李征文

摘要：交通系統(tǒng)建設(shè)是我國現(xiàn)代化建設(shè)的重點(diǎn)工作，尤其是公路工程的建設(shè)規(guī)模正在逐漸擴(kuò)大，對于其施工質(zhì)量提出了更高的要求。在新建公路隧道中，往往會遇到跨既有鐵路隧道施工的情況，為了確保既有鐵路運(yùn)輸正常，這就給新建隧道的施工帶來了一定的復(fù)雜性。因此，應(yīng)該控制新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工技術(shù)，合理設(shè)計爆破裝置，為最大限度地降震、減少鐵路圍巖擾動、確保鐵路運(yùn)營安全奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。本文通過分析某工程的空間交疊情況、地質(zhì)條件與鐵路隧道交疊段支護(hù)襯砌參數(shù)，對既有鐵路隧道無損檢測及結(jié)果進(jìn)行研究，提出交疊段結(jié)構(gòu)設(shè)計與交疊段公路隧道施工組織設(shè)計方案。

Abstract： The construction of transportation system is the key work of China's modernization construction. In particular， the construction scale of highway engineering is gradually expanding， and higher requirements are put forward for its construction quality. In the new highway tunnels， it is often encountered to cross the existing railway tunnel construction. In order to ensure the normal railway transportation， this brings certain complexity to the construction of the new tunnel. Therefore， it is necessary to control the construction technology of new road tunnels across existing railway tunnels and rationally design blasting devices， laying a solid foundation for maximizing earthquake reduction， reducing railway surrounding rock disturbances and ensuring railway operation safety. In this paper， by analyzing the spatial overlap of a project， geological conditions and supporting lining parameters of the overlapping sections of railway tunnels， the non-destructive testing and results of existing railway tunnels are studied， and the design of overlapping sections and the construction organization design of overlapping sections of highway tunnels are proposed.

關(guān)鍵詞：新建公路隧道;既有鐵路隧道;施工技術(shù)

Key words： new highway tunnel; existing railway tunnel; construction technology

中圖分類號：U459.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）15-0056-04

0 ?引言

下方鐵路隧道受到新建公路隧道施工的影響，結(jié)構(gòu)性破壞就會因隧道結(jié)構(gòu)的變形值過大而出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅工程的質(zhì)量與施工的安全性，與此同時，鐵路的正常交通安全也會受到軌道變位的影響，不利于行車安全。在新建公路隧道施工中，應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注隧道開挖和初期支護(hù)的施工技術(shù)，并對橋面板、橋梁樁基和車輛荷載等對隧道的影響，實(shí)現(xiàn)施工技術(shù)要點(diǎn)的合理控制。

1 ?工程項(xiàng)目基本概況

某新建公路隧道工程的左線長度為965m，右線長度為968m。在竣工后，將利用M7.5漿砌片石對斜井洞口和正洞與斜井連接處進(jìn)行封堵，并控制封堵厚度在3m左右。新建公路隧道橋梁與既有鐵路隧道存在空間交疊情況，且交叉角度在44.9°-63.1°之間。該隧道的正常涌水量為1890m3/d，該地段的主要不良地質(zhì)類型為巖溶，呈現(xiàn)垂直發(fā)育的特點(diǎn)。當(dāng)前工程的系統(tǒng)錨桿類型為Φ22砂漿錨桿，錨桿長度為2.5m，排距和環(huán)距分別控制在1m。采用C20噴射混凝土，厚度在100mm左右。鋼筋網(wǎng)規(guī)格選擇φ8@250×250mm。在二次襯砌的施工中，拱墻混凝土選擇C25素混凝土，控制其厚度在300mm左右;仰拱混凝土選擇C25素混凝土，控制其厚度在400mm左右。圖1為某工程中隧道交疊段示意圖。

2 ?隧道影響因素分析

2.1 橋面板和橋梁樁基的影響 ?在樁基施工中，應(yīng)控制群樁應(yīng)力擴(kuò)散角度，一般情況下應(yīng)該為土的內(nèi)摩擦角的1/4，控制橋梁樁基的入土深度滿足設(shè)計要求，一般情況下為16-17m之間。此外，還應(yīng)該對兩側(cè)樁基與公路隧道的距離進(jìn)行設(shè)置，通常情況下為8-15m。在施工作業(yè)中采用三維模擬的方式，保障橋面板施工的質(zhì)量與效率，將相關(guān)位移標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于整個施工過程中[1]。新增位移與上階段施工位移累積距離應(yīng)該控制在4mm以內(nèi)，防止位移距離過大影響工程穩(wěn)定性，合理控制橋面板和橋梁樁基對隧道產(chǎn)生的影響。

