客專隧道下穿既有公路隧道施工技術研究

摘 要 貴廣鐵路四寨二號隧道下穿廈蓉高速公路瑞坡隧道，兩隧道間凈距小，下穿段為大寨3#斷層，巖體較破碎，地下水含量豐富，施工周期短，難度大，通過對該隧道下穿施工技術措施的總結，為今后施工類似工程參考。

關鍵詞 隧道施工 超前支護 微震 爆破 監控 量測

一、目的

為了保證四寨二號隧道安全順利下穿既有廈蓉高速公路瑞坡隧道，有效控制瑞坡隧道線路下沉變形，確保行車安全。

二、隧道概況

新建貴廣鐵路GGTJ-4標四寨二號隧道起訖里程D3K251+945～D3K255+136，全長3191m，最小埋深42m，最大埋深190m。

四寨二號隧道在D3K253+920-D3K253+990段（70m）下穿既有廈蓉高速公路左線隧道，在D3K254+030-D3K254+090段（60m）下穿既有廈蓉高速公路右線隧道，兩既有隧道間距303m。隧道中線與既有高速公路瑞坡隧道中線夾角為26°，隧道間巖層凈距23.（見圖1平面示意圖和圖2斷面示意圖）。

圖1 現場實際線路相交平面圖

根據施工圖地質顯示，D3K253+900-254+000段為大寨3#斷層，該段圍巖多為斷層角礫巖，斷層角礫巖及石英團塊填充，局部夾壓碎石，斷層帶內富含地下水。斷層兩盤巖性均為砂質板巖夾變余砂巖。D3K254+000-254+150段洞身巖性為砂質板巖夾變余砂巖，薄層-中厚層，風化差異大，巖體較破碎，地下水含量豐富，可能出現涌水、突泥現象。

圖2 設計縱斷面圖

三、下穿主要施工方案

由于新建隧道與既有隧道間巖層凈距只有23，該影響段圍巖為Ⅴ級及IV級，為了確保既有廈蓉高速公路瑞坡隧道的結構、運營和新建鐵路隧道的施工安全，應將開挖爆破震動控制到最低限度，以保證既有隧道的安全，減少既有隧道下沉和變形量。為實現上述目的，Ⅴ級巖段采用中隔壁（CRD）法施工（見圖3），在IV級圍巖段采用大拱腳臺階法施工（見圖4）。

1.大管棚超前支護加固地層。由于下穿高速公路，要求沉降變形小且均勻。采用超前小導管或錨桿，不能完全保證沉降均勻，而全段大管棚能保證沉降一致，因此在D3K253+900-D3K254+000段拱部120°范圍采用φ108大管棚進行注漿超前支護，φ108大管棚環向間距0.4m，縱向間距25m，單根長30m，外插角度1°～3°；D3K254+000-D3K254+110段采用6m長的φ75mm中管棚注漿超前支護，φ75mm中管棚環向間距0.4m，縱向間距4.2m，單根長6m，外插角度1° 3°。

2.超短臺階弱爆破作業。為確保地表隧道及其行車的安全，有效控制爆破產生的振動對地表高速公路隧道的影響，爆破技術方案主要從兩個方面考慮，一是采用爆破干擾降震技術降低爆破對圍巖的震動；二是采用TC-4850型振動測試儀檢測爆破震速，確保震動速度不超過安全震速（10cm/s）。

為了更好地控制爆破規模，采用短進尺、控制一次性起爆藥量的方法來減弱新建隧道爆破地震波的強度。同時，采用預裂爆破、阻隔減弱地震波向瑞坡隧道傳播、擴散，利用微差爆破技術達到干擾降震的目的。

（1）控制爆破試驗段理論依據：根據《爆破安全規程》（GB6722-2011）13.2條規定交通隧道爆破震動安全允許標準不超過20cm/s。結合本隧道所處的地理位置、地質情況以及公路管理部門要求，擬定出地表質點振動速度不超過10cm/s。如果爆破地震波引起的建筑物的地面質點振動速度小于以上規定，即不會危及建筑物安全；反之，則會危及建筑物安全。

試驗段爆破方案設計的理論依據：通過控制單段最大裝藥量，來控制地面質點的振動速度，以此來控制爆破施工作業，確保地面建筑物的安全。

（2）爆破參數的確定。借助薩道夫斯基公式，并以質點振動波速度限值（10cm/s）作為控制標準，對各部分所允許的單段用藥量進行反算，并進行試爆試驗，以取得合理的爆破參數：

