本發(fā)明涉及一種交疊隧道精細減振爆破施工方法，具體涉及高速鐵路隧道正洞隧底處理及二襯加固+泄水洞下穿正洞爆破施工技術(shù)。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展以及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，鐵路交通的負擔也日益加重，其面臨的工程條件也越來越復雜，下穿既有隧道就是其中一種。鉆爆法作為新奧法施工的主要方法之一，仍然是目前我國硬巖隧道建設的主要施工方法。鉆爆施工，不可避免會對周圍的構(gòu)筑物產(chǎn)生振動危害，如何保證隧道鉆爆施工的順利進行以及減小對既有構(gòu)筑物的影響一直是爆破界的研究熱點。國內(nèi)外近距離隧道爆破振動對既有隧道造成的破壞已有不少案例。目前對靠近既有建筑物和小凈距隧道等近接工程的爆破振動問題已有研究，但對于上下交叉近接隧道的如何采取有效技術(shù)手段保護超小凈距既有隧道運行安全的研究還相對較少。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)中的不足，提供一種超小凈距上下交疊隧道減振爆破施工方法，即基于泄水洞下穿高速鐵路隧道正洞為超小凈距，僅為0.5m厚的緩沖層(中粗砂)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種交疊隧道精細減振爆破施工方法，包括以下步驟：

步驟1)-步驟7)的第一階段施工：

1)下穿段二次襯砌加固：在二襯矮邊墻處采用鎖腳錨管進行加固；

2)下穿段仰拱及隧底開挖換填，要求將破壞段仰拱混凝土挖除，然后隧底開挖至緩沖層底標高，針對空洞采用混凝土換填；

3)緩沖層施工，采用“竹膠板+粗砂或砂袋+竹膠板”；

4)鋼筋混凝土搭板施工，鋼筋混凝土搭板尺寸為長9-14m，寬10-14m，厚0.5-1.0m； 搭板位于仰拱以下緩沖層以上，主筋采用hrb400φ32，間距0.1-0.3m，分布筋采用hrb400φ22，間距0.1-0.3m，鉤筋采用hpb300φ10，間距0.4×0.4m，呈梅花形布置，搭板端模采用木模板，現(xiàn)場采用打入固定鋼筋的方式進行加固，混凝土標號采用c40，搭板保護層厚度不得小于5cm；

5)鋼筋混凝土仰拱施工，待鋼筋混凝土搭板混凝土強度達到70％后，開始施工隧底破壞段仰拱，鋼筋混凝土仰拱環(huán)向鋼筋應植入二襯混凝土中，植入長度為0.3-0.5m；

6)仰拱填充及水溝電纜槽施工，鋼筋混凝土仰拱施工完成后開始施工仰拱填充，最后施工水溝電纜槽；

7)隧道正洞監(jiān)測點設置：在dk567+067～+139段布設監(jiān)控量測點，監(jiān)控量測點分別為拱頂下沉量測和凈空水平收斂量測，其中dk567+079～+127每5m一個斷面布設，其余每10m一個斷面布設，監(jiān)測點布設完成后及時測量初始數(shù)據(jù)。監(jiān)測頻率及位移速度應符合高速鐵路相關(guān)規(guī)范要求。

步驟8)的第二階段施工：

泄水洞下穿隧道正洞施工，爆破開挖采用精細減振爆破設計方案，在隧道正洞內(nèi)布設收斂、沉降監(jiān)控量測點、振動監(jiān)測點及圍巖損傷探測孔，爆破開挖時通過對隧道沉降及收斂，爆破振動和圍巖損傷情況進行監(jiān)測，動態(tài)調(diào)整爆破方案，初期支護采用加強支護，二次襯砌采用鋼筋混凝土，將左右線泄水洞連通將水排至洞外。

在本發(fā)明中，鎖腳錨管對二次襯砌素混凝土具有加固作用，能夠確保仰拱開挖后支撐矮邊墻以上混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

在本發(fā)明中，緩沖層(中粗砂)消能減振達34％左右，很大程度上減小了爆破對主體結(jié)構(gòu)的影響。

在本發(fā)明中，鋼筋混凝土搭板承受上部荷載，同時抵抗一部分爆破產(chǎn)生的振動。

在本發(fā)明中，每循環(huán)進尺按照0.5m控制，初期支護采用錨噴+型鋼鋼架加強支護，二次襯砌采用鋼筋混凝土。

在本發(fā)明中，預設減振保護結(jié)構(gòu)，結(jié)合數(shù)模研究，現(xiàn)場實時監(jiān)測爆破振動響應，設置允許合成振速10cm/s作為預警振速界限，實時調(diào)整爆破方案的精細減振爆破設計思路， 結(jié)合后期運行監(jiān)測等綜合科學技術(shù)研究手段精細控制。

