臨近既有線隧道進(jìn)洞施工工藝淺析

摘要：隧道施工的難易很大程度上受到地質(zhì)、地形等環(huán)境情況的影響，隧道洞口加強(qiáng)施工段普遍存在工程地質(zhì)條件差、承載能力低、施工難度大、穩(wěn)定性差等問題。尤其是富水地質(zhì)情況下隧道的開挖，施工風(fēng)險大、工程質(zhì)量難以保證?；趯ΤＲ娕R近既有線隧道洞口防護(hù)與施工管理措施的探討，針對我國西北地區(qū)某隧道工程，對臨近既有線隧道進(jìn)洞施工工藝進(jìn)行了研究分析，為類似工程提供參考和借鑒，力求現(xiàn)場施工安全、質(zhì)量得以有效保障。

關(guān)鍵詞：隧道工程;臨近既有線隧道;進(jìn)洞施工

中圖分類號：[U25] ????????????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1前言

在山嶺重丘區(qū)修建有很多跨越山嶺的淺埋隧道，甚至有些地區(qū)還修建了淺埋大跨、偏壓和軟弱圍巖、小凈距隧道等一系列較為特殊特殊工程^[1]。隧道的洞口如同咽喉一般，洞口加強(qiáng)施工段普遍存在工程地質(zhì)條件差、承載能力低、施工難度大、穩(wěn)定性差等問題^[1][2][5]。因此，施工前做好地質(zhì)資料收集、進(jìn)洞施工工藝編制等，就顯得尤為重要^[3][6]。在國內(nèi)外部分長隧道施工過程中中，通過設(shè)置豎井或斜井的方式來增加隧道開掘過程中的工作面，以提高施工效率，縮短工期，有的設(shè)置平導(dǎo)洞來協(xié)助指導(dǎo)施工。雖然斜軸的設(shè)置可以增加工作面，但軸，斜軸或平行導(dǎo)槽的截面沒有大孔的正孔，因此正孔的施工風(fēng)險極高，相應(yīng)的必須為各種圍巖指定施工。本文通過探討常見的臨近既有線隧道洞口防護(hù)與施工管理措施，以我國西北地區(qū)某鐵路隧道的實際工程為實例，討論了臨近既有線隧道進(jìn)洞施工技術(shù)，并列舉了施工中具體的施工工藝與施工參數(shù)。

2 臨近既有線隧道洞口防護(hù)與施工管理

2.1 常見防護(hù)措施

部分施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件為黃土，具有黃土地區(qū)典型地質(zhì)特征，如濕陷性、層理不清晰，較強(qiáng)的透水性等。當(dāng)施工現(xiàn)場遇到大規(guī)模降水或大面積的滲漏后，上述地質(zhì)特征會表現(xiàn)的更為明顯，在隧道施工過程中現(xiàn)場極易出現(xiàn)施工面的溜塌、塌方等危害，不僅影響施工進(jìn)度，降低工程質(zhì)量，增加施工成本，也會對現(xiàn)場工作人員的人身安全造成極大的威脅。因此，隧道仰坡施工過程中應(yīng)注意分級設(shè)置坡度，且每一級所設(shè)置的坡度不宜過大，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行，并在對應(yīng)的施工區(qū)域設(shè)置緩沖平臺，以降低施工風(fēng)險，減輕隧道施工因地質(zhì)條件脆弱而帶來的影響，進(jìn)一步保證施工質(zhì)量和工作人員生命財產(chǎn)安全。在設(shè)置坡度時，應(yīng)注意一級仰坡在設(shè)置時，應(yīng)保證其坡率數(shù)值小于后續(xù)其他位置設(shè)置的坡度值，使該位置在施工過程中逐級起到緩沖作用，保證施工安全性和穩(wěn)定性。坡面開挖后，應(yīng)及時施作諸如拱形骨架護(hù)坡、植物防護(hù)等防排水效果較好的永久防護(hù)，避免施工期間及后續(xù)作業(yè)過程中水流進(jìn)入坡面，造成較為嚴(yán)重的坡面失陷與溜塌等現(xiàn)象。

