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摘要：針對(duì)山西中南部鐵路通道盤道嶺隧道下穿青銀高速公路實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果及相關(guān)規(guī)范，在對(duì)既有結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定性分析的基礎(chǔ)上，對(duì)新建雙線隧道下穿高速公路的施工技術(shù)方案及監(jiān)控量測(cè)措施進(jìn)行了技術(shù)總結(jié)。指出：⑴施工前應(yīng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)的健全度進(jìn)行評(píng)價(jià)，據(jù)此選擇合理的施工方案及控爆參數(shù)。⑵下穿段應(yīng)輔以必要的輔助措施，確保既有隧道的安全運(yùn)營(yíng)。⑶交叉段施工完成后，需對(duì)既有襯砌結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)，確保既有隧道不會(huì)因后續(xù)運(yùn)營(yíng)而產(chǎn)生破壞[1]。

關(guān)鍵詞：下穿，既有結(jié)構(gòu)物，施工，監(jiān)測(cè)

1 研究背景

1.1工程概況

本文以山西中南部通道盤道嶺隧道下穿青銀高速公路為工程背景，盤道嶺隧道進(jìn)口里程DK159+035，出口里程DK161+496，全長(zhǎng)2461m，為單洞雙線隧道。隧道位于呂梁山西坡黃河?xùn)|岸黃土峁梁區(qū)，地形起伏大，沖溝發(fā)育。盤道嶺隧道DK161+345～DK161+415下穿青銀高速公路，路塹段位于出口端，距出口洞門81m～151m，下穿公路長(zhǎng)度70m， 相交角度為73°，相交點(diǎn)鐵路里程為DK161+380.7，公路里程為K749+825；下穿高速公路段鐵路平面位于直線上。下穿段最淺處DK161+365.510對(duì)應(yīng)位置高速公路路面高程為787.219m，公路路面距隧道外拱頂部最小高度9.46m。隧道在下穿段最大開挖高度10.16m（仰拱初支底面-外拱頂11.82m），最大開挖寬度12.16m，開挖斷面積115m2。

盤道嶺隧道下穿青銀高速公路路基段覆蓋層厚度較小，屬淺埋段，洞身地層為泥質(zhì)砂巖夾泥巖，棕紅色，弱風(fēng)化；圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，呈角礫碎石狀松散結(jié)構(gòu)；隧道洞身含少量基巖裂隙水，受大氣降水補(bǔ)給明顯，雨季施工時(shí)，水量較大，洞身內(nèi)地下水呈水滴狀滲流，圍巖為Ⅴ級(jí)。

青銀高速公路路寬約24米，與線路走向成73°度夾角，隧道結(jié)構(gòu)頂距離高速公路路面最小為9.46米。

1.2工程地質(zhì)

隧道主要穿越泥質(zhì)砂巖與砂巖互層夾泥巖，薄層勘探揭示最大厚度為68.8m。泥質(zhì)砂巖：紫紅色，局部夾灰白色，主要礦物成分石英、長(zhǎng)石及泥質(zhì)礦物，泥砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，強(qiáng)～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，勘探揭示最大層厚28.5m。 砂巖：灰白色，主要礦物成分石英、長(zhǎng)石，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，強(qiáng)～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，勘探揭示最大層厚17.0m。巖土施工工程分級(jí)表如表1-1所示，地層巖性如圖1-2所示。

1.3工程難點(diǎn)分析

（1）隧道開挖寬度為11 6m，高度為10.16m，成洞較困難。

（2）隧道埋深淺，頂部覆蓋厚度最薄處僅9m，屬超淺埋大跨隧道，施工中容易造成冒頂坍。

（3）隧道下穿運(yùn)營(yíng)繁忙的青銀高速公路，施工中對(duì)沉降控制要求高，保證行車安全責(zé)任重大。

（4）隧道地質(zhì)條件差，洞身砂巖及砂巖夾泥巖互層，水平成層結(jié)構(gòu)，施工中成洞難度大，易造成坍塌失穩(wěn)。

（5）工序復(fù)雜，工藝要求高。

（6）做好地面及洞內(nèi)量測(cè)工作，并根據(jù)量測(cè)資料，適時(shí)修改支護(hù)參數(shù)，優(yōu)化施工工藝。

2 主要施工技術(shù)

