導(dǎo)意義。

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通信地址：山西省太原市建設(shè)北路242號(hào) 山西鐵建工程監(jiān)理咨詢(xún)有限責(zé)任公司。

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1007-4104(2015)04-0075-03

2015-02-12

石磊磊，助理工程師，土木工程專(zhuān)業(yè)(隧道工程與地下鐵道方向)，從事土建工程建設(shè)監(jiān)理工作，任職于山西鐵建工程監(jiān)理咨詢(xún)有限責(zé)任公司。