CN107391841A - 临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，1)对既有病害隧道进行全面检测及病害汇总，进行维护和整改；2)利用midas GTS有限元分析软件建立三维模型进行分析计算；3)确定炮孔布置方式以及包括装药量、孔深、孔间距在内的爆破参数，根据动态监测结果适时调整炮孔布置方式及爆破参数，再进行新建左右隧道爆破施工；4)在既有病害隧道与新建左右隧道之间新建横通道，由新建左右隧道的一侧向既有病害隧道方向进行爆破施工，再由既有病害隧道的一侧向新建左右隧道的方向进行周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除相结合的开挖方式。既能确保左右隧道的顺利施工，又不影响既有病害隧道的正常运营，控制隧道超欠挖及经济成本，避免浪费。

Description

临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法
技术领域
本发明涉及隧道施工工法，具体涉及一种临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法。
背景技术
随着既有隧道随着使用年限的延长，各种病害不断出现，经常因维护、保养或交通事故引起交通堵塞；同时汽车拥有量的急剧增加，进一步加剧了既有病害隧道交通压力，先前既有病害隧道的运营已经无法满足现实的使用要求，迫切需要在临近既有病害隧道的左右两侧新建隧道，但现目前，临近既有病害隧道新建左右隧道尚无先例，迫切需要一种安全可靠的施工方法指导施工。
发明内容
本发明旨在提供一种专用于临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，既能确保左右隧道的顺利施工，又不影响既有病害隧道的正常运营，控制隧道超欠挖及经济成本，避免浪费，特别适合地面条件受限、地层构造复杂隧道施工。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，包括以下步骤：
第一步，对既有病害隧道进行全面检测及病害汇总，并进行维护和整改，确保在新建左右隧道的爆破及开挖过程中，既有病害隧道安全运行；
第二步，利用midas GTS有限元分析软件建立三维模型，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，确定新建左右隧道与临近既有病害隧道的最小安全爆破距离、新建左右隧道爆破施工方法以及能否进行新建左右隧道的同时爆破作业，以确保后续的爆破安全；
第三步，对现场围岩情况及既有病害隧道的进行动态检测，结合midasGTS有限元分析软件的分析结果，确定炮孔布置方式以及包括装药量、孔深、孔间距在内的爆破参数，并根据动态监测结果适时调整炮孔布置方式及爆破参数，再进行新建左右隧道爆破施工；
第四步，在既有病害隧道与新建左右隧道之间新建横通道，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，由新建左右隧道的一侧向既有病害隧道方向进行爆破施工，当隧道爆破振速临近2cm/s时，改由既有病害隧道的一侧向新建左右隧道的方向进行周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除相结合的开挖方式。
作为上述方案的优选，在第一步中，对既有病害隧道进行检测，包括隧道洞口洞门检测、隧道衬砌破损裂缝检测、隧道渗漏水检查、隧道内设备稳固性检查、隧道内瓦斯和有害气体检测、隧道衬砌会凝土强度检测、隧道衬砌地质雷达检测、隧道净空断面检测，并对各种病害位置及数量进行详细汇总，对部分病害的处理方式如下：
