艱險山區鄰近既有線弱風化石灰巖隧道進洞開挖工法分析

郭勤學

（中鐵三局集團公司，山西 太原 030001）

1 工程概述

新建貴陽至南寧鐵路貴州段站前工程GNZQ-3標DK68+400-DK77+420段有7座隧道工點與貴廣鐵路距離較近，最小線間距為28m。該處隧道主要為Ⅳ、Ⅴ圍巖，采用控制爆破、機械開挖及鑿巖機+劈裂機逆序開挖方法進洞。

2 進洞邊界條件

施工嚴格按照《成都局集團公司營業線施工安全管理實施細則》（成鐵施工〔2018〕58號文）執行，施工期間由設備管理單位工務、供電、監理單位監管施工。施工現場調查對電務無影響，施工過程充分保證既有線設備及運營安全。

2.1 洞身工程地質條件評價

洞身基巖灰巖、頁巖、硅質巖夾煤層，巖質軟硬相間，頁巖質軟，開挖暴露后易風化開裂、剝落，且受出口處區域性馬寨逆斷層影響，巖體較破碎，節理較發育，巖體呈層狀、塊石狀夾碎石狀結構，開挖后易發生坍方冒頂、掉塊等。巖溶水弱至中等發育，洞身位于巖溶水垂直循環帶。據既有貴廣都勻東一號隧道鉆探揭示有溶洞、溶縫、溶槽發育，其中充填溶洞直徑最大達14m，空洞約1m，且在垂直方向連續發育，隧道施工中遇到溶洞、溶槽等巖溶形態的可能性大。洞身穿過含煤地層，結合臨近既有貴廣高鐵，建議按瓦斯隧道設計。地下水對混凝土結構具酸性侵蝕性，環境作用等級按H2考慮。

2.2 隧道進出口工程地質條件評價

隧道進口覆蓋層較薄，仰坡順層，施工開挖易發生滑塌，隧道出口坡面存在危巖落石。

2.3 隧道進出口周邊環境條件評價

隧道進出口無村莊分布，地表植被較發育，進出口有鄉村道路及施工便道相通，交通條件較好。隧道棄碴應棄于棄土場內，不能隨意堆棄，嚴禁棄于河道內。棄碴場設置擋護及排水措施，避免地表水沖刷棄土堆形成泥石流等人為地質災害。

2.4 隧道出口巖性條件評價

隧道出口圍巖為灰巖、硅巖及頁巖夾煤層，等級為W2。采用鑿巖機開挖工效低至0.2m/d，設備損壞率高，加之既有線權屬單位要求夜間才能機械開挖，常規施工方法不能滿足施工需要且對既有線存在一定影響。經反復比較后，決定采用鑿巖機+劈裂機逆序開挖方式進洞施工，預計該工法工效0.8m/d。

3 進洞前準備措施

3.1 保障措施

在施工期間為防止隧道洞門開挖過程中發生滾石、滑塌或其他物體墜入營業線安全限界范圍內影響行車安全，采取如下措施予以保障：

（1）編制可行的進洞施工專項方案，報監理單位、建設單位及機油鐵路產權單位評審，安排施工負責人、安全員、防護員及工班長參加既有線培訓取證。

（2）做好隧道洞口排水設施，排水向遠離營業線一側放坡，擾動的松散土體不得堆放在靠近既有線一側的邊坡上，防止大雨將泥土沖入營業線排水溝內。

（3）新都勻東一號隧道出口段右側緊鄰既有貴廣鐵路，洞口段施工時采用機械開挖，并與靠近既有線側設置建筑腳手架鋪竹膠板單層排架防護。排架設置在開挖線邊緣外3～5m處，以確保施工及既有線路運營安全。同時，加強對既有線隧道邊坡監測。

（4）為防止車輛因剎車失靈等意外情況沖下營業線，出口車輛行駛位置靠近營業線一側設置混凝土防撞墻。防撞墻采用C20混凝土澆筑，厚0.6m，總高2.2m（埋入地下0.5m），長40m。

3.2 場地及設施布置

新都勻東一號隧道施工場地及大型設施充分考慮了工程分布、隊伍部署、任務劃分、交通運輸、用水用電、環境等因素，以滿足施工需要、壓縮臨建規模、減少臨時占地、減少對生態環境影響為原則進行布置，力求經濟合理。具體布置如下：

（1）施工場地。根據實際情況及其他影響因素選擇并布置隧道施工場地。

（2）施工便道。由于該隧道出口地理條件受限，經方案比選后確定在新都勻東二號隧道貫通后，從新都勻東二出口沿甲宋溝大橋下游至新都勻東一隧道出口新建便道路基，路基平均填高9m左右，路面頂寬4.5m，1∶1的坡率，填方約1.7萬m3，同時結合利用沖頭組既有村道為施工便道。

