小净距邻近既有隧道施工的对策

石磊磊

（山西铁建工程监理咨询有限责任公司， 山西 太原 030013）

小净距邻近既有隧道施工的对策

石磊磊

（山西铁建工程监理咨询有限责任公司， 山西 太原 030013）

在我国，钻爆法施工的优越性已得以体现。然而，在一些复杂地质环境条件下施工，如工程项目邻近古城区、文物保护区，新建铁路隧道邻近既有隧道等，无论开挖施工还是工程爆破，均会对周边建筑物结构受力造成不利的影响，制约了新建建筑物、隧道的顺利施工。实践证明，充分勘察既有建筑物现状，考虑新旧建筑物的相互影响，并采取有效措施，能够确保既有构筑物的安全运营，保证既有结构安全质量。

小净距隧道；控制爆破；爆破振动；振速

0 引 言

近年来，随着社会经济文化的快速发展，人民生活水平的提升，基础交通建设随之发展，单线铁路不能满足现在交通发展的需要，越来越多的复线工程随之投入建设。受地形地貌，现有条件的限制，一些新建隧道距离既有隧道较近，施工不便。如复线铁路宝成线中两隧道与既有隧道岩柱体厚度为 1.9 m～2.3 m，复线铁路襄渝二线新大城隧道与既有隧道中间岩柱体为 3.7 m。紧邻既有隧道爆破、开挖施工使既有隧道周边围岩应力发生改变，影响既有隧道结构受力；爆破振动又将会对既有隧道结构造成一定程度的影响。本文结合新建太兴铁路太静段工程新风坪岭 1#、2# 隧道爆破、开挖、支护施工，分析研究了紧邻既有隧道的新建隧道施工对策，对小净距隧道开挖施工，邻近建筑物开挖施工有一定的指导意义。

1 主要工程概况

两座新建隧道属新建太兴铁路太原至镇城底增复线段，位于山西省古交境内，新风平岭 1# 隧道起讫里程为DIK48+5101~DIK48+643，全长 133 m，新风平岭 2# 隧道起讫里程为 DIK48+689~DIK49+565，全长 876 m，两隧道主体均为单线隧道，右临汾河滩，坡面陡直，植被较差；新风坪岭2# 隧道出口端隧顶有运煤道路，地质较差。

两隧道均为浅埋偏压，新隧道与既有隧道线间距较小。新旧隧道线间距 14 m，隧道间岩柱体仅为 8 m。新旧隧道基本平行，轨面高程一致。

既有隧道已建成 30 多年，为电气化单线铁路隧道，承担着太原至镇城底段客货运输任务。在新建铁路隧道的爆破开挖施工中，对既有电气化铁路隧道的任何影响都将会导致铁路事故。既有隧道结构为整体式衬砌，隧道内除存在多处渗水及裂隙等常见缺陷，整体结构良好。

2 新建隧道施工对既有隧道影响

邻近既有隧道施工的新建隧道施工，对既有隧道的影响，主要表现在以下方面：(1)新旧隧道的位置关系(平行、交叉等)；(2)新旧隧道的净距(既新隧道最外边缘至旧隧道最外边缘的距离)；(3)新隧道的施工工法(主要指开挖方式方法)；(4)新隧道的开挖大小；(5)新旧隧道周围的地形、地质条件；(6)既有隧道的结构力学情况。下面结合新风平岭1#、2# 隧道的地形地质条件，隧道位置关系、间隔，开挖爆破施工，岩柱体间破碎围岩情况进行说明。

2.1 新旧隧道相对位置关系

新旧隧道水平高程基本一致，两隧道基本呈平行布设，线间距为 14 m，中间岩柱体为 8 m。根据已有的日本《接近既有隧道施工对策指南》，当两隧道间隔为 1.5 D～2.5 D(D为隧道直径)属于要注意的范畴。随着新隧道的开挖，新旧隧道之间的围岩应力发生重新分布，隧道发生形变。新隧道的开挖，使原有应力状态打破，既有隧道左右两侧受力平衡状态被打破，隧道在左侧围岩压力大的情况下，发生了向右的位移。这种位移将使既有隧道衬砌结构受力发生变化，可能导致衬砌结构的破坏甚至结构侵限。

