浅析下穿铁路营业线隧道施工工艺要点

范 忠 明

(南京交通职业技术学院,江苏 南京　210000)

0　引言

在下穿铁路营业线的隧道开挖施工中，由于隧道上地层较浅，开挖中地层应力变化，隧道围岩将产生变形，如果开挖方法和加固措施不当，围岩和地表会产生较大的塑性变形和裂缝，施工过程中极易发生坍塌等安全事故，将引起开挖隧道施工安全和下穿营业线隧道的运营安全。为防止在开挖隧道施工中产生裂缝、坍塌和营业线隧道不下沉、开裂。本文结合广通4号隧道的实际开挖施工方法，介绍了在下穿铁路营业线的隧道开挖施工中，采用超前注浆加固开挖，超前小导管、管棚施工进行预先加固开挖施工工艺，并通过控制爆破开挖，有效的解决了隧道变形、裂缝和坍塌等难题，保证了施工和下穿营业线隧道构筑物安全。

1　工程概况

广通至大理线改造工程中，广通4号隧道全长5 690 m,为本标段最长隧道，隧道最大埋深约250 m，隧道进口里程D4K6+115，出口里程D4K11+805，隧道于D4K11+400处下穿既有广大铁路塔脚二号隧道K12+350处,隧道拱顶距既有隧底约21.738 m。既有广大铁路塔脚二号隧道为单线隧道，隧道全长178 m,隧道位于曲线上。K12+350处设计围岩为Ⅲ级围岩，隧道铺底为C15混凝土，铺底厚度为20 cm。

广通4号隧道于2013年开工建设，采用进口、出口、斜井3个作业面同时掘进施工，使用超前注浆加固开挖，超前小导管、管棚施工进行预先加固开挖施工工艺，有效解决了隧道浅埋、地质较差、下穿隧道等施工难题，下穿隧道施工中，下穿观测范围内，既有线所有沉降观测点均无沉降值，既有线边墙稳定，下穿期间未对既有隧道造成不良影响。工程由中铁一局五公司承建施工。

2　隧道开挖施工工艺

2.1　地质预报

及时预报隧道地质情况，掌握和判断开挖工作面前方一定距离内的开挖围岩的位置、宽度，由此判断围岩级别、地下水情况和对隧道施工的影响，为在施工中调整施工方案和措施提供可靠的参数，减少施工中的盲目性，保证隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险的有效措施。项目部根据广通4号隧道地质特点，结合现场施工情况，采用以水平钻探为主的综合方法，分别采用掌子面地质素描、红外探测、地质雷达和超前水平钻孔等方法进行超前地质预报。

2.2　洞身开挖及支护

2.2.1超前注浆加固施工

隧道洞身开挖时，通过超前注浆对破碎围岩进行加固，利用浆液把围岩周围的裂缝充实并胶结起来，可以改善围岩结构，提高围岩整体性和自承能力、降低支护成本、提高支护效果。注浆范围为开挖轮廓线外扩5 m及开挖轮廓线内。每开挖25 m，循环注浆一次，长度为30 m，保留5 m注浆岩盘，设置混凝土止浆墙。

2.2.2超前洞内管棚施工

超前洞内管棚是在开挖工作面的上半断面的周边，采用φ89×5 mm热轧无缝钢管在开挖洞内设置管棚，管棚环向间距20 cm，节长4 mm，外插角不大于12°，长度18 m,纵向间距650 cm，注浆压力0.5 MPa～2.0 MPa,水泥浆液水灰比为1∶1。在临时管棚的防护下，为安全开挖预先增强了地层支承力。

2.2.3超前小导管施工

超前小导管是稳定开挖工作面的一种有效施工方法。在软弱施工中，设置超前小导管对松散岩层起到加固作用，注浆后加强了软弱、松散围岩的稳定，有利于围岩的初期支护开挖。

1)小导管制作。

小导管采用φ42×3.5 mm的无缝钢管，小导管每根长度根据设计值确定。小导管前端10 cm加工成尖锥型，管身每隔10 cm～20 cm钻孔径6 mm～8 mm的注浆小孔，并沿管身呈梅花形均匀布置，导管尾端设止浆段长度不小于30 cm。

2)小导管超前设置要求。

在开挖洞顶拱部范围内，进行小导管超前设置，小导管插入软弱围岩的角度按向外10°～15°角控制。

3)小导管超前施工方法。

小导管超前设置时，应先在工作面上喷射5 cm～10 cm的湿喷混凝土，按设计范围，间距准确地定出管口位置。然后采用YT-28风钻钻孔，钻孔达到设计孔深后，用高压风将孔眼内的碎屑、粉尘吹扫干净，用锤将小导管插打入围岩，小导管插入围岩的长度不能小于小导管管长的90%。

4)超前小导管注浆方法。

超前小导管注浆时，先进行初压注浆，然后进行终压注浆，并在终压下持荷保持1 min～2 min，然后卸去荷载，以保证注浆数量和浆液能扩散到围岩设计要求半径达到的深度。注浆顺序孔位应由低到高，每隔一孔循环进行注浆。注浆结束标准，当压力达到设计注浆终压并稳定10 min～15 min，注浆量达到设计注浆量的80%以上时，可结束该孔注浆。

