車明升

（深圳市交通公用設(shè)施建設(shè)中心，廣東深圳 518040）

1 工程概況

隨著我國鐵路、公路及市政建設(shè)事業(yè)的高速發(fā)展，越來越多的隧道工程投入建設(shè)。受地物、地形和地質(zhì)條件等因素的限制，同一場地區(qū)域內(nèi)兩條隧道在不同高度位置相互穿越的情況逐漸增多[1]。許多新建隧道與既有隧道之間凈距較近，施工過程影響既有隧道結(jié)構(gòu)，影響其運營安全的情況時有發(fā)生。

深圳市丹平快速路是《深圳市干線道路網(wǎng)規(guī)劃》中“七橫十三縱”的重要組成部分。道路性質(zhì)為城市快速路；設(shè)計行車速度80 km/h。

貓公壩隧道位于丹平快速路主線樁號K3+257～K3+939位置上，穿越深圳水庫北側(cè)的貓公壩山。該處圍巖為第四系坡積、殘積土、不同風(fēng)化程度混合花崗巖。

貓公壩隧道左線長度678 m，右線長度673 m，結(jié)構(gòu)形式為小凈距復(fù)合襯砌隧道。

貓公壩隧道（擬建）左線與現(xiàn)況既有布吉水廠供水隧道斜交（上穿越既有隧道、斜交角55°、凈距3.7 m），同時與深圳市東部引水隧道斜交（上穿越既有隧道、斜交角43°、凈距19.8m），如圖1所示。

鑒于兩條供水隧道的重要作用，新建貓公壩隧道必須保證供水隧道的結(jié)構(gòu)安全。

2 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

貓公壩隧道洞口段屬于山嶺崗丘地貌，風(fēng)化厚度較大，地形較平緩，洞口多為第四系坡殘積土及不同程度風(fēng)化基巖，洞口現(xiàn)狀穩(wěn)定性好，無滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。左線該處圍巖為第四系坡積、殘積土、不同風(fēng)化程度混合花崗巖，巖體為結(jié)構(gòu)碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)或松散結(jié)構(gòu)。滴水或滲水為主。圍巖開挖后無自穩(wěn)能力。右線該處圍巖為第四系坡積、殘積土、不同風(fēng)化程度混合花崗巖、碎裂巖及F6斷裂糜棱巖帶，巖體為結(jié)構(gòu)碎塊狀鑲嵌結(jié)構(gòu)或松散結(jié)構(gòu)。滴水或滲水為主，局部出現(xiàn)線狀流水。圍巖開挖后無自穩(wěn)能力。

圖1 交叉隧道位置及三條隧道斷面圖

根據(jù)區(qū)內(nèi)地下水賦存條件及含水巖組特征，將其劃分為松散土類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。

2.1 松散土類孔隙水

分布在人工填土層、第四系沖洪積礫砂和坡殘坡積層的顆?？紫吨?，屬潛水性質(zhì)。地下水主要接受大氣降雨和基巖裂隙水的補(bǔ)給，沿溝谷排泄于地表或下部基巖裂隙水中，水位和水量受季節(jié)變化明顯。受含水層分布范圍、厚度，地下水補(bǔ)給來源的限制，水量中等～貧乏。

2.2 基巖裂隙水

分布在區(qū)內(nèi)基巖山區(qū)及第四系孔隙潛水的下部，主要為塊狀巖裂隙水，含水巖組為加里東期混合花崗巖或侏羅系砂巖。水力性質(zhì)以潛水為主，在山間谷地一帶局部具承壓性質(zhì)。地下水主要接受大氣降雨補(bǔ)給，由于區(qū)內(nèi)地形高差大，地下水逕流通暢，排泄于山間低洼的溝谷溪流和附近的水庫之中，地下水動態(tài)較不穩(wěn)定，雨季和降雨后地下水位上升，水量增大；枯季則地下水位降低，水量減少。

3 工程安全性評價標(biāo)準(zhǔn)

