淺談高速鐵路隧道臨近既有鐵路側穿高速公路橋樁設計思路

高生苗

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京市 102600)

如果既有車站地形條件局促、走廊狹窄，新建鐵路接入既有車站時，設計難度大、施工風險高。以新建漢中至巴中至南充高速鐵路營盤梁隧道為實例，詳細闡述了新建隧道臨近既有鐵路側穿高速公路橋樁復雜條件的設計思路。

1 概況

1.1 隧道概況

營盤梁隧道位于四川省巴中市興文鎮(zhèn)，起迄里程DK153+790～DK154+068，全長278m為單洞雙線隧道，設計時速350km/h。隧道臨近巴中東站，均位于直線段，洞內縱坡為平坡，最大埋深約30m。

1.2 隧道周邊環(huán)境

隧道DK153+790～DK153+850段及DK153+980～DK154+068段臨近既有巴達鐵路路基段，DK153+850～DK153+980段臨近既有巴達鐵路溫家梁隧道，兩隧道最小凈距約31.5m。隧道DK153+835～DK153+860段與通州大道市政道路相交，洞身DK154+000～DK154+040段側穿銀昆高速公路穿心店橋橋樁，詳見圖1。

圖1 營盤梁隧道平面圖

2 工程地質

隧道穿行于丘陵區(qū)，位于城區(qū)，地形起伏較小，海拔高程400～430m，山坡坡度5°～70°，山體一般為薄層第四系全新統(tǒng)殘坡積土層覆蓋。洞身地層巖性為白堊系下統(tǒng)白龍組(K1b)泥巖、粉砂巖及砂巖，強風化-弱風化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，全隧均為Ⅴ級圍巖。

3 隧道設計思路

3.1 隧道進口段

營盤梁隧道進口段DK153+790～DK153+850與既有巴達鐵路路基凈距約32.6m，同時下穿市政道路，埋深0～5.7m。該段隧道埋深淺，巖層破碎，采用明挖法施工(控制爆破)，并采取以下措施：

(1)施工期間臨時封閉道路，需與通州大道產權方及相關管理部門溝通協(xié)調，路面交通臨時疏解至臨近五路支路通行。

(2)結合隧道右側鄰近巴達鐵路路基工程及梁橋工程，在DK153+790～DK153+860段面向大里程右側距離本段隧道開挖輪廓1m處設置1#～16#錨固樁，錨固樁尺寸為2.5m×2.25m(長邊垂直線路方向)，樁長16～24m，樁間凈距2.25m。樁間直立面采用錨噴(網)防護，噴10cm厚C25混凝土，鋼筋網Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長3.0m，間距1.2m×1.2m[1]。

(3)隧道下穿市政道路段襯砌采用900mm厚加強明洞襯砌，主筋采用雙筋間距167mm。

(4)明洞施工完成后對通州大道路面區(qū)及通州大道東側開挖區(qū)實施回填；通州大道路面回填區(qū)采用回填10%水泥穩(wěn)定性土，每層回填厚度不超過20cm并采用人工夯實，密實度不低于95%；回填至路面結構設計標高后，實施路面工程；路面及路基下部夯填土石施作要求應與市政部門溝通對接，滿足相關受力要求及標準，做好路面區(qū)域排水及管線遷改埋設的相關工作；通州大道東側開挖區(qū)按要求實施夯填土石及粘土隔水層。

(5)下穿段施工完畢后，恢復道路正常通行，并在靠洞口側設置防撞墩，設置范圍為隧道開挖輪廓線左右側各30m，

(6)臨近巴達鐵路路基一側設置長78m、高6m的防護排架，防止飛石落入既有鐵路范圍內。

3.2 臨近溫家梁隧道段

營盤梁隧道DK153+860～DK154+000段臨近既有巴達鐵路溫家梁隧道，凈距約31.5m，新建隧道與既有隧道基本平行，軌面標高基本持平。溫家梁隧道于2016年建成通車，采用Ⅴ級圍巖加強襯砌，初支采用26cm厚C30混凝土(內嵌全環(huán)鋼架，間距0.8m)，二次襯砌采用45cm厚C35鋼筋混凝土結構。由于臨近既有隧道，故采取以下措施：

(1)DK153+860～DK154+000段采用銑挖法施工，工法采用三臺階臨時仰拱法。

(2)DK153+860～DK153+900段拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層，DK153+900～DK154+000段拱部采用雙層Φ42超前小導管注漿加固地層。

(3)施工前應對既有溫家梁隧道進行無損檢測，并采取拍照取證等方式調查既有隧道的現狀；施工時加強對既有隧道的監(jiān)控量測，做好安全防護措施及應急預案，保證既有線運營安全。

3.3 側穿高速公路橋樁

隧道在DK154+000～DK154+040段側穿銀昆高速公路穿心店橋橋樁，隧道中線與銀昆高速中線交角約85°，面向大里程隧道左邊緣距離12#橋樁8.5～10.4m，面向大里程隧道右邊緣距離13#橋樁12.2～13.9m，下穿處隧道拱頂覆土厚度3.5～9.3m。由于該段淺埋偏壓，且與高速公路橋樁距離很近，故采取以下措施：