隧道施工應(yīng)堅(jiān)持“管超前、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則[2]。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，為確保盤道嶺隧道下穿高速公路施工時(shí)上部既有結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全、減小新建隧道開挖對(duì)既有隧道的影響，同時(shí)確保新建隧道的安全施工，在對(duì)DK161+345～DK161+415交叉段隧道施工時(shí)，采用下列技術(shù)措施：

2.1超前預(yù)支護(hù)

⑴φ108大管棚超前支護(hù)

隧道下穿既有鐵路段拱部設(shè)置φ108大管棚超前預(yù)支護(hù)，長(zhǎng)管棚為70m，用每節(jié)長(zhǎng)度4m～6m的熱軋無縫鋼管（外徑108mm，壁厚9mm）以絲扣連接而成，交錯(cuò)連接，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)的50%。環(huán)向間距中至中40cm，鋼花管軸線與襯砌外緣夾角1～3°。鋼花管施工誤差徑向不大于20cm，相鄰鋼花管之間環(huán)向不大于10cm。

為了加強(qiáng)下穿段圍巖的整體穩(wěn)定性，提高巖土體的密實(shí)度，同時(shí)提高管棚的剛度，確保上部隧道沉降滿足要求，鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10～16mm，孔間距15cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段100cm。

長(zhǎng)管棚注漿采用水泥漿液，漿液起始濃度要掌握適當(dāng)，一般先稀后濃， ①水泥漿液水灰比2：1～0.6：1（重量比）；②注漿壓力0.5～2.0MPa。注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)注漿試驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿參數(shù)，取得管棚注漿施工經(jīng)驗(yàn)。

采用兩臺(tái)注漿泵從兩側(cè)向拱中的順序壓注，開始低壓注漿，然后慢慢升壓、穩(wěn)壓，在終壓狀態(tài)下持壓15～25min，注漿結(jié)束后用M5水泥砂漿充填鋼管，以增強(qiáng)管棚強(qiáng)度。為了提高導(dǎo)管的抗彎能力，設(shè)φ108管棚時(shí)可在導(dǎo)管內(nèi)增設(shè)鋼筋籠。鋼筋籠由四根主筋和固定環(huán)組成，主筋直徑為22mm，鋼筋籠內(nèi)采用砂漿或細(xì)石混凝土填充，固定環(huán)采用短管節(jié)，將其與主筋焊接，按1m間距設(shè)置，固定環(huán)外徑83mm，壁厚4mm，長(zhǎng)100mm

（2）超前小導(dǎo)管

拱部140°范圍設(shè)φ42小導(dǎo)管配合φ108管棚并注水泥漿超前支護(hù)，小導(dǎo)管采用冷軋無縫鋼管，外徑42mm，壁厚3.5mm。在管身設(shè)注漿孔，孔徑10mm，孔間距50cm，呈梅花形布置，前端加工成錐形，尾部長(zhǎng)度不小于30cm，作為不鉆孔的止?jié){段。小導(dǎo)管安設(shè)采用鉆孔打入法，即先按設(shè)計(jì)要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，然后將小導(dǎo)管穿過鋼架，用錘擊或鉆機(jī)頂入，頂入長(zhǎng)度不小于鋼管長(zhǎng)度的90%，并用高壓風(fēng)將鋼管內(nèi)的砂石吹出，并做好注漿準(zhǔn)備后注入體積比為1：1～1：0.6 的水泥漿與水玻璃漿液，注漿壓力為0.5～2.0MPa。

