临近既有线隧道施工控制

摘要:本文结合沪昆客专长昆湖南段袁家冲隧道工程实例，具体介绍铁路双线隧道临近既有线施工工艺和施工控制，为临近既有线隧道施工提供了很好的借鉴。

关键词:铁路隧道 临近既有线偏压 软弱围岩 施工控制

Abstract: combining with the shanghai-kunming guest feat for hunan YuanGuChong tunnel engineering examples, introduce the concrete railway tunnel construction technology of existing near double and construction control, near existing lines for tunnel construction provides a good model.

Keywords: railway tunnel near existing bias weak rock construction control

中图分类号：U459.1文献标识码：A 文章编号：

1前言

当前,我国正进行大规模的铁路建设,不断完善铁路路网,提高铁路运输效率。在建设的过程中,时常会影响到既有线运输安全,如临近既有线施工、站场改造、电气化改造等。既有线运输繁忙,安全重于泰山。一般情况下临近既有线路隧道施工，需要先充分调查既有线隧道运营情况及使用状态，制定切实可行的既有隧道加固处理方案并实施，针对新建隧道岩层情况，制定完善的隧道开挖控爆措施，确保不影响既有隧道运营安全。合理安排各项工序进程，确保既有隧道运营安全以及新建隧道施工安全。袁家冲隧道是沪昆铁路长昆湖南段的重点工程之一，隧道临近武广客专。

工程概况

2.1 概述

袁家冲隧道进位于湖南省长沙市雨花区。隧道起迄里程为DK917+575～DK918+000，全长425m。此隧道与武广铁路并行，距武广铁路约65m。出口右侧距武广铁路护坡约35m，全隧位于半径为8000m的左偏曲线上；全隧为10.9‰的单面上坡。按新奥法设计，采用Ⅴb复合式衬砌。

2.2 工程地质

袁家冲隧道地处剥蚀丘陵区，上覆土层较厚，山坡自然坡度约为20～300，植被发育。进出口均为雨花区环保工业园内，交通方便。隧道区地层分布较简单，基岩多有出露。上覆第四系上更新统冲洪积层粉质黏土及残坡积层粉质黏土，下伏白垩系上统戴家坪组泥质粉砂岩，隧址区DK917＋650～DK917＋791左侧20～95m分布素填土（武广客专隧道弃土）。全隧洞深范围内未见地下水，但雨季施工施工时，可能有少量基岩裂隙水渗入。

隧道区地处副热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明。雨量充沛，年降雨量达1324.0毫米，3～8月最集中。化学环境作用等级为L1，地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱特征周期为一区。

施工总体方案

隧道明洞采用明挖法施工，暗洞采用新奥法施工，进洞采用套拱进洞。隧道半明半暗部分采用套拱、超前支护等措施减小偏压力。超前支护采用108mm超前管棚注浆及超前小导管支护。明洞采用明挖法施工。暗洞软弱围岩地段坚持“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测、紧衬砌”的施工原则。暗洞V级围岩采用三台阶开挖，全隧施工不考虑爆破施工。

临近既有线隧道施工方法

临近既有线隧道进洞施工技术以新奥法原理为依据，通过人工配合机械开挖，减少对岩体的扰动。在进洞前完成洞口段地表处理、超前支护、锚喷钢架支护、二次衬砌受力体系转换。

4.1 既有线防护

⑴在武广客专既有线栅栏进行加固防护，并与铁路派出所联合制作警示牌。

⑵于进出口新建铁路安全岗亭，并设立巡视小组，日夜监控。

4.2 边仰坡支护

⑴隧道洞口施工的原则是避开雨季，施工前对隧道洞口边仰坡及影响洞门安全的崩坍、落石、易滑动土层等采取清除或加固措施，消除安全隐患。对于线路右侧临近既有线施工过程避免大挖大刷，保持自上至下逐段分层开挖，保持边仰坡稳定，跟进施作喷锚防护，及时施作明洞衬砌及洞门。

⑵明洞土石方开挖前做好洞外的截水天沟等排水系统，截水天沟中线距边、仰坡开挖线边缘不小于5m,且每20m设置伸缩缝一道，天沟向排水方向为顺坡，坡度不小于2‰，天沟采用临时喷护封闭。将地表水排除隧道范围，防止水流冲刷边仰坡坡面造成武广边坡坍塌危害。