由上述描述可知，本發(fā)明一種交疊隧道精細減振爆破施工方法，具有施工功效高、安全可靠、質(zhì)量易于保證、施工工期短、施工投入經(jīng)濟合理、特別是此方案確保了滬昆高速鐵路貴州段總體工期目標的實現(xiàn)，取得了良好的社會效益。本發(fā)明相比在鐵路隧道正洞內(nèi)開挖施工涵洞還具有以下優(yōu)點：

1)安全風險小，特別是針對ⅲa型復合式襯砌結(jié)構(gòu)，如在隧道正洞內(nèi)開挖，開挖深度約8m，且地下水豐富，抽水困難，如遇下雨，巖溶管道內(nèi)的水都匯聚于此，存在巨大的安全風險。本發(fā)明則在隧道正洞內(nèi)開挖至隧底以下1.3m處，并找到出水口將水抽排至中心水溝流走，開挖基本無風險。

2)施工進度快，由于在隧道正洞內(nèi)涵洞框架施工周期長，即要分段開挖，分段施工，分段回填，然后才能施工仰拱及仰拱填充、水溝電纜槽，最后再恢復已破壞的無砟軌道，周期太長，嚴重滯后總體工期。本發(fā)明只需在正洞內(nèi)增加施工緩沖層及鋼筋混凝土搭板，施工完成后即可施工仰拱及仰拱填充、水溝電纜槽、無砟軌道，不影響后續(xù)鋪軌工程。

3)節(jié)約施工成本，在隧道正洞內(nèi)開挖施工涵洞，除基本的主體結(jié)構(gòu)外，額外增加了較多臨時支護措施，如中管棚超前支護，開挖面錨噴，抽水費用等。本發(fā)明相比其節(jié)約施工成本。同時，減少隱性經(jīng)營支出風險。

4)不影響泄水洞排水功能，經(jīng)檢算，過水斷面完全滿足排水功能。

5)本發(fā)明施工方法適用于新建隧道下穿既有鐵路、公路、構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)物施工。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例小高山隧道泄水洞下穿鐵路隧道平面關(guān)系圖(虛線部分為下穿線)；

圖2為本發(fā)明實施例小高山隧道泄水洞下穿鐵路隧道斷面關(guān)系圖；

圖3為本發(fā)明鎖腳錨管構(gòu)造圖；

圖4為本發(fā)明實施例小高山隧道正洞加固處理平面圖；

圖5為本發(fā)明實施例小高山隧道正洞加固處理斷面圖；

圖6為本發(fā)明實施例小高山隧道泄水洞下穿正洞段斷面圖；

圖7為本發(fā)明實施例小高山隧道泄水洞下穿鐵路隧道爆破設計圖。

1-隧道11-素混凝土仰拱12-鋼筋混凝土仰拱13-鋼筋混凝土板14-緩沖層

2-泄水洞坑道

3-集水廊道

4-第一階段施工區(qū)域

5-第二階段施工區(qū)域

6-鋼管61-注漿孔

7-木板

8-第一次起爆點

9第二次起爆點

具體實施方式

本實施例具體地點為昆明至長沙的小高山隧道。該小高山隧道起訖樁號：dk565+060～dk567+917，全長2857m，為單洞雙線結(jié)構(gòu)隧道，設計縱坡為-25‰。小高山隧道位于云貴高原侵蝕構(gòu)造中低山區(qū)，區(qū)內(nèi)地形總體為東高西低，隧址區(qū)內(nèi)最高點位于隧道軸線南側(cè)的山頂，海拔高程1054.9m，最低點位于隧道出口側(cè)的河溝溝心，海拔高程677.5m，相對高差377.4m。隧道洞身穿越區(qū)域以碳酸鹽巖廣泛分布為主要特征，具構(gòu)造剝蝕～溶蝕槽谷地貌特點。槽谷的發(fā)育多與斷層.大型節(jié)理等構(gòu)造走向線一致，呈線狀分布。坡麓自然斜坡陡峻自然坡度25～30°。此外，區(qū)內(nèi)的其余地段溶蝕洼地等巖溶地貌亦比較常見。