地下近接施工之所以會對既有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成影響，主要是因為新建地下工程施工過程會引起鄰近圍巖或土體的應(yīng)力重分布.進(jìn)而引起地層變形。而上跨隧道施工是在經(jīng)過至少一次擾動的圍巖中再次進(jìn)行洞室開挖，其力學(xué)過程要相對復(fù)雜，既有結(jié)構(gòu)的變形往往是上跨施工關(guān)注的重點。其變形是地層變形的直接結(jié)果。而既有隧道的存在同樣也會反作用于地層，使其變形與自由場地層不同。

隧道近距離穿越對既有隧道變形的影響主要包括橫向和縱向兩個方面[2]。對隧道橫向變形的認(rèn)識目前比較充分，主要是在其橫向結(jié)構(gòu)特性上。在抗壓強(qiáng)度足夠時，由于襯砌采取了合理的柔性設(shè)計思想，襯砌周圍的巖土壓力和抗力總是趨于將襯砌環(huán)壓緊。只要襯砌環(huán)不首先破壞，隧道橫向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及承載能力是可以保證的。

但有時會受結(jié)構(gòu)縱向變形的影響。隧道縱向結(jié)構(gòu)適應(yīng)豎直變位的能力比較低，因此隧道的豎直沉降或上浮對隧道結(jié)構(gòu)相當(dāng)不利。在隧道豎直變位和曲率達(dá)到一定程度以后，會導(dǎo)致隧道環(huán)向結(jié)構(gòu)縫將張開過大，結(jié)構(gòu)縫防水系統(tǒng)失效；襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生環(huán)向裂縫，降低結(jié)構(gòu)耐久性，縮短結(jié)構(gòu)使用年限。情況最不利時，可能導(dǎo)致隧道縱向彎拉破壞。

基于以上原因，應(yīng)對新建隧道開挖時，既有隧道縱向結(jié)構(gòu)豎直變位和所形成變位曲線的曲率半徑進(jìn)行嚴(yán)格控制。上海地鐵技術(shù)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求為：周圍施工引起的隧道縱向沉降不能大于5 mm，縱向沉降曲線半徑不能小于15000 m。在該項工程中，由于布吉供水管在隧道內(nèi)，可以適當(dāng)降低要求，對布吉供水隧道要求縱向結(jié)構(gòu)豎直變位不大于10 mm，變位曲線的曲率半徑不小于10000 m的控制指標(biāo)。深圳市東部引水隧道由于是重力流輸水方式隧道，輸水直接在隧道內(nèi),因此對結(jié)構(gòu)安全要求較高。結(jié)構(gòu)采用上海地鐵技術(shù)保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：要求豎直變位不大于5 mm，變位曲線的曲率半徑不小于15000 m的控制指標(biāo)。

4 施工控制與處理措施

4.1 施工方法及鉆爆控制

在施工方法上采用雙側(cè)壁導(dǎo)洞法開挖，最大限度地減小對既有隧道的影響；如地質(zhì)情況允許，應(yīng)采用人工和機(jī)械開挖混合的方式以避免爆破振動對既有隧道的影響。

如地質(zhì)情況決定必須采用鉆爆施工，施工中應(yīng)對爆破振動速度進(jìn)行嚴(yán)格控制：（1）爆破產(chǎn)生的震動不能對既有隧道襯砌產(chǎn)生破壞效應(yīng)。（2）爆破飛石必須控制在安全范圍內(nèi)，確保人員和設(shè)備安全。

新建隧道爆破時，既有隧道的振動速度應(yīng)控制在在10 cm/s以內(nèi)。為了達(dá)到減振的目的應(yīng)將一次爆破的所有藥孔分成較多段按順序起爆；段數(shù)越多，單段爆破最大藥量就越少。這種分段微差爆破方式能有效地降低最大振動速度。

同時為避免微差爆破延時不夠或延時誤差造成應(yīng)力波疊加，使振動加強(qiáng)，在選擇雷管段數(shù)時，應(yīng)加大相鄰段別的段位差[3～4]。

如果分段微差爆破方式的減振效果仍無法滿足要求，可以進(jìn)一步采用縮短爆破進(jìn)尺，縮短炮孔長度，降低單孔裝藥量等方式最大限度地降低爆破振動對既有隧道的影響。

