铁路近接隧道工程风险控制技术

一、前言二、近接隧道工程类型三、近接隧道工程分级四、近接隧道控制标准五、近接隧道风险控制一、前言一、前言新建结构物邻近既有结构物施工，并可能对既有结构物产生不利影响的工程称为近接工程，近接隧道及地下工程的施工称为隧道及地下工程近接施工。在近接工程中问题最为突出的是岩土类近接工程，而近接隧道及地下工程更是首当其冲，并且它涉及到各种工法、回填、爆破等，都会对周围土体产生扰动，对隧道工程、邻近建筑物、地下管线等产生不利影响。一、前言交通工程建设向少占地、低能耗、绿色、低碳发展，城市交通将越来越多转入地下，城市铁路隧道得到快速发展，同时也面临新的挑战。保证周围环境即重要建构筑物结构的安全性，制定相应的环境控制标准、进行近接施工分级以及采用合理的近接施工控制措施具有十分重要的意义。拥挤的城市地面黄桷湾立交开发地下空间龙洞堡机场隧道——“零换乘”概念综合交通枢纽地下互通式立交枢纽一、前言通过对《城市铁路明挖隧道近接施工关键技术研究报告》、《隧道工程施工要点集》、日本铁路隧道近接施工指南等文献资料调研，根据按近接隧道工程类型、工程分级、控制标准进行介绍，提出一般的风险控制措施，并选取了近年来铁二院相关典型近接施工风险案列和工点进行介绍。希望同事在以后设计工作起到抛砖引玉和提示的作用，因所涉及知识较广，本人水平有限，所涉及内容如有错误和不足恳请指正！二、近接隧道工程类型二、隧道近接工程类型隧道并行•既有隧道周边围岩松弛，使作用在衬砌上的荷载增加；爆破振动影响既有隧道运营安全•控制开挖引起的围岩位移：改变开挖方式；改变分部尺寸；改变衬砌、支护的结构隧道交叉•新建隧道在既有隧道上部通过时，既有隧道向上方变形，围岩的拱作用收到损伤，而使衬砌上的荷载增加；新建隧道在既有隧道下部通过时，既有隧道会发生下沉•控制开挖引起的围岩位移：改变开挖方式；改变分部尺寸；改变衬砌、支护的结构隧道上部明挖•隧道上部开挖土压被解除，对垂直荷载来说，侧压变大，拱顶会向上变形；埋深小时会损伤拱作用，使衬砌的垂直荷载增加；非对称开挖的情况，衬砌会受到偏压作用•均匀除去荷载：改变开挖方式；改变开挖顺序；控制挖方厚度隧道上部填土•隧道上部填土，作用在衬砌上的垂直荷载增加；埋深大时，增加荷载被分散，影响变小；•填土不均匀时，衬砌会受到偏压作用•均匀加载：改变填土的顺序；改变填土的厚度隧道上部结构物基础（对隧道的影响）•基础开挖时，与隧道上部开挖一样，但程度有所不同；上部结构物施工时，与上部填土一样，上部荷载增加•均匀加载；控制开挖、灌注的影响：改变基础形式；改变工法二、隧道近接工程类型隧道侧面开挖•隧道开挖方向发生拉伸变形，产生偏压影响和地层滑移•均匀除去荷载；控制开挖引起的围岩位移：改变开挖方式；改变开挖顺序；改变挡土、破面的坡度隧道近接锚索•因近接隧道钻孔，使隧道周边围岩松弛；导入锚索预应力时，会产生位移•除去直接的影响：改变锚索配置；改变施加预应力的顺序；控制注浆压力隧道上部积水•动水坡度上升，产生水压作用（能形成水头压力）或漏水量增加•控制积水的影响：改变防水方法；考虑抗水压衬砌地层振动•近接工程施工使用大量炸药时，受到动荷载的作用，衬砌发生开裂，可能发生剥离脱落•控制振动：采用控制爆破；研究其他（非爆破）方法隧道下穿建构筑物（对地表结构物的影响）•既有建构筑物易受爆破振动影响或破坏•控制振动：采用控制爆破，研究其他（非爆破）方法三、近接隧道工程分级三、近接隧道工程分级1、平行隧道两座隧道的位置关系隧道间隔近接度的划分新建隧道比既有隧道高的位置1.0D'1.0~2.5D'2.5D'限制范围要注意范围无条件范围新建隧道比既有隧道低的位置1.5D'1.5~2.5D'2.5D'限制范围要注意范围无条件范围低高不考虑爆破振动和既有隧道健全度影响，考虑围岩稳定和衬砌结构受力，可参照上表进行定性判断，上表地层条件以洪积的粉砂岩等为基础，稳定的硬岩、软岩，间隔值-20%；洪积砂层、黏性土层等，间隔值+20%，不稳定的围岩（膨胀性围岩等），间隔值+40%。