城市隧道下穿既有鐵路加固施工技術(shù)探討

林載庚

(福建省第一公路工程公司 福建泉州 362000)

1 工程概況

本項(xiàng)目工程區(qū)位于“閩東燕山斷坳帶”東側(cè)與閩東沿海變質(zhì)帶相接觸的中部，主要經(jīng)歷了燕山期與喜馬拉雅二期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，并奠定了本區(qū)地質(zhì)構(gòu)造基本格局。原始地貌位于海陸交互地段，地貌單元主要由海灣灘涂和殘積臺(tái)地組成。項(xiàng)目附近鐵路線復(fù)雜，鐵路貨場(chǎng)多、農(nóng)田多，環(huán)境保護(hù)須貫穿于項(xiàng)目各個(gè)組成部分。隧道采用雙向四車(chē)道行車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí)，按新奧法原理組織施工。該隧道線路下穿鐵路貨場(chǎng)線，從既有鐵路貨場(chǎng)下方近距離穿越，平交角約72°，鐵路共有3股道，隧道頂板與鐵路的最小豎向間距約13.60m，屬淺埋暗挖隧道，穿越底層主要為砂質(zhì)粘性土及全風(fēng)化花崗巖，施工地質(zhì)及外部條件較為復(fù)雜。

2 總體施工安排和加固方案

施工前成立施工籌備組，對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)置、人員組盡早作策劃;針對(duì)設(shè)計(jì)情況、工程進(jìn)展及相關(guān)外部環(huán)境早作了解;對(duì)工程設(shè)備早作落實(shí)。因隧道下穿既有鐵路運(yùn)營(yíng)線路，須先行施工洞外加固工程，再施工洞內(nèi)支護(hù)加固措施。在施工洞外加固工程時(shí)應(yīng)先對(duì)道床進(jìn)行加固后再進(jìn)行人工挖孔樁的施工，之后再采用縱橫抬梁加固鐵路軌道，最后再進(jìn)行隧道進(jìn)洞開(kāi)挖施工。

隧道施工時(shí)盡量采用人工或機(jī)械開(kāi)挖，需要爆破時(shí)必須采用控制爆破技術(shù)，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，采用機(jī)械開(kāi)挖，無(wú)軌運(yùn)輸方式，裝載機(jī)配合自卸車(chē)運(yùn)輸。施工中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)處理分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。為嚴(yán)格控制地表及鐵路沉降，保證鐵路的安全、暢通，并確保隧道施工安全，從隧道洞外和洞內(nèi)兩個(gè)方面制定如下工程加固措施:

2.1 隧道洞外工程措施

(1)從既有鐵路貨場(chǎng)時(shí)，為確保鐵路運(yùn)行安全，采用3-5-3扣吊軌梁加設(shè)縱橫工字鋼梁加固方案，吊軌梁采用P50kg/m舊軌，吊枕與其下枕木用U形螺栓和角鋼連在一起以增加其整體性。

(2)在隧道施工期間應(yīng)對(duì)列車(chē)限速，以保證列車(chē)運(yùn)營(yíng)安全。對(duì)鐵路布設(shè)嚴(yán)密的監(jiān)控網(wǎng)，加強(qiáng)施工期間鐵路路基、軌道的沉降變形監(jiān)控量測(cè)工作，嚴(yán)格監(jiān)視各項(xiàng)控制指標(biāo)的變化，把施工過(guò)程中的動(dòng)態(tài)變化始終納入可控的管理體系之中，以便隨時(shí)采取補(bǔ)救措施。

2.2 隧道洞內(nèi)工程措施

(1)為確保安全，隧道施工時(shí)采用CRD法進(jìn)行開(kāi)挖，在拱頂采用加鋼筋籠單層Φ159×6mm超前長(zhǎng)管棚，中間再設(shè)置Φ42×3.5mm超前小導(dǎo)管，以便于對(duì)隧道開(kāi)挖輪廓線以外注漿。超前長(zhǎng)管棚可有效支承臨空的巖體，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，控制洞頂沉降。

(2)為維持開(kāi)挖面的圍巖穩(wěn)定，防止掌子面坍塌，在穿越殘積砂質(zhì)粘性土等軟弱圍巖段落中采用全螺紋纖維增強(qiáng)樹(shù)脂錨桿對(duì)掌子面進(jìn)行超前支護(hù)。

