动载条件下矿山法隧道穿越铁路施工技术.doc

1、动载条件下矿山法隧道穿越铁路施工技术摘要：结合大连地铁一期工程 207 标松东区间在动载条件下矿山法隧道穿越铁路的施工,介绍矿山法施工穿越铁路的相关技术，对地铁区间隧道保证安全、节约工期、降低成本的条件下快速、安全、可靠的穿越铁路进行了分析，为同类工程提供借鉴。 关键词：穿越铁路；动载条件；矿山法；安全施工技术；地铁区间隧道 中图分类号： TU74 文献标识码： A 1 引言 随着城市地铁的高速发展，地铁暗挖隧道不可避免的富水复杂地层、楼房构筑物、既有运营铁路等，因矿山法施工穿越既有铁路施工时极易引起轨面沉降、桥涵基础沉降、墩柱测斜、客货火车侧翻、地面塌陷、造成人员伤亡等事故，因此要穿越既有铁

2、路必须了解铁路的位置、结构以及隧道工程地质、水文情况等各种指标，掌握穿越地段地铁隧道区间的特殊施工工艺及正确的安全控制措施，采取可靠的技术措施、施工方案及成熟的监控量测方法，才能保证安全顺利的穿越既有铁路。1 2 工程概况 2.1 地理位置及周边概况 松江路站东纬路站区间隧道在里程左 DK10+220 处穿越国铁甘南线，该处埋深约 18m，铁路路基呈倒梯形，宽度约 25m，堆载高度约 2.8m，该铁路线为客货混用复线，使用功能强大。区间右线正上方为该铁路线过路桥涵，该桥涵基础采用钢筋砼独立基础形式，桥涵下部是山东路交通主干道，日车流量达 8000 余辆。 2.2 工程地质概况 本区间隧道穿越铁

3、路段围岩为中风化泥灰岩，块状结构，含淤泥质夹层，溶蚀、溶洞发育，地质变化快，易发生坍塌事故。综合判定岩体破碎，岩体基本质量等级为 IV 级。2 3 穿越铁路段事故类型和危害程度分析 隧道开挖是一个动态的过程，开挖过程中伴随着地层应力状态的改变，并造成地层的损失，隧道开挖对既有铁路、桥涵、隧道洞内的损害表现为：轨面沉降、桥涵基础沉降、墩柱测斜、地表沉降、地面塌陷、洞顶沉降、洞内收敛等。发生以上事故后其后果可能造成客货火车侧翻事故、车辆事故、地面塌陷事故、造成人员伤亡、严重财产损失等。 4 铁路段与隧道的位置关系 松东区间下穿国铁甘南线平面位置图 5 施工方案 5.1 施工原则 区间隧道穿越铁路段

4、为中风化泥灰岩、裂隙发育、完整性较差，且有断裂带，爆破开挖后极易掉块坍塌，经分析，此段施工时要考虑以下原则： （1）确保隧道施工安全，顺利穿越铁路； （2）施工要尽量降低扰动，减少对铁路的影响； （3）确保铁路、道路上的车辆运营正常； （4）确保铁路下方桥梁路基及墩柱基础变形在控制范围内。 5.2 矿山法隧道施工方案 5.2.1 方案优化 在考虑穿越铁路段施工工期紧、资金紧张、加固铁路、桥涵时间长等原因下，经项目部现场实际考察、根据以往类似工程施工经验，将原设计进行方案优化如下： （1）原设计要求系统砂浆锚杆 25，10001000 梅花型布置，l=3.5m；双层钢筋网 HPB235，6 网格

5、 150mm150mm；格栅钢架，纵距500mm；C25 喷射混凝土厚 30cm。 （2）原设计要求在区间隧道进入下穿铁路段时，掘进至铁路线路中心里程提前 40m 至下穿铁路线路中心里程后 40m 为洞内实施超前支护施工段，同时也是洞身初衬设计参数加强施工段，总长 80m 采用双排超前锚管 42，t=3.25mm，l=3.5m 进行超前加固 。 （3）原铁路局要求采用工字钢纵横梁结构加固线路，采取地铁上方桥梁路基及桥下基础注浆加固等措施，确保铁路的运行安全。3 方案优化后施工方案：4 （1）拱部 1200 范围内设置超前小导管预支护，每两榀格栅打设一次，环向间距 300mm；双层钢筋网 HPB

6、235、6，网格 150mm150mm；格栅钢架，纵距 500mm；C25 喷射混凝土。 （2）下穿铁路段除加强洞身初衬设计参数外，拱部超前注浆、掌子面注浆、隧底径向注浆，用以控制洞身初衬结构变形。 （3）向铁路部门申请在该隧道下穿段线路上实施行车减速方案，既有铁路运输能力较强，在可能的条件下减速行驶，最大速度不超过40km/h。 （4）对轨面沉降、变形、桥涵基础沉降、墩柱测斜、地面沉降及隧道内拱顶沉降、洞内收敛等实施 24h 监控量测跟踪施工，信息反馈指导施工。 （5）联系交通主管部门在隧道下穿铁路桥涵下道路时，实施交通管制确保道路上车辆运行正常。 5.2.2 开挖施工 穿越暗河段属 IV