2.2 車輛荷載的影響 ?在新建公路隧道跨既有鐵路隧道施工中，還必須對車輛荷載進(jìn)行綜合考量，以滿足工程投入運(yùn)營后的荷載要求，防止出現(xiàn)重大安全事故，延長公路隧道使用壽命。汽車自身動力與重力移動荷載，是隧道中承受的車輛荷載，豎向上差異沉降不平順，是引發(fā)豎向動力作用的主要原因。均布式荷載和集中式荷載共同組成車道荷載，控制群樁應(yīng)力。在計算相關(guān)數(shù)據(jù)時采用midas技術(shù)或者GTS，把握隧道軌道變形位移增量。為了降低負(fù)面影響因素對于隧道建設(shè)的影響，應(yīng)該對超載車輛進(jìn)行限制，合理設(shè)計箱梁與橋梁樁基，防止不均勻沉降現(xiàn)象的發(fā)生。此外，為了對車輛荷載沖擊力進(jìn)行控制，應(yīng)該減少路面不平問題。

3 ?交疊段結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 交疊段公路隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù) ?為了降低新建公路隧道對既有鐵路隧道的影響，將加強(qiáng)型襯砌應(yīng)用于公路隧道交疊段中。在交疊段長度為30m處采用的襯砌類型為Z5b，在交疊段長度為35處采用的襯砌類型為G5a。襯砌過程中預(yù)留變形量為12cm;G5a襯砌鋼架為I20b@60，Z5b襯砌鋼架為I18@60;鋼筋網(wǎng)選擇φ8@20;G5a噴射混凝土26cm，Z5b噴射混凝土24cm。

3.2 交疊段鐵路隧道斜井處理措施 ?封堵斜井洞口和正洞與斜井連接處，此過程采用了M7.5漿砌片石，斜井功能為輔助施工。在對鐵路隧道斜井與公路隧道交疊段及兩側(cè)5m范圍區(qū)域進(jìn)行混凝土回填時，采用C15混凝土。在公路隧道交疊段施工之前，應(yīng)該完成斜井回填工作。

4 ?交疊段公路隧道施工組織設(shè)計

4.1 交疊段公路隧道施工工序 ?施工方法選擇環(huán)形開挖預(yù)留核心土法，為了防止隧道受到爆破的影響而遭到嚴(yán)重破壞，在前期可以采用機(jī)械開挖的方法。將控制爆破的方式應(yīng)用于鉆爆施工中，鉆爆參數(shù)的選擇需要以爆破試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，能夠降低隧道受到的爆破振動影響，按照《爆破安全規(guī)程》的要求，控制臨界振動速度在4cm/s以下。合理控制上臺階每循環(huán)開挖進(jìn)尺，通常情況下應(yīng)該在1榀鋼架間距以內(nèi);控制下臺階每循環(huán)開挖進(jìn)尺，通常情況下應(yīng)該在2榀鋼架間距以內(nèi)。落底位置與掌子面之間的距離應(yīng)該控制在15m以內(nèi);仰拱與掌子面之間的距離應(yīng)該控制在25m以內(nèi)。根據(jù)實(shí)際情況確定二次襯砌與掌子面之間的距離，通常情況下應(yīng)該在40m以內(nèi)。

4.2 交疊段公路隧道爆破減振設(shè)計 ?對于一次爆破的炮孔進(jìn)行劃分，控制同段爆破最大藥量與劃分段數(shù)成反比，按照順序依次起爆。將較少的爆破藥量應(yīng)用于底板眼爆破和預(yù)裂光面爆破中，能夠有效降低最大振速。對于相鄰段別的段位差進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有效防止延時誤差或者延時時間不足導(dǎo)致的應(yīng)力波疊加問題，這是雷管段數(shù)選擇時應(yīng)該注意的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。為了分離相鄰兩段振動的主振，防止振動疊加狀況的出現(xiàn)，還應(yīng)該將雷管以跳段的形式設(shè)置于掏槽區(qū)。此外，這種方式也有利于臨空面的創(chuàng)建，降低巖石夾制作用對爆破的影響。除了應(yīng)該對裝藥密度進(jìn)行控制外，為了防止地震波的傳播，還應(yīng)該加強(qiáng)周邊預(yù)裂爆破技術(shù)的運(yùn)用。

