修建城際地下鐵路隧道存在的步距問題與相關建議

聶振宇

（中交集團第一公路工程局廈門工程有限公司，廣東東莞 523400）

修建城際地下鐵路隧道存在的步距問題與相關建議

聶振宇

（中交集團第一公路工程局廈門工程有限公司，廣東東莞 523400）

以莞惠城際軌道交通工程松山湖隧道施工為例，通過對隧道各工序作業時間分析、隧道設計與施工類比和施工模型圖說明，認為鐵建設［2010］120號文在修建城際地下鐵路隧道方面尚存在一定的適應性和可操作性的問題，并提出以下建議：1）Ⅵ級圍巖隧道，初期支護封閉成環位置距離掌子面由原35 m調整為50 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為85 m（除文中所述幾種特殊情況外）；2）Ⅴ級圍巖隧道，初期支護封閉成環位置距離掌子面由原35 m調整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為90 m；3）Ⅳ級圍巖隧道，初期支護封閉成環位置距離掌子面由原35 m調整為65 m，二次襯砌距離掌子面由原90 m調整為120 m。

城際地下鐵路隧道；圍巖等級；施工步距；隧道斷面

0 引言

為進一步改進軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工技術措施，確保其施工安全，鐵道部于2010年7月下發鐵建設［2010］120號文［1］（以下簡稱120號文），對軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道做出如下規定：Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ級圍巖初期支護封閉成環的位置距掌子面的距離不得大于35 m，軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道的二次襯砌應及時施作；Ⅴ級和Ⅵ級圍巖二次襯砌距掌子面的距離不得大于70 m，Ⅳ級圍巖不得大于90 m。120號文針對鐵路隧道施工中初期支護封閉成環位置、二次襯砌與掌子面之間距離做出了具體規定，但對于近年來大規模發展的城際地下鐵路隧道，尚存在一定的適應性和可操作性的問題，尤其是對施工進度的影響較大。

目前，關于鐵路隧道步距方面的研究或相關資料主要側重于施工工法、安全控制、圍巖沉降與結構穩定等方面，且較多是關于國鐵（普通、客運專線和高速鐵路的統稱）和地鐵隧道［2］。關于隧道步距對施工進度影響的研究，尤其是對城際地下鐵路隧道施工進度影響的資料相對較少。本文通過列舉實例，以國內某城際地下鐵路隧道施工為例，分析其施工過程中實際存在的步距問題，全面闡述隧道步距對施工進度的影響，說明120號文關于隧道安全步距的規定在修建城際地下鐵路隧道時存在適應性和可操作性的問題，并提出修建城際地下鐵路（單線雙洞）隧道Ⅵ，Ⅴ與Ⅳ級圍巖施工步距的建議。

1 工程概況

廣東省珠三角城際軌道交通（莞惠、穗莞深與佛肇3個項目）工程中隧道占線路總長比重較大。其中，莞惠項目松山湖隧道全長38 813雙延米，礦山法隧道46 449單延米；東江隧道全長13 624雙延米，礦山法隧道17 286單延米；穗莞深項目太平隧道全長14 490雙延米，礦山法隧道11 594單延米；佛肇項目云山隧道全長4 740雙延米，礦山法隧道7 700單延米。但相關統計數據顯示：3個項目的隧道，Ⅳ級圍巖平均開挖進度為30 m/月，Ⅴ級圍巖平均開挖進度為15 m/月，Ⅵ級圍巖平均開挖進度為10 m/月。其進度十分緩慢，嚴重影響隧道施工工期。主要隧道項目及相關施工工法見表1。

表1 主要隧道項目及相關施工工法Table 1 Main tunnels and their construction methods

2 隧道圍巖等級確定

隧道圍巖等級應由拱頂、邊墻和底板3處圍巖決定，但基本上由隧道上臺階揭示圍巖決定，即拱頂圍巖等級決定著隧道洞身的圍巖等級。綜合圍巖等級還需依據TB 10003—2005《鐵路隧道設計規范》［3］附錄A中的圍巖基本分級和隧道圍巖分級進行修正。當圍巖無水時，采用其圍巖基本分級；當有少量地下水時，圍巖基本分級Ⅲ—Ⅴ級應對應修正為Ⅳ—Ⅵ級；當地下水量較大時，圍巖基本分級Ⅱ—Ⅴ級應對應修正為Ⅲ—Ⅵ級。

