楊格

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都 610031）

1 前言

中國(guó)水資源較為匱乏，而且分布極其不均勻，因此南水北調(diào)、滇中引水等水資源調(diào)配工程應(yīng)運(yùn)而生，此類工程一般跨越區(qū)域大，影響范圍廣。中國(guó)鐵路近20年來的高速發(fā)展，引水隧道與鐵路線相交、沖突的工況很多，而鐵路作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈，營(yíng)業(yè)線安全關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，如何實(shí)現(xiàn)水工隧道安全穿越鐵路線的施工技術(shù)有很大的研究和實(shí)用價(jià)值。本文以滇中引水工程螺峰山隧道的成功下穿玉蒙鐵路漢邑隧道對(duì)此類工程的施工安全技術(shù)進(jìn)行分析和歸納，為類似工程提供有成功實(shí)例的借鑒。

2 工程概況

螺峰山隧道位于云南省玉溪市區(qū)，隧道走向由北向南，全長(zhǎng)14 571 m。隧道橫斷面為城門洞型，寬4.12 m，高4.86 m，開挖面積約18.52 m2，為輸水隧道。隧區(qū)為侵蝕地貌、構(gòu)造侵蝕溶蝕地貌。隧洞沿線地形坡度20°～40°。地層巖性有長(zhǎng)石石英砂巖、砂巖、泥巖、礫巖、泥灰?guī)r等。隧道穿越小江、西有普渡河、南臨曲江等斷裂帶。

螺峰山隧道與玉蒙鐵路漢邑隧道為交叉關(guān)系：螺峰山隧道前段由北方向往南方向施工，玉蒙鐵路隧道為西北向東南走向。螺峰山隧道YX61+527.078與玉（溪）蒙（自）鐵路存在立體交叉，交叉段為隧洞下穿鐵路隧道，穿越處為五級(jí)圍巖，洞身段巖體較破碎，厚度約32 m，大于3倍洞高，該處隧洞埋深100～110 m，如圖1所示。

圖1 螺峰山隧道與玉蒙鐵路漢邑隧道相交關(guān)系圖

3 風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)應(yīng)措施

螺峰山隧道爆破產(chǎn)生的爆破震動(dòng)、沖擊波、噪聲等對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)會(huì)產(chǎn)生影響，特別是爆破震動(dòng)對(duì)營(yíng)業(yè)線運(yùn)營(yíng)安全的影響較大，為控制重點(diǎn)。為確保玉蒙鐵路漢邑隧道運(yùn)營(yíng)安全和螺峰山隧道施工安全，首先應(yīng)進(jìn)行有效的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，精確掌握影響洞段的圍巖情況；合理選擇交叉影響段施工方法，螺峰山隧道與鐵路交叉段前后各200 m范圍采用機(jī)械或人工進(jìn)行開挖；與鐵路交叉段前后各1 km范圍（不含交叉段前后200 m）采用控制爆破；采用有效的監(jiān)測(cè)手段對(duì)漢邑隧道和螺峰山隧道進(jìn)行監(jiān)控，掌握變化動(dòng)態(tài)。最后，應(yīng)建立應(yīng)急救援體系，防患于未然，確保鐵路隧道運(yùn)營(yíng)和水工隧道施工安全。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

多種類相印證的預(yù)報(bào)方法如下。

地質(zhì)分析法：利用鉆探和現(xiàn)代物探等手段，探測(cè)隧道巖土體開挖面前方的地質(zhì)情況，在施工前通過分析隧道介質(zhì)物性差異特點(diǎn)，掌握前方的巖土體結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)以及地下水的賦存情況、地應(yīng)力情況等地質(zhì)信息。

加深炮孔法：應(yīng)在施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)洞段全覆蓋（采用超前鉆探洞段除外），前后探測(cè)循環(huán)宜有適當(dāng)重合段。揭示巖溶或者地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí)應(yīng)增加孔數(shù)。