⑶隧道出口段围岩地质条件较差，开挖前必须进行中线、水平复测，确保准确无误。开挖时应在洞口施工放样的线位上进行边坡及仰坡自上而下的开挖。本隧道为Ⅴ级偏压路堑式明洞，DK917+959～DK918+000起拱线上明挖，保留核心土，边墙挖井，纵向拉槽施工，先墙后拱衬砌，纵向拉槽长度不宜大于8m，然后施作防水层及回填。边、仰坡坡比为1：0.75，边墙采用开挖表层土质采用挖掘机，当深层遇到石质，采用啄木鸟型挖机钻挖后再用挖掘机开挖。边、仰坡开挖完成后，人工清理坡面浮石，并适当修正坡面，保证坡面平顺。采用锚喷（网）加固，支护参数为：锚杆采用Φ22砂浆锚杆，L-4m,间距1.5×1.5m，梅花形布置，喷射砼采用15cm厚C30网喷砼，钢筋网φ8,网格25×25cm。

4.3 套拱施工

采用套拱法和长管棚预支护进洞，具体作法如下：洞口开挖至起拱线，采用两榀型钢钢架紧贴仰坡放置，纵向钢筋连接，经测量检查，同隧道洞口开挖断面一致后，与仰坡锚杆焊接固定，施作超前小导管预支护，浇筑挂板混凝土固结，形成洞室轮廓。

4.4 超前大管棚支护

在套拱上施作管棚导向墙，每工作面三台管棚钻机分别施作管棚预支护，在前方形成保护棚圈，提前固结及加固开挖轮廓周边土体，为暗洞开挖提供预支护。

超前大管棚作为洞口浅埋加强段的辅助施工措施，通过管棚和注浆来稳固地层，防止隧道开挖爆破时造成的拱部坍塌。超前大管棚采用51根长40m型号为φ108×6mm的热轧无缝钢管，接头处采用丝扣连接，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的50%。钢管加工前端呈锥形，管壁四周钻设φ10～φ16mm的注浆孔，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部预留不小于1.1m的不钻孔止浆段。

首先施工管棚固定端的C20混凝土导向墙，截面尺寸为1m×1m，拱内设置2榀I18工字钢架，钢架外缘设φ140壁厚5mm导向钢管，钢管与钢架焊接。

待导向墙完成并养护3天后进行施钻，采用水平钻机配备φ127mm的偏心钻头进行钻孔。根据线路的设计纵坡，以－1°～2°的外插角进行钻孔，钻进时应检测钻杆的倾斜度，偏离原定方向应及时纠正，以免长管棚打入到隧道开挖轮廓线以内。钻机开孔时钻速易低，钻深20cm后转入正常钻速。钻孔完成后再用钻杆掏尽孔残渣，防止卡管。顶管作业时将钻机调准方向，低速推进钢管，在剩30cm～40cm时钻机反转退回原位，装上后一节管，人工用链钳进行钢管丝扣连接，使两节钢管在连接处连成一体。完成后用钻机推进，以此循环直至完成顶管作业。

钢管安装后即封堵管口，留注浆孔、止回阀及止浆塞，即可进行注浆。根据地质条件和围岩破碎情况，注浆采用等级M20的水泥浆液，其目的将破碎围岩或松散颗粒在短时间内胶结成整体，起到超前支护的作用，为隧道下步开挖施工安全提供保障，增强了围岩的整体稳定性，岩体空隙通过浆液充填，凝结固化后，有效的阻隔了地下水或雨水向隧道内的渗入，起到了堵水防水的作用。

4.5 暗洞开挖

开挖施工过程中严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的原则。在软弱围岩的地质条件下，采用三台阶施工，三台阶是应用在软弱围岩大跨度隧道中，先开挖隧道上台阶的部，施作导坑底部、侧面支撑及临时仰拱，滞后部一段距离后开挖上台阶部，再开挖隧道中、下台阶，完成断面开挖的施工方法，主要应用于V级围岩软质岩、浅埋、偏压地段的施工方法。

三台阶施工工艺流程:

图1 三台阶法施工工序流程图

图2三台阶法施工工序纵断面示意图

三台阶开挖法施工即超前支护先行，上台阶采用预留核心土导坑法短开挖，施作拱部初期支护；中、下台阶错开3～5m左右开挖及施作边墙初期支护；仰拱紧跟下台阶，马口错位开挖并及时施作拱架尽早闭合成环。