一旦施工作業(yè)時發(fā)現(xiàn)作業(yè)面有溜塌趨勢，應(yīng)立即終止施工，并安排專人進(jìn)行仰坡上部的土體穩(wěn)定性與整體性監(jiān)測，確保施工安全與施工質(zhì)量。若作業(yè)面開始發(fā)生溜塌、塌方等現(xiàn)象，應(yīng)立即撤出該區(qū)域的作業(yè)人員及設(shè)備，按照相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行處治，并采取對應(yīng)的技術(shù)措施，如清理塌方體、增設(shè)扇形鋼支撐、錨桿支護(hù)、土方回填、管棚注漿支護(hù)、噴射混凝土封閉溜塌體等。隧道施工過程中，為保證洞口及邊仰坡的穩(wěn)定性并提高施工區(qū)域的整體性和防傾覆性，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的受力性能，增強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性，一般在仰坡坡腳位置預(yù)先設(shè)立數(shù)排鉆孔灌注防護(hù)樁。為增強(qiáng)樁之間的整體性能并保證其協(xié)同工作和聯(lián)合受力性能，一般也會在樁頂設(shè)置擋土墻。隧道進(jìn)洞施工過程中，為減少洞門邊坡位置的刷方量，節(jié)約成本，縮短工期，并提高施工效率，一般會在洞門兩側(cè)設(shè)置樁頂帶冠梁的鉆孔灌注樁。此外，為增強(qiáng)隧道受力性能，使其形成一個整體的受力結(jié)構(gòu)，提高隧道自身的剛度和穩(wěn)定性，并在后期對仰坡起到永久支撐作用，需在隧道洞口兩側(cè)擋土墻與縱向冠梁之間增加拉梁。

2.2 質(zhì)量保證措施

臨近既有線隧道進(jìn)洞施工過程中，為了保證進(jìn)洞施工質(zhì)量，提升施工過程中的安全性、穩(wěn)定性以及施工效率，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，并遵循其中的技術(shù)規(guī)程和技術(shù)參數(shù)，按圖施工，執(zhí)行設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。控制隧道進(jìn)洞施工過程中上、中、下段接頭的施工質(zhì)量，嚴(yán)禁在側(cè)壁上切割;嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場工作制，及時解決施工中存在的問題在施工過程中，認(rèn)真開展地質(zhì)素描和觀測，加強(qiáng)隧道開挖后的變形收斂測量，收集信息，反饋信息，及時指導(dǎo)現(xiàn)場施工。噴射混凝土過程中，應(yīng)及時掌握噴涂距離、混凝土和易性、水壓、噴射高度、風(fēng)壓等技術(shù)參數(shù)，使噴射的混凝土厚度符合要求，做到表面光滑、強(qiáng)度達(dá)標(biāo)。設(shè)置鋼框架時，應(yīng)保證鋼支架的間距、材料性能、傾斜度、結(jié)構(gòu)受力性能、耐久性、垂直度等參數(shù)均符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求。必須保證鋼架的拱形具有較高的穩(wěn)固性，且鋼架自身與連接板之間具有較好的連接性能，所使用的連接螺栓應(yīng)保證尺寸精準(zhǔn)，相互對齊，緊固，并可靠連接。臨近既有線隧道進(jìn)洞施工過程中的工作指導(dǎo)，質(zhì)量計劃以及施工流程等，均應(yīng)嚴(yán)格按照工作區(qū)的發(fā)展和所配備并實施的技術(shù)測試進(jìn)行施工。

