试论新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工技术

李征文

摘要：交通系统建设是我国现代化建设的重点工作，尤其是公路工程的建设规模正在逐渐扩大，对于其施工质量提出了更高的要求。在新建公路隧道中，往往会遇到跨既有铁路隧道施工的情况，为了确保既有铁路运输正常，这就给新建隧道的施工带来了一定的复杂性。因此，应该控制新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工技术，合理设计爆破装置，为最大限度地降震、减少铁路围岩扰动、确保铁路运营安全奠定坚实基础。本文通过分析某工程的空间交叠情况、地质条件与铁路隧道交叠段支护衬砌参数，对既有铁路隧道无损检测及结果进行研究，提出交叠段结构设计与交叠段公路隧道施工组织设计方案。

Abstract： The construction of transportation system is the key work of China's modernization construction. In particular， the construction scale of highway engineering is gradually expanding， and higher requirements are put forward for its construction quality. In the new highway tunnels， it is often encountered to cross the existing railway tunnel construction. In order to ensure the normal railway transportation， this brings certain complexity to the construction of the new tunnel. Therefore， it is necessary to control the construction technology of new road tunnels across existing railway tunnels and rationally design blasting devices， laying a solid foundation for maximizing earthquake reduction， reducing railway surrounding rock disturbances and ensuring railway operation safety. In this paper， by analyzing the spatial overlap of a project， geological conditions and supporting lining parameters of the overlapping sections of railway tunnels， the non-destructive testing and results of existing railway tunnels are studied， and the design of overlapping sections and the construction organization design of overlapping sections of highway tunnels are proposed.

关键词：新建公路隧道;既有铁路隧道;施工技术

Key words： new highway tunnel; existing railway tunnel; construction technology

中图分类号：U459.1                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）15-0056-04

0  引言

下方铁路隧道受到新建公路隧道施工的影响，结构性破坏就会因隧道结构的变形值过大而出现，严重威胁工程的质量与施工的安全性，与此同时，铁路的正常交通安全也会受到轨道变位的影响，不利于行车安全。在新建公路隧道施工中，应该重点关注隧道开挖和初期支护的施工技术，并对桥面板、桥梁桩基和车辆荷载等对隧道的影响，实现施工技术要点的合理控制。

1  工程项目基本概况

某新建公路隧道工程的左线长度为965m，右线长度为968m。在竣工后，将利用M7.5浆砌片石对斜井洞口和正洞与斜井连接处进行封堵，并控制封堵厚度在3m左右。新建公路隧道桥梁与既有铁路隧道存在空间交叠情况，且交叉角度在44.9°-63.1°之间。该隧道的正常涌水量为1890m3/d，该地段的主要不良地质类型为岩溶，呈现垂直发育的特点。当前工程的系统锚杆类型为Φ22砂浆锚杆，锚杆长度为2.5m，排距和环距分别控制在1m。采用C20喷射混凝土，厚度在100mm左右。钢筋网规格选择φ8@250×250mm。在二次襯砌的施工中，拱墙混凝土选择C25素混凝土，控制其厚度在300mm左右;仰拱混凝土选择C25素混凝土，控制其厚度在400mm左右。图1为某工程中隧道交叠段示意图。

2  隧道影响因素分析

2.1 桥面板和桥梁桩基的影响  在桩基施工中，应控制群桩应力扩散角度，一般情况下应该为土的内摩擦角的1/4，控制桥梁桩基的入土深度满足设计要求，一般情况下为16-17m之间。此外，还应该对两侧桩基与公路隧道的距离进行设置，通常情况下为8-15m。在施工作业中采用三维模拟的方式，保障桥面板施工的质量与效率，将相关位移标准应用于整个施工过程中[1]。新增位移与上阶段施工位移累积距离应该控制在4mm以内，防止位移距离过大影响工程稳定性，合理控制桥面板和桥梁桩基对隧道产生的影响。

