摘要：文章结合兰渝铁路龙凤隧道泄水洞下穿遂渝铁路无砟轨道的施工情况，针对泄水洞与既有隧道净岩柱厚度仅为5米的特殊情况，为控制高铁隧道无砟轨道的几何状态、衬砌结构安全，结合隧道特殊情况，设置了工艺试验段，采用一系列的初期支护优化和新措施、全自动设备进行沉降观测和视频监控，并优化施工工序，缩短工序循环时间，并采用先进的电力雷管错相减振工艺减小爆破振动，减小了爆破对围岩造成的扰动和损伤，安全顺利的完成了下穿无砟轨道施工。
关键词：小间距；高铁；无砟轨道；沉降控制；电子雷管；围岩损伤
一、引言
随着国内高速铁路及城市轨道交通建设的不断发展壮大，城市地下轨道工程、市域铁路越来越多。由于受线路走向、城市发展规划需要、地表建筑物状态等影响，很多地下工程存在交叉施工关系。因受制于线路纵坡的影响，交叉工程空间位置间距很小。交叉工程受制于既有地下工程结构的隐蔽性、复杂性、运营等影响，大多采取交叉跨越的方式。目前国内新建隧道小间距下穿既有高铁隧道工程多以城市地铁隧道采用盾构方式交叉跨越居多，相对高速铁路来说，交叉跨越较少。同时高铁无砟轨道对沉降允许变形要求较高，目前专门针对下穿高速铁路无砟轨道沉降控制的相关研究较少。
高速铁路无砟轨道对轨道几何尺寸控制标准极其严格，兰渝铁路龙凤隧道泄水洞穿越高速铁路隧道时，由于其与高铁隧道净距小，加上普通爆破开挖容易对围岩造成较大的扰动和损伤较大，影响无砟轨道基床底整体结构和衬砌稳定，如何控制开挖后的沉降值满足要求，是施工时的关键控制点。本文以兰渝铁路龙凤隧道泄水洞下穿既有铁路无砟轨道为例，通过现场试验段、电子雷管错相减振[1]新工艺、初期支护优化、快速施工的方法，达到了控制既有隧道沉降的标准。
二、工程概况
兰渝铁路龙凤隧道泄水洞下穿高铁隧道断面净空为5.8*4.9m（宽*高），下穿长度为30米，与既有高铁隧道正交，与既有高铁隧道净岩柱距离仅为5米，下穿段围岩为Ⅴ级围岩，地层岩性为弱风化灰岩。下穿段采用Φ108长管棚注浆预加固，管棚环向间距0.3m，共20根，初期支护采用全环I20b钢架和C35喷射混凝土，拱墙部位设锚网防护。下穿段交叉位置关系如图1。
图1 下穿段交叉位置关系图
三、沉降控制因素分析
既有高铁隧道安全受2个方面的因素控制，一个是既有铁路隧道无砟轨道的运营安全，一个是既有铁路隧道的衬砌结构安全，这2个因素是控制下穿既有隧道安全的绝对因素。按照设计提供的沉降值控制标准：下穿高速铁路隧道的沉降安全控制值为≤3mm。既有铁路轨道检测轨道10米弦长的允许高低偏差控制标准为：安全值为≤1mm，预警值为＞1mm，报警值为＞2mm。
四、控制沉降的对策
（一）工艺试验段
为确保下穿高铁隧道的运营安全，验证设计参数和施工方案的合理性，验证施工方案对控制沉降的效果，以及二衬的施作时机，每工序循环施工时间，初期支护早高强喷射混凝土的试验，初支背后充填注浆效果，在下穿段开挖前，选取类似地质条件的一段做为施工试验段，试验段的各种参数和下穿无砟轨道相同，为下穿无砟轨道施工积累工艺参数和经验。
（二）早高强喷射混凝土
为了控制隧道开挖后既有隧道围岩的早期下沉，采用C35早强、高强型喷射混凝土的施工工艺，配合比按照：水泥：细骨料：粗骨料：减水剂：速凝剂：水（1：1.57：1.57：0.012：0.08：0.38），水胶比为0.38。通过对下穿无砟轨道喷射混凝土1天强度进行取芯检测，喷射混凝土强度均满足规范要求。解决了普通喷射混凝土早期强度不足，和受运营铁路荷载影响，致使围岩容易发生失稳、坍塌的现象。
（三）超前管棚注浆
为解决管棚注浆后因留存气体造成的缝隙、空洞等隐患，保证管棚钢管内、管孔壁间充填密实。在钢管壁上钻注浆孔，注浆孔径为10～16mm，注浆孔纵向间距15～20cm，呈梅花形布置，尾部留不小于100cm的不钻孔的止浆段。在钢管外设置一根排气管，保证钢管与围岩之间注浆密实。
管棚注浆压力过大造成既有无砟轨道上浮，管棚注浆按照隔孔钻孔注浆原则，在首根管棚注浆前，对下穿段沉降观测点进行观测，取得数据。在注浆前对每个注浆孔的注浆量、注浆压力进行控制，并在注浆期间利用天窗点对既有隧道内进行观察及观测，如看到有浆液从盲管中流出或从仰拱填充面渗出及出现上拱现象，应立即停止泄水洞内注浆。注浆时严格控制注浆压力，通过注浆成果得出注浆终浆压力控制在0.3～0.5Mpa为宜。
（四）初支背后充填注浆