(3)隧道開(kāi)挖后立即架設(shè)初期支護(hù)，并用縱向鋼筋將鋼支撐連成整體。初期支護(hù)背后及時(shí)回填注漿，以減少地層沉降變形。

(4)施工期間應(yīng)對(duì)洞內(nèi)拱頂沉降、凈空收斂等加強(qiáng)監(jiān)控，制定詳細(xì)的信息傳遞系統(tǒng)、施工應(yīng)急預(yù)案。并根據(jù)量測(cè)數(shù)據(jù)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，及時(shí)施作二次襯砌結(jié)構(gòu)。

(5)當(dāng)隧道基底未修正地基承載力不足設(shè)計(jì)要求時(shí)(一般為250kPa)，需進(jìn)行基底注漿加固處理。采用Φ50注漿鋼花管進(jìn)行注漿加固，梅花型布置，具體長(zhǎng)度及間距可根據(jù)設(shè)計(jì)或?qū)嶋H地質(zhì)情況進(jìn)行設(shè)置。

3 施工工藝

先根據(jù)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行測(cè)量放樣，并與鐵路等相關(guān)部門(mén)溝通協(xié)調(diào)列車(chē)限速后，開(kāi)始施工挖孔樁。具體施工工藝為:人工挖孔樁→架空加固左線→施工左線隧道→架空加固右線→施工右線隧道→拆除加固便梁→鐵路線路恢復(fù)，具體施工工藝流程如(圖1)。

圖1 便梁施工工藝流程圖

3.1 人工挖孔樁

圖2 鐵路貨場(chǎng)線加固平面圖

(1)按照設(shè)計(jì)要求確定好孔位后再進(jìn)行開(kāi)挖。為防止臨時(shí)支墩開(kāi)挖時(shí)塌孔，施工時(shí)首先對(duì)既有線道床進(jìn)行加固。加固方法:挖孔樁施工時(shí)每處采用長(zhǎng)1.0～1.5m、直徑50mm的鋼釬3根，在軌枕端頭按間距1.5m打入路基面0.5～1.0m以下。在鋼釬與線路間順線路方向設(shè)置2.5m的擋板，將道碴堆放與道床與擋板間。鋼釬、擋板、道碴任何時(shí)候不得高于軌面。

(2)道床清理加固后進(jìn)行開(kāi)挖支點(diǎn)孔樁，圓形支點(diǎn)樁采用以預(yù)制的鋼筋混凝土套管護(hù)壁防護(hù);每個(gè)預(yù)制鋼筋混凝土護(hù)壁厚18cm。孔樁開(kāi)挖時(shí)每0.5m一個(gè)循環(huán)作業(yè)，并在0.6m時(shí)所定進(jìn)口，在開(kāi)挖第一循環(huán)時(shí)(挖深0.5m)在孔口做成鎖口，鎖口高于路基面0.3m以防道碴、雜物及孔內(nèi)進(jìn)水。挖孔樁挖至要求深度后，灌注孔樁混凝土。

(3)支墩施工時(shí)要求頂面平整，并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后分別在其上設(shè)置一層枕木垛，鋪設(shè)方法為枕木垂直線路方向鋪設(shè)，每根枕木橫向必須用扒釘與相鄰枕木連成一個(gè)整體，并鋪設(shè)牢固，枕木上設(shè)置20mm厚鋼墊板。支墩頂面預(yù)埋2根直經(jīng)30mm的防移固定鋼筋，下部與支點(diǎn)鋼筋籠焊連在一起，上部用U型卡、螺栓和扁鐵扣件將便梁固定，防止鋼梁縱橫位移。

3.2 線路架空加固

(1)線路架空施工期間，列車(chē)慢行以45km/h通過(guò)施工地段。其線路加固范圍內(nèi)既有混凝土軌枕須全部抽換成木枕，吊軌梁采用I63c工字鋼，四根一束置于橫梁上，I45a工字鋼做橫抬梁，其間距按0.6m進(jìn)行布置，中間布置一根枕木，采用 3-5-3扣P50kg/m鋼軌。

(2)在軌道的枕木空中橫穿I45a工字鋼作為橫抬梁，用U型螺栓兜住I45a工字鋼，并和角鋼連在一起以增加其整體性。

(3)縱梁就位:縱梁由汽車(chē)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)起吊就位后，在孔樁頂部搭設(shè)枕木，用齒條壓機(jī)將便梁調(diào)整到位。

