莫靖宇

（中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，太原 030032）

1 引言

近年來(lái)，我國(guó)鐵路事業(yè)迅猛發(fā)展，高鐵建設(shè)如火如荼，取得了巨大成就，截至2021年年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)總里程超1.5×106km，其中高鐵運(yùn)營(yíng)里程突破40 000 km，穩(wěn)居世界第一，八縱八橫的高速鐵路網(wǎng)將我國(guó)帶進(jìn)了高鐵時(shí)代的快車(chē)道，極大地提高了人們的出行效率，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了不可替代的重要作用。

高鐵建設(shè)的成就令人欣喜，但是隨著高鐵建設(shè)里程的不斷增長(zhǎng)，建設(shè)過(guò)程中也出現(xiàn)了一些不可忽視的問(wèn)題，比如，新建鐵路與既有運(yùn)營(yíng)線路交叉的問(wèn)題，無(wú)論上跨還是下穿既有線，施工過(guò)程中都存在極大的安全隱患。

2 工程概況

新建張吉懷鐵路鄧家坡隧道位于湖南省湘西自治州永順縣永茂鎮(zhèn)境內(nèi)，全長(zhǎng)5 737.3 m，共設(shè)輔助坑道2座：1#和平橫洞和2#鄭家橫洞。隧道上跨既有焦柳鐵路黃土崗隧道，交叉點(diǎn)里程為DK42+961（位于2#鄭家橫洞工區(qū)），軌面標(biāo)高為433.18 m，對(duì)應(yīng)焦柳鐵路里程K998+550（=竣工里程593+331.05），軌面標(biāo)高為411.66 m，結(jié)構(gòu)凈距僅11.72 m，如果施工控制不好，會(huì)對(duì)既有隧道的穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生破壞性影響。

原焦柳鐵路為20世紀(jì)六七十年代建設(shè)的客貨共線鐵路，受限于當(dāng)時(shí)的施工技術(shù)水平，隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，多處有開(kāi)裂滲水等現(xiàn)象。雖經(jīng)過(guò)多次修補(bǔ)處理，整體狀況仍然比較脆弱，且經(jīng)過(guò)幾十年時(shí)間的運(yùn)營(yíng)，更容易受到新建隧道施工的破壞性影響，稍有不慎將影響既有焦柳鐵路的正常運(yùn)行安全，隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)極大。

3 施工方案

3.1 原施工方案

據(jù)圖紙地質(zhì)資料顯示交叉影響段圍巖以頁(yè)巖及灰?guī)r為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，弱富水，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)為Ⅴ級(jí)，采用Ⅴ級(jí)加強(qiáng)復(fù)合型襯砌支護(hù)形式。項(xiàng)目部根據(jù)圍巖情況及既有隧道的支護(hù)情況編制了上跨既有線施工的專(zhuān)項(xiàng)施工方案，在交叉點(diǎn)前后100～50 m范圍采用三臺(tái)階七步法鉆爆開(kāi)挖，并在既有線黃土崗隧道內(nèi)交叉處安裝爆破振速監(jiān)測(cè)儀（見(jiàn)圖1）進(jìn)行振速監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制爆破振速在2.5 cm/s[1-2]范圍內(nèi)，實(shí)時(shí)評(píng)估爆破作業(yè)對(duì)既有隧道的影響，確保既有線安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)；進(jìn)入交叉點(diǎn)前后50 m范圍內(nèi)采用機(jī)械開(kāi)挖，即只使用挖掘機(jī)及銑刨機(jī)等機(jī)械設(shè)備配合人工開(kāi)挖，以消除爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道的影響。

圖1 爆破測(cè)振儀

3.2 優(yōu)化施工方案

在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)掌子面無(wú)水且圍巖整體強(qiáng)度較高，使得機(jī)械開(kāi)挖效率極低且故障頻出，一天開(kāi)挖進(jìn)尺不到0.5 m，不僅嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，而且出現(xiàn)了大量的人員窩工，對(duì)施工隊(duì)伍的穩(wěn)定也造成了不利影響，仔細(xì)權(quán)衡利弊后決定仍然采用鉆爆法進(jìn)行交叉段的開(kāi)挖施工。鉆爆法施工必然會(huì)產(chǎn)生爆破振動(dòng)，對(duì)周邊圍巖的影響比機(jī)械開(kāi)挖要大。為最大限度減小爆破作業(yè)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)既有隧道運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生的不利影響，必須制訂安全可靠的爆破施工方案，順利穿過(guò)交叉段。

