鄰近營業線安家莊隧道施工難點及風險評估

周杰 劉鳳超 楊凡杰

摘 要：臨既有隧道的新建隧道施工，會對對既有隧道穩定性造成影響。山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道緊鄰肖家洼鐵路隧道和瓦日鐵路隧道，新建安家莊隧道的開挖對兩側既有隧道的安全性構成了嚴重挑戰。本文結合新建隧道的工程特點，首先分析了新建隧道的施工難點和重點。然后，采用經驗法評估方法，分析了新建安家莊隧道對既有隧道的安全性影響，并給出了相應的施工建議，為保障新建隧道的施工安全提供了支撐。研究成果為我國超小凈距隧道的施工積累了經驗，具有一定指導意義。

關鍵詞：新建隧道；既有隧道；施工難點；風險評估

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0093-03

近年來，隨著鐵路建設的快速發展，鐵路隧道也越來越多。而限于地形地質條件及建設成本等因素，不少新建隧道緊鄰既有隧道施工。當新建隧道與既有隧道間距較小時，新建隧道的施工會影響既有隧道的結構穩定性及受力情況，導致新建隧道的施工難度及工程風險顯著增加[1-3]。為降低臨既有隧道時新建隧道的工程施工風險，大量學者對此進行了研究。如王靈鐘[4]基于陳家灣隧道施工中遇到的難點及施工應對技術，研究了臨近既有線高邊坡明挖爆破施工技術及淺埋偏壓下進洞施工技術；高生苗[5]以石錦隧道和新蝙蝠嶺隧道為例，研究了銑挖法施工在臨既有線隧道中新建隧道施工的適用性；王起才和展宏躍[6]采用數值計算方法，研究了近接淺埋、偏壓黃土隧道洞口段支護結構的力學特性及既有隧道的安全性；毛志勇[7]依據寶蘭客專興仁隧道，分析了臨近既有線淺埋偏壓黃土隧道開挖支護施工技術要點。

山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于呂梁山西坡黃土梁茆區，全長367m。安家莊隧道位于肖家洼鐵路和瓦日鐵路線路中間，其中，離瓦日鐵路隧道最近處為19.7m，離肖家洼鐵路隧道最近處僅1.1m，安家莊隧道的開挖對兩側既有隧道的安全性構成了嚴重挑戰。本文結合新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道，根據該新建鐵路隧道與既有隧道的位置關系，對新建隧道的施工難點進行分析研究，并基于經驗法評估了既有隧道的安全風險。

1 工程概況及地質條件

1.1 工程介紹

新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于山西省呂梁山西坡黃土梁茆區，該隧道為單線隧道，隧道進口里程為D12K0+570，出口里程D12K0+937，全長367m。其中間有一段42m的明洞將隧道分成三段，第一段D12K0+570～D12K0+697為暗洞段，長127m；第二段D12K0+697～D12K0+739為明洞段，長42m；第三段D12K0+739～D12K0+937暗洞段，長198m。

新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于瓦日鐵路和肖家洼煤礦鐵路專用線中間，左側為瓦日鐵路，右側為肖家洼鐵路。安家莊隧道進洞口施工鄰近瓦日鐵路和肖家洼鐵路，對應瓦日鐵路里程K29+610，對應肖家洼里程為K0+695。安家莊隧道進口采用翼墻式洞門，洞門結構與肖家洼專用線隧道洞門順接。新建隧道D12K0+570～D12K0+670段與肖家洼鐵路專用線隧道K0+595～K0+695段近接，近接段設置一排直徑1.0m，長20m隔離樁，共38根。D12K0+697～D12K0+739段明洞鄰近瓦日鐵路，對應瓦日鐵路里程為K29+500～K29+545。明洞段采用鉆孔樁基礎、片石混凝土擋墻對瓦日鐵路進行防護，隧道內基底處理采用水泥土擠密樁。鉆孔樁樁長10米共計14根；水泥土擠密樁共6720米，樁長5～10m（如圖1所示）。

