铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工的控制技术研究

陶煜

（中铁二十局集团有限公司，陕西 西安 710016）

0 引言

当前，随着社会、经济和科技的快速发展，交通运输业也得到了飞速发展，建筑和使用的地下空间也在不断增加。随着我国许多地方对地下空间的开发，由于其自身的地理位置，已有的建筑物受到了极大制约，因此，在新建的隧道工程中，采用了下穿的方法。但是，新建隧道往往会损坏既有隧道，尤其是铁路隧道下穿既有高速公路隧道，对此，一方面要保证既有高速公路隧道的安全性和稳定性，另一方面要保证隧道的施工安全。

1 铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工产生的影响

1.1 对既有公路的影响

因为施工过程中穿插着铁路与公路，所以在建设中会对原有的道路造成影响。道路本身应该属于一体成型的项目，一旦路面遭到破坏,那么其相应的路基也会遭受不同程度的损坏。在后期公路运营中，势必会对行驶的车辆造成安全隐患。

1.2 对交通的影响

在开展施工的过程中,会对既有的公路带来影响甚至破坏，从而交通也会受到不同程度的影响，路面一旦遭到破坏，其路段会被拦截，如果某一路段被封堵，一定会对其他路段的交通带来影响，对人们的出行带来很多不便。

1.3 对既有铁路的影响

在开展铁路隧道的施工过程中，主要依靠两个方面来确保工程的安全性，即设计与施工，以保证隧道工程的运行安全。我国铁路网络复杂,每段铁路干线并非都是独立存在的，倘若出现一段铁路被破坏，那么会对对铁路固有车次进行调整，也因此对人们的出行带来不便。

另外，由于铁路施工流程复杂,环境恶劣，一旦铁路路基被破坏,那么对整个铁路干线都会带来很大影响，甚至如果施工方案出现问题会给后续的施工带来无法弥补的损失。

2 铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术

2.1 施工前准备工作

项目工程的安全性在工程建设中占有重要地位，为了保证工程的安全，必须做好准备工作，尤其是评估工作。深入施工现场进行全面、详细的勘察，主要包括环境、水文、地质条件等，并对施工中容易发生的问题和对已建隧道的影响进行预测，并根据各种条件进行综合评价。针对现有隧道工程，本文着重对如下内容进行分析。

首先，在现有高速公路上，地基的变形和沉降会对其产生怎样的影响。

其次，在衬砌上，如果出现裂缝等病害，会不会对地基产生影响，使其混凝土结构发生变化，从而降低其承载能力。

最后，在路基变形后，并未对公路行驶安全产生影响。不仅要对已建隧道结构进行评价，还要根据穿越段的结构特点，分析沉降、裂缝等外力，找出引起结构变化的原因，并根据分析的影响因素，确定其变形、特征等。

2.2 铁路隧道下穿既有高速公路隧道的施工控制技术

2.2.1 超前长管棚浆预支护

在铁路隧道和现有公路隧道间存在一定的交叉点，其施工工艺可分为四个阶段。

第一个步骤是将长管棚作为目标，进行生产和加工。一般采用钢花管和热轧无缝管，它们的外径和管壁为90mm 和6mm。对钢管进行加工，这是一种在使用前必须进行的工序，其中最常用的工艺就是将钢管的两端进行预处理，然后将其两端进行有效处理，形成外螺纹，将外插角度控制在5～10°这一范围中，环距一般为40cm。钢管在安装过程中，应保证直径偏差不超过20cm，相邻管道间的环距不超过10cm。

第二个步骤是穿孔，把孔擦干净。在钻孔时，要根据地质情况选用合适的钻孔工具。在施工前，要进行清孔清理，观察孔中有无杂物，如碎石、石屑等，以保证顶板的质量，管棚的前端通常为圆锥形，以便于顶入。