(4)橫梁就位連接:慢行開(kāi)始后，將架空地段的混凝土枕部分行間距調(diào)整，為橫梁提供位置。并對(duì)架空段及前后20m線路安設(shè)軌距桿進(jìn)行加固。

圖3 縱橫抬梁加固橫斷面圖

圖4 線路加固立面圖

(5)橫梁頂面應(yīng)與鋼軌底面齊平，穿鋼橫梁前先扒除道碴，扒除道碴按照“隔六抽一”的原則進(jìn)行，裝設(shè)一根橫梁，在橫梁同軌底間墊設(shè)絕緣橡膠墊以防連電，由縱梁兩端向中心進(jìn)行裝入橫梁，首先將縱梁與鋼枕按定型圖紙連接，再用便梁配套的專(zhuān)用鋼軌扣件將橫梁同鋼軌連接固定，將縱橫梁連接螺栓及斜桿等附件全部裝設(shè)牢固，而后詳細(xì)檢查線路軌距、水平、高低、軌向，對(duì)超標(biāo)處應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 隧道施工

(1)隧道施工采用新奧法原理施工，其施工嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的施工原則組織施工，施工中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)處理分析數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結(jié)果及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)。

(2)為加快施工進(jìn)度，長(zhǎng)管棚施工可采用大引導(dǎo)孔和棚管鉆進(jìn)相結(jié)合的工藝，即先鉆大于鋼管外徑的引導(dǎo)孔，然后利用鉆機(jī)的沖擊和推力(頂進(jìn)管棚時(shí)鑿巖機(jī)不使用回轉(zhuǎn)壓力，不產(chǎn)生扭矩)將安有工作管頭棚管沿引導(dǎo)孔頂進(jìn)，逐節(jié)接長(zhǎng)管棚，直至孔底。最后配制水泥漿液進(jìn)行注漿。

(3)暗挖淺埋段隧道均為Ⅴ級(jí)圍巖采用CRD工法，對(duì)圍巖沉降變形控制嚴(yán)格，開(kāi)挖的每一步都用臨時(shí)仰拱封閉成環(huán)，有利于圍巖穩(wěn)定，保證施工安全。CRD法開(kāi)挖時(shí)，上部采用小型挖掘機(jī)，并保證設(shè)備作業(yè)空間在下部未開(kāi)挖的土層上。加強(qiáng)施工過(guò)程動(dòng)態(tài)管理，加強(qiáng)洞內(nèi)、洞外沉降觀測(cè)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果，隨時(shí)發(fā)現(xiàn)失控點(diǎn)，及時(shí)采取補(bǔ)救措施，進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，以確保隧道施工及鐵路運(yùn)營(yíng)安全。初期支護(hù)及二次襯砌在此不再詳細(xì)描述。

3.4 拆除架空便梁恢復(fù)鐵路線路正常運(yùn)營(yíng)

拆除架空便梁恢復(fù)鐵路線路正常運(yùn)營(yíng)隧道施工完待強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，按照“先裝后拆，后裝先拆”的原則，進(jìn)行拆除。拆除橫梁時(shí)，必須將預(yù)先備好的道碴回填至枕盒，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，直至線路慢行結(jié)束，列車(chē)常速運(yùn)行線路無(wú)下沉、橫向位移等不良變化為止。

4 監(jiān)控量測(cè)

4.1 監(jiān)測(cè)的總體要求

監(jiān)測(cè)根據(jù)設(shè)計(jì)文件和周?chē)h(huán)境特點(diǎn)編制監(jiān)測(cè)方案，監(jiān)測(cè)方案報(bào)相關(guān)單位審批后實(shí)施。監(jiān)測(cè)貫穿于孔樁土方開(kāi)挖及下穿隧道施工全過(guò)程，人工挖孔樁施工前對(duì)周?chē)h(huán)境作一次全面調(diào)查，記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)初始值，以便與施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較。施工期間一般情況下每天觀測(cè)一次，如遇位移、沉降及其變化速率較大時(shí)，則增加監(jiān)測(cè)頻次。

