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1、,中铁二院工程集团有限责任公司 2017.7,铁路近接隧道工程风险控制技术,中铁二院土建二院隧道所,一、前言 二、近接隧道工程类型 三、近接隧道工程分级 四、近接隧道控制标准 五、近接隧道风险控制,内容提要,铁路近接隧道工程风险控制技术,一、前言,新建结构物邻近既有结构物施工，并可能对既有结构物产生不利影响的工程称为近接工程，近接隧道及地下工程的施工称为隧道及地下工程近接施工。在近接工程中问题最为突出的是岩土类近接工程，而近接隧道及地下工程更是首当其冲，并且它涉及到各种工法、回填、爆破等，都会对周围土体产生扰动，对隧道工程、邻近建筑物、地下管线等产生不利影响。,一、前言,交通工程建设向少占地、
2、低能耗、绿色、低碳发展，城市交通将越来越多转入地下，城市铁路隧道得到快速发展，同时也面临新的挑战。保证周围环境即重要建构筑物结构的安全性，制定相应的环境控制标准、进行近接施工分级以及采用合理的近接施工控制措施具有十分重要的意义。,拥挤的城市地面黄桷湾立交,开发地下空间,龙洞堡机场隧道“零换乘”概念综合交通枢纽,地下互通式立交枢纽,一、前言,通过对城市铁路明挖隧道近接施工关键技术研究报告、隧道工程施工要点集、日本铁路隧道近接施工指南等文献资料调研，根据按近接隧道工程类型、工程分级、控制标准进行介绍，提出一般的风险控制措施，并选取了近年来铁二院相关典型近接施工风险案列和工点进行介绍。 希望同事在以
3、后设计工作起到抛砖引玉和提示的作用，因所涉及知识较广，本人水平有限，所涉及内容如有错误和不足恳请指正！,铁路近接隧道工程风险控制技术,二、隧道近接工程类型,二、隧道近接工程类型,铁路近接隧道工程风险控制技术,三、近接隧道工程分级,1、平行隧道,低,高,不考虑爆破振动和既有隧道健全度影响，考虑围岩稳定和衬砌结构受力，可参照上表进行定性判断，上表地层条件以洪积的粉砂岩等为基础，稳定的硬岩、软岩，间隔值-20%；洪积砂层、黏性土层等，间隔值+20%，不稳定的围岩（膨胀性围岩等），间隔值+40%。,选线过程中的新建隧道，一般单线隧道线间距20m，双线隧道线间距30m，可不考虑采取特殊的结构和围岩加固处
4、理措施。,三、近接隧道工程分级,2、交叉隧道,高,低,不考虑爆破振动和既有隧道健全度影响，考虑围岩稳定和衬砌结构受力，可参照上表进行定性判断，上表地层条件以洪积的粉砂岩等为基础，稳定的硬岩、软岩，间隔值-20%；洪积砂层、黏性土层等，间隔值+20%，不稳定的围岩（膨胀性围岩等），间隔值+40%。,三、近接隧道工程分级,3、隧道上部明挖,适用于暗挖隧道，地表明挖卸载还有需考虑逐层开挖厚度、范围（纵向）、横断面施工顺序、爆破开挖方式，在铁路枢纽中道路改移经常是通过上跨隧道进行立体疏解，5m的残留保护层是需保留的：其一：避免施工和后期地面集中荷载不良影响；其二：避免拱部土石荷载太小，侧压力相对大，而
5、拱部出现“反弯”点的。硬岩残留埋深比可-20%；砂层、黏性土层、强风化层等残留埋深比可+20%。,正上方开挖,斜上方开挖,三、近接隧道工程分级,4、隧道上部填土,正上方开挖,适用于暗挖浅埋隧道，上部填土需考虑一次填土厚度、范围（纵向）、横断面施工顺序、碾压方式，在铁路中常遇到隧道顶部回填弃碴的情况。硬岩残留埋深比可-20%；砂层、黏性土层、强风化层等残留埋深比可+20%。 注意：中铁二院关于规范和加强弃碴设计技术管理规定的通知（中铁二院技术2015174号），在影响桥梁、路基、隧道以及其他各类重要建构筑物结构安全的范围内，原则上严禁设置弃碴场；特别是在线路附近的不良地质体、不稳定斜坡、软土等分
