聶振宇

（中交集團(tuán)第一公路工程局廈門工程有限公司，廣東東莞 523400）

修建城際地下鐵路隧道存在的步距問題與相關(guān)建議

聶振宇

（中交集團(tuán)第一公路工程局廈門工程有限公司，廣東東莞 523400）

以莞惠城際軌道交通工程松山湖隧道施工為例，通過對隧道各工序作業(yè)時(shí)間分析、隧道設(shè)計(jì)與施工類比和施工模型圖說明，認(rèn)為鐵建設(shè)［2010］120號(hào)文在修建城際地下鐵路隧道方面尚存在一定的適應(yīng)性和可操作性的問題，并提出以下建議：1）Ⅵ級(jí)圍巖隧道，初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由原35 m調(diào)整為50 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為85 m（除文中所述幾種特殊情況外）；2）Ⅴ級(jí)圍巖隧道，初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由原35 m調(diào)整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為90 m；3）Ⅳ級(jí)圍巖隧道，初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由原35 m調(diào)整為65 m，二次襯砌距離掌子面由原90 m調(diào)整為120 m。

城際地下鐵路隧道；圍巖等級(jí)；施工步距；隧道斷面

0 引言

為進(jìn)一步改進(jìn)軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施，確保其施工安全，鐵道部于2010年7月下發(fā)鐵建設(shè)［2010］120號(hào)文［1］（以下簡稱120號(hào)文），對軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道做出如下規(guī)定：Ⅳ，Ⅴ和Ⅵ級(jí)圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)的位置距掌子面的距離不得大于35 m，軟弱圍巖及不良地質(zhì)鐵路隧道的二次襯砌應(yīng)及時(shí)施作；Ⅴ級(jí)和Ⅵ級(jí)圍巖二次襯砌距掌子面的距離不得大于70 m，Ⅳ級(jí)圍巖不得大于90 m。120號(hào)文針對鐵路隧道施工中初期支護(hù)封閉成環(huán)位置、二次襯砌與掌子面之間距離做出了具體規(guī)定，但對于近年來大規(guī)模發(fā)展的城際地下鐵路隧道，尚存在一定的適應(yīng)性和可操作性的問題，尤其是對施工進(jìn)度的影響較大。

目前，關(guān)于鐵路隧道步距方面的研究或相關(guān)資料主要側(cè)重于施工工法、安全控制、圍巖沉降與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等方面，且較多是關(guān)于國鐵（普通、客運(yùn)專線和高速鐵路的統(tǒng)稱）和地鐵隧道［2］。關(guān)于隧道步距對施工進(jìn)度影響的研究，尤其是對城際地下鐵路隧道施工進(jìn)度影響的資料相對較少。本文通過列舉實(shí)例，以國內(nèi)某城際地下鐵路隧道施工為例，分析其施工過程中實(shí)際存在的步距問題，全面闡述隧道步距對施工進(jìn)度的影響，說明120號(hào)文關(guān)于隧道安全步距的規(guī)定在修建城際地下鐵路隧道時(shí)存在適應(yīng)性和可操作性的問題，并提出修建城際地下鐵路（單線雙洞）隧道Ⅵ，Ⅴ與Ⅳ級(jí)圍巖施工步距的建議。

1 工程概況

廣東省珠三角城際軌道交通（莞惠、穗莞深與佛肇3個(gè)項(xiàng)目）工程中隧道占線路總長比重較大。其中，莞惠項(xiàng)目松山湖隧道全長38 813雙延米，礦山法隧道46 449單延米；東江隧道全長13 624雙延米，礦山法隧道17 286單延米；穗莞深項(xiàng)目太平隧道全長14 490雙延米，礦山法隧道11 594單延米；佛肇項(xiàng)目云山隧道全長4 740雙延米，礦山法隧道7 700單延米。但相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示：3個(gè)項(xiàng)目的隧道，Ⅳ級(jí)圍巖平均開挖進(jìn)度為30 m/月，Ⅴ級(jí)圍巖平均開挖進(jìn)度為15 m/月，Ⅵ級(jí)圍巖平均開挖進(jìn)度為10 m/月。其進(jìn)度十分緩慢，嚴(yán)重影響隧道施工工期。主要隧道項(xiàng)目及相關(guān)施工工法見表1。

