1、浅埋条件下超近距离立体交叉隧道的施工关键技术中图分类号：U448 文献标识码： A 1.概况 杭州至长沙铁路客运专线为 350km/h 的高速铁路，其接入长沙南站的西北下行联络线罗家一号隧道下穿新建杭州至长沙铁路正线曾家岭一号隧道，曾家岭一号隧道进口里程 DK913+680，出口里程 DK913+852，隧道全长 172m。罗家一号隧道为单线隧道，全长 1040m，两隧道立体交叉，交叉位置在曾家岭一号隧道出口向进口方向 35m 处，平面交叉角度为23。上部曾家岭一号隧道，隧道开挖面积达 152.4m2，埋深 2-12m。下部罗家一号隧道拱顶标高距离上部曾家岭一号隧道隧底标高仅 1.3m。属于浅
2、埋条件下超近距离立体交叉大断面隧道工程。交叉隧道穿越地层属于级泥岩地质。曾家岭一号隧道与罗家一号隧道位置关系如图 1 -1图 1-2 所示。 图 1-1 隧道关系意图 图 1-2 隧道位置三维示意图 2、施工工艺原理 2.1 施工顺序 运用工程类比、全断面无支护开挖数值模拟、台阶法加支护开挖数值模拟三种研究方法，经过对围岩和衬砌结构位移场、应力场以及围岩塑性区的对比分析，本工程先施工罗家一号隧道，并将二次衬砌全部施工完成后，再进行曾家岭一号隧道的施工。 2.2 超前预支护 罗家一号隧道在 NXDK1+790.00NXDK1+825.00 里程段采用明挖法施工，因此罗家一号隧道开挖洞口距离交叉位
3、置仅 35m，而曾家岭一号隧道距离交叉位置为 15m。罗家一号隧道施工前对边仰坡进行喷锚支护，锚杆长度为 6.0m，喷射混凝土厚度为 10cm，洞口采用 47 根 108、73m 长管棚超前预支护。上部双线隧道洞口采用 47 根 108、43m 长管棚超前预支护。解决了地表沉降、裂缝和易坍塌的难题，使施工安全得到保证。 2.3 开挖工法 先施工的罗家一号隧道采用上下短台阶法进行开挖，开挖采用弱爆破开挖，每循环进尺不大于 0.6m。后施工的曾家岭一号隧道采用三台阶临时仰拱法施工，由于埋深浅，且立体交叉的罗家一号隧道已完成，为了围岩稳定和罗家一号隧道安全，曾家岭一号隧道采用机械开挖，每循环开挖进尺
4、不大于 0.6m。 2.4 监控量测 地表每 10m 设 1 排监测桩，间距为 2.5m，每排设 5 个监测点。洞内每 5m 为 1 个监测断面，每个断面设 5 个监测点，分别为拱顶下沉监测点和边墙收敛点。在开挖后的 36h 内进行初始值测量，测量频次严格按铁路隧道监控量测技术规程规范 （TB10121-2007）要求进行，用监测数据指导施工。 2.5 封闭成环 开挖完成后要尽早封闭成环，仰拱距离掌子面不得大于 30m，拱墙衬砌距离掌子面不得大于 70m。 3、隧道超前支护及开挖技术 3.1 罗家一号隧道洞口边仰坡开挖加固防护 确定施工顺序后，对罗家一号隧道的边仰坡进行开挖及锚喷网加固，支护参
5、数为：锚杆采用 22 砂浆锚杆，L-6.0m，间距为 1.51.5m，梅花形布置，喷混凝土采用 10cm 厚 C25 网喷混凝土，钢筋网 6，网格2020cm。 3.2 管棚施工 管棚施工见图 3.2-1 所示。由于两隧道立体交叉，因此，洞口长管棚超前支护，对拱部围岩予以加固，以增强其稳定性。 图 3.2-1 曾家岭一号隧道管棚布置图 3.3 洞身开挖 洞身开挖施工组织原则：严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭” 的十八字方针组织施工。 3.3.1 罗家一号隧道开挖顺序 罗家一号隧道开挖顺序见图 3.3-1 所示，采用短台阶法施工。 1-上台阶开挖立拱架喷锚支护；2-左下台