6、布范围区因弃碴可能诱发基底斜坡稳定性问题，危及线路安全的区域应禁止设置弃碴场。,三、近接隧道工程分级,5、隧道上部有结构物基础,地层条件为软弱地层时附加荷载-25%，结构物基础出现不对称荷载、偏压荷载，尤其是局部集中荷载时要慎重分析，建筑地基基础设计规范（GB 5007-2002）中对条形基础和矩形基础在软弱地层的 附加应力有明确计算公式。,条形基础,矩形基础,三、近接隧道工程分级,6、隧道侧面开挖,适用于隧道一侧采石、路基等工况，特别注意开挖范围低于隧道基底的部分，防止隧道基底失稳。,三、近接隧道工程分级,7、隧道近接锚索,影响决定于锚索与隧道的距离、锚索的施工方法、锚索的预应力大小、地形和
7、地质条件等。,三、近接隧道工程分级,8、隧道上部积水,影响决定于埋深、施工阶段漏失水的安全风险和运营期间的静水压力，一般在大型库区环境、透水地层环境才能形成有效水压力。,三、近接隧道工程分级,9、地层振动,具体设计时根据爆破安全规程（GB 6722-2014），选取相应地层参数，进行爆破振速检算，提出控制爆破要求，根据隧道结构状态，隧道结构质点爆破振速控制在510cm/s。,三、近接隧道工程分级,10、隧道下穿建构筑物（对地表结构物的影响）,适用于对既有结构物影响预测，通常需先确定是否有影响，必要时才再来研究影响有多大，以及采取何种处理措施。,铁路近接隧道工程风险控制技术,三、近接隧道控制标准
8、,1、地层振动控制,近接施工的地层振动因与既有隧道的位置关系、使用炸药、地形和地质条件而有很大的不同。爆破安全规程（GB 6722-2014）评价各种爆破对不同类型建（构）筑物和其他保护对象的振动影响，应采用不同的安全判据和允许标准，采取保护对象所在地基质点峰值振动速度和主振频率，安全允许标准。,0.5cm/s,2.5cm/s,4.0cm/s,10cm/s,10cm/s,2、邻近既有铁路,1）铁路运输安全保护条例第十八条 在铁路线路两侧路堤坡脚、路堑坡顶、铁路桥梁外侧起各米范围内，及在铁路隧道上方中心线两侧各米范围内，禁止从事采矿、采石及爆破作业。 在前款规定的范围内，因修建道路、水利工程等公
9、共工程，确需实施采石、爆破作业的，应当与铁路运输企业协商后，采取必要的安全防护措施。,2）改建既有线和增建第二线铁路工程施工技术暂行规定 （铁建设200814号）,既有线及增建二线技术：20m范围的非爆，200m范围的爆破应纳入运营部门管理范围。 建议隧道设计中邻近既有既有铁路边界20m范围采用非爆，2050m采用控爆，工务部门如提出范围外的非爆要求，应发函给业主，再由业主委托设计院编制相关非爆开挖的方案。,2、邻近既有铁路,达成线设计中在既有线路基外缘50m以内，中间无自然屏障，每天爆破封锁线路时间在1小时以内，用普通爆破法危及行车安全的石方爆破工点，按石方控制爆破设计。石方控制爆破难易等级
10、，原则上划分为三等： A类：线间距5m，岩石硬度为次坚石及以上，开挖高度8m,开挖厚度4m。上述4个条件同时满足时采用A类控制爆破及钢绳柔性网全封闭防护。 B类：不满足A类条件，但二线线间距20m时不再设防护排架仅控制装约量及一次爆破方量即可。,施预概算指标,3、邻近既有公路,公路安全保护条例（中华人民共和国国务院令第593号）第十七条禁止在下列范围内从事采矿、采石、取土、爆破作业等危及公路、公路桥梁、公路隧道、公路渡口安全的活动： （一）国道、省道、县道的公路用地外缘起向外100米，乡道的公路用地外缘起向外50米； （二）公路渡口和中型以上公路桥梁周围200米； （三）公路隧道上方和洞口外1
11、00米。 在前款规定的范围内，因抢险、防汛需要修筑堤坝、压缩或者拓宽河床的，应当经省、自治区、直辖市人民政府交通运输主管部门会同水行政主管部门或者流域管理机构批准，并采取安全防护措施方可进行。 贵阳枢纽西南环金阳南移站I类变更，一处挖方路基邻近公路，设计院按公路安全保护条例要求采用非爆开挖，增加投资3000多万，鉴定中心未批复同意。后改线采用隧道方案，仅洞口50m范围采用非爆，鉴定中心才同意方案。 贵阳枢纽长昆引入三马片区路基段开挖邻近公路采用一般爆破或控制爆破，公路管理部门、地方政府发函要求变更为非爆破开挖，I类变更设计增加6000多万，目前文件报部，能否有无设计责任、能否批复？！ 临近既有
