新建隧道上跨既有輸水洞的施工控制技術

王秀利

（中鐵十九局集團第三工程有限公司 遼寧沈陽 110136）

新建隧道上跨既有輸水洞的施工控制技術

王秀利

（中鐵十九局集團第三工程有限公司 遼寧沈陽 110136）

介紹新建衢州至寧德鐵路（福建段）站前工程QNFJZQ-4標段九都隧道需要上跨一條既有輸水洞，施工過程中采取了多項施工控制措施，尤其是使用多段毫秒雷管分段起爆，控制每一響爆炸的用藥量，大大減小爆破對既有輸水洞圍巖的震動，確保了既有輸水洞的安全，成功地完成這段隧道的施工任務。

隧道施工 施工控制爆破 毫秒雷管 分段起爆

新建隧道常常會遇到上跨、下穿既有隧道、既有輸水洞或鄰近既有地下建筑物的情況，隧道施工中必須采取有效的施工控制措施，確保既有地下建筑物的安全。新建衢州至寧德鐵路（福建段）站前工程QNFJZQ-4標段九都隧道需要上跨一條既有輸水洞。施工中我們采取了多項控制措施，成功地通過了上跨輸水洞段，確保了既有輸水洞的安全，取得了良好的社會效益。

1 工程概況

九都隧道位于福建省寧德市境內，全長953.5m，進口里程DK368+988.000，出口里程

DK369+941.500，全隧道處于R=1600m的左轉曲線上，隧道縱坡為+3‰單面上坡，隧道最大埋深166m。九都隧道按時速160km、單線、有砟軌道隧道設計。

九都隧道地處亞熱帶海洋性季風氣候區，氣候溫暖濕潤，四季分明，季風明顯，臺風頻繁，雨量集中，夏旱突出，年降水量2013.8毫米。

九都隧道處在構造剝蝕中低山區，溝谷深切，剝蝕地貌，地勢起伏較大，山體比較陡峭，多呈“V”字形深切溝谷，自然坡度一般在15°～26°。九都隧道所處地域地表層為第四系坡殘積（Qel+dl）粉質粘土，黃褐色，硬塑，厚度約為0.5～2.5m；進口段為δO52(3)b石英閃長巖，其中全風化帶厚1～3m，強風化帶厚2～8m，弱風化帶厚17.8～31.8m，下伏J3n侏羅系上統南園組凝灰熔巖，灰黃色～灰色，強～弱風化，其中強風化帶厚6.9～38.4m，弱風化帶厚19.8～21m。

九都隧道中Ⅱ級圍巖段長570m，Ⅲ級圍巖段長105m，Ⅵ級圍巖段長130m，Ⅴ級圍巖段長148.5m。Ⅱ、Ⅲ級圍巖段采用全斷面法施工，Ⅵ級圍巖段采用三臺階法施工，Ⅴ級圍巖段采用三臺階預留核心土法施工。

九都隧道在進口 DK369+067.980處上跨一條既有的輸水洞，隧道中線與輸水洞中線的交角為39.0°，上跨處隧道底部開挖線距輸水洞頂部開挖線12.32m。交叉處隧道處在弱～中等風化的石英閃長巖段內，為Ⅵ級圍巖段。九都隧道與既有輸水洞的平面關系如圖1所示。

圖1 九都隧道與既有輸水洞平面關系示意圖

既有輸水洞在寧德市農業灌溉系統中的一條支渠上，建成時間12年多，全長165m，與新建隧道的交點距輸水洞進口約 77m。交叉點處在弱～中等風化的石英閃長巖段內。輸水洞的過水斷面下部為2.00m（寬）×1.50m（高）的矩形、上部為R=1.00m的半圓拱形。拱圈、邊墻、鋪底的厚度均為0.25m，均用C25混凝土澆筑。既有輸水洞斷面如圖2所示。