2.3　下穿既有线特殊地段开挖

2.3.1开挖方式及方法

下穿段根据围岩采用台阶法、三台阶法开挖，采取光面爆破，掏槽形式为垂直楔形掏槽，周边眼采用间隔装药，严格控制爆破量。

2.3.2钻爆设计计算

1)单段最大装药量计算。

该隧道拱顶距既有隧道仰拱距离，预计隧道爆破振动对既有营业线隧道的影响较大，为了保证营业线隧道的安全运营，应通过控制单段总药量的方法控制振动速度。因此，采用控制爆破振速限值下来估算掏槽最大段装药量。根据规范、查阅资料，该处主要构筑物为既有隧道，查表可得：建筑物安全振速为50 mm/s，坚固混凝土建筑物振速临界值不大于200 mm/s，因此隧道控制爆破振速取50 mm/s相对安全，也有足够的安全系数。

2)控制爆破试验段施工。

下穿段施工时,先进行控制爆破试验,选取3 cm/s，5 cm/s的爆破振速计算单段最大装药量进行试验，并实测既有隧道的爆破振速，测量既有隧道的沉降和位移，根据测量爆破振速和观测沉降、位移情况确定选择爆破振速，确定单段最大装药量。

2.3.3钻爆作业施工程序

1)钻孔作业。

准备工作，用全站仪定出隧道中线，水准仪抄平定出轨面线，进而用红油漆画出开挖轮廓线。

隧道半断面开孔采用10台～12台YT-28型手持式凿岩机作业，孔径42 mm。在钻孔时，要求施工人员要保证钻孔的方向、角度和深度，做到钻孔位置准确，严格按照钻孔爆破设计要求进行钻孔作业。

钻眼要求，周边眼是光爆的关键，其钻孔偏斜误差不超过10 cm，困难地段也不超过5 cm。周边眼钻孔位置应定在轮廓线上，其他眼根据掌子面围岩情况合理分布(60 cm～100 cm)。掏槽眼和周边眼的钻孔精度，开孔偏差应控制在5 cm以内。按照设计要求施钻掏槽眼的位置、孔深和倾斜角度，眼底间距误差和眼口间距误差控制在5 cm以内。辅助眼的位置、孔深、倾斜角度按照设计施工，眼口行距、排距误差控制在10 cm以内。周边眼，应由具有实际经验的钻工进行钻孔，要保证眼位有准确的外插角，开孔位置在断面轮廓线上，允许根据掌子面实际情况在轮廓线南边调整其位置，开孔偏差应控制在5 cm以内。

2)装填炸药。

炮眼施钻完成后，逐一将炮眼内的石粉、水泥浆用高压风吹洗干净，并认真检查炮眼位置、深度，炮眼达到设计要求后，在炮眼内填炸药，装填炸药时，要严格按设计的炸药量进行装填,不得乱装填炸药。采用乳化炸药。炮棍用木棍、竹竿或塑料杆制作，直径比炮孔小10 mm～20 mm，以便给出孔线(导爆管、导爆索)留有空隙，所有炮眼均以炮泥堵塞，堵塞长度要求大于30 cm。

3)爆破作业。

炮眼装药操作完成后，在炸药内插入非电毫秒雷管，正向装入眼孔内，将各炮眼的导爆管引线用一把抓的方式把所有使用的导爆管引线连接好，连接线的尾线长度要求大于5 m长，要求采用同种秒段的导爆管，使用专用测试仪器进行测试起爆网线路是否连接正确。爆破作业的起爆顺序是先起爆掏槽眼，然后起爆辅助眼，最后起爆周边眼。爆破作业后，及时对开挖断面进行检查。

4)爆破安全防护措施。

爆破时间应安排在利用列车间隙时间段。爆破前使全体职工明确爆破警戒范围、警戒标志和爆破发出信号的时间和方法。信号应分三次：第一次为预先信号，第二次起爆信号，第三次解除警戒信号。爆破前必须同时发出明确起爆信号，使作业区、警戒危险区内的人员全部撤离到安全地段。在现场安全警戒指挥领导下达起爆指令后，起爆员才能连接起爆长线到安全的地方预备起爆，在起爆员连续发出三声起爆信号，安全警戒指挥员回复同意后方能起爆。

爆破作业时，爆破负责人必须指定三人，专门记录响炮数目，其响炮数必须与装炮数相符无误时，从最后一响算起，经15 min后才准许人员进入爆破点检查，只有确定爆破安全后，经爆破负责人同意方可进入爆破地点。

3　结语

广通4号隧道在下穿铁路营业线的隧道开挖施工,应用的管棚施工、超前小导管施工方法对围岩进行加固，采用超前注浆法加固开挖和控制爆破开挖施工工艺，施工技术可靠，增强了围岩的自稳能力，有效地控制了围岩变形和营业线隧道沉降，施工中没有发生坍塌、人员伤亡事故，减少了安全费用。在施工中营业线隧道和隧道围岩没有出现变形、裂缝和下沉等情况，顺利的通过了下穿营业线隧道段的施工，并缩短了施工工期，保证了隧道施工和下穿营业线隧道构筑物安全。