山岭隧道穿越村庄施工
【内容提要】：本文结合京沈客专辽宁段三棱山隧道施工实例，介绍了山岭隧道下穿村庄施工时注意事项。从控制爆破减小振动和注浆堵水保证居民正常用水两个方面讨论了隧道下穿村桩时采取的措施，尽量减少对居民生产生活的影响。通过多方面的技术手段保障当地居民不受隧道施工影响，从而保证工程施工顺利进行。
【关键词】：隧道施工、下穿村庄、控制爆破、注浆堵水
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1概述
北京至沈阳客运专线是连接东北和华北地区的重要纽带，是沟通关内外主要城市间的快速客运铁路，是《中长期铁路网规划（2008年调整）》“四纵四横”客运专线主骨架的重要组成部分。京沈线是进出关铁路运输重要的快速客运通道，同时兼顾沿线部分城际客流的客运专线。新建北京至沈阳铁路客运专线，经北京市顺义区、怀柔区、密云县和河北省承德市、辽宁省朝阳市、阜新市等。正线全长698公里。辽宁省境内长406.8公里。三棱山隧道位于辽宁省阜新和朝阳交界处，全长8888m，是辽宁段的先期开工工程，于2014年3月份开工建设，是全线的控制性工程，隧道地质情况较复杂，多处浅埋施工，下穿村长一处，影响范围沿线路纵向900m。
2三棱山隧道工程概况
三棱山隧道DK496+000～DK496+900段下穿村庄、道路施工，为减小对居民生产、生活的影响，实施控制爆破。
DK496+000～DK496+595段地层岩性为凝灰岩，局部夹凝灰质砂页岩，弱风化，灰色，凝灰质结构，块状构造，岩体较完整，呈大块结构，埋深40～60m，围岩等级为Ⅲ级。地下水主要为凝灰岩基岩裂隙水，透水性一般，段落预测正常涌水量为600m3/d，最大涌水量1008 m3/d。
DK496+595～DK496+900段地层岩性为凝灰质角砾岩和凝灰岩，强～弱风化，断层影响带，节理裂隙发育，岩体破碎，块石碎石状镶嵌结构，埋深30～40m，围岩等级为Ⅳ级。地下水主要为基岩裂隙水和构造裂隙水，岩体破碎，透水性较好，施工中需加强防水措施，预防突水突泥事故发生。推测段落正常涌水量1300 m3/d，最大涌水量5379 m3/d。DK496+717～DK496+867段有推测断层通过，分布有断层泥，其工程物理力学性质差。断层上盘地层教破碎，下盘受断层影响较小，岩层较完整。
3主要施工方案
隧道下穿村庄及乡村道路爆破震动容易对地上建筑物造成影响，容易引起“扰民”和“民扰”，必须重视爆破施工对道路运营和居民正常生活的影响，应严格遵循“先探测、后开挖、短进尺、弱爆破、强支护、严控水、快封闭、勤量测、早衬砌”的原则组织施工，其中控制爆破是减小影响的关键。
以爆破施工全过程的安全实时监测为依托，全面、超前掌握围岩和应保护建筑物的安全动态，指导施工安全。
以降低爆破振动为重点，制定科学、合理的施工方案，采取有效的综合措施，确保隧道上方建筑物的安全，保证工程顺利进展。
以实施信息化施工为手段，加快反馈速度，及时调整爆破参数，优化设计，实现爆破队环境影响的有效控制。
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下穿村庄及乡村道路爆破应遵循“短进尺、弱爆破、多循环、强支护”的爆破开挖施工基本原则。采用轮廓光面爆破和先进的掏槽减震技术，实施毫秒延时爆破，控制单响药量和一次起爆药量，必要时采用小直径炸药，布置减振干扰孔等辅助技术措施。
此外为减少隧道开挖对居民用水的影响，减小隧道初支表面的渗漏水来源，对本段进行超前周边注浆堵水。
4隧道下穿村庄施工采取的方法和措施
隧道掘进之前，首先确定该段围岩的开挖方法、支护措施、加强措施、监测措施、安全措施以及事故处理措施等。其中开挖方法的控制爆破技术是核心内容。
4.1控制爆破技术
4.1.1工程爆破震动的安全规定
爆破震动会引起围岩介质质点的振动，质点的振动强度超过某一限度时，就会造成隧道围岩、衬砌及某些情况下地表建筑物的开裂、破坏，甚至坍塌。但随着传播距离的增大，质点的振动强度将逐渐衰减。质点的速度是岩体变形或应变的尺度，控制隧道围岩或结构物的峰值振动速度可以达到控制爆破的目的。《爆破安全规程》对建筑物所允许的安全振动速度规定如下：一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物：2.5～3.0cm/s。
4.1.2计算允许的单段最大共同作用装药量与开挖进尺
隧道控制爆破时通常不对一次爆破的总药量进行控制，而是对同时起爆的同段药量加以控制，计算和设计最大共同作用装药量是隧道振动爆破技术的重要环节。
控制爆破作业段最大一段允许装药量：
Qmax＝R3×
，式中：
Qmax—最大一段爆破药量，kg；
Vkp—安全速度，cm/s；取Vkp＝2.5cm/s；
R—爆破距离，即爆炸源距建筑物的距离，m（依据设计图纸和测量数据）；
K—地形、地质影响系数,根据围岩级别取200（依据《爆破安全规程》 (GB6722-2011) ）；
a—衰减系数，根据围岩级别取1.65（依据《爆破安全规程》 (GB6722-2011)； R的取值范围为47.5～70.5m。（下有说明）
Qmax= R3×=0.000347R3
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表3.1-1 最大一段爆破装药量（和R取值相关）