圖2 既有輸水洞斷面圖

2 確保輸水洞安全的綜合施工措施

為了確保輸水洞的安全，我們在九都隧道施工中采取了以下綜合施工措施：

（1）調查輸水洞現狀，提出輸水洞的加固方案并對既有輸水洞進行加固；

（2）復核九都隧道跨越既有輸水洞段的工程地質，切實掌握其實際地質狀況；

（3）修改九都隧道跨越既有輸水洞段的施工方法，將原來的三臺階法施工改變為三臺階預留核心土法；

（4）進行跨越既有輸水洞段的專門爆破設計，使用毫秒雷管進行分段爆破，控制每一響的炸藥用量；

（5）隧道跨越段施工過程中對既有輸水洞進行監控量測，掌握輸水洞襯砌的變化情況。

3 九都隧道上跨既有輸水洞段施工控制技術

3.1 對輸水洞的現狀進行調查和處理

3.1.1 對輸水洞現狀進行調查

（1）九都隧道開工之前我們就與輸水洞的產權單位取得聯系，進行協商，簽署協議。使輸水洞的現狀調查和加固工作做到有章可循，有據可查。

與輸水洞的產權單位共同組成調查組，對隧道施工可能產生影響的隧道下方40m長的輸水洞現狀進行調查、記錄，提出加固方案，在報請監理和業主批準后組織實施。

（2）現狀調查的項目及結果

調查項目包括：①輸水洞斷面的現狀，包括拱頂和底板標高、拱腳和墻底寬度；

②輸水洞襯砌的現狀，包括襯砌有無開裂、脫落、掉塊的情況；

③拱圈背后有無空洞。

在對輸水洞現狀進行調查時發現，輸水洞的施工質量比較好，雖經十多年的運營，輸水洞的襯砌仍然完好，在隧道施工可能產生影響的40m長度內，僅發現寬度為2～3mm、長度8.9m和7.6m的橫向裂縫兩條，沒有發現襯砌混凝土有脫落、掉塊現象。使用地質雷達進行探測，發現拱圈背后普遍存在有脫空空洞，脫空值約為12～28mm。

3.1.2 對存在問題的處理

根據現狀調查情況經研究決定，不需要對輸水洞襯砌進行支撐加固，只需要對拱圈背后的脫空空洞進行壓漿處理。

壓漿按常規方法進行。在隧道下方40m長的范圍內，每2m設置一棑注漿孔，孔深250mm，每棑鉆注漿孔3個，左右拱腳處各1個，用來進行注漿，拱頂1個作為溢漿孔。注漿用PC32.5R復合硅酸鹽水泥配制的、1.0（水泥）∶1.1（水）的水泥漿，注漿壓力 0.2～0.8MPa。注漿時由左右拱腳處的 2個注漿孔同時注漿，待拱頂的溢漿孔冒漿后封堵溢漿孔，再繼續注漿5min。

注漿后再進行檢查，原來拱圈背后存在脫空空洞全部被水泥漿填充。

3.2 上跨既有輸水洞段隧道的施工方法

（1）復核九都隧道跨越輸水洞段的地質狀況

為了隧道跨越輸水洞段的施工能夠順利進行，在距九都隧道和輸水洞交叉點30m以外，開始按常規方法進行超長水平地質鉆探工作。鉆5個長60m的地質鉆孔，探明隧道跨越輸水洞段的實際地質狀況，避免發生不良地質引起的施工事故。

探測結果是該段地質狀況與設計提供的情況相符，無不良地質地段。

（2）九都隧道跨越既有輸水洞段的施工方法

將原來Ⅵ級圍巖段的三臺階法施工改變為三臺階預留核心土法施工。將開挖步驟分得更多，縮小每一步開挖的寬度和面積，減小塌方風險，降低隧道開挖時的炸藥用量，以降低隧道施工對既有輸水洞的種種不利影響。

三臺階預留核心土法的施工方法和施工工序流程見參考文獻[1][1]47-48，在此不再贅述。其襯砌類型按照Ⅵb類設置，各項施工參數為：

超前支護：錨桿用L＝3.5m、Φ42×3.5mm熱軋無縫鋼管按常規方法加工制做，在拱部144°范圍內敷設，環向間距330mm，外插角10°～15°，每2.0m打設一排，搭接長度大于1.0m，注漿用PC 32.5R復合硅酸鹽水泥配制的、水灰比為1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa。

初期支護：系統錨桿用L＝3.0m、環×縱＝1.2×1.0m的Φ25中空錨桿，壓注水灰比為1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa；用Φ6、＠200×200mm單層鋼筋網；拱、墻部位設置四肢Φ22的格柵鋼架（h＝150mm)，＠1.0m，縱向連接鋼筋用L＝1.5m、Φ25、＠1.0m；拱、墻部位噴厚230mm、仰拱部位噴厚100mm的C25混凝土。在每層格柵鋼架拱腳處，兩側各打設2根L＝5.0m、Φ50×4mm的鎖腳錨管（共3×2×2根），鎖腳錨管下插15°～20°，打設后立即注漿，并與格柵鋼架拱腳焊接牢固，壓注1∶1的水泥漿，注漿壓力0.5～2.0MPa。

為減少隧道開挖時對四周圍巖的震動，開挖進尺控制為1.0m。開挖時盡量使用土方機械，必要時進行控制爆破。

中層、下層臺階開挖時分左、右交替進行，臺階寬度約2.0m，左、右臺階滯后6.0～8.0m。分部開挖以后，立即對掌子面和開挖面噴射50mm厚的C25混凝土進行封閉，隨后立即施做初期支護。在合理安排的情況下，盡量縮短仰拱、二襯的施做距離，使隧道盡早封閉成環。

3.3 上跨既有輸水洞段隧道的控制爆破

上跨既有輸水洞段隧道開挖時采用常規的方法進行爆破設計。采用楔形掏槽眼掏槽，周邊眼按光面爆破設計，按掏槽眼→輔助眼→掘進眼→周邊眼→托底眼的順序起爆，使用毫秒雷管將每一響起爆的藥量嚴格控制在滿足“爆破震動安全允許距離”要求的范圍以內。

用隧道底部至輸水洞頂部的12.32m作為爆破震動安全允許距離，用參考文獻[2]p58的（13-1）公式反算出安全的起爆藥量。

經反算：Qmax=R3×（Vkp/K）3/a..

