務(wù)塘隧道下穿既有鐵路設(shè)計(jì)與施工

李 樂

(中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133)

隨著我國鐵路的快速發(fā)展，不可避免地需要下穿已建成的鐵路或公路。目前，下穿既有線的方法主要有頂進(jìn)法和暗挖法，但是由于南廣鐵路務(wù)塘隧道受線路、地質(zhì)的影響，施工場地的限制，務(wù)塘隧道采用明挖法施工，并取得了成功。本文重點(diǎn)介紹了務(wù)塘隧道的設(shè)計(jì)、施工方案及施工過程中的相關(guān)技術(shù)，為以后類似工程設(shè)計(jì)、施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

務(wù)塘隧道為南廣鐵路工程項(xiàng)目，位于廣西壯族自治區(qū)境內(nèi)藤縣天平鎮(zhèn)陶村東南側(cè)，進(jìn)口里程IDK228+222，出口里程IDK228+244，隧道全長22 m。隧道位于直線段上，隧道內(nèi)縱坡為單面上坡，坡度為5.8‰，坡長1 590 m。本隧道從已建洛湛鐵路線下方通過，與既有鐵路線夾角為56°41'46″。既有洛湛鐵路線左側(cè)道砟肩高程為58.069 m，右側(cè)道砟肩高程為58.030 m，兩側(cè)設(shè)置排水溝，左右側(cè)溝底高程為56.57 m;本線隧道進(jìn)口軌頂高程為47.726 m，出口高程為47.853 m。隧道地處低山丘陵區(qū)，地形起伏較大，山體經(jīng)過開挖，最大高差約23 m，植被較發(fā)育。洞身主要穿越以下地層:①1粉質(zhì)黏土(Q4el+dl)，層厚1.0～1.5 m;②1粉砂巖(K1):層厚0～6.0 m;②2粉砂巖(K1):層厚3.0～6.7 m;②3粉砂巖(K1)。

2 設(shè)計(jì)方案

由于洞身所處地層主要為強(qiáng)～弱風(fēng)化粉砂巖，承載力和開挖面自穩(wěn)能力較好，且埋深較淺，故本隧道采用人工挖孔樁作支點(diǎn)，縱梁、橫梁輔以扣軌，整體架空既有鐵路，明挖法通過。施工過程中必須嚴(yán)格控制地表沉降，確保既有鐵路運(yùn)營安全。

(1)洛湛鐵路下穿隧道施工受影響段落D3K412+075－D3K412+095采用整體架空加固，架空段采用D24型施工便梁，縱梁兩端支撐在人工挖孔樁上，并將橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)為整體，扣軌扣住既有鐵路枕木，使既有鐵路所承受的載荷通過便梁傳遞至挖孔樁(圖1、圖2)。力的傳遞過程為:列車荷載→鋼軌→橫梁→D24型縱梁→挖孔樁支墩→地基。

既有線路架空加固縱梁采用2根D24型施工便梁，施工便梁每端設(shè)1根挖孔樁。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，為抵消挖孔樁背后土壓力，增加縱向穩(wěn)定性，挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m，D24型梁支座中心沿線路方向向挖孔樁背后偏移10 cm;挖孔樁內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，挖孔樁深入隧道底面下約1 m，長度為13.5 m，采用C30混凝土澆筑，挖孔樁平面布置見圖3。

圖2 既有線路架空剖面(單位:cm)

圖3 挖孔樁平面布置(單位:cm)

根據(jù)計(jì)算，挖孔樁支墩的深度取13.5 m、挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m，能滿足既有線運(yùn)行時(shí)的荷載要求。

(2)施工便梁兩側(cè)延長架空加固長度，縱梁采用每側(cè)用2片I56a型鋼，橫梁采用I45a型鋼，縱向采用3－5－3扣軌形式加固，所有加固縱橫聯(lián)接，所有聯(lián)結(jié)件都必須上緊，以保證架空器材成為一個(gè)均勻的承力載體，提高加固的安全度。

3 施工實(shí)施方案

3.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→申報(bào)施工計(jì)劃→搭設(shè)枕木垛→抽換枕木→扣軌→開挖便梁樁基→橫梁就位→縱梁就位→縱橫梁聯(lián)接→基坑開挖、支護(hù)→洞身結(jié)構(gòu)施工→拆除施工便梁→工程驗(yàn)收。

3.2 既有線加固

洛湛鐵路下穿隧道施工受影響段落采用整體架空加固，架空縱梁采用D24型施工便梁，抽換既有線混凝土枕，扣軌和橫梁承擔(dān)鋼軌，通過橫梁與縱梁聯(lián)結(jié)為整體，縱梁兩端支撐在挖孔樁上，使既有鐵路所承受的載荷通過便梁托換至挖孔樁。D24定型梁兩側(cè)延長架空加固長度8 m，每側(cè)用2片I55b型鋼作縱梁，橫梁采用1－2扣軌，縱向采用3－5－3扣軌形式加固，所有加固縱橫聯(lián)接，所有聯(lián)結(jié)件都必須上緊，以保證架空器材成為一個(gè)均勻的承力載體，提高加固的安全度。挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m矩形樁，孔樁內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，挖孔樁長度為13.5 m，采用C30混凝土澆筑。