表1 主要隧道項(xiàng)目及相關(guān)施工工法Table 1 Main tunnels and their construction methods

2 隧道圍巖等級(jí)確定

隧道圍巖等級(jí)應(yīng)由拱頂、邊墻和底板3處圍巖決定，但基本上由隧道上臺(tái)階揭示圍巖決定，即拱頂圍巖等級(jí)決定著隧道洞身的圍巖等級(jí)。綜合圍巖等級(jí)還需依據(jù)TB 10003—2005《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］附錄A中的圍巖基本分級(jí)和隧道圍巖分級(jí)進(jìn)行修正。當(dāng)圍巖無水時(shí)，采用其圍巖基本分級(jí)；當(dāng)有少量地下水時(shí)，圍巖基本分級(jí)Ⅲ—Ⅴ級(jí)應(yīng)對應(yīng)修正為Ⅳ—Ⅵ級(jí)；當(dāng)?shù)叵滤枯^大時(shí)，圍巖基本分級(jí)Ⅱ—Ⅴ級(jí)應(yīng)對應(yīng)修正為Ⅲ—Ⅵ級(jí)。

與山嶺隧道有所不同，在城市里修建地下鐵路隧道，大部分具有埋深淺，地下水位高，地表建筑物多，地質(zhì)條件復(fù)雜多變的特點(diǎn)。如果按綜合圍巖等級(jí)確定的施工工法，大部分隧道開挖揭示后的掌子面地質(zhì)情況與圍巖等級(jí)相差較遠(yuǎn)，造成設(shè)計(jì)工法無法滿足隧道實(shí)際地質(zhì)情況，120號(hào)文的步距規(guī)定對于城際地下鐵路隧道也就缺乏相應(yīng)的適應(yīng)性和可操作性。

3 隧道施工中存在的突出問題［4］

隧道施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，Ⅵ級(jí)圍巖隧道拱頂沉降大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)一般在1.5個(gè)月后達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后平均日變形速率為0.1 mm/d，但測點(diǎn)累計(jì)沉降最大值遠(yuǎn)小于報(bào)警值（80 mm）；洞內(nèi)水平收斂大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)一般在1個(gè)月后達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定后平均日變形速率為0.06 mm/d左右，但測點(diǎn)累計(jì)收斂最大值遠(yuǎn)小于報(bào)警值（30 mm）。按以上情況考慮，隧道內(nèi)將有15 m的臨時(shí)豎撐不能拆除（按月進(jìn)度10 m考慮），此時(shí)仰拱距離豎撐僅7 m的距離，施工模型如圖1所示。

圖1 Ⅵ級(jí)圍巖隧道施工模型圖Fig.1 Construction model of tunnel in GradeⅥsurrounding rock

3.1 施工方法1（仰拱棧橋法［5－6］）

保持掌子面1區(qū)和3區(qū)同時(shí)掘進(jìn)，2區(qū)、4區(qū)、仰拱與拱墻二次襯砌按照120號(hào)文的步距規(guī)定同時(shí)緊跟施工（如圖1所示），但施工過程中會(huì)存在以下困難：

1）從圖1中可以看出，120號(hào)文步距要求仰拱距離掌子面35 m，減去上臺(tái)階13 m的距離，再減去15 m臨時(shí)豎撐距離，僅剩下7 m的距離可用于渣土與小型機(jī)具的臨時(shí)堆放，顯然無法滿足掌子面出渣的施工要求。

2）仰拱土方開挖時(shí)，會(huì)直接造成隧道掌子面停工，因掌子面無法完成出渣作業(yè)。

3）由于隧道仰拱初期支護(hù)面至填充面的高度僅1.235 m，棧橋上方作業(yè)時(shí)，仰拱鋪設(shè)防水層、綁扎鋼筋等工序無法進(jìn)行。因?yàn)樵摳叨葻o法滿足棧橋下方施工人員的作業(yè)空間需求。

綜上所述，隧道施工若按照120號(hào)文的步距規(guī)定執(zhí)行，采用仰拱棧橋法實(shí)際上無法保證掌子面、仰拱和拱墻二次襯砌之間按照步距要求同步推進(jìn)，即該施工模型不成立。

3.2 施工方法2（非仰拱棧橋法）

保持掌子面4個(gè)區(qū)域同時(shí)掘進(jìn)，仰拱與二次襯砌暫不施工，待掌子面掘進(jìn)長度達(dá)到35 m時(shí)，停止掌子面施工，施作仰拱與拱墻二次襯砌，直至滿足步距要求。但這種施工方法不可取，原因如下：

1）掌子面掘進(jìn)至35 m時(shí)，便封閉掌子面，停止施工。按設(shè)計(jì)文件要求，仰拱原部位圍巖開挖以3 m為一循環(huán)，初期支護(hù)封閉后清底長度主要依據(jù)監(jiān)測情況而定，一般為6～8 m，暫按最小值6 m考慮。各工序具體需要時(shí)間如表2所示。

表2 每循環(huán)仰拱工序作業(yè)時(shí)間估算表［7］Table 2 Cycle time of invert construction［7］

按照表2提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，采用非仰拱棧橋法，22 m的仰拱施工（35 m的步距減去13 m長的臺(tái)階，按7個(gè)循環(huán)考慮）理論上至少需要28 d。