4.3 交疊段公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報 ?超前地質(zhì)預(yù)報工作，能夠?yàn)楹罄m(xù)施工奠定良好基礎(chǔ)，及時發(fā)現(xiàn)隧道施工中的不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)與地質(zhì)參數(shù)，為施工方案的調(diào)整提供保障。在超前地質(zhì)預(yù)報工作中，采用的方法包括了超前鉆孔驗(yàn)證、調(diào)查分析、遠(yuǎn)距離物探和近距離物探等。交疊段公路隧道超前地質(zhì)預(yù)報，主要針對不良地質(zhì)路段與重點(diǎn)工程路段。

4.4 交疊段公路隧道監(jiān)控量測 ?交疊段公路隧道監(jiān)控量測，主要包括了洞內(nèi)外觀測、周邊位移、地表下沉和拱頂下沉，對于施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督管理，確保處理方案的及時調(diào)整和優(yōu)化，為施工的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

4.5 交疊段鐵路隧道監(jiān)控量測 ?交疊段鐵路隧道監(jiān)控量測，主要包括了隧道襯砌開裂監(jiān)測、周邊位移與拱頂下沉量測、原始裂紋發(fā)展?fàn)顩r、爆破中襯砌振動速度和錨段設(shè)施監(jiān)測等。為了保障鐵路運(yùn)行的安全性，應(yīng)該依據(jù)監(jiān)測結(jié)果對新建公路采用動態(tài)設(shè)計的方式。

4.6 交疊段公路隧道施工安全設(shè)計 ?審定施工圖紙及施工方案時，應(yīng)該充分加強(qiáng)鐵路運(yùn)營管理部門與業(yè)主之間的交流溝通，確保施工方案的合理性與可行性。對于施工企業(yè)的爆破作業(yè)資質(zhì)進(jìn)行審查，并簽訂安全協(xié)議，以鐵路運(yùn)營管理部門批準(zhǔn)的安全措施和施工方案開展施工。新建公路隧道與既有鐵路隧道之間的關(guān)系，應(yīng)該由施工單位進(jìn)行復(fù)測，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的偏差，并制定處理方案。超前地質(zhì)預(yù)報也是保障施工安全的重要措施，應(yīng)該在施工前進(jìn)行，明確施工中存在的不良地質(zhì)狀況[3]。在既有鐵路隧道附近施工時，利用控制爆破或者機(jī)械開挖的方式，防止對其產(chǎn)生擾動。為了有效監(jiān)控開挖振動與位移狀況，需要與鐵路運(yùn)營管理部門進(jìn)行合作，分析公路隧道施工對既有鐵路隧道的影響狀況。當(dāng)出現(xiàn)不符合規(guī)定的位移與開挖振動情況時，應(yīng)該暫停施工工作，并加強(qiáng)業(yè)主、監(jiān)理單位和設(shè)計單位之間的交流溝通，以便及時制定解決方案，防止工期延誤。在利用環(huán)形開挖預(yù)留核心土的施工方法時，應(yīng)該遵循“短進(jìn)尺、少擾動、快封閉、勤測量”的原則，對于振動速度和循環(huán)進(jìn)尺進(jìn)行控制。避免出現(xiàn)左右洞同時開挖的情況，保證在鐵路運(yùn)營部門批準(zhǔn)的開窗時段進(jìn)行開挖作業(yè)，防止對鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)造成影響。實(shí)時監(jiān)測鐵路隧道內(nèi)的振速，控制最大臨界振動速度在4cm/s以下。為了避免塌方等嚴(yán)重安全事故的發(fā)生，應(yīng)該采用監(jiān)控測量等控制手段，確保新建公路施工的順利進(jìn)行。

