超大断面隧道下穿在建城轨关键施工技术

付什财

（中铁十六局集团路桥工程有限公司，北京 101500）

1 工程概况

大横琴山一号隧道位于珠海市横琴新区境内，隧道进洞口位于横琴大道南侧，交通较为便利，出洞口位于长隆隧道上方。起讫里程为YK0+960～YK3+270/ZK0+960～ZK3+275,累计单洞长4625m。

本隧道于右线YK1+245～YK1+285，左线ZK1+255～ZK1+295 大角度下穿珠机城际铁路横琴隧道，其左右线开挖净宽分别为21.71m 与24.16m，左右线开挖净高分别为13.87m 与14.81m，隧道与珠机城际铁路的竖向净距（隧道断面外轮廓顶距珠机城轨断面外轮廓底）分别为：左线4.38m，右线3.56m，（详见平面关系图）。

图01 下穿珠机城际铁路平面图

图02 下穿珠机城际铁路隧道断面图

2 工程地质情况

根椐地勘情况并结合超前地质预报进行复核显示下穿段左右线岩性为中风化花岗岩，为Ⅲ、Ⅳ级。节理裂隙较发育，岩体较破碎，局部较完整，裂隙水不发育，围岩自稳能力一般，施工时应注意做好支护措施，防止掉块及局部坍塌。

3 施工的具体方案

根椐规范及设计并结合现场实际情况进行研究,为确保隧道下穿施工及后期运营的安全，总体方案采用本隧道先下穿施工，通过两道加强支撑体系对洞身进行加固,其一为加强超前支护，使用CRD 开挖工法，短进尺，弱爆破，减少对拱部围岩的扰动，及时施作加强的初期支护、仰拱、仰拱填充;

其二为加强二次衬砌，及时闭合成环；然后再进行上部隧道上跨施工，同时与兄弟单位形成联动机制，对本隧道下穿段二衬拱部进行爆破振速的监控来指导上部隧道爆破开挖施工，确保成形的结构所受影响减到最低。

3.1 第一道加强支撑体系

3.1.1 超前支护加强

为了确保在开挖时拱部围岩的稳定，需对超前支护进行加强，本下穿段落利用上一循环架立的钢架在拱部120º范围提前施作φ42 注浆小导管注浆小导管与φ76 洞身管棚（小导管长4.5m，环向间距0.4m，外插角10º～14º，搭接长度不小于1.0m；管棚长10m，环向间距0.4m，外插角1º～3º，搭接长度不小于3.0m），确保拱部覆土凝结成环向整体，增强其自稳能力[1]。

3.1.2 开挖方法优化

拱部加强措施完成待达到设计强度后，再进行洞开挖，结合各种因素，本段落统一采用CRD 开挖工法，弱爆破，短台阶，严控循环进尺长度，同步施作隔振孔（起拱线以上布置环向隔震孔，隔震孔直径为90mm，中心间距500mm，隔震孔内置φ83 钢管，管壁不开花孔）,确保上部隧道施工时减少爆破振动速率。

图03 开挖工法示意图

图04 隔振孔设置示意图

(3)初期支护加强

每循环开挖完成后，及时进行支护，支护采用φ25 涨壳锚杆（120×120cm，长5m，另环向每5m 设置9m 长的加强锚杆,由于两隧道交叉部位净距较小,拱部80°范围内不设锚杆，拱部100°范围内不设加强锚杆,所在的部位采用超前小导管与中管棚进行加强)、双层钢筋网（20×20cm）、I25a（60cm/榀）、C25 喷射砼（厚31cm）相结合进行加强,再次提高拱部覆土的整体性和自稳能力[2]。

3.2 第二道支撑体系

仰拱、仰拱填充及矮边墙按照设计图纸进行，施工过程中不做加强，

二次衬砌加固施工紧随矮边墙及防水施工工序完成后进行，采用拱架结合原设计钢筋进行加固，拱架采用I20a，间距300cm，纵向连接采用10#槽钢，间距300cm,拱部120º布置，施工中先安装环形拱架，拱脚与矮边墙预留钢筋连接进行固定，必要时可植筋加强固定，植筋采用Φ20 钢筋、MT500 植筋胶，植筋深度5cm，同时采用10#槽钢纵向连接使之成为一个整体，如下图所示。