选线过程中的新建隧道，一般单线隧道线间距20m，双线隧道线间距30m，可不考虑采取特殊的结构和围岩加固处理措施。三、近接隧道工程分级2、交叉隧道两座隧道的位置关系隧道间隔近接度的划分新建隧道比既有隧道高的位置1.5D'1.5~3.0D'3.0D'限制范围要注意范围无条件范围新建隧道比既有隧道低的位置2.0D'2.0~3.5D'3.5D'限制范围要注意范围无条件范围高低不考虑爆破振动和既有隧道健全度影响，考虑围岩稳定和衬砌结构受力，可参照上表进行定性判断，上表地层条件以洪积的粉砂岩等为基础，稳定的硬岩、软岩，间隔值-20%；洪积砂层、黏性土层等，间隔值+20%，不稳定的围岩（膨胀性围岩等），间隔值+40%。三、近接隧道工程分级3、隧道上部明挖残留埋深比h/H近接度的划分＜0.25需采取措施范围0.25~0.5注意范围＞0.5无影响适用于暗挖隧道，地表明挖卸载还有需考虑逐层开挖厚度、范围（纵向）、横断面施工顺序、爆破开挖方式，在铁路枢纽中道路改移经常是通过上跨隧道进行立体疏解，5m的残留保护层是需保留的：其一：避免施工和后期地面集中荷载不良影响；其二：避免拱部土石荷载太小，侧压力相对大，而拱部出现“反弯”点的。硬岩残留埋深比可-20%；砂层、黏性土层、强风化层等残留埋深比可+20%。正上方开挖斜上方开挖三、近接隧道工程分级4、隧道上部填土正上方开挖原埋深填土高度比△H/H近接度的划分a）＜D＞0.5需采取措施范围＜0.5注意范围（填土荷载小于1时，为无影响范围）b）D~3D＞1.0需采取措施范围0.5~1.0注意范围＜0.5无影响范围c）＞3D＞1.0注意范围＜1.0无影响范围适用于暗挖浅埋隧道，上部填土需考虑一次填土厚度、范围（纵向）、横断面施工顺序、碾压方式，在铁路中常遇到隧道顶部回填弃碴的情况。硬岩残留埋深比可-20%；砂层、黏性土层、强风化层等残留埋深比可+20%。注意：中铁二院关于规范和加强弃碴设计技术管理规定的通知（中铁二院技术〔2015〕174号），在影响桥梁、路基、隧道以及其他各类重要建构筑物结构安全的范围内，原则上严禁设置弃碴场；特别是在线路附近的不良地质体、不稳定斜坡、软土等分布范围区因弃碴可能诱发基底斜坡稳定性问题，危及线路安全的区域应禁止设置弃碴场。三、近接隧道工程分级5、隧道上部有结构物基础地层条件为软弱地层时附加荷载-25%，结构物基础出现不对称荷载、偏压荷载，尤其是局部集中荷载时要慎重分析，《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）中对条形基础和矩形基础在软弱地层的附加应力有明确计算公式。条形基础矩形基础隧道上部5m以上的预计增加荷载近接度的划分10Kpa无影响10~40Kpa注意范围40Kpa需采取措施范围三、近接隧道工程分级6、隧道侧面开挖适用于隧道一侧采石、路基等工况，特别注意开挖范围低于隧道基底的部分，防止隧道基底失稳。与隧道的距离近接度的划分D需采取措施范围1~2D注意范围2D无影响范围三、近接隧道工程分级7、隧道近接锚索隧道近接锚索近接度的划分0.5D需采取措施范围0.5~1D注意范围1.0D无影响范围影响决定于锚索与隧道的距离、锚索的施工方法、锚索的预应力大小、地形和地质条件等。三、近接隧道工程分级8、隧道上部积水隧道上部积水接近度的划分坝的大规模积水（10000m3以上）需采取措施范围中规模积水（100~10000m3）注意范围小规模积水（小于100m3）无影响范围影响决定于埋深、施工阶段漏失水的安全风险和运营期间的静水压力，一般在大型库区环境、透水地层环境才能形成有效水压力。三、近接隧道工程分级9、地层振动与隧道的距离接近度的划分2D以下需采取措施范围2~5D注意范围5D以下无影响范围具体设计时根据《爆破安全规程》（GB6722-2014），选取相应地层参数，进行爆破振速检算，提出控制爆破要求，根据隧道结构状态，隧道结构质点爆破振速控制在5~10cm/s。