（3）混凝土攪拌站。該隧道出口施工所需混凝土由3#拌和站供應。為確保結構物施工質量，采用電子自動計量配料系統進行配料，集中拌和，確保混凝土質量。

（4）施工用電。隧址區位于貴州省都均市，地方電力資源豐富，考慮隧道施工需要，電力采用專線引入，在隧道設置800kVA變壓器1臺?？紤]到大電未接通前期及停電期間的連續施工，配置1臺500kW發電機備用。

（5）施工通信。管理人員配備移動電話負責對外對內聯絡及信息傳輸。駐地配備電腦，通過網絡與外界及時信息溝通。生產、生活區、隧道洞內外聯系采用有線電話、手機、無線對講機。

（6）試驗檢測。工區設試驗分室，其規模滿足施工質量控制和檢測試驗工作的需要。隧道襯砌等無損檢測項目、特殊材料性能以及其他影響結構主體質量需要檢測的項目委外試驗。

（7）內業資料。架子隊的所有資料員統一集中在工區工程部由工程部直管，統一收集、整理工程設計資料、文件、施工記錄、驗收資料、影像資料，并按業主竣工資料編制辦法要求進行歸檔和移交，確保內業資料真實完整。

3.3 洞口施工工序

（1）設置防護排架等既有線防護措施；（2）先將坡面危巖落石清除，然后采取嵌補、支頂等措施進行防護；（3）按設計要求設計洞口排天溝水系統；（4）自上而下開挖、分級施作坡面防護；（5）開挖至樁頂高程時，施作預加固樁；（6）待樁身混凝土強度達到設計要求后開挖明洞段上半段面至明暗分界處，并做好臨時邊仰坡及直立開挖面的防護措施；（7）施作大管棚工程；（8）開挖明洞段下半斷面，并做好邊仰坡防護及明暗分界處直立開挖面防護；（9）橋臺開挖、臨時坡面防護、橋臺施作及橋臺背后回填；（10）施作明洞段襯砌及洞門；（11）待襯砌達到設計強度后施作明洞段回填層；（12）繼續暗洞段施工。

4 進洞工法施工工藝

新都勻東一號隧道鑿巖機+劈裂機逆序開挖施工方案開挖基本原理是，在隧道填充高度范圍內用鑿巖機鑿出臨空面后，再用劈裂機向上分3層劈裂圍巖，最后用鑿巖機開挖隧道基底部分。

4.1 工藝流程及施工要點

（1）工藝流程。施工準備→鑿出填充頂面向上3m圍巖→出渣→搭設操作平臺至隧頂→鉆孔→由下至上劈裂逐層劈裂圍巖→出渣及整形→安裝拱架及掛網→布置錨桿→噴混凝土→拆除操作平臺→鑿出基底圍巖→施工基底初支→進入下循環。

（2）施工要點。①正式施工前，必須開展進行工藝性試驗；②鑿巖機開挖的臨空面厚度至少1m；③劈裂機加載方向根據現場巖層走向及傾角布置；④劈裂出的石塊嚴禁觸碰操作平臺，且在劈裂石塊的同時及時運走劈出石塊；⑤為達到劈裂效果，鉆孔深度宜控制在1m左右，劈裂深度宜控制在80cm以下。

4.2 設計及驗算

（1）計算條件。①新都勻東一隧道出口巖土名稱為灰巖、硅巖、頁巖夾煤層，等級W2，內摩擦角40°，重度24kN/m3，經查相關手冊中巖石力學性能指標經驗數據，抗拉強度為1.5～3.3MPa，取3MPa。②現場使用的分裂器型號為二手設備，規格型號不詳，直徑130mm，暫按其他品牌說明書中型號MKL-120A技術參數考慮，工作參數如表1所示。③因無相關經驗公式參考，所以按光面爆破參數表中硬巖周邊眼間距E取50cm，相對距離E/W取0.85，則W=59cm，假設劈裂棒僅伸入孔內深度為80cm。

表1 劈裂機工作參數表

（2）力學模型。由б=F/A=3390000×8÷9÷（500×800+500×590）=4.3MPa＞3MPa可知，設備安全儲備系數1.43。劈裂機力學模型圖見圖1。

圖1 劈裂機力學模型圖

（3）掏槽眼布置形式?，F場可采用垂直楔形掏槽眼，V級圍巖α=70～75°，a=50～60cm，b=25cm,鉆孔數量6個，鉆孔深度1m。掏槽眼布置示意圖見圖2。

圖2 掏槽眼布置示意圖

（4）其他孔布置形式。距臨空面W=59cm，眼距E=50cm布孔，眼深1m，劈裂機加載方向根據現場巖層走向及傾角確定。V級圍巖斷面152m2，共需鉆孔520個。

5 結論

采用鑿巖機+劈裂機逆序進洞開挖工法確保了鄰近既有線施工安全，提高了施工速度，減少了成本投入，為后續硬質巖石隧道位于艱險山區及鄰近既有線施工起到指引作用。