某工程疊層隧道群上層隧道重疊段施工專項技術探討

張進　劉振齊　王正才

摘 要：介紹某工程疊層隧道群重疊段上層隧道施工技術，包含上層隧道的施工順序、上層隧道施工對下層隧道的相關保護措施、上層隧道開挖工藝以及上下層隧道夾巖的加固措施等，旨在通過一系列技術措施，減小疊層隧道群上層隧道施工對下層隧道襯砌結構的影響，從而保證隧道群整體安全性。通過介紹該工程疊層隧道上層隧道施工技術，希望對后續類似工程施工提供參考。

關鍵詞：隧道;施工;措施;疊層;夾巖

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）29-0095-03

Special Technical Research on the Construction of Reserved Section of

Three Longitudinal Line of Hongyan Village Tunnel Group

ZHANG Jin LIU Zhenqi WANG Zhengcai

（China Construction and Civil Construction Co.， Ltd.， Chongqing 400000）

Abstract： To introduce the construction technology of the overlapping tunnel group， including the construction sequence of the upper tunnel， the relevant protection measures of the lower tunnel， the upper tunnel excavation process and the reinforcement measures of the upper and lower tunnel clips. It aims to reduce the impact of the upper tunnel construction on the lining structure of the lower tunnel， so as to ensure the overall safety of the tunnel group.By introducing the construction technology of the stacked tunnel， we hope to provide reference for the subsequent construction of similar projects.

Keywords： tunnel;construction;measures;lamination;rock clip

1 工程概況

1.1 基本概況

上層隧道與下層軌道交通線路共用某大橋跨越嘉陵江。受某大橋高程和平面線位限制，上層4座隧道（含主線左線隧道、主線右線隧道、匝道A隧道和匝道B隧道）位于下層軌道交通暗挖車站隧道之上。其中，上層主線三車道大斷面隧道位于下層軌道交通暗挖車站隧道左右拱肩，最小凈距約為2.0 m。三隧依次呈交錯關系，且長距離緊貼、并行，里面的位置關系如圖1所示。

1.2 工程地質條件

1.2.1 地質構造。工程處于金鰲寺向斜西翼，為川東褶皺束中沙坪壩-重慶復式褶皺曲中的次一級褶曲，無斷裂構造通過，構造裂隙不發育。據調查測繪，場地巖層傾向140，傾角8°，局部傾角15°。

據實地量測，基巖中發育裂隙3組，裂隙發育情況如下：①L1裂隙傾向為350°～0°，傾角為55°～65°，裂隙面粗糙，寬度為2～8 mm，偶見黏性土充填，裂隙間距在2～5 m不等，延伸長度一般為5～10 m，局部可達數10 m，切割深度為5～20 m，連通性較好，裂隙屬硬性結構面，結合差;②L2裂隙傾向為260°～270°，傾角為65°～75°，裂隙面較直，延伸長度為3～5 m，閉合為主，裂隙間距在2～5 m不等，無充填物或局部有部分方解石充填，裂隙屬硬性結構面，結合差;③L3裂隙傾向為80°～90°，傾角為65°～75°，傾向與L2裂隙相反，裂隙性狀與L2一致。

1.2.2 地層巖性。通過地質鉆探、地面地質調查和搜集前人成果及相關地質資料，場地內出露地層主要為第四系全新統（Q4）和侏羅系中統沙溪廟組（J2s）沉積巖層。按照由新到老的原則，各層巖土特征分述如下。

①人工填土（Q4）。褐灰色，以素填土為主，主要由粉質黏土夾砂泥巖碎塊石組成，含少量砼塊、磚頭等建筑垃圾。骨架顆粒粒徑以20～500 mm為主，局部可達800～1 000 mm，含量一般為30%～50%;在厚度較大的地段中下部，碎塊石含量顯著增高，局部可達到70%～80%，粒徑也有所增大。人工填土主要呈稍密狀，稍濕，堆填年限約10年。該層底部與基巖接觸地段受地下水活動的影響，形成以軟～可塑狀黏性土為主、厚度為0.05～0.30 m（局部可達0.50 m以上）的軟弱薄層。它分布于整個場地內，鉆探揭露最大厚度為37.2 m（孔號WXH32）。

②殘坡積層粉質黏土（Q4）。褐紅色，由黏土礦物組成，含少量巖石碎屑，可塑～硬塑，稍光滑，搖震反應無，干強度中等，韌性中等。殘坡積層，厚為0.5～1.0 m，較薄，主要分布于原始溝谷和斜坡地帶，場地分布較少[1]。

