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新建渝黔高速鐵路西起重慶市，東止貴州省遵義市，是我國高速鐵路網(wǎng)規(guī)劃中的一條重要的戰(zhàn)略要道，初步規(guī)劃為國標(biāo)一級鐵路，全程347公里，時速為250公里。渝黔高速鐵路將與蘭渝線、貴廣線連接，可縮短重慶與貴陽的距離，提高鐵路網(wǎng)線的輸送能力，是我國西南地區(qū)又一條快速出海大通道。重慶渝黔高速是國道主干線重慶至湛江公路在重慶境內(nèi)的一段，設(shè)計行車速度80公里/小時，目前行車流量密集，需制定復(fù)雜詳細(xì)的交通疏解方案。因此能否安全、快速、高效地施工完成渝黔高速鐵路萬家廟隧道下穿渝黔高速公路段將成為該項目施工的一個關(guān)鍵難點。

1 工程概況

萬家廟隧道全長2300米，里程為D2K62+940～D2K65+240，其中D2K63+100～+420下穿渝黔高速公路路塹及路堤，交叉點的公路里程為K1048+500，鐵路隧道里程為D2K63+223，鐵路線路與公路呈小角度斜交，見圖1《渝黔鐵路下穿渝黔高速公路平面布置圖》。

高速公路路塹邊坡最高18米，路堤邊坡最高9米，下穿公路路塹段隧道的拱頂開挖線至路面15m，D2K63+360高速公路既有石拱涵(跨度3m、邊墻高2．5m、拱部半徑為1．5m)處隧道開挖線的拱頂至涵洞內(nèi)水溝底埋深4．5m，高速公路存在沉降或坍塌及邊坡失穩(wěn)面破壞風(fēng)險，見圖2《渝黔鐵路下穿渝黔高速公路段實測橫斷面圖》。

隧區(qū)覆蓋層主要為人工填土、松軟土、粉質(zhì)粘土，地層主要為泥巖夾砂巖，隧道左側(cè)存在順層偏壓;巖層地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，巖體完整性差;孔隙水和地下水均不發(fā)育，富水性弱。

該段鐵路隧道共有六種Ⅴ級特設(shè)型復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用I22a型鋼鋼架，鋼架間距60cm、φ75超前中管棚和φ127超前大管棚注漿加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 渝黔鐵路下穿渝黔高速公路平面布置圖

圖2 渝黔鐵路下穿渝黔高速公路段實測橫斷面圖

2 主要施工方案

2．1 總體施工方案

根據(jù)隧道與高速公路的空間關(guān)系以及地質(zhì)報告上描述的地質(zhì)情況來判斷，下穿高速公路的主要風(fēng)險點是隧道坍塌、公路路面沉降。因此隧道采用CRD法進(jìn)行開挖，超前支護(hù)采用φ75和φ127超前管棚注漿加強(qiáng)支護(hù)，開挖采用人工手持風(fēng)鉆眼、周邊眼采取光面爆破。采用非電毫秒雷管、電雷管擊發(fā)的爆破網(wǎng)絡(luò)。初期支護(hù)采用I22a型鋼鋼架、間距0．6米、拱部采用φ25中空注漿錨桿、邊墻采用Φ22砂漿錨桿。出碴采用小型裝載機(jī)裝碴，5t自卸汽車出碴，噴射砼采用濕噴機(jī)濕噴施工。在涵洞內(nèi)及入口端搭設(shè)棧橋，防止地面坍塌時影響行人通行;涵洞采用I14型鋼鋼架和5cm厚木板加固后才能開挖涵洞下方的隧道。

2．1．1 隧道內(nèi)超前中、大管棚施工

(1)管棚工作室的施工

①工作室設(shè)計與施工。工作室設(shè)置于每輪導(dǎo)向段前地段，根據(jù)鉆機(jī)作業(yè)及管棚安裝需要，工作室設(shè)計長度為8m，工作室斷面較待開挖斷面的設(shè)計輪廓線擴(kuò)大45cm。當(dāng)施工工作室段時，用1．2m的過渡段將拱頂提高45cm，采用I22a的工字鋼進(jìn)行支撐。

②導(dǎo)向架制作及導(dǎo)向管定位。為了保證導(dǎo)向管的安裝精度，導(dǎo)向架由兩榀型鋼拱架組成，導(dǎo)向架沿線路方向的長為1．2m，用徑向錨桿和縱向連接筋固定，然后在導(dǎo)向架上焊接固定大管棚導(dǎo)向管(φ150鋼管)。

