超小净距并行隧道施工工法-3处

1超小净距并行隧道施工工法中铁一局集团有限公司一、前言新建或改建铁路、公路双线隧道之间的距离直接影响到隧道的稳定和安全，关系到占用土地的多少、社会环境的保护、工程造价的高低等社会效益，我国隧道设计规范规定：两相邻单线隧道间的最小净距，应按围岩地质条件、隧道断面尺寸及施工方法等因素确定，一般情况，在Ⅴ～Ⅳ类围岩中为（2.0～2.5）B，在Ⅲ类围岩中为（2.5～3.0）B，（其中B为隧道开挖宽度），即在一般情况下两隧道净距应大于15～30m。但是，人们为了避免展线绕避、改善运营及节约用地，往往希望能将两个并行隧道尽量靠近，采用小净距并行隧道。国内外对于超小净距隧道的施工一般采用“中柱法”或“中岩墙法”，即先挖取中间部分围岩，灌注砼作为中墙或设纵梁、立柱，后开挖隧道置于中墙上或纵梁上的作法。由中铁一局三公司承建的宁波招宝山隧道为超小净距（3.4～4.2m）隧道，采用两相邻隧道同工序相隔一定距离平行施工；对中夹岩墙，在开挖一侧隧道后用水平全长注浆锚杆预加固；上半断面以光爆控制对地面建筑物的震动，下半断面以尽量不破坏中夹岩墙围岩为目的的控制爆破技术；开挖后立即喷锚，格栅、支护、二次衬砌，并用先仰拱后墙拱二次模注砼等施工技术，取得了成功。本工法是在1995～1998年宁波大桥招宝山隧道施工过程中形成的。二、工法特点1.采用新奥法施工技术指导施工，以合理的开挖顺序及开挖方法、初期支护紧跟、对中夹岩墙加固处理，确保了隧道围岩稳定和施工结构稳定，施工安全可靠。2、采用监控量测信息技术指导施工，使施工处于受控状态。3、采用中夹岩墙法施工，具有一定的社会经济效益。4、可有效地控制地面沉降，对周围环境影响小。三、适用范围适用于两并行隧道之间距离不小于3.4米（单线铁路隧道为0.6B，双线铁路隧道为0.4B，三车道公路隧道为0.3B）的超小净距隧道。四、工艺原理及关键技术并行隧道施工以新奥法的基本原理为依据，以“短开挖、快封闭、强支护、勤量测”2为指导。两隧道根据地质情况分先后施工，先施工围岩较好的一侧，按同工序保持一定距离平行施工，将开挖面合理划分单元，自上而下实施有序分部开挖；喷、锚、网、钢格栅联合初期支护随挖随护，紧跟工作面；先开挖的一侧隧道边墙开挖后即对两隧道中夹岩墙用水平全长注浆锚杆作预加固；初期支护体系、中夹岩墙与围岩共同组成承荷体系，协同变形—承荷，充分发挥围岩自身承载能力；建立监控量测体系，实施信息化管理，保证施工过程处于受控状态；根据时间—空间效应原则及量测信息实施砼衬砌。关键技术：分部开挖及开挖方法；中夹岩墙稳定措施；信息化施工技术。五、施工工艺（一）工艺流程（见图1）图1超小净距并行隧道施工工艺流程图施工准备分析地质勘探资料确定施工方案及施工方法确定施工监测计划现场施工监测先行隧道上半断面开挖及初期支护先行隧道中槽开挖先行隧道边墙开挖及初期支护后行隧道上半断面开挖及初期支护后行隧道中槽开挖后行隧道边墙开挖及初期支护先行隧道仰拱施工中夹岩墙锚杆预加固拱部中夹岩墙全长预应力锚杆加固后行隧道仰拱施工隧道防水层及衬砌施工相隔一定距离3（二）施工要点1、施工准备(1)风、水、电管线敷设、施工便道、施工现场布置，机具设备、人员配置、材料准备、修建防排水设施等。（2）根据地质勘探资料和施工设计，详细分析了解工程地质和水文地质情况，制定相应的施工方法和措施，认真编制施工组织设计，制定施工监测计划。2、并行隧道开挖（1）施工顺序先分部开挖围岩较好一侧的先行隧道，滞后一定距离再分部开挖另一侧隧道，先行隧道开挖、初期支护及仰拱每个工序均要先于后行隧道一定距离，后行隧道初期支护及仰拱完成后，进行先行和后行隧道内层模筑砼衬砌施工。分部开挖顺序如图2所示。ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩ先行隧道后行隧道中岩墙ⅢⅣⅤⅨⅩ1:0.31:0.31:0.21:0.24m3m2m2m上半断面中槽仰拱预留光爆层光爆层中槽光层爆ⅥⅦⅧ图2超小净距并行隧道分部开挖示意图先行隧道上半断面开挖后立即进行初期支护，后行隧道上半断面滞后先行隧道约50m距离平行推进。