某工程叠层隧道群上层隧道重叠段施工专项技术探讨

张进　刘振齐　王正才

摘 要：介绍某工程叠层隧道群重叠段上层隧道施工技术，包含上层隧道的施工顺序、上层隧道施工对下层隧道的相关保护措施、上层隧道开挖工艺以及上下层隧道夹岩的加固措施等，旨在通过一系列技术措施，减小叠层隧道群上层隧道施工对下层隧道衬砌结构的影响，从而保证隧道群整体安全性。通过介绍该工程叠层隧道上层隧道施工技术，希望对后续类似工程施工提供参考。

关键词：隧道;施工;措施;叠层;夹岩

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）29-0095-03

Special Technical Research on the Construction of Reserved Section of

Three Longitudinal Line of Hongyan Village Tunnel Group

ZHANG Jin LIU Zhenqi WANG Zhengcai

（China Construction and Civil Construction Co.， Ltd.， Chongqing 400000）

Abstract： To introduce the construction technology of the overlapping tunnel group， including the construction sequence of the upper tunnel， the relevant protection measures of the lower tunnel， the upper tunnel excavation process and the reinforcement measures of the upper and lower tunnel clips. It aims to reduce the impact of the upper tunnel construction on the lining structure of the lower tunnel， so as to ensure the overall safety of the tunnel group.By introducing the construction technology of the stacked tunnel， we hope to provide reference for the subsequent construction of similar projects.

Keywords： tunnel;construction;measures;lamination;rock clip

1 工程概况

1.1 基本概况

上层隧道与下层轨道交通线路共用某大桥跨越嘉陵江。受某大桥高程和平面线位限制，上层4座隧道（含主线左线隧道、主线右线隧道、匝道A隧道和匝道B隧道）位于下层轨道交通暗挖车站隧道之上。其中，上层主线三车道大断面隧道位于下层轨道交通暗挖车站隧道左右拱肩，最小净距约为2.0 m。三隧依次呈交错关系，且长距离紧贴、并行，里面的位置关系如图1所示。

1.2 工程地质条件

1.2.1 地质构造。工程处于金鳌寺向斜西翼，为川东褶皱束中沙坪坝-重庆复式褶皱曲中的次一级褶曲，无断裂构造通过，构造裂隙不发育。据调查测绘，场地岩层倾向140，倾角8°，局部倾角15°。

据实地量测，基岩中发育裂隙3组，裂隙发育情况如下：①L1裂隙倾向为350°～0°，倾角为55°～65°，裂隙面粗糙，宽度为2～8 mm，偶见黏性土充填，裂隙间距在2～5 m不等，延伸长度一般为5～10 m，局部可达数10 m，切割深度为5～20 m，连通性较好，裂隙属硬性结构面，结合差;②L2裂隙倾向为260°～270°，倾角为65°～75°，裂隙面较直，延伸长度为3～5 m，闭合为主，裂隙间距在2～5 m不等，无充填物或局部有部分方解石充填，裂隙属硬性结构面，结合差;③L3裂隙倾向为80°～90°，傾角为65°～75°，倾向与L2裂隙相反，裂隙性状与L2一致。

1.2.2 地层岩性。通过地质钻探、地面地质调查和搜集前人成果及相关地质资料，场地内出露地层主要为第四系全新统（Q4）和侏罗系中统沙溪庙组（J2s）沉积岩层。按照由新到老的原则，各层岩土特征分述如下。

①人工填土（Q4）。褐灰色，以素填土为主，主要由粉质黏土夹砂泥岩碎块石组成，含少量砼块、砖头等建筑垃圾。骨架颗粒粒径以20～500 mm为主，局部可达800～1 000 mm，含量一般为30%～50%;在厚度较大的地段中下部，碎块石含量显著增高，局部可达到70%～80%，粒径也有所增大。人工填土主要呈稍密状，稍湿，堆填年限约10年。该层底部与基岩接触地段受地下水活动的影响，形成以软～可塑状黏性土为主、厚度为0.05～0.30 m（局部可达0.50 m以上）的软弱薄层。它分布于整个场地内，钻探揭露最大厚度为37.2 m（孔号WXH32）。

②残坡积层粉质黏土（Q4）。褐红色，由黏土矿物组成，含少量岩石碎屑，可塑～硬塑，稍光滑，摇震反应无，干强度中等，韧性中等。残坡积层，厚为0.5～1.0 m，较薄，主要分布于原始沟谷和斜坡地带，场地分布较少[1]。