裂缝——对有裂缝的隧道段采取必要的加固措施，并在新建隧道的施工过程中实时检测；
环向干裂缝——用丙酮或无水酒精清除裂缝表面油污，沿裂缝表面每隔20～50cm粘贴一个注浆嘴，然后进行封缝，封缝材料与贴注浆嘴采用环氧胶，用丙酮进行试压，压力为0.3～0.5MPa，如没有问题，再进行注浆，注浆材料采用环氧树脂浆液；
衬砌空洞——采用混凝土输送泵，在衬砌混凝土上开口以泵送混凝土进行回填，然后再由洞内进行注浆加固，对因混凝土捣固质量差引起的衬砌混凝土密实度不好及局部背后存在小的空洞，则从洞内进行注浆填充和加固；
渗漏水——采用排堵结合的治理原则，对于隧道拱顶纵向裂缝渗水、漏水以堵为主，对于边墙集中涌水、施工缝渗漏水则以排为主；
衬砌混凝土厚度不够——凿出表面混凝土、嵌钢轨拱、网喷及打设中空注浆锚杆。
在第一步中，对各种病害位置、数量及处理方法进行汇总，从而建立完善的病害隧道评价体系。
在第二步中，利用midas GTS有限元分析软件建立以既有病害隧道为中心，并包括新建左右隧道的矩形三维模型，根据三维模型划分单元和节点，其中对已经施工完成的初衬、二次衬砌用板单元模拟，锚杆用梁单元模拟，并定义成弹性材料属性，围岩采用实体单元模拟，定义材料属性为库尔-库仑，边界采用阻尼弹簧单元模拟；对于爆破振动引起的冲击载荷，采用时程载荷来模拟，并转化成作用在开挖面上的压力，再进行计算分析。全新的三维建模方式，使分析结果更真实、准确、可靠。
在第三步中，新建左右隧道爆破的炮眼布置采用由外至里依次是周边眼、辅助眼、掏槽眼三级，炮孔间距根据现场围岩情况、既有病害隧道内爆破振速监测数据、既有病害隧道内裂纹监测情况进行调整，最大限度地减小爆破对既有病害隧道支护结构及中间围岩的不利影响。优化炮眼布置方式，并适时调整炮孔间距，进一步确保爆破安全。
在第四步中，先进行周边钻孔取芯施工，芯点中心位于隧道设计内径基线上，依次以外倾角15±3°向前钻取外周的岩芯，取出的岩芯长600±50mm，外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面；再进行挖掘机炮头破除施工，用挖掘机炮锤分层分台阶进行，按照先中间后两边、先上台阶后下台阶的顺序依次破除，每层控制在2m以内，开挖效率高，经济成本低，且安全可靠。
本发明的有益效果：该工法严格控制质量安全及经济成本，既能确保左右隧道的顺利施工，又不影响既有病害隧道的正常运营，避免了隧道超欠挖和浪费，提高了施工效率，特别适合地面条件受限、地层构造复杂隧道施工；解决了既有病害隧道的运营已经无法满足现实使用要求的难题，具有广泛的社会效益和应用推广价值。
附图说明
图1为利用midas GTS建立的三维模型的横断面位置。
图2为利用midas GTS建立的三维爆破模型。
图3为爆破振动采用时程载荷模拟的孔壁上面压力示意图。
图4为爆破载荷的时间历程曲线。
图5为炮眼初步布置图。
图6为优化后的炮眼布置图。
图7为振速波形图。
图8为周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除顺序图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
一种临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，按以下步骤进行施工：
第一步：对既有病害隧道进行全面检测及病害汇总，并进行维护和整改，确保在新建左右隧道的爆破及开挖过程中，既有病害隧道安全运行。
对既有病害隧道进行检测最好包括隧道洞口洞门检测、隧道衬砌破损裂缝检测、隧道渗漏水检查、隧道内设备稳固性检查、隧道内瓦斯和有害气体检测、隧道衬砌会凝土强度检测、隧道衬砌地质雷达检测、隧道净空断面检测，并对各种病害位置及数量进行详细汇总，对部分病害的处理方式如下：
