孙 剑

(辽宁西北供水有限责任公司，沈阳 110003)

1 工程概况

新建沈阳至白河高速铁路位于辽宁省东部和吉林省南部，沿线经过沈阳市、抚顺市、通化市、白山市、延边自治州、长白山管委会等6个地市级行政区。正线线路长度429.771km，新建线路长度427.752km，辽宁省境内173.306km，吉林省境内254.446km。新建阿金隧道位于辽宁省抚顺市东洲区附近，为单洞双线隧道，隧道进口里程为DK59+000，出口里程为DK60+710，隧道全长1710m，最大埋深约56.5m。阿金隧道属于低山丘陵区，植被茂密，以林木为主。地形起伏较大，最高高程约188.5m，最低约120.0m，隧道进口自然坡度约15°-25°，出口自然坡度约15°-30°。

2 阿金隧道与输水工程相互位置关系

沈白铁路在抚顺市东州区阿金沟附近与大伙房水库地下输水隧洞交叉，交叉点桩号为：沈白铁路DK59+754.95m、大伙房水库输水(二期)工程输水隧洞2+834.561m，交角约87.15°，铁路工程在此处以隧道上跨的方式穿越输水工程。阿金隧道与大伙房水库输水工程交叉位置附近，阿金隧道位于V级围岩段落。

平面位置关系：阿金隧道与大伙房水库输水(二期)工程平面交叉角度为87.15°，如图1所示。

图1 平面位置关系图

剖面位置关系：上跨位置处阿金隧道为3‰的上坡段，阿金隧道轨面高程131.0502m；该处大伙房水库输水工程隧洞洞底高程93.34m，洞径6.0m，洞顶高程为99.34m；输水隧洞顶距铁路阿金隧洞轨面距离约为31.71m，距离隧道开挖底约为28.96m。如图2所示。

图2 ⅤQFc型复合式衬砌断面图

图2 剖面位置关系图

3 交叉位置铁路隧道设计参数

3.1 衬砌支护参数

交叉位置处阿金隧道衬砌结构采用复合式衬砌，衬砌类型为ⅤQFc型衬砌，初期支护采用全环喷射30cm厚C25混凝土，钢架采用工22a型钢；二次衬砌拱墙采用55cm厚钢筋混凝土，仰拱采用65cm厚钢筋混凝土，初期支护与二次衬砌之间设置“双层EVA防水板夹5cm厚硬质聚氨酯保温板”作为保温层，衬砌支护参数详见表1[1]。

表1 交叉位置铁路隧道衬砌支护参数

3.2 注浆措施

径向注浆，注浆范围为开挖轮廓线外3m，注浆采用水泥浆，注浆压力按1-1.5MPa，注浆范围距离输水隧洞较远，对输水隧洞无影响。

4 交叉位置施工工法及爆破设计

4.1 施工方法

交叉位置附近阿金隧道采用控制爆破法施工，施工方法为三台阶临时仰拱法，开挖采用光面爆破，尽量使隧道断面周边轮廓圆顺，避免棱角突变处应力集中，以充分利用围岩自身承载力；隧道施工应坚持“短开挖、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测、及时衬砌”的原则。

图3 三台阶临时仰拱法施工方法图

4.2 设计要求

要求“隧道DK59+610-DK59+985段下穿古石沟上游、东部驾校、盛林蜡业有限公司及上跨大伙房水库输水隧洞，施工时应采取控制爆破，爆破振速≤2.0cm/s，严格控制一次装药量及开挖进尺，确保隧道施工不影响居民的正常生活及隧洞输水。”

4.3 安全距离范围内炸药量计算

根据《爆破安全规程》GB6722-2011，爆破振动安全允许距离，按下式计算：

(1)

式中：R为爆破振动安全允许距离，m；Q为炸药量，齐发爆破的总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；V为保护对象所在地质点振动安全允许速度，cm/s；K、α为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数。

根据阿金隧道穿越区域围岩分级及输水工程位置关系，结合《高速铁路隧道工程施工技术规程》(Q/CR9604-2015)中规定，得出各段落隧道爆破开挖的炸药量及开挖控制步距。各参数取值及计算结果详见表2。

表2 阿金隧道穿越输水隧洞区域爆破开挖的炸药量及开挖控制步距统计表

5 交叉位置隧道采用机械开挖的可行性分析

5.1 机械开挖设备选型

目前，非爆破开挖主要有全断面掘进机法(TBM)、盾构法、悬臂掘进机法、铣挖机法、液压冲击锤法、劈裂法。

设备选型考虑满足施工进度、施工工法及地质条件等要求，并考虑其经济性。阿金隧道长度1710m，上跨大伙房水库段为隧道局部段落，混合岩，全风化-弱风化，节理裂隙极发育，岩体极破碎软弱，呈碎块状散体结构。根据以上工程特点选用悬臂掘进机施工。

5.2 机械开挖工法

根据临近的地勘岩石试验情况，本段围岩弱风化(W2)花岗岩，岩石单轴抗压强度约30Mpa。根据相关案例，悬臂掘进机开挖高度范围一般5-8m。考虑上台阶开挖高度，机械设备能够更充分发挥作用，需采用短台阶法进行施工。

5.3 施工进度

根据国内外部分使用悬臂掘进机开挖的隧道数据。围岩单轴抗压强度20-60Mpa，施工进度指标40-70m/月。矿山法施工进度指标45m/月。因此采用悬臂掘进机开挖对施工工期不产生影响。

5.4 施工方法

阿金隧道上跨大伙房水库输水工程(二期)隧洞，结构净距28.96m。输水隧洞对比高铁隧道和居民楼，结构振动控制要求相对较低，一般情况下，采用控制爆破能够满足安全要求。为保证输水隧洞安全，根据《辽宁省东水济辽工程管理条例》的相关规定，考虑在交叉里程两侧各35m范围的铁路隧道采用悬臂掘进机铣挖法施工[2]。

6 交叉位置隧道监控量测措施

监控量测是监视围岩稳定及判断设计与施工方法是否正确的重要手段，亦是保证安全施工、提高经济效益的重要条件，必须贯穿施工的全过程。

隧道施工严格按照《铁路隧道监控量测技术规程》(Q/CR9218-2015)的有关要求进行监控量测。现场监控量测不仅监测各施工阶段围岩动态和支护工作状态，以保证围岩稳定和施工安全；而且是调整初期支护设计参数，确定二次衬砌及仰拱施作时机的依据，做到信息化设计与施工。

7 关于铁路隧道施工、运营振动和电磁辐射对输水管线的影响分析

7.1 施工阶段

铁路隧道施工严格按照现行《爆破安全规程》要求，进行控制爆破。跨越输水管线段落，针对强影响区域，采用机械开挖；一般影响区域通过缩小周边炮眼间距，减少单位装药量等措施优化爆破参数，加强监测，能够保证输水工程的安全稳定。

7.2 运营阶段

目前，高速铁路运营振动和电磁辐射对输水管线等建(构)筑物的影响评价，尚无规范依据。但类比同省项目既有沈丹客专下马塘隧道上跨“引细入汤”输水隧道工程实例(隧道轨面高程与输水工程结构顶之间的距离约35m)，高铁运营期间对输水工程结构无不利影响。