試論新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工技術

李征文

摘要：交通系統(tǒng)建設是我國現(xiàn)代化建設的重點工作，尤其是公路工程的建設規(guī)模正在逐漸擴大，對于其施工質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輸正常，這就給新建隧道的施工帶來了一定的復雜性。因此，應該控制新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工技術，合理設計爆破裝置，為最大限度地降震、減少鐵路圍巖擾動、確保鐵路運營安全奠定堅實基礎。本文通過分析某工程的空間交疊情況、地質條件與鐵路隧道交疊段支護襯砌參數(shù)，對既有鐵路隧道無損檢測及結果進行研究，提出交疊段結構設計與交疊段公路隧道施工組織設計方案。

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.

關鍵詞：新建公路隧道;既有鐵路隧道;施工技術

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

中圖分類號：U459.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：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，結構性破壞就會因隧道結構的變形值過大而出現(xiàn)，嚴重威脅工程的質量與施工的安全性，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，應該重點關注隧道開挖和初期支護的施工技術，并對橋面板、橋梁樁基和車輛荷載等對隧道的影響，實現(xiàn)施工技術要點的合理控制。

1 ?工程項目基本概況

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類型為巖溶，呈現(xiàn)垂直發(fā)育的特點。當前工程的系統(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，應控制群樁應力擴散角度，一般情況下應該為土的內摩擦角的1/4，控制橋梁樁基的入土深度滿足設計要求，一般情況下為16-17m之間。此外，還應該對兩側樁基與公路隧道的距離進行設置，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量與效率，將相關位移標準應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該控制在4mm以內，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行綜合考量，以滿足工程投入運營后的荷載要求，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，控制群樁應力。在計算相關數(shù)據(jù)時采用midas技術或者GTS，把握隧道軌道變形位移增量。為了降低負面影響因素對于隧道建設的影響，應該對超載車輛進行限制，合理設計箱梁與橋梁樁基，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行控制，應該減少路面不平問題。

3 ?交疊段結構設計

3.1 交疊段公路隧道結構設計參數(shù) ?為了降低新建公路隧道對既有鐵路隧道的影響，將加強型襯砌應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5m范圍區(qū)域進行混凝土回填時，采用C15混凝土。在公路隧道交疊段施工之前，應該完成斜井回填工作。

4 ?交疊段公路隧道施工組織設計

4.1 交疊段公路隧道施工工序 ?施工方法選擇環(huán)形開挖預留核心土法，為了防止隧道受到爆破的影響而遭到嚴重破壞，在前期可以采用機械開挖的方法。將控制爆破的方式應用于鉆爆施工中，鉆爆參數(shù)的選擇需要以爆破試驗結果為依據(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)開挖進尺，通常情況下應該在1榀鋼架間距以內;控制下臺階每循環(huán)開挖進尺，通常情況下應該在2榀鋼架間距以內。落底位置與掌子面之間的距離應該控制在15m以內;仰拱與掌子面之間的距離應該控制在25m以內。根據(jù)實際情況確定二次襯砌與掌子面之間的距離，通常情況下應該在40m以內。

4.2 交疊段公路隧道爆破減振設計 ?對于一次爆破的炮孔進行劃分，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用于底板眼爆破和預裂光面爆破中，能夠有效降低最大振速。對于相鄰段別的段位差進行適當調整，有效防止延時誤差或者延時時間不足導致的應力波疊加問題，這是雷管段數(shù)選擇時應該注意的關鍵點[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)，還應該將雷管以跳段的形式設置于掏槽區(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。除了應該對裝藥密度進行控制外，為了防止地震波的傳播，還應該加強周邊預裂爆破技術的運用。

4.3 交疊段公路隧道超前地質預報 ?超前地質預報工作，能夠為后續(xù)施工奠定良好基礎，及時發(fā)現(xiàn)隧道施工中的不良地質結構與地質參數(shù)，為施工方案的調整提供保障。在超前地質預報工作中，采用的方法包括了超前鉆孔驗證、調查分析、遠距離物探和近距離物探等。交疊段公路隧道超前地質預報，主要針對不良地質路段與重點工程路段。

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，主要包括了洞內外觀測、周邊位移、地表下沉和拱頂下沉，對于施工現(xiàn)場進行監(jiān)督管理，確保處理方案的及時調整和優(yōu)化，為施工的順利進行奠定基礎。

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)展狀況、爆破中襯砌振動速度和錨段設施監(jiān)測等。為了保障鐵路運行的安全性，應該依據(jù)監(jiān)測結果對新建公路采用動態(tài)設計的方式。

