隧道施工穿越铁路段施工技术研究与总结

初明亮 巩寅魁

摘 要：为国内某供水工程隧道施工过程中出现“地下洞室与地面铁路段出现空间交叉”情况，为避免地下爆破施工对地基以及地上建筑设施扰动，在探明岩层走向、情况等信息后，决定采用短进尺、强支护、弱爆破、无列车通过时起爆、加强观测和监测等方法，保证完成施工作业质量同时，高质量维护施工环境。

关键词：隧道施工；穿越铁路；弱爆破；加强观测和监测

中图分类号：U455.4                               文献标识码：A                                      文章编号：2096-6903（2022）10-0016-03

1 工程概述

样本工程段全长12 116.55 m，桩号J0+002.00 ～J12+118.55，纵坡i=0.091‰，主洞钻爆法施工，断面型式为圆形，成洞直径为5.62 m。共布置4条施工支洞，主洞划分为J1#、J2#、J3#、J4#施工支洞控制段，其中J3#支洞控制段下游桩号J8+206～J8+306段为“铁路空间交叉段”，桩号J8+256处为隧洞与铁路中心交叉部位，铁轨顶高程为127.093 m，洞顶高程为81.540 m，穿越铁路部位及穿越铁路段全长100 m[1]。

2 地质构造

J3#支洞控制段下游桩号J8+206～J8+306段，圍岩探测结果如表1所示。

3 穿越段基本原则

第一，采用“短进尺，弱爆破、强支护”的方式穿越铁路段，人工循环进尺控制≤100 cm，精准测算单孔起爆药量，支护参数强化。

第二，重点部位J8+244～J8+268段（即铁路中心两侧各12 m）采用管棚支护方式，以减小爆破震动影响。

第三，根据列、客车通过时间表规划爆破时间，强化场地内外管理人员沟通，确保无列车通过时起爆。

第四，在隧洞开挖施工临近穿越铁路段附近时，采用与通过铁路段相同的爆破参数进行爆破，施工段正上方地表处安排人员监测爆破振动及振动强度。根据爆破试验调整爆破参数，减少爆破影响。穿越段施工加强收敛观测和地表监测，如有变形应立即收集信息采取相应措施。

第五，加强地质观测，及时汇总信息，按应对措施进行处理。

4 隧洞支护

根据不同部位及不同围岩情况，采用的支护型式分为Ⅰ型、Ⅱ型及管棚施工。

4.1 Ⅰ型支护型式

桩号J8+287.5～J8+306段，围岩类别为Ⅲ类围岩，Ⅰ型支护参数见表2。

4.2 Ⅱ型支护型式

桩号J8+206～J8+244及桩号J8+268～J8+287.5段，围岩类别为Ⅳ类围岩，Ⅱ型支护参数见表3[2～4]。

5 爆破技术控制措施

爆破开挖采用光面爆破技术，放小炮，尽量减少爆破对围岩的扰动；爆破参数的确定遵守《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定，施工前进行爆破试验，采用试验参数满足爆破质点振动安全允许标准的爆破参数进行施工。

5.1 爆破参数确定

爆破参数计算（采用延时爆破）公式如式（1）

（1）

Q——炸药量，kg，延时爆破为最大一段药量；

R——药包至地震点的距离，m；

V——质点爆破震动速率，cm/s；

α——衰减系数；

K——爆破点至保护对象间的地形、地质有关的系数；

根据本段施工条件确定各参数，R取隧洞距离轨道埋深距离46 m，V取地下浅埋线管1.5 cm/s，α取1.6，K取200。

施工中保证爆破振动安全允许速率值不大于40 Hz，延时爆破为最大一段药量控制在10.09 kg以内。

开挖在超前支护完成后进行，开挖一次进尺根据围岩条件确定，控制在1.0 m范围内。掏心型式采用楔形掏槽，掏槽孔超出循环进尺50 cm，其他炮孔超出循环进尺20 cm。具体爆破参数见表4、表5。