泄水洞下穿高速鐵路隧道正洞為超小凈距，僅為0.5m厚的緩沖層(中粗砂)，下穿段的實施是在高速鐵路隧道正洞無砟軌道及鋪軌均已完成的條件下，且隧道正洞襯砌類型為ⅲa型復合式襯砌結(jié)構(gòu)，即初支采用錨噴支護，拱墻噴砼厚度為12cm，二襯采用素混凝土結(jié)構(gòu)，仰拱厚度為50cm，拱墻厚度為40cm，有效保證了隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全和無砟軌道沉降滿足要求，確保了總體工期目標的實現(xiàn)。

本發(fā)明交疊隧道精細減振爆破施工方法，分兩個階段實施(見圖1和圖2)，包括以下步驟：

第一階段實施方案：

1、襯砌加固：隧道正洞處理施工之前，首先對dk567+090～+130段襯砌采用打入鎖腳錨管的方式加固處理，鎖腳打設位置位于矮邊墻處，即軌頂標高以下40cm處，兩側(cè)對稱設置，縱向間距1.5m，每處設2根，間距27.5cm，單根長度4.5m，為提高鋼管的抗彎能力，鋼管內(nèi)放入鋼筋籠，鋼筋籠安裝完成后鎖腳錨管內(nèi)壓入m35砂漿充填密實(見圖3)；

2、下穿段隧底開挖及換填：采用破碎頭將鋼筋混凝土搭板范圍內(nèi)的無砟軌道及仰拱破除，分段進行隧底開挖，每段長度不大于10m，在破除開挖過程中應分臺階破除，不可一次破到底，每段開挖到完整基巖后及時采用c20砼換填處理，最后開挖鋼筋混凝土搭板范圍。對于矮邊墻處破碎頭無法破除到的部位，采用風鎬鑿除，嚴禁擾動完整部位二次襯砌。

3、緩沖層施工：暗挖泄水洞范圍dk567+103.5～+108.5段設置緩沖層，緩沖層設置厚度為0.5m，采用木板+砂袋+木板的方式。開挖或回填到緩沖層底標高后清除干凈虛渣，確?；嫫秸?，鋪設下層1cm厚木板，木板采取滿鋪的方式，然后在滿鋪的木板上堆碼砂袋，砂袋堆碼高度48cm，且砂袋間應緊貼密實，最后滿鋪上層木板，上層木板應鋪設平整，不得出現(xiàn)凸凹不平現(xiàn)象(見圖4、圖5)。

4、鋼筋混凝土搭板施工：鋼筋混凝土搭板設置里程為dk567+100～+112段，全長12m，寬度13.2m，厚度0.8m，搭板位于仰拱以下緩沖層以上，主筋采用hrb400φ32，間距0.2m，分布筋采用hrb400φ22，間距0.2m，鉤筋采用hpb300φ10，間距0.4×0.4m，呈梅花形布置，搭板端模采用木模板，現(xiàn)場采用打入固定鋼筋的方式進行加固，混凝土標號采用c40，搭板保護層厚度不得小于5cm(見圖4、圖5)。

5、仰拱施工：待鋼筋混凝土搭板混凝土強度達到70％后，開始施工隧底破壞段仰拱，仰拱均采用鋼筋混凝土，主筋采用hrb400φ18，間距0.25m，分布筋采用hrb400φ12，間距0.25m，鉤筋采用hpb300φ10，間距0.4×0.4m，呈梅花形布置，混凝土標號采用c35，p10，仰拱保護層厚度為55mm。

為保證新舊混凝土的有效粘合，仰拱襯砌及填充拆除面混凝土表面應做鑿毛處理，鑿毛至新鮮混凝土面即可，并清潔干凈。沿拆除面按照仰拱設計間距打設兩排hrb400φ18插筋，插筋嵌入混凝土30～50cm，并預留1～2倍的搭接長度，搭接必須錯開布置，滿足 同一截面接頭不大于50％要求，施工注意與仰拱角度保持一致，防止破壞防水板。

6、仰拱填充施工：為確保襯砌結(jié)構(gòu)整體受力安全，同時滿足通行要求，仰拱填充混凝土應在仰拱混凝土施工完成強度達到70％后即可組織施工，填充混凝土采用c20砼，同時按照設計要求施工中心水溝。填充端頭模在仰拱模板的基礎上加高，采用打入固定鋼筋的方式加固。

7、破壞段電纜槽施工：破壞段電纜槽待隧底處理完成后，按照設計要求采用定型鋼模組織施工。施工時應注意按照設計要求連接接地鋼筋，設置接地端子。

8、隧道正洞監(jiān)測點設置：在dk567+067～+139段布設監(jiān)控量測點，監(jiān)控量測點分別為拱頂下沉量測和凈空水平收斂量測，其中dk567+079～+127每5m一個斷面布設，其余每10m一個斷面布設，監(jiān)測點布設完成后及時測量初始數(shù)據(jù)。監(jiān)測頻率及位移速度應符合高速鐵路相關(guān)規(guī)范要求。

