臨近運營鐵路干線膨脹巖高路塹施工技術(shù)

李高峰

摘要：隨著我國鐵路網(wǎng)的逐步完善，原修建的各條單線鐵路實行客貨分流，增加干線鐵路網(wǎng)的運量，需對既有單線鐵路實施增二線規(guī)劃，在節(jié)約投資及減少占地的前提下，各新建二線鐵路均與既有單線并行設(shè)計，這就使得在增建二線過程中，防護既有鐵路單線運營安全顯得尤為重要。由于原單線鐵路均修建上世紀(jì)七八十年代，鐵路兩側(cè)施工環(huán)境復(fù)雜，既有高路塹開挖防護施工就是其中之一。通過對臨近既有運營鐵路干線高路塹開挖防護施工工藝進行比選、研究、再創(chuàng)新，并付諸實施，總結(jié)出一套確保營業(yè)線運營安全的施工防護體系，取得了良好的社會效益。

Abstract： With the gradual improvement of China's railway network， the original single-track railways have been implemented to divert passengers and cargoes， increasing the traffic volume of the main-line railway network. It is necessary to implement an additional second-line plan for existing single-track railways to save investment and reduce land occupation. Under the premise， each new second-line railway is designed in parallel with the existing single-line， which makes it particularly important to protect the safety of the existing single-line operation during the construction of the second line. Since the original single-line railways were built in the 1970s and 1980s， the construction environment on both sides of the railways was complicated， and the existing high road cutting excavation protection construction was one of them. By comparing， researching， re-innovating and protecting the construction technology of excavation and protection of high cuttings adjacent to the existing main railway lines， and putting it into practice， a set of construction protection system to ensure the safety of the business line operation was summarized and good social benefits were achieved.

關(guān)鍵詞：運營鐵路;膨脹巖;高路塹;樁板墻;坡面防護體系;安全

Key words： operating railway;swelling rock;high cuttings;pile-slab wall;slope protection system;safety

中圖分類號：U213.1+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）10-0132-03

1? 項目背景

隨著我國鐵路網(wǎng)的逐步完善，鐵路干線運輸量的增加，原修建的各條單線鐵路均不能滿足社會經(jīng)濟增長需求，需對既有單線鐵路實施增二線規(guī)劃，在節(jié)約投資及減少占地的前提下，各新建二線鐵路均與既有單線鐵路并行設(shè)計，這就使得在增建二線過程中，防護既有鐵路單線運營安全顯得尤為重要。原單線鐵路均修建上世紀(jì)七八十年代，鐵路兩側(cè)施工環(huán)境復(fù)雜，既有高路塹開挖防護施工就是其中之一。

2? 工程概況

陽平關(guān)至安康增建二線鐵路工程是連接國家干線寶成鐵路的一個重要貨運通道。中鐵六局太原鐵路建設(shè)有限公司施工的陽安二線工程，全線90%以上以4m線間距與既有陽安線并行。以某段路塹為例說明，路塹全長580m，全部為礫巖夾砂巖，弱膨脹、弱風(fēng)化Ⅳ級巖石，路塹高32m;巖體最外側(cè)為既有鐵路滿砌漿砌片石護坡，坡比

1：0.75，二級臺階，第一級臺階高18m，第二級高14m，臺階寬度1.1m。路塹坡腳距離既有陽安鐵路中心為4.7m。設(shè)計采用樁板墻及錨桿防護體系進行。

3? 施工技術(shù)的重難點

臨近既有鐵路側(cè)巖石路塹開挖大部分施工單位均采用覆蓋防爆被或者設(shè)置爆破墻等措施進行控制爆破，也有的采用靜力爆破，地質(zhì)均為較硬的巖石;但是本課題研究路塹開挖位于陜南地區(qū)，土質(zhì)均有膨脹性，而且大部分為礫巖夾砂巖，地質(zhì)不同，適應(yīng)施工工藝不同，主要通過方案比選，采取更安全、具有可實施性的施工工藝，更有效的完成施工任務(wù)。

通過對臨近既有弱膨脹砂礫巖高路塹開挖工藝進行研究，對此類范圍內(nèi)的既有線施工提供安全、可靠、可操作性的經(jīng)驗，指導(dǎo)現(xiàn)場實施。

涉及難點一：采用防護體系的有樁板墻開挖，樁板墻大部分位于既有路塹邊坡中間，無施工通道，無工作平臺，而且地質(zhì)均為弱膨脹性、弱風(fēng)化砂巖及礫巖，人工開挖不具備條件，如采用控制爆破，又臨近既有陽安鐵路，安全風(fēng)險極高。主要研究內(nèi)容：采用新工藝進行樁板墻施工，同時保證外露面表觀質(zhì)量合格，美觀。