5.2 爆破试验

5.2.1 实验目的

依据确定的爆破参数，进行2～3个循环的爆破试验。优化爆破参数，确保开挖安全及质量。

5.2.2 试验段选取

为保证试验结果最大限度贴合实际，爆破试验段选在桩号J8+312～J8+306段进行。

5.2.3 实验内容及安排

临近铁路施工段（桩号J8+312～J8+306）进行爆破试验，根据计算出的爆破参数值，进行爆破试验，试验段爆破时间选在10：00～14：00之间。

垂直爆破部位上方地表处安排专人进行观测，洞内人员观察爆破效果。如地表观测点震感强烈，则通过减少单孔起爆药量、增加起爆段数进行爆破参数优化。优化后的爆破参数应确保地表震感轻微，且地表无沉降[5，6]。

5.3 洞内收敛观测

监测断面间距为10 m，对每天所测的数据进行分析汇总，根据监测成果判断是否需要采取加强支护，每个监测断面设3个收敛测点，拱顶收敛测点兼作拱顶沉降点。

收敛测点及拱顶沉降点为施工期人工观测点，隧洞开挖结束后进行测点安装埋设及测量。

5.3.1 安装

将不锈钢锚固环的螺栓固定在螺纹钢筋的一端，再将钢筋用M20水泥砂浆固定在各测点的钻孔中。

5.3.2 量测

利用预埋在监测断面上的测点，3个构成1个封闭三角形，利用收敛仪及人工读数仪进行收敛量测；利用水准仪监测拱顶点的沉降。

5.3.3 量测频率

拱顶下沉量与净空水平收敛量量测宜用相同频率，从表6及表7中根据变形速度和距开挖面的距离选择较高的一个量测频率。量测频率应满足两表的规定。

5.4 地表監测

为保证隧洞开挖不对铁路造成影响，施工至穿越铁路段时，在地表设置监测观测点。

观测点布设遵守以下原则：

第一，根据现场实际情况改变观察点位置。

第二，实时监测主断面位置。

第三，由施工进程，决定采取相应的监测方案，准确测量地面及铁路的变形。

第四，施工监测中，对测量结果及时进行分析与反馈，当遇到下列情况时，应暂停施工，并根据具体情况制定加强措施：一是当轨道沉降、水平变化超过2 mm/次时；二是出现其他异常情况。

第五，施工监测应有可靠的基准点系统，水准基点应埋设在变形影响范围外，且不少于3个，基准点系统应定期校核。

第六，将铁路路基沉降量控制在20 mm以内，隆起量控制在10 mm以内；穿越铁路轨道绝对沉降值建议不大于10 mm。

第七，控制线路钢轨道静态几何尺寸容许偏差值：①轨距为+7～-4 mm；②水平为6 mm；③高低为6 mm；④三角线扭曲为6 mm。

第八，将施工过程中引起的地面沉降控制在环境条件允许范围内。一般的地面沉降量控制在30 mm以内，隆起量控制在10 mm以内，沉降值应符合相关规范规程的要求。

第九，警戒值取80%。

6 结语

样本工程“地下洞室与地面铁路段出现空间交叉”的施工，针对该特殊部位经上述所总结技术方案与方法，从围岩变形监测数据及开挖通过后情况来看，洞室结构达到了稳定，地表沉降量得到了控制，证明了施工方法选择的正确，为地表铁路正常安全运行及工程后期输水运行提供可靠保障，为国内同类工程施工提供很好的参考资料。

参考文献

[1] 张建博，龙云帅，李学德.输水隧洞浅埋段下穿既有高速公路技术研究[J].东北水利水电，2021，39（12）：17-19+43+71.

[2] 许起.高强度柔性纤维网在综放工作面末采中应用[J].山东煤炭科技，2022，40（2）：56-58.

[3] 王龙华.2061巷过断层破碎带的支护优化[J].山东煤炭科技， 2021，39（5）：9-11.

[4] 张成.锚固体梁刚度变化的影响因素分析[D].淮南：安徽理工大学，2017.

[5] 安先国.隧道衬砌混凝土振动性能及二衬振动特性分析[D].西安：长安大学，2021.

[6] 张锐.隧道爆破动力响应机理及围岩空间变异特性研究[D].武汉：湖北工业大学，2020.