2.3 安全保證措施

應(yīng)建立健全臨近既有線隧道進(jìn)洞施工過程中的管理制度與管理機(jī)制，落實隧道進(jìn)洞施工過程中的安全生產(chǎn)管理制度、安全教育制度、責(zé)任制度等，預(yù)先設(shè)立完善施工作業(yè)人員安全應(yīng)急預(yù)案，并在其中制定切實可行的應(yīng)急安全保證措施;此外，應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，參照以往的施工經(jīng)驗，在考慮現(xiàn)有設(shè)備和人員配備的基礎(chǔ)上，建立相應(yīng)的風(fēng)險隧道安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，并根據(jù)各個施工階段的特點和進(jìn)度安排，設(shè)立專職安全檢查機(jī)構(gòu)并配備相應(yīng)的安全檢查人員，以確保隧道進(jìn)洞施工過程中的安全性，提高施工效率，保證施工質(zhì)量。

在進(jìn)行隧道進(jìn)洞施工時，位于富水粉細(xì)砂層地質(zhì)區(qū)域的作業(yè)段，必須按照“重降水、強(qiáng)支護(hù)、快挖快支護(hù)封閉”的原則進(jìn)行施工。在進(jìn)洞施工過程中，須加強(qiáng)圍巖穩(wěn)定性與變形監(jiān)測，并結(jié)合監(jiān)測結(jié)果，根據(jù)現(xiàn)場實際情況與地質(zhì)條件，及時排查問題并制定方案，以更好地反饋指導(dǎo)施工，如有必要，應(yīng)及時調(diào)整并改進(jìn)預(yù)先確定的支護(hù)措施。在進(jìn)行斜井與正洞交叉口施工的過程中，應(yīng)隨時監(jiān)測洞內(nèi)圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，以保證施工過程中隧道與支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性以及防傾覆性;在臨近既有線隧道進(jìn)洞施工的挑頂施工工序進(jìn)行之前，應(yīng)重視隧道內(nèi)的降水工作，保證施工部位的降水到位，且須制定相應(yīng)的挑頂安全應(yīng)急預(yù)案。隧道開挖過程中，如有圍巖較差的地段，必須對該位置進(jìn)行相應(yīng)的加強(qiáng)支護(hù)后方可進(jìn)行施工。此外，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報、施工地質(zhì)素描、施工監(jiān)控量測數(shù)據(jù)等判定隧道施工前進(jìn)方向的地質(zhì)情況，并結(jié)合上述判定結(jié)果制定相應(yīng)的施工方法與合理的支護(hù)方案。

3臨近既有線隧道進(jìn)洞技術(shù)

3.1 工程概況

施工場地位于我國西北某高鐵線路，臨近某既有線高速鐵路，屬于黃土高原地區(qū)，地面植被覆蓋率較低，降雨較多時易發(fā)生滑坡、泥石流等自然災(zāi)害?，F(xiàn)場氣候具有典型的晝夜溫差大、四季分明、夏秋多雨、春東干燥的特征。施工現(xiàn)場的砂質(zhì)新黃土，具有典型的黃土地質(zhì)特征，流變性、濕陷性等表現(xiàn)的尤為明顯。根據(jù)地質(zhì)鉆探資料及現(xiàn)場勘察資料，本項目洞身巖層成分主要為全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖，洞頂右側(cè)巖層較薄，左側(cè)則相對較厚，洞口掌子面為砂層及砂質(zhì)新黃土，呈松散結(jié)構(gòu)，含水量相對較高，施工難度較大。因此，在臨近既有線隧道進(jìn)洞施工過程中極易形成溜塌和塌方現(xiàn)象，給施工進(jìn)度帶來極大的挑戰(zhàn)，為保證施工質(zhì)量并提高施工效率，確保現(xiàn)場工作人員的人身與財產(chǎn)安全，須制定專門的支護(hù)與施工方案。