③砂质泥岩（J2s-Sm）。褐红色，粉砂泥质结构，中厚层状构造;主要矿物成分为黏土矿物;表层强风化带厚度一般为0.5～1.0 m，最大可达3 m，强风化岩芯呈碎块状，风化裂隙发育;中风化岩芯呈柱状、中柱状，岩体较完整，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。砂质泥岩广泛分布于整个场地上部土层覆盖层以下。

④砂岩（J2s-Ss）。灰褐色、灰色，细粒～中粒结构，中厚层状构造，泥钙质胶结，主要矿物成分有石英、长石等;强风化层厚度一般为0.5～3.0 m，强风化岩芯多呈碎块状、短柱状，风化裂隙发育;中风化岩芯呈柱状、长柱状，岩体较完整，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级。砂岩广泛分布于整个场地上部土层覆盖层以下，与砂质泥岩相间分布。

2 工程特点及重难点分析与对策

2.1 工程重点

受场地条件限制，现场剩余大量工程已无作业面施工，造成大量施工人员及机械窝工，施工工期严重滞后，使得对施工组织要求高成为工程重点。因此，针对剩余工程需加强施工组织，优先完成群洞段主线隧道与暗挖车站重叠段、H-B隧道、3号出入口暗挖段及轨道交通区间隧道开挖支护。待以上工程完成后，拆除现场钢筋加工场改移到匝道A隧道内供剩余主体及附属工程钢筋加工。

2.2 工程难点

大规模高密度洞群施工技术含量高、施工难度大，是工程施工组织重点和技术难点。

主线隧道进洞口处下方有轨道交通暗挖车站隧道，上方有主线隧道，左右两侧有匝道隧道，下方有既有铁路隧道和在建的轨道交通9号线。群洞呈上下叠加、左右平行近接位置关系，隧道群总体呈现出复杂的空间关系，且洞间近接，主线隧道与轨道交通暗挖车站隧道净距只有2 m左右，规模浩大，应力变化复杂，开挖难度大。隧道群总体风险极高，是施工技术难点，也是施工组织重点[2]。

针对本工程隧道群特点，优化施工组织，隧道群施工的总体顺序为先下后上。为保证三层主线隧道整体工期节点，减小对下层隧道衬砌结构扰动，总体施工顺序为“下层轨道交通暗挖车站开挖、衬砌施工—上层A、B匝道隧道衬砌施工—A、B匝道隧道与主线第一个车行横通道衬砌施工—通过车行横通道施工主线隧道（非重叠段）—待下方暗挖车站隧道衬砌结构施作完成且结构趋于稳定后，施工叠层隧道群上层主线隧道（由A、B匝道与主线隧道车行横通道位置进行反向开挖至主线隧道进口位置）”。

群洞段匝道B隧道初支和衬砌已施工完成，轨道交通暗挖车站初期支护施工已完成，同时已对车站暗挖隧道上部及左、右线隧道中间岩层按设计采用超长T51自进式锚杆对岩层进行注浆加固。主线隧道仰拱及轨道交通线暗挖车站拱部已按设计采用管棚注浆进行加固，既有铁路隧道已经过变更采用混凝土回填完成。为了减少主线隧道开挖时对车站衬砌主体结构的扰动，先施工主线隧道与车站隧道重叠段上台阶开挖支护。

①主线隧道群洞与车站隧道重叠段左、右线采用中壁法开挖。隧道掘进施工时，左、右线掌子面前后错开50 m进行施工，避免在同一横断面内多孔洞同时开挖施工、裸露开挖面。

②经过前期多次试验及计算，现隧道爆破开挖振速已能够准确控制在规定范围内。上层主线隧道与车站隧道重叠段左、右线施工均采用微震动开挖，开挖循环进尺控制在1.0 m左右，加强初期支护，提高支护刚度，快速开挖，及时封闭围岩，减小时空效应对围岩变形的影响[3]。

③上层主线隧道与车站隧道重叠段开挖时，加密监测点布置加强监控量测频率，根据监控量测结果适时调整施工方法和调整支护参数，确保施工和结构安全。同时，在车站内起拱线位置布置两对长观孔，在主线隧道爆破开挖时监测夹层内岩石的扰动，通过监测结果调整爆破参数。

④主线隧道仰拱开挖完成后，清理仰拱渣土，采用M30水泥浆灌注仰拱缝隙，使其仰拱岩层整体板结。同时，对上下层隧道间夹岩柱进行注浆加固，加固深度为上层隧道拱部外轮廓线50 cm，浆液扩散半径为1 m，钻孔间距为1.5 m，梅花形布置。