6、阶侧壁开挖拱架喷锚支护；3-右下台阶侧壁开挖拱架喷锚支护；4-开挖施工仰拱全环封闭（上下台阶错开 5m，下台阶左右错开 3m 为宜） 。 图 3.3-1 罗家一号单线隧道开挖顺序 3.3.2 曾家岭一号隧道开挖顺序 曾家岭一号隧道开挖顺序如图 3.3-2 所示；采用三台阶临时仰拱法施工。 图 3.3-2 曾家岭一号隧道开挖顺序 1-上台阶开挖支护立钢架喷锚支护；2-设临时钢架喷混凝土封闭；3-中台阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护；4-中台阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护；5-中台阶核心土开挖；6-中台阶设临时钢架喷混凝土封闭；7-下台阶左侧壁开挖立钢架喷锚支护；8-下台阶右侧壁开挖立钢架喷锚支护；9-开挖
7、下台阶核心土；10-开挖施工仰拱，全换封闭（上、中、下台阶错开 10m，中下台阶左右错开 5m 为宜） 。 3.3.3 开挖方法 第一步罗家一号隧道采用弱爆破开挖上台阶，曾家岭一号隧道采用机械配合人工开挖，开挖高度均在 3.5m 左右为宜，进尺为 0.6m，然后立一榀钢架装锚杆，用小导管对拱架锁脚，最后喷锚。 第二步开挖左下侧壁，开挖进尺为 1.2m（两榀钢架） ，中间预留核心土，挖至边墙脚，将上导坑初支拱架自底部接出，用小导管对拱架锁脚，后用混凝土浇筑作为初期支护。 第三步对称开挖右下侧壁，其余同第二步。 第四步开挖仰拱，接拱架，浇筑砼，形成全环初支。 按照以上步骤，向前开挖，待开挖进洞一衬
8、砌台车长度后，施作全环衬砌砼。单线隧道开挖至立体交叉处，增设拱部小导管加强支护，防止拱顶沉降。 4、 曾家岭一号隧道施工时罗家一号隧道结构受力特征测试研究 为掌握曾家岭一号隧道施工时，引起的罗家一号隧道二次衬砌的受力特征变化，对罗家一号隧道的二次衬砌进行现场测试。通过现场测试，可掌握衬砌结构的受力特征，对围岩稳定性和支护结构作出正确的定量评价。 4.1 隧道交叉段结构受力监测项目及断面布置 监测项目包括初期支护与二次衬砌之间的压力、二次衬砌钢筋内力、二次衬砌混凝土应变。监测点的布置见图 4.1-1 所示；隧道交叉段重点监测五个断面，断面间隔 15 米。 图 4.1-1 测点布置详图 4.2 现
9、场测试结果与分析 4.2.1 初期支护与二次衬砌之间的压力 根据上面叙述的处理方法得到罗家一号隧道二次衬砌承担的围岩压力，见表 4.2-1。 表 4.2-1 围岩压力测试结果 隧道名 测试断面编号 各测点位置的围岩压力值（MPa） 测点 1 (左拱脚) 测点 2 (左边墙) 测点 3 (左拱腰) 测点 4 (拱顶) 测点 5 (右拱腰) 测点 6 (右边墙) 测点 7 (右拱脚) 测点 8 (仰拱) 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 罗家一号隧道 测试断面 1（NXDK1+745） 0.049 0.431 0.042 0.372 0.010 0.235 0.011
10、 0.439 0.011 0.341 0.042 0.322 0.048 0.192 0.023 0.107 测试断面 2（NXDK1+760） 0.065 0.424 0.034 0.365 0.008 0.148 0.011 0.212 0.030 0.148 0.027 0.402 0.032 0.434 0.069 0.268 测试断面 3（NXDK1+775） 0.064 0.531 0.025 0.238 0.012 0.279 0.010 0.363 0.020 0.343 0.029 0.389 0.053 0.429 0.021 0.321 测试断面 4（NXDK1+790）
11、 0.065 0.098 0.022 0.084 0.025 0.098 0.010 0.209 0.040 0.096 0.055 0.089 0.075 0.073 0.062 0.127 测试断面 5（NXDK1+805） 0.059 0.074 0.020 0.065 0.027 0.082 0.046 0.161 0.020 0.101 0.031 0.116 0.079 0.077 0.051 0.135 注：1 为罗家一号隧道完成后的层间压力值，2 为曾家岭一号隧道通过影响区域后的层间压力值。 图 4.2-2图 4.2-5 为各监测断面在曾家岭一号隧道施工前后的围岩压力分布图；图
