淺析下穿鐵路營業線隧道施工工藝要點

范 忠 明

(南京交通職業技術學院,江蘇 南京　210000)

0　引言

在下穿鐵路營業線的隧道開挖施工中，由于隧道上地層較淺，開挖中地層應力變化，隧道圍巖將產生變形，如果開挖方法和加固措施不當，圍巖和地表會產生較大的塑性變形和裂縫，施工過程中極易發生坍塌等安全事故，將引起開挖隧道施工安全和下穿營業線隧道的運營安全。為防止在開挖隧道施工中產生裂縫、坍塌和營業線隧道不下沉、開裂。本文結合廣通4號隧道的實際開挖施工方法，介紹了在下穿鐵路營業線的隧道開挖施工中，采用超前注漿加固開挖，超前小導管、管棚施工進行預先加固開挖施工工藝，并通過控制爆破開挖，有效的解決了隧道變形、裂縫和坍塌等難題，保證了施工和下穿營業線隧道構筑物安全。

1　工程概況

廣通至大理線改造工程中，廣通4號隧道全長5 690 m,為本標段最長隧道，隧道最大埋深約250 m，隧道進口里程D4K6+115，出口里程D4K11+805，隧道于D4K11+400處下穿既有廣大鐵路塔腳二號隧道K12+350處,隧道拱頂距既有隧底約21.738 m。既有廣大鐵路塔腳二號隧道為單線隧道，隧道全長178 m,隧道位于曲線上。K12+350處設計圍巖為Ⅲ級圍巖，隧道鋪底為C15混凝土，鋪底厚度為20 cm。

廣通4號隧道于2013年開工建設，采用進口、出口、斜井3個作業面同時掘進施工，使用超前注漿加固開挖，超前小導管、管棚施工進行預先加固開挖施工工藝，有效解決了隧道淺埋、地質較差、下穿隧道等施工難題，下穿隧道施工中，下穿觀測范圍內，既有線所有沉降觀測點均無沉降值，既有線邊墻穩定，下穿期間未對既有隧道造成不良影響。工程由中鐵一局五公司承建施工。

2　隧道開挖施工工藝

2.1　地質預報

及時預報隧道地質情況，掌握和判斷開挖工作面前方一定距離內的開挖圍巖的位置、寬度，由此判斷圍巖級別、地下水情況和對隧道施工的影響，為在施工中調整施工方案和措施提供可靠的參數，減少施工中的盲目性，保證隧道在安全條件下實現快速施工、減小風險的有效措施。項目部根據廣通4號隧道地質特點，結合現場施工情況，采用以水平鉆探為主的綜合方法，分別采用掌子面地質素描、紅外探測、地質雷達和超前水平鉆孔等方法進行超前地質預報。

2.2　洞身開挖及支護

2.2.1超前注漿加固施工

隧道洞身開挖時，通過超前注漿對破碎圍巖進行加固，利用漿液把圍巖周圍的裂縫充實并膠結起來，可以改善圍巖結構，提高圍巖整體性和自承能力、降低支護成本、提高支護效果。注漿范圍為開挖輪廓線外擴5 m及開挖輪廓線內。每開挖25 m，循環注漿一次，長度為30 m，保留5 m注漿巖盤，設置混凝土止漿墻。

2.2.2超前洞內管棚施工

超前洞內管棚是在開挖工作面的上半斷面的周邊，采用φ89×5 mm熱軋無縫鋼管在開挖洞內設置管棚，管棚環向間距20 cm，節長4 mm，外插角不大于12°，長度18 m,縱向間距650 cm，注漿壓力0.5 MPa～2.0 MPa,水泥漿液水灰比為1∶1。在臨時管棚的防護下，為安全開挖預先增強了地層支承力。

2.2.3超前小導管施工

超前小導管是穩定開挖工作面的一種有效施工方法。在軟弱施工中，設置超前小導管對松散巖層起到加固作用，注漿后加強了軟弱、松散圍巖的穩定，有利于圍巖的初期支護開挖。

1)小導管制作。

小導管采用φ42×3.5 mm的無縫鋼管，小導管每根長度根據設計值確定。小導管前端10 cm加工成尖錐型，管身每隔10 cm～20 cm鉆孔徑6 mm～8 mm的注漿小孔，并沿管身呈梅花形均勻布置，導管尾端設止漿段長度不小于30 cm。

2)小導管超前設置要求。

在開挖洞頂拱部范圍內，進行小導管超前設置，小導管插入軟弱圍巖的角度按向外10°～15°角控制。

3)小導管超前施工方法。

小導管超前設置時，應先在工作面上噴射5 cm～10 cm的濕噴混凝土，按設計范圍，間距準確地定出管口位置。然后采用YT-28風鉆鉆孔，鉆孔達到設計孔深后，用高壓風將孔眼內的碎屑、粉塵吹掃干凈，用錘將小導管插打入圍巖，小導管插入圍巖的長度不能小于小導管管長的90%。

4)超前小導管注漿方法。

超前小導管注漿時，先進行初壓注漿，然后進行終壓注漿，并在終壓下持荷保持1 min～2 min，然后卸去荷載，以保證注漿數量和漿液能擴散到圍巖設計要求半徑達到的深度。注漿順序孔位應由低到高，每隔一孔循環進行注漿。注漿結束標準，當壓力達到設計注漿終壓并穩定10 min～15 min，注漿量達到設計注漿量的80%以上時，可結束該孔注漿。