與山嶺隧道有所不同，在城市里修建地下鐵路隧道，大部分具有埋深淺，地下水位高，地表建筑物多，地質條件復雜多變的特點。如果按綜合圍巖等級確定的施工工法，大部分隧道開挖揭示后的掌子面地質情況與圍巖等級相差較遠，造成設計工法無法滿足隧道實際地質情況，120號文的步距規定對于城際地下鐵路隧道也就缺乏相應的適應性和可操作性。

3 隧道施工中存在的突出問題［4］

隧道施工過程中監測數據顯示，Ⅵ級圍巖隧道拱頂沉降大部分監測數據一般在1.5個月后達到穩定，穩定后平均日變形速率為0.1 mm/d，但測點累計沉降最大值遠小于報警值（80 mm）；洞內水平收斂大部分監測數據一般在1個月后達到穩定，穩定后平均日變形速率為0.06 mm/d左右，但測點累計收斂最大值遠小于報警值（30 mm）。按以上情況考慮，隧道內將有15 m的臨時豎撐不能拆除（按月進度10 m考慮），此時仰拱距離豎撐僅7 m的距離，施工模型如圖1所示。

圖1 Ⅵ級圍巖隧道施工模型圖Fig.1 Construction model of tunnel in GradeⅥsurrounding rock

3.1 施工方法1（仰拱棧橋法［5－6］）

保持掌子面1區和3區同時掘進，2區、4區、仰拱與拱墻二次襯砌按照120號文的步距規定同時緊跟施工（如圖1所示），但施工過程中會存在以下困難：

1）從圖1中可以看出，120號文步距要求仰拱距離掌子面35 m，減去上臺階13 m的距離，再減去15 m臨時豎撐距離，僅剩下7 m的距離可用于渣土與小型機具的臨時堆放，顯然無法滿足掌子面出渣的施工要求。

2）仰拱土方開挖時，會直接造成隧道掌子面停工，因掌子面無法完成出渣作業。

3）由于隧道仰拱初期支護面至填充面的高度僅1.235 m，棧橋上方作業時，仰拱鋪設防水層、綁扎鋼筋等工序無法進行。因為該高度無法滿足棧橋下方施工人員的作業空間需求。

綜上所述，隧道施工若按照120號文的步距規定執行，采用仰拱棧橋法實際上無法保證掌子面、仰拱和拱墻二次襯砌之間按照步距要求同步推進，即該施工模型不成立。

3.2 施工方法2（非仰拱棧橋法）

保持掌子面4個區域同時掘進，仰拱與二次襯砌暫不施工，待掌子面掘進長度達到35 m時，停止掌子面施工，施作仰拱與拱墻二次襯砌，直至滿足步距要求。但這種施工方法不可取，原因如下：

1）掌子面掘進至35 m時，便封閉掌子面，停止施工。按設計文件要求，仰拱原部位圍巖開挖以3 m為一循環，初期支護封閉后清底長度主要依據監測情況而定，一般為6～8 m，暫按最小值6 m考慮。各工序具體需要時間如表2所示。

表2 每循環仰拱工序作業時間估算表［7］Table 2 Cycle time of invert construction［7］

按照表2提供的數據進行計算，采用非仰拱棧橋法，22 m的仰拱施工（35 m的步距減去13 m長的臺階，按7個循環考慮）理論上至少需要28 d。

2）由于隧道掌子面4個臺階未能封閉成環，長時間內肯定會存在較多安全隱患，地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂等監測數據會急劇加大，這些是隧道施工中絕不允許發生的。且隧道28 d不施工，會造成人員、機械等的閑置，其經濟損失也相當大。

綜上所述，隧道施工若按照120號文的步距規定執行，該施工方法實質上也無法保證掌子面、仰拱和拱墻二次襯砌之間按照步距要求同步推進，即該施工模型同樣不成立。

4 加大步距的可行性分析

4.1 國鐵隧道與城際地下鐵路隧道類比［8］

1）國鐵隧道一般位于山區，修建時速200 km的隧道，一般是單洞雙線，隧道斷面大，各種資源的進出較為方便；而城際地下鐵路隧道，基本是單洞單線（類似于地鐵隧道），隧道斷面小，各種資源進出隧道較為困難；二者在隧道的選型設計上也存在很大差異。