从保证超小净距中夹岩墙的稳定考虑，后行隧道各部分开挖工序滞后先行隧道一定距离；两隧道开挖分“三部分”进行，即上半断面开挖完一定距离后，中槽先进，两侧墙滞后一定距离开挖。4在先行隧道下半部完成之前开挖后行隧道上半断面，有可能引起隧道拱脚部位岩体受破坏较大，对开挖两个隧道相邻侧边墙不利，采用穿通中岩墙的预应力砂浆锚杆加固隧道相邻侧墙拱脚以上岩体，确保围岩稳定；同时强调，必须在先行隧道边墙开挖，预加固了两隧道间夹岩墙，完成了仰拱之后一段时间，隧道变形基本停止后，再开挖后行隧道的边墙部分。（2）控制爆破开挖方法隧道采用爆破开挖时，为确保中岩墙围岩的完整，降低爆破对周围岩体及对周围环境的影响，应采用控制爆破技术。在上半断面开挖中主要解决爆破振动对周围环境的影响；在下半断面的开挖中主要考虑确保中岩墙围岩的稳定和完整，以及控制后行隧道对先行隧道边墙初期支护的影响。控制爆破振动主要采用控制装药量和分段微差爆破技术，根据《爆破安全规范》规定，爆破振动强度由速度衡量，爆破时在测点处产生的振动速度值与装药量、爆源与测点之间的距离及振动波传播路径的地质条件有关，一般按下式进行计算，得出的速度值应小于安全控制值。V=K（Q1/3/R）α式中：V-振动速度cm/s;Q-最大一段装药量kg;R-测点与爆源之间的距离m;K、α-与地形、地质条件有关的系数，可根据经验选取，最好在现场用实测数据进行回归分析后得出。1）超小净距隧道采用控制爆破技术开挖技术要点①为保证中岩墙的稳定与安全，采用中槽先进，两侧预留光爆层的作业方法。②中槽靠中岩墙一侧采用防震带（预裂带）降低爆破对中岩墙和先行隧道边墙初期支护的振动影响。③预留光爆层主爆孔的爆破应尽量为光爆孔创造临空面，这样有利于保证光爆效果和控制围岩的爆破松弛厚度。④平行隧道中一隧道开挖爆破时在另一隧道边墙初期支护上引起的振动速度控制在1.5cm/s以下。⑤采用微差爆破技术，考虑到爆破震动波形叠加作用的影响，时差可采用100ms。2）上半断面开挖控制爆破5采用微振动爆破进行施工，微振动爆破的基本原则是：在隧道开挖爆破中，采用微差爆破技术，产生最大振动的是掏槽眼部位，因而可以改变掏槽方式，控制掏槽眼一次起爆药量来降低振动强度；应用光爆技术提高爆破开挖质量，使上半断面的周边轮廓基本规整，减少爆破对上半断面的靠近、中岩墙底脚部位围岩的扰动；施工中应加强爆破振动监测，及时将监测结果反馈到施工中，对爆破参数及时进行调整。一般单位耗药量按q=0.6～0.9kg/m3控制。3）下半断面开挖控制爆破两隧道下半断面开挖是在两隧道上半断面开挖以后进行的。①先行隧道下半断面控制爆破首先必须严格控制下半断面岩石开挖爆破对中岩墙围岩的破坏范围和影响深度，其次要考虑其对后行隧道上半断面围岩及初期支护的影响程度，确保后行隧道上半断面部位的安全，同时应通过先行隧道的开挖，在进入中岩墙侧开挖以前，找出能确保中岩墙稳定及安全爆破方法和爆破参数。一般单位耗药量按q=0.4～0.5kg/m3控制。爆破开挖时中槽先进，两侧预留光爆层，预留光爆层厚度外侧为2～3米，内侧不低于3米。预留光爆层与中槽开挖之间间隔不低于二个爆破循环，以保证光面爆破有足够的临空面，靠近中岩墙侧预留光爆层的开挖必须在外侧光爆层取较好的爆破效果后开始，以确保中岩墙安全，考虑内侧光爆层迟后中槽的时间较长，中槽开挖后岩石应力释放对中岩墙围岩的稳定有不利影响，故中岩墙侧预留光爆层取较大的厚度。中槽开挖按常规爆破设计，虽然上半断面的贯通为其提供了向上的临空面，由于受上半断面开挖爆破影响，下半断面顶部岩石比较破碎，难以钻孔，上面一排孔的实际抵抗线较大，在爆破设计中应采用偏上的掏槽方法，兼顾掏槽和向上临空面的作用。