2.3　下穿既有線特殊地段開挖

2.3.1開挖方式及方法

下穿段根據圍巖采用臺階法、三臺階法開挖，采取光面爆破，掏槽形式為垂直楔形掏槽，周邊眼采用間隔裝藥，嚴格控制爆破量。

2.3.2鉆爆設計計算

1)單段最大裝藥量計算。

該隧道拱頂距既有隧道仰拱距離，預計隧道爆破振動對既有營業線隧道的影響較大，為了保證營業線隧道的安全運營，應通過控制單段總藥量的方法控制振動速度。因此，采用控制爆破振速限值下來估算掏槽最大段裝藥量。根據規范、查閱資料，該處主要構筑物為既有隧道，查表可得：建筑物安全振速為50 mm/s，堅固混凝土建筑物振速臨界值不大于200 mm/s，因此隧道控制爆破振速取50 mm/s相對安全，也有足夠的安全系數。

2)控制爆破試驗段施工。

下穿段施工時,先進行控制爆破試驗,選取3 cm/s，5 cm/s的爆破振速計算單段最大裝藥量進行試驗，并實測既有隧道的爆破振速，測量既有隧道的沉降和位移，根據測量爆破振速和觀測沉降、位移情況確定選擇爆破振速，確定單段最大裝藥量。

2.3.3鉆爆作業施工程序

1)鉆孔作業。

準備工作，用全站儀定出隧道中線，水準儀抄平定出軌面線，進而用紅油漆畫出開挖輪廓線。

隧道半斷面開孔采用10臺～12臺YT-28型手持式鑿巖機作業，孔徑42 mm。在鉆孔時，要求施工人員要保證鉆孔的方向、角度和深度，做到鉆孔位置準確，嚴格按照鉆孔爆破設計要求進行鉆孔作業。

鉆眼要求，周邊眼是光爆的關鍵，其鉆孔偏斜誤差不超過10 cm，困難地段也不超過5 cm。周邊眼鉆孔位置應定在輪廓線上，其他眼根據掌子面圍巖情況合理分布(60 cm～100 cm)。掏槽眼和周邊眼的鉆孔精度，開孔偏差應控制在5 cm以內。按照設計要求施鉆掏槽眼的位置、孔深和傾斜角度，眼底間距誤差和眼口間距誤差控制在5 cm以內。輔助眼的位置、孔深、傾斜角度按照設計施工，眼口行距、排距誤差控制在10 cm以內。周邊眼，應由具有實際經驗的鉆工進行鉆孔，要保證眼位有準確的外插角，開孔位置在斷面輪廓線上，允許根據掌子面實際情況在輪廓線南邊調整其位置，開孔偏差應控制在5 cm以內。

2)裝填炸藥。

炮眼施鉆完成后，逐一將炮眼內的石粉、水泥漿用高壓風吹洗干凈，并認真檢查炮眼位置、深度，炮眼達到設計要求后，在炮眼內填炸藥，裝填炸藥時，要嚴格按設計的炸藥量進行裝填,不得亂裝填炸藥。采用乳化炸藥。炮棍用木棍、竹竿或塑料桿制作，直徑比炮孔小10 mm～20 mm，以便給出孔線(導爆管、導爆索)留有空隙，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞長度要求大于30 cm。

3)爆破作業。

炮眼裝藥操作完成后，在炸藥內插入非電毫秒雷管，正向裝入眼孔內，將各炮眼的導爆管引線用一把抓的方式把所有使用的導爆管引線連接好，連接線的尾線長度要求大于5 m長，要求采用同種秒段的導爆管，使用專用測試儀器進行測試起爆網線路是否連接正確。爆破作業的起爆順序是先起爆掏槽眼，然后起爆輔助眼，最后起爆周邊眼。爆破作業后，及時對開挖斷面進行檢查。

4)爆破安全防護措施。

爆破時間應安排在利用列車間隙時間段。爆破前使全體職工明確爆破警戒范圍、警戒標志和爆破發出信號的時間和方法。信號應分三次：第一次為預先信號，第二次起爆信號，第三次解除警戒信號。爆破前必須同時發出明確起爆信號，使作業區、警戒危險區內的人員全部撤離到安全地段。在現場安全警戒指揮領導下達起爆指令后，起爆員才能連接起爆長線到安全的地方預備起爆，在起爆員連續發出三聲起爆信號，安全警戒指揮員回復同意后方能起爆。

爆破作業時，爆破負責人必須指定三人，專門記錄響炮數目，其響炮數必須與裝炮數相符無誤時，從最后一響算起，經15 min后才準許人員進入爆破點檢查，只有確定爆破安全后，經爆破負責人同意方可進入爆破地點。

3　結語

廣通4號隧道在下穿鐵路營業線的隧道開挖施工,應用的管棚施工、超前小導管施工方法對圍巖進行加固，采用超前注漿法加固開挖和控制爆破開挖施工工藝，施工技術可靠，增強了圍巖的自穩能力，有效地控制了圍巖變形和營業線隧道沉降，施工中沒有發生坍塌、人員傷亡事故，減少了安全費用。在施工中營業線隧道和隧道圍巖沒有出現變形、裂縫和下沉等情況，順利的通過了下穿營業線隧道段的施工，并縮短了施工工期，保證了隧道施工和下穿營業線隧道構筑物安全。