裂缝——对有裂缝的隧道段采取必要的加固措施，并在新建隧道的施工过程中实时检测。
环向干裂缝——用丙酮或无水酒精清除裂缝表面油污，沿裂缝表面每隔20～50cm粘贴一个注浆嘴，然后进行封缝，封缝材料与贴注浆嘴采用环氧胶，用丙酮进行试压，压力为0.3～0.5MPa，如没有问题，再进行注浆，注浆材料采用环氧树脂浆液。
衬砌空洞——采用混凝土输送泵，在衬砌混凝土上开口以泵送混凝土进行回填，然后再由洞内进行注浆加固，对因混凝土捣固质量差引起的衬砌混凝土密实度不好及局部背后存在小的空洞，则从洞内进行注浆填充和加固。
渗漏水——采用排堵结合的治理原则，对于隧道拱顶纵向裂缝渗水、漏水以堵为主，对于边墙集中涌水、施工缝渗漏水则以排为主。
衬砌混凝土厚度不够——凿出表面混凝土、嵌钢轨拱、网喷及打设中空注浆锚杆。
通过对既有病害隧道进行全面检测主要达到以下目的：
1)结合各隧道既有资料，查明缺陷或潜在缺陷和损伤的性质、部位、严重程度，初步弄清出现缺陷和损伤的主要原因；
2)以隧道为单位，进行病害汇总，分析、判断病害、病害的原因，分析和评价既存缺陷和损伤对隧道技术状况和功能状态的影响，提出结构部件或总体的维修、加固或改造建议。
3)积累资料，为新建隧道的施工提供可靠数据。
对隧道洞门(口)进行检查：包括对隧道洞口、洞门以及端墙挡墙、边坡仰坡、衬砌、路面、排水系统、检修道、内装等展开全面检查。检查采用步行目测方式为主，并配备必要的检查工具或设备。检查时，应尽量靠近结构，依次检查各个结构部位，注意发现异常情况和原有异常情况的发展变化。对于有异常情况的结构，应在其适当位置做出标记，检查结果宜尽可能量化。
对隧道衬砌裂损、裂缝进行检测：对衬砌破损、裂缝的位置、分布状态进行描述，根据相关规范进行等级评定，分析判断裂缝性质和对结构的影响，对隧道表现出病害的类型、位置和特征参数并绘制病害展布图。隧道衬砌裂损的类型：如裂缝、蜂窝状、混凝土剥落、涂料脱落等，对衬砌裂缝的位置、分布状态进行描述，根据隧道相关规范进行登记评定，分别判断裂缝性质和对结构的影响，并提出合理的整治建议。检测方式：1)实测实量：对构造物的主要构件，采用卷尺、激光测距仪和裂缝测宽仪对病害尺寸进行实地测量。2)高倍望远镜的使用：对于检测人员无法到达的主要构件，采用望远镜对其进行外观检查以达到更好的检查结果。3)高清摄像：采用高分辨率的数码相机对构造物的全景及主要构造物的型式进行拍照，并对有病害的部位或存在病害隐患的部位进行放大拍照，同时进行数据采集。
隧道渗漏水检查：检查隧道渗水、漏水情况，查明渗水、漏水位置及渗漏水方式，分析其产生的原因。根据隧道相关规范进行登记评定，分析对隧道结构产生哪些危害，并提出合理的整治建议。检查采用步行目测方式为主，并配备必要的检查工具或设备。检查时，应尽量靠近结构，依次检查各个结构部位，注意发现异常情况和原有异常情况的发展变化。对于有异常情况的结构，应在其适当位置作出标记，检查结果尽可能量化。
隧道内设备稳固性检查：隧道内机具设备包括通风、照明、监控、消防设施等类别的设备。对其稳固性主要方面为各机具设备的基本要求与外观检测，并且包含机具设备运行状况的统计。检查采用步行目测方式为主，并配备必要的检查工具或设备。检查时，应尽量靠近结构，依次检查各个结构部位，注意发现异常情况和原有异常情况的发展变化。对于有异常情况的结构，应在其适当位置作出标记，检查结果尽可能量化。
隧道内瓦斯和有害气体检测：主要检测内容包括1)隧道内瓦斯含量检测；2)其它有害气体检测，利用MIK-GD4便携式四合一气体检测仪和便携式光干涉甲烷检测仪，在隧道内部避开洞门处，检测隧道内甲烷和有害气体(一氧化碳和硫化氢)的含量，将实际检测值与相关规范标准的限值进行比较。