4.6 交疊段公路隧道施工安全設計 ?審定施工圖紙及施工方案時，應該充分加強鐵路運營管理部門與業(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)資質進行審查，并簽訂安全協(xié)議，以鐵路運營管理部門批準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系，應該由施工單位進行復測，及時發(fā)現(xiàn)其中存在的偏差，并制定處理方案。超前地質預報也是保障施工安全的重要措施，應該在施工前進行，明確施工中存在的不良地質狀況[3]。在既有鐵路隧道附近施工時，利用控制爆破或者機械開挖的方式，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，需要與鐵路運營管理部門進行合作，分析公路隧道施工對既有鐵路隧道的影響狀況。當出現(xiàn)不符合規(guī)定的位移與開挖振動情況時，應該暫停施工工作，并加強業(yè)主、監(jiān)理單位和設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)形開挖預留核心土的施工方法時，應該遵循“短進尺、少擾動、快封閉、勤測量”的原則，對于振動速度和循環(huán)進尺進行控制。避免出現(xiàn)左右洞同時開挖的情況，保證在鐵路運營部門批準的開窗時段進行開挖作業(yè)，防止對鐵路系統(tǒng)的正常運轉造成影響。實時監(jiān)測鐵路隧道內的振速，控制最大臨界振動速度在4cm/s以下。為了避免塌方等嚴重安全事故的發(fā)生，應該采用監(jiān)控測量等控制手段，確保新建公路施工的順利進行。

5 ?既有鐵路隧道無損檢測結果

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

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情況。

5.4 既有隧道交叉段狀態(tài)分析 ?以鐵路隧道建設相關標準和現(xiàn)場調查、無損檢測評定結果為依據(jù)，對既有隧道交叉段狀態(tài)進行分析。既有隧道襯砌安全為C級。該交叉段強度狀況良好，檢測厚度與設計厚度比值在0.9以上，基本滿足設計要求。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、初期支護與自動監(jiān)測技術要點分析

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容[4]。在開挖隧道洞口明洞時，洞口天溝和截水溝的設置一定要合理，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)在上臺階護拱處進行。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“早進晚出”的施工原則。對于圍巖狀態(tài)進行檢測與分析，確保其具備良好的完整性和較高強度，以工程項目施工要求為依據(jù)嚴格控制工期，并在施工過程中根據(jù)實際情況優(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行開挖。重點關注交叉口段的施工，斷面選擇施工主洞，并嚴格控制主洞支護施工質量。車行通道與人行通道的開挖，需在圍巖變形收斂后進行。將弱爆破技術應用于交叉口段的施工中，注重挖掘機及配套設備的合理使用，支護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量。

6.2 公路隧道開挖技術 ?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)開挖的實際情況，合理采用混凝土噴射技術。接下來對臨時支撐進行搭建，設置隧道工程襯砌結構。對中隔壁進行拆除，完成二次襯砌后封閉成環(huán)。將CRD方法應用于軟弱圍巖大跨度隧道施工中，可以有效提升施工的質量與效率，對于明洞和暗洞施工工序進行把控，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，應該在混凝土強度達到設計值的70%后進行。

6.3 初期支護施工措施 ?注重新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工中開挖與支護的協(xié)調性，嚴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，應該做好超前支護。保障超前大管棚架設的穩(wěn)固性，在此過程中需要應用管棚鉆機、超前小導管和高壓注漿泵等，確保超前支護的良好效果[5]。其次，進行砂漿錨桿施工，在安裝的過程中應該采用人工輔助的方式，確保安裝位置的準確性。將鋼筋片網(wǎng)設置于隧道洞口，并運輸至工作面。在新建公路隧道上跨既有鐵路隧道施工中，還應該避免漏漿狀況出現(xiàn)，以提升初期支護的質量。

6.4 自動監(jiān)測技術的應用

6.4.1 數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測頻率 ?在現(xiàn)代化施工技術的發(fā)展中，自動監(jiān)測技術在工程建設中得到了廣泛應用。在進行數(shù)據(jù)采集的過程中，主要是依靠激光傳感器對參數(shù)值進行采集，監(jiān)控室服務器接收數(shù)據(jù)并對其進行存儲與分析。如果發(fā)現(xiàn)其中存在異常數(shù)據(jù)，就會啟動報警程序，便于相關技術人員及時對施工中的異常情況進行處理。以公路隧道施工的實際情況和量測值變化情況為依據(jù)，合理設置量測頻率。量測頻率應該隨著速率的增加、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的軌道變形狀況，可以通過可視化手段進行分析，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)測技術的應用，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時分析，當出現(xiàn)較大的不均勻沉降和結構沉降變形時，能夠實現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的有效反饋，以便于技術人員對其進行分析，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)分析結果為依據(jù)，并為施工方案的制定提供建議。校核相關監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠保障其真實性與可靠性，防止數(shù)據(jù)錯誤對施工造成的影響。

7 ?結語

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，需要保障地質資料的真實性與全面性，較強超前地質預報和現(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，應該加強對振動速度進行適時監(jiān)測和控制。

參考文獻：

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