4.2 中夾巖體的加固

新建貓公壩隧道與布吉供水隧道間最小凈距為3.7 m。為了減少既有隧道上浮值，降低新建隧道施工對既有隧道的影響，應(yīng)對中夾巖體進(jìn)行加固。該項工程采用中空注漿錨管（D=50 mm、L=4 m、下傾角45°）進(jìn)行加固。新建隧道仰拱部分錨管環(huán)向間距35 cm，隧道縱向每2 m設(shè)置一排；加固范圍為貓公壩隧道與布吉供水隧道相交點兩側(cè)各30 m范圍內(nèi)的仰拱以下巖體（見圖2）。

圖2 中夾巖體加固方案示意圖

4.3 既有隧道的監(jiān)控量測

從工程類比及計算分析可以判定，貓公壩隧道施工對東部引水隧道的影響很小，但是對布吉供水隧道存在一定的影響。為了詳細(xì)摸清這一影響的規(guī)律，徹底消除工程隱患，為動態(tài)設(shè)計提供依據(jù)，新建隧道施工過程中應(yīng)對布吉供水隧道進(jìn)行周密的監(jiān)控量測。根據(jù)工程具體需要擬定監(jiān)控量測方案見表1所列，量測斷面布置見圖3所示。

表1 監(jiān)控量測項目及量測方法一覽表

圖3 量測斷面布置示意圖

監(jiān)控量測范圍為貓公壩隧道與布吉供水隧道相交點兩側(cè)各40 m范圍內(nèi)的布吉供水隧道。

貓公壩隧道施工過程中如出現(xiàn)既有隧道豎向位移值突然增大，位移速度加速等情況，量測頻率應(yīng)增加。進(jìn)行既有隧道洞內(nèi)狀況觀察時應(yīng)在新建隧道每次爆破后都要觀察，一般應(yīng)每天觀察一次；量測元件的安設(shè)及初讀的時間應(yīng)在爆破后24 h內(nèi)，并在下一次爆破之前完成。水平凈空變化量測和拱頂豎向位移量測應(yīng)設(shè)在同一斷面，并可采用斷面儀進(jìn)行量測。

量測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和信息反饋：（1）施工期間，監(jiān)測人員在每次監(jiān)測后根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)繪制拱頂下沉、襯砌表面應(yīng)力、爆破震速、水平位移等隨時間及工作面距離變化的時態(tài)曲線，了解其變化趨勢，并對初期的時態(tài)曲線進(jìn)行回歸分析。預(yù)測可能出現(xiàn)的最大值和變化速率。根據(jù)拱頂下沉、水平位移量大小和變化速率，綜合判定圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。并根據(jù)變形管理等級及時反饋給設(shè)計和施工人員。（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析：將量測記錄及時錄入計算機(jī)，根據(jù)記錄繪制洞內(nèi)各測點的位移u-時間t的關(guān)系曲線（見圖4）。

圖4 位移u-時間t關(guān)系曲線圖

若位移u-時間t關(guān)系曲線如圖4中（b）所示出現(xiàn)反常。表明圍巖和支護(hù)已呈不穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)，必要時暫停開挖并進(jìn)行施工處理。

當(dāng)位移u-時間t關(guān)系曲線如圖4中（a）所示趨于平緩時，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或回歸分析，從而推算最終位移值和掌握位移變化規(guī)律。

各測試項目的位移速率明顯收斂、圍巖基本穩(wěn)定后，才能進(jìn)行下步施工。

4.4 既有隧道的加固

隧道工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況存在一定的不確定性，并且從現(xiàn)場情況來看布吉供水隧道建成于1991年，其襯砌環(huán)向變形縫和施工縫有比較明顯的滲漏水現(xiàn)象，襯砌局部存在裂縫，也有滲漏水現(xiàn)象出現(xiàn)。

鑒于以上原因，將布吉供水隧道的加固分為三個階段：

（1）新建隧道開挖前，對布吉供水隧道內(nèi)部裂縫進(jìn)行嵌縫補(bǔ)強(qiáng)，同時增設(shè)變形縫和施工縫防水措施：

布吉供水隧道二襯內(nèi)表面存在少量裂縫，裂縫的寬度、深度都不大。采用高強(qiáng)水泥漿對裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。沿裂縫延伸范圍鑿成楔型槽，槽寬不小于5 cm，深度接近裂縫寬度，槽體外窄內(nèi)寬，用水沖洗干凈后，用高強(qiáng)水泥漿嵌補(bǔ)。