图1 开挖引起的既有隧道形变

2.2 新旧隧道周围的地形地质条件

根据地形地质条件以及勘察设计定线，隧道处于山脊一侧，为浅埋偏压。在浅埋偏压及小净距下，隧道开挖后既有隧道左侧围岩压力增大，既有隧道产生了靠近新隧道的位移。

图2 既有隧道衬砌在偏压压力下的变形

2.3 爆破振动的影响

爆破振动可能会危及既有电气化铁路的结构安全，影响铁路安全运营。在爆破冲击波的作用下，既有隧道结构衬砌距离爆源最近的位置受到的爆破振动破坏最大。在我国，爆破振动对矿山巷道、交通隧道影响的判据，是采用既有建筑物爆破振动时质点的峰值振动速度来判断。

保证既有隧道结构衬砌不受到爆破振动作用的破坏(产生裂纹)，关键是要控制既有隧道结构衬砌距离爆源最近地质点的峰值振动速度。GB 6722—2011《爆破安全规程》规定，交通隧道的安全允许振速为 10 cm/s～20 cm/s，为确保既有隧道的运营安全，施工时将爆破振动对既有隧道的影响控制在 5 cm/s 以内。

2.4 既有隧道的结构力学情况

既有隧道修建于 30 多年前的铁道兵时期，隧道衬砌为整体式衬砌，经过勘测、观察，既有隧道除存在诸如渗水，裂缝等一些常见缺陷外，隧道衬砌结构相对良好。

3 施工方法与对策

3.1 对新旧隧道中间岩柱体加固

新风坪岭 1#、2# 隧道与既有隧道线间距 14 m，隧道间岩柱体仅为 8 m，为确保新隧道施工时既有隧道的安全，开挖前先对既有隧道采取加固措施。具体措施如下。

在软弱破碎带以及软硬岩过渡段采取超前预支护，打设组合中空锚杆进行二次加固的双重加固措施。具体为Ⅳ、Ⅴ级围岩，Ⅲ级、Ⅳ级围岩过渡段，采用长 4.5 mφ42、间距40 cm 小导管注浆进行超前预加固，邻近既有隧道一侧打设至拱腰处，开挖后再对此段围岩采用 1.2 m×1.2 m、长 3.0 m 的φ22 组合中空锚杆进行二次加固，加强岩柱体的整体性；其余段落根据施工实际情况适当加固岩柱体。

3.2 新建风坪岭隧道安全施工措施

新风坪岭隧道施工严格按照“预加固、后开挖、弱爆破、短进尺、勤量测、早闭环、衬砌跟紧”的原则组织施工，采取以下主要具体措施保证施工安全。

3.2.1 既有线隔离措施

新风坪岭 1#、2# 隧道施工前采用隔离网进行既有线隔离防护，防止施工人员及材料等侵入既有线界限，确保行车安全。

3.2.2 爆破振动控制安全施工措施

正式起爆前在不同围岩下进行多组爆破测试试验，以确定特定工况下判断振动速度的经验公式中 K、α 值，确定小净距下不同围岩级别的最大单次爆破用药量。

除控制单次起爆最大爆破药量外，将掏槽眼布置在远离既有隧道一侧，在紧邻既有隧道一侧打设间距 25 cm 的隔离减振孔，可有效减小既有隧道爆破振动的影响，同时可起到导向孔的作用。

3.2.3 洞口爆破安全防护措施

为防止爆破时出现飞石的现象，洞口爆破设计为松动弱爆破，并采用密目(方格小于 2 cm)SNS 防护网覆盖防护，以防止飞石从侧面飞出。

3.2.4 隧道支护措施

初期支护紧跟开挖面，减少围岩暴露时间，抑制围岩变形，仰拱紧跟早闭环，二衬紧跟，确保结构稳定。

3.3 监测控制

考虑到隧道施工为浅埋偏压临近既有线小净距钻爆开挖施工，监控量测主要采取：新建隧道浅埋段地表沉降观测、洞内拱顶下沉及水平收敛监测、既有隧道病害观察及爆破振速监测、既有隧道拱顶下沉及水平收敛量测。施工过程中根据监控量测数据，必要时调整爆破参数及支护措施，以确保安全。