12、 4.2-6 为曾家岭一号隧道施工完成后罗家一号隧道各部位沿其纵向的围岩压力分布图。 （a）罗家一号隧道施工完成后（b）曾家岭一号隧道施工完成后 图 4.2-2NXDK1+745 断面（单位：MPa） （a）罗家一号隧道施工完成后（b）曾家岭一号隧道施工完成后 图 4.2-3NXDK1+760 断面（单位：MPa） （a）罗家一号隧道施工完成后（b）曾家岭一号隧道施工完成后 图 4.2-4NXDK1+775 断面（单位：MPa） （a）罗家一号隧道施工完成后（b）曾家岭一号隧道施工完成后 图 4.2-5NXDK1+790 断面（单位：MPa） （a）罗家一号隧道施工完成后（b）曾家岭一号隧道施
13、工完成后 图 4.2-6NXDK1+805 断面（单位：MPa） 图 4.2-7 曾家岭一号隧道施工完成后罗家一号隧道围岩压力沿隧道纵向分布图（单位：MPa） 由图 4.2-24.2-6 可以看出，在罗家一号隧道二衬浇筑完成后，初期支护与二次衬砌的层间压力较小，五个断面的最大压力仅为 0.08MPa，说明在此时二次衬砌承担的围岩压力相对较小，在曾家岭一号隧道修建完成后，罗家一号隧道的二次衬砌压力增加较大，即上部隧道的开挖对下部罗家一号隧道的扰动较大。 罗家一号各横断面的围岩压力全部为压力，但是由于罗家一号隧道与曾家岭一号隧道为小角度交叉，罗家一号横断面的围岩压力呈非对称分布，NXDK1+745
14、 断面右侧较左侧稍大，是因为上部隧道从其右侧穿过，在 NXDK1+760 围岩压力趋于对称，是因为此断面为交叉断面，上下两个隧道处于平行状态，之后到 NXDK1+775 断面时围岩压力左侧较右侧稍大，且较为明显，此时上部隧道已处于罗家一号隧道左侧，在NXDK1+790、NXDK1+805 处，上部隧道对罗家一号隧道的影响已经较小，虽然围岩压力较小，但是偏压作用已经消失。 由图 4.2-7 可以看出，围岩压力从 NXDK1+745 到 NXDK1+775 范围内变化较大，之后便趋于稳定，拱顶及左拱腰的变化趋势是由逐渐变小后又逐渐增加之后又再次减小，主要是因为曾家岭一号隧道断面较大，施工时的大量开
15、挖，使罗家一号隧道产生了较大的“卸载”作用，使拱顶及拱腰处的压力较小，而曾家岭一号隧道开挖过程中对围岩的再次扰动所产生的附加应力都作用在了边墙处，故除拱顶及右拱腰外，其他关键点都在逐渐增大后再逐渐减小。 4.2.2 衬砌结构内力测试结果与处理 根据数据处理方法得到现场测得的衬砌结构的轴力和弯矩并计算了安全系数，见表 4.2-1。 表 4.2-1 罗家一号隧道衬砌断面环向轴力、弯矩数据表 断面编号 测点位置 截面轴力(kN) 截面弯矩(kNm) 安全系数 K 施工前 施工后 施工前 施工后 施工前 施工后 增加值 测试断面 1 （里程 NXDK1+745） 测点 1（左拱脚） -1.5 -499
16、.8 0.9 105.5 31.54 2.97 -28.57 测点 2（左边墙） -0.3 -187.2 -0.1 -104.0 707.30 14.90 -692.4 测点 3（左拱腰） -1.5 -56.6 0.6 42.1 75.81 12.12 -63.69 测点 4（拱顶） -2.7 463.9 -0.7 -95.3 181.83 5.61 -176.22 测点 5（右拱腰） -1.4 382.3 0.5 69.3 119.35 7.13 -112.22 测点 6（右边墙） -0.4 35.3 -0.3 -12.0 83.56 127.22 43.66 测点 7（右拱脚） -0.9 -10.8 0.8 0.2 29.20 566.60 537.4 测点 8（仰拱） -26.2 -163.7 -6.2 -26.1 22.81 14.08 -8.73 测试断面 2