(1)首先對既有線進(jìn)行加固。挖孔樁兩側(cè)4 m搭設(shè)枕木垛作為臨時(shí)支墩，清理道碴并開挖至高程，枕木擺設(shè)在堅(jiān)實(shí)硬土上。枕木垛布置3層，布置平面尺寸為1.2 m×1.2 m，底層按線路方向布設(shè)，并用碼釘加固。

(2)架空延長段線路加固

①便梁梁端外側(cè)既有線各80 m范圍非架空段采用縱橫梁進(jìn)行加固，加固范圍內(nèi)即有混凝土軌枕全部抽換為木枕。

②橫梁采用I45a型鋼，每隔1根木枕穿1根橫梁，并在路基兩側(cè)橫梁下設(shè)置2.5 m×1.2 m枕木垛(3層)支撐，橫梁間距0.9 m。采用φ22 mm U形螺栓將橫梁與吊枕聯(lián)結(jié)牢固。

③縱梁采用I56a型鋼，雙根一束布置，置于橫梁上。采用φ22 mm U形螺栓與橫梁聯(lián)結(jié)牢固。

④換下的混凝土枕整齊堆放在鐵路兩側(cè)限界外，枕木抽換完成后進(jìn)行扣軌施工。

(3)挖孔樁施工

為保證土壁穩(wěn)定，既有鐵路兩側(cè)的4根挖孔樁采用對角線開挖方法，待對角線兩根樁孔澆灌完混凝土之后，再進(jìn)行另一對角線的挖孔樁施工。為充分保證既有鐵路的運(yùn)營安全，挖孔樁下部挖擴(kuò)大頭，采取短挖短護(hù)，護(hù)壁高出原地面20 cm，防止土、石雜物滾入孔內(nèi)傷人。

(4)架空段線路D24型施工便梁加固

①當(dāng)臨時(shí)支墩達(dá)到強(qiáng)度要求后，做好人員及施工準(zhǔn)備，確保在封鎖行車時(shí)間內(nèi)，完成定型梁安裝工作。

②在列車慢行條件下，利用“天窗”時(shí)間，按670 mm左右的間距，調(diào)整枕木間距，在既有線鋼軌上打下標(biāo)記。

③按設(shè)計(jì)位置，先將一片縱梁就位，吊放在兩側(cè)的便梁支墩上，另一片縱梁墊高出枕木20 cm左右，以便抽換枕木。

④抽換枕木時(shí)，安裝橫梁的位置應(yīng)與枕木位置一致，并與縱梁聯(lián)結(jié)件對齊。抽換橫梁應(yīng)按工務(wù)規(guī)則要求“六抽一”。由縱梁兩端向中心排列抽換，抽一根枕木，塞一根橫梁，其中有一根鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號和行車。塞入橫梁時(shí)要對準(zhǔn)主梁聯(lián)接板并定位，同時(shí)墊好橡膠墊，上好扣件?；邮┕び绊懛秶酝獾能壵砜刹怀槌?。

⑤將墊高的一片縱梁降落就位，并聯(lián)結(jié)縱橫梁。便梁及軌道件安設(shè)完畢后，利用行車間隙調(diào)整支墩墊木，使便梁全面受載加壓。

⑥逐段扒出道砟，安裝斜桿和所有聯(lián)結(jié)系統(tǒng)，組裝過程中，聯(lián)結(jié)板及牛腿上均應(yīng)上滿螺栓，彈簧墊圈不得漏裝。

3.3 洞身及基坑的開挖、支護(hù)

既有鐵路加固后，先施作地表防排水溝，然后再開挖路肩下土體，洞身開挖采用預(yù)留核心土方法，分上下兩臺(tái)階開挖，土方采用挖掘機(jī)開挖，石方通過風(fēng)鎬或破碎錘破碎后，使用挖掘機(jī)開挖，及時(shí)噴錨支護(hù)。

3.3.1 開挖

(1)開挖前先將進(jìn)出口路塹頂排水溝修好，既有鐵路兩側(cè)排水溝進(jìn)行堵截，原排水溝的水可流至兩端的橋下，要避免地表水對開挖邊坡和基坑產(chǎn)生沖刷或浸泡。

(2)進(jìn)、出口路塹坡開挖必須自上而下施工，先挖至既有線路肩路高(上一級臺(tái)階高程處)，上一級邊坡開挖好后應(yīng)及時(shí)將邊坡防護(hù)措施作好，作好上一級邊坡的防護(hù)工程，既有線加固完畢后，再開挖基坑土方。