(2)中、大管棚施工工藝流程

圖3 萬家廟隧道中、大管棚施工工藝流程圖

(3)鉆機(jī)定位與鉆孔

管棚鉆孔采用管棚鉆機(jī)鉆孔。移動鉆機(jī)至鉆孔部位，調(diào)整鉆機(jī)高度，鉆桿方向和角度滿足要求后即可開鉆，鉆孔采用偏心鉆頭，鉆孔過程中密切注意鉆桿角度的變化，并保證鉆機(jī)不移位，在鉆進(jìn)過程中根據(jù)巖層的軟硬程度控制鉆進(jìn)速度;鉆孔到設(shè)計深度時退出鉆桿，裝管后注漿。

(4)管棚加工與安裝

管棚連接采用絲扣連接，絲扣長度10cm，管棚加工前首先將管棚編號，偶數(shù)號的全部采用6m的鋼管加工，奇數(shù)號的第一根采用3m鋼管加工，其余全部采用6m鋼管加工，保證安裝后同截面接頭不超出50%，管壁上鉆8～16mm注漿孔。管棚孔成孔后，立即清孔，下φ127或φ75管棚，將管子送到孔底。

(5)管棚內(nèi)注漿

注漿前對孔口外側(cè)間隙采用錨固劑進(jìn)行密封處理，防止?jié){液倒流和管棚在注漿壓力作用下退出。注漿時采用注漿機(jī)進(jìn)行注漿，漿液為1∶1的水泥漿。注漿要求;注漿采用壓力控制，終壓在1．3～2．0MPa，壓力穩(wěn)定時間1～5分鐘。

2．1．2 隧道開挖

㈠ 開挖步序見圖4《萬家廟隧道下穿渝黔高速公路段開挖施工工序圖》。

圖4 萬家廟隧道下穿渝黔高速公路段開挖施工工序圖

2．2 隧道開挖方案

2．2．1 爆破設(shè)計總體方案

本爆破設(shè)計是按最不利情況，隧道圍巖全為砂巖進(jìn)行爆破設(shè)計。為了確保高速公路的安全，開挖采取光面爆破，減少爆破對圍巖的破壞、擾動。

2．2．2 爆破設(shè)計

(1)爆破設(shè)計參數(shù)選擇

①最大單響藥量的計算:V=K×K/(Q1/3/R)α

式中:V—保護(hù)對象的安全振速，cm/s;本工點的保護(hù)對象是高速公路，設(shè)計要求振動限值V=2．5cm/s。

Q—最大單響藥量，kg;R—爆源至保護(hù)對象距離，m;開挖線拱頂至高速公路路面R=15m。

K、α—與地形地質(zhì)有關(guān)的場地系數(shù)和衰減指數(shù)，K=100，α=1．6;K/—控爆系數(shù)，取 K/=0．5。

場地系數(shù)和衰減指數(shù)要經(jīng)過爆破振動監(jiān)測，數(shù)據(jù)分析后得出，最大單響藥量要隨著爆破點與路面的距離減小而減小。

②炮孔深度L:本爆破設(shè)計的炮孔深度根據(jù)爆破部位不同進(jìn)行調(diào)整，一般為0．7 ～1．9m。

③炮孔數(shù)目N:本爆破設(shè)計炮孔直徑采用φ42mm，每次開挖面積約為33～53m2，單位面積鉆眼數(shù)為2．5～1．5個/m2(未包括光面爆破炮孔)。

④炮孔布置:本設(shè)計為隔孔裝藥，保留空孔作為光面爆破導(dǎo)向孔和減震孔。炮孔間距為33cm，炮孔直徑為42mm，能滿足E值要求。設(shè)計裝藥集中度取最小值(q=0．15kg/m)。

⑤單孔裝藥量的計算。周邊眼裝藥參數(shù)在上面已確定，其它炮孔的裝藥量均可按下列公式計算:q=k×a×w×L×λ(kg)

式中:q—單眼裝藥量(kg);k—炸藥單耗(kg/m3);a—炮孔間距(m);w—炮孔爆破方向的抵抗線(m);

⑥炮孔堵塞。堵塞材料采用炮泥(砂∶粘土∶水=3∶1∶1)，堵塞長度不小于20cm，要求堵塞密實，不能有空隙或間斷。

⑦爆破器材的選擇。采用乳化炸藥，周邊炮孔采用φ25mm小藥卷，其它炮孔采用φ32mm標(biāo)準(zhǔn)藥卷;采用非電毫秒雷管;周邊炮孔間隔裝藥，采用導(dǎo)爆索傳爆。