在進(jìn)入交叉點(diǎn)前100～50 m段按原有爆破方案取得了50 m爆破振速數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，施工中偶爾會(huì)出現(xiàn)爆破振速超標(biāo)情況，通過(guò)縮短循環(huán)進(jìn)尺、減少炸藥量能夠很好地控制振速，在進(jìn)入交叉點(diǎn)50 m范圍后，既有隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)到的振動(dòng)越來(lái)越大，為更好地掌握掌子面施工情況及既有隧道的運(yùn)營(yíng)情況，項(xiàng)目部及時(shí)與當(dāng)?shù)罔F路部門(mén)溝通取得了列車(chē)運(yùn)行時(shí)刻表，同時(shí)在隧道掌子面、橫洞與正洞的交叉口、橫洞口、洞外值班室、既有黃土崗隧道洞口及洞內(nèi)交叉點(diǎn)都安排專(zhuān)人值班，通過(guò)對(duì)講機(jī)實(shí)時(shí)通話聯(lián)系，隨時(shí)掌握列車(chē)運(yùn)行情況，確定無(wú)列車(chē)通行或列車(chē)安全通過(guò)后進(jìn)行起爆作業(yè)，爆破結(jié)束后立即記錄爆破振速，觀察既有隧道變化情況，以便及時(shí)調(diào)整施工方案。

隨著施工掌子面離交叉點(diǎn)越來(lái)越近，既有隧道內(nèi)能感受到的爆破振動(dòng)也越來(lái)越強(qiáng)烈，而且隧道爆破振動(dòng)圍巖受到影響的部位主要集中在邊墻及拱底部位[3]，所以之前的單一調(diào)整循環(huán)進(jìn)尺和炸藥量已起不到控制振速的作用了。經(jīng)過(guò)仔細(xì)研究，決定通過(guò)加密炮孔，減少裝藥量，縮短循環(huán)進(jìn)尺，改變起爆順序，優(yōu)化炮眼布置等多措并舉，將爆破振速控制在允許范圍內(nèi)。

在優(yōu)化爆破方案方面采取了以下措施。

1）縮短循環(huán)進(jìn)尺：每循環(huán)進(jìn)尺縮短為0.5～0.6 m。

2）加密周邊眼：周邊眼間距由原來(lái)的45 cm縮小為30 cm，采用隔孔裝藥的形式。

3）減少裝藥量，以微震松動(dòng)爆破為主。炸藥單位消耗量控制在0.3 kg/m3左右，單次起爆總藥量控制在16 kg[4]以?xún)?nèi)，使用毫秒雷管微差爆破單響用藥量控制在4 kg以?xún)?nèi)，周邊眼裝藥量由0.2 kg/孔減少到0.1 kg/孔。

4）取消底板眼，改變爆破臨空面使抵抗線方向轉(zhuǎn)移到側(cè)面，減少對(duì)隧道底部的振動(dòng)傳遞。

5）采用分部多次爆破形式，既上臺(tái)階、中臺(tái)階、下臺(tái)階分開(kāi)爆破，交叉點(diǎn)附近10 m范圍每個(gè)臺(tái)階再分兩次爆破，同時(shí)為減小掏槽眼爆破產(chǎn)生的振動(dòng)過(guò)大，采用增加空孔直眼掏槽爆破[5-6]的方式降低掏槽爆破振動(dòng)強(qiáng)度。

6）爆破前臨空面的堆渣清理干凈，創(chuàng)造良好的臨空面。

3.3 優(yōu)化爆破方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

優(yōu)點(diǎn)：經(jīng)調(diào)整后爆破產(chǎn)生的振動(dòng)影響大大減小，有效控制了振速，避免了對(duì)既有隧道運(yùn)營(yíng)可能產(chǎn)生的破壞性影響；相比單純的機(jī)械開(kāi)挖方式，爆破作業(yè)大大提高了開(kāi)挖效率，保證了施工進(jìn)度，也避免了人員窩工。

缺點(diǎn)：一次掌子面開(kāi)挖需要經(jīng)過(guò)多次小爆破作業(yè)，延長(zhǎng)了循環(huán)作業(yè)時(shí)間，同時(shí)由于多次小爆破時(shí)間間隔很短，爆破產(chǎn)生的濃煙等有害氣體不能及時(shí)排出，施工環(huán)境比較惡劣。爆破后應(yīng)及時(shí)通風(fēng)排煙，保證每個(gè)人每分鐘有3 m3新鮮空氣[7]，并用灑水降塵的方法保證人員安全。