隧道衬砌混凝土强度检测：结合衬砌混凝土表面破损情况，有针对性的对隧道混凝土强度进行无损检测，并根据检测结果对混凝土老化及性能进行分析，分析对隧道结构产生哪些危害，并提出合理的整治建议。在隧道衬砌表面划分检测区，打磨表面，用数字回弹仪水平正对衬砌表面回弹16次，读数记录，根据标准曲线得出回弹强度推测值，再根据混凝土碳化和深度结果，推算出本测区混凝土强度值。由于回弹法测量混凝土强度只适用于混凝土龄期不大于1000天的混凝土结构，对于龄期大于1000天的混凝土结构，回弹法测试的混凝土强度只能作为参考，不具有评价的意义。
隧道衬砌地质雷达检测：根据相关合同及隧道专项检查的技术要求，隧道地质雷达专项检查的内容通常包括1)隧道左右洞二次衬砌混凝土厚度检测；2)隧道左右洞初支与二衬缺陷检测；3)初支钢架分布情况检测；4)二次衬砌配筋段落统计；5)仰拱施做质量检测。
探测可使用LTD2100探地雷达，根据所要探测的目的及深度，天线选用400MHz。检测所用地质雷达仪器具有连续采样，自动生成图像的功能，检测采样点数512，移动速度约0.5～1.0km/h，测量时窗50ns。
地质雷达通过雷达天线对隐蔽目标体进行全断面扫描的方式获得断面的垂直二维剖面图像，具体工作原理是：当雷达系统利用天线向地下发射宽频带高频电磁波，电磁波信号在介质内部传播时遇到介电差异较大的介质界面时，就会发生反射、透射和折射。两种介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射回的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，由雷达主机精确记录下反射回的电磁波的运动特征，再通过信号技术处理，形成全断面的扫描图，工程技术人员通过对雷达图像的判读，判断出地下目标物的实际结构情况。
隧道净空断面检测：主要包括道路线形、高程检查，隧道横断面检查和净空变化检查。根据隧道设计文件，运用激光隧道断面仪和全站仪对道路线形、高程及隧道净空断面进行检查，查明隧道结构变形情况。分析判断隧道结构变形对隧道结构以及交通安全的危害和影响，并提出合理的整治建议。以某物理方向(如水平方向)为起算方向，按一定间距(角度或距离)依次测定仪器旋转中心与实际断面轮廓线焦点之间的矢径(距离)及该矢径与水平方向的夹角，将这些矢径端点依次相连获得实际断面轮廓线，并将此检测结果与隧道设计文件的标准断面做比较，分析隧道净空断面的侵限情况。
综上所述，应加强日后对既有病害隧道的日常检查，坚持预防为主，早发现、早维护，发现病害问题并尽早采取处理措施，有效控制新建隧道施工过程中的爆破施工，保障既有老旧病害安全。
第二步：利用midas GTS有限元分析软件建立三维模型，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，确定新建左右隧道与临近既有病害隧道的最小安全爆破距离、新建左右隧道爆破施工方法以及能否进行新建左右隧道的同时爆破作业，以确保后续的爆破安全；对于新建左右隧道与既有病害隧道大于最小安全爆破距离的隧道段采用爆破，对于新建左右隧道与既有病害隧道小于最小安全爆破距离的隧道段采用机械开挖或人工与机械相结合开挖；
在第二步中，利用midas GTS有限元分析软件建立最好以既有病害隧道为中心，并包括新建左右隧道的矩形三维模型，根据三维模型划分单元和节点，其中对已经施工完成的初衬、二次衬砌用板单元模拟，锚杆用梁单元模拟，并定义成弹性材料属性，围岩采用实体单元模拟，定义材料属性为库尔-库仑，边界采用阻尼弹簧单元模拟；比如截取纵向250m，横向217m，高度75m，模拟建立如图1、图2所示的计算三维模型图。模型共划分单元624476个，节点336126个。对于爆破振动引起的冲击载荷，采用时程载荷来模拟，并转化成作用在开挖面上的压力，如图3所示，再进行计算分析。
假定新建左隧道最小距离既有左隧道26.5米，新建右隧道最小距离既有右隧道20.5米时设定起爆点，计算过程如下：