2.2 车辆荷载的影响  在新建公路隧道跨既有铁路隧道施工中，还必须对车辆荷载进行综合考量，以满足工程投入运营后的荷载要求，防止出现重大安全事故，延长公路隧道使用寿命。汽车自身动力与重力移动荷载，是隧道中承受的车辆荷载，竖向上差异沉降不平顺，是引发竖向动力作用的主要原因。均布式荷载和集中式荷載共同组成车道荷载，控制群桩应力。在计算相关数据时采用midas技术或者GTS，把握隧道轨道变形位移增量。为了降低负面影响因素对于隧道建设的影响，应该对超载车辆进行限制，合理设计箱梁与桥梁桩基，防止不均匀沉降现象的发生。此外，为了对车辆荷载冲击力进行控制，应该减少路面不平问题。

3  交叠段结构设计

3.1 交叠段公路隧道结构设计参数  为了降低新建公路隧道对既有铁路隧道的影响，将加强型衬砌应用于公路隧道交叠段中。在交叠段长度为30m处采用的衬砌类型为Z5b，在交叠段长度为35处采用的衬砌类型为G5a。衬砌过程中预留变形量为12cm;G5a衬砌钢架为I20b@60，Z5b衬砌钢架为I18@60;钢筋网选择φ8@20;G5a喷射混凝土26cm，Z5b喷射混凝土24cm。

3.2 交叠段铁路隧道斜井处理措施  封堵斜井洞口和正洞与斜井连接处，此过程采用了M7.5浆砌片石，斜井功能为辅助施工。在对铁路隧道斜井与公路隧道交叠段及两侧5m范围区域进行混凝土回填时，采用C15混凝土。在公路隧道交叠段施工之前，应该完成斜井回填工作。

4  交叠段公路隧道施工组织设计

4.1 交叠段公路隧道施工工序  施工方法选择环形开挖预留核心土法，为了防止隧道受到爆破的影响而遭到严重破坏，在前期可以采用机械开挖的方法。将控制爆破的方式应用于钻爆施工中，钻爆参数的选择需要以爆破试验结果为依据，能够降低隧道受到的爆破振动影响，按照《爆破安全规程》的要求，控制临界振动速度在4cm/s以下。合理控制上台阶每循环开挖进尺，通常情况下应该在1榀钢架间距以内;控制下台阶每循环开挖进尺，通常情况下应该在2榀钢架间距以内。落底位置与掌子面之间的距离应该控制在15m以内;仰拱与掌子面之间的距离应该控制在25m以内。根据实际情况确定二次衬砌与掌子面之间的距离，通常情况下应该在40m以内。

4.2 交叠段公路隧道爆破减振设计  对于一次爆破的炮孔进行划分，控制同段爆破最大药量与划分段数成反比，按照顺序依次起爆。将较少的爆破药量应用于底板眼爆破和预裂光面爆破中，能够有效降低最大振速。对于相邻段别的段位差进行适当调整，有效防止延时误差或者延时时间不足导致的应力波叠加问题，这是雷管段数选择时应该注意的关键点[2]。为了分离相邻两段振动的主振，防止振动叠加状况的出现，还应该将雷管以跳段的形式设置于掏槽区。此外，这种方式也有利于临空面的创建，降低岩石夹制作用对爆破的影响。除了应该对装药密度进行控制外，为了防止地震波的传播，还应该加强周边预裂爆破技术的运用。

4.3 交叠段公路隧道超前地质预报  超前地质预报工作，能够为后续施工奠定良好基础，及时发现隧道施工中的不良地质结构与地质参数，为施工方案的调整提供保障。在超前地质预报工作中，采用的方法包括了超前钻孔验证、调查分析、远距离物探和近距离物探等。交叠段公路隧道超前地质预报，主要针对不良地质路段与重点工程路段。

4.4 交叠段公路隧道监控量测  交叠段公路隧道监控量测，主要包括了洞内外观测、周边位移、地表下沉和拱顶下沉，对于施工现场进行监督管理，确保处理方案的及时调整和优化，为施工的顺利进行奠定基础。

4.5 交叠段铁路隧道监控量测  交叠段铁路隧道监控量测，主要包括了隧道衬砌开裂监测、周边位移与拱顶下沉量测、原始裂纹发展状况、爆破中衬砌振动速度和锚段设施监测等。为了保障铁路运行的安全性，应该依据监测结果对新建公路采用动态设计的方式。