3.3.1 既有隧道病害观测

爆破施工前，在既有隧道较大裂缝处施做砂浆抹面，爆破后对比观察裂缝的变化和查看是否出现新的病害，以此修正爆破参数和调整加固方案。

3.3.2 既有隧道的爆破振速监测

爆破施工前在将测试振动用传感器布设到既有隧道特定位置，记录爆破施工时既有隧道距离爆源最近质点的振动速度。测试仪器为四川托普测控科技有限公司生产的 UBOX-5016 爆破振动智能监测仪及配套的垂直、水平速度传感器。为确保爆破振动监测对既有线的影响减小到最小，不影响运输安全，在既有隧道内合理布设测点。利用既有隧道迎爆破侧边墙 60 m 间隔的避车洞，在距离新建隧道施工的掌子面最近的两处避车洞分别放置一组固定测点，外加随掌子面移动的一组测点，三组测点检测不同位置的振动速度(切向、径向、垂直 3 个方向)。

图3 既有隧道测点布置简图

3.3.3 既有隧道、新建隧道监控量测

依据铁建设 [120] 号文件及新旧隧道实际情况，Ⅴ级围岩地段量测间距设为 5 m，Ⅳ级围岩地段量测间距设为 10 m，Ⅲ级围岩地段量测间距设为 30 m，Ⅳ、Ⅴ级围岩每量侧断面布置一个拱顶下沉点和两条水平收敛量测基线，Ⅲ级每量测断面布置一个拱顶下沉点和一条水平收敛量测基线。

图4 位移测线布置图

3.3.4 浅埋地段地表、地中沉降监测

浅埋地段在地表及地中布置沉降测点，沉降测点布置在隧道中线上，在与隧道轴线正交平面的一定范围内布设7～11 个测点，测点间距 2 m～5 m。

图5 地表下沉量测范围及地中沉降测点布置

3.4 数据反馈与分析

3.4.1 既有隧道的爆破振速监测

每次爆破前对既有隧道进行检查，爆破后通过洞外的计算机对 3 组检测振速进行监测并记录分析，分析汇总不同围岩级别，不等单次最大爆破药量下的振速，通过分析单次最大爆破药量在 1.6 kg～1.8 kg 下振速能满足 5 cm/s 以下的限值，Ⅲ级、Ⅳ级围岩单次爆破循环可达 1.2 m，Ⅴ围岩考虑支护的影响每次开挖 0.8 m。

3.4.2 监控量测分析

通过新旧隧道洞内收敛监测、洞顶下沉监测、地表沉降监测，并对监测数据进行及时的整理分析，所监测点的速度及累计位移、下沉均在规范允许范围内，通过对既有隧道的观察，未出现新裂缝。

4 结 语

施工前分析了新建隧道所处综合环境，通过分析采取了对既有隧道的预加固；对新建隧道，尤其是靠近既有隧道的中间岩柱体进行的预支护，确保了隧道结构的安全。钻爆施工前通过试验得出使用炸药、工况、围岩地质条件下的 K、α值，采取短进尺、控制最大装药量，使既有隧道最大振速控制在 5 cm/s 以下，确保了既有隧道的运营安全。有效的振速监测、洞内水平收敛监测、洞顶下沉监测、地表沉降监测为已运营线增复线施工提供了又一重保障。新风坪岭 1#、2# 隧道的成功施作，对今后类似隧道及地下工程的施工有一定的指导意义。

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[6] GB 6722—2011，爆破安全规程[S].

[7] TB 10304—2009，铁路隧道工程施工安全技术规程[S].

[8] TZ 204—2008，铁路隧道工程施工技术指南[S].

通信地址：山西省太原市建设北路242号 山西铁建工程监理咨询有限责任公司。

TU712

B

1007-4104(2015)04-0075-03

2015-02-12

石磊磊，助理工程师，土木工程专业(隧道工程与地下铁道方向)，从事土建工程建设监理工作，任职于山西铁建工程监理咨询有限责任公司。