1、岩土及支护结构力学参数
岩土计算所用参数根据新建XX隧道详勘报告，隧道支护结构力学参数按《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)规定选用。
表1：围岩物理力学指标建议
2、特征值分析
为了进行特征值分析通过弹性边界来定义支座的边界条件。计算通过midas GTS自动生成地面弹簧定义弹性边界，弹性系数根据道路设计规范的地基反力系数计算。
3、粘性边界
对于动力分析建立一般的边界条件会由于波的反射作用而产生很大的误差，因此建议采用1972年Lysmer和Wass提议的粘性边界(viscous Boundary)。Midas GTSNX自动生成地面弹簧定义粘性边界。为了定义粘性边界需要计算相应的土体x，y，z方向上的阻尼比。
4、计算爆破荷载
对于一般的爆破弹性分析，爆破压力都是作用在孔壁的垂直方向上。
在耦合装药条件下，岩石中的柱状装药爆炸后,向岩石施加强冲击载荷,按声学近似原理,爆破荷载的应力峰值采用如下公式求解
式中，P为透射入岩石中的冲击波初始压力,MPa
P0为炸药的爆轰压,MPa
ρ、ρ0分别为岩石和炸药的密度,kg/m3
CP、D分别为岩石中的声速和炸药爆速,m/s
λ为爆轰产物的膨胀绝热指数,一般取λ＝3。
根据新建XX隧道详勘报告及爆破设计施工方案，岩石和炸药的密度分别分别取2530kg/m3、984kg/m3；岩石中的声速和炸药爆速分别取2700m/s、3600m/s。将参数代入公式1和公式2，得P＝4.94e+09Pa。
为简化爆破荷载模型，国内外不少学者将随时间变化的爆破荷载转化为具有上升阶段和下降阶段的三角形荷载模型；把爆炸荷载升压控制在10ms，降压控制在80ms，爆破荷载时程如图4所示，横坐标：s，纵坐标：Pa。
5、主要计算结果
由于岩石在动荷载下的弹性模量与静弹性模量不同，在计算爆破时，可将岩石的静弹性模量放大2～10倍，模拟计算在新建隧道最小距离既有老旧病害26米设定起爆点爆破时既有XX隧道爆破振速，本文选取5倍模型结果。分别模拟计算在新建左线隧道最小距离既有左线隧道26.5米、新建右线隧道最小距离既有右线隧道仅20.5米设定起爆点及计算左右洞同时爆破时既有XX隧道爆破振速。
1)新建左线隧道最小距离既有左线隧道仅26.5米设定爆破
①衬砌X方向速度
t＝0.06s时，衬砌X方向速度达到最大值，为0.92cm/s，得出X方向速度等值线图；
②衬砌Y方向速度
t＝0.06s时，衬砌Y方向速度达到最大值，为1.40cm/s，得出Y方向速度等值线图；
③衬砌Z方向速度
t＝0.06s时，衬砌Z方向速度达到最大值，为1.03cm/s，得出Z方向速度等值线图；
④衬砌总速度
t＝0.06s时，衬砌总速度达到最大值，为1.69cm/s，得出总速度等值线图。
2)新建右线隧道最小距离既有右线隧道仅20.5米设定爆破，按新建左线隧道设定爆破的方法计算。
3)新建左线隧道和右线隧道同时设定爆破，按新建左线隧道设定爆破的方法计算。
6、计算结果整理
汇总以上数值模拟结果，当采用爆破掘进开挖，新建XX隧道距离既有XX隧道最近时，动弹性模量与静弹性模量倍数为2、5、10倍数的结果表2、表3、表4所示。
表2新建左线隧道爆破开挖时既有老旧病害衬砌最大振速
表3新建右线隧道爆破开挖时既有老旧病害衬砌最大振速
表4新建左右线隧道同时爆破开挖时既有老旧病害衬砌最大振速
假定新建XX隧道采用地下浅孔掘进爆破，地下浅孔爆破主振动频率f＝60～300Hz,为确保对既有XX隧道的安全，隧道爆破振速建议按2cm/s控制。根据数值模拟计算结果表2、表3表明，当新建XX隧道左洞或者右洞分别爆破时，爆破振速满足控制要求；当新建XX隧道左右洞同时爆破时，爆破振速不满足控制要求。