在襯砌環(huán)向變形縫和施工縫靠隧道內(nèi)部一側(cè)，先對縫體進(jìn)行清理，施工縫則需要延環(huán)向開鑿寬4 cm,深3 cm的槽體?？p體、槽體用水沖洗干凈后，采用聚氨酯遇水膨脹止水膠進(jìn)行環(huán)向擠抹，以起到增強(qiáng)縫體防水性能的作用。

（2）新建隧道開挖過程中，如布吉供水隧道確實產(chǎn)生較多新的裂縫，可以采用噴射混凝土的方法對裂縫進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。噴射混凝土可以使已裂損的塊體緊密結(jié)合，阻止這些塊體進(jìn)一步松動[5]。同時在噴射壓力作用下混凝土嵌入裂縫內(nèi)一定深度，使裂縫粘結(jié)閉合，增強(qiáng)了裂損襯砌的整體性，可以大幅度提高裂損襯砌的承載能力，達(dá)到加固的目的。當(dāng)裂損較嚴(yán)重時，可將噴射混凝土與鋼筋網(wǎng)結(jié)合使用已達(dá)到更好的加固效果。

（3）新建隧道開挖過程中，如確實對布吉供水隧道的結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生重大影響，或裂縫密集，裂縫的深度和寬度影響混凝土整體性，或二襯有掉塊，發(fā)生較大變形和裂損，則應(yīng)采用鋼骨混凝土拱架整體替換原有二襯。方法是將原有二襯環(huán)向整環(huán)鑿槽，嵌入型鋼拱架，拱架之間用縱向鋼筋連接，施工完拱架后用模筑混凝土封閉。

4.5 預(yù)案

如在施工過程中量測和反饋的數(shù)據(jù)顯示既有隧道的安全性受到影響，可以選用錨噴加固、內(nèi)表面補(bǔ)強(qiáng)、鋼纖維補(bǔ)強(qiáng)和內(nèi)拱架等加固措施，對布吉供水隧道進(jìn)行維修和加固。由于布吉供水隧道為供水管線通過的隧道，維修和加固的施工都是比較方便的。貓公壩隧道施工同時，應(yīng)同時準(zhǔn)備布吉供水隧道加固所用材料，以隨時應(yīng)對突發(fā)情況。

5 總結(jié)

（1）在近距離上穿越既有隧道的情況下，新建隧道應(yīng)盡量采用每步驟開挖量小的施工方法；在地質(zhì)條件容許的條件下，盡量采用人工和機(jī)械開挖混合的方式以避免爆破振動對既有隧道的影響。若必須鉆爆施工時，應(yīng)對爆破振動速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，采用分段微差爆破等方法最大限度的降低爆破振動對既有隧道的影響。

（2）為了徹底消除工程隱患，為動態(tài)設(shè)計提供依據(jù)，新建隧道施工過程中應(yīng)對既有隧道進(jìn)行周密的監(jiān)控量測。同時，應(yīng)及時利用監(jiān)控量測結(jié)果指導(dǎo)設(shè)計和施工。

（3）新建隧道近距離上穿越既有隧道的情況下，應(yīng)根據(jù)工程實際對既有隧道做出加固設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容可包括新建隧道開挖前對既有隧道的預(yù)加固；新建隧道開挖過程中對既有隧道產(chǎn)生影響后的加固補(bǔ)強(qiáng)；新建隧道開挖過程中出現(xiàn)嚴(yán)重危及既有隧道結(jié)構(gòu)安全情況時的應(yīng)急搶險加固預(yù)案。

（4）實踐證明，對布吉供水隧道的加固設(shè)計是必要的和成功的。東部引水隧道在未采取加固措施的條件下，通過選用擾動較小的施工工法，控制爆破振速等措施，基本未受新建隧道的影響。現(xiàn)貓公壩隧道已通車，兩座既有供水隧道結(jié)構(gòu)安全、運營正常。

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