超大斷面隧道下穿在建城軌關鍵施工技術

付什財

（中鐵十六局集團路橋工程有限公司，北京 101500）

1 工程概況

大橫琴山一號隧道位于珠海市橫琴新區境內，隧道進洞口位于橫琴大道南側，交通較為便利，出洞口位于長隆隧道上方。起訖里程為YK0+960～YK3+270/ZK0+960～ZK3+275,累計單洞長4625m。

本隧道于右線YK1+245～YK1+285，左線ZK1+255～ZK1+295 大角度下穿珠機城際鐵路橫琴隧道，其左右線開挖凈寬分別為21.71m 與24.16m，左右線開挖凈高分別為13.87m 與14.81m，隧道與珠機城際鐵路的豎向凈距（隧道斷面外輪廓頂距珠機城軌斷面外輪廓底）分別為：左線4.38m，右線3.56m，（詳見平面關系圖）。

圖01 下穿珠機城際鐵路平面圖

圖02 下穿珠機城際鐵路隧道斷面圖

2 工程地質情況

根椐地勘情況并結合超前地質預報進行復核顯示下穿段左右線巖性為中風化花崗巖，為Ⅲ、Ⅳ級。節理裂隙較發育，巖體較破碎，局部較完整，裂隙水不發育，圍巖自穩能力一般，施工時應注意做好支護措施，防止掉塊及局部坍塌。

3 施工的具體方案

根椐規范及設計并結合現場實際情況進行研究,為確保隧道下穿施工及后期運營的安全，總體方案采用本隧道先下穿施工，通過兩道加強支撐體系對洞身進行加固,其一為加強超前支護，使用CRD 開挖工法，短進尺，弱爆破，減少對拱部圍巖的擾動，及時施作加強的初期支護、仰拱、仰拱填充;

其二為加強二次襯砌，及時閉合成環；然后再進行上部隧道上跨施工，同時與兄弟單位形成聯動機制，對本隧道下穿段二襯拱部進行爆破振速的監控來指導上部隧道爆破開挖施工，確保成形的結構所受影響減到最低。

3.1 第一道加強支撐體系

3.1.1 超前支護加強

為了確保在開挖時拱部圍巖的穩定，需對超前支護進行加強，本下穿段落利用上一循環架立的鋼架在拱部120o范圍提前施作φ42 注漿小導管注漿小導管與φ76 洞身管棚（小導管長4.5m，環向間距0.4m，外插角10o～14o，搭接長度不小于1.0m；管棚長10m，環向間距0.4m，外插角1o～3o，搭接長度不小于3.0m），確保拱部覆土凝結成環向整體，增強其自穩能力[1]。

3.1.2 開挖方法優化

拱部加強措施完成待達到設計強度后，再進行洞開挖，結合各種因素，本段落統一采用CRD 開挖工法，弱爆破，短臺階，嚴控循環進尺長度，同步施作隔振孔（起拱線以上布置環向隔震孔，隔震孔直徑為90mm，中心間距500mm，隔震孔內置φ83 鋼管，管壁不開花孔）,確保上部隧道施工時減少爆破振動速率。

圖03 開挖工法示意圖

圖04 隔振孔設置示意圖

(3)初期支護加強

每循環開挖完成后，及時進行支護，支護采用φ25 漲殼錨桿（120×120cm，長5m，另環向每5m 設置9m 長的加強錨桿,由于兩隧道交叉部位凈距較小,拱部80°范圍內不設錨桿，拱部100°范圍內不設加強錨桿,所在的部位采用超前小導管與中管棚進行加強)、雙層鋼筋網（20×20cm）、I25a（60cm/榀）、C25 噴射砼（厚31cm）相結合進行加強,再次提高拱部覆土的整體性和自穩能力[2]。

3.2 第二道支撐體系

仰拱、仰拱填充及矮邊墻按照設計圖紙進行，施工過程中不做加強，

二次襯砌加固施工緊隨矮邊墻及防水施工工序完成后進行，采用拱架結合原設計鋼筋進行加固，拱架采用I20a，間距300cm，縱向連接采用10#槽鋼，間距300cm,拱部120o布置，施工中先安裝環形拱架，拱腳與矮邊墻預留鋼筋連接進行固定，必要時可植筋加強固定，植筋采用Φ20 鋼筋、MT500 植筋膠，植筋深度5cm，同時采用10#槽鋼縱向連接使之成為一個整體，如下圖所示。

