臨近既有線隧道進洞施工工藝淺析

摘要：隧道施工的難易很大程度上受到地質、地形等環境情況的影響，隧道洞口加強施工段普遍存在工程地質條件差、承載能力低、施工難度大、穩定性差等問題。尤其是富水地質情況下隧道的開挖，施工風險大、工程質量難以保證。基于對常見臨近既有線隧道洞口防護與施工管理措施的探討，針對我國西北地區某隧道工程，對臨近既有線隧道進洞施工工藝進行了研究分析，為類似工程提供參考和借鑒，力求現場施工安全、質量得以有效保障。

關鍵詞：隧道工程;臨近既有線隧道;進洞施工

中圖分類號：[U25] ????????????????????????文獻標識碼：A

1前言

在山嶺重丘區修建有很多跨越山嶺的淺埋隧道，甚至有些地區還修建了淺埋大跨、偏壓和軟弱圍巖、小凈距隧道等一系列較為特殊特殊工程^[1]。隧道的洞口如同咽喉一般，洞口加強施工段普遍存在工程地質條件差、承載能力低、施工難度大、穩定性差等問題^[1][2][5]。因此，施工前做好地質資料收集、進洞施工工藝編制等，就顯得尤為重要^[3][6]。在國內外部分長隧道施工過程中中，通過設置豎井或斜井的方式來增加隧道開掘過程中的工作面，以提高施工效率，縮短工期，有的設置平導洞來協助指導施工。雖然斜軸的設置可以增加工作面，但軸，斜軸或平行導槽的截面沒有大孔的正孔，因此正孔的施工風險極高，相應的必須為各種圍巖指定施工。本文通過探討常見的臨近既有線隧道洞口防護與施工管理措施，以我國西北地區某鐵路隧道的實際工程為實例，討論了臨近既有線隧道進洞施工技術，并列舉了施工中具體的施工工藝與施工參數。

2 臨近既有線隧道洞口防護與施工管理

2.1 常見防護措施

部分施工現場的地質條件為黃土，具有黃土地區典型地質特征，如濕陷性、層理不清晰，較強的透水性等。當施工現場遇到大規模降水或大面積的滲漏后，上述地質特征會表現的更為明顯，在隧道施工過程中現場極易出現施工面的溜塌、塌方等危害，不僅影響施工進度，降低工程質量，增加施工成本，也會對現場工作人員的人身安全造成極大的威脅。因此，隧道仰坡施工過程中應注意分級設置坡度，且每一級所設置的坡度不宜過大，嚴格按照相關規范執行，并在對應的施工區域設置緩沖平臺，以降低施工風險，減輕隧道施工因地質條件脆弱而帶來的影響，進一步保證施工質量和工作人員生命財產安全。在設置坡度時，應注意一級仰坡在設置時，應保證其坡率數值小于后續其他位置設置的坡度值，使該位置在施工過程中逐級起到緩沖作用，保證施工安全性和穩定性。坡面開挖后，應及時施作諸如拱形骨架護坡、植物防護等防排水效果較好的永久防護，避免施工期間及后續作業過程中水流進入坡面，造成較為嚴重的坡面失陷與溜塌等現象。

一旦施工作業時發現作業面有溜塌趨勢，應立即終止施工，并安排專人進行仰坡上部的土體穩定性與整體性監測，確保施工安全與施工質量。若作業面開始發生溜塌、塌方等現象，應立即撤出該區域的作業人員及設備，按照相應的應急預案進行處治，并采取對應的技術措施，如清理塌方體、增設扇形鋼支撐、錨桿支護、土方回填、管棚注漿支護、噴射混凝土封閉溜塌體等。隧道施工過程中，為保證洞口及邊仰坡的穩定性并提高施工區域的整體性和防傾覆性，進一步優化結構的受力性能，增強圍巖穩定性，一般在仰坡坡腳位置預先設立數排鉆孔灌注防護樁。為增強樁之間的整體性能并保證其協同工作和聯合受力性能，一般也會在樁頂設置擋土墻。隧道進洞施工過程中，為減少洞門邊坡位置的刷方量，節約成本，縮短工期，并提高施工效率，一般會在洞門兩側設置樁頂帶冠梁的鉆孔灌注樁。此外，為增強隧道受力性能，使其形成一個整體的受力結構，提高隧道自身的剛度和穩定性，并在后期對仰坡起到永久支撐作用，需在隧道洞口兩側擋土墻與縱向冠梁之間增加拉梁。