4.6 交叠段公路隧道施工安全设计  审定施工图纸及施工方案时，应该充分加强铁路运营管理部门与业主之间的交流沟通，确保施工方案的合理性与可行性。对于施工企业的爆破作业资质进行审查，并签订安全协议，以铁路运营管理部门批准的安全措施和施工方案开展施工。新建公路隧道与既有铁路隧道之间的关系，应该由施工单位进行复测，及时发现其中存在的偏差，并制定处理方案。超前地质预报也是保障施工安全的重要措施，应该在施工前进行，明确施工中存在的不良地质状况[3]。在既有铁路隧道附近施工时，利用控制爆破或者机械开挖的方式，防止对其产生扰动。为了有效监控开挖振动与位移状况，需要与铁路运营管理部门进行合作，分析公路隧道施工对既有铁路隧道的影响状况。当出现不符合规定的位移与开挖振动情况时，应该暂停施工工作，并加强业主、监理单位和设计单位之间的交流沟通，以便及时制定解决方案，防止工期延误。在利用环形开挖预留核心土的施工方法时，应该遵循“短进尺、少扰动、快封闭、勤测量”的原则，对于振动速度和循环进尺进行控制。避免出现左右洞同时开挖的情况，保证在铁路运营部门批准的开窗时段进行开挖作业，防止对铁路系统的正常运转造成影响。实时监测铁路隧道内的振速，控制最大临界振动速度在4cm/s以下。为了避免塌方等严重安全事故的发生，应该采用监控测量等控制手段，确保新建公路施工的顺利进行。

5  既有铁路隧道无损检测结果

5.1 衬砌混凝土强度  在该工程中，某段隧道施工中混凝土强度设计值为C25，25.2MPa为回弹法混凝土强度推定参考值，因此能够满足混凝土强度设计要求。另一段隧道施工中混凝土强度设计值为C25，26.8MPa为回弹法混凝土强度推定参考值，也能够满足混凝土强度设计要求。

5.2 衬砌混凝土厚度  在检测衬砌混凝土厚度时，采用雷达检测的方法，主要检测位置包括了左拱脚、左拱腰、左边墙、右拱腰、右拱脚、右边墙和拱顶位置。其中有三处衬砌厚度为29cm、29cm和27cm，不能够满足设计要求。

5.3 衬砌外观和裂缝  在本工程中不存在渗漏水的状况，经检测有两处纵向裂缝存在于隧道交叉段。其长度分别为9.3m和11m。此外，在交叉段中还存在衬砌脱空和不密实情况。

5.4 既有隧道交叉段状态分析  以铁路隧道建设相关标准和现场调查、无损检测评定结果为依据，对既有隧道交叉段状态进行分析。既有隧道衬砌安全为C级。该交叉段强度状况良好，检测厚度与设计厚度比值在0.9以上，基本满足设计要求。衬砌状况较好，没有错动、渗漏水和剥蚀等状况出现。

6  公路隧道开挖、初期支护与自动监测技术要点分析

6.1 公路隧道开挖施工方案  公路隧道的开挖工作本身就存在一定的复杂性，在既有铁路隧道上施工更增加了其难度。隧道洞口明洞、洞身和车行通道与人行通道的开挖，是公路隧道开挖施工的主要内容[4]。在开挖隧道洞口明洞时，洞口天沟和截水沟的设置一定要合理，通常会选择洞口边仰坡位置开挖处边缘线外围5m区域。公路隧道上跨既有铁路隧道洞口排水系统的建立与优化，能够及时对地表水进行截排，防止地表水对施工安全性造成影响。在明洞施工中采用明挖的方式，并分级开挖上下台阶，混凝土施工作业在上台阶护拱处进行。在公路隧道洞身开挖时，采用先右后左的开挖方式，围岩段的施工采用CRD方法。左右洞掌子面向纵深方向开挖时，洞径控制在两倍以上，遵循“早进晚出”的施工原则。对于围岩状态进行检测与分析，确保其具备良好的完整性和较高强度，以工程项目施工要求为依据严格控制工期，并在施工过程中根据实际情况优化施工方法。在开挖车行通道与人行通道时，分别采用上下台阶法和全断面爆破法对其进行开挖。重点关注交叉口段的施工，断面选择施工主洞，并严格控制主洞支护施工质量。车行通道与人行通道的开挖，需在围岩变形收敛后进行。将弱爆破技术应用于交叉口段的施工中，注重挖掘机及配套设备的合理使用，支护工具选择临时钢支架，确保公路隧道上跨既有铁路隧道的施工质量。