第三个步骤是在钢花管上打一个孔，孔的直径在10～16cm 之间，孔的形状与梅花相似，在管的末端设有不带孔的止浆部分。

第四个步骤是对长棚灌浆。长管棚内通常采用水泥浆料，为保证预支护的质量，采用1∶1 的水灰比，灌浆压力控制在0.5～2MPa 之间，灌浆前应按设计方案进行泥浆测试，并对泥浆的配比和压力进行调节[1]。

2.2.2 优化预支参数

由于铁路隧道和既有线隧道是一个交叉点，存在大量的围岩，所以在施工中要充分考虑到隧道的影响。因此，在跨线段增加衬砌的强度，从而保证隧道的施工质量和安全。在建筑工程中也要使用一些高强度的材料，例如，可以选择25cm 厚的钢丝网，以及更高的刚性。

另外，在施工中，有关技术人员还需对支护参数进行优化，以确保一次衬砌的质量，并做好二次衬砌的施工准备。二次衬砌采用C30 钢筋混凝土，厚度为50cm，从而确保工程质量。

2.2.3 施工技术

在隧道工程中，采用的施工技术会对工程建设造成重大影响，特别是在现有的公路隧道工程中，若不能确保技术的科学性和合理性，就会对工程的稳定性和安全性造成一定威胁。为了尽量减少对现有隧道的影响，有关施工单位在施工时采用三段仰拱方法。在左、右端挖出阶梯，在中部放置支撑刚接，并严格控制各阶梯的开挖进尺和长度，分别为3～5cm 和1m。同时，做好基坑施工前期的支护工作，避免施工对现有隧道产生的影响[2]。

2.2.4 实时监测既有隧道

铁路隧道下穿既有线隧道，由于施工条件复杂，施工技术要求高，难免会发生一些突发情况。为了保证隧道的安全和质量，必须实时监测既有隧道，根据这些数据，可以获得更大的经济效益和社会效益。

2.3 做好工程验收准备

由于此项目相对隐蔽，所以一定要做好验收。工程完工后，要认真地对工程的整体质量进行全面的检查，尤其是一些比较隐蔽的地方，要进行有效验收，判断工程的质量与有关的规范和要求是否一致，以及使用的管道是否能够满足工程的需要。在验收过程中，如果出现质量问题，应立即与施工方联系，并采取有效的措施。在整改完成前，将验收数据提交给业主[3]。

3 案例分析

3.1 工程概况

该隧道位于DK270+850—DK271+110 处，下穿既有高速隧道和新铁路隧道。该段的地质条件为侵蚀性低山，开挖深度在0.8～1.4m 之间。开挖后的地质构造特征是：表面为MIQ 型人工砂砾岩，下部为花岗岩，不发育基岩裂缝水，质地硬，岩体完整,该段新建的隧道围岩等级为V 级[4]。

该段新修建的隧道下穿地下通道，共8m，净宽12m，将其分为两条向下分开的两车道隧道，其早期支护方式主要是喷射混凝土、锚杆等，并对新开挖的围岩进行监控与设计，以最大限度地利用围岩的承载力来保持稳定，使围岩在新开挖初期的支护系统中占有重要地位。DK270+850—DK271+110 洞口浅埋断面为V 型围岩，注水泥强度C22，厚度15m，采用超前锚杆预支护，φ10@16cm×@16cm 钢筋网，L=3.5m，锚杆按环向间距1.4m，纵向间隔1.4m，格栅钢框按0.6m 排列，直径为20MnSi 钢筋，纵向间隔1.0m，环距1m，梅花形排列；模筑衬砌混凝土强度等级C27，厚度38cm，钢筋网片直径为6mm，间距为16mm，纵向为10mm，间隔为16cm；喷出的混凝土厚度为20cm[5]。

3.2 既有高速公路隧道健全度评价标准

在现有高速公路上，由于设计施工不当、衬砌材料质量差、外力变化等因素的作用下，对现有公路隧道的安全性能产生了较大的影响；对现有公路隧道桥墩的结构进行综合评估，主要包括以下九项：