三、近接隧道工程分级10、隧道下穿建构筑物（对地表结构物的影响）适用于对既有结构物影响预测，通常需先确定是否有影响，必要时才再来研究影响有多大，以及采取何种处理措施。四、近接隧道控制标准与依据三、近接隧道控制标准1、地层振动控制近接施工的地层振动因与既有隧道的位置关系、使用炸药、地形和地质条件而有很大的不同。《爆破安全规程》（GB6722-2014）评价各种爆破对不同类型建（构）筑物和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准，采取保护对象所在地基质点峰值振动速度和主振频率，安全允许标准。0.5cm/s2.5cm/s4.0cm/s10cm/s10cm/s2、邻近既有铁路1）《铁路运输安全保护条例》第十八条在铁路线路两侧路堤坡脚、路堑坡顶、铁路桥梁外侧起各１０００米范围内，及在铁路隧道上方中心线两侧各１０００米范围内，禁止从事采矿、采石及爆破作业。在前款规定的范围内，因修建道路、水利工程等公共工程，确需实施采石、爆破作业的，应当与铁路运输企业协商后，采取必要的安全防护措施。2）《改建既有线和增建第二线铁路工程施工技术暂行规定》（铁建设[2008]14号）既有线及增建二线技术：20m范围的非爆，200m范围的爆破应纳入运营部门管理范围。建议隧道设计中邻近既有既有铁路边界20m范围采用非爆，20~50m采用控爆，工务部门如提出范围外的非爆要求，应发函给业主，再由业主委托设计院编制相关非爆开挖的方案。2、邻近既有铁路达成线设计中在既有线路基外缘50m以内，中间无自然屏障，每天爆破封锁线路时间在1小时以内，用普通爆破法危及行车安全的石方爆破工点，按石方控制爆破设计。石方控制爆破难易等级，原则上划分为三等：A类：线间距≤5m，岩石硬度为次坚石及以上，开挖高度8m,开挖厚度≤4m。上述4个条件同时满足时采用A类控制爆破及钢绳柔性网全封闭防护。B类：不满足A类条件，但二线线间距10m时，采用B类控制爆破及普通排架或加强排架半封闭防护。C类：符合控制爆破石方工程范围条件，不能满足A类和B类条件的工点，均按C类控爆划定：当线间距10m≤d≤20m时采用单层防护排架；d20m时不再设防护排架仅控制装约量及一次爆破方量即可。施预概算指标3、邻近既有公路《公路安全保护条例》（中华人民共和国国务院令第593号）第十七条禁止在下列范围内从事采矿、采石、取土、爆破作业等危及公路、公路桥梁、公路隧道、公路渡口安全的活动：（一）国道、省道、县道的公路用地外缘起向外100米，乡道的公路用地外缘起向外50米；（二）公路渡口和中型以上公路桥梁周围200米；（三）公路隧道上方和洞口外100米。在前款规定的范围内，因抢险、防汛需要修筑堤坝、压缩或者拓宽河床的，应当经省、自治区、直辖市人民政府交通运输主管部门会同水行政主管部门或者流域管理机构批准，并采取安全防护措施方可进行。贵阳枢纽西南环金阳南移站I类变更，一处挖方路基邻近公路，设计院按《公路安全保护条例》要求采用非爆开挖，增加投资3000多万，鉴定中心未批复同意。后改线采用隧道方案，仅洞口50m范围采用非爆，鉴定中心才同意方案。贵阳枢纽长昆引入三马片区路基段开挖邻近公路采用一般爆破或控制爆破，公路管理部门、地方政府发函要求变更为非爆破开挖，I类变更设计增加6000多万，目前文件报部，能否有无设计责任、能否批复？！临近既有公路工程，隧道是有围岩封闭的（所谓天然屏障），没有爆破飞石影响运营安全，在爆破振速满足规范要求的条件下，是否有必要在100~200m范围内均采用非爆？！4、邻近既有管线1）按照中国石油天然气集团公司对已经投入运营的天然气管道开挖方式的企业标准《油气管道并行敷设技术规范》（Q/SY1358-2010）和《油气输送管道与铁路交汇工程技术及管理规定》（国能油气【2015】392号】）的相关要求：①距离油气管道小于或等于6m时，必须采用人工开挖；②距离油气管道大于6m小于或等于10m时，应采用机械破碎开挖或人工开挖;③距离油气管道大于10m小于或等于20m时，