2.2下穿段施工方法及工序

為保證開挖安全，減少爆破對(duì)隧道周邊圍巖的擾動(dòng)，保證公路路基的穩(wěn)定，施工采用機(jī)械銑挖施工方法，并采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱上臺(tái)階加豎撐法施工。各部每次開挖支護(hù)的長(zhǎng)度控制在0.5m，初期支護(hù)緊跟掌子面按短進(jìn)尺，快循環(huán)勤護(hù)的原則組織施工上臺(tái)階開挖高度3.5m，中臺(tái)階開挖高度3.5m，下臺(tái)階3.6m，每循環(huán)進(jìn)尺0.5m。開挖一榀支護(hù)1榀，上臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3～5m。拱腳及墻腳處鋼架底部打設(shè)鎖腳錨管，每處2根，確保鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，以限制拱頂變形，施工工序如圖2-1所示。

2.3支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

DK161+345～DK161+415段為主要受影響段，為保證開挖安全，減少爆破對(duì)隧道周邊圍巖的擾動(dòng)，保證公路路基的穩(wěn)定，施工采用機(jī)械銑挖施工方法，并采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱上臺(tái)階加豎撐法施工。初期支護(hù)采用HW175型鋼支撐，間距0.5m/榀，系統(tǒng)錨桿L=5m。開挖完畢后立即噴射C30早強(qiáng)混凝土（初期支護(hù)厚度32cm）；支護(hù)參數(shù)如表2-1所示

2.4二次襯砌

考慮公路現(xiàn)狀，荷載遠(yuǎn)大于規(guī)范55T，設(shè)計(jì)為Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，二次襯砌厚度65cm，主筋為φ25鋼筋，間距20cm；

3 監(jiān)控量測(cè)

隧道下穿段施工期間應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，將監(jiān)控量測(cè)作為關(guān)鍵工序列入現(xiàn)場(chǎng)組織，并對(duì)支護(hù)體系的穩(wěn)定性進(jìn)行判別：對(duì)隧道開展洞內(nèi)外觀察、洞內(nèi)拱頂下沉、水平相對(duì)凈空變化測(cè)量，既有路面地表沉降觀測(cè)，地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)在開挖線布設(shè)，要求洞外地表沉降觀測(cè)點(diǎn)和洞內(nèi)觀測(cè)點(diǎn)布設(shè)在同一里程斷面上，洞內(nèi)外監(jiān)控量測(cè)技術(shù)要求按《鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定辦理，量測(cè)頻率見表3-1，變形管理等級(jí)見表3-2。實(shí)際量測(cè)頻率應(yīng)從表中根據(jù)變形速度和離開挖工作面距離選擇一個(gè)較高的量測(cè)頻率，并加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保隧道下穿段順利施工。

4 下穿高速公路段施工注意事項(xiàng)

（1）銑挖過程中粉塵大，洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境差，需要采取加強(qiáng)通風(fēng)及切實(shí)有效的除塵及通風(fēng)措施。

（2）施工過程中所有人員必須在機(jī)械作業(yè)半徑范圍外，防止機(jī)械傷人，特別是當(dāng)粉塵較大時(shí)由于視線受阻必須加強(qiáng)照明及安全防護(hù)。

（3）開挖進(jìn)尺不宜過大，保證施工安全。

（4）防止破壞已施作完成的初期支護(hù)。

（5）施工開挖必須保證開挖輪廓及中線水平以防超挖。

（6）下穿青銀高速段施工期間影響范圍兩端各設(shè)一道，并設(shè)置隧道施工及減速警示牌，限制過往車輛行車速度避免共振波引起路面開裂塌陷。

5 銑挖機(jī)型號(hào)選取

從工藝性試驗(yàn)結(jié)果來看，銑挖法開挖對(duì)圍巖擾動(dòng)少、超欠挖容易控制且安全性好[5]。銑挖法工藝性試驗(yàn)研究的主要成果與存在的問題如下。