3.2 超前支護(hù)施工

考慮到本隧道施工現(xiàn)場地質(zhì)條件復(fù)雜，且隧道洞口段所處位置埋深較淺，地質(zhì)條件極為軟弱松散，施工過程中機(jī)械行走、不同施工工序等容易對埋深土體造成擾動，因此本項目臨近某既有線施工過程中的超前支護(hù)采用雙層支護(hù)方式。第一層超前支護(hù)采用超前大管棚支護(hù)的方式進(jìn)行，為了加強(qiáng)管棚自身對土體和圍巖的支撐強(qiáng)度，進(jìn)一步增加洞身裂隙間的粘結(jié)力，并提高施工過程中開挖線拱部所在位置土體的承載力，開挖段山體進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)并注漿。由于施工段地質(zhì)條件為較干燥的沙土層，且屬于軟弱圍巖淺埋隧道段，因此，第二層支護(hù)采用超前密排小導(dǎo)管支護(hù)，有效加固洞壁一定范圍內(nèi)圍巖的同時，又能起到支托圍巖和松散土體的作用，其在本項目中的預(yù)支護(hù)效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于超前錨桿支護(hù)。支護(hù)過程中，先在掌子面噴射一層混凝土形成幕墻，封閉掌子面的同時，便于注漿時漿液超四周均勻流動，之后進(jìn)行超強(qiáng)小導(dǎo)管作業(yè)，小導(dǎo)管通過配套的絲套與風(fēng)鉆連接直接送入，完成后及時封閉管口。注漿時雙液漿利用管外混合方式，從兩側(cè)開始逐漸向拱頂部位注漿。雙層支護(hù)完成后，支護(hù)體在開挖面上方形成了雙層承載拱，受力合理，且具有較好的支護(hù)效果，改善了松散土體與圍巖的受力性能與穩(wěn)定性，具有較好的支護(hù)效果，能保證施工過程中的安全性，提高施工效率與施工質(zhì)量。

3.3 支護(hù)參數(shù)及注意事項

結(jié)合現(xiàn)場實際情況及預(yù)先制定的支護(hù)方案，在進(jìn)行初期支護(hù)時，全環(huán)分段、分批噴射C25混凝土，保證混凝土表面沒有出現(xiàn)顯著的凹凸不平現(xiàn)象，厚度應(yīng)在噴射之初采用預(yù)埋標(biāo)尺的方式進(jìn)行控制，噴射的混凝土厚度控制在27cm，并每隔20m采用鉆芯檢驗的方式，檢查混凝土厚度。噴射混凝時，還應(yīng)該布設(shè)與支撐結(jié)構(gòu)牢固焊接的單層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片的網(wǎng)眼間距為20cm×20cm，直徑為8mm，應(yīng)在混凝土噴射5cm之后鋪掛，其保護(hù)層厚度應(yīng)不小于2cm。隧洞全環(huán)設(shè)置間距為0.6m/榀的Ⅰ20a鋼架，為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性能，提高隧道的整體性和穩(wěn)定性，每榀鋼架相互之間的連接部位設(shè)增設(shè)4根76mm的鎖腳錨管，每一根鎖腳錨管的長度為6m ，錨固內(nèi)部灌注M30砂漿;相鄰兩榀拱架之間設(shè)置環(huán)向間距為1m 的縱向連接筋。施工過程中，為保證施工質(zhì)量和施工安全，開挖進(jìn)尺保證在1榀拱架間距之內(nèi)。仰拱初期支護(hù)與掌子面之間的距離須得小于隧道洞身直徑的兩倍。臨時仰拱拆除時，與仰拱初期支護(hù)至少搭接1榀拱架之后方可拆除，不得一次性拆除。仰拱初期支護(hù)施工24m后，及時施作仰拱。