2）由于隧道掌子面4個(gè)臺(tái)階未能封閉成環(huán)，長時(shí)間內(nèi)肯定會(huì)存在較多安全隱患，地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂等監(jiān)測數(shù)據(jù)會(huì)急劇加大，這些是隧道施工中絕不允許發(fā)生的。且隧道28 d不施工，會(huì)造成人員、機(jī)械等的閑置，其經(jīng)濟(jì)損失也相當(dāng)大。

綜上所述，隧道施工若按照120號(hào)文的步距規(guī)定執(zhí)行，該施工方法實(shí)質(zhì)上也無法保證掌子面、仰拱和拱墻二次襯砌之間按照步距要求同步推進(jìn)，即該施工模型同樣不成立。

4 加大步距的可行性分析

4.1 國鐵隧道與城際地下鐵路隧道類比［8］

1）國鐵隧道一般位于山區(qū)，修建時(shí)速200 km的隧道，一般是單洞雙線，隧道斷面大，各種資源的進(jìn)出較為方便；而城際地下鐵路隧道，基本是單洞單線（類似于地鐵隧道），隧道斷面小，各種資源進(jìn)出隧道較為困難；二者在隧道的選型設(shè)計(jì)上也存在很大差異。

2）城際地下鐵路隧道受地下水、埋深及地表建筑物影響較大，圍巖綜合等級(jí)受很多因素的影響，工法以帶臨時(shí)仰拱法、CD法居多，少部分采用臺(tái)階法，隧道斷面小，工序間轉(zhuǎn)換復(fù)雜；山嶺隧道受地下水、地表建筑物的影響較小，埋深較深（一般只有進(jìn)、出洞段存在少部分的淺埋段），其圍巖等級(jí)采用基本圍巖等級(jí)的較多，工法以臺(tái)階法居多，隧道斷面大，工序間轉(zhuǎn)換相對簡單。

4.2 隧道初期支護(hù)參數(shù)類比

通過對松山湖隧道與國鐵隧道類比，在圍巖等級(jí)和設(shè)計(jì)時(shí)速相同的情況下，松山湖隧道具有斷面尺寸小，初期支護(hù)（鋼架）強(qiáng)度高的特點(diǎn)。松山湖隧道初期支護(hù)參數(shù)如表3所示。

4.3 監(jiān)控量測資料分析

隧道施工過程中，監(jiān)控量測必測項(xiàng)目有6項(xiàng)，選測項(xiàng)目有2項(xiàng)。本文僅列舉必測項(xiàng)目及相關(guān)的監(jiān)測要求和控制數(shù)據(jù)，如表4所示。隧道總體監(jiān)測情況說明如表5所示。

5 各等級(jí)圍巖隧道步距的調(diào)整建議

城際地下鐵路隧道與山嶺隧道相比，無論是設(shè)計(jì)還是施工，均存在較大差異。因此，本文針對城際地下鐵路隧道各等級(jí)圍巖隧道步距調(diào)整提出以下建議。

5.1 Ⅵ級(jí)圍巖隧道步距調(diào)整

圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為50 m（即增加掌子面出渣機(jī)械作業(yè)空間，1臺(tái)挖掘機(jī)與1輛出渣車作業(yè)區(qū)間長度），二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為85 m。調(diào)整后Ⅵ級(jí)圍巖隧道施工模型如圖2所示。

隧道按照調(diào)整后的步距施工，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）通過增加15 m的作業(yè)區(qū)域，既能保證隧道4個(gè)掌子面渣土能及時(shí)運(yùn)出，施工又能持續(xù)進(jìn)行；2）采用棧橋法施工時(shí)，掌子面與仰拱作業(yè)施工干擾小，施工質(zhì)量好；3）拱墻二次襯砌泵送混凝土施工時(shí)，即使出渣車輛無法進(jìn)出，新增15 m的作業(yè)區(qū)域長度也能保證掌子面渣土的臨時(shí)堆放，不會(huì)影響隧道掌子面的開挖。

但存在以下4種特殊情況時(shí)，隧道施工步距不做調(diào)整，按120號(hào)文的步距要求執(zhí)行。1）地表覆土沿隧道縱向有較大變化；2）隧道直接承受地面建筑物等較大局部荷載；3）隧道基底地層或基礎(chǔ)有顯著差異；4）隧道下穿河流、交通基礎(chǔ)設(shè)施、重要管線等。

表3 松山湖隧道初期支護(hù)參數(shù)表Table 3 Parameters of primary support of Songshanhu tunnel