第二階段實施方案：

9、下穿正洞段施工：開挖斷面尺寸為矩形4×4m(寬×高)，其相鄰拱形段開挖斷面尺寸為4×4.25m(寬×高)，開挖施工采用精細減振爆破施工技術(shù)，嚴格按照“弱爆破、短進尺、強支護”的原則組織實施，每循環(huán)進尺按照0.5m控制，初期支護采用錨噴+型鋼鋼架加強支護，二次襯砌采用鋼筋混凝土(見圖6)。

10、爆破設計方案：炮眼布置(見圖7)：

1)炮眼數(shù)目的確定

n＝ksl/(lnγ)

式中：n——計算炮眼數(shù)目，個；

k——導坑爆破單位炸藥消耗量(kg/m³)取1.4；

l——炮眼深度，0.5m；

s——開挖斷面面積，16m²；

n——炮眼裝填系數(shù)，取0.65；

γ——每米藥卷長度的炸藥重量(kg/m)；取1.0kg/m。

n＝ksl/(lnγ)＝1.4×16×0.5/(0.5×0.65×1)≈35(個)，考慮到爆破震動影響 較大，結(jié)合現(xiàn)場多方案試驗，確定了較為合理的方案，最終將炮眼數(shù)量調(diào)整為80個孔左右(見圖7)。

2)炮眼直徑和炮眼深度及裝藥量的確定

為了減輕對圍巖的破壞，炮眼直徑采用39～41mm孔。每循環(huán)最大進尺0.5m，除掏槽眼深度為0.7m外，其余周邊眼、輔助眼、底板眼等深度均為0.5m。

裝藥量計算：

①總裝藥量計算：

q＝kls

式中：q——一次(一個循環(huán))爆破總裝藥量，kg；

k——單位巖石爆破炸藥消耗量，取1.4kg/m³；

l——炮眼深度或循環(huán)進尺，取0.5m；

s——斷面積，取16m²。

q＝kls＝1.4×0.5×16＝11.2kg，最大裝藥量不得超過計算數(shù)量。

②炸藥量的分配

炸藥量的分配可根據(jù)炮眼裝藥系數(shù)調(diào)整，掏槽眼可適當增加10％～20％，以保證掏槽效果。分配完后按整裝藥或半卷藥的檔次進行調(diào)整，以便于裝藥施工。

正確的起爆順序原則為：先爆破的炮眼要為后繼的炮眼減小巖石的夾制作用、增大自由面創(chuàng)造更好的爆破條件。為了保證準確地按設計順序起爆，宜選用毫秒電雷管和非電毫秒雷管起爆。爆破裝藥參數(shù)見表1。

表1爆破裝藥參數(shù)表

說明：上表中裝藥參數(shù)按照全斷面布孔，分兩次爆破，應根據(jù)爆破效果、震動大小、圍巖變化等 情況調(diào)整優(yōu)化爆破參數(shù)，但總裝藥量不得超過11.2kg/循環(huán)。

11、爆破監(jiān)測方案：

1)隧道沉降及收斂變形監(jiān)測：

①隧道沉降監(jiān)測點

以下穿段為中心，在隧道正洞大小里程各100m范圍內(nèi)，在中心溝邊緣按照每10m間距布設監(jiān)測點，監(jiān)測點采用鉆孔植入鋼筋的方式，植入混凝土深度不小于20cm，外露長度約1cm，外露端頭應打磨圓滑。下穿段洞身內(nèi)按照每3m間距布設監(jiān)測點，監(jiān)測點焊接在型鋼鋼架上，外漏不得超過3cm，并做好標記，防止破壞。

監(jiān)測點埋設完成后在爆破施工前取初始值，爆破過程中每天監(jiān)測不少于2次，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可調(diào)整適當加大監(jiān)測頻率，監(jiān)測采用二等水準測量。

②隧道收斂變形監(jiān)測點

以下穿段為中心，在隧道正洞大小里程各100m范圍內(nèi)，在左右兩側(cè)水溝電纜槽頂往上1m處每20m間距對稱布設監(jiān)測點，監(jiān)測點采用鉆孔植入鋼筋的方式，植入混凝土深度不小于10cm，外露長度約5cm，反光貼應與外露鋼筋頭連接牢固。下穿段洞身內(nèi)按照每3m間距在側(cè)墻兩側(cè)對稱布設監(jiān)測點，監(jiān)測點焊接在型鋼鋼架上，外漏不得超過5cm，反光貼應與外露鋼筋頭連接牢固。并做好標記，防止破壞。