式中： Qmax：最大一響爆破炸藥用量（kg）；

R：爆破震動安全距離（m），本工程取12.32m；

Vkp：安全速度（cm/s），輸水洞為混凝土結構，取V=10cm/s；

K：地質影響系數。硬巖50~150，中等巖150~250，軟巖250~350。本工程取150；

a：衰減系數。硬巖1.3~1.5，中等巖1.5~1.8，軟巖1.8~2.0。本工程取1.5。

Qmax=（12.32）3×（10/150）3/1.5= 1870×（0.07）2=9.20kg。

爆破使用即發電雷管以及2段、4段、6段、8段、10段、12段 、14段等毫秒雷管進行分段起爆，爆破設計時每段的起爆藥量必須控制在9.20kg以內。

3.4 對輸水洞的監控量測

3.4.1 監控量測內容

（1）對輸水洞的拱頂位移和拱腳收斂進行觀測。在輸水洞與新建隧道交叉點向兩側各 20m的范圍內，每5m布置一個觀測斷面，每個觀測斷面上在拱頂（中線處）和拱腳處共布置3個觀測點，隧道在 DK369+047.980～DK369+087.980范圍內施工時，每天進行一次觀測，記錄拱頂下沉和拱腳收斂數據。

（2）對既有襯砌裂縫的寬度、長度進行觀測，記錄其變化情況。

（3）觀察襯砌混凝土表面有無新的開裂、掉塊現象。

3.4.2 監控量測的實施

監控量測工作由三方人員組成：

輸水洞產權單位一人，除了參與和對監控量測工作進行全過程監督以外，負責每天觀測時的斷水等聯系工作。

從寧德市交通局聘請一位工程技術人員作為第三方，負責數據的采集、參與成果分析。

我方派出工程技術人員參與監控量測工作，參與成果分析，提供測量人員、監測儀器（一臺全站儀、一臺隧道凈空收斂儀及其它配套設施）、照明設備等。

現場的監測情況和監測數據由三方共同分析和處理，每天向各方報告，最后提出監測成果，上報有關各方。

3.4.3 監測結果

監控量測工作的最后結果是輸水洞在隧道施工過程中沒有受到實質性的損害，隧道施工對輸水洞的現狀影響不大，隧道施工以后輸水洞的使用功能沒有發生變化。

（1）輸水洞的拱頂位移和拱腳收斂不大，平時在0～1mm之間反彈，最終結果是：累積拱頂最大下沉為+3.2mm（第5棑斷面），累積拱腳最大收斂值為－2.1mm（第4、5、6棑斷面）。（2）襯砌混凝土表面沒有出現新的開裂，也沒有發現混凝土脫落、掉塊等現象。（3）原有的兩條裂縫寬度沒有變化，長度分別增長了16mm和21mm。

4 結語

九都隧道上跨既有輸水洞段施工過程中，由于采取了一系列綜合施工措施，尤其是使用多段毫秒雷管起爆，控制每一響爆炸的用藥量，大大減小了爆破對既有輸水洞圍巖的震動，成功地完成了這段隧道的施工任務，對既有輸水洞沒有產生任何破壞，拱頂位移和拱腳收斂數值不大，均在允許的范圍之內。這次施工消除了輸水洞產權單位的擔心，取得了良好的社會效益，并為新建隧道上跨既有建筑物施工積累了經驗。

[1]TZ204-2008.鐵路隧道工程施工技術指南[s].北京:中國鐵道出版社,2008

[2]GB6722-2011.爆破安全規程[s].北京:中國冶金工業出版社,2011

Controlling Technology of Construction of New Tunnels Crossing an Existed Water-Transporting Culvert

WANG Xiu-li
(No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 19th Bureau Group Co. Ltd Liaoyang Liaoning 110136 China)

This paper introduced the project of bid section QNFJZQ-4 in the newly-built Quzhou-Ningde Railway (Fujian Section) where Jiudu Tunnel needs to cross over an existed water-transporting culvert. Many construction methods were adopted. Particularly, segmented blasting of millisecond detonators with a controlled dosage of explosives greatly reduced shock of explosion to surrounding rock of culvert, so as to guarantee the safety of water-transporting culvert, and then successfully finished construction of such a part of tunnel.

tunneling; controlled explosion in construction millisecond detonator segmented blasting

A

1673-1816(2017)01-0016-05

2016-03-19

王秀利（1980-），女，工程師，研究方向土木工程。