对Ⅴ级围岩，洞身采用人工风镐、挖掘机、啄木鸟型挖机钻挖相结合开挖，为确保施工安全，根据围岩情况每循环开挖进尺60cm。

注意事项：

⑴坚持“啄木鸟型挖机开挖、短进尺、强支护、早闭合、勤量测”原则。

⑵啄木鸟型挖机开挖，严格控制超欠挖。

⑶导坑开挖宽度和高度可根据施工机具、人员安排等进行适当调整。

⑷钢架之间纵向连接钢筋应及时施作并连接牢固。

⑸施工按有关规范及标准图的要求，进行监控量测，及时反馈结果，分析洞身结构的稳定，为支护参数的调整提供依据。必要时临时仰拱可加设钢架封闭。

⑹软弱及不良地质隧道仰拱应紧跟，仰拱距离开挖面应控制在35m内。

4.6初期支护

初期支护由锚喷挂网加I22a钢拱架构成，对钢架连接处施作锁脚锚管并注浆加固，克服周边围岩对边墙初期支护径向压力的水平分力，降低上部岩体对边墙的压力。边墙采用φ22砂浆锚杆或全螺纹砂浆锚杆，长度4m，间距1.5m×1.2m（环×纵），呈梅花型布置，及时施作锚杆，可以减少围岩的松弛度，也可减少锚固力的损失和初期支护的被动作用力。钢筋网采用φ8钢筋网片，网格间距为20cm×20cm。喷射厚度30cm厚C30混凝土。

4.7衬砌

本段隧道均采用Vb型复合式衬砌，拱墙及仰拱均设置双层钢筋。仰拱填充采用C20混凝土，仰拱采用C35钢筋混凝土，衬砌采用C35钢筋混凝土。隧道采用行走式全液压衬砌台车衬砌。

围岩量测

现场监控量测工作是隧道在施工过程中，对围岩支护系统的稳定状态进行检测，以校核和调整设计的初期支护和二次衬砌参数，是新奥法的必不可少的施工工序。

袁家冲隧道共进行洞内外观察、洞外地表沉降、洞内拱顶沉降、洞身净空收敛等观测项目。

隧道洞口处于浅埋偏压地段，在开挖前在洞外边坡坡顶外边缘埋设一排地表沉降观测点，观测点设置成一条直线，兼沉降和位移监测，测点间距为5m。进洞支护后立即埋设净空变化观测点，为彼此进行验证，拱顶沉降与洞内净空变化断面设在同一断面上。观测断面间距根据围岩级别控制在5～10m，观测点埋设要牢固，易于识别并妥为保护。

量测初期，每天进行两次，分别于上午8:00和下午5:00，后期趋于稳定后每天量测1次，持续监测1～2周。

每次量测后立即对量测数据进行回归分析，生成位移时态曲线、拱顶沉降曲线及净空收敛曲线，掌握岩体和支护变形的动态变化规律。按照铁建设[2010]120号文《关于进一步明确软弱围岩及不良地质铁路隧道设计施工有关技术规定的通知》的要求，当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d或位移累计达100mm时，暂停掘进，及时分析原因，采取处理措施。

结语

⑴临近既有线隧道施工中对开挖方法的选择尤为重要，做到“短进尺、强支护、早封闭”，必要时采用零爆破安全施工方法，并且监控量测是重要环节，及时分析围岩及初期支护的变形情况，合理指导施工。

⑵临近既有线隧道的施工先从工程地质入手，了解围岩结构力学变化规律和自承能力的特点，采取超前加固措施，提高岩体本身结构承载力和控制其变形，对初期支护进行加强，对受力结构进行完善，确保变形量在可控的范围之内，遵循“早进洞，晚出洞”的隧道设计原则，尽可能的减少对既有线运营造成影响。

⑶雨季施工对隧道影响很大。围岩层间充水逐步松散软化，扩大松弛圈，造成支护体系破坏，同时孔隙水压力对初期支护产生新的附加应力，严重影响到隧道施工安全及既有线边坡的稳定。尽量避免在雨季施工，施工中考虑加强初期支护的强度并利用辅助措施及时封闭。

⑷通过对隧道洞口地段的加固措施，合理的施工组织安排，为隧道的安全、高效施工打下了坚实的基础，为按期、保质完成本隧道的施工任务营造了良好的施工环境。

参考文献：

[1] 中铁二局集团有限公司.铁路隧道施工规范[M]. 北京：中国铁道出版社,2002

[2] 铁道部第二工程局.隧道[M].北京:中国铁道出版社,2010

[3] 杜永昌.高速与客运专线铁路施工工艺手册[M].北京:科学技术文献出版社,2006

[4] 刘志刚,赵 勇.隧道隧洞施工地质技术[M].北京:中国铁道出版社,2000

[5] 中铁一局集团有限公司.客运专线铁路隧道工程施工技术指南[M].北京：中国铁道出版社,2005

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