趙全超

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031）

1 引言

鐵路樞紐是在鐵路網(wǎng)點(diǎn)或網(wǎng)端，由兩條或以上干線、若干個車站、各種為運(yùn)輸服務(wù)的設(shè)施及其聯(lián)絡(luò)線等所組成的整體[1]。隨著鐵路工程建設(shè)的快速發(fā)展，西部山區(qū)地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，樞紐范圍環(huán)境敏感性強(qiáng)，受控因素多，因此，線路進(jìn)入樞紐范圍后，常采用不同速度目標(biāo)值予以克服，故出現(xiàn)多條鐵路緊鄰、線間距小、隧道合分修等情況，對隧道設(shè)計提出了較高的要求。近幾年來，國內(nèi)專家及學(xué)者對多洞并行同時施工的小凈距隧道、地鐵工程下穿既有構(gòu)筑物的受力分析、變形影響做了大量的研究工作[2-5]，但鐵路樞紐地區(qū)敏感環(huán)境下隧道工程修建技術(shù)需進(jìn)一步探索和研究。

本文結(jié)合云桂鐵路百色站疏解工程南角亭二號、三號隧道的設(shè)計，探討了鐵路樞紐地區(qū)隧道工程的設(shè)計思路及經(jīng)驗[6]，為今后類似工程的設(shè)計及施工提供參考和借鑒。

2 工程背景及概況

云桂鐵路南寧至百色段于2015 年年底開通運(yùn)營，云桂鐵路百色站疏解工程建設(shè)相對滯后，為減少對已建成的云桂鐵路正線工程的影響，避免后期緊鄰運(yùn)營線施工等問題，百色站疏解工程南昆貨車右線上行聯(lián)絡(luò)線及南昆客車右線與云桂鐵路不可分修的線下工程應(yīng)與正線工程同步建成。

2.1 鐵路線位相對關(guān)系

百色站疏解工程中南昆客車右線與云桂貨車右線間設(shè)置南昆貨車右線上行聯(lián)絡(luò)線（以下簡稱“聯(lián)絡(luò)線”），在已建成的云桂正線南角亭一號隧道隧址附近，位于云桂正線右側(cè)，鐵路線位平面相對關(guān)系如圖1 所示。

圖1 百色站疏解工程鐵路線位平面布置圖

2.2 隧道概況

既有云桂正線南角亭一號隧道，全長285 m，為200 km/h，預(yù)留250 km/h 條件客貨共線雙線隧道。

擬建南角亭二號隧道位于聯(lián)絡(luò)線上，全長277.54 m，按50 km/h 普通貨物運(yùn)輸隧道設(shè)計，隧道最大埋深約42 m。全隧除進(jìn)口40.55 m 位于半徑R=700 m 的右偏曲線上，其余均位于直線上；洞內(nèi)縱坡依次為0‰/82.54 m、6‰/195 m。聯(lián)絡(luò)線中線與云桂正線左線中線線間距從18.68 m 漸變至61.46 m；根據(jù)站場布置要求，隧道進(jìn)口LDK0+147.46～LDK0++310 段162.54 m設(shè)置安全線，為雙線隧道；出口LDK0+386～LDK0++425 段39 m 聯(lián)絡(luò)線與南昆客車右線線間距為9.53～6.28 m，合修為雙線隧道；其余76 m 為單線隧道。

擬建南角亭三號隧道位于南昆客車右線上，設(shè)計終點(diǎn)為NHYDK227+183.673（即聯(lián)絡(luò)線LDK0+386），全長253.673 m，按80 km/h 普通客車單線隧道設(shè)計，隧道最大埋深約40 m。全隧位于直線上，洞內(nèi)縱坡為-3.95‰單面下坡。南昆客車右線NHYDK227+183.673～NHYDK227+222.808 段與聯(lián)絡(luò)線合修為雙線大跨隧道，按南角亭二號隧道拉通設(shè)計。

