1、水钢隧道下穿铁路既有线施工技术控制摘要：文章以水钢隧道工程下穿铁路既有线为例，对 D 型便梁布置进行分析计算，结果表明线路加固方案是安全可靠的；大管棚施工、双侧壁导坑法施工中的关键环节提出相应的技术措施，为既有铁路线下隧道施工组织，加强施工技术控制，有效降低施工风险，确保既有线行车安全和隧道施工安全，提供一定的参考。 关键词：隧道；铁路既有线加固；大管棚；双侧壁导坑法；施工技术 Abstract：The paper takes SHUIGANG tunnel project for example, according to analysis and calculation of the D-
2、type steel beam plan, the result indicated reinforcement method is reliable. Some suggestions about large-pipe-shed and twin-side heading method of the tunnels beneath the existing railway construction technology are accepted, the measure how to organize construction and strength construction techno
3、logy control for minimum risk, ensure the safety of tunnel construction and railway lines, provide a certain reference for the relevant workers. Key words：tunnel, railway lines reinforcement, large-pipe-shed, twin-side heading method, construction technology 中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 水钢隧道位于贵州省
4、六盘水市，为单向双洞隧道，隧道限界净宽10.5m，左右路线设计线间距 18m，既有沪昆铁路线从隧道进口上方通过，与公路隧道夹角为 65，铁路轨面至隧道设计公路路面高差约 16.55m，下穿段开挖拱顶高程与既有线路轨面高程差为 8.4m。铁路左测为块石砌成的护坡，稳定性较好，右侧边坡地形陡峭，为基岩裸露边坡。下穿既有线段地质条件较差，围岩软弱且埋深浅，节理发育且整体性差，自稳能力差，同时受运营列车振动影响，造成洞身开挖后围岩稳定性更差，为此，必须采取稳妥的施工方法严格控制地表沉降，确保既有铁路运营安全。 总体施工方案 为确保铁路行车安全和隧道施工安全，既有铁路线右侧高边坡安设被动防护网，左侧边坡
5、钢花管注浆加固， D 型便梁加固铁路既有线后（隧道与加固线路关系见图 1） ，进行大管棚超前支护，采用双侧壁导坑法钻爆施工，初支采用钢支撑、锚杆，挂网喷砼联合支护。下穿段衬砌砼达到设计强度后，恢复既有线原样。 3 既有线加固施工技术 3.1 既有线路左侧边坡边固防护 3.1.1 既有线铁路坡面采用 42 钢花管注浆加固，间距 1m1m，梅花型布置，长度伸入灰岩 2m。 3.1.2 由于下穿铁路既有线为块石高边坡，人工填筑层较厚，在加固地段两侧从下至上进行钻孔注浆，间距 0.5m ，以在加固段形成止浆墙体。在边坡段可采用两次造孔注浆，一次为造壳注浆，一次为挤密注浆，从下至上进行施工，确保注浆效果
6、。 3.2 D 型便梁施工技术 进口段下穿既有线采用 1 孔 24 米 D 型便梁对既有线进行加固，逐洞施工，先右洞后左洞，待右侧隧洞施工完毕后，将 D 型便梁移至左洞上方既有线，进行加固后，再施工左洞。两端各设 2 根 1.25m2m 挖孔桩，中间设两根 3m2m 的挖孔桩， C30 混凝土，作为便梁基座。 3.2.1 便梁的布置 （1）D 型便梁单跨总长 24.50m，设计最大支点距离 24.12m，主要由2 道钢纵梁、37 根钢枕、148 块节点板、钢轨扣件和相应数量的其他配件组成。 （2）单线曲线段采用施工便梁加固线路时，要特别注意两点，一是线半径，二是外轨超高值；多线铁路还需要考虑线