4.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及方法

隧道洞內(nèi)監(jiān)測(cè)采用隧道洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容及方法進(jìn)行，在此主要介紹鐵路軌道沉降、隆起、道床剝離和開(kāi)裂等指標(biāo)。監(jiān)測(cè)時(shí)間從測(cè)試埋設(shè)之日起至隧道施工結(jié)束且各項(xiàng)目測(cè)試數(shù)據(jù)基本穩(wěn)定之日止，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)按每5m一個(gè)斷面進(jìn)行布置。監(jiān)測(cè)期間定期定人進(jìn)行觀測(cè)，在孔樁開(kāi)挖及隧道施工期內(nèi)每天觀測(cè)一次。當(dāng)測(cè)試點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到控制值或者變形速率較快時(shí)，根據(jù)需要增加觀測(cè)次數(shù)，必要時(shí)進(jìn)行不間斷的連續(xù)監(jiān)測(cè)。

4.3 主要變形控制指標(biāo)和預(yù)警值

雖然施工期間列車(chē)已限速至45km/h，但為確保列車(chē)運(yùn)營(yíng)和隧道洞內(nèi)施工安全，在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)須隨時(shí)比較測(cè)量結(jié)果是否超過(guò)變形預(yù)警值和控制值。主要控制指標(biāo)、預(yù)警值和控制值見(jiàn)(表1):

表1 鐵路路基和軌道結(jié)構(gòu)沉降變形預(yù)警值和允許值 mm

5 施工注意事項(xiàng)

(1)與鐵路產(chǎn)權(quán)部門(mén)進(jìn)行溝通，在挖孔樁施工和隧道施工期間列車(chē)限速至45km/h，直至工程主體完成，恢復(fù)鐵路正常運(yùn)營(yíng)為止。

(2)施工期間應(yīng)派專(zhuān)人進(jìn)行監(jiān)護(hù)，每次列車(chē)通過(guò)前應(yīng)停止施工，列車(chē)通過(guò)后必須進(jìn)行及時(shí)檢查，做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨時(shí)解決，保證線路標(biāo)高、各構(gòu)件連接可靠。

(3)施工前對(duì)地下結(jié)構(gòu)物、管線埋設(shè)進(jìn)行探測(cè)，對(duì)地下電纜管線進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)施工調(diào)查，對(duì)線路兩側(cè)的電纜管線等進(jìn)行施工前探測(cè)，探測(cè)前必須和電務(wù)部門(mén)、供電、鐵通等產(chǎn)權(quán)單位簽訂安全協(xié)議，探測(cè)時(shí)要求產(chǎn)權(quán)部門(mén)必須派專(zhuān)人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，嚴(yán)格按照產(chǎn)權(quán)部門(mén)的要求進(jìn)行施工，用人工掏探形式，小心挖出電纜及管線，嚴(yán)禁用尖銳工具開(kāi)挖，以免破壞電纜及管線，電纜、管線挖出后按產(chǎn)權(quán)部門(mén)的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行防護(hù)。

(4)若隧道開(kāi)挖需采用控制爆破，爆破后應(yīng)有專(zhuān)人巡查鐵路路基是否有裂紋等不正常現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)聯(lián)系相關(guān)部門(mén)處理。

(5)考慮管棚施工誤差，因此挖孔樁與隧道結(jié)構(gòu)外輪廓線的最小凈間距應(yīng)不小于50cm。

(6)挖孔樁頂標(biāo)高應(yīng)根據(jù)加固所設(shè)置的縱橫梁等相關(guān)構(gòu)件的相應(yīng)規(guī)格參數(shù)進(jìn)行確定。

5 結(jié)語(yǔ)

該工程城市隧道下穿既有鐵路加固施工從隧道洞外和洞內(nèi)兩個(gè)方面采取了加固措施，既保障了既有鐵路運(yùn)營(yíng)安全，又確保了隧道施工安全，對(duì)后續(xù)類(lèi)似工程施工具有較好的參考意義。

[1]CJJ37-2012，城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTG F60—2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3]TB10003-2005，鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]鐵路運(yùn)輸安全保護(hù)條例.(國(guó)務(wù)院令第430號(hào)).

[5]高速鐵路有砟軌道線路維修規(guī)則(試行).(鐵運(yùn)(2013)29號(hào)).

[6]中國(guó)鐵道科學(xué)，霍軍帥、王炳龍、周順華，《地鐵盾構(gòu)隧道下穿城際鐵路地基加固方案安全性分析》，2011年第5期.

[7]現(xiàn)代隧道技術(shù)，丁維利、趙永明等.淺埋大斷面黃土隧道下穿既有鐵路施工技術(shù)[J].2008年第6期.

[8]鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，陳周斌、吳祖福等.淺埋隧道下穿鐵路的線路加固措施與效果分析[J].2005年第3期.

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