V=K（Q1/3/R）a

式中：V-質點峰值振動速度，cm/s；取值10cm/s

Q-單端最大裝藥量，kg；

R-保護目標到爆源的距離，取值20m；

K-場地系數

a-衰減系數

為較準確的取得K、a值，我們采用成都中科測控有限公司生產的TC-4850型振動測試儀進行前期爆破試驗，試驗段設在隧道未進入下穿段前D3K253+900～D3K253+920及D3K254+010～D3K254+030，共40m范圍內進行。通過爆破試驗，取得實測振速資料，根據測點距離、單段裝藥量及實測振速數據，采用最小二乘法原理進行線性回歸分析，計算出K、a數值：D3K253+900-D3K254+000段，K=300、a=1.85；D3K254+000-D3K254+110段，K=200、a=1.65。

根據薩道夫斯基公式計算，得出D3K253+900-D3K254+000段最大段藥量為：33.2kg；D3K254+000-D3K254+110段最大段藥量為：45.89kg。

（3）爆破參數比選。通過試驗段的施工，最終確定爆破作業采用2號巖石乳化炸藥，起爆采用非電毫秒延期雷管。非典毫秒雷管調段使用段間距時差控制在100ms以上。每循環進尺為0.5m～0.6m，炮眼直徑40mm～42mm，周邊眼間距45cm。起爆順序：先周邊眼→掏槽眼→擴槽眼→掘進眼→底板眼。

圖3 中隔壁（CRD）法鉆爆示意圖

圖4 大拱腳臺階法鉆爆示意圖

3.隧道初期支護及襯砌施作。初期支護緊隨開挖工作面及時施做，盡量減少圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖松動。D3K253+900-D3K254+000段初期支護采用全環I20b型鋼鋼架、間距為1榀/0.5m；D3K254+000-D3K254+110段初期支護采用拱墻設I18型鋼鋼架、間距為1榀/0.6m，噴射混凝土采用濕噴法施工，電子計量，嚴格控制各種原材料的摻配，保證砼施工的和易性及噴層強度穩定；鋼支撐重點控制拱腳穩定，鋼拱架鎖腳錨桿均采用φ42鋼花管。初期支護及襯砌施作嚴格按照“重地質、超前支護、弱爆破，短進尺，少擾動，早噴錨，勤量測，早成環，二次襯砌緊跟”的規則控制。

四、監控量測

1.試驗段施工時進行圍巖量測、地表建筑物監測、爆破地震波振動速度量測，根據測量結果及時修正施工方法、鉆爆設計參數及循環進尺。（1）上臺階爆破開挖時，測量地表處的爆破震動速度，開挖后2h內測量地表建筑物的沉降情況。（2）下臺階爆破開挖時，測量地表處的爆破震動速度，開挖后2h內測量地表建筑物的沉降情況。（3）仰拱施工前測量地表建筑物的沉降情況。（4）襯砌施工前測量地表建筑物的沉降情況。（5）洞內圍巖量測按正常施工進行。

2.隧道拱頂路面沉降觀測。采用電子水平儀、水準尺，每3m一個斷面，每斷面至少3個測點。中線每3m一個測點；開挖面距量測斷面前后<2B時（B為隧道開挖寬度），2次/天；距量測斷面前后<5B時，1次/2天；距量測斷面前后>5B時，1次/周。

3.收斂變形量測。隧道開挖后，周邊點的位移是圍巖和初期支護力學形態變化最直接、最明顯的反映，凈空的變化是圍巖變形最明顯的體現。

采用國產JSS30A數顯收斂儀，每10m設沉降收斂觀測點5個，分別在隧道拱頂設沉降觀測點1個，拱角及墻身同一斷面設4個。采用電子收斂儀進行量測，及時進行數據分析，提供施工參數。

4.微震爆破的監控量測。采TC-4850型振動測試儀進行爆破震動監測。監測時測點選擇每次爆破里程對應的前后4個地面監測點，監測頻率與爆破次數相同。

量測結果：在施工中，通過對高速公路隧道路面位移、沉降及爆破震動的觀測，測得位移最大值1cm，沉降觀測最大值6mm，爆破振速值在2cm/s以內，達到了設計的要求，確保了高速公路的安全。

五、結束語

貴廣客運專線四寨二號隧道下穿既有廈蓉高速公路瑞坡隧道工程，通過大管棚超前支護，起到減少地表下沉和防止圍巖坍塌的作用；管棚鉆孔可作為地質超前預報，為指導洞身開挖提供依據；通過干擾降震技術，在保證高速公路正常通行的同時確保了新建隧道的施工安全，取得顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

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