3.4 洞口半土半石段施工

洞口部分區(qū)域地質(zhì)條件屬于半土半石段，施工過程嚴(yán)格按照“先支護(hù)、后開挖、短進(jìn)尺、不放炮或弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、襯砌緊跟”的施工工藝和施工方案進(jìn)行。在進(jìn)行隧道洞口初期支護(hù)時，結(jié)合現(xiàn)場人員與機(jī)具設(shè)備情況，采用三臺階法進(jìn)行該區(qū)段的施工，循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8～1m。進(jìn)洞90m后，根據(jù)隧道圍巖情況與地質(zhì)條件，部分基巖采用淺孔松動爆破施工，爆破振速不大于15cm/s，并嚴(yán)格控制爆破安全允許距離。根據(jù)《爆破安全規(guī)程?GB 6722-2014》，用下式計算爆破安全允許距離：

按照上述過程進(jìn)行隧道支護(hù)和爆破施工，即可達(dá)到提高施工效率，節(jié)約施工成本，保證施工質(zhì)量、安全施工、文明施工的要求和目標(biāo)。

3.5 ?洞身開挖施工

由于定身所在位置圍巖較為軟弱破碎，故采用三臺階臨時仰拱法進(jìn)行隧道洞身開挖施工。開挖時，在上、中臺階均隔榀設(shè)置臨時仰拱，開挖臺階長度控制在3-5m，并保證開挖過程中每榀拱架均設(shè)置有臨時仰拱。三臺階臨時仰拱法施工工藝如圖3.1所示。

施工時，為了減小對洞身圍巖的擾動，先采用人工開挖的方式，對上臺階進(jìn)行開挖，開挖進(jìn)尺控制在施工過程中所設(shè)立拱架的1榀間距，并預(yù)留核心土，同時快速立架，噴射混凝土，嚴(yán)格控制洞身圍巖在施工環(huán)境中的暴露時間。按照上述工藝完成上臺階初期支護(hù)施工后，及時清楚施工過程中保留的核心土，并及時施作臨時仰拱使之形成完備的臨時封閉環(huán)以提高所設(shè)立拱架自身的承載能力。上臺階進(jìn)尺3m～5m后，進(jìn)行中臺階開挖施工，其施工流程和順序與上臺階施工相同，并依照上述工序和工法依次進(jìn)行下臺階開挖。當(dāng)下臺階開挖進(jìn)尺達(dá)到3榀后，拆除上臺階施工過程中設(shè)立的第一榀臨時仰拱，進(jìn)行仰拱開挖及支護(hù)后及時在仰拱內(nèi)回填土反壓。用相同方法逐榀循環(huán)作業(yè)，確保安全順利通過淺埋不良地段。

4 結(jié)語

結(jié)合現(xiàn)有資料，討論了臨近既有線隧道在進(jìn)洞施工過程中常見的防護(hù)措施，如仰坡施工中分級設(shè)置、永久防護(hù)設(shè)置的選材、出現(xiàn)溜塌現(xiàn)象后應(yīng)急預(yù)案、洞內(nèi)增設(shè)扇形鋼支撐并進(jìn)行土方回填、對溜塌體采用噴射混凝土進(jìn)行封閉、在隧道仰坡的坡腳位置建造一排或幾排鉆孔灌注防護(hù)樁并在鉆孔灌注樁的樁頂設(shè)置相應(yīng)的擋土墻等，并總結(jié)了隧道進(jìn)洞施工過程中常見的質(zhì)量保證措施與安全保證措施。最后，以我國西北地區(qū)某高鐵線路上臨近既有線隧道進(jìn)洞施工為例，討論了臨近既有線隧道進(jìn)洞施工技術(shù)在實際工程中的應(yīng)用，如超前支護(hù)施工、洞身開挖施工、開挖支護(hù)及具體的施工參數(shù)以及注意事項等。本文的研究，對臨近既有線隧道進(jìn)洞施工的同類型項目，具有一定的借鑒與參考意義。

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作者簡介：朱元勰（1982.04—），男，?漢族，甘肅會寧人，本科，工程師，主要從事公路與鐵路施工及管理方面的工作。