⑧裝藥結(jié)構(gòu)。使用導(dǎo)爆索傳爆，掏槽眼和底板眼采用反向起爆，周邊眼采用間斷不偶合裝藥形式。

(2)爆破設(shè)計附圖

由于先開挖側(cè)的爆破設(shè)計難度相對較大，后跟進(jìn)部分的開挖方法與先開挖側(cè)類似，故只以先開挖側(cè)壁導(dǎo)坑作為示例進(jìn)行爆破設(shè)計，見圖5《萬家廟隧道下穿渝黔高速公路段Ⅴ級圍巖側(cè)壁導(dǎo)坑上部、下部炮孔布置圖》。

圖5 萬家廟隧道下穿渝黔高速公路段Ⅴ級圍巖側(cè)壁導(dǎo)坑上部、下部炮孔布置圖

下穿段圍巖全為Ⅴ級，襯砌采用復(fù)合襯砌。型鋼鋼架采用I22a，間距為60cm;除D2K63+330～+380段使用φ127超前大管棚外，其余段落的超前支護(hù)均使用φ75超前中管棚;拱部使用φ25、長400cm中空注漿錨桿，邊墻采用Φ22、長400cm的砂漿錨桿。錨桿呈梅花型布置，布設(shè)間距120(環(huán)向)×100cm(縱向);導(dǎo)坑側(cè)壁型鋼鋼架用I18加工，間距60cm。超前支護(hù)采用Φ22、長350cm的水平錨桿。鋼架的定位錨桿為Φ22、長200cm。鎖腳錨桿采用Φ22、長400cm的砂漿錨桿。

①型鋼鋼架制作與安裝。型鋼鋼架按1∶1比例進(jìn)行實地放樣。設(shè)置型鋼鋼架加工平臺，根據(jù)設(shè)計線形制作加工模具，現(xiàn)場冷彎加工。加工好的各個單元放在樣臺上試拼;隧道各導(dǎo)坑每循環(huán)開挖后，首先檢查開挖斷面凈空，合格后對新開挖面進(jìn)行初噴砼，其后再安裝型鋼鋼架。型鋼鋼架與隧道中心線垂直，連接要做到上、下端螺栓孔對齊。各分部型鋼鋼架拼裝完并檢查無誤后，焊接縱向連接鋼筋。

②錨桿。a．中空注漿壓力根據(jù)設(shè)計參數(shù)和注漿機(jī)性能確定，水灰比參考值為0．45～0．5。當(dāng)注漿達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行噴射砼施工。b．導(dǎo)坑臨時支護(hù)側(cè)鋼架范圍打設(shè)Ф22，長200cm的定位錨桿。

③鋼筋網(wǎng)片。鋼筋網(wǎng)片為φ8，孔眼間距為20×20cm。鋼筋網(wǎng)片在加工場地內(nèi)統(tǒng)一焊接成合適大小尺寸成片半成品，現(xiàn)場安裝保證其足夠搭接寬度，尾端焊接在錨桿外露頭上。

④噴射砼。噴砼施工采用濕噴工藝，工藝流程為先送風(fēng)，后打開速凝劑，然后開始進(jìn)料。根據(jù)受噴面部位和巖面光滑潮濕情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)風(fēng)壓和速凝劑摻量，以盡量減少回彈量。噴射砼材料要求、拌制要求、作業(yè)要求等均應(yīng)滿足設(shè)計及驗標(biāo)要求。

2．3 公路涵洞預(yù)加固

由于公路涵洞是漿砌塊石，基礎(chǔ)沉降容易破壞涵洞，從而致公路路堤垮塌，在隧道開挖至涵洞下方前，按涵洞的內(nèi)凈空尺寸用工字鋼冷彎成型鋼鋼架，間距50cm。鋼架的縱向連接用 Φ22鋼筋。型鋼鋼架與涵洞內(nèi)弧之間用木楔和木板楔緊，橫撐上滿鋪木板成棧橋作為人員通行的道路，加固方式見圖6《萬家廟隧道下穿渝黔高速公路涵洞預(yù)加固方式圖》。

圖6 萬家廟隧道下穿渝黔高速公路涵洞預(yù)加固方式圖

2．4 監(jiān)控量測

隧道下穿渝黔高速公路，渝黔高速公路的交通量非常大，公路路面處埋深為15米。埋深最淺位于D2K63+360處，只有4．5米，對應(yīng)渝黔高速公路的里程為YQK0+218．388。此處有一座1-3米的石拱涵，兼作排水及公路左側(cè)居民的交通涵，特別要注意公路路面及涵洞處的地表沉降監(jiān)測。