②后行隧道下半断面控制爆破后行隧道下半断面岩石爆破必须保证：a、隧道中岩墙受到的影响控制在尽量小的范围内，其单侧围岩的最大破坏范围不得大于1米；b、先行隧道边墙的岩石和初期支护不能因爆破而受到损伤，尤其是先行隧道的内边墙所受爆破的影响必须控制在一定范围内，也就是说，后行隧道爆破直接影响中岩墙围岩的稳定，控制后行隧道爆破开挖是超小净距并行隧道成功开挖的关键。控制爆破原则：a、采用光面爆破技术控制超挖，保证边墙平整及对围岩的影响深度；b、采用微差爆破技术控制振动的量值大小，用以控制爆破对先行隧道边墙的影响6程度；c、采用预裂爆破技术降低爆破振动对围岩的影响。爆破开挖方法：a、采用中槽先进、两侧预留光爆层的爆破方法。b、在中岩墙侧布设防振带，即布一列孔先爆形成一破碎带在中岩墙和中槽主爆破区之间起降振作用，该列孔应用较小的药量最先同时起爆。c、中岩墙侧预留光爆层的厚度取4米左右，一方面有足够的厚度保证中岩墙围岩在中槽爆破后不至于因围岩暴露时间过长、岩体卸荷及应力释放面产生整体变形，使中岩墙岩体受损，另一方面又能创造较好的临空面减少爆破振动影响并保证光面爆破的效果，在施工安排中，尽量缩短外侧预留光爆层与中槽爆破之间的距离，一般不超过20米，同时采用挖后速护等措施来控制岩体变形，中岩墙侧围岩爆破后暴露时间控制在24小时以内。3）光面爆破施工①钻孔：保证光面爆破效果的关键在于光爆孔在一个平面内且该平面与设计轮廓面尽量重合。隧道边墙无法紧贴设计面钻凿光爆孔，光爆孔应有一定外插角，要求该外插角控制在5度以内，在光爆以后稍加清理后即钻凿下一循环的光爆孔，然后再进行初期支护。②装药：光面爆破采用弱装药，用小药卷和增大径向不耦合系数的方法改善光爆效果，药卷捆绑在导爆索上，并用竹片固定，由于在进行初期支护以后光爆孔无法使用炮棍，用竹片固定的药串能保证光爆药卷正确定位于光爆孔内，同时将竹片靠近要保护的围岩一侧以改善光爆效果，由于预留光爆层一般有斜度，光爆孔孔底部位无明显夹制作用，故底部不必加药。③软弱地层爆破参数的调整措施：a.适当增加主爆孔的装药量或减少主爆孔的抵抗线值，保证光爆层前的岩层有较大的抛出；b.光爆孔使用高段制微差雷管，拉大主爆孔与光爆的起爆时差；c.降低光爆孔的线装药密度，直至光爆孔内仅用双股导爆索。（3）出碴运输采用挖掘机装碴，自卸汽车运输。3、初期支护初期支护采用喷锚构筑法，由拱架+全长注浆系统锚杆+钢筋网+喷射砼构成的初期支护为主要受力结构。为保证夹岩墙的稳定及安全，在中夹岩墙处设单向全长砂浆粘结加固锚杆，锚杆用ф22钢筋梅花布置。7（1）初期支护施工程序：测量定位钻孔锚杆支护喷砼安设拱架挂设钢筋网喷砼（2）通过对地质及支护状态、隧道周边位移、拱顶下沉、地表沉陷、拱架应力、锚杆拉拔力等的监控量测，判断支护是否稳定与可靠，必要时调整支护参数。（3）开挖断面达到要求尺寸，及时出碴后立即喷射砼4～5cm，然后打设锚杆，再按设计要求安装拱架、挂钢筋网、最后分层喷射砼直到厚度。拱架与开挖轮廓之间所有间隙必须用砼喷射充填密实。先喷拱架与轮廓之间间隙，再喷拱架周围，最后再喷拱架之间。（4）系统锚杆拱部用锚固剂锚固，两侧边墙及中夹岩墙锚杆用注浆机先注浆后打入杆体，再焊接孔口端部垫板、封闭孔口的方法施工。4、中岩墙预应力锚杆施工（1）为保证中夹岩墙的稳定及安全，在中夹岩墙起拱线以上设预应力锚杆，锚杆用ф22钢筋按设计预应力锚固。（2）预应力锚杆采用后张法施工。在后行隧道上半断面按设计位置钻孔打穿岩体，凿除杆体两端砼弧线部分，使垫板与砼面密贴，张拉端设在后行隧道内，锚固端设在先行隧道内；由后行隧道上半断面送入杆体，将锚固端的垫板与杆体焊接，并用喷射砼封闭孔口；用注浆机沿杆体向孔内注浆，注浆后用锚杆拉拔器立即张拉至设计预加拉力，用扭矩搬手双螺母锁定，并用喷射砼封闭孔口。预应力锚杆安装如图3所示。4m锚固段锚头0.5m1m中岩墙锚杆拉拔器先行隧道后行隧道起拱线图3预应力锚杆安装示意图5、防水层及模筑砼施工（1）防水层设在喷射砼层与模筑衬砌砼之间，材料一般由土工无纺布及PE防水板组成，由于模筑砼是先墙后拱法施工，防水层的铺设顺序由墙到拱环向铺设，为了避免8边墙搭接钢筋对防水层的损伤，防水层环向搭接缝设在起拱线以上