新建铁路隧道小净距上穿既有隧道施工技术研究

第２９卷第１４期　甘肃科技　ｌｆ．２９Ⅳｏ．１４　２０１３年７月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊｕ／．２０ｌ３　新建铁路隧道小净距上穿既有隧道施工技术研究　醋经纬　（１．兰州交通大学土木工程学院，甘肃兰州７３００７０；　２．兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室，甘肃兰州７３００７０）　摘要：结合北环隧道上穿红山顶隧道小净距交叉段工程实例，进行了相应的小净距交叉段施工技术和爆破方案研　究，并通过现场监控量测，保证了工程顺利实施，取到了良好的效果，为类似工程提供有益的经验。　关键词：小净距隧道；施工；爆破；监控量测　中图分类号：Ｕ４５５．４　系如图１所示。　１　概述　——　ａ　Ｊ蛐　近年来，随着我国国民经济的发展，交通设施建　高　设项目不断增加，新建隧道邻近既有结构物的近接　。＼　　；　ｃａ　ｃ　施工工程大量出现，小净距交叉隧道之间的近接问　占　Ｎ　、、　左直魍　睢量　孽　、　。　题也成为了研究热点。尤其是隧道交叉段的施工，　。　。　；　＼ｃ　　由于受力结构复杂，相互影响较大，在对开挖方法的　占　Ｊ奢毒翻￡　袁　确定、交叉段受扰动围岩的加固，以及施工监控量测　方面均有特殊的要求，也需采取很多的措施。其受　力分析、施工步序、支护措施、控制爆破、施工监控等　图１北环隧道与红山顶隧道平面位置及孔桩位置　仍然处于总结和积累经验阶段，需要进一步地研究　总结。近年来山岭隧道和地铁隧道施工中的近接问　３交叉段施工技术研究　题有了一定研究。但是，山岭隧道中超小净距交叉　３．１台阶法施工方案　隧道设计施工研究较少，目前缺乏足够的设计施工　本项目采用台阶法施工，以减小施工对围岩以　经验。　及既有下方红山顶隧道结构的影响。在ＨＫ０＋８３５　结合兰州枢纽新建北环隧道上穿红山顶隧道工　～ＨＫ０＋９１５段上跨既有红山顶隧道，为Ⅳ级围岩，　程，对该类隧道的施工经验和既有隧道内的监控量　采用双线Ⅳ级双跨混凝土衬砌，上台阶开挖高度为　测措施进行总结，对其施工技术加以探索，对类似工　４ｍ，采用短进尺、弱爆破减震开挖，在交叉加强段范　程有一定的借鉴意义。　围内，每循环开挖进尺为１．５ｍ；其余部分开挖进尺　取２ｍ。　２工程概况　下台阶开挖时，由于距离既有隧道较近，严格控　北环隧道位于甘肃省兰州市安宁区，是中川城　制爆破施工时起爆次数及装药量，每循环开挖进尺　际铁路与兰州北编组站联络线的组成部分，通行普　为１ｍ，仰拱由于非常接近红山顶隧道衬砌，采用机　通货物列车，为双线隧道。隧道在里程ＨＫ０＋８７５　械破碎辅以人工进行开挖。　处上跨已建成兰州枢纽红山顶隧道（暂未开通）右　３．２上跨曲墙及底纵梁加强段施工方法　线（里程为ＨＤＹＫ６１＋８８８），夹角约为４３．３。，两者　北环隧道上穿既有红山顶隧道小净距交叉段，　轨面高差相差１２．８２５ｍ，最小净距１．３６５ｍ，隧道洞　为Ⅳ级围岩，由于上下隧道相距较近，为增加两者之　身通过地层主要为第四系上更新统风积砂质黄土，　间的土柱厚度和保证既有红山顶隧道的安全，在　第三系中新统泥岩夹砂岩。围岩级别为Ⅳ级，洞身　ＨＫ０＋８５５～ＨＫ０＋８９５范围内北环隧道采用曲墙＋　范围的泥岩夹砂岩经风化或温差变化后易失水收　底纵梁钢筋混凝土结构，底纵梁采用ｌ８根直径为　缩、开裂、崩解。北环隧道与红山顶隧道平面位置关　１．５ｍ人工挖孔桩，桩间距横向５．２５ｍ，纵向５．０ｍ，　第１４期　醋经纬：新建铁路隧道小净距上穿既有隧道施工技术研究　１２１　内侧６根桩长１５ｍ，外侧１２根桩长１０ｍ。人工挖孔　桩布置如图ｌ所示。同时该段全断面施工２０ｂ型钢　强度主要受以下几方面影响：爆破条件、爆心距、装　药量、地质条件等。为减小新建隧道爆破施工造成　钢架，为保证初支安全，在初支钢架中增设临时支　撑，２榀钢架之间设置１榀临时钢架；拱部设　２小　导管超前注浆支护，小导管每根３．