2．4．1 監(jiān)控量測項目

監(jiān)控量測項目包括洞內(nèi)觀測和洞外觀測:(1)洞內(nèi)觀測:水平相對凈空變化值的量測;拱頂下沉量測。(2)洞外觀測:地表下沉量測、在公路的填方邊坡、路肩、路面及中間隔離帶立緣石作沉降、位移觀測。

2．4．2 量測斷面的間距和量測頻率

(1)每個工作面都應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控量測，必要時還要進(jìn)行地質(zhì)描述。對初期支護(hù)要進(jìn)行噴射混凝土、錨桿、鋼架等的狀況描述。

(2)凈空變形量測斷面的間距要根據(jù)圍巖級別進(jìn)行確定。各級圍巖:Ⅴ、Ⅳ級圍巖的量測斷面間距分別為:5m、10m。拱頂下沉量測與凈空水平收斂量測應(yīng)在同一斷面內(nèi)進(jìn)行，見表2《頂下沉及周邊收斂量測頻率表》。

表2 拱頂下沉及周邊收斂量測頻率表

(3)地表下沉量測的測點與凈空水平收斂及拱頂下沉量測的測點布置在同一斷面內(nèi)，沿隧道中線，地表下沉量測斷面的間距按表3《地表下沉量測斷面間距表》采用:

表3 地表下沉量測斷面間距表

進(jìn)行橫斷面方向地表下沉量測測點的間距取2～5m，在同一量測斷面內(nèi)取7～11個測點。地表下沉的量測頻率和拱頂下沉及凈空水平收斂的量測頻率相同。

2．4．3 測點設(shè)置及量測工具

周邊位移量測以水平相對凈空變化值的量測為主，水平凈空變化量測線的布置根據(jù)施工方法、地質(zhì)條件、量測斷面所在位置，隧道埋置深度等條件確定。拱頂下沉量的位置在每一斷面布1～3點。測點的安裝能保證在開挖后12小時內(nèi)和在下一循環(huán)開挖前測到初次讀數(shù)?？拥乐苓吺諗坑嬤x球鉸彈簧式或重錘式，拱頂下沉量測采用水平儀、水準(zhǔn)尺和掛鉤鋼尺等，或者采用激光隧道斷面監(jiān)測儀進(jìn)行量測。

2．4．4 量測數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用

(1)根據(jù)現(xiàn)場量測數(shù)據(jù)繪制水平相對凈空變化，拱頂下沉?xí)r態(tài)曲線，凈空水平收斂、拱頂下沉與距開挖工作面的關(guān)系圖等。

(2)根據(jù)量測結(jié)果及《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，按表4《變形管理等級》指導(dǎo)施工。

表4 變形管理等級

注:其中U為實測值，U0為最大允許位移值，即控制值。

對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)有不斷增大的趨勢、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大或出現(xiàn)明顯的受力裂縫且不斷發(fā)展或時態(tài)曲線長時間沒有變緩趨勢時，應(yīng)立即報告，暫停施工，并采取措施進(jìn)行處理后方可復(fù)工。

2．4．5 控制爆破振動監(jiān)測

本隧道進(jìn)行隧道微振動爆破時，在公路上合適的位置設(shè)置振動觀測點，并進(jìn)行施工全過程的爆破振動監(jiān)測。爆破振動監(jiān)測測點布置在高速公路的路肩上，爆破振動速度控制值為2．5cm/s，共布置2對測點。

2．5 渝黔高速公路的交通組織方案

2．5．1 公路破壞的情況分析

由于鐵路隧道開挖及支護(hù)是循序漸進(jìn)的，如果發(fā)現(xiàn)高速公路地表沉降及洞內(nèi)觀測數(shù)據(jù)異常，立即停止開挖并分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，找準(zhǔn)原因后及時加固初期支護(hù)或經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理審批后加強(qiáng)初期護(hù)。最不利的情況下，由于鐵路隧道開挖對高速公路的破壞有兩種形式:一是路面少量下陷;二是部分路面坍塌。

項目部必須嚴(yán)格遵循管超前、先加固、后開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快成環(huán)、嚴(yán)防水、勤測量、二襯緊跟的原則進(jìn)行施工，才不會造成高速公路雙向四車道全部坍塌斷道的結(jié)果。

2．5．2 高速公路的交通組織

高速公路在施工期間的交通組織分為四個階段:

第一階段:2014年4月10日至6月25日(76天)，取消K1048+350～+650段重慶到貴陽方向的應(yīng)急車道，將然后將車道劃分為兩個車道，封閉行車道，超車道正常通行;第二階段:2014年6月26日至9月9日(76天)，封閉K1048+350～+650段重慶到貴陽方向超車道，行車道正常通行;第三階段:2014年9月10日至11月24日(76天)，取消K1048+350～+650段上行線貴陽到重慶方向的應(yīng)急車道，將然后將車道劃分為兩個車道，封閉超車道，行車道正常通行;第四階段:2014年11月25日至2015年2月8日(76天)，封閉K1048+350～+650段是占用貴陽到重慶方向的行車道，超車道正常通行。

2．5．3 施工前期的準(zhǔn)備工作

(1)在進(jìn)入占道施工段前2km、1km、500m設(shè)置“前方占道施工、道路變窄”等警示標(biāo)志。(2)為了確保高速公路上行車的安全，在與下穿段對應(yīng)的高速公路上設(shè)置強(qiáng)制減速帶、限速標(biāo)志、警示標(biāo)志，將開挖面前后250m范圍內(nèi)的車輛行駛速度限制在40km/h以下。(3)在開挖影響范圍以的重慶和貴陽兩端將中間隔離帶拆除40米并用混凝土硬化，然后安裝可拆卸的鋼管隔離柵欄。(4)用彈性立柱作為能行區(qū)和封閉區(qū)域隔離，做好各種施工標(biāo)志牌的維護(hù)，按照批準(zhǔn)后的方案作好應(yīng)急物資準(zhǔn)備。

3 專項應(yīng)急預(yù)案

3．1 安全分析

萬家廟隧道下穿渝黔高速公路開挖范圍主要地層為Ⅴ級泥巖夾砂層，穩(wěn)定性較差，且該段埋深淺，很容易引起小范圍的坍塌，若不及時加以控制將造成大的坍塌事故，從而導(dǎo)致高速公路的路面下陷甚至是坍塌。且埋深較淺，爆破振動影響較大，在爆破的振動影響下，造成高速公路的路面損壞、邊溝破裂等。在施工過程中必須嚴(yán)格按照施工方案施工，加強(qiáng)洞內(nèi)、外監(jiān)控量測，及時反饋，保證高速公路運營安全和施工安全。

3．2 發(fā)生緊急情況時的交通疏導(dǎo)方案

一旦發(fā)現(xiàn)路面被損壞，立即啟動應(yīng)急預(yù)案。按照預(yù)案通知高速公路的管理單位，并安裝各種警示標(biāo)志。按公路的損壞情況作出相應(yīng)的處置，處置措施見表5《公路路面破壞分類及應(yīng)對措施》。

表5 公路路面破壞分類及應(yīng)對措施

序號 破壞種類 應(yīng)對措施images/BZ_193_206_2472_289_2554.png拆除中間隔離帶柵欄，封閉損壞的車道，改路，待隧道穩(wěn)定后再恢復(fù)路面。路面塌陷images/BZ_193_206_2554_289_2672.png封閉貴陽方向和重慶方向images/BZ_193_206_2672_289_2755.png貴陽方向的車道全部的超車道均被破壞重慶方向的車道全部封閉5路堤邊坡失穩(wěn)重慶方向車道封閉 拆除中間隔離帶柵欄，封閉損壞的車道，改路，盡快恢復(fù)車道。

4 結(jié)束語

該段隧道開挖嚴(yán)格按照施工方案實施并嚴(yán)密監(jiān)測，目前施工進(jìn)展順利，已于2014年11月20日提前完成了下穿段的開挖及支護(hù);由于開挖時采用控制爆破，合理用藥，控制爆破規(guī)模，保證了爆破時路面質(zhì)點振動速率不大于2．5cm/s，未對對洞內(nèi)圍巖和高速公路運營造成任何影響，成功消除了該項目管理的一個重大風(fēng)險源，成為重慶地區(qū)第一個高速鐵路成功下穿既有運營高速公路的一個樣板試驗工點，為今后類似工程施工提供了較好借鑒。

［1］D2K64+090萬家廟隧道設(shè)計圖及相應(yīng)的參考圖冊．

［2］渝黔鐵路YQZQ-4標(biāo)段施工組織設(shè)計．

［3］《鐵路隧道工程施工安全技術(shù)規(guī)程》TB10304-2009/J947-2009．

［4］《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》TB10121-2007．

［5］《鐵路隧道超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)指南》鐵建設(shè)［2008］105號．

［6］《鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》TZ204-2008．

［7］《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》TB10417-2003/J287-2004．