圖05 左右洞二襯加固拱架示意圖

二次襯砌加固體系完成后，緊接進行二次襯砌鋼筋模板混凝土施工，最終形成加強的復合式襯砌結構。

4 施工安全保證措施

在隧道下穿與上跨施工過程中，往往會出現下穿隧道拱頂位移過大、已成型結構局部損傷等異常情況，為避免這些情況的發生，采取拱頂位移監測、斷面空洞檢測、二襯結構爆破振速監測、建立聯動機制等措施，提前進行預防與加強。

4.1 拱頂位移監測

下穿段開挖初支完成后及時對隧道拱頂下沉及凈空收斂進行量測，采集數據后及時處理分析，結果及時反饋。當數據出現異常變化時，分析原因及時進行處理與加固。

表01 下穿段拱頂下沉監測數據匯總表（單位：mm）

圍巖穩定性判斷可劃分為三個階段，即急劇變形、緩慢變形、基本穩定三個階段，據初支暴露時間段的檢測數據顯示，圍巖趨于穩定，加強的支護措施可靠[3]。

4.2 斷面空洞檢測

為確保隧道初支背后密實，使各部受力均勻傳遞，特采用SIR4000 型雙通道高速地質雷達系統對下穿段初支進行檢測，檢測結如有空洞等，及時進行注漿回填。其檢測結果如下表所示。

表03 初支及背后填充密實情況雷達檢測結果匯總表

根據檢測結果分析，初支背后密實度良好，無空洞，各部受力能均勻傳遞。

4.3 二襯結構爆破振速監測

為使下穿隧道二襯結構在上跨隧道爆破施工時所受影響最小，其上跨隧道開挖工法由全斷面法修改為臺階法，短進尺，弱爆破，減少對兩隧道夾層的擾動，同時在下穿隧道二襯拱頂設置監測點，監測爆破對結構的影響，通過監測數據來指導與調整上跨隧道的爆破施工參數[4]。

表02 下穿段二襯結構監測爆破振速測試結果統計表

根據監測結果分析，隨著爆破距離越遠，交叉段基礎結構振動速度就相對較小，在整個監測周期內，爆破振動速度未超出國家標準《爆破安全規程》規范中對“交通隧道低于15”安全允許振速要求。說明珠機城軌掌子面開挖爆破參數合理，對下部隧道基礎結構穩定性影響較小[5]。

4.4 建立聯動機制

施工前事先與兄弟單位建立聯動機制，分別以各自項目的項目經理為組長，總工程師、工區主管為副組長，部室負責人及現場管理人員等為成員的聯動機制小組，于各自項目的隧道洞口設置聯動辦公室，辦公室安排專人，并配備相應的通訊設施，以便于指令及時上傳下達，各自現場施工情況互通有無，溝通協調解決所遇問題形成聯動。

4.5 區段警示與風險告之

項目部組織在ZK1+255/ZK1+295 與YK1+245/YK1+285 處設置警示標志與安全注意事項，以便對過往車輛及作業人員形成警示；距交叉點前后30米處另外設置一道警示標志作為緩沖，并標明距危險區域長度、危險范圍、時時更新各部作業情況、存在的風險及應該注意的安全事項，確保對作業人員與車輛起到持續警示作用。

5 結束語

大橫琴山1#隧道超大斷面下穿在建隧道施工時，加強的超前小導管與中管棚封閉拱頂，洞身開挖的CRD 工法，短進尺，弱爆破；初期支護的加強長錨桿、系統錨桿、雙層鋼筋網、I25a 鋼架、C25 噴射砼相結合的支護系統；通過以上措施，加強了下穿隧道拱部圍巖的穩定性，提高了圍巖的整體性和自穩能力；二次襯砌的I20a 加強拱架，提高了二次襯砌主體的支撐強度；同時通過監控量測、爆破振速監測、建立聯動機制等有效措施來反復驗證和指導施工；綜合以上措施，避免了在施工過程中拱部出現較大的豎向位移，使已成型的結構在爆破施工中所受的影響減到最小，為類似工程施工提供了借鑒和參考。