一是对钢筋腐蚀的检测。

二是对水泥砂浆的深度探测。

三是对混凝土的强度特性进行测试。

四是对混凝土的碱度和气体离子的测定。

五是对钢筋保护层厚度的测定。

六是对隧道衬砌的厚度进行检测。

七是在复式衬砌中，对大跨度的两层衬砌进行检测。

八是对混凝土衬砌的开裂和外观进行调查。

九是对隧道衬砌中的空白区域进行调查。

评估和测试的结果表明，现有的跨线隧道桥梁总体结构满足设计规范要求[6]。

3.3 新建铁路隧道工程施工控制

在现行的铁路隧道施工中，采用超前方案评审、超前地质预报、管棚超前、短进尺、弱爆破、勤量测等技术控制措施。在这些因素中，由于爆破施工而产生的振动会对路面的变形、沉降以及隧道的结构产生一定的影响。加强高速公路的交通管理，并与当地政府、公安等部门进行沟通，采取科学合理的安全防范措施，以保证新建铁路隧道下的道路安全[7]。

3.3.1 新建隧道大管棚施工安全控制

在新建的铁路隧道地下工程中，采用大管棚超前支护的施工方法。在隧道顶部，用40m 直径108mm 的大管棚制作钢筋笼，每个大管棚之间的距离要达到0.4m，每个圆筒都要用6mm 的直径6mm 的无缝钢管作为支撑。

在新的隧道施工中，通常采用从洞口向两侧进行钻孔施工。为了达到新隧道的要求，对钢管进行了加固，在每个钢管之间加入4 个18mm 的螺旋钢筋作为钢筋笼。每一根钢筋都要浇筑一次，然后进行特殊的压力测试，最后用一根小管子进行现场施工，这是一种新的施工技术，它的主要作用是在巷道内不会发生塌方，在掌子面的外侧用一根直径42mm 的小导管进行灌浆。每环需要使用31 个3.5m 长的超前小导管，间隔为40mm[8]。

3.3.2 爆破施工安全控制

在爆破作业中，要充分利用安全技术，以震速、损毁等指标作为评价指标。为了保证新建的隧道在施工过程中的安全性，爆破振动是新修建的隧道中的一个关键环节。在爆破作业中，要严格控制爆破模式、爆破类型和装药情况。针对新隧道施工的地质情况，采用了弱震爆破方法，合理控制钻孔参数，确保爆破振动在合理范围内。新建高速铁路隧道爆破振动最大值为4cm，以确保已建成的隧道与邻近隧道的交叠[9]。

针对新建隧道的地质条件，采取了行之有效的爆破措施，采用分层、分段、松散爆破、间隔炮孔、多孔装药等措施，对于新建隧道基坑开挖，各段间距可设定为1.5m、3m；在新建隧道的剩余部位采用机械开挖，在新开挖的隧道开挖过程中，要保证在原有的公路上行驶和开挖过程中不受爆破振动的影响。考虑到整个工程的施工次序和环节，在实际工程中，只要在沿路开挖5～12m 的范围内，就可利用这些条件和已测得的资料，计算出一段掘进时的最大爆破量[10]。

在对现有线路进行测量时，测量的基本内容如下：

一是振动速率；二是衬砌面应变；三是地基下沉；四是结构变形。根据测量结果，确定了衬砌的受力特性和地基的稳定规律，从而为整个工程提供了相应的安全措施。在此期间，必须合理地布置测点。

4 结语

对于新修建的地下隧道，在考虑到施工周期长、运输风险大等问题的情况下，必须对新修建的隧道进行科学、合理的施工。由于地下隧道深浅不一的地质环境，在这种情况下，新建的地下隧道会受到影响。因此，可以针对隧道周边的地质和岩体状况，迅速、安全、科学、合理地施工，同时还要对每一道工序进行充填、灌浆，以达到预防路基塌陷的目的。