涉及難點二：臨近既有陽安鐵路高路塹樁前土體開挖，路塹邊坡陡峭，無施工通道，無機械開挖施工平臺，地質(zhì)均為為弱膨脹性、弱風(fēng)化砂巖及礫巖，如采用控制爆破，無法采取措施保證既有線安全，如采用靜力爆破，此類地質(zhì)，爆破無效果，或效果極差。主要研究內(nèi)容：采用新的既有安全防護體系，采用特殊施工機械進行施工，保證運營鐵路安全。

4? 關(guān)鍵施工工藝

4.1 樁板墻開挖工藝調(diào)整

4.1.1 開挖方式比選

高路塹開挖防護體系，一般選用樁板式擋土墻，適用于土壓力大，高陡巖土邊坡加固，是常規(guī)擋墻和邊坡設(shè)計無法有效解決的。陽安二線工程高路塹巖石地質(zhì)樁板墻施工，設(shè)計一般建議開挖方式均為控制爆破，因緊鄰運運營鐵路，普通控制爆破，無法采取有效防護措施，可能造成裂縫巖體路塹不穩(wěn)定，危及行車安全，或石子飛濺到既有線，造成行車事故;采用二氧化碳靜態(tài)預(yù)裂爆破，經(jīng)過現(xiàn)場試驗，此地質(zhì)為弱膨脹、礫巖夾砂巖，遇水巖質(zhì)較軟，沒有臨空面，預(yù)裂范圍小，預(yù)裂整體效果差，預(yù)裂周期長，進度慢。而且采用爆破或預(yù)裂工藝施工后，樁板墻孔內(nèi)外幾何尺寸不規(guī)則，無法保證外露面的外觀質(zhì)量，后期仍需要加工裝修，費用極高。經(jīng)過現(xiàn)場大量實踐對比，研究工藝，最終選定人工水磨鉆開挖方式進行。既保證鐵路運營安全又不影響工期，而且采取簡單措施即可保證外觀質(zhì)量。

4.1.2 水磨鉆開挖工藝

樁孔尺寸為2m*3m，樁長19-26m，水磨鉆鉆孔開挖，水鉆直徑為15cm，長度為60cm，鉆眼位置沿樁板墻內(nèi)部四周緊挨布置，中間部分采用“米”字+菱形狀設(shè)置，眼距為0.2m，巖體鉆孔完成后，采用鋼釬插入取芯范圍臨空面致巖體裂碎，人工風(fēng)鎬鑿除，提升至孔外。

4.1.3 水磨鉆開挖工效

以樁孔尺寸2m*3m為例，每根樁配置3人，孔口1人出渣，孔內(nèi)2人用2臺水磨鉆作業(yè)，平均5分鐘1孔，半天時間完成孔內(nèi)鉆眼，剩余半天用風(fēng)鎬進行破除，每日可完成0.6m（3.6m3）。和控制爆破相比，不受既有線影響，不受炸藥限制，可連續(xù)作業(yè)，安全性高、效率高。

4.2 樁板墻外觀質(zhì)量工藝調(diào)整

4.2.1 施工工藝比選

樁板墻根據(jù)其受力特點，一般為一半嵌入基巖質(zhì)，一半外露，與樁與樁之間的混凝土板共同受力，達到穩(wěn)定巖土的目的。

因樁板墻在施工過程中，如是土質(zhì)地質(zhì)，則需要施做鋼筋混凝土護壁，按照施工工藝，兩節(jié)護壁之間有空隙，不平整;如果是石質(zhì)地質(zhì)，可不做護壁，采用爆破或者是水磨鉆工藝，造成樁壁不規(guī)則，凹凸不平;以上無論土質(zhì)還是石質(zhì)地質(zhì)，均無法保證外觀平滑、美觀。一般均為采取一定措施后，即澆筑樁身混凝土，最后樁前土后才進行再次裝修，經(jīng)現(xiàn)場實踐、比選，采用砂漿找平與三合板組合方式的工藝，成孔后即施工，可確保外觀質(zhì)量一次通過驗收。

4.2.2 保證外觀質(zhì)量施工工藝

樁板墻成孔后，即對外露一側(cè)護壁或孔壁進行找平，鉛錘線控制垂直方向，帶氣泡刮杠控制水平方向，人工剔除不平整部位，砂漿抹面找平，最后用射釘槍將三合板固定在孔壁上。