7、级围岩，隧道采用台阶法施工，遇中风化泥灰岩地层，用人工辅以风镐难以开挖时，则采用微振松动爆破方式进行开挖，爆破开挖采用多次松动控制爆破施工方法，炮眼设计参数为： （1）缩短开挖进尺，循环进尺控制在 0.5m；上下台阶分开掘进，及时封闭成环； （2）第一次爆破（爆破一区）：掌子面首先采取楔形掏槽+掘进眼爆破施工方法； （3）第二次爆破（爆破二区）：采用剥落围岩的方法起爆底眼、辅助眼、周边眼及脚眼； （4）最小抵抗线 w =（720）d 根据类似工程控爆经验，系数取10，则：w = 1040 = 400mm。 (5) )炮孔间距 =（0.61.4）w，系数取 1.0，则 = 400mm。 （6）炮

8、孔排距 b = 1.2 = 480mm，取值 500mm。 （7）炮孔深度按炮孔利用率按 0.85 计，取 L = L0/0.85。L0循环进尺 0.5m，计算取值 L = 0.58m； （8）铁路埋深及安全震动要求，根据萨氏公式 Q=R3（V/K）3/a R=18m，V=1.5/s，经计算 Q=3.37，即每段爆破炸药用量不超过3.37。 （9）经计算分析，上、下台阶断面单循环钻爆参数统计表 5.2.3 超前支护 下穿铁路段洞内注浆加固处理时，注浆类型分为密排超前小导管注浆、掌子面注浆和隧底径向注浆，浆液均采用水泥-水玻璃双液浆，配比同地表注浆，压力控制在 0.31.0MPa。 （1）超前小

9、导管注浆参数：注浆管采用 42mm 热扎无缝钢管，壁厚 3.25mm，长 3m，沿拱部 150范围布设，环向间距 15cm，每两榀打设一次。 （2）掌子面注浆参数：在隧道上台阶按环向 1m、排距 0.8m 布设注浆孔，深度 6m 搭接 2m 进行注浆加固，同时设有止浆墙，止浆墙采用 C25网喷混凝土，厚度 0.25m，615cm15cm 钢筋网。 （3）隧底径向注浆参数：注浆管采用 42mm 热扎无缝钢管，壁厚3.25mm，长 6m，在仰拱范围布设，环纵间距 1m1m。 6 穿越铁路监控量测控制 穿越铁路路基沉降、钢轨沉降观察点布置范围为区间下穿处及其前后各 20m 的铁路，穿越铁路期间 数据

10、变化趋势有下沉现象，经过方案优化、采取相关措施，测点趋于稳定，每天变化速率逐渐平稳并达到正常变化范围，从 2012 年 7 月 1 日开始进入穿越段到 2012 年 9 月 25 日安全顺利穿越，铁路路基累计最大沉降值为-11.6mm、钢轨沉降累计最大沉降值为-12.4mm，未超过规范规定红色预警值 20mm，各项监测点趋于稳定。 图 6-1 示：穿越铁路期间钢轨监测数据曲线图 由图：数据变化趋势有下沉现象，测点趋于稳定，每天变化速率逐渐平稳并达到正常变化范围 7 穿越既有铁路安全防范措施 7.1 风险特点 在隧道开挖过程中特别是仰拱封闭前，既有铁路变形速度较大的阶段，既有铁路变形过大影响铁路

11、的行车速度和安全，甚至影响既有铁路本身的安全。 铁路变形过大的主要原因（包括但不限于）： （1）控制沉降的措施不力。 （2）开挖过程中轨道周边出现坍塌。 （3）背后回填注浆不及时、不密实。 （4）既有铁路保护措施不力或落实不力。 7.2 安全防范措施 (1)制定合理可靠的施工方案和施工安全技术措施，报上级部门及铁路产权单位审批，并应由铁路部门提出具体的允许变形值及沉降值等控制指标，以便于施工中监测控制。 (2) 严格执行暗挖工程十八字方针，即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测” 。 (3) 施工前向铁路部门申请在下穿段隧道施工期间实施行车减速方案。 (4) 加强地面和洞内的监控量

12、测，信息化施工，采取 24 小时监控量测跟踪施工，以监测数据快速反馈指导施工参数 (5) 施工期间指派专职人员昼夜配合铁路监护检查和施工地段防护。(6) 必要时应对铁路路基采取扣轨等防护措施，保证既有铁路路基稳定，确保万无一失。 (7) 暗挖隧道开挖时出现涌水、涌砂、坍塌、冒顶及地面出现沉降现象时，立即停止施工，采取措施进行加固处理。 8 结论 隧道下穿铁路施工有很大的风险及施工难度，如处理不当，会对铁路轨道、桥涵基础、墩柱、铁路运营和隧道安全造成一定的危害。松东区间隧道成功下穿铁路的施工案例中铁路轨道基础、桥梁路基及桥下基础未增加加固处理措施，从而减少了工程概算， 既节约工程成本又安全、可靠的通过，对类似工程有一定的借鉴。 参考文献 1李雷明.隧道小净距穿越地下引水洞施工技术与实践.铁道建筑技术.北京：中国铁道建筑总公司 2 松江路站至东纬路站岩溶补勘报告 2011-KC074-4 大连市勘察测绘研究院有限公司 2011.10 3沈阳铁路局该预算审查所概算（2011）1 号文件 4刘泉维.青岛地铁区间隧道下穿既有铁路施工技术.北京交通大学学报 2013 年第 01 期杂志