高速铁路隧道下穿高速公路开挖施工方法研究

王晓宇

摘要：国内高速铁路开发建设的高速发展，从开挖方法到支护措施积累了很多隧道开挖经验。京沪高速铁路是目前世界上一次建成线路最长、标准最高的高速铁路，也是新中国以来一次投资规模最大的建设项目政治意义和经济意义都十分巨大。本文作者研究了高速铁路隧道下穿高速公路开挖施工方法。

关键词：高速铁路；高速公路；隧道；开挖施工方法

一、目的和意义

金牛山隧道进口里程DK465+335，出口里程DK467+240，全长1905m，隧道内为3‰和12‰的上坡，DK466+365～635设置R=8000m的竖曲线上，其余位于R=9000m的曲线上。隧道位于丘陵缓坡，地形起伏较大，隧道最大埋深35.37m山坡自然坡度约15～20度，种有果树，坡顶新辟京沪高速公路。在DK466+230～DK466+330和DK466+560～DK466+660两次下穿京沪高速公路，特征参数见下表：

下穿京沪高速公路示意图

下穿京沪高速公路参数表

隧道区地层为太古代泰山群花岗片麻岩局部夹角闪片岩，灰白～灰褐色，中细粒变晶结构，片麻状构造，节理裂隙发育；隧道区地下水主要为基岩裂隙水，主要由大气降水补给。渗透系数E=0.05～0.4m.d。地下水埋深10.1～12.05m，水位季节变幅为2～10m，经取样化验地下水对混凝土不具侵蚀性。

下钻高速公路段地层为花岗片麻岩，局部夹脉状角闪岩及石英岩，弱风化，节理裂隙发育，呈碎石状压碎结构，该段采用双侧壁导坑法施工，超前长管棚支护，工序较多，要有效控制围岩变形量必须在开挖后及时支护，如何合理组织施工,制定切实可行的施工方案、应急预案是关键，施工过程中加强地表沉降观测和洞内收敛观测，及时提供相关信息以指导施工。

按设计要求要保证地表沉降控制在3cm以内，不影响正常交通，必须制定行之有效的措施。同时要求监测频率加大，如何在如此交通频繁的高速公路上去监测，监测数据准确也必须制定详细可行的措施。开展复杂地质条件下隧道施工技术研究，有以下方面的科学意义和工程应用价值：

（1）保证施工安全

设计院和铁道部隧道专家在大量深入的地勘资料基础上，对金牛山隧道下钻公路的施工方法和控制沉降量测措施行了深入的科学论证，认为下钻高速公路段地层为花岗片麻岩，局部夹脉状角闪岩及石英岩，弱风化，节理裂隙发育，呈碎石状压碎结构，而这些地质结构面的空间分布多具有随机性和多变性，加之施工过程岩体开挖卸荷、爆破扰动和降雨渗流等诸多因素影响，使隧道开挖稳定性和高速公路安全问题十分突出。

本项研究将深入分析研究开挖揭露的地质信息、施工方法、监控量测成果和环境因素（开挖卸荷、爆破扰动、公路车辆荷载等）等变化关系，建立以观测数据指导施工方法的关系。确保长管棚超前支护及双侧壁开挖方法，在超前地质预报、地表监控量测、洞内监控量测的控制下保证洞施工内及高速公路安全。

(2)提高施工质量

本隧道下钻高速公路段即要保证隧道岩体整体稳定性及施工安全还要保证高速公路运行安全，需采用先进的开挖技术和支护技术，严格控制关键施工参数，尽量降低围岩受爆破扰动和公路荷载的双重影响，提高隧道开挖支护衬砌质量，避免留下施工安全隐患。本项目研究将深入分析开挖揭露的地质信息、观测资料、超前地质预报和爆破振动监测等成果，对控制施工开挖的爆破参数、开挖爆破扰动区岩体力学指标、一次开挖进尺和应急处理措施等开挖支护技术等提供科学建议。

(3)加快施工进度，保证施工工期

本隧道下钻高速公路段采用双侧壁导坑法施工，把全断面分左右导坑和中部三台阶五步施工施工作业面小，各导坑开挖后都要及时支护，拱部开挖前要施做小导管及长管棚造成工序，多开挖循环速度慢。本项目研究在设计施工方案的基础上，采用理论分析、观测数据优化双侧壁导坑开挖方法及各工序的施工干扰问题提高施工效率，及时调整施工方案和施工进程，达到各导坑工作面开挖、支护互不干扰的交叉作业方式，加快施工进度，确保施工工期。

二、国内外研究水平综述

随着倡导节约土地资源的观念深入，兴建的铁路工程在山区、丘陵地带设计中均尽量考虑使用隧道，隧道工程常常难免与既有的交通线路（公路）交叉，在隧道掘进中一般采用控制爆破技术和变形监控技术等方法进行施工和监测。在施工过程中保证既有线路的运行安全犹为重要，应针对不同的情况采用相应的行之有效的方法进行施工过程控制。

三、课题研究内容和实施方案

1、高速公路下浅埋隧道开挖方法研究；

隧道开挖过程中，除了高速公路车辆荷载引起沉降外，还可能因爆破参数不合理而导致围岩受到强烈的爆破扰动影响而造成安全隐患。

2、监控量测研究；

按设计要求要保证地表沉降控制在3cm以内，不影响正常交通，必须制定行之有效的措施。根据设计要求共计监测点926个，同时要求监测频率加大，如何在如此交通频繁的高速公路上去监测，监测数据准确也必须制定详细可行的措施。

3、应急处理措施研究。

本段隧道采用双侧壁导坑法开挖工作面狭小，安全问题突出。必须有一套完善的应急处理措施，保证发生突发事件时最大程度保证人员设备的安全。在施工中对应急措施进行演练不断完善。

四、结束语

本工程施工过程，有要采取先进的爆破开挖技术，根据开挖揭示的不同围岩开展一定的爆破试验，并结合监控量测、爆破点振动监测，严格控制施工过程中的有关爆破参数，最大程度降低施工爆破扰动对围岩力学特性发生显著的恶化效应。同时，通过爆破试验、爆破质点振动监测，还可以获得隧道围岩的有关动力参数、爆破动力响应特征和安全控制指标，在此基础上，再通过动力计算分析，全面掌控施工过程中爆破对开挖围岩稳定的影响，并建立多指标的施工爆破安全控制标准，防止施工过程出现严重的施工安全事故。

参考文献

[1]余晓琳，罗霞.隧道下穿高速公路施工方案可行性数值分析[J].公路与汽运，2017（05）.

[2]午向阳，蒋宗全，李鹏飞，张顶立，大断面隧道下穿高速公路施工方案优化研究[J].铁道建筑，2016（11）.