⑤主线隧道初支拱墙与仰拱钢架连接处加焊20 mm钢板加强肋，提高初衬钢架稳定性。

3 施工工艺技术

3.1 隧道施工法

3.1.1 施工步序。主线隧道与车站隧道重叠段采用中隔壁法开挖，横断面和纵断面施工步序分别如图2和图3所示。

3.1.2 技术要点。①根据围岩条件和施工机械配套情况合理确定台阶长度、台阶数量和台阶高度，严格控制台阶高度为5.5 m，且其各部形状应在有利于保持围岩稳定的前提下尽量便于开展机械作业;②当围岩不稳定时，开挖进尺不宜过大，每循环宜控制在1.0～1.5 m，落底后应立即实施初期支护;③当围岩整体性较差时，施工中应采取措施减少下部开挖时对上部围岩和支护的扰动，下部断面开挖应量测交错进行，下部断面应在上部断面喷射砼达到一定强度后开挖。

3.2 隧道开挖施工

主线隧道进口属群洞设计，且全线多处与轨道交通、铁路相交，同时地表建筑物密布。为保障建筑物和隧道施工安全，针对群洞段实际情况，上台阶开挖方式定为距洞口10 m范围内采用机械开挖，其余地段采用机械开挖辅以微振控制爆破。控制爆破振速不大于1 cm/s。开挖爆破采用塑料导爆管非电起爆系统，毫秒微差有序起爆，减小进尺及装药量，减轻震动。特殊地段可根据现场实际情况采用数码电子雷管进行分段弱爆破[4]。

隧道爆破施工必须在确保高质量的隧道开挖断面和进尺的同时，保证爆破震动尽可能小，以保证地表及建筑物的安全，并尽可能减少对居民的干扰。为此，爆破必须满足以下两个要求：①爆破震动、爆破噪声等，需控制在爆破安全规程要求之内;②炮眼利用率在90%以上，光爆的半壁炮眼留痕迹率在80%以上，平均线性超挖不大于10 cm，最大不超過15 cm，相邻两循环炮眼衔接台阶不大于10 cm，局部欠挖面积小于0.1 m2，最大欠挖小于厚度5 cm。

隧道掘进采用台阶法微振动光面爆破，上台阶一般采用掏槽眼开挖和扩大部分开挖两部分爆破。用[Φ]30 mm、[Φ]25 mm 2#防水的乳化炸药，周边眼则采用[Φ]25 mm的小药卷，并采用导爆索绑小药卷的空气间隔装药结构。隧道爆破采用毫秒雷管或秒级雷管起爆系统（秒级雷管主要用于掏槽眼），采用V形掏槽眼。为了尽可能减少爆破对隧道的影响，掏槽眼设置在爆破掌子面的中下部，爆破每循环进尺为1.0 m。下台阶开挖则采用1.5 m短进尺弱爆破开挖。

主线隧道左右线与车站隧道重叠段采用隧道反挖施工，反挖段中隔壁法上台阶（高为5.5 m）采用机械开挖辅以微振控制爆破。本段隧道上跨开挖支护已施作完成的轨道交通线车站暗挖段及区间隧道段，为减少施工对其结构的震动影响和对围岩的扰动，施工中上台阶采用机械开挖掏槽提供临空面，周边眼辅助眼采取控制爆破开挖的形式，而下台阶采用机械开挖的形式，减小扰动[5]。

4 结语

通过对某工程隧道群洞段ZK3+764.62、ZK3+789.7与ZK3+878.189这3个典型断面进行有限元分析，得到某工程隧道群左、右主线隧道开挖上台阶时各施工工序下洞群整体均处于稳定状态，支护效果良好，各隧道拱顶最大竖向位移均在合理范围内。

参考文献：

[1]张玉龙，刘洁，龚磊，等.小净距重叠盾构隧道下穿铁路线施工安全技术研究[J].铁道勘察，2019（5）：59-64.

[2]刘伟.地铁区间重叠隧道近接施工数值分析[J].路基工程，2019（3）：67.

[3]叶耀东，琚娟，王如路，等.盾构穿越运营地铁隧道施工技术探讨[J].施工技术，2005（12）：67-68.

[4]吴波.地铁隧道过河过桥施工技术研究[J].铁道工程学报，2008（5）：76-79.

[5]万亿.浅埋暗挖地铁隧道施工技术与风险研究[D].大连：大连理工大学，2015：78.