6.2 公路隧道开挖技术  CRD方法是公路隧道上跨既有铁路隧道施工的常用方法。开挖工作选择围岩段锁脚锚杆上方区域，在此过程中应该确定锁脚锚杆的合理位置，施工中遵循纵向拉筋的原则。根据开挖的实际情况，合理采用混凝土喷射技术。接下来对临时支撑进行搭建，设置隧道工程衬砌结构。对中隔壁进行拆除，完成二次衬砌后封闭成环。将CRD方法应用于软弱围岩大跨度隧道施工中，可以有效提升施工的質量与效率，对于明洞和暗洞施工工序进行把控，确保断面的有效闭合。发挥弧度支撑在临时支撑中的作用。开挖支护施工中，施工顺序选择自上而下，确保各个环节中的封闭成环效果。控制工作面上下层距离，一般为3-4m。相邻隧道段的开挖，应该在混凝土强度达到设计值的70%后进行。

6.3 初期支护施工措施  注重新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工中开挖与支护的协调性，严格控制围岩暴露时间，防止其出现变形和松散的问题。首先，应该做好超前支护。保障超前大管棚架设的稳固性，在此过程中需要应用管棚钻机、超前小导管和高压注浆泵等，确保超前支护的良好效果[5]。其次，进行砂浆锚杆施工，在安装的过程中应该采用人工辅助的方式，确保安装位置的准确性。将钢筋片网设置于隧道洞口，并运输至工作面。在新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工中，还应该避免漏浆状况出现，以提升初期支护的质量。

6.4 自动监测技术的应用

6.4.1 数据采集与监测频率  在现代化施工技术的发展中，自动监测技术在工程建设中得到了广泛应用。在进行数据采集的过程中，主要是依靠激光传感器对参数值进行采集，监控室服务器接收数据并对其进行存储与分析。如果发现其中存在异常数据，就会启动报警程序，便于相关技术人员及时对施工中的异常情况进行处理。以公路隧道施工的实际情况和量测值变化情况为依据，合理设置量测频率。量测频率应该随着速率的增加、断面与施工区段距离的缩短而提升。

6.4.2 监测数据处理与分析  对于公路隧道和铁路隧道内的轨道变形状况，可以通过可视化手段进行分析，借助于隧道及地下工程监测信息系统，确保铁路运行的安全性，为施工的信息化管理提供保障。自动监测技术的应用，实现了数据的实时分析，当出现较大的不均匀沉降和结构沉降变形时，能够实现异常数据的有效反馈，以便于技术人员对其进行分析，并及时制定处理方案[6]。公路隧道施工安全性的分析，需要以监测数据分析结果为依据，并为施工方案的制定提供建议。校核相关监测数据，能够保障其真实性与可靠性，防止数据错误对施工造成的影响。

7  结语

在新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工中，为了避免对铁路隧道产生的影响，需要保障地质资料的真实性与全面性，较强超前地质预报和现场监控量测，为施工连续性提供保障。在新建隧道开挖控制爆破时，为了防止对既有铁路隧道造成的破坏，应该加强对振动速度进行适时监测和控制。

参考文献：

[1]郑鸣泽.新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工技术探讨[J].工程建设与设计，2018（20）：211-212.

[2]张世宁.新建公路隧道上跨既有铁路隧道施工技术探讨[J].江西建材，2018（03）：137，142.

[3]李璐.公路隧道开挖对下部既有铁路隧道影响分析[J].北方交通，2017（05）：115-119.

[4]隗建波，刘浩，莫阳春.上跨公路隧道爆破施工对既有铁路隧道的影响分析[J].科技经济导刊，2017（13）：72-74.

[5]单超.公路隧道穿越既有城际铁路隧道施工力学行为研究[D].长安大学，2016.

[6]胡贵松.自动监测技术在新建公路隧道上跨既有高速铁路隧道施工中的应用[J].中外建筑，2018（10）：202-205.