隧道施工穿越鐵路段施工技術研究與總結

摘 要：為國內某供水工程隧道施工過程中出現“地下洞室與地面鐵路段出現空間交叉”情況，為避免地下爆破施工對地基以及地上建筑設施擾動，在探明巖層走向、情況等信息后，決定采用短進尺、強支護、弱爆破、無列車通過時起爆、加強觀測和監測等方法，保證完成施工作業質量同時，高質量維護施工環境。

關鍵詞：隧道施工；穿越鐵路；弱爆破；加強觀測和監測

中圖分類號：U455.4 " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2022）10-0016-03

1 工程概述

樣本工程段全長12 116.55 m，樁號J0+002.00 ～J12+118.55，縱坡i=0.091‰，主洞鉆爆法施工，斷面型式為圓形，成洞直徑為5.62 m。共布置4條施工支洞，主洞劃分為J1#、J2#、J3#、J4#施工支洞控制段，其中J3#支洞控制段下游樁號J8+206～J8+306段為“鐵路空間交叉段”，樁號J8+256處為隧洞與鐵路中心交叉部位，鐵軌頂高程為127.093 m，洞頂高程為81.540 m，穿越鐵路部位及穿越鐵路段全長100 m[1]。

2 地質構造

J3#支洞控制段下游樁號J8+206～J8+306段，圍巖探測結果如表1所示。

3 穿越段基本原則

第一，采用“短進尺，弱爆破、強支護”的方式穿越鐵路段，人工循環進尺控制≤100 cm，精準測算單孔起爆藥量，支護參數強化。

第二，重點部位J8+244～J8+268段（即鐵路中心兩側各12 m）采用管棚支護方式，以減小爆破震動影響。

第三，根據列、客車通過時間表規劃爆破時間，強化場地內外管理人員溝通，確保無列車通過時起爆。

第四，在隧洞開挖施工臨近穿越鐵路段附近時，采用與通過鐵路段相同的爆破參數進行爆破，施工段正上方地表處安排人員監測爆破振動及振動強度。根據爆破試驗調整爆破參數，減少爆破影響。穿越段施工加強收斂觀測和地表監測，如有變形應立即收集信息采取相應措施。

第五，加強地質觀測，及時匯總信息，按應對措施進行處理。

4 隧洞支護

根據不同部位及不同圍巖情況，采用的支護型式分為Ⅰ型、Ⅱ型及管棚施工。

4.1 Ⅰ型支護型式

樁號J8+287.5～J8+306段，圍巖類別為Ⅲ類圍巖，Ⅰ型支護參數見表2。

4.2 Ⅱ型支護型式

樁號J8+206～J8+244及樁號J8+268～J8+287.5段，圍巖類別為Ⅳ類圍巖，Ⅱ型支護參數見表3[2～4]。

5 爆破技術控制措施

爆破開挖采用光面爆破技術，放小炮，盡量減少爆破對圍巖的擾動；爆破參數的確定遵守《爆破安全規程》（GB6722-2014）規定，施工前進行爆破試驗，采用試驗參數滿足爆破質點振動安全允許標準的爆破參數進行施工。

5.1 爆破參數確定

爆破參數計算（采用延時爆破）公式如式（1）

（1）

Q——炸藥量，kg，延時爆破為最大一段藥量；

R——藥包至地震點的距離，m；

V——質點爆破震動速率，cm/s；

α——衰減系數；

K——爆破點至保護對象間的地形、地質有關的系數；

根據本段施工條件確定各參數，R取隧洞距離軌道埋深距離46 m，V取地下淺埋線管1.5 cm/s，α取1.6，K取200。

施工中保證爆破振動安全允許速率值不大于40 Hz，延時爆破為最大一段藥量控制在10.09 kg以內。

開挖在超前支護完成后進行，開挖一次進尺根據圍巖條件確定，控制在1.0 m范圍內。掏心型式采用楔形掏槽，掏槽孔超出循環進尺50 cm，其他炮孔超出循環進尺20 cm。具體爆破參數見表4、表5。