超前地質(zhì)鉆探：超前水平鉆孔相比加深炮孔探測(cè)距離較長(zhǎng)，花費(fèi)時(shí)間也較多，一般每次鉆30 m，搭接5 m。主要布置在地質(zhì)復(fù)雜洞段，與加深炮孔形成長(zhǎng)短結(jié)合的鉆孔探測(cè)，每斷面根據(jù)情況布1～3個(gè)孔。

長(zhǎng)距離物探法：以TRT為主。通過對(duì)人造地震波的收集分析和成像，形成隧洞地質(zhì)情況三維成像，每次可以預(yù)測(cè)長(zhǎng)度約120 m。

短距離物探法：以地質(zhì)雷達(dá)法為主，利用雷波對(duì)前方0～35 m地質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

5 施工工法及控制措施

螺峰山隧道下穿玉蒙鐵路交叉段前后各1 km范圍（不含交叉段前后200 m），采用控制爆破，鐵路隧道控制爆破振動(dòng)速度不大于2 cm/s。

5.1 控制爆破設(shè)計(jì)

爆破試驗(yàn)及參數(shù)選擇：施工前通過工藝試驗(yàn)確定爆破參數(shù)；對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，控制爆破振動(dòng)速度小于2 cm/s。

爆破器材如表1所示，采用φ32乳化炸藥。該類炸藥主要性能為：藥卷密度為0.95～1.25 g/cm3，殉爆距離大于等于3 cm，猛度大于等于12 mm，爆速大于等于3 200 m/s，爆力大于等于320 mL。雷管采用非電毫秒導(dǎo)爆雷管，連接擊發(fā)管擊發(fā)針引爆。非電毫秒導(dǎo)爆雷管共采用1～9號(hào)奇數(shù)段位。

表1 爆破器材

掏槽方式：根據(jù)斷面尺寸及圍巖特性采用楔形掏槽，掏槽位置選擇在隧洞中線位置。

炮眼布置參數(shù)：周邊眼距離周邊輪廓線20 cm處開始鉆眼，眼底向輪廓線方向傾斜，硬巖可達(dá)到或稍超出輪廓線位置，中硬巖眼底距輪廓線約0.1 m，軟巖為垂直眼，周邊眼采用不耦合裝藥及間隔裝藥（通過實(shí)驗(yàn)確定參數(shù)），再通過爆破效果對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行修正。具體如表2所示。

表2 炮眼布置參數(shù)表（單位：cm）

Ⅳ、Ⅴ類圍巖鉆爆設(shè)計(jì)：采用光面爆破，掏槽采用二級(jí)楔形掏槽，掏槽眼長(zhǎng)度比輔助眼深0.1～0.2 m。周邊眼間距0.40～0.35 m，線裝藥集中度q為0.2～0.3 kg/m，每循環(huán)開挖進(jìn)尺控按1.6～1.8 m進(jìn)行控制。Ⅳ類圍巖開挖炮眼布置如圖2所示。Ⅴ類圍巖開挖炮眼布置如圖3所示。

圖2 Ⅳ類圍巖開挖炮眼布置

圖3 Ⅴ類圍巖開挖炮眼布置圖

堵塞方式：嚴(yán)格按爆破設(shè)計(jì)圖裝約，炮泥堵塞長(zhǎng)度不小于20 cm。

爆破效果檢查和參數(shù)優(yōu)化：爆破后應(yīng)對(duì)超欠挖，開挖輪廓、進(jìn)尺及石渣塊大小等進(jìn)行檢查，當(dāng)存在問題時(shí)要有針對(duì)性地調(diào)整爆破參數(shù)。

爆破振動(dòng)控制和驗(yàn)算：根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》規(guī)定，鐵路隧道控制爆破振動(dòng)速度不應(yīng)大于2 cm/s。

式（1）中：v為地面質(zhì)點(diǎn)峰值振動(dòng)速度，cm/s；Q為炸藥量，kg，齊發(fā)爆破時(shí)為總藥量，延時(shí)爆破時(shí)為最大一段藥量；R為觀測(cè)（計(jì)算）點(diǎn)到爆源的距離，m；k、α分別為與爆破點(diǎn)至計(jì)算點(diǎn)間的地形、地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，可按表3選取，也可通過類似工程選取或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。