5 ?既有鐵路隧道無損檢測結(jié)果

5.1 襯砌混凝土強(qiáng)度 ?在該工程中，某段隧道施工中混凝土強(qiáng)度設(shè)計值為C25，25.2MPa為回彈法混凝土強(qiáng)度推定參考值，因此能夠滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計要求。另一段隧道施工中混凝土強(qiáng)度設(shè)計值為C25，26.8MPa為回彈法混凝土強(qiáng)度推定參考值，也能夠滿足混凝土強(qiáng)度設(shè)計要求。

5.2 襯砌混凝土厚度 ?在檢測襯砌混凝土厚度時，采用雷達(dá)檢測的方法，主要檢測位置包括了左拱腳、左拱腰、左邊墻、右拱腰、右拱腳、右邊墻和拱頂位置。其中有三處襯砌厚度為29cm、29cm和27cm，不能夠滿足設(shè)計要求。

5.3 襯砌外觀和裂縫 ?在本工程中不存在滲漏水的狀況，經(jīng)檢測有兩處縱向裂縫存在于隧道交叉段。其長度分別為9.3m和11m。此外，在交叉段中還存在襯砌脫空和不密實(shí)情況。

5.4 既有隧道交叉段狀態(tài)分析 ?以鐵路隧道建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場調(diào)查、無損檢測評定結(jié)果為依據(jù)，對既有隧道交叉段狀態(tài)進(jìn)行分析。既有隧道襯砌安全為C級。該交叉段強(qiáng)度狀況良好，檢測厚度與設(shè)計厚度比值在0.9以上，基本滿足設(shè)計要求。襯砌狀況較好，沒有錯動、滲漏水和剝蝕等狀況出現(xiàn)。

6 ?公路隧道開挖、初期支護(hù)與自動監(jiān)測技術(shù)要點(diǎn)分析

6.1 公路隧道開挖施工方案 ?公路隧道的開挖工作本身就存在一定的復(fù)雜性，在既有鐵路隧道上施工更增加了其難度。隧道洞口明洞、洞身和車行通道與人行通道的開挖，是公路隧道開挖施工的主要內(nèi)容[4]。在開挖隧道洞口明洞時，洞口天溝和截水溝的設(shè)置一定要合理，通常會選擇洞口邊仰坡位置開挖處邊緣線外圍5m區(qū)域。公路隧道上跨既有鐵路隧道洞口排水系統(tǒng)的建立與優(yōu)化，能夠及時對地表水進(jìn)行截排，防止地表水對施工安全性造成影響。在明洞施工中采用明挖的方式，并分級開挖上下臺階，混凝土施工作業(yè)在上臺階護(hù)拱處進(jìn)行。在公路隧道洞身開挖時，采用先右后左的開挖方式，圍巖段的施工采用CRD方法。左右洞掌子面向縱深方向開挖時，洞徑控制在兩倍以上，遵循“早進(jìn)晚出”的施工原則。對于圍巖狀態(tài)進(jìn)行檢測與分析，確保其具備良好的完整性和較高強(qiáng)度，以工程項(xiàng)目施工要求為依據(jù)嚴(yán)格控制工期，并在施工過程中根據(jù)實(shí)際情況優(yōu)化施工方法。在開挖車行通道與人行通道時，分別采用上下臺階法和全斷面爆破法對其進(jìn)行開挖。重點(diǎn)關(guān)注交叉口段的施工，斷面選擇施工主洞，并嚴(yán)格控制主洞支護(hù)施工質(zhì)量。車行通道與人行通道的開挖，需在圍巖變形收斂后進(jìn)行。將弱爆破技術(shù)應(yīng)用于交叉口段的施工中，注重挖掘機(jī)及配套設(shè)備的合理使用，支護(hù)工具選擇臨時鋼支架，確保公路隧道上跨既有鐵路隧道的施工質(zhì)量。

6.2 公路隧道開挖技術(shù) ?CRD方法是公路隧道上跨既有鐵路隧道施工的常用方法。開挖工作選擇圍巖段鎖腳錨桿上方區(qū)域，在此過程中應(yīng)該確定鎖腳錨桿的合理位置，施工中遵循縱向拉筋的原則。根據(jù)開挖的實(shí)際情況，合理采用混凝土噴射技術(shù)。接下來對臨時支撐進(jìn)行搭建，設(shè)置隧道工程襯砌結(jié)構(gòu)。對中隔壁進(jìn)行拆除，完成二次襯砌后封閉成環(huán)。將CRD方法應(yīng)用于軟弱圍巖大跨度隧道施工中，可以有效提升施工的質(zhì)量與效率，對于明洞和暗洞施工工序進(jìn)行把控，確保斷面的有效閉合。發(fā)揮弧度支撐在臨時支撐中的作用。開挖支護(hù)施工中，施工順序選擇自上而下，確保各個環(huán)節(jié)中的封閉成環(huán)效果?？刂乒ぷ髅嫔舷聦泳嚯x，一般為3-4m。相鄰隧道段的開挖，應(yīng)該在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計值的70%后進(jìn)行。