2.2.1 地形地貌及地表環(huán)境

隧址區(qū)隸屬丘陵剝蝕地貌，山體較緩，自然坡度25°～38°，坡面植被發(fā)育。隧道進(jìn)口靠近324 國道、出口有村落分布，交通條件較好。

隧道進(jìn)口段線路左側(cè)約40～70 m 處地表為百色市百色起義紀(jì)念公園，停車場、紀(jì)念碑、雕塑、紀(jì)念公園管理用房等建（構(gòu)）筑物，地表環(huán)境較為復(fù)雜。

2.2.2 工程地質(zhì)條件

隧區(qū)范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)河口組下段（T2h1）泥質(zhì)砂巖夾泥巖，覆土層及基巖全、強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，巖質(zhì)較軟；巖層呈單斜狀、地質(zhì)構(gòu)造簡單。

3 隧道開挖穩(wěn)定性模擬分析

擬建南角亭二號隧道進(jìn)口LDK0+147.46～LDK0+189 段左側(cè)緊鄰既有云桂正線南角亭一號隧道，聯(lián)絡(luò)線與云桂正線左線中線線間距為18.68～20.84 m（凈巖柱為5.28～11.64 m），擬建、既有隧道相對位置關(guān)系詳見圖2。

圖2 南角亭一號、二號、三號隧道進(jìn)口橫斷面位置關(guān)系圖

3.1 有限元模型建立

為避免擬建隧道開挖過程中，圍巖卸荷對既有隧道造成偏壓影響隧道結(jié)構(gòu)安全，于兩隧之間設(shè)置隔離防護(hù)樁。本次選取南角亭二號隧道進(jìn)口段（LDK0+155～LDK0+189 暗洞段，凈巖柱6.2～11.64 m）為研究對象，在充分模擬研究區(qū)域地形地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，建立擬建、既有隧道及工程措施（隔離防護(hù)預(yù)加固樁）的整體三維有限元計算模型，運(yùn)用三維非線性有限元法，開展擬建隧道開挖穩(wěn)定性分析，確定隔離防護(hù)預(yù)加固措施的適應(yīng)性，有限元模型洞口相對位置關(guān)系如圖3 所示。

圖3 隧道進(jìn)口相對位置關(guān)系

3.2 巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)如表1 所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)

3.3 隧道開挖穩(wěn)定性分析

3.3.1 分析工況組合

為研究臨近隧道開挖的相互影響，本次僅對擬建南角亭二號隧道進(jìn)口暗洞段的位移變化情況進(jìn)行模擬分析（擬建南角亭三號隧道距離既有隧道相對較遠(yuǎn)，不做分析），分析工況組合如表2 所示。

表2 有限元分析工況組合

3.3.2 各工況位移變化分析結(jié)果

工況一分析結(jié)果如圖4 和圖5 所示：左洞施工完成，未施作預(yù)加固樁之前，右洞毛洞開挖。

圖4 工況一右洞水平位移圖

圖5 工況一右洞豎向位移圖

工況二分析結(jié)果如圖6～圖9 所示：左洞施工完成，施作預(yù)加固樁完成后，右洞毛洞開挖。

圖6 工況二右洞水平位移圖

圖7 工況二右洞豎向位移圖

圖8 工況二預(yù)加固樁水平位移圖

圖9 工況二預(yù)加固樁豎向位移圖

各組合工況下計算結(jié)果對比見表3。

表3 位移變化情況分析結(jié)果

從表3 分析結(jié)果來看，擬建南角亭一號隧道開挖過程中對洞周地層位移存在一定的影響，需采取必要的隔離防護(hù)措施確保既有隧道及地表敏感構(gòu)筑物的安全。