DK496+000～DK496+595段采用两台阶法施工，埋深（隧道开挖拱顶到地面的垂直距离）为60-40m，DK496+595～DK496+900段采用三台阶法施工，埋深为40-30m。
根据测量数据，离线路中心线最近的房屋距离为36.9m（水平距离），则R的取值为47.5-70.5m。 依据爆破设计，最大装药量均发生在周边眼，Ⅲ级围岩上台阶弧长22.8m，周边眼间距45cm，周边眼数量为50个，周边眼装药集中度为0.3kg/m，Ⅳ级围岩上台阶长度14m，周边眼间距40cm，周边眼数量为35个，装药集中度为0.25kg/m。
依据钻爆设计，Ⅲ级围岩每循环进尺1.5m，最大段装药量为22.5kg，小于57kg，满足安全规定的要求；现场实际施工时可以根据振动监测的结果来调整进尺，因为即使每循环进尺为3m，最大段装药量为45kg，依然满足安全规定的要求；Ⅳ级围岩每循环进尺2m，最大段装药量为17.5kg，小于37.1kg，满足安全规定的要求。
4.1.3爆破器材
选用乳化炸药，药卷直径为32mm，每只药卷长度为200mm，重量为200g；为了满足断面开挖和减轻爆破振动的要求，应使用1、3、5、7、9、11、13、15至少八个段位的非电毫秒雷管。
4.1.5掏槽形式
应选用楔形掏槽，掏槽眼分层分次起爆，最大限度的减少掏槽区最大共同装药量，降低振动强度。 4.1.6振动监测
施工前在地表沿隧道开挖方向左右各10m范围内地面或建筑物周围设置测点，每隔50设置一个断面，施工是时全程监测，记录振速。施工前对地表建筑、居民用水情况进行详细调查，形成文字记录。
4.2超前周边注浆施工
三棱山隧道DK496+000～DK496+750段进行超前周边注浆，作为居民区堵水，尽量减小对居民生产和生活用水的影响，同时做好应急预案，保证居民的正常生活。
注浆孔布置如图4.2-1、4.2-2所示：
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4.2-1 注浆纵断面图
4.2.1注浆参数
注浆开孔直径110mm，长度为3m； 单孔有效扩散半径3m；
注浆范围为隧道开挖轮廓线外5m； 注浆压力应比静水压力大0.5～1.5MPa。 4.2.2施工注意事项
每循环注浆长度为30m，开挖长度为25m，留5m止浆岩盘；每循环设置4环注浆孔，共69孔； 孔口管采用φ108mm，壁厚5mm的无缝钢管，长度为3m，孔口管应埋设牢固，应有良好的止浆措施； 注浆顺序为先内圈孔后外圈孔，先无水孔，后有水孔，同一圈孔间隔施工，岩层破碎容易塌孔时，采用前进式注浆，否则采用后进式注浆。
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4.2-2 注浆纵断面图
4.3施工辅助措施 4.3.1超前地质预报
DK496+717～DK496+867段推测有断层通过，分布有断层泥，其工程物理力学性质差，为保证隧道施工安全，必须做好超前地质预报工作。
(1)当隧道施工开挖到DK493+680时，邀请铁三院地质预报检测方对前方一百m进行TRT预报工作，连续预报前后两次重叠长度应在40m以上。
(2)开挖每个循环施做超前加深炮孔，每一循环钻设6个加深炮眼，在每循环对其中几个炮眼加深至5～8m,作为预报探测孔，实践证明能收到较好的效果，可探明掌子面前方地质情况，使掌子面前方总有3～5m岩盘，避免或减少岩溶地区隧道突水事故的发生。
(4)对每个掌子面围岩进行素描。随开挖及时进行，地层岩性变化点、构造发育部位、岩溶发育带附近应每开挖循环进行一次素描，其他地段每5m进行一次素描。
通过以上地质预报措施对前方围岩进行探测、预报，发现异常情况及时进行处理措施处理，确保隧道施工安全。
4.3.2仰拱、二衬及时跟进
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断层段危险因素比较多，伴随着许多意想不到可能发生的情况，因此进入断层段之前，必须把仰拱和二衬跟进，以防初期支护出现开裂、突水等情况，衬砌一定要及时跟上，确保施工安全。
4.3.3施工排水措施
三棱山隧道进口为顺坡排水，排水时掌子面积水利用污水泵抽至已施工完毕的隧道两侧临时排水沟排出洞外；三棱山隧道北京方向为反坡排水，按照排水方案，做好施工排水。
5结语
近几年，工程施工过程中因不重视保证当地居民生活不受影响，随意施工而引发的矛盾纠纷屡见不鲜。不仅对施工本身造成了重大影响，并且对施工企业名誉造成了重大损失。随着铁路隧道施工的精细化程度的提高，注重环境保护，减少施工对当地居民生产、生活的影响越来越受到重视。山岭隧道施工控制爆破技术和注浆堵水措施越来越广泛的应用于隧道施工当中。做好对这一类施工技术的研究，对于隧道施工有着重要意义。
参考文献
[1]爆破安全规程（GB6722-2011）
[2]王旭光等.爆破手册.[K]北京：冶金工业出版社，2010.10 [3]齐景岳.隧道控制爆破技术.[J]铁道标注设计，2006（11） [4]新建铁路北京至沈阳客运专线辽宁段设计文件.铁三院
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