2）城際地下鐵路隧道受地下水、埋深及地表建筑物影響較大，圍巖綜合等級受很多因素的影響，工法以帶臨時仰拱法、CD法居多，少部分采用臺階法，隧道斷面小，工序間轉換復雜；山嶺隧道受地下水、地表建筑物的影響較小，埋深較深（一般只有進、出洞段存在少部分的淺埋段），其圍巖等級采用基本圍巖等級的較多，工法以臺階法居多，隧道斷面大，工序間轉換相對簡單。

4.2 隧道初期支護參數類比

通過對松山湖隧道與國鐵隧道類比，在圍巖等級和設計時速相同的情況下，松山湖隧道具有斷面尺寸小，初期支護（鋼架）強度高的特點。松山湖隧道初期支護參數如表3所示。

4.3 監控量測資料分析

隧道施工過程中，監控量測必測項目有6項，選測項目有2項。本文僅列舉必測項目及相關的監測要求和控制數據，如表4所示。隧道總體監測情況說明如表5所示。

5 各等級圍巖隧道步距的調整建議

城際地下鐵路隧道與山嶺隧道相比，無論是設計還是施工，均存在較大差異。因此，本文針對城際地下鐵路隧道各等級圍巖隧道步距調整提出以下建議。

5.1 Ⅵ級圍巖隧道步距調整

圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為50 m（即增加掌子面出渣機械作業空間，1臺挖掘機與1輛出渣車作業區間長度），二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為85 m。調整后Ⅵ級圍巖隧道施工模型如圖2所示。

隧道按照調整后的步距施工，具有以下優點：1）通過增加15 m的作業區域，既能保證隧道4個掌子面渣土能及時運出，施工又能持續進行；2）采用棧橋法施工時，掌子面與仰拱作業施工干擾小，施工質量好；3）拱墻二次襯砌泵送混凝土施工時，即使出渣車輛無法進出，新增15 m的作業區域長度也能保證掌子面渣土的臨時堆放，不會影響隧道掌子面的開挖。

但存在以下4種特殊情況時，隧道施工步距不做調整，按120號文的步距要求執行。1）地表覆土沿隧道縱向有較大變化；2）隧道直接承受地面建筑物等較大局部荷載；3）隧道基底地層或基礎有顯著差異；4）隧道下穿河流、交通基礎設施、重要管線等。

表3 松山湖隧道初期支護參數表Table 3 Parameters of primary support of Songshanhu tunnel

表4 隧道監測必測項目一覽表［9］Table 4 Mandatory monitoring items［9］

表5 隧道總體監測情況說明表［10］Table 5 Analysis on monitoring results［10］

5.2 Ⅴ級圍巖隧道步距調整

圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為90 m，調整后Ⅴ級圍巖隧道施工模型如圖3所示。

5.3 Ⅳ級圍巖隧道步距調整

圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為65 m（經驗數值），二次襯砌距離掌子面由原90 m調整為120 m，調整后Ⅳ級圍巖隧道施工模型如圖4所示。

調整后的步距，主要增加了30 m的距離以消除爆破影響，原因如下：1）按照120號文規定的距離35 m執行，掌子面爆破產生的石渣，由于距離較近、沖擊能量大，會造成仰拱與二次襯砌外露綁扎鋼筋、中埋式止水帶的嚴重損壞；2）如果由原35 m提高到65 m，由于增加了距離，減少了掌子面爆破時石渣的沖擊能量，如果采取適當的擋板（模板、鋼板）等措施，也可以避免這些不利現象。

圖2 調整后Ⅵ級圍巖隧道施工模型圖Fig.2 Optimized construction model of tunnel in GradeⅥsurrounding rock

圖3 調整后Ⅴ級圍巖隧道施工模型圖Fig.3 Optimized construction model of tunnel in GradeⅤsurrounding rock

圖4 調整后Ⅳ級圍巖隧道施工模型圖Fig.4 Optimized construction model of tunnel in GradeⅣsurrounding rock

6 建議

本文針對城際地下鐵路隧道（單線雙洞）的施工，各等級圍巖隧道步距的調整建議如下：

1）Ⅵ級圍巖隧道，圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為50 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為85 m。

2）Ⅴ級圍巖隧道，圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調整為90 m。

3）Ⅳ級圍巖隧道，圍巖初期支護封閉成環位置距離掌子面由120號文原35 m調整為65 m（經驗數值），二次襯砌距離掌子面由原90 m調整為120 m。

以上建議是針對廣東珠三角地區城際地下鐵路（單線雙洞）隧道提出的，可能會存在一定的不完善與不合理之處，還望同行多給予批評與指正，以期建立適合修建國內城際地下鐵路（單線雙洞）隧道的統一步距標準。隧道步距調整后，施工進度肯定會有較大的提高，尤其是在當前國內很多城市大規模地修建城際鐵路的情況下，其成本控制和經濟節約等方面的效益將非常顯著。

（References）：

［1］ 鐵建設［2010］120號關于進一步明確軟弱圍巖及不良地質鐵路隧道設計施工有關技術規定的通知［S］.北京：中華人民共和國鐵道部，2010.