第三步：对现场围岩情况及既有病害隧道的进行动态检测，结合midasGTS有限元分析软件的分析结果，确定炮孔布置方式以及包括装药量、孔深、孔间距在内的爆破参数，并根据动态监测结果适时调整炮孔布置方式及爆破参数，再进行新建左右隧道爆破施工；
1.炮孔布置
在第三步中，新建左右隧道爆破的炮眼布置最好采用由外至里依次是周边眼、辅助眼、掏槽眼三级，炮孔间距根据现场围岩情况、既有病害隧道内爆破振速监测数据、既有病害隧道内裂纹监测情况进行调整，最大限度地减小爆破对既有病害隧道支护结构及中间围岩的不利影响。
如周边眼间距为40-50cm；辅助眼间距为60-80cm；掏槽眼横向间距为200-280cm，竖向间距为60cm。图5为最初的炮眼布置图，图6为优化后的炮眼布置图。
2.现场爆破参数设计
按照本隧道26米处Ⅴ围岩衬砌类型台阶法爆破施工计算下列参数：
炮眼数目:N＝q×S/γ。式中S为隧道断面面积(取59.8m2)，γ为每米炮眼的平均装药量(取0.4)；q单位炸药消耗量:根据以往同级地质施工经验，本设计取q＝1.0Kg/m3；算出N＝1X59.8/0.4＝149.5个，本设计取N＝140个。
每循环炸药总量：Q＝qv＝qSLη。式中η-炮眼利用率，一般为0.8～0.95，本设计取0.8；Q＝qSLη＝1X59.8X1.6X0.8＝76.5Kg。
表5爆破参数表
3.爆破振动控制计算
允许一次齐爆药量Qmax
按我国《爆破安全规程》(GB6722-2014)规定按下式计算爆破震动强度：
式中：V－保护对象所在地质点峰值振动速度，cm/s；
R－保护对象所在地至爆源中心的距离，m；
Q－炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg；
K、α－与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减系数。
表6爆区不同岩性的K、α值
岩性 k α
坚硬岩石 50～150 1.3～1.5
中硬岩石 150～250 1.5～1.8
软岩石 250～350 1.8～2.0
根据爆区周边环境的情况，该地区地震波影响的最近建构筑物为既有XX山隧道，为了尽量减少爆破对既有老旧病害的影响，在26米处振速控制在2.0cm/秒时计算一次爆破时允许一次齐爆药量。
R——爆破振动允许安全距离(m)；
Q——一次爆破时一次齐爆药量(齐发时为总装药量kg)；
V——保护对象所在地面质点振动速度(cm/s)；
K——与地形地质条件有关的系数；
α——与地形地质条件有关的衰减指数。
通过爆破振动安全允许距离R＝(K/V)1/a×Q1/3，换算得出：
Q＝[R×V1/a/K1/a]3
爆区距离最近建构筑物最小安全距离R＝26m；
安全允许振动速度V＝2.0cm/s；
地形地质条件相关系数K＝150；
地形地质条件相关衰减指数a＝1.8。
允许最大一次齐爆药量Qmax＝[R×V1/a/K1/a]3
根据以上计算出爆破震动安全允许距离是以R为26米时，计算齐爆药量(单段最大装药量)为13.18Kg，本爆破设计最大一段药量为8号炮眼15段起爆11.5kg。完全能达到控制爆破要求。
在爆破完成后，还需对既有病害隧道进行监测。
1、监测目的：
a)通过对既有老旧病害裂缝和拱顶沉降监测，及时发现新建隧道施工对既有老旧病害现状裂缝的影响情况，监测其宽度、长度等发展趋势。
b)及时了解既有老旧病害现状情况，保障既有老旧病害安全。
c)积累资料，为既有老旧病害的保护提供参考依据。
2、监测仪器
a)0-300mm数显游标卡尺；
b)BJQF-1型裂缝测宽仪；
c)裂缝塞尺、钢卷尺、皮尺、对讲机、照相机等辅助工具。
3、振速监测
根据《爆破安全规程》(GB6722-2014)的有关规定，在复杂环境下进行爆破作业时，需将爆破产生的震动效应控制在允许的范围内，即将保护对象所在地质点振动速度控制在允许的范围内。