５ｍ，环向间距　的振动危害，在交叉点前后２～３倍洞径范围施工　时，严格控制爆破参数。　０．３ｍ，１．６ｍ设一环。该段底纵梁底初支喷层中埋　设ｑ：￣４２小导管，喷层达到强度后用埋设的小导管进　行注水泥单液浆加固既有红山顶隧道的拱顶和拱墙　１）根据《爆破安全规程》…，爆破振动符合关系　式：Ｖ＝Ｋ（Ｑ　。／Ｒ）　，严格控制延时起爆最大段炸药　用量以及总装药量，　为质点振动速度（ｃｍ／ｓ）；　为　爆心距（ｍ）；Ｑ为单段最大齐爆药量（ｋｇ）；ｏｒ为与岩　两侧围岩，小导管长Ｌ＝１．２～２．０ｍ不等，间距２．　０ｍ×２．０ｍ，梅花形布设。注浆结束后施做人工挖孔　桩。施工过程中，要注意观察围岩地质状况，如发现　问题，迅速上报，避免事故发生；人工挖孔桩应逐节　循环，直至开挖到设计深度。孔桩施工达到要求后，　需进行现场验收，合格后方可进行下步钢筋施工。　经检查合格后，再进行桩身混凝土的灌注；孔桩混凝　土浇筑完成后，立即进行底纵梁加强段混凝土浇筑，　孔桩混凝土与底纵梁混凝土同步完成。　３．３爆破方案　爆破开挖过程中将产生爆破应力波，爆破应力　波使需要破碎的岩石破碎，还对相邻围岩产生影响。　如果不加以有效控制，当爆破应力波较大时，就会引　起相邻围岩破坏。并且由于围岩受到破坏，因而产　生松动圈，围岩强度降低。因此，要重点控制施工过　程中的小净距交叉段爆破施工。而控制措施的成功　与否，直接决定了施工效果和结构安全性。　３．３．１钻爆工艺　北环隧道上穿红山顶小净距交叉段采用光面爆　破。采用短进尺、控制一次性起爆药量的方法来减　弱新建隧道爆破振动波的强度；采用周边炮眼预裂　爆破，阻隔减弱振动波向既有隧道传播、扩散的方法　消弱爆破振动波对既有隧道的振动和破坏作用。其　中上跨曲墙及底纵梁衬砌加强段起爆顺序为：１）上　台阶：掏槽爆破开挖（左、右两次）　扩大部分开挖　（左、右两次）；２）拱顶；３）下台阶（左、右及中槽）。　光爆钻孔时，由爆破设计技术员统一指挥协调　行动，认真实行定人、定位、定机、定质、定量的“五　定”岗位责任制；分区按顺序钻孔，避免相互干扰、　碰撞、拥挤；固定钻孔班，以便熟练技术，掌握规律，　提高钻孔的速度和准确性。掏槽眼采用Ｖ形掏槽。　炸药２号岩石硝铵炸药（ｃｂ２５ｍｍ直径），该炸药具有　低密度、低爆速、传爆性好等特点。炮孔用厂制炮泥　堵塞，复式网路联接导爆管。　３．３．２爆破参数　通过分析大量的振动速度数据，表明爆破振动　性、地形地质等因素相关的衰减系数；Ｋ为地层介质　系数，与爆破场地条件有关。根据《爆破安全规程》　以及相关文献　Ｊ，将爆破安全振速控制在７ｃｍ／ｓ，　以此来保证新建北环隧道爆破开挖不影响既有红山　顶隧道结构稳定，降低爆破振动危害效应。　２）爆破材料采用１—１９段非电毫秒雷管和塑料　导爆管起爆，使得各起爆炸药之间有一定的时间差，　也使各段炸药引起的振动波不发生叠加效应。在施　工过程中，根据爆破面与监测断面距离的变化，及时　预测和调整总装药量，严格控制第一次爆破（掏槽　爆破）的装药量。在新建北环隧道交叉段爆破施工　时，在一个掌子面上采取多次爆破，经过多次方案调　整，将一个断面的爆破次数分为６～８次。根据现场　监测数据结果反映，此方案能够很好地降低爆破振　速。　３）在交叉加强段范围内，每循环开挖进尺控制　在１～１．５ｍ，炮眼深度根据公式Ｌ＝ｌ／ｒｌ，其中：Ｌ为　炮眼深度（ｍ），ｆ为开挖进尺（ｍ），７／为炮眼利用率，　掏槽眼取１．５，周边眼及底板眼取０．８５。炮眼深度　由于炮眼利用率不同，求得，掏槽眼炮眼深度为ｌｍ，　周边眼、辅助眼及地板眼炮眼深度为１．２ｍ。　４）不耦合装药结构的优势在于减少炸药用量，　增加岩石破碎度。故本次施工采用不耦合装药结　构，不耦合装药系数为／７，＝Ｄ／ｄ＝３２／２５＝１．２８，其　中：Ｄ为炮眼直径（ｍｍ）；ｄ为炸药直径（ｍｍ）。　５）单位炸药用量ｇ根据掌子面围岩实际情况合　理确定。周边炮眼单位炸药用量ｑ一般控制在０．３　—０．５ｋｇ／ｍ　，其他炮眼ｑ控制在０．４—０．６ｋｇ／ｍ　。　