［2］ 李東勇，徐禎祥，侯慶華，等.隧道開挖步距對地層位移影響研究［J］.市政技術，2007，25（3）：200－203.（LI Dongyong，XU Zhenxiang，HOU Qinghua，et al.Study on influence of excavation space on soil displacement of undercutting tunnel［J］.Municipal Engineering Technology，2007，25 （3）：200－203.（in Chinese））

［3］ TB 10003—2005鐵路隧道設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社，2005：105－107.（TB 10003—2005 Code for design on tunnel of railway［S］.Beijing：China Railway Publishing House，2005：105－107.（in Chinese））

［4］ 馬輝，劉仁智，陳壽根，等.當前鐵路隧道施工亟待解決的若干技術問題［J］.現代隧道技術，2011，48（5）：1－6.（MA Hui，LIU Renzhi，CHEN Shougen，et al.Technique problems need to be solved urgently in current railway tunnel construction［J］.Modern Tunnelling Technology，2011，48 （5）：1－6.（in Chinese））

［5］ 馬艷衛.液壓移動式仰拱棧橋在隧道仰拱施工中的應用［J］.山西建筑，2011，37（1）：174－175.（MA Yanwei.On application of hydraulic movement invert trestle in tunnel invert construction［J］.Shanxi Architecture，2011，37（1）：174－175.（in Chinese））

［6］ 趙廣平.新型組合弧形鋼模板在高速鐵路隧道仰拱整幅施工中的應用［J］.隧道建設，2010，30（6）：706－711.（ZHAO Guangping.Application of new arc-shaped composite steel formwork in full-breadth construction of invert of high speed railway tunnel［J］.Tunnel Construction，2010，30 （6）：706－711.（in Chinese））

［7］ 鐵建設［2010］241號高速鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京：中國鐵道出版社，2010：44－51.（鐵建設［2010］241號Technical guide for construction of high-speed railway tunnel engineering［S］.Beijing：China Railway Press，2010：44－51.（in Chinese））

［8］ TB 10121—2007鐵路隧道監控量測技術規程［S］.北京：中國鐵道出版社，2007：15－16.（TB 10121—2007 Technical code for monitoring measurement of railway tunnel［S］.Beijing：China Railway Publishing House，2007：15－16.（in Chinese））

［9］ 聶振宇，張紅梅.雙線隧道穿越橋樁群的沉降分析與技術措施［J］.施工技術，2013，42（1）：97－100.（NIE Zhenyu，ZHANG Hongmei.Settlement analysis and technique measures for double-line tunnel crossing bridge piles［J］.Construction Technology，2013，42（1）：97－100.（in Chinese））

Comments on Distance between Primary Support/Secondary Lining and Working Face of Inter-city Underground Railway Tunnels

NIE Zhenyu
（Xiamen Engineering Co.，Ltd.of CCCC First Highway Engineering Bureau，Dongguan 523400，Guangdong，China）

In this article，the construction cycle time and construction model of Songshanhu tunnel on Dongguan-Huizhou inter-city railway are analyzed，and comparison and contrast is made between national railway tunnels and intercity railway tunnel.It is believed that the requirements specified in Tiejianshe No.［2010］120 are not applicable to the construction of inter-city railway tunnels.Proposals made are follows：1）For inter-city railway tunnels in GradeⅥsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 50 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized form 70 m to 85 m；2）For tunnels in GradeⅤsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 55 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized form 70 m to 90 m；3）For tunnel in GradeⅣsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 65 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized from 90 m to 120 m.

inter-city underground railway tunnel；grade of surrounding rock；distance between primary support/secondary lining and working face；tunnel cross-section

10.3973/j.issn.1672－741X.2014.04.011

U 45

A

1672－741X（2014）04－0356－06

2013－12－03；

2014－02－24

聶振宇（1983—），男，江西九江人，2006年畢業于西南交通大學，土木工程專業，本科，工程師，現從事城市地鐵施工工作。