分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響

劉學軍

摘 要：在我國經(jīng)濟飛速發(fā)展的過程中，鐵路網(wǎng)的建設具有極大的重要性，它推動著整個經(jīng)濟體的向前發(fā)展。近年來國家對于鐵路的建設也愈加重視，越來越多的鐵路建設工程投入建設。但在規(guī)劃中常會受到地貌條件等制約，使得鐵路建設中新建的隧道與既有隧道之間的設計距離相近，造成對既有隧道結構損壞，同時也會對新建隧道的施工帶來安全隱患。所以我們需要分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響，做到科學合理施工。

關鍵詞：既有隧道；新建隧道；隧道施工；科學合理

前 言

為了加快我國經(jīng)濟的發(fā)展，就必須完善我國的國家交通基礎建設，其中鐵路的建設則是重中之重。在原有鐵路隧道旁建設新的隧道要充分考慮新舊隧道之間的相互影響，避免鄰近隧道動工對既有隧道的構造安全和正常運營造成不利影響。本文結合新舊隧道施工時的相互影響力學特征，鄰近隧道施工影響因素等，分析鄰近隧道施工對既有隧道的影響，為新建隧道具有一定的參考意義。

1 鄰近隧道施工相互影響力學特征

根據(jù)生活中的常識大家都知道，在原有隧道附近再建隧道的話會對既有隧道結構的穩(wěn)定性和安全性造成巨大影響。主要的原因是新建隧道施工時會造成鄰近圍巖和土體應力的重分布，進一步會使得地層變形。如果是上跨隧道施工的話，至少一次在圍巖中進行重復洞室開挖，這期間的力學過程相比來說要復雜得多。既有隧道結構的變形通常是上跨施工關注的重點，因為它的變形是地層變形的直接結果，同時既有隧道的存在也會反作用于地層，這就使得地層的變形異于自由場地層。

要研究新建隧道施工對既有隧道的影響就必須從它們力學行為的變動著手，正確認識它們的力學機理，正確把握和了解新建隧道的影響區(qū)域和圍巖以及隧道所襯砌結構協(xié)同作用的機理和規(guī)律特征。

2 鄰近隧道施工影響因素分析

對既有隧道穩(wěn)定性的影響因素主要有以下幾方面：既有隧道的自身工程性質；圍巖性質和當?shù)氐刭|情況；新建隧道的結構形式及大小；新建隧道的施工方法；新建隧道與地下洞室的位置關系等。

（1）由于既有隧道的襯砌健全度不同，對于既有襯砌應力增大的容許值標準和振動速度，影響范圍的劃分等要求也存在差異。如果既有隧道結構的健全度越高，則允許接近的距離就越小，反之則應該越大。隧道健全度對結構功能及車輛行駛安全的影響分為四個等級：A級（嚴重），結構功能嚴重劣化，對車輛行駛安全有嚴重威脅；B級（較重），劣化繼續(xù)發(fā)展會升至A級；C級（中等），影響較小；D級（輕微），沒有影響。

（2）鄰近建設隧道的長度、覆跨比、矢跨比、洞室高度以及斷面面積等都會對既有隧道造成一定的影響，其中影響最大的是洞室長度。隧道的長度越大，其穩(wěn)定性越差；覆跨比與覆蓋層的厚度成正比；矢跨比越大，則隧道洞室的頂端就越拱，也就越穩(wěn)定；隧道洞室越低，邊墻的穩(wěn)定性也就越堅固；斷面面積越小，其表現(xiàn)地基支撐損失越小。選擇不同的支護結構類型其支護承載能力也存在差異，影響也不一樣。采用挖掘的方式不同，影響也有差異。例如機械式挖掘或是爆破式挖掘施工對圍巖的擾動程度都是不同的，全面開挖和部分開挖對圍巖的影響也大相徑庭。

（3）施工地點巖體工程性質的好壞，往往取決于在受到地質條件影響和各種地質因素作用下形成的各種節(jié)理和他們自身的空間分布狀態(tài)以及其間填充物等，對圍巖的穩(wěn)定性造成較大的削弱。巖體的結構類型越零碎，其穩(wěn)定性也就越低；與此同時，地下水還會弱化圍巖的工程性質，軟弱圍巖條件下隧道的穩(wěn)定性顯然不比巖石質地高的圍巖條件下隧道的穩(wěn)定性好；施工地的應力越小，結構越是穩(wěn)定。除此之外，還要結合新建隧道的線路分布條件以及實際的地形情況。如果隧道處于山脊的一側，存在著一定的偏壓作用，并且圍巖破碎，整體圍巖的級別普遍偏低。在這種情況下，新建的隧道很有可能會產(chǎn)生兩種影響：一是對既有的隧道有拉伸作用；二是大大增加了既有隧道周邊圍巖的壓力。