12、公路工程，隧道是有围岩封闭的（所谓天然屏障），没有爆破飞石影响运营安全，在爆破振速满足规范要求的条件下，是否有必要在100200m范围内均采用非爆？！,4、邻近既有管线,1）按照中国石油天然气集团公司对已经投入运营的天然气管道开挖方式的企业标准油气管道并行敷设技术规范（Q/SY 1358-2010）和油气输送管道与铁路交汇工程技术及管理规定（国能油气【2015】392号】）的相关要求： 距离油气管道小于或等于6m时，必须采用人工开挖； 距离油气管道大于6m小于或等于10m时，应采用机械破碎开挖或人工开挖; 距离油气管道大于10m小于或等于20m时，宜采用非爆破开挖； 距离油气管道大于20m时，
13、可采用控制爆破开挖，爆破形成的振动波到达在役管道处最大垂直速度不应大于2cm/s。,2）近接管线控制标准 根据城市铁路明挖隧道近接施工关键技术研究报告，按照管线属于刚性管或柔性管分别采用应力判别法和管道张角判别法。 应力判别法：各种管线允许拉应力值下表所示。 管道张角判别法：对于柔性管线，可按每节管道差异沉降不大于L/1000（L为每根管节的长度）作为设计和监控标准。,各种管线允许拉应力值,建筑基坑工程监测技术规范（GB50497-2009）,5、邻近铁塔,电力设施保护条例实施细则第十条 任何单位和个人不得在距电力设施范围500米内（指水平距离）进行爆破作业。因工作需要必须进行爆破时，应当按国
14、家颁发的有关爆破作业的法律法规，采取可靠的安全防范措施，确保电力设施安全，并征得当地电力设施产权单位或管理部门的书面同意，报经政府有关管理部门批推。 兴泉线设计中110KV及以上电力铁塔以及通信基站等横向自线路中心至其两侧各30m范围，隧道拱顶埋深小于30m，采用非爆开挖；大于30m，小于50m，采用控爆开挖。 隧道下穿电力铁塔要注意其基础型式，以防止隧道开挖遭遇其桩基础或影响范围。,6、邻近建构筑物,1）近接桥桩控制标准： 城市铁路明挖隧道近接施工关键技术研究报告,2）近接建筑物控制标准：建筑地基基础设计规范,铁路近接隧道工程风险控制技术,铁路近接隧道工程风险控制技术应从以下三个大的方面开展
15、工作：,五、近接隧道风险控制,近接隧道施工考虑到地层变形及振动动力影响，结构安全面临较大风险,是一个复杂的系统工程，设计上应从以下五个方面开展工作：,五、近接隧道风险控制,客观因素： 环境敏感性 结构抗振性 埋深 地层条件 ,主观因素： 控爆方式 非爆方式 组合方式 机械配置 ,对地表沉降和振动动力影响进行控制，实现安全、投资、工期的平衡,五、近接隧道风险控制,1、开挖方式,五、近接隧道风险控制,隧道爆破与开挖对围岩稳定、邻近结构物的安全和环境影响等起到大的作用，隧道爆破常用的控制爆破方法有毫秒微差爆破、预裂爆破和光面爆破、静力爆破。包括合理地选择和确定单位用药量系数值、最小抵抗线W、炮孔间距
16、和排距b，以及炮孔深度L等。,1、开挖方式,最小抵抗线是控制爆破效果的关键,掏槽眼单段最大齐爆药量是光面爆破控制最大振速的关键,五、近接隧道风险控制,1、开挖方式,设计中提出控制爆破要求时，应包含单段最大齐爆药量和爆破振速的要求，并要求现场进行爆破试验确定爆破参数。隧道爆破往往会引起周围结构物振动影响，需依据爆破安全规程相关振速要求提出保护结构物的控制爆破范围或拆除结构物范围，做到经济可靠，对超出爆破安全规程保护标准或要求时，应慎重。 槽子头隧道出口下穿地表房屋案例。,五、近接隧道风险控制,1、开挖方式,爆破时的影响到底有多大？！ 对光面爆破开挖轮廓线以内 3.8m 范围进行振动速度测量，发现爆破引起的损伤范围是 0.20.5m 。由于目前国内外学者对地下工程爆破效果采用的研究方法多种多样，以及行业的不同，使得地下工程方面振动标准的提出具有很大的差异。对于隧道围岩，有以下隧道围岩爆破效果破坏依据