4.2.3 現(xiàn)場施工運用效果

陽安二線沿線共計設(shè)置樁板墻1.26km/210根，全部采用此工藝施工。采用后裝修方式一方面樁身混凝土與護壁粘連，孔壁外側(cè)不易剝落，而且還需搭設(shè)腳手架裝修平臺，浪費勞力資源，經(jīng)濟上不劃算且高空作業(yè)有墜落的風(fēng)險;另一方面這種抹面極易掉落，效果不佳，安全隱患大，影響鐵路運營安全，造成二次裝修增加工程成本，且達不到裝修的目的。使用了新的裝修工藝，操作簡單，最終可縮短工期、節(jié)約成本、裝修效果好，外露面美觀平整，一次到位。24m長單根樁外露12m，成本對比，見表1。

4.3 高路塹開挖工藝調(diào)整

4.3.1 施工工藝比選

高路塹開挖分為兩大部分，一部分為樁板墻頂路塹膨脹巖體開挖，另一部分為樁前巖體開挖，無論那一部分，按照現(xiàn)場高路塹臨近既有線施工情況，均無法采用爆破工藝施工，經(jīng)過現(xiàn)場實踐、比選，采用專用裂巖長臂鉤機配合移動式竹鋼管排架防護體系進行掏槽開挖，效果好，安全穩(wěn)定。（圖2）

4.3.2 樁板墻頂路塹開挖工藝

根據(jù)現(xiàn)場高路塹平面位置，修建臨時便道作為開挖前的通道，臨時便道寬5m，靠近既有線一側(cè)設(shè)置工字鋼防護欄桿，高度1.5m，另一側(cè)設(shè)置防撞墩。開挖前做好路塹頂截水溝。施工前，做好鋼管竹排架防護搭設(shè)，在既有路塹坡腳安設(shè)永久鋼管竹排架一道，在作業(yè)面外側(cè)1m安設(shè)移動式鋼管竹排架一道。采用專用裂巖長臂鉤機掏槽開挖，掏槽過程中，由高到低，從上而下，由外向里逐層開挖，最后刷坡至邊坡線，嚴(yán)禁掏底開挖，在作業(yè)面外側(cè)預(yù)留寬1.5m，高1.5m土擋，土擋上設(shè)置移動鋼管竹排架防護，防護排架隨開挖逐層向下調(diào)整設(shè)置，始終保證排架高度高出開挖面1.5m。

4.3.3 樁板墻樁前路塹開挖工藝

①防護體系設(shè)置。

本段巖體開挖難度大，既有高邊坡防護形式為片石護坡。坡度僅為1：0.75，施工時設(shè)三道防護：第一道，在已施工完成的樁板墻頂設(shè)置鋼管竹排架，竹排架地面以上高度不小于1.5m，防護大機、人員安全，同時防止上部作業(yè)時石塊，雜物掉落至既有線影響行車安全;第二道，在既有擋墻平臺設(shè)置第二排鋼管竹排架，防止樁前土開挖過程中石塊滾落;第三道，既有漿砌片石護坡用GAR2型網(wǎng)全覆蓋主動網(wǎng)防護，網(wǎng)片通過打眼錨固緊貼既有圬工，保證施工過程中，不會有片石滑落至既有線內(nèi)。

②巖體開挖施工。

防護體系施工完成后，準(zhǔn)備開挖施工。由于路塹高、陡，與樁板墻形成直角三角形狀，三角形頂部無裂巖鉤機施工作業(yè)面，因此分為兩個開挖階段，以裂巖鉤機作業(yè)平臺寬度5m為界。第一階段5m寬機械作業(yè)平臺范圍以上部分，為保證鐵路運營安全，納入鐵路局天窗點內(nèi)施工，采用人工風(fēng)鎬鑿除加小型機械開挖，隨挖隨拆主動防護網(wǎng);第二階段5m平臺以下部分巖體，納入鐵路局臨近施工范圍，采用裂巖鉤機縱向掏槽，預(yù)留土擋，隨挖隨拆主動防護網(wǎng)。

開挖自上而下進行，縱向分層開挖，先沿路塹縱向挖掘一溝槽，然后將溝槽兩側(cè)拓寬，上層通道拓寬至路塹邊坡后，再開挖下層通道，如此向縱深開挖至路基基底標(biāo)高，最后拆除既有線側(cè)預(yù)留土擋，搭設(shè)鋼管竹排架。因巖質(zhì)路塹，應(yīng)一次性開挖至設(shè)計基底位置，避免機械二次進場。因場地狹窄，運輸通道宜在便道處設(shè)會車平臺，倒進正出，配合挖機裝車，完成整個開挖施工。