4 擬建隧道主要工程措施

4.1 隔離防護(hù)措施

根據(jù)隧道開挖穩(wěn)定性分析結(jié)果，擬建南角亭二號隧道LDK0+155～LDK0+189 暗洞段覆土層及泥質(zhì)砂巖夾泥巖，全、強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，巖質(zhì)較軟，為避免對既有隧道及地表構(gòu)筑物造成破壞，于本段聯(lián)絡(luò)線中線左側(cè)6 m 處設(shè)置一排鉆孔灌注樁進(jìn)行隔離防護(hù)，樁直徑1.25 m，樁間距2.0 m，樁長23 m。

4.2 施工監(jiān)測及施工工序要求

4.2.1 爆破要求及施工監(jiān)測

1）隧道進(jìn)口LDK0+147.46～LDK0+185 段采用非爆破開挖，必要時結(jié)合地質(zhì)條件采用控制爆破；LDK0+185～LDK0+310段采用控制爆破，以既有南角亭一號隧道為保護(hù)對象，根據(jù)GB 6722—2014《爆破安全規(guī)程》相關(guān)要求，本段允許爆破振動速率不得大于10 cm/s。

2）施工過程中除開展必要的洞內(nèi)拱頂沉降、邊墻收斂變形、隧底沉降等監(jiān)測外，由于隧道緊鄰既有隧道，且進(jìn)口段地表附近有百色起義紀(jì)念公園管理用房設(shè)施、紀(jì)念碑、雕塑等敏感構(gòu)筑物，同時應(yīng)重點(diǎn)開展對既有鐵路及地表構(gòu)筑物的沉降及變形監(jiān)控量測。

4.2.2 施工工序要求

1）洞口明洞段施工時，應(yīng)先做好洞口截排水設(shè)施、隔離防護(hù)預(yù)加固樁等措施，再進(jìn)行明洞段開挖，并及時做好洞口邊仰坡防護(hù)，再進(jìn)行暗洞施工。

2）為避免圍巖應(yīng)力重分布的相互影響，南角亭二號隧道先行施工，待開挖并完成初期支護(hù)封閉成環(huán)后，再進(jìn)行南角亭三號隧道施工。后開挖隧道掌子面應(yīng)滯后先開挖隧道掌子面不小于50 m，并加強(qiáng)對初期支護(hù)的監(jiān)控量測。

3）出口合修段施工完畢后，進(jìn)行分修段施工。兩線同時施工時，應(yīng)加強(qiáng)施工和爆破工序管理，當(dāng)一線爆破開挖并完成初期支護(hù)后，方可進(jìn)行另一線爆破作業(yè)。

5 結(jié)論

結(jié)合云桂鐵路百色站疏解工程南角亭二號、三號隧道工程的設(shè)計，認(rèn)識到鐵路樞紐地區(qū)小凈距隧道設(shè)計及施工的技術(shù)難點(diǎn)和安全控制因素，得到如下主要結(jié)論。

1）為降低擬建隧道施工對既有工程及敏感構(gòu)筑物的安全風(fēng)險，通過數(shù)值模擬計算分析，除加強(qiáng)隧道自身的支護(hù)措施、襯砌結(jié)構(gòu)外，采取隔離防護(hù)預(yù)加固措施對隧道的變形位移控制效果明顯。

2）本文重點(diǎn)闡述了隔離防護(hù)措施、施工監(jiān)測及施工工序要求，可為類似工程的設(shè)計施工人員提供參考和借鑒?？紤]到鐵路樞紐線位布置及既有工程分布的復(fù)雜性，還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，充分研究隧道限界及內(nèi)輪廓、合分修方案比選等。

3）鐵路樞紐地區(qū)隧道工程近站區(qū)、市區(qū)，周邊環(huán)境敏感復(fù)雜。一般情況下，隧道埋深淺、穿越風(fēng)化層及土層厚度大，緊鄰（上跨、下穿）既有鐵路工程、構(gòu)筑物等，對隧道工程設(shè)計和施工具有較大的挑戰(zhàn)。