監(jiān)測點埋設完成后在爆破施工前取初始值，爆破過程中每天監(jiān)測不少于2次，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可調(diào)整適當加大監(jiān)測頻率，監(jiān)測采用精度1秒級全站儀監(jiān)測。

2)隧道圍巖與支護爆破振動監(jiān)測：

①隧道圍巖與支護爆破振動監(jiān)測采用tc-4850爆破測振儀進行監(jiān)測，并遵循以下原則：

a.根據(jù)爆源與被保護對象(既有隧道)相互位置關(guān)系布置測線，監(jiān)測爆破地震波傳播規(guī)律。

b.實時監(jiān)測既有隧道錨管(錨桿)爆破振動響應監(jiān)測。

c.振速嚴格按照10cm/s作為預警值，根據(jù)振速情況提出確保施工安全、加快施工進度的實用減震技術(shù)措施。

②監(jiān)測數(shù)據(jù)處理方法

監(jiān)測數(shù)據(jù)處理采用幅值分析和頻率分析相結(jié)合的分析方法，頻率分析利用專業(yè)軟件提取爆破地震波主頻進行分析。

③數(shù)據(jù)分析與信息反饋

每次爆破完成后應及時對數(shù)據(jù)進行分析處理，并將處理結(jié)果第一時間反饋給施工現(xiàn)場，為下一循環(huán)爆破提供參考依據(jù)。

3)累積損傷監(jiān)測：

①鉆孔布置

為了得到和掌子面不同距離的巖層的爆破累積損傷規(guī)律和地震波沿隧道縱向的衰減規(guī)律，本次測試設計6個聲波孔，即線路左右兩側(cè)各3個孔，分別布設在水溝電纜槽頂往上10cm鋼筋混凝土板兩端頭和中部位置，鉆孔傾角約45°，孔深4.5m。

②測試系統(tǒng)

現(xiàn)場測試采用中國科學院武漢巖土力學研究所生產(chǎn)的rsm-sys智能聲波測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由rsm-sys聲波儀，發(fā)射換能器，接收換能器(組合成一發(fā)雙收)，筆記本電腦，水泵，水管和電線及鋼管支架等組成。

參見圖1至圖7，具體施工流程為：第一階段施工流程：采用鎖腳錨管在既有隧道二次襯砌矮邊墻處進行加固，加固完成后對已破壞段無砟軌道、仰拱填充、仰拱進行挖除，下穿段開挖至隧底以下1.3m處，對空洞范圍采用c20砼換填，然后開始施工緩沖層，緩沖層施工完成后再開始鋼筋混凝土搭板鋼筋安裝，安裝完成后開始安裝搭板兩端端模，最后澆筑搭板混凝土，搭板施工完成后在其頂部施工鋼筋混凝土仰拱，環(huán)向鋼筋植入既有矮邊墻混凝土，安裝仰拱端模最后澆筑混凝土，鋼筋混凝土仰拱施工完成后再施工c20仰拱填充混凝土，最后施工破壞段水溝電纜槽混凝土。

第二階段施工流程：左側(cè)泄水洞施工至下穿段相鄰段時，在隧道正洞內(nèi)布設相關(guān)監(jiān)測點，并根據(jù)爆破設計方案進行下穿正洞段的試驗工作，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析爆破設計方案的可行性，并結(jié)合實際情況對爆破方案進行優(yōu)化調(diào)整，最終確定合理可行的爆破實施方案，按照確定的方案，根據(jù)“弱爆破、短進尺、強支護”的原則，設置允許合成振速10cm/s 作為預警振速界限，實時調(diào)整爆破方案的精細減振爆破設計思路組織實施。每一循環(huán)開挖完成后及時進行初期支護，安裝型鋼鋼架，打設錨桿，掛網(wǎng)噴射混凝土，待右線集水廊道施工完成后及時組織二次襯砌施工。

傳統(tǒng)上在隧道正洞內(nèi)開挖施工涵洞，除基本的主體結(jié)構(gòu)外，額外增加了較多臨時支護措施，如中管棚超前支護，開挖面錨噴，抽水費用等。本發(fā)明相比其節(jié)約施工成本約32萬元。同時，減少隱性經(jīng)營支出風險，如業(yè)主延誤工期相關(guān)處罰費用，可能高達上千萬元。