2.2 質量保證措施

臨近既有線隧道進洞施工過程中，為了保證進洞施工質量，提升施工過程中的安全性、穩定性以及施工效率，應嚴格執行國家相關規范和標準，并遵循其中的技術規程和技術參數，按圖施工，執行設計標準和設計要求。控制隧道進洞施工過程中上、中、下段接頭的施工質量，嚴禁在側壁上切割;嚴格執行現場工作制，及時解決施工中存在的問題在施工過程中，認真開展地質素描和觀測，加強隧道開挖后的變形收斂測量，收集信息，反饋信息，及時指導現場施工。噴射混凝土過程中，應及時掌握噴涂距離、混凝土和易性、水壓、噴射高度、風壓等技術參數，使噴射的混凝土厚度符合要求，做到表面光滑、強度達標。設置鋼框架時，應保證鋼支架的間距、材料性能、傾斜度、結構受力性能、耐久性、垂直度等參數均符合設計標準和規范要求。必須保證鋼架的拱形具有較高的穩固性，且鋼架自身與連接板之間具有較好的連接性能，所使用的連接螺栓應保證尺寸精準，相互對齊，緊固，并可靠連接。臨近既有線隧道進洞施工過程中的工作指導，質量計劃以及施工流程等，均應嚴格按照工作區的發展和所配備并實施的技術測試進行施工。

2.3 安全保證措施

應建立健全臨近既有線隧道進洞施工過程中的管理制度與管理機制，落實隧道進洞施工過程中的安全生產管理制度、安全教育制度、責任制度等，預先設立完善施工作業人員安全應急預案，并在其中制定切實可行的應急安全保證措施;此外，應結合施工現場的實際情況，參照以往的施工經驗，在考慮現有設備和人員配備的基礎上，建立相應的風險隧道安全監控預警系統，并根據各個施工階段的特點和進度安排，設立專職安全檢查機構并配備相應的安全檢查人員，以確保隧道進洞施工過程中的安全性，提高施工效率，保證施工質量。

在進行隧道進洞施工時，位于富水粉細砂層地質區域的作業段，必須按照“重降水、強支護、快挖快支護封閉”的原則進行施工。在進洞施工過程中，須加強圍巖穩定性與變形監測，并結合監測結果，根據現場實際情況與地質條件，及時排查問題并制定方案，以更好地反饋指導施工，如有必要，應及時調整并改進預先確定的支護措施。在進行斜井與正洞交叉口施工的過程中，應隨時監測洞內圍巖及支護結構的變形，以保證施工過程中隧道與支護結構的安全性、穩定性以及防傾覆性;在臨近既有線隧道進洞施工的挑頂施工工序進行之前，應重視隧道內的降水工作，保證施工部位的降水到位，且須制定相應的挑頂安全應急預案。隧道開挖過程中，如有圍巖較差的地段，必須對該位置進行相應的加強支護后方可進行施工。此外，結合超前地質預報、施工地質素描、施工監控量測數據等判定隧道施工前進方向的地質情況，并結合上述判定結果制定相應的施工方法與合理的支護方案。

3臨近既有線隧道進洞技術

3.1 工程概況

施工場地位于我國西北某高鐵線路，臨近某既有線高速鐵路，屬于黃土高原地區，地面植被覆蓋率較低，降雨較多時易發生滑坡、泥石流等自然災害。現場氣候具有典型的晝夜溫差大、四季分明、夏秋多雨、春東干燥的特征。施工現場的砂質新黃土，具有典型的黃土地質特征，流變性、濕陷性等表現的尤為明顯。根據地質鉆探資料及現場勘察資料，本項目洞身巖層成分主要為全～強風化砂巖，洞頂右側巖層較薄，左側則相對較厚，洞口掌子面為砂層及砂質新黃土，呈松散結構，含水量相對較高，施工難度較大。因此，在臨近既有線隧道進洞施工過程中極易形成溜塌和塌方現象，給施工進度帶來極大的挑戰，為保證施工質量并提高施工效率，確保現場工作人員的人身與財產安全，須制定專門的支護與施工方案。

3.2 超前支護施工

考慮到本隧道施工現場地質條件復雜，且隧道洞口段所處位置埋深較淺，地質條件極為軟弱松散，施工過程中機械行走、不同施工工序等容易對埋深土體造成擾動，因此本項目臨近某既有線施工過程中的超前支護采用雙層支護方式。第一層超前支護采用超前大管棚支護的方式進行，為了加強管棚自身對土體和圍巖的支撐強度，進一步增加洞身裂隙間的粘結力，并提高施工過程中開挖線拱部所在位置土體的承載力，開挖段山體進行超前預支護并注漿。由于施工段地質條件為較干燥的沙土層，且屬于軟弱圍巖淺埋隧道段，因此，第二層支護采用超前密排小導管支護，有效加固洞壁一定范圍內圍巖的同時，又能起到支托圍巖和松散土體的作用，其在本項目中的預支護效果遠遠好于超前錨桿支護。支護過程中，先在掌子面噴射一層混凝土形成幕墻，封閉掌子面的同時，便于注漿時漿液超四周均勻流動，之后進行超強小導管作業，小導管通過配套的絲套與風鉆連接直接送入，完成后及時封閉管口。注漿時雙液漿利用管外混合方式，從兩側開始逐漸向拱頂部位注漿。雙層支護完成后，支護體在開挖面上方形成了雙層承載拱，受力合理，且具有較好的支護效果，改善了松散土體與圍巖的受力性能與穩定性，具有較好的支護效果，能保證施工過程中的安全性，提高施工效率與施工質量。