4.3.4 現(xiàn)場施工運用效果

陽安二線工程臨近既有線高路塹段有3km/17萬方，均為弱風(fēng)化、弱膨脹砂巖加礫巖地質(zhì)，采用爆破方式開挖，因距離既有線太近，爆破產(chǎn)生巖體飛濺可能對營業(yè)線造成隱患，若制作防爆墻成本又極高，采用二氧化碳靜態(tài)爆破，此類地質(zhì)效果差，在工期十分緊張前提下，根據(jù)現(xiàn)場情況，優(yōu)化方案，采取鋼管竹排架加主動網(wǎng)組合防護體系，由爆破改為裂巖鉤機開挖，并采用縱向掏槽方式掘進，使用裂土鉤來破碎巖體，再使用挖機+自卸車清運，360挖機帶裂土鉤每臺每小時可破鑿巖體30-40方，效率較高。經(jīng)過近四個月鏖戰(zhàn)，最終安全、高質(zhì)量完成了該處高風(fēng)險工點施工。

4.4 工藝總結(jié)

高路塹樁板墻施工及巖體開挖為中國鐵路西安局集團公司高風(fēng)險點和重點控制性工點，如何安全、快速施工完成是重點。

通過前期現(xiàn)場踏勘、調(diào)查、方案比選，采用水磨鉆進行樁板墻挖孔樁施工，不僅保證安全，而且節(jié)約工期;采用樁板墻新裝修工藝，保證外觀質(zhì)量，節(jié)約成本;采用了裂巖鉤開挖工藝，保證施工順利進行。在施工過程中，也遇到了一些困難，通過與鐵路局設(shè)備管理單位共同研究、實踐，不斷在細(xì)節(jié)處改進工藝，克服困難，最終順利完成了標(biāo)段內(nèi)高路塹施工，并總結(jié)出了一套行之有效的施工工藝和方法并形成資料。在陽安二線其他標(biāo)段得到廣泛認(rèn)可，也采用此工藝完成標(biāo)段內(nèi)樁板墻及巖質(zhì)高路塹開挖施工。

5? 施工技術(shù)特點及主要成果

5.1 特點

①采用水磨鉆開挖工藝，解決了臨近既有線，無法采用爆破施工，施工環(huán)境惡劣，機械無法到達等問題，為后續(xù)類似挖孔樁施工提供方案，保證安全，又保證進度。

②采用砂漿找平與三合板組合方式的裝修工藝，解決了樁板墻外露面質(zhì)量問題，不僅節(jié)約投資，而且提高施工效率。

③采用裂巖鉤機專用機械及鋼管竹排架加主動網(wǎng)組合防護體系，安全、快速完成巖質(zhì)高路塹開挖施工。保證既有鐵路運營安全，工程順利進行。

5.2 主要成果

形成了《鄰近營業(yè)線巖石地質(zhì)水磨鉆樁基成孔施工工法》中鐵六局級工法一項，中國鐵路西安局集團公司優(yōu)秀工程總結(jié)一篇。

6? 施工技術(shù)效果

6.1 社會效益

陽平關(guān)至安康增建二線工程，全線共有樁板墻210根，巖質(zhì)高路塹開挖17萬方，全部采用了水磨鉆成孔、砂漿找平與三合板組合方式、裂巖鉤機專用機械及鋼管竹排架加主動網(wǎng)組合防護體系組合式三種工藝進行施工，采用了本項目創(chuàng)新點，既降保證線路安全穩(wěn)定，又縮短工期，實現(xiàn)了施工安全、質(zhì)量的控制，得到甲方、設(shè)計、監(jiān)理單位及其他標(biāo)段施工單位的一致認(rèn)可和肯定，創(chuàng)造了良好的社會效益。

6.2 經(jīng)濟效益

采用水磨鉆成孔工藝，臨近既有線施工，不需要鐵路局天窗點，有效施工時間加長，節(jié)約工期，進而節(jié)約成本;采用砂漿找平與三合板組合方式的裝修工藝，安全、高效、節(jié)約成本，采用裂巖鉤機專用機械及鋼管竹排架加主動網(wǎng)組合防護體系，不僅保證鐵路運營安全，而且使得工程可順利進行，很大程度上節(jié)約工期，進而節(jié)約成本。

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