新中梁山隧道上跨既有襄渝線交叉影響段機械開挖

摘 要：成渝客專新中梁山左線隧道于D3K291+120處上跨既有襄渝鐵路中梁山隧道，兩線相交角度約34°，軌面相差12.95m，凈距2.81m左右；新中梁山右線隧道于YDK291+220處上跨既有襄渝鐵路隧道，兩線相交角度約34°，軌面相差14.06m，凈距4.18m左右，下錨段凈距2.7m。在保證既有隧道行車安全下，新修隧道采用機械開挖施工技術(shù)通過。

關(guān)鍵詞：交叉影響段；既有線運營安全；機械開挖；銑挖機；監(jiān)控量測

1 工程概況

成渝客專新中梁山隧道為左右線分修的兩座單線隧道，其中左線長4124m，右線長4119m，隧道線間距在19.1m～65.3m之間，最大覆蓋層厚度270m，最小覆蓋層厚度4.7m，隧道多次通過小型煤窯采空區(qū)，下穿或上跨多條既有鐵路和公路隧道，洞口淺埋段上部為居民區(qū)，施工環(huán)境非常復(fù)雜。新中梁山左線隧道于D3K291+120處上跨既有襄渝鐵路中梁山隧道，兩線相交角度約34°，軌面相差12.95m，凈距2.81m左右；新中梁山右線隧道于YDK291+220處上跨既有襄渝鐵路隧道，兩線相交角度約34°，軌面相差14.06m，凈距4.18m左右，下錨段凈距2.7m。新中梁山左線隧道D3K291+050～D3K291+190，新中梁山右線隧道YDK291+150～YDK291+290，合計280米影響范圍，其中交叉點前后各40米為機械開挖，臨近機械開挖30米為控制爆破。

隧道穿過三疊系中統(tǒng)雷口坡組，下統(tǒng)嘉陵江組、飛仙關(guān)組地層，巖性主要為白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r夾石巖，炭質(zhì)頁巖，巖體完整。石膏為軟層，具膨脹性；鹽溶角礫巖膠結(jié)較差，部分呈碎塊石狀，遇水易軟化崩解。地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕，環(huán)境作用等級為H1～H2。主要不良地質(zhì)為巖溶問題。該段地下水環(huán)境極其敏感。

待襄渝線既有中梁山隧道臨時加固完成，襯砌背后空洞、不密實帶注漿達到設(shè)計強度后，開挖新中梁山隧道D3K291+080～+160（長度80m）和YDK291+180～+260（長度80m）立交影響段，只開挖軌面以上部分，采用機械開挖，及時施做初期支護，臨時仰拱封閉。

待興隆場編站開通運營后，封閉既有襄渝線中梁山隧道，對立交影響段采用鋼筋混凝土襯砌置換，襯砌達到設(shè)計強度后，開挖軌面以下部分，施作新中梁山左右線隧道二次襯砌。

2 機械開挖工藝

2.1 機械開挖設(shè)備

采用德國艾卡特ER2000-1型橫向銑挖機，銑挖頭安裝在挖掘機上。

2.2 銑挖機特點

2.2.1 銑挖機優(yōu)點

（1）銑挖機具有耐用的銑挖頭軸承結(jié)構(gòu)和耐磨刀頭，可以大面積挖掘機中硬及中硬以下的巖石。（2）低振動、低噪音：可在限制爆破地段有效的替代爆破施工，減小對圍巖的擾動，并能很好的保護環(huán)境。（3）精確控制施工：可以快速準(zhǔn)確的修整構(gòu)造物輪廓，在隧道開挖中可以解決欠挖問題，降低超挖引起成本增大問題。（4）有利于保護巖體原有的自承能力，不易造成大面積變形及局部塌方。（5）安全性好：使用銑挖機取代人工進行軟巖或破碎巖層的隧道掘進，排除掌子面前方工人開挖的危險，從而大大提高隧道施工的安全性。（6）結(jié)構(gòu)簡單，使用方便：可以安裝在任何一臺既有液壓挖掘機上，可利用液壓破碎錘或液壓鉗的液壓回路進行安裝，無需額外購買挖掘機。

2.2.2 銑挖機缺點

（1）開挖時粉塵較大，噴霧對上部產(chǎn)生的粉塵控制效果不佳，對其他平行作業(yè)影響較大。（2）開挖下部及邊角修整時間長，效率低。（3）裝配式銑挖機大部分能量消耗在將巖石研磨成顆粒及碎塊狀，施工效率大打折扣。