（4）對于既有隧道而言，鄰近建設隧道加載或者卸載工作形態(tài)的影響也不可忽視。主要因為圍巖存在洞室空洞支撐的損失，因此巖體受力就存在加載、卸載兩種不同的狀態(tài)。應力所經(jīng)過的行徑不同也會導致巖體的形變損壞過程不一樣，所以圍巖就肯定受到其受力狀態(tài)的影響，即巖體所處的應力環(huán)境與其形變和損壞有著密不可分的聯(lián)系。

（5）新舊隧道間隔的影響。為了工作需要，人們把近接工程的種類主要根據(jù)既有隧道與新建隧道的間隔，把接近度劃分為無影響范圍，注意范圍和需采取措施的范圍三種類型。根據(jù)日本1997年公布的《接近既有隧道施工對策指南》，兩個隧道之間的間隔為1.5～2.5D（D為隧道直徑），屬于應注意的間隔范圍。我們所說的間隔實際上也就是既有隧道襯砌外緣與鄰近新建隧道的最小距離。近接度通常應用的是D值來進行判定。由于新隧道開挖不斷地向前延伸，開挖面所引起的支護能力就會隨之變?nèi)酰瑑蓚€隧道之間的圍巖應力也就會發(fā)生重分布現(xiàn)象，導致隧道發(fā)生變形，也就隨之出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)區(qū)。

（6）鄰近隧道施工措施類型不同，與既有隧道的位置關系等都會給既有隧道帶來不同的影響。例如新舊隧道不同的位置關系有著不同的影響范圍：隧道平行型，它是與既有隧道平行新建一個隧道，增加復線。既有隧道向鄰近建設隧道的方向容易發(fā)生拉伸形變，因鄰近平行隧道的施工導致既有隧道周圍的圍巖松動，從而使得作用在襯砌上的壓力大大增加；隧道交叉，它是從既有隧道底部或者上端橫斷既有隧道來新建隧道。如果新建隧道沿既有隧道上端通過時，既有隧道會向上發(fā)生變形，圍巖的拱作用就會受到損傷，從而加大襯砌上的壓力。當新建隧道在既有隧道底端通過時，既有隧道則會發(fā)生下沉現(xiàn)象。

3 鄰近新隧道爆破振動對既有隧道的影響

在既有隧道鄰近進行施工爆破作業(yè)時，炸藥爆破所釋放的巨大能量布恩會以應力波的形式直接作用到周圍的巖體中，從而導致應變，會危機既有隧道襯砌結構的穩(wěn)定性和安全性。在強烈的沖擊波影響下，既有隧道襯砌面對爆破方向的側邊墻受到的作用最為顯著。它的高應力狀態(tài)要遠遠高于其背爆側。相對于迎爆面來說，它的外側和內(nèi)側的應力值也是有所差別的，其外側的主應力往往比內(nèi)側主應力小一些。

根據(jù)我國的《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）規(guī)定，既有隧道允許的爆破振動速度應是0.1m/s。所在地址點峰值的振動速度是作為爆破振動對建筑物破壞程度的衡量標準。在我國對于鄰近隧道施工爆破作業(yè)往往采用的是控制爆破，使得開挖范圍外的巖體引起的爆破振動速度最小，從而避免其對既有隧道結構和行車安全構成危害。由于該既有隧道的抗震能力往往比較差，爆破振動速度最好應控制在0.06m/s以內(nèi)。

4 結 語

為保障我國鐵路建設的順利開展，在施工建設離既有隧道較近的隧道時，一定要結合實際，對新建隧道的施工可能給既有隧道帶來的影響破壞進行預測、計算分析。嚴格按照安全的范圍內(nèi)進行施工建設，確保新舊隧道的質量與穩(wěn)定。推動我國經(jīng)濟快速向前發(fā)展，造福于人民。

參考文獻

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