6.3 初期支護(hù)施工措施 ?注重新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工中開挖與支護(hù)的協(xié)調(diào)性，嚴(yán)格控制圍巖暴露時間，防止其出現(xiàn)變形和松散的問題。首先，應(yīng)該做好超前支護(hù)。保障超前大管棚架設(shè)的穩(wěn)固性，在此過程中需要應(yīng)用管棚鉆機(jī)、超前小導(dǎo)管和高壓注漿泵等，確保超前支護(hù)的良好效果[5]。其次，進(jìn)行砂漿錨桿施工，在安裝的過程中應(yīng)該采用人工輔助的方式，確保安裝位置的準(zhǔn)確性。將鋼筋片網(wǎng)設(shè)置于隧道洞口，并運(yùn)輸至工作面。在新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工中，還應(yīng)該避免漏漿狀況出現(xiàn)，以提升初期支護(hù)的質(zhì)量。

6.4 自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

6.4.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測頻率 ?在現(xiàn)代化施工技術(shù)的發(fā)展中，自動監(jiān)測技術(shù)在工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，主要是依靠激光傳感器對參數(shù)值進(jìn)行采集，監(jiān)控室服務(wù)器接收數(shù)據(jù)并對其進(jìn)行存儲與分析。如果發(fā)現(xiàn)其中存在異常數(shù)據(jù)，就會啟動報警程序，便于相關(guān)技術(shù)人員及時對施工中的異常情況進(jìn)行處理。以公路隧道施工的實(shí)際情況和量測值變化情況為依據(jù)，合理設(shè)置量測頻率。量測頻率應(yīng)該隨著速率的增加、斷面與施工區(qū)段距離的縮短而提升。

6.4.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)處理與分析 ?對于公路隧道和鐵路隧道內(nèi)的軌道變形狀況，可以通過可視化手段進(jìn)行分析，借助于隧道及地下工程監(jiān)測信息系統(tǒng)，確保鐵路運(yùn)行的安全性，為施工的信息化管理提供保障。自動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時分析，當(dāng)出現(xiàn)較大的不均勻沉降和結(jié)構(gòu)沉降變形時，能夠?qū)崿F(xiàn)異常數(shù)據(jù)的有效反饋，以便于技術(shù)人員對其進(jìn)行分析，并及時制定處理方案[6]。公路隧道施工安全性的分析，需要以監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果為依據(jù)，并為施工方案的制定提供建議。校核相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠保障其真實(shí)性與可靠性，防止數(shù)據(jù)錯誤對施工造成的影響。

7 ?結(jié)語

在新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工中，為了避免對鐵路隧道產(chǎn)生的影響，需要保障地質(zhì)資料的真實(shí)性與全面性，較強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報和現(xiàn)場監(jiān)控量測，為施工連續(xù)性提供保障。在新建隧道開挖控制爆破時，為了防止對既有鐵路隧道造成的破壞，應(yīng)該加強(qiáng)對振動速度進(jìn)行適時監(jiān)測和控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭鳴澤.新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工技術(shù)探討[J].工程建設(shè)與設(shè)計，2018（20）：211-212.

[2]張世寧.新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工技術(shù)探討[J].江西建材，2018（03）：137，142.

[3]李璐.公路隧道開挖對下部既有鐵路隧道影響分析[J].北方交通，2017（05）：115-119.

[4]隗建波，劉浩，莫陽春.上跨公路隧道爆破施工對既有鐵路隧道的影響分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（13）：72-74.

[5]單超.公路隧道穿越既有城際鐵路隧道施工力學(xué)行為研究[D].長安大學(xué)，2016.

[6]胡貴松.自動監(jiān)測技術(shù)在新建公路隧道上跨既有高速鐵路隧道施工中的應(yīng)用[J].中外建筑，2018（10）：202-205.