王靈鐘

(中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司)

臨近既有線淺埋偏壓隧道施工技術(shù)

王靈鐘

(中鐵二十二局集團(tuán)第四工程有限公司)

介紹陳家灣隧道進(jìn)口段，在施工中遇到的難點(diǎn)及施工應(yīng)對(duì)技術(shù)，著重闡述臨近既有線高邊坡明挖爆破施工技術(shù)及淺埋偏壓下進(jìn)洞施工技術(shù)。

臨近既有線;明挖爆破;淺埋偏壓;進(jìn)洞技術(shù)

湖南長(zhǎng)株潭城際鐵路陳家灣隧道，由于跨既有線及選線原因，隧道進(jìn)口淺埋偏壓而且臨近既有線，施工環(huán)境特別復(fù)雜，在施工中如何確保施工及既有線的安全成為一道研究課題。通過(guò)采取合理、周密、可行的施工方案及一定的防護(hù)措施，施工難點(diǎn)順利得到完成。在本工程中采取的一些做法，對(duì)于類似工點(diǎn)，具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

長(zhǎng)株潭城際鐵路CZTZH-2標(biāo)段陳家灣隧道位于湖南省湘潭市境內(nèi)，隧道全長(zhǎng)460 m，起訖里程 DK31+153～DK31+613，線路沿京廣線北南走向。隧道圍巖級(jí)別主要為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)，其中Ⅳ級(jí)圍巖133 m，Ⅴ級(jí)圍巖327 m。

陳家灣隧道位于丘陵緩坡區(qū)，自然高差約40 m，丘坡自然坡度約20°左右，地形起伏。表層被低矮灌木及松樹林覆蓋，植被發(fā)育。表層為粉質(zhì)黏土，褐黃色，硬塑，下伏基巖主要為元古界板溪群砂質(zhì)板巖，巖層風(fēng)化不均，節(jié)理裂隙發(fā)育。測(cè)區(qū)地表水不發(fā)育，主要為少量基巖裂隙水，賦存于基巖風(fēng)化層及節(jié)理、層理等構(gòu)造裂隙中，具有不均勻性，受大氣降水補(bǔ)給。

2 施工難點(diǎn)

2.1 洞口明挖段爆破施工對(duì)于臨近既有線的安全防護(hù)

陳家灣隧道進(jìn)口明挖段包括19 m洞口段、23 m明洞段及15 m套拱段，總長(zhǎng)度57 m，半路塹開挖，出口明挖段為19 m洞口段，隧道出口臨近既有武廣線，距離洞口約40 m。隧道掘進(jìn)以進(jìn)口端單向掘進(jìn)為主，施工周邊環(huán)境特別復(fù)雜，隧道進(jìn)口臨近既有武廣聯(lián)絡(luò)線、京廣線及京珠高速公路，距離洞口起點(diǎn)分別約40 m、70 m及120 m，均位于200 m安全防護(hù)距離之內(nèi)。在京廣線側(cè)上方有一處居民住宅，建筑物為平房，磚砌結(jié)構(gòu)。

2.2 隧道進(jìn)口淺埋偏壓嚴(yán)重

陳家灣隧道最大埋深約35 m，地勢(shì)呈東高西低。尤其隧道進(jìn)口DK31+210～DK31+225段，以隧道拱頂中心線劃分，左側(cè)地表覆蓋層厚度為0～15 m，右側(cè)設(shè)計(jì)為回填4 m厚1∶1水泥土后施作管棚開挖進(jìn)洞。受地形影響，右側(cè)段位于自然沖溝內(nèi)，周邊地形為陡坡面，施工場(chǎng)地狹窄，裝載機(jī)、壓路機(jī)等大型機(jī)械在此無(wú)法作業(yè)，不能保證水泥土填筑施工質(zhì)量，不易成洞。

3 難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.1 洞口明挖段爆破施工

針對(duì)洞口明挖段臨近既有線(國(guó)家主干線)安全防護(hù)要求高的施工特點(diǎn)，不宜進(jìn)行大方量爆破。因此，在施工中實(shí)施分段臺(tái)階小型爆破，采用控制爆破技術(shù)，并采取爆破前孔口覆蓋和搭設(shè)防護(hù)排架措施，同時(shí)，統(tǒng)計(jì)既有線上下行行車經(jīng)過(guò)工點(diǎn)時(shí)間，利用列車經(jīng)過(guò)間隙起爆，確保爆破和臨近既有線的安全。