表3 爆區(qū)不同巖性的K、α值與巖性的關(guān)系

爆破震動(dòng)安全距離按下式計(jì)算：

式（2）中：V為地震安全速度，本工程按V=2 cm/s控制；Q為最大一段藥量，本工程中為11.3 kg，為輔助眼段位；m=1/3；K、a為有關(guān)系數(shù)。

將數(shù)值代入式（2）得：

堅(jiān)硬巖石：R=（K/V）1/aQm＝（50/2）1/1.3×11.31/3=11.89×2.244≈26.68 m。

堅(jiān)硬巖石：R=（K/V）1/aQm＝（150/2）1/1.5×11.31/3=17.78×2.244≈39.9 m。

堅(jiān)硬巖石爆破震動(dòng)安全距離為26.68～39.9 m。

中硬巖石：R=（K/V）1/aQm＝（150/2）1/1.5×11.31/3=17.78×2.244≈39.9 m。

中硬巖石：R=（K/V）1/aQm＝（250/2）1/1.8×11.31/3=14.62×2.244≈32.8 m。

中硬巖石爆破震動(dòng)安全距離為39.9～32.8 m。

軟巖石：R=（K/V）1/aQm＝（250/2）1/1.8×11.31/3=14.62×2.244≈32.81 m。

軟巖石：R=（K/V）1/aQm＝（350/2）1/2.0×11.31/3=13.23×2.244≈29.69 m。

軟巖石爆破震動(dòng)安全距離為32.81～29.69 m。

按最不利單段最大藥量為11.3 kg時(shí)，距離爆區(qū)39.9 m外爆破振動(dòng)速度小于2 cm/s，交叉段前后200 m不采用爆破開挖，技術(shù)條款要求控制爆破振動(dòng)速度2 cm/s，因此交叉段爆破施工期間爆破震速度滿足相關(guān)施工技術(shù)要求，對(duì)鐵路影響可控。

5.2 機(jī)械開挖

螺峰山隧道下穿玉蒙鐵路交叉段前后各200 m采用機(jī)械開挖，機(jī)械開挖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用懸臂掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行開挖，銑挖機(jī)配合進(jìn)行修邊。

懸臂掘進(jìn)機(jī)的切割方式是從掃底開始切割，再按S形左右循環(huán)向上的切割路線逐級(jí)切割以上部分。選用右旋截割頭截割硬巖，先由右向左從掃底開始切割，再按從左至右、自下往上的方式或從右往左、自上而下逐步進(jìn)行切割。如遇節(jié)理發(fā)育較高巖石，則應(yīng)選擇巖石節(jié)理方向逐步切割。懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖工藝流程如圖4所示。掘進(jìn)機(jī)切割方式如圖5所示。

圖4 懸臂掘進(jìn)機(jī)開挖工藝流程圖

圖5 掘進(jìn)機(jī)切割方式示意圖

6 監(jiān)控措施

6.1 隧道監(jiān)控量測(cè)

加強(qiáng)隧道交叉段監(jiān)控量測(cè)，特別是拱頂下沉與洞周收斂的監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)斷面在鐵路交叉段前后各1 km范圍（不含交叉段前后200 m），按10 m間距布置，交叉段前后各200 m范圍按5 m間距布置。

測(cè)點(diǎn)與測(cè)線布置：拱頂下沉測(cè)點(diǎn)與收斂測(cè)點(diǎn)布置在同一斷面，拱頂下沉設(shè)置3個(gè)測(cè)點(diǎn)，中線附近1個(gè)，兩側(cè)間距1 m各設(shè)1個(gè)。上臺(tái)階、下臺(tái)階開挖各設(shè)2條收斂測(cè)線。

測(cè)點(diǎn)設(shè)置：所有測(cè)點(diǎn)均采用φ16鋼筋設(shè)置，鋼筋長(zhǎng)度50 cm，手持電鉆鉆孔，錨固劑錨固，固定后設(shè)置免棱鏡反光片。

