隧道下穿高铁线既有隧道施工方案

1工程概况

支护形式为Ⅲ级围岩复合式衬砌（有砟轨道带仰拱），下穿范围此种支护形式共64m，两端相接分别为Ⅳ级复合和Ⅲ级复合无仰拱衬砌结构，此处埋深约65m。

既有杭深线天池山隧道全长2929m，与新建白马港铁路支线天池山隧道交汇于K765+054.1处，隧道围岩为熔结凝灰岩，褐黄色、浅灰色、青灰色，弱风化，凝灰结构，块状构造，结构致密，含石英和长石晶屑，岩质较坚硬，岩体较完整，部分岩体破碎，地下水不发育，Ⅲ级围岩。

2主要措施

为了减少对既有杭深双线铁路天池山隧道的影响，新建隧道下穿段SDK2+335一SDK2+410在施工过程中采用了相关防护与保护性措施，主要包括：1)施工采用弱爆破，爆破振速控制在3cm/s内；2）超短台阶开挖，台阶长度控制在3m～5m;3）设置超前小导管进行预支护；4)采用加强型初期支护参数，与普通Ⅲ级围岩相比较，增加喷混凝土厚度，加密钢筋网间距；5）对二次衬砌混凝土加做配筋，并增设I16工字钢，按间距1.2m布置；6）各工序适度紧跟，及早封闭，保证既有杭深铁路天池山隧道结构满足最大容许沉降3mm，最大容许振动速度3cm/s的安全要求；保证既有杭深铁路结构混凝土拉应变不大于0.05%．压应变不大于0.3%；7）加强超前地质预报和监控量测，在对前层地质进行物探的基础上增加超前水平钻探或加深探测，同时对新建隧道进行水平相对净空变化及拱顶相对下沉量测，对既有隧道进行沉降、轨道平顺度及振动速度进行测量；8）在既有隧道运营期间，与相关运营管理部门协商，利用天窗时间进行新建隧道的爆破施工。施工前对杭深线通过本段的行车密度进行详细调查，下穿段施工时，白天禁止爆破，作业在天窗点内进行，在首趟列车运行前，按设计完成本循环开挖段的初期支护，掘进时间安排在晚间动车停运期，以确保行车安全。

3施工方法

3.1超前预支护

小导管采用+42热轧无缝钢管及钢花管(厚3.5mm，长4m)，环向间距0.3m，外插角分别为10。，40。，超前双层小导管和116钢架配合使用；前端做成尖锥状，尾部焊上箍筋。先按设计要求钻孔，钻孔半径比钢管半径大3mm～5mm，然后将小导管穿过钢架，用钻机顶入，顶入长度不小于钢管长度的90010，并用高压风将钢管内的砂石吹出。小导管安设后，用塑胶泥封堵孔口及周围裂隙，必要时在小导管附近及工作面喷射混凝土，以防止工作面坍塌。隧道的开挖长度小于小导管的注浆长度，预留部分作为下一次循坏的止浆墙，导管注浆采用水泥砂浆，水灰比0.5：1（重量比），注浆压力0.5MPa～1.0MPa。

3.2开挖与钻爆

1)开挖：采用二级超短台阶（间距3m~5m），上台阶开挖高度5.7m，下台阶开挖高度4m。每循环进尺控制在1榀钢架间距即1.2m以内，弱爆破用药量以振动速度不大于3cm/s控制，边开挖边进行初期支护，尽量减少对既有隧道的扰动。

2)爆破：由于隧道要求沉降量小，因而必须采用光面爆破，充分考虑Ⅲ级围岩特点，合理布置周边眼间距及其最小抵抗线，周边眼与辅助眼眼底在同一垂直面上，辅助眼交错均匀布置，掏槽炮眼加深20cm；周边眼采用间隔装药并控制装药量，导爆管起爆。炸药采用低猛度的乳化炸药。

先布置掏槽眼，掏槽区布置下方偏离中心线1.5m～1.8m，且距底板线1.5m~1.8m，采用1段~15段毫秒雷管，抛碴在2.0m～2.5m范围内，采用契眼中空掏槽(空眼采用110mm，每次三个，装药眼皆为45mm)。再按光面爆破原则布置周边眼；内圈眼间距为周边眼间距的1.5倍左右，抵抗线为间距的0.7倍左右。并适当加密二台眼，底板眼间距，其间距与内圈眼相似。

装药量据类似经验Ⅲ级围岩周边眼取0.25kg/m，断面开挖取0.5kg/m3～1.94kg/m3。采用六孔掏槽法，中间孔不装药。底部少量装药，最后起爆抛槽碴可确保掏槽抛碴（见图1）。

图1  下穿段炮眼布置示意图

起爆顺序按掏槽眼～掘进眼～内圈眼～周边眼。一般掏槽孔段间延时差为50ms～75ms。

3.3工序与程序为确保新建隧道施工时对既有隧道尽可能少的扰动，在Ⅲ级围岩中进行施工，采用上下两台阶法开挖，循环进尺控制在1.2m左右。严格按照控制爆破试验获得的爆破参数进行爆破作业，按照监控方案进行监控，以确保既有隧道结构安全。

隧道开挖采用光面爆破，开挖前先将衬砌紧跟到距下穿段约40m处。每循环进尺1.2m过后立即架立钢架，随即初喷、打锚杆、挂网、分层复喷至钢架完全覆盖3cm以上。

拱墙二次衬砌采用全断面整体钢模衬砌台车、混凝土搅拌运输车运输、泵送混凝土灌注，插入式振捣器捣固，挡头模采用钢模或木模。混凝土浇筑要左右对称进行，防止钢模台车偏移，二次衬砌的施工在此段落更要紧跟，具备施工条件后第一时间内完成二衬的施工。

仰拱距掌子面距离控制在25m以内，以保证其安全距离。

仰拱开挖爆破按微震动设计，循环进尺控制在1.5m。随开挖随喷射混凝土，及时封闭。

每一循环(掘进1.2m)时间分配：凿岩机钻眼2h，装药1h，通风1h，出碴2.5h，测量1.5h，立设拱架2h，打设锚杆1h，喷射混凝土2h，开挖台架就位0.5h，超前小导管打设和注浆5h。

3.4监控与量测

1)既有隧道监测。对既有隧道的监测，其目的是根据监测结果掌握地层稳定性规律，及时了解既有隧道衬砌力学行为的变化情况，预见事故和险情，为及时调整和修正支护参数及施工方法提供科学依据，特别是隧道混凝土结构形变、整体沉降、爆破震动速度、轨道平顺性等指标对列车正常运营带来的影响，可以预防由于新建隧道带来的运营风险。

对既有杭深线天池山隧道(K765+019~K765+089)受影响段，进行结构变形和整体沉降、轨道平顺性及振动速度测量，测量断面间距为10m，每天1次～2次，同时在杭深线运营期间，利用其天窗时间进行本隧道下穿段的施工。每次量测后应及时对原始数据进行整理，并绘制量测数据时态曲线，以寻求数据之间的规律，通过数据反馈信息了解隧道变形规律。数据异常时，应根据具体情况及时调整和修正新建隧道施工方法。