(1)DK154+000～DK154+040段采用銑挖法施工，工法采用四步CD法。

(2)DK154+000～DK154+040段左右側開挖輪廓1m處打設2.25m×2.5m隔離樁，沿線路方向樁間凈距2.25m，樁基深入隧道仰拱下不小于3m。右側隔離樁懸臂端相鄰樁間采用C35鋼筋混凝土槽形預制擋土板，擋土板尺寸(高×厚×長)為0.5m×0.3m×2.70m，地表淺埋處采用10%水泥穩(wěn)定性土進行反壓回填，隔離樁完成后方可進洞施工，詳見圖2。

(3)DK154+000～DK154+040段拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層。

(4)施工中需加強對隧道開挖周邊及洞內的地下水位監(jiān)測，防范地下水過多流失造成的橋梁結構沉降，洞內涌水過多時，及時采用注漿措施進行封堵。

圖2 隔離樁布置圖

4 監(jiān)控量測設計

4.1 進口段既有鐵路監(jiān)控量測設計

(1)下穿通州大道明挖段基坑邊坡頂部的水平位移和豎向位移監(jiān)測點應沿基坑周邊布置，基坑周邊中部、陽角處應布置監(jiān)測點。監(jiān)測點間距不宜大于20m，每邊監(jiān)測點數目不應少于3個。監(jiān)測點宜設置在基坑邊坡坡頂上。

(2)既有巴達鐵路的爆破振速測點布置在既有鐵路的結構物上。監(jiān)測間距不宜大于30m，振速管理等級見表1[2]。

表1 振速管理等級

(3)監(jiān)控量測測點布置可根據現場具體情況進行適當調整。測點布置需反映出地表真實的沉降值。

(4)加強監(jiān)控量測工作。若有異常，應暫停施工，并通知各方進行處理；執(zhí)行第三方監(jiān)測并制定專項監(jiān)測方案。

4.2 側穿高速公路橋樁監(jiān)控量測設計

(1)施工前應確定地面高程和坐標的初始值，并對G85銀昆高速公路穿心店橋橋樁進行現狀調查，攝像取證，作好記錄。

(2)隧道側穿G85銀昆高速穿心店大橋，每個橋樁布置4個傾斜觀測點，對每個承臺布置3個不均勻沉降觀測點，如圖3。

(3)隧道側穿G85銀昆高速穿心店大橋橋樁，樁基水平位移不超6mm，相鄰承臺之間不均勻沉降差值不應使橋面形成大于2‰的附加縱坡[3]。位移管理等級見表2。

圖3 橋樁測點布置示意圖

(4)監(jiān)控量測測點布置可根據現場具體情況進行適當調整。測點布置需反映出橋梁樁基真實的沉降值、水平位移值以及既有巴達鐵路路基的爆破振速。

表2 位移管理等級

(5)加強洞內監(jiān)測的同時應加強對下穿及側穿構筑物不均勻沉降等情況的監(jiān)測。若有異常，應暫停施工，并通知各方進行處理；執(zhí)行第三方監(jiān)測并制定專項監(jiān)測方案。

(6)隧道DK154+000～DK154+068段施工完成后應繼續(xù)進行監(jiān)測，待橋梁樁基水平位移(傾斜)、承臺不均勻沉降穩(wěn)定后方可停止監(jiān)測。

5 風險分析

采用定性、定量相結合的方法，以風險評估為手段對營盤梁隧道臨近既有鐵路側穿高速公路橋樁施工時的風險進行分析。

5.1 初始風險

通過對隧址地形地貌、工程地質、周邊建設環(huán)境等詳細分析，確定營盤梁隧道在不采取任何措施施工時既有鐵路和高速公路的初始風險等級，并歸納如表3[4]。

表3 初始風險評估表

5.2 風險處理措施及殘余風險

(1)爆破飛石、爆破震動風險

營盤梁隧道進口段施工采用明挖法(控制爆破)，并在臨近既有鐵路一側設防護排架，防止飛石對既有鐵路結構及其附屬設施造成危害。爆破施工時應征得既有鐵路運營部門同意，并選擇在天窗點施工，以免危及鐵路運營安全。

(2)開挖引起的既有隧道結構損壞風險

臨近既有隧道段開挖采用銑挖法施工，工法采用三臺階臨時仰拱法，并嚴格執(zhí)行“短進尺、少擾動、強支護、早封閉、嚴治水、勤量測、二襯緊跟”的原則組織施工，限制圍巖形變。

(3)橋樁傾斜、不均勻沉降等風險

側穿高速公路橋樁段采用銑挖法施工，工法采用四步CD法，并于左右兩側采取打設隔離樁，地表淺埋處采用10%水泥穩(wěn)定性土進行反壓回填，隔離樁完成后然后進洞施工。隧道拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層，并嚴格執(zhí)行“短進尺、少擾動、強支護、早封閉、嚴治水、勤量測、二襯緊跟”的原則組織施工，限制圍巖形變。

通過風險等級評定，對初始風險等級為“高度”、“極高”的風險事件采取有效處理措施，使其殘余風險降低到可以接受的范圍內。初始風險與殘余風險的對比見表4。

表4 初始、殘余風險對比表

6 結論

以營盤梁隧道為實例，針對隧道設計過程中所面臨的復雜工程建設條件，在滿足新建隧道工程安全、經濟、合理、具有可實施性的同時，采取針對性措施，盡可能地減小對既有工程的干擾，并將風險降低至可以接受的范圍內，為類似隧道工程設計提供一定的參考。