初支喷射混凝土时由于施工工艺问题，往往会造成初支与围岩及钢架背后喷射混凝土不密实、脱空等问题，给无砟轨道控制沉降造成严重的安全隐患。因此，采用初支背后充填注浆工艺，利用钢架背后预埋注浆管工艺，在试验段实践中，得到了经验积累。在下穿无砟轨道施工中有效借鉴，达到了预期效果。初支背后充填注浆如图2。
图2 初支背后充填注浆图
（五）工序循环卡控
下穿既有铁路期间，既有铁路正常开通运营，列车不限速。受列车运营影响，隧道下穿既有铁路必须在天窗点内施工，天窗点总共时间为4个小时。因此在天窗点内必须完成每循环支护。积极探索创新了一套小断面隧道开挖施工技术，从现场施工人员定班定区、对施工开挖台架进行改良、优化出渣及排险工序时间，在规定时间内完成喷射混凝土，确保了既有铁路运营安全。
（六）视频监控及沉降观测
受高速铁路运营管理部门的规定，高速铁路白天不允许任何人进入，只有上报计划后在天窗点点内进入，无法达到对既有隧道无砟轨道的不间断监测要求。现场监控采用安装监控摄像头和自动沉降观测设备的施工方案，实现自动化对既有隧道进行监测管理。
（七）近接影响线变形预测
受新建隧道的影响，下穿既有隧道的变形主要包括横向和纵向两个方面。一方面，由既有隧道横断面受新建隧道下穿的变形历程知，既有隧道会产生类似扭转的变形；另一方面，受新建泄水洞的影响，既有隧道纵向沉降变形似简支梁，隧道适应纵向沉降的能力要脆弱的多，隧道纵向沉降通常对隧道结构不利，在中心沉降和曲率达到一定数值以后，隧道可能出现环缝张开过大而漏水。下穿既有铁路采用近接影响变形预测技术，采用三维有限元分析，对上下交叉隧道之间的相互影响进行全过程数值模拟研究。
（八）电子雷管错相减振
下穿既有铁路为无砟轨道，按照《爆破安全规程》规定并结合铁路运营管理部门的要求，要求最大爆破振速不大于1.8cm/s，因此采用新型电子雷管错相减振工艺进行爆破（如图3）。利用数码电子雷管孔内可编程，延时精度高等特点，通过分析爆破振动波形，找出主振频率的半周时长，确定合理的爆破延时，实现爆破错相减振。通过对下穿无砟轨道施工期间爆破振速监测结果统计，爆破振速均小于1.8cm/s，完全满足施工需要。
图3 电力雷管错相减振原理图
（九）围岩损伤
泄水洞与既有隧道净岩柱厚度仅为5米，隧道钻爆开挖后，在围岩中形成松动范围，该松动范围主要受以下因素影响：隧道结构及围岩物理力学指标影响、围岩附近破碎带或溶洞等的影响、爆破参数的影响。通过对试验段中不同爆破方式的超声波测试结论得出，非电雷管引起的松动圈为1.3m～2.4m，电子雷管引起的松动圈为0～1.2m。采用电子雷管爆破能明显减小爆破后围岩损伤范围，确保了无砟轨道基底围岩的稳定，降低了施工的安全风险。
五、下穿段沉降控制成果
将试验段的施工经验应用于下穿无砟轨道实际施工中，结合下穿无砟轨道时新的施工工艺工法，通过对既有铁路隧道内23天的沉降观测数据分析曲线（图4）发现，下穿段施工期间，既有铁路最大累计沉降值<1mm，完全满足高铁沉降控制安全要求。
图4 既有隧道沉降曲线图
六、结论
通过对兰渝铁路龙凤隧道泄水洞下穿高速铁路无砟轨道沉降控制的分析与研究，可以得到以下几点经验，可为类似工程提供参考和借鉴。
（一）针对高速铁路运营管理的特殊规定，无法全天进行监控的时候，可以采取全部自动化监测管理。能实现实时对既有隧道全方位的不间断监测，降低了不可预见的安全风险。
（二）通过下穿无砟轨道施工表明：喷射早高强混凝土、注浆充填钢拱架背后的空隙、快速封闭暴露围岩以及大管棚注浆防脱空工艺，能很好的控制既有无砟轨道的沉降；采取电子雷管错相减震新工艺有效的较低了爆破振速，减小了爆破对围岩扰动范围，较好的保障既有隧道的无砟轨道和衬砌结构安全，极大降低第三方风险。
（三）针对一些特殊、重难点及安全风险极大的工程，如果没有相关类似工程经验可以借鉴，通过采用现场工艺试验段的施工方法，能较好地验证设计参数、施工方案、新工艺的可行性，总结施工工艺工法，为工程施工积累经验。
参考文献：
[1] 孟祥栋，王利川，孟令天等.小净距下穿高铁隧道控制爆破技术[J].工程爆破2016（5）：73-76
论文作者:蔡正青
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/6/20
标签：隧道论文; 围岩论文; 轨道论文; 注浆论文; 铁路论文; 雷管论文; 混凝土论文; 《基层建设》2019年第9期论文;