表4 隧道監(jiān)測必測項(xiàng)目一覽表［9］Table 4 Mandatory monitoring items［9］

表5 隧道總體監(jiān)測情況說明表［10］Table 5 Analysis on monitoring results［10］

5.2 Ⅴ級(jí)圍巖隧道步距調(diào)整

圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為90 m，調(diào)整后Ⅴ級(jí)圍巖隧道施工模型如圖3所示。

5.3 Ⅳ級(jí)圍巖隧道步距調(diào)整

圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為65 m（經(jīng)驗(yàn)數(shù)值），二次襯砌距離掌子面由原90 m調(diào)整為120 m，調(diào)整后Ⅳ級(jí)圍巖隧道施工模型如圖4所示。

調(diào)整后的步距，主要增加了30 m的距離以消除爆破影響，原因如下：1）按照120號(hào)文規(guī)定的距離35 m執(zhí)行，掌子面爆破產(chǎn)生的石渣，由于距離較近、沖擊能量大，會(huì)造成仰拱與二次襯砌外露綁扎鋼筋、中埋式止水帶的嚴(yán)重?fù)p壞；2）如果由原35 m提高到65 m，由于增加了距離，減少了掌子面爆破時(shí)石渣的沖擊能量，如果采取適當(dāng)?shù)膿醢澹０濉摪澹┑却胧?，也可以避免這些不利現(xiàn)象。

圖2 調(diào)整后Ⅵ級(jí)圍巖隧道施工模型圖Fig.2 Optimized construction model of tunnel in GradeⅥsurrounding rock

圖3 調(diào)整后Ⅴ級(jí)圍巖隧道施工模型圖Fig.3 Optimized construction model of tunnel in GradeⅤsurrounding rock

圖4 調(diào)整后Ⅳ級(jí)圍巖隧道施工模型圖Fig.4 Optimized construction model of tunnel in GradeⅣsurrounding rock

6 建議

本文針對城際地下鐵路隧道（單線雙洞）的施工，各等級(jí)圍巖隧道步距的調(diào)整建議如下：

1）Ⅵ級(jí)圍巖隧道，圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為50 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為85 m。

2）Ⅴ級(jí)圍巖隧道，圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為55 m，二次襯砌距離掌子面由原70 m調(diào)整為90 m。

3）Ⅳ級(jí)圍巖隧道，圍巖初期支護(hù)封閉成環(huán)位置距離掌子面由120號(hào)文原35 m調(diào)整為65 m（經(jīng)驗(yàn)數(shù)值），二次襯砌距離掌子面由原90 m調(diào)整為120 m。

以上建議是針對廣東珠三角地區(qū)城際地下鐵路（單線雙洞）隧道提出的，可能會(huì)存在一定的不完善與不合理之處，還望同行多給予批評(píng)與指正，以期建立適合修建國內(nèi)城際地下鐵路（單線雙洞）隧道的統(tǒng)一步距標(biāo)準(zhǔn)。隧道步距調(diào)整后，施工進(jìn)度肯定會(huì)有較大的提高，尤其是在當(dāng)前國內(nèi)很多城市大規(guī)模地修建城際鐵路的情況下，其成本控制和經(jīng)濟(jì)節(jié)約等方面的效益將非常顯著。

（References）：

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Comments on Distance between Primary Support/Secondary Lining and Working Face of Inter-city Underground Railway Tunnels

NIE Zhenyu
（Xiamen Engineering Co.，Ltd.of CCCC First Highway Engineering Bureau，Dongguan 523400，Guangdong，China）

In this article，the construction cycle time and construction model of Songshanhu tunnel on Dongguan-Huizhou inter-city railway are analyzed，and comparison and contrast is made between national railway tunnels and intercity railway tunnel.It is believed that the requirements specified in Tiejianshe No.［2010］120 are not applicable to the construction of inter-city railway tunnels.Proposals made are follows：1）For inter-city railway tunnels in GradeⅥsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 50 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized form 70 m to 85 m；2）For tunnels in GradeⅤsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 55 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized form 70 m to 90 m；3）For tunnel in GradeⅣsurrounding rock，the distance between the primary support and the working face should be optimized from 35 m to 65 m，and the distance between the secondary lining and the working face should be optimized from 90 m to 120 m.

inter-city underground railway tunnel；grade of surrounding rock；distance between primary support/secondary lining and working face；tunnel cross-section

10.3973/j.issn.1672－741X.2014.04.011

U 45

A

1672－741X（2014）04－0356－06

2013－12－03；

2014－02－24

聶振宇（1983—），男，江西九江人，2006年畢業(yè)于西南交通大學(xué)，土木工程專業(yè)，本科，工程師，現(xiàn)從事城市地鐵施工工作。