為了減小新中梁山隧道施工對既有線隧道的擾動，杜絕使用爆破施工，根據(jù)銑挖機優(yōu)缺點，采用機械開挖掘進。

2.3 銑挖法施工

2.3.1 上臺階開挖，銑挖機開挖一般按自下而上、先硬后軟的原則進行，即從拱腳或邊墻腳開始往上開挖，這樣做的有利因素是下部開挖后，棄碴可以暫時堆棄于施工現(xiàn)場，不影響后續(xù)開挖。對于半硬半軟、軟硬不均的巖石，一般按先硬后軟的原則進行，先開挖硬巖面，硬巖在開挖時可能因巖石堅硬而花費較長的時間，此段時間內(nèi)不觸及軟巖，可防止對軟巖的擾動，避免出現(xiàn)塌方。

銑挖機在開挖至拱腳時應(yīng)由專人指揮，不得超挖。拱腳處預(yù)留10～20cm厚由風(fēng)鎬鑿除，保證鋼架安裝時拱腳落在實處。另外還應(yīng)注意不要碰撞已成型的初期支護，避免使已作支護擾動，破壞。

2.3.2 下臺階開挖采取跳馬口方式開挖，即先對一側(cè)進行馬口開挖，另一側(cè)保留2～2.5m的寬度，以保證拱部穩(wěn)定。開挖時先中間后邊墻，邊墻開挖時在挖至拱腳處時，應(yīng)控制施工節(jié)奏，避免碰撞拱架，如難以挖除，則由人工用風(fēng)鎬開挖。

2.3.3 上、下臺階開挖長度不宜超過15m，圍巖條件變化時酌情縮短或延長臺階長度。

臺階法施工工序見圖1，圖2。

3 監(jiān)控量測

交叉影響段新中梁山隧道施工期間，一是對既有襄渝線中梁山隧道進行自動化監(jiān)測，二是新中梁山左右線隧道開挖后的圍巖監(jiān)控量測。

3.1 既有襄渝線中梁山隧道自動化監(jiān)測

為確保既有襄渝鐵路中梁山隧道運營安全及新建成渝客專新中梁山左右線隧道施工安全，新中梁山左右線隧道立交段施工期間，需加強對既有線隧道監(jiān)控量測，并根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果指導(dǎo)新中梁山左右線隧道施工。

既有襄渝鐵路作為進入重慶樞紐的交通要道，列車運營頻繁，為確保列車運營和人員安全，在既有線加固完成，新建線路施工期及新建線路通過該段施工完成后24月內(nèi)，采用自動化監(jiān)測。

自動化監(jiān)測內(nèi)容為拱頂下沉和圍巖收斂。

監(jiān)測點布置：在既有中梁山隧道K821+540～+570段（30m）、K821+653～+683段（30m）布置測量斷面，以新建線路中線為中點，分別向兩側(cè)間隔5m、15m處各設(shè)置1處，即在K821+540、K821+550、K821+555、K821+560、K821+570和K821+653、K821+663、K821+668、K821+673、K821+683斷面布設(shè)，采用三角基線法進行拱頂沉降測試，斷面測點布設(shè)見圖3。

為確保既有襄渝鐵路中梁山隧道運營安全，根據(jù)監(jiān)測信息劃分不同的施工風(fēng)險等級和采用不同的應(yīng)急預(yù)案。具體見表1。

表1 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險等級及應(yīng)急預(yù)案表

在銑挖機施工期間（2012.4～2012.6），既有線自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示拱頂下沉及圍巖收斂均在綠色安全等級。

3.2 新中梁山隧道立交影響段監(jiān)控量測

監(jiān)測斷面布置及量測要求：

新中梁山左、右線隧道立交影響段施工期間，D3K291+100～+140、YDK291+200～+240每間隔5m設(shè)置監(jiān)控量測斷面1處，斷面測點布置見圖4。

凈空水平收斂量測和拱頂下沉量測采用相同的量測頻率。量測頻率見表2，實際量測頻率從表中根據(jù)變形速度和距開挖工作面距離選擇合適的量測頻率。

在銑挖機施工期間（2012.4～2012.6），新中梁山隧道拱頂下沉累計最大值為1.5mm，水平收斂最大值為1.45m。

4 結(jié)束語

4.1新中梁山隧道交叉影響段采用機械開挖，順利通過交叉影響段，交叉影響段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)均在規(guī)范要求內(nèi)，保證了既有襄渝線中梁山隧道運營及結(jié)構(gòu)安全。

4.2為今后類似隧道交叉影響段施工提供了寶貴施工經(jīng)驗。

作者簡介：李紹鋒（1983-），男，漢族，河南焦作人，工程師（成渝項目副總工），主要從事隧道施工工作。