新建隧道紧邻既有老旧病害，因此在新建隧道施工爆破作业时，需对邻近既有老旧病害进行爆破振动速度监测。通过实测数据与设计允许值(2cm/s)对比，为施工单位优化爆破参数、调整和优化施工工序、最大限度地减小爆破对既有老旧病害支护结构和中间围岩的不利影响。
表6既有XX隧道二标段隧道爆破振速监测统计表
二标段最大爆破振速监测值：1.63cm/s，掌子面桩号：车行横洞。具体参数如表7所示，振速波形如图7所示。
表7振速波形数据表
通道号 通道名称 最大值 最大值时刻 半波主频 单位 量程 灵敏度
1 通道X 0.57cm/s 0.0695s 833.34Hz m/s 38.37cm/s 26.06V/m/s
2 通道Y 1.46cm/s 0.0305s 31.25Hz m/s 39.37cm/s 25.40V/m/s
3 通道Z 1.63cm/s 0.0189s 14.16Hz m/s 38.10cm/s 26.25V/m/s
4、既有老旧病害裂纹监测
对既有XX隧道洞口300m范围内的隧道衬砌裂缝进行了监测。
5、结论
通过对既有老旧病害隧道检测分析出可能出现的结果，以拟用midas GTS有限元分析软件选取各测点速度是否满足爆破安全规程为前提，在施工现场随时调整动态爆破参数下，一系列监测数据(振速未超过2.0cm/s；既有老旧病害裂纹增加不明显)表明该研究成果确保了新建隧道极大降低了对既有老旧病害隧道的影响，保证了既有老旧病害安全运营。
第四步：为降低因爆破开挖对既有病害隧道衬砌周边的扰动，在既有病害隧道与新建左右隧道之间新建横通道，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，由新建左右隧道的一侧向既有病害隧道方向进行爆破施工，当隧道爆破振速临近2cm/s时，改由既有病害隧道的一侧向新建左右隧道的方向进行周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除相结合的开挖方式。
最好是，在第四步中，先进行周边钻孔取芯施工，芯点中心位于隧道设计内径基线上，依次以外倾角15±3°向前钻取外周的岩芯，取出的岩芯长600±50mm，外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面；再进行挖掘机炮头破除施工，用挖掘机炮锤分层分台阶进行，按照先中间后两边、先上台阶后下台阶的顺序依次破除，每层控制在2m以内。周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除顺序如图8所示。
施工工艺流程：测量放线→搭设简易台架→水磨钻机周边钻孔取芯→挖掘机炮头中心破除→出渣。
测量人员测量放线，用红油漆准确划出开挖断面的中线和轮廓线，标出周边的位置。水磨钻钻孔孔位可沿轮廓线连续布置。由于水磨钻行程仅有60cm，有效成孔深度在50cm左右，需多次钻孔才能达到非爆区的设计循环进尺。
搭设简易台架用于钻孔台架采用脚手架搭设。垫三角木楔(板)→放置纵向扫地杆→逐根竖立杆→搭设第一层横向水平杆→铺设脚手板→搭设第二层横向水平杆→铺设脚手板→加设剪刀撑→加设斜撑。
水磨钻机周边钻孔取芯及炮机凿打作业后，进行出渣，凿打后的岩石用挖机、自卸车及时进行清理。

Claims (5)

1.一种临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，对既有病害隧道进行全面检测及病害汇总，并进行维护和整改，确保在新建左右隧道的爆破及开挖过程中，既有病害隧道安全运行；