5.2 爆破試驗

5.2.1 實驗目的

依據確定的爆破參數，進行2～3個循環的爆破試驗。優化爆破參數，確保開挖安全及質量。

5.2.2 試驗段選取

為保證試驗結果最大限度貼合實際，爆破試驗段選在樁號J8+312～J8+306段進行。

5.2.3 實驗內容及安排

臨近鐵路施工段（樁號J8+312～J8+306）進行爆破試驗，根據計算出的爆破參數值，進行爆破試驗，試驗段爆破時間選在10：00～14：00之間。

垂直爆破部位上方地表處安排專人進行觀測，洞內人員觀察爆破效果。如地表觀測點震感強烈，則通過減少單孔起爆藥量、增加起爆段數進行爆破參數優化。優化后的爆破參數應確保地表震感輕微，且地表無沉降[5，6]。

5.3 洞內收斂觀測

監測斷面間距為10 m，對每天所測的數據進行分析匯總，根據監測成果判斷是否需要采取加強支護，每個監測斷面設3個收斂測點，拱頂收斂測點兼作拱頂沉降點。

收斂測點及拱頂沉降點為施工期人工觀測點，隧洞開挖結束后進行測點安裝埋設及測量。

5.3.1 安裝

將不銹鋼錨固環的螺栓固定在螺紋鋼筋的一端，再將鋼筋用M20水泥砂漿固定在各測點的鉆孔中。

5.3.2 量測

利用預埋在監測斷面上的測點，3個構成1個封閉三角形，利用收斂儀及人工讀數儀進行收斂量測；利用水準儀監測拱頂點的沉降。

5.3.3 量測頻率

拱頂下沉量與凈空水平收斂量量測宜用相同頻率，從表6及表7中根據變形速度和距開挖面的距離選擇較高的一個量測頻率。量測頻率應滿足兩表的規定。

5.4 地表監測

為保證隧洞開挖不對鐵路造成影響，施工至穿越鐵路段時，在地表設置監測觀測點。

觀測點布設遵守以下原則：

第一，根據現場實際情況改變觀察點位置。

第二，實時監測主斷面位置。

第三，由施工進程，決定采取相應的監測方案，準確測量地面及鐵路的變形。

第四，施工監測中，對測量結果及時進行分析與反饋，當遇到下列情況時，應暫停施工，并根據具體情況制定加強措施：一是當軌道沉降、水平變化超過2 mm/次時；二是出現其他異常情況。

第五，施工監測應有可靠的基準點系統，水準基點應埋設在變形影響范圍外，且不少于3個，基準點系統應定期校核。

第六，將鐵路路基沉降量控制在20 mm以內，隆起量控制在10 mm以內；穿越鐵路軌道絕對沉降值建議不大于10 mm。

第七，控制線路鋼軌道靜態幾何尺寸容許偏差值：①軌距為+7～-4 mm；②水平為6 mm；③高低為6 mm；④三角線扭曲為6 mm。

第八，將施工過程中引起的地面沉降控制在環境條件允許范圍內。一般的地面沉降量控制在30 mm以內，隆起量控制在10 mm以內，沉降值應符合相關規范規程的要求。

第九，警戒值取80%。

6 結語

樣本工程“地下洞室與地面鐵路段出現空間交叉”的施工，針對該特殊部位經上述所總結技術方案與方法，從圍巖變形監測數據及開挖通過后情況來看，洞室結構達到了穩定，地表沉降量得到了控制，證明了施工方法選擇的正確，為地表鐵路正常安全運行及工程后期輸水運行提供可靠保障，為國內同類工程施工提供很好的參考資料。

參考文獻

[1] 張建博，龍云帥，李學德.輸水隧洞淺埋段下穿既有高速公路技術研究[J].東北水利水電，2021，39（12）：17-19+43+71.

[2] 許起.高強度柔性纖維網在綜放工作面末采中應用[J].山東煤炭科技，2022，40（2）：56-58.

[3] 王龍華.2061巷過斷層破碎帶的支護優化[J].山東煤炭科技， 2021，39（5）：9-11.

[4] 張成.錨固體梁剛度變化的影響因素分析[D].淮南：安徽理工大學，2017.

[5] 安先國.隧道襯砌混凝土振動性能及二襯振動特性分析[D].西安：長安大學，2021.

[6] 張銳.隧道爆破動力響應機理及圍巖空間變異特性研究[D].武漢：湖北工業大學，2020.