1.2 工程地質情況

（1）地形地貌。新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道位于山西省呂梁市興縣境內，地貌屬黃土高原的低山區，地勢總體由東向西傾斜，隧道洞身范圍內以第四系上更新統黃土和第三系粉質黏土。由于受長期地表水沖刷和切割作用，溝壑發育，溝壁陡立，其局部發育滑坡、黃土溜坍不良地質。工程區地處山西臺背斜西部呂梁山斷裂隆起與鄂爾多斯臺向斜的陜北坳陷接壤部，控制沿線的構造型式主要為山西經向構造體系的黃河東岸-呂梁山西坡南北向撓褶帶。構造形跡多數微弱，構造簡單，地層總體為單斜構造，向西及西北緩緩傾斜。

（2）地層巖性。據現場調查及勘探揭示，隧道處地層分布較為簡單，上部為第四系上更新統坡風積砂質黃土，下部為第三系上新統粉質黏土。其中，砂質黃土特征為，褐黃色，稍濕，稍密，結構松散，具有針狀孔隙，土質較均勻，以粉粒為主，遇水易崩解，具濕陷性，主要位于隧道洞頂及洞頂以上部位，為II級普通土；粉質黏土特征為，褐黃-紅褐色，堅硬-硬塑，以粘粒為主，土質不均勻，含姜石，間夾鈣質膠結層及黏土薄層，具有膨脹性，主要分布于隧道洞身及路肩以下，為III級硬土。

（3）水文地質條件。勘察鉆孔內未見地下水，根據搜集資料及肖家洼隧道施工情況，在砂質黃土與粉質黏土層接觸部位，局部有少量地下水滲漏，屬上層滯水，水量不大，由大氣降水補給。地下水有可能局部軟化隧道圍巖，降低其穩定性，對隧道有一定影響。

2 工程施工難點和重點

2.1 工程難點

由于安家莊隧道進洞口施工鄰近瓦日鐵路和肖家洼鐵路，隧道進口采用翼墻式洞門，洞門結構與肖家洼專用線隧道洞門順接，結合該隧道的工程特點及施工經驗，該隧道主要有存在如下幾個施工難點：

（1）新舊隧道近接：新建安家莊隧道與肖家洼鐵路專用線隧道靠得太近，如何保證新建隧道在施工過程中不構成對肖家洼既有隧道影響，是本項工程的最大難點。

（2）鄰近運營線：安家莊隧道D12K0+570處洞口施工及D12K0+697～D12K0+739段明洞施工鄰近瓦日鐵路；新建隧道進口洞門與既有肖家洼隧道洞門相連，施工難度較大。

2.2 工程重點

由于新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道與瓦日鐵路和肖家洼煤礦鐵路均相距較近，施工存在一定難度。因此，在施工過程中應注意以下幾個重點問題：

（1）隔離樁施工：安家莊隧道D12K0+570～D12K0+670段與肖家洼鐵路專用線近接，工程設計在新建隧道和肖家洼鐵路隧道之間設置一排隔離樁，樁徑1.0m，長20m，共38根。為確保既有隧道的安全，隔離樁未施做，不得進行該段落暗洞開挖。因此，隔離樁施工是本項工程的重點之一。

（2）監控量測：安家莊隧道與既有肖家洼鐵路近接，需對既有和新建隧道進行監控量測，根據監測數據及時調整施工參數，確保施工安全。因此，監控量測工作是本項工程的又一重點。

（3）做好監控量測的配合工作，確保行車安全和監控量測工作的順利進行。

3 安全風險評估

為了確保新安家莊隧道的施工安全，此處根據日本的《接近既有隧道施工對策指南》[8]中關于隧道接近度的劃分，對新舊隧道的相對位置關系進行分析。在此基礎上，根據所確定的既有隧道受影響范圍，利用經驗法對既有鐵路隧道的安全性進行了評估。

3.1 既有鐵路隧道受影響范圍

根據新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道與既有肖家洼煤礦鐵路專用線隧道和既有瓦日鐵路隧道的位置關系，并結合新舊隧道并列的接近度劃分，最終確定了既有鐵路隧道受影響的范圍。

（1）按照新舊隧道并列的接近度劃分標準（表1）可知，既有隧道受影響范圍如下：①既有肖家洼煤礦鐵路專用線隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻9.5m，需要注意范圍為距隧道左邊墻9.5m～23.8m，其余是為條件范圍。②既有瓦日鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻13.4m，需要注意范圍為距隧道左邊墻13.4m～33.5m，其余是為條件范圍。