图05 左右洞二衬加固拱架示意图

二次衬砌加固体系完成后，紧接进行二次衬砌钢筋模板混凝土施工，最终形成加强的复合式衬砌结构。

4 施工安全保证措施

在隧道下穿与上跨施工过程中，往往会出现下穿隧道拱顶位移过大、已成型结构局部损伤等异常情况，为避免这些情况的发生，采取拱顶位移监测、断面空洞检测、二衬结构爆破振速监测、建立联动机制等措施，提前进行预防与加强。

4.1 拱顶位移监测

下穿段开挖初支完成后及时对隧道拱顶下沉及净空收敛进行量测，采集数据后及时处理分析，结果及时反馈。当数据出现异常变化时，分析原因及时进行处理与加固。

表01 下穿段拱顶下沉监测数据汇总表（单位：mm）

围岩稳定性判断可划分为三个阶段，即急剧变形、缓慢变形、基本稳定三个阶段，据初支暴露时间段的检测数据显示，围岩趋于稳定，加强的支护措施可靠[3]。

4.2 断面空洞检测

为确保隧道初支背后密实，使各部受力均匀传递，特采用SIR4000 型双通道高速地质雷达系统对下穿段初支进行检测，检测结如有空洞等，及时进行注浆回填。其检测结果如下表所示。

表03 初支及背后填充密实情况雷达检测结果汇总表

根据检测结果分析，初支背后密实度良好，无空洞，各部受力能均匀传递。

4.3 二衬结构爆破振速监测

为使下穿隧道二衬结构在上跨隧道爆破施工时所受影响最小，其上跨隧道开挖工法由全断面法修改为台阶法，短进尺，弱爆破，减少对两隧道夹层的扰动，同时在下穿隧道二衬拱顶设置监测点，监测爆破对结构的影响，通过监测数据来指导与调整上跨隧道的爆破施工参数[4]。

表02 下穿段二衬结构监测爆破振速测试结果统计表

根据监测结果分析，随着爆破距离越远，交叉段基础结构振动速度就相对较小，在整个监测周期内，爆破振动速度未超出国家标准《爆破安全规程》规范中对“交通隧道低于15”安全允许振速要求。说明珠机城轨掌子面开挖爆破参数合理，对下部隧道基础结构稳定性影响较小[5]。

4.4 建立联动机制

施工前事先与兄弟单位建立联动机制，分别以各自项目的项目经理为组长，总工程师、工区主管为副组长，部室负责人及现场管理人员等为成员的联动机制小组，于各自项目的隧道洞口设置联动办公室，办公室安排专人，并配备相应的通讯设施，以便于指令及时上传下达，各自现场施工情况互通有无，沟通协调解决所遇问题形成联动。

4.5 区段警示与风险告之

项目部组织在ZK1+255/ZK1+295 与YK1+245/YK1+285 处设置警示标志与安全注意事项，以便对过往车辆及作业人员形成警示；距交叉点前后30米处另外设置一道警示标志作为缓冲，并标明距危险区域长度、危险范围、时时更新各部作业情况、存在的风险及应该注意的安全事项，确保对作业人员与车辆起到持续警示作用。

5 结束语

大横琴山1#隧道超大断面下穿在建隧道施工时，加强的超前小导管与中管棚封闭拱顶，洞身开挖的CRD 工法，短进尺，弱爆破；初期支护的加强长锚杆、系统锚杆、双层钢筋网、I25a 钢架、C25 喷射砼相结合的支护系统；通过以上措施，加强了下穿隧道拱部围岩的稳定性，提高了围岩的整体性和自稳能力；二次衬砌的I20a 加强拱架，提高了二次衬砌主体的支撑强度；同时通过监控量测、爆破振速监测、建立联动机制等有效措施来反复验证和指导施工；综合以上措施，避免了在施工过程中拱部出现较大的竖向位移，使已成型的结构在爆破施工中所受的影响减到最小，为类似工程施工提供了借鉴和参考。