（1）ER1500-1S型裝配式銑挖機(jī)適用于巖石強(qiáng)度小于10 MPa、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖體較破碎的Ⅳ，Ⅴ級(jí)軟弱圍巖隧道，其特點(diǎn)是對(duì)隧道圍巖擾動(dòng)小、超欠挖容易控制、使用靈活，可用于洞內(nèi)清欠、開槽、開挖邊溝及邊坡坡型坡率的修整。存在的問題是：①銑挖過程中粉塵大，洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境差，需要采取切實(shí)有效的除塵及通風(fēng)措施；②因盤道嶺隧道地下水不發(fā)育，雨季時(shí)，地下水呈雨滴狀滲出，噴淋不當(dāng)會(huì)形成泥狀，從而施工時(shí)洞內(nèi)粉塵較大。

（2）EBZ160型懸臂掘進(jìn)機(jī)適應(yīng)于開挖節(jié)理或裂隙發(fā)育、巖體完整性差的IV ，V級(jí)低硬度圍巖地層，其特點(diǎn)是設(shè)備配套齊全、功能完善，作業(yè)粉塵控制較好，但掘進(jìn)效率與地層硬度和工作面自穩(wěn)能力關(guān)系密切。存在的問題有：①懸臂掘進(jìn)機(jī)適用于煤礦巷道掘進(jìn)，原配皮帶運(yùn)輸機(jī)出碴，故高度較低，不能直接裝汽車，且由于開挖擺動(dòng)，卸碴尾部亦發(fā)生擺動(dòng)，與現(xiàn)在隧道出碴運(yùn)輸設(shè)備配套困難，因此，需要配備專門的二次轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備直接將洞碴傳送到運(yùn)輸汽車；②開挖下部及邊角修整時(shí)間長(zhǎng)，邊角部位易形成超欠挖[6]。

（3）懸臂掘進(jìn)機(jī)對(duì)圍巖的適應(yīng)范圍稍大于裝配式銑挖機(jī)。前者在巖石強(qiáng)度為10-20MPa且?guī)r體較破碎的圍巖條件下基本能適用，在圍巖強(qiáng)度小于10 MPa且節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)銑挖效率較高，但成本亦相對(duì)較高；后者僅在圍巖強(qiáng)度小于10 MPa且節(jié)理裂隙發(fā)育時(shí)能適用，且能達(dá)到理想的25-35 m3/h。

因此，在施工中應(yīng)選擇合適的銑挖機(jī)類型及控制施工順序，確保順利施工。

6 結(jié)語

（1）近接隧道施工中，新建隧道開挖及爆破振動(dòng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物將產(chǎn)生影響，施工中需引起高度重視。因此，在盤道嶺隧道交叉段施工前，對(duì)既有路面狀況及抗震性等進(jìn)行綜合分析，制定合理的施工方案及爆破參數(shù)，確保施工的順利進(jìn)行[7]。

（2）新建隧道掌了面掘進(jìn)至交叉點(diǎn)前3～ 4倍洞徑時(shí)，需開始做好新建隧道和既有隧道內(nèi)的監(jiān)控量測(cè)，通過對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的回歸分析，及時(shí)掌握既有隧道的變形情況，進(jìn)而為新建隧道的開挖方法及支護(hù)參數(shù)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，確保既有隧道安全。

（3）新建隧道施工下穿段施工時(shí)，為確保安全施工，應(yīng)采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱，上臺(tái)階加豎撐法，輔以長(zhǎng)管棚及超前小導(dǎo)管注漿加固施工，嚴(yán)格控制既有路面變形和沉降。施工完成后，應(yīng)對(duì)交叉段既有隧道重新進(jìn)行評(píng)價(jià)，確保既有隧道在施工完成后不會(huì)因后續(xù)列車振動(dòng)而產(chǎn)生破壞。

7 參考文獻(xiàn)

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