第二步，利用midas GTS有限元分析软件建立三维模型，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，确定新建左右隧道与临近既有病害隧道的最小安全爆破距离、新建左右隧道爆破施工方法以及能否进行新建左右隧道的同时爆破作业，以确保后续的爆破安全；
第三步，对现场围岩情况及既有病害隧道的进行动态检测，结合midas GTS有限元分析软件的分析结果，确定炮孔布置方式以及包括装药量、孔深、孔间距在内的爆破参数，并根据动态监测结果适时调整炮孔布置方式及爆破参数，再进行新建左右隧道爆破施工；
第四步，在既有病害隧道与新建左右隧道之间新建横通道，在隧道爆破振速＜2cm/s的前提下，由新建左右隧道的一侧向既有病害隧道方向进行爆破施工，当隧道爆破振速临近2cm/s时，改由既有病害隧道的一侧向新建左右隧道的方向进行周边钻孔取芯与挖掘机炮头破除相结合的开挖方式。
2.按照权利要求1所述的临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，其特征在于，在第一步中，对既有病害隧道进行检测，包括隧道洞口洞门检测、隧道衬砌破损裂缝检测、隧道渗漏水检查、隧道内设备稳固性检查、隧道内瓦斯和有害气体检测、隧道衬砌会凝土强度检测、隧道衬砌地质雷达检测、隧道净空断面检测，并对各种病害位置及数量进行详细汇总，对部分病害的处理方式如下：
裂缝——对有裂缝的隧道段采取必要的加固措施，并在新建隧道的施工过程中实时检测；
环向干裂缝——用丙酮或无水酒精清除裂缝表面油污，沿裂缝表面每隔20～50cm粘贴一个注浆嘴，然后进行封缝，封缝材料与贴注浆嘴采用环氧胶，用丙酮进行试压，压力为0.3～0.5MPa，如没有问题，再进行注浆，注浆材料采用环氧树脂浆液；
衬砌空洞——采用混凝土输送泵，在衬砌混凝土上开口以泵送混凝土进行回填，然后再由洞内进行注浆加固，对因混凝土捣固质量差引起的衬砌混凝土密实度不好及局部背后存在小的空洞，则从洞内进行注浆填充和加固；
渗漏水——采用排堵结合的治理原则，对于隧道拱顶纵向裂缝渗水、漏水以堵为主，对于边墙集中涌水、施工缝渗漏水则以排为主；
衬砌混凝土厚度不够——凿出表面混凝土、嵌钢轨拱、网喷及打设中空注浆锚杆。
3.按照权利要求1所述的临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，其特征在于，在第二步中，利用midas GTS有限元分析软件建立以既有病害隧道为中心，并包括新建左右隧道的矩形三维模型，根据三维模型划分单元和节点，其中对已经施工完成的初衬、二次衬砌用板单元模拟，锚杆用梁单元模拟，并定义成弹性材料属性，围岩采用实体单元模拟，定义材料属性为库尔-库仑，边界采用阻尼弹簧单元模拟；对于爆破振动引起的冲击载荷，采用时程载荷来模拟，并转化成作用在开挖面上的压力，再进行计算分析。
4.按照权利要求1所述的临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，其特征在于：在第三步中，新建左右隧道爆破的炮眼布置采用由外至里依次是周边眼、辅助眼、掏槽眼三级，炮孔间距根据现场围岩情况、既有病害隧道内爆破振速监测数据、既有病害隧道内裂纹监测情况进行调整，最大限度地减小爆破对既有病害隧道支护结构及中间围岩的不利影响。
5.按照权利要求1所述的临近既有病害隧道新建左右隧道的安全施工方法，其特征在于：在第四步中，先进行周边钻孔取芯施工，芯点中心位于隧道设计内径基线上，依次以外倾角15±3°向前钻取外周的岩芯，取出的岩芯长600±50mm，外周岩芯取完后中间岩体便形成一个环形临空面；再进行挖掘机炮头破除施工，用挖掘机炮锤分层分台阶进行，按照先中间后两边、先上台阶后下台阶的顺序依次破除，每层控制在2m以内。
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