(3)既有線加固后，基坑開挖為明挖，開挖邊坡為1∶0.2，呈倒梯形，開挖斷面底寬度13.92 m，頂寬度為18.84 m，開挖深度為12.29 m，開挖按上下斷面開挖，由于隧道較短，上半部挖通后，再進(jìn)行落底，開挖下半部分。

(4)洞身開挖順序(表1)

(5)開挖過程中，兩側(cè)始終形成排水溝，巖縫滲水和地表水可由兩側(cè)水溝排出基坑。

(6)開挖地段設(shè)專人檢查、看守，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有坍塌或線路狀態(tài)有變動(dòng)時(shí)，應(yīng)立即采取補(bǔ)救措施;對行車有影響時(shí)，必須在恢復(fù)正常狀態(tài)后，方可放行列車。

表1 下穿洛湛鐵路段洞身開挖施工順序

續(xù)表1

3.3.2 支護(hù)

(1)基坑邊坡每3 m形成一個(gè)循環(huán)，開挖成型后，立即進(jìn)行噴錨支護(hù):C25噴射混凝土厚20 cm、L=5.0 m砂漿錨桿、φ8，20×20 cm 鋼筋網(wǎng)，噴錨支護(hù)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)和驗(yàn)標(biāo)進(jìn)行施工，每一道工序經(jīng)監(jiān)理檢驗(yàn)合格后，再進(jìn)行下一循環(huán)施工。

(2)在基坑挖好后，為防了止基坑因火車通過時(shí)而發(fā)生擾動(dòng)，導(dǎo)致基坑坍塌、傾覆，及時(shí)施作了內(nèi)支撐，內(nèi)支撐采用了10根φ609×14 mm的焊接鋼管，分2道布置。

3.4 洞身結(jié)構(gòu)施工工序

鋼筋的加工及綁扎→立模板→澆筑混凝土。

3.5 施工安全保障措施

(1)施工前，應(yīng)先做好邊坡的防排水設(shè)施，并及時(shí)做好邊坡防護(hù)工程，既有線兩側(cè)水溝應(yīng)進(jìn)行引排保證排水順暢。

(2)施工便梁中所有聯(lián)結(jié)件都必須上緊，以保證架空器材均勻承載。

(3)對既有軌道和圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果來調(diào)整施工工藝、工序及方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)施工，確保列車安全運(yùn)營和施工安全。

(4)基坑開挖爆破時(shí)，在基坑周圍設(shè)置警戒線，采用光面爆破，爆破過程中嚴(yán)格控制藥量，嚴(yán)格控制超欠挖，爆破時(shí)應(yīng)減少對圍巖的擾動(dòng)，開挖后必須及時(shí)支護(hù)。

(5)為保證隧道施工順利進(jìn)行，與工務(wù)、電務(wù)、供電等鐵路部門協(xié)調(diào)一致，共同維護(hù)既有鐵路的安全。

(6)自線路加固地段開始進(jìn)行線路加固作業(yè)起，要求列車最高限速45 km/h，并派專人24 h防護(hù)。每通過一列車，防護(hù)員立即對加固地段線路方向、軌距及水平檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即整改。

(7)現(xiàn)場監(jiān)測。隧道施工過程中，加大了對既有線路加固工程的監(jiān)測，測點(diǎn)加密，頻率加大，每趟列車通過時(shí)對線路及既有路基進(jìn)行檢查和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)采取相應(yīng)措施，同時(shí)加強(qiáng)與鐵路部門的協(xié)調(diào)。監(jiān)控項(xiàng)目應(yīng)包括:既有線軌道幾何參數(shù)監(jiān)測;施工便梁受力監(jiān)測;圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平收斂和豎向沉降量測。

4 結(jié)論

務(wù)塘隧道采取“預(yù)加固、強(qiáng)防護(hù)、短進(jìn)尺、快封閉、勤量測”的施工原則進(jìn)行施工，歷時(shí)90 d，地表沉降觀測點(diǎn)累計(jì)最大沉降為5 mm，水平位移觀測點(diǎn)累計(jì)最大水平位移為11 mm，既有鐵路路基均處于穩(wěn)定狀態(tài)、基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)也未出現(xiàn)異常，證明采用既有線路架空加固、預(yù)留核心土方式分臺(tái)階開挖基坑，并及時(shí)噴錨支護(hù)基坑、分段澆筑洞身結(jié)構(gòu)的方法是安全、可行的。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002 鐵路隧道施工規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］中華人民共和國鐵道部.TZ204—2008 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10121—2007 鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］王小戰(zhàn).襄渝二線羊子嶺隧道下穿既有鐵路施工技術(shù)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(S1).

［6］劉斌，寧茂權(quán).甬臺(tái)溫鐵路前黃隧道下穿高速公路設(shè)計(jì)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(6).