③砂質泥巖（J2s-Sm）。褐紅色，粉砂泥質結構，中厚層狀構造;主要礦物成分為黏土礦物;表層強風化帶厚度一般為0.5～1.0 m，最大可達3 m，強風化巖芯呈碎塊狀，風化裂隙發育;中風化巖芯呈柱狀、中柱狀，巖體較完整，屬軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。砂質泥巖廣泛分布于整個場地上部土層覆蓋層以下。

④砂巖（J2s-Ss）。灰褐色、灰色，細粒～中粒結構，中厚層狀構造，泥鈣質膠結，主要礦物成分有石英、長石等;強風化層厚度一般為0.5～3.0 m，強風化巖芯多呈碎塊狀、短柱狀，風化裂隙發育;中風化巖芯呈柱狀、長柱狀，巖體較完整，屬較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅳ級。砂巖廣泛分布于整個場地上部土層覆蓋層以下，與砂質泥巖相間分布。

2 工程特點及重難點分析與對策

2.1 工程重點

受場地條件限制，現場剩余大量工程已無作業面施工，造成大量施工人員及機械窩工，施工工期嚴重滯后，使得對施工組織要求高成為工程重點。因此，針對剩余工程需加強施工組織，優先完成群洞段主線隧道與暗挖車站重疊段、H-B隧道、3號出入口暗挖段及軌道交通區間隧道開挖支護。待以上工程完成后，拆除現場鋼筋加工場改移到匝道A隧道內供剩余主體及附屬工程鋼筋加工。

2.2 工程難點

大規模高密度洞群施工技術含量高、施工難度大，是工程施工組織重點和技術難點。

主線隧道進洞口處下方有軌道交通暗挖車站隧道，上方有主線隧道，左右兩側有匝道隧道，下方有既有鐵路隧道和在建的軌道交通9號線。群洞呈上下疊加、左右平行近接位置關系，隧道群總體呈現出復雜的空間關系，且洞間近接，主線隧道與軌道交通暗挖車站隧道凈距只有2 m左右，規模浩大，應力變化復雜，開挖難度大。隧道群總體風險極高，是施工技術難點，也是施工組織重點[2]。

針對本工程隧道群特點，優化施工組織，隧道群施工的總體順序為先下后上。為保證三層主線隧道整體工期節點，減小對下層隧道襯砌結構擾動，總體施工順序為“下層軌道交通暗挖車站開挖、襯砌施工—上層A、B匝道隧道襯砌施工—A、B匝道隧道與主線第一個車行橫通道襯砌施工—通過車行橫通道施工主線隧道（非重疊段）—待下方暗挖車站隧道襯砌結構施作完成且結構趨于穩定后，施工疊層隧道群上層主線隧道（由A、B匝道與主線隧道車行橫通道位置進行反向開挖至主線隧道進口位置）”。

群洞段匝道B隧道初支和襯砌已施工完成，軌道交通暗挖車站初期支護施工已完成，同時已對車站暗挖隧道上部及左、右線隧道中間巖層按設計采用超長T51自進式錨桿對巖層進行注漿加固。主線隧道仰拱及軌道交通線暗挖車站拱部已按設計采用管棚注漿進行加固，既有鐵路隧道已經過變更采用混凝土回填完成。為了減少主線隧道開挖時對車站襯砌主體結構的擾動，先施工主線隧道與車站隧道重疊段上臺階開挖支護。

①主線隧道群洞與車站隧道重疊段左、右線采用中壁法開挖。隧道掘進施工時，左、右線掌子面前后錯開50 m進行施工，避免在同一橫斷面內多孔洞同時開挖施工、裸露開挖面。

②經過前期多次試驗及計算，現隧道爆破開挖振速已能夠準確控制在規定范圍內。上層主線隧道與車站隧道重疊段左、右線施工均采用微震動開挖，開挖循環進尺控制在1.0 m左右，加強初期支護，提高支護剛度，快速開挖，及時封閉圍巖，減小時空效應對圍巖變形的影響[3]。

③上層主線隧道與車站隧道重疊段開挖時，加密監測點布置加強監控量測頻率，根據監控量測結果適時調整施工方法和調整支護參數，確保施工和結構安全。同時，在車站內起拱線位置布置兩對長觀孔，在主線隧道爆破開挖時監測夾層內巖石的擾動，通過監測結果調整爆破參數。

④主線隧道仰拱開挖完成后，清理仰拱渣土，采用M30水泥漿灌注仰拱縫隙，使其仰拱巖層整體板結。同時，對上下層隧道間夾巖柱進行注漿加固，加固深度為上層隧道拱部外輪廓線50 cm，漿液擴散半徑為1 m，鉆孔間距為1.5 m，梅花形布置。