原爆破方案與優(yōu)化后的爆破方案見(jiàn)圖2。

圖2 爆破方案對(duì)比圖

實(shí)踐證明，按照調(diào)整后的爆破方案施工達(dá)到了預(yù)期的效果，順利通過(guò)了交叉影響段，爆破后觀察既有線黃土崗隧道交叉段沒(méi)有出現(xiàn)掉塊和開(kāi)裂等現(xiàn)象，沒(méi)有對(duì)既有線正常運(yùn)營(yíng)造成不良影響，張吉懷鐵路已于2021年12月順利通車(chē)。

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為準(zhǔn)確掌握掌子面前方圍巖地質(zhì)情況，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作緊跟施工進(jìn)行，采用地質(zhì)調(diào)查與勘探相結(jié)合、物探與鉆探相結(jié)合、長(zhǎng)距離與短距離相結(jié)合的方法全面掌握圍巖情況，為制訂施工方案提供實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的地質(zhì)資料支撐。具體超前地質(zhì)預(yù)報(bào)措施[8]有以下幾項(xiàng)。

1）地質(zhì)素描：每施工循環(huán)一次。

2）長(zhǎng)距離彈性波反射法探測(cè)貫通：每100 m一次，搭接長(zhǎng)度10 m。

3）地質(zhì)雷達(dá)或單點(diǎn)反射波法探測(cè)：每25 m一次，搭接長(zhǎng)度5 m。

4）中距離超前水平鉆1孔，30 m一循環(huán)，搭接長(zhǎng)度5 m。

5）加深炮孔3孔貫通，2 m一循環(huán)。

施工過(guò)程中，根據(jù)隧道的地質(zhì)復(fù)雜程度分級(jí)，不同級(jí)別的地段采取不同的預(yù)報(bào)方法，抓住重點(diǎn)，增強(qiáng)針對(duì)性，提高預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性。

5 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)方面，除振速監(jiān)測(cè)外，還在黃土崗隧道內(nèi)交叉段前后100 m范圍內(nèi)布設(shè)了5組圍巖監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)及沉降觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)隧道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)掌握隧道變化情況以便于出現(xiàn)特殊情況及時(shí)做出應(yīng)對(duì)之策。

監(jiān)控量測(cè)是保證隧道施工安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，始終將監(jiān)控量測(cè)納入施工工序，配備監(jiān)控量測(cè)專(zhuān)業(yè)人員，施工中及時(shí)布設(shè)測(cè)點(diǎn)，建立最大日變形量和累計(jì)變形風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，及時(shí)觀測(cè)數(shù)據(jù)、及時(shí)分析數(shù)據(jù)、及時(shí)反饋結(jié)果、及時(shí)采取措施。

6 加強(qiáng)支護(hù)措施

為防止隧道施工可能出現(xiàn)大變形對(duì)既有隧道產(chǎn)生擠壓影響，施工中采取以下工程處理措施。

1）巖變我變，結(jié)合地層情況采用不同的開(kāi)挖支護(hù)方法來(lái)控制圍巖變形。

2）采用超前注漿加固技術(shù)，以提高圍巖的物理力學(xué)參數(shù)及應(yīng)力分布的均勻性。

3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圍巖松動(dòng)的范圍，根據(jù)圍巖應(yīng)力特征，采用中長(zhǎng)錨桿（管）圍巖加固技術(shù)，以控制變形。

4）通過(guò)加大隧道的預(yù)留變形量（部分段落最大預(yù)留變形量達(dá)到了50 cm），加強(qiáng)隧道的初期支護(hù)參數(shù)，如噴射混凝土的厚度、鋼架的間距、型鋼的型號(hào)、錨桿的長(zhǎng)度等來(lái)控制變形。

5）仰拱、二次襯砌緊跟掌子面施工，仰拱安全步距控制在30 m以?xún)?nèi)，二次襯砌安全步距控制在50 m以?xún)?nèi)，并加強(qiáng)二次襯砌的結(jié)構(gòu)厚度和鋼筋布置。

7 結(jié)語(yǔ)

1）通過(guò)采取加密炮孔，減少裝藥量，縮短循環(huán)進(jìn)尺、改變起爆順序、優(yōu)化炮眼布置等措施，有效降低了爆破振動(dòng)對(duì)既有隧道的影響。

2）需要采取及時(shí)通風(fēng)及噴淋灑水等有效措施消除多次連續(xù)爆破產(chǎn)生的有害氣體及粉塵等對(duì)作業(yè)人員的影響。

3）必須有及時(shí)準(zhǔn)確的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)給施工提供保障，再加上各種加強(qiáng)支護(hù)措施，才能有效減小施工安全風(fēng)險(xiǎn)。