監(jiān)測(cè)頻率：按鐵路隧道施工安全監(jiān)測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，變形出現(xiàn)2 mm/d預(yù)警時(shí)，監(jiān)測(cè)頻率調(diào)制至1次/2 h；變形出現(xiàn)5 mm/d，監(jiān)測(cè)頻率調(diào)制至1次/h，并制定應(yīng)急加工方案，做好相應(yīng)準(zhǔn)備。

6.2 營(yíng)業(yè)線監(jiān)控

下穿前應(yīng)調(diào)查和記錄既有鐵路的情況，要加強(qiáng)各項(xiàng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)并通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)成果，分析對(duì)鐵路的影響程度、隧洞開挖后圍巖收斂趨勢(shì)等，及時(shí)調(diào)整方案，保障既有鐵路及隧洞施工安全。

測(cè)點(diǎn)布置：在隧洞開挖影響范圍外的穩(wěn)定地點(diǎn)布置3個(gè)水準(zhǔn)工作基點(diǎn)；在交叉最近點(diǎn)既有鐵路布置一個(gè)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；從隧道洞口對(duì)應(yīng)的營(yíng)業(yè)線路肩位置朝隧道施工方向每30 m設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)。沉降、水平位移觀測(cè)樁采用Φ28 mm長(zhǎng)1.2 m的鋼桿。樁周上部0.2 m用混凝土澆注固定。

監(jiān)測(cè)頻次：在施工前對(duì)所有樁位進(jìn)行復(fù)測(cè)，作為正式起始讀數(shù)。爆破施工開始和結(jié)束時(shí)各測(cè)一次。

觀測(cè)方法：水平觀測(cè)樁標(biāo)高采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)，水平測(cè)量應(yīng)達(dá)到四等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)量精度應(yīng)達(dá)到±1 mm，讀數(shù)取為0.1 mm。

預(yù)警：在營(yíng)業(yè)線不限速的情況下，臨近線路一側(cè)單日位移達(dá)2 mm/d且不收斂時(shí)或累計(jì)位移達(dá)10 mm，停止施工。

7 應(yīng)急處置

7.1 應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)

項(xiàng)目部成立應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組，下設(shè)4個(gè)應(yīng)急小組，分別為搶險(xiǎn)救援組、技術(shù)支持組、綜合協(xié)調(diào)組、后勤保障組，明確職責(zé)，配足資源，應(yīng)急有備，聞險(xiǎn)而動(dòng)。

7.2 分級(jí)響應(yīng)機(jī)制

應(yīng)急預(yù)案響應(yīng)分為三個(gè)層級(jí)，分別對(duì)應(yīng)發(fā)生（可能發(fā)生）事故等級(jí)決定，分為一般事故預(yù)案響應(yīng)、重大事故預(yù)案響應(yīng)、特大及以上事故預(yù)案響應(yīng)。

7.3 定期演練制度

為保證體系的有效性，每季度進(jìn)行專項(xiàng)演練一次，每半年進(jìn)行一次綜合演練。

8 結(jié)語

滇中引水工程螺峰山隧道下穿玉蒙鐵路漢邑隧道，通過有效的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)精確掌握交叉段圍巖情況，再根據(jù)情況進(jìn)行合理的工法選擇確保了施工安全。在監(jiān)測(cè)方面，建立了完善的隧道施工和鐵路營(yíng)業(yè)線監(jiān)測(cè)體系監(jiān)測(cè)施工對(duì)營(yíng)業(yè)線和圍巖結(jié)構(gòu)的影響，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，防患于未然。施工中還建立了應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)，完善了分級(jí)響應(yīng)機(jī)制，為下穿鐵路營(yíng)業(yè)線施工加上了多道保障，本文對(duì)水工隧道下穿鐵路營(yíng)業(yè)線施工安全技術(shù)進(jìn)行了較為全面的分析和總結(jié)，具有很好的借鑒價(jià)值。