⑤主線隧道初支拱墻與仰拱鋼架連接處加焊20 mm鋼板加強肋，提高初襯鋼架穩定性。

3 施工工藝技術

3.1 隧道施工法

3.1.1 施工步序。主線隧道與車站隧道重疊段采用中隔壁法開挖，橫斷面和縱斷面施工步序分別如圖2和圖3所示。

3.1.2 技術要點。①根據圍巖條件和施工機械配套情況合理確定臺階長度、臺階數量和臺階高度，嚴格控制臺階高度為5.5 m，且其各部形狀應在有利于保持圍巖穩定的前提下盡量便于開展機械作業;②當圍巖不穩定時，開挖進尺不宜過大，每循環宜控制在1.0～1.5 m，落底后應立即實施初期支護;③當圍巖整體性較差時，施工中應采取措施減少下部開挖時對上部圍巖和支護的擾動，下部斷面開挖應量測交錯進行，下部斷面應在上部斷面噴射砼達到一定強度后開挖。

3.2 隧道開挖施工

主線隧道進口屬群洞設計，且全線多處與軌道交通、鐵路相交，同時地表建筑物密布。為保障建筑物和隧道施工安全，針對群洞段實際情況，上臺階開挖方式定為距洞口10 m范圍內采用機械開挖，其余地段采用機械開挖輔以微振控制爆破。控制爆破振速不大于1 cm/s。開挖爆破采用塑料導爆管非電起爆系統，毫秒微差有序起爆，減小進尺及裝藥量，減輕震動。特殊地段可根據現場實際情況采用數碼電子雷管進行分段弱爆破[4]。

隧道爆破施工必須在確保高質量的隧道開挖斷面和進尺的同時，保證爆破震動盡可能小，以保證地表及建筑物的安全，并盡可能減少對居民的干擾。為此，爆破必須滿足以下兩個要求：①爆破震動、爆破噪聲等，需控制在爆破安全規程要求之內;②炮眼利用率在90%以上，光爆的半壁炮眼留痕跡率在80%以上，平均線性超挖不大于10 cm，最大不超過15 cm，相鄰兩循環炮眼銜接臺階不大于10 cm，局部欠挖面積小于0.1 m2，最大欠挖小于厚度5 cm。

隧道掘進采用臺階法微振動光面爆破，上臺階一般采用掏槽眼開挖和擴大部分開挖兩部分爆破。用[Φ]30 mm、[Φ]25 mm 2#防水的乳化炸藥，周邊眼則采用[Φ]25 mm的小藥卷，并采用導爆索綁小藥卷的空氣間隔裝藥結構。隧道爆破采用毫秒雷管或秒級雷管起爆系統（秒級雷管主要用于掏槽眼），采用V形掏槽眼。為了盡可能減少爆破對隧道的影響，掏槽眼設置在爆破掌子面的中下部，爆破每循環進尺為1.0 m。下臺階開挖則采用1.5 m短進尺弱爆破開挖。

主線隧道左右線與車站隧道重疊段采用隧道反挖施工，反挖段中隔壁法上臺階（高為5.5 m）采用機械開挖輔以微振控制爆破。本段隧道上跨開挖支護已施作完成的軌道交通線車站暗挖段及區間隧道段，為減少施工對其結構的震動影響和對圍巖的擾動，施工中上臺階采用機械開挖掏槽提供臨空面，周邊眼輔助眼采取控制爆破開挖的形式，而下臺階采用機械開挖的形式，減小擾動[5]。

4 結語

通過對某工程隧道群洞段ZK3+764.62、ZK3+789.7與ZK3+878.189這3個典型斷面進行有限元分析，得到某工程隧道群左、右主線隧道開挖上臺階時各施工工序下洞群整體均處于穩定狀態，支護效果良好，各隧道拱頂最大豎向位移均在合理范圍內。

參考文獻：

[1]張玉龍，劉潔，龔磊，等.小凈距重疊盾構隧道下穿鐵路線施工安全技術研究[J].鐵道勘察，2019（5）：59-64.

[2]劉偉.地鐵區間重疊隧道近接施工數值分析[J].路基工程，2019（3）：67.

[3]葉耀東，琚娟，王如路，等.盾構穿越運營地鐵隧道施工技術探討[J].施工技術，2005（12）：67-68.

[4]吳波.地鐵隧道過河過橋施工技術研究[J].鐵道工程學報，2008（5）：76-79.

[5]萬億.淺埋暗挖地鐵隧道施工技術與風險研究[D].大連：大連理工大學，2015：78.