3.3 支護參數及注意事項

結合現場實際情況及預先制定的支護方案，在進行初期支護時，全環分段、分批噴射C25混凝土，保證混凝土表面沒有出現顯著的凹凸不平現象，厚度應在噴射之初采用預埋標尺的方式進行控制，噴射的混凝土厚度控制在27cm，并每隔20m采用鉆芯檢驗的方式，檢查混凝土厚度。噴射混凝時，還應該布設與支撐結構牢固焊接的單層鋼筋網片，鋼筋網片的網眼間距為20cm×20cm，直徑為8mm，應在混凝土噴射5cm之后鋪掛，其保護層厚度應不小于2cm。隧洞全環設置間距為0.6m/榀的Ⅰ20a鋼架，為增強結構整體性能，提高隧道的整體性和穩定性，每榀鋼架相互之間的連接部位設增設4根76mm的鎖腳錨管，每一根鎖腳錨管的長度為6m ，錨固內部灌注M30砂漿;相鄰兩榀拱架之間設置環向間距為1m 的縱向連接筋。施工過程中，為保證施工質量和施工安全，開挖進尺保證在1榀拱架間距之內。仰拱初期支護與掌子面之間的距離須得小于隧道洞身直徑的兩倍。臨時仰拱拆除時，與仰拱初期支護至少搭接1榀拱架之后方可拆除，不得一次性拆除。仰拱初期支護施工24m后，及時施作仰拱。

3.4 洞口半土半石段施工

洞口部分區域地質條件屬于半土半石段，施工過程嚴格按照“先支護、后開挖、短進尺、不放炮或弱爆破、強支護、襯砌緊跟”的施工工藝和施工方案進行。在進行隧道洞口初期支護時，結合現場人員與機具設備情況，采用三臺階法進行該區段的施工，循環進尺控制在0.8～1m。進洞90m后，根據隧道圍巖情況與地質條件，部分基巖采用淺孔松動爆破施工，爆破振速不大于15cm/s，并嚴格控制爆破安全允許距離。根據《爆破安全規程?GB 6722-2014》，用下式計算爆破安全允許距離：

按照上述過程進行隧道支護和爆破施工，即可達到提高施工效率，節約施工成本，保證施工質量、安全施工、文明施工的要求和目標。

3.5 ?洞身開挖施工

由于定身所在位置圍巖較為軟弱破碎，故采用三臺階臨時仰拱法進行隧道洞身開挖施工。開挖時，在上、中臺階均隔榀設置臨時仰拱，開挖臺階長度控制在3-5m，并保證開挖過程中每榀拱架均設置有臨時仰拱。三臺階臨時仰拱法施工工藝如圖3.1所示。

施工時，為了減小對洞身圍巖的擾動，先采用人工開挖的方式，對上臺階進行開挖，開挖進尺控制在施工過程中所設立拱架的1榀間距，并預留核心土，同時快速立架，噴射混凝土，嚴格控制洞身圍巖在施工環境中的暴露時間。按照上述工藝完成上臺階初期支護施工后，及時清楚施工過程中保留的核心土，并及時施作臨時仰拱使之形成完備的臨時封閉環以提高所設立拱架自身的承載能力。上臺階進尺3m～5m后，進行中臺階開挖施工，其施工流程和順序與上臺階施工相同，并依照上述工序和工法依次進行下臺階開挖。當下臺階開挖進尺達到3榀后，拆除上臺階施工過程中設立的第一榀臨時仰拱，進行仰拱開挖及支護后及時在仰拱內回填土反壓。用相同方法逐榀循環作業，確保安全順利通過淺埋不良地段。

4 結語

結合現有資料，討論了臨近既有線隧道在進洞施工過程中常見的防護措施，如仰坡施工中分級設置、永久防護設置的選材、出現溜塌現象后應急預案、洞內增設扇形鋼支撐并進行土方回填、對溜塌體采用噴射混凝土進行封閉、在隧道仰坡的坡腳位置建造一排或幾排鉆孔灌注防護樁并在鉆孔灌注樁的樁頂設置相應的擋土墻等，并總結了隧道進洞施工過程中常見的質量保證措施與安全保證措施。最后，以我國西北地區某高鐵線路上臨近既有線隧道進洞施工為例，討論了臨近既有線隧道進洞施工技術在實際工程中的應用，如超前支護施工、洞身開挖施工、開挖支護及具體的施工參數以及注意事項等。本文的研究，對臨近既有線隧道進洞施工的同類型項目，具有一定的借鑒與參考意義。

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作者簡介：朱元勰（1982.04—），男，?漢族，甘肅會寧人，本科，工程師，主要從事公路與鐵路施工及管理方面的工作。