3.2 洞口淺埋偏壓進(jìn)洞施工

針對(duì)洞口進(jìn)洞段淺埋加大偏壓以及施作回填土進(jìn)洞不易成洞的實(shí)際情況，除了正常完成洞頂截水溝施工、套拱施工及大管棚施工等進(jìn)洞前工序外，考慮隧道右側(cè)成洞問(wèn)題，我項(xiàng)目部擬將該段設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行變更，由施作水泥土回填變更為施作混凝土拱形結(jié)構(gòu)，并報(bào)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理批復(fù)后進(jìn)行了實(shí)施。混凝土拱形結(jié)構(gòu)施工方案操作方便，結(jié)構(gòu)安全，施作完畢后背后盡早完成回填，以利反壓，避免隧道開挖后由于偏壓發(fā)生橫向位移。

4 隧道進(jìn)口明挖段爆破施工方案

4.1 爆破施工方案

根據(jù)爆破規(guī)程相關(guān)規(guī)定結(jié)合實(shí)際情況編制鉆爆設(shè)計(jì)，正式爆破之前進(jìn)行兩次試爆，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果及振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)檢驗(yàn)完善爆破設(shè)計(jì)參數(shù)。

開挖順序?yàn)樽陨隙路峙_(tái)階依次進(jìn)行。鉆孔采用YTP-26型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)成孔，成孔后使用接高壓風(fēng)專用吹孔管探入孔底，將孔內(nèi)的水及鉆孔殘碴吹干凈。爆破采取松動(dòng)控制爆破技術(shù)，爆破材料選用2#巖石乳化炸藥及分段非電毫秒導(dǎo)爆管雷管，正向不耦合連續(xù)裝藥，采用細(xì)砂料堵塞，孔口覆蓋預(yù)先制作的砂袋及大量柴禾捆，在爆區(qū)外側(cè)搭設(shè)雙層防護(hù)排架，其表面滿鋪竹籬笆，在控制和減小爆破振動(dòng)的同時(shí)，很好地對(duì)既有線形成防護(hù)。

起爆采取孔內(nèi)微差非電起爆，出碴采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)分別挖裝，自卸汽車運(yùn)輸至棄碴場(chǎng)。

明挖邊坡施工平面示意圖見圖1。

圖1 洞口明挖爆破施工平面示意圖

4.2 爆破設(shè)計(jì)原則

(1)嚴(yán)格控制飛石方向和距離。爭(zhēng)取做到路塹縱橫向均無(wú)飛石，個(gè)別飛石方向控制為路塹橫向，其距離s飛≤20 m，向上s上＜10 m，縱向做到無(wú)飛石，確保既有線的安全。

(2)采用松動(dòng)控制爆破技術(shù)，孔內(nèi)微差起爆網(wǎng)路，控制單響藥量，將爆破震動(dòng)減小到最低程度。

(3)控制爆破孔堵塞長(zhǎng)度及堵塞質(zhì)量，采取一定的覆蓋防護(hù)措施，有效控制飛石范圍。

4.3 鉆爆設(shè)計(jì)

(1)布孔。布孔形式為傾斜鉆孔，傾角約75°，矩形布孔。

(2)鉆孔孔徑、孔深。選用YTP-26型風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，鉆徑為42 mm，孔深約4.0 m。

(3)抵抗線。對(duì)于軟巖而言，一般抵抗線為炮孔直徑的30倍左右，即42×30≈1 300 mm。

(4)孔距和排距。孔距a=mw 取m=1.1，a=1.1×1 300≈1 400 mm。排距b=w=1 300 mm。

(5)單孔裝藥量。Q=qabh，q=0.33K，對(duì)于板巖，K 取1.1，q=0.36 kg/m3，h為孔深。計(jì)算得出 Q=0.36 ×1.4 ×1.26 ×4=2.5 kg。

(6)堵塞長(zhǎng)度。堵塞長(zhǎng)度 h0=(20～35)d=840～1 470 mm。堵塞材料采用細(xì)砂或鉆孔時(shí)排出的巖粉。

4.4 爆破測(cè)振

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》相關(guān)規(guī)定，要求對(duì)于爆破作業(yè)中產(chǎn)生的地震波、沖擊波對(duì)周邊設(shè)施及山體穩(wěn)定的影響進(jìn)行振動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)。采用EXP3850爆破測(cè)振儀，爆破前按照測(cè)振要求在不同方向布點(diǎn)，重點(diǎn)監(jiān)測(cè)對(duì)象為既有武廣線、京廣線及京珠高速公路，記錄爆破作業(yè)中形成的振速數(shù)據(jù)，根據(jù)爆破振動(dòng)測(cè)試報(bào)告及安全判據(jù)報(bào)告，指導(dǎo)完善爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，控制爆破振動(dòng)，保證爆破作業(yè)及周邊設(shè)施的安全。