再根据Ｑ＝ｑａｂｌ，Ｑ＝ｑａｗｌ以及Ｑ＝ｑｗ。ｚ来计算单孔　药量，式中：０，ｂ，Ｗ为同排炮眼间距和排距或环距；Ｚ　为炮眼深度。　４爆破振动监测　为了保证既有红山顶隧道衬砌结构安全和小净　距段围岩稳定，监测爆破振速、衬砌表面应变，控制　爆破振动效应。本次监测选用ＴＣ一４８５０爆破振动　１２２　甘肃科技　第２９卷　记录仪进行质点爆破速度监测，采用动应变片监测　衬砌表面应变。及时了解爆破对围岩及衬砌力学影　红山顶隧道振动监测速度峰值小于预设的的７ｃｍ／ｓ　控制振速，说明爆破振动控制及监测方案安全有效。　响规律，预见险情及事故，为调整爆破及施工参数提　供科学依据。　监测点布置以北环隧道与红山顶隧道交叉点为　中心，在红山顶隧道内布置侧点。１号监测点断面　在交叉点（红山顶隧道ＨＤＹＫ６１＋８８８处）。出于安　５结论　北环隧道快速安全顺利上穿通过交叉段，证明　了在小净距交叉段隧道上穿或近接既有建筑物时，　已有的设计施工方案以及爆破振动监测是行之有　全及对比分析考虑，２号测点布置位置随着北环隧　道掌子面掘进而前进。振速监测仪器及应变测点环　效。施工过程中没有发生安全事故，而且经过监控　量测，爆破振动速度控制在安全允许值内，证明了该　施工方案以及控制措施的有效性，也为类似工程提　向在隧道衬砌内壁的拱顶，左右拱肩，左右墙顶处共　５个测点布设。布置如图２所示。　供了一定的借鉴意义。　参考文献：　［１］　国家质量监督检验检疫总局．ＧＢ６７２２—２０１　１爆破安全　规程［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１１．　［２］王明年，潘晓马，张成满，等．邻近隧道爆破振动响应　研究［Ｊ］．岩土力学，２００４，２５（３）：４１２－４１４．　［３］彭道富，李献忠，杨年华，等．近距离爆破对既有隧道　的影响［Ｊ］．中国铁道科学，２００５，２６（４）：７３—７６．　［４］龚伦．上下交叉隧道近接施工力学原理及对策研究　［Ｄ］．西南交通大学，２００７．　图２测点布置　［５］朱永全，何本国．超小净距地铁隧道爆破振动监测与　分析［Ｊ］．铁道建筑，２００８，２０（１０）：６９—７２．　・●…・●…‘●…‘●…‘●…‘●…・●…・●　在整个小净距交叉隧道爆破施工过程中，既有　・’●…‘●…‘●…．．…‘●…‘●…・●…・●…・●…・●…・●・…●…‘●…・●…’●…‘●…‘●…‘●…‘●…‘●…‘●…‘●…‘●…（上接第７４页）　４．４受热面安装时应充分注意以下几点　备的安装顺序以及锅炉受热面管道的调整，调整的　精度将直接影响下步的焊接质量，从而影响整个锅　炉的安装质量。通过对吊挂式锅炉安装工艺的介　绍，针对吊挂式锅炉的特点，采用较为先进的施工方　１）严禁在受热面上引弧，起吊时严禁损伤受热　面，注意管内、集箱内清洁，对接焊缝按规定进行无　损探伤。　２）受热面管在组合安装前必须分别进行通球　试验，试验用球应采用钢球或木球，且必须编号和严　格管理，不得将球遗留在管内。通球后应作好可靠　的封闭措施。　３）受热面管子应尽量采用机械切割，用坡口　机、角向磨光机和内园磨光机进行坡口加工。　法，加大地面预制深度，减少空中作业工程量，降低　了安全风险，保证了安装质量。　在施工过程中使用了一种可靠的临时固定措　施，此种方法较传统固定方法简便易行，且临时吊挂　的安全系数大大提高，重复利用率大，从长远来说可　节省安装费用，有应用价值。　参考文献：　［１］冯俊凯，沈幼庭．锅炉原理及计算［Ｍ］．北京：科学出　版社，２００３．　４）管道接头对口应采用能灵活拆装的对口卡　具，严禁在管子上焊接组对工具。　５）锅炉总体水压试验试压用水采用加有一定　剂量氨和联氨的除盐水，以起到对锅炉受热面管保　护作用。　［２］殷亚宁，宋学勇．超超临界锅炉炉顶吊挂装置的设计　［Ｊ］．锅炉制造，２００８，２２（３）：３Ｏ一３２．　５结束语　吊挂式电站锅炉的安装重点在于锅炉受热面设　［３］王戈非．锅炉炉顶管屏吊装新技术［Ｊ］：云南电力技　术，２００６，２０（３４）：７５—７６．