（2）按照隧道側面開挖的接近度劃分標準（表2）可知，既有隧道受影響范圍如下：①既有肖家洼鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻9.5m，需要注意范圍為距隧道左邊墻9.5m～19.0m，其余是為條件范圍。②既有瓦日鐵路隧道的受影響范圍：限制范圍為距隧道左邊墻13.4m，需要注意范圍為距隧道左邊墻13.4m～26.8m，其余是為條件范圍。

3.2 經驗評估意見

確定既有鐵路隧道受影響范圍后，結合工程特點和現場情況，分別對新建安家莊隧道對既有肖家洼鐵路隧道的安全性影響和對既有瓦日鐵路隧道洞安全性影響進行了評估，并給出了評估意見。

（1）新建安家莊隧道對既有肖家洼鐵路隧道的安全性影響評估意見：①新建安家莊隧道進口D12K0+570直至D12K0+650處（共計80m），兩隧道間距從1.1m逐漸增大至10.1m，處于新舊隧道并列接近度限制范圍，施工時必須采取相應措施在兩隧道近接處加強支護，并加強對既有和新建隧道的監控量測，保證既有隧道不產生過大的變形，確保其安全性。②新建安家莊隧道D12K0+650～D12K0+715段（共計65m），兩隧道間距從10.1m逐漸增大至18.5m，處于新舊隧道并列接近度需要注意范圍，施工時也應在兩隧道近接處加強支護，并加強對既有和新建隧道的監控量測，以保證既有隧道安全。③當新舊隧道間隔距離增大至23.8m以上時，處于新舊隧道并列接近度無條件范圍，根據經驗及相應規程可知，新建安家莊隧道不會對既有肖家洼路隧道產生影響。但施工過程期間，仍需配合鐵路部門相關人員加強對既有隧道進行檢查和巡視，確保鐵路運營安全可靠。

（2）新建安家莊隧道對既有瓦日鐵路隧道安全性影響評估意見：新建安家莊隧道與既有在瓦日鐵路隧道基本平行，間隔距離從新建隧道D12K0+585處的19.7m（l.5D）逐漸增大至D12K0+685處的30.0m（2.2D），處于新舊隧道并列接近度需要注意范圍，施工時仍需在兩隧道近接處加強支護，并加強對既有和新建隧道的監控量測，以保證既有隧道安全。

4 結語

山西省新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道緊鄰肖家洼鐵路隧道和瓦日鐵路隧道，新建安家莊隧道的開挖對兩側既有隧道的安全性構成了嚴重挑戰。針對該工程問題，本文結合新建安家莊隧道的工程特點，首先分析了新建安家莊隧道的施工難點和重點。然后，根據該新建鐵路隧道與既有隧道的位置關系，采用經驗法評估方法，分析了新建安家莊隧道對既有隧道的安全性影響，并給出了相應的施工建議，為保障新建隧道的施工安全提供了支撐。

鑒于我國在臨既有線隧道時新建隧道施工安全方面的研究還不充分，本文通過研究新建通昌能源鐵路專用線安家莊隧道施工對既有隧道的影響，為超小凈距隧道的施工積累了經驗，具有一定指導意義。

參考文獻

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[2]石磊磊.小凈距鄰近既有隧道施工的對策[J].建設監理，2015，（04）：75-77.

[3]李軍，呂婧，劉瑞.新建隧道施工對近距離既有隧道的影響及安全風險評估[J].公路與汽運，2017，（05）：183-187.

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[5]高生苗.臨近既有線隧道銑挖法施工技術研究[J].北方交通，2017，（7）：153-156.

[6]王起才，展宏躍.近接淺埋偏壓黃土隧道支護結構的力學特性分析研究[J].鐵道工程學報，2010，（11）： 61-67.

[7]毛志勇.臨近既有線淺埋偏壓黃土隧道開挖支護施工淺析[J].建筑知識，2016，（13）：241-243.

[8]日本鐵道綜合技術研究所. 接近既有隧道施工對策指南[M]. 日本：[s.n.]，1996.Railway Technical Research Institute. Guidelines for Construction Countermeasures for Approaching the Existing Tunnels[M]. Japan： [s.n.]，1996.