4.5 爆破施工

正式爆破之前首先進(jìn)行試爆。

試爆區(qū)爆破面積約50 m2，設(shè)計(jì)布孔3排，每排5個(gè)孔，總計(jì)15個(gè)孔，施工臺(tái)階高度約3.5 m左右。根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)，試爆施工以低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)操作，單孔裝藥量現(xiàn)場(chǎng)控制在2.0 kg，孔口覆蓋柴禾捆加砂袋?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置爆破總指揮一人，從警戒、起爆、檢查到警戒解除每道程序均由總指揮發(fā)出指示，作業(yè)人員主要為爆破公司專職人員及作業(yè)工班爆破員，其余配合人員包括負(fù)責(zé)清場(chǎng)、負(fù)責(zé)警戒的相關(guān)人員，均由項(xiàng)目部安質(zhì)部負(fù)責(zé)指揮，警戒人員著反光防護(hù)服，聯(lián)絡(luò)設(shè)備有對(duì)講機(jī)、口哨。

2011年4月23日、24日，現(xiàn)場(chǎng)分別進(jìn)行了第一次、第二次試爆，爆后效果非常理想，無(wú)飛石，振動(dòng)也很小，爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)見表1，由此證明所制定爆破設(shè)計(jì)安全可行，可以根據(jù)鉆爆方案中爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)入正式爆破。

表1 爆破測(cè)振布點(diǎn)振速表

5 洞口淺埋偏壓混凝土拱形結(jié)構(gòu)施工方案

混凝土拱形結(jié)構(gòu)的施作主要是利用已打設(shè)管棚作為混凝土結(jié)構(gòu)受力主骨架，同時(shí)采取鋼管間設(shè)置連接鋼筋及表面滿鋪鋼筋網(wǎng)片等輔助措施，清除結(jié)構(gòu)兩端結(jié)合面處松散覆蓋層，順輪廓線形澆筑一定厚度的鋼管混凝土，具體施工方案如下。

(1)經(jīng)洞口導(dǎo)向墻內(nèi)預(yù)置導(dǎo)向管首先施作洞口段大管棚。

(2)管棚環(huán)向鋼管間采用Φ25的鋼筋相連接，連接鋼筋按照縱向1 000 mm的間距布置，使管棚形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，管棚上滿鋪Φ8的鋼筋網(wǎng)片，增加結(jié)構(gòu)受力性能，網(wǎng)格尺寸250 mm×250 mm。

(3)清除混凝土結(jié)構(gòu)拱頂與山體結(jié)合面處地表及拱腳基礎(chǔ)處松散覆蓋層，直至露出巖面。

(4)沿著管棚輪廓線形立模，灌注 C25混凝土，厚度700 mm，與上部山體及底部巖面緊密結(jié)合，形成一個(gè)混凝土拱形受力結(jié)構(gòu)。

(5)按照一般明洞施工工藝及時(shí)施作回填土及隔水層至設(shè)計(jì)標(biāo)高，以利反壓。

混凝土拱形結(jié)構(gòu)施工示意圖見圖2、圖3。

圖2 混凝土拱形結(jié)構(gòu)施工立面示意圖

圖3 混凝土拱形結(jié)構(gòu)施工平面示意圖

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用如上所制定方案進(jìn)行施工，陳家灣隧道洞口高邊坡明挖及進(jìn)口淺埋偏壓進(jìn)洞都已經(jīng)順利完成，證明所制定施工方案是安全、可行的，今后在遇到類似工點(diǎn)時(shí)，陳家灣隧道的施工方法有一定的借鑒指導(dǎo)意義。同時(shí)進(jìn)一步提醒我們，在制定施工方案時(shí)，確保施工及周邊設(shè)施的安全永遠(yuǎn)是第一位需要考慮的問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上再制定出合理、可行的施工方案，方能使工程順利進(jìn)行。

［1］張志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程師手冊(cè)［M］.人民交通出版社，2002.

［2］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.人民交通出版社，2003.

U2

B

1008-3383(2012)02-0088-02

2011-09-25

王靈鐘(1972-)，男，工程師，主要從事鐵路隧道工程施工。