7、间距。 （3）本工程便梁位于缓和曲线直缓段，既有线技术参数为：曲线半径为 710mm，HY 点桩号 ZK2245+864.80，ZH 点桩号为 2246+034.65，D 型便梁位于 ZK2245+881ZK2245+929 段。便梁段外轨超高 6139mm，按照D24 低高度施工便梁设置表，便梁布置形式选择丁式，其参数表如下： （4）外轨超高设置，按公式计算为 h11.8v2/R 进行计算，在行车速度为 45km/h 时，圆曲线段外轨超高为 34mm，便梁段外轨计算超高应为312621mm，而原外轨超高为 615039mm，为避免线路过大改动，外轨超高值均设置为 50mm，过超高值最大为 2
8、9mm，未超过铁路轨道设计规范规定的过超高允许值。超高的设置通过在基座上设置横坡来实现。 （5）便梁定位线在曲线段采用平分中矢进行布置，按铁路曲线正矢设置计算方法算得圆曲线段 24.5m 弦长的正矢 F=1000C2/8R，其中 C 为弦长，R 为圆曲线半径，代入得 F=106mm，便梁架设位于缓和曲线段，第一、二片梁中心处线路正矢计算值分别为 E1=87mm、E2=71mm，实测值分别为80mm、65mm，设计按便梁定位线按矢值 E=E1=E2=120mm 平分中矢布置，如图 2 所示。 （6）验算便梁是否超铁路建筑限界。梁顶至轨面高度为 299mm，从铁路建限-1 的直线建筑接近限界图中查
9、得相应横向限界值 A 为 1725mm。 曲线内侧加宽 W 内=40500/R+H*h/1500=40500/710+299*50/1500=67mm 曲线外侧加宽 W 外=44000/R=44000/710=62mm 便梁定位线支墩纵梁中心线的距离 b、c： 内侧 b=A+E1/2+d/2+ W 内=1725+120/2+480/2+67=2092mm 外侧 c=A+E1/2+d/2+ W 外=1725+120/2+480/2+62=2087mm 便梁定位线至两片纵梁中心距离之和不能超出便梁本身尺寸限制，即须满足 b+c+50B，50 为便梁构件及施工误差，单位为 mm。 b+c+50=20
10、92+2087+50=4229B=4460，满足建筑限界要求。 3.2.2 吊扣轨加固线路轨道 在进行基座开挖前，在基座处靠近既有线旁，采用吊扣轨的方法，加固线路轨道。吊轨的轨道用 P43 钢轨，每 3 根钢轨作为一束，一扣两顺摆放在既有道床两端混凝土枕端头上，然后采用 U 型螺栓和扁担型箍条将砼枕与轨束连接紧固，使开挖地段的轨排段形成一个整体，起到对线路轨道加固作用。吊轨以基座开挖线为中线两边对称布置钢轨。如图3 所示 吊轨安装过程中，应做好充分准备，防护到位，请点施工，安装要求钢轨密贴枕面，紧箍件安装整齐规则。在挖孔桩施工完毕混凝土有一定强度后拆除吊轨梁。 3.2.3 挖孔桩施工 （1）挖
11、孔桩施工，要在严格的安全防护条件下，做好轨道的沉降观测，夏季施工时做好轨温监测，采取有效的降温措施，防止涨轨跑道，给列车安全运行带来威胁，在列车运行的间隙进行施工作业，采用风镐进行人工开挖。开挖分两批次完成， 1#、4#、5# 基座施工完毕后进行2#、3#、6#基座施工。 （2）孔口靠铁路线一侧首先应采用木板防护，挡好道碴，做好锁口，高出路肩 20cm，防止周围土石落入孔内，但不得侵入铁路建筑限界。开孔后，第一节混凝土护壁一定要及时浇筑混凝土，否则用砂石袋填满桩孔，以防不测。灌注第一节护壁在桩口 0.5m 高度范围内,壁厚应超过设计厚度，以下壁厚为 10cm，顶面要平整。 （3）第一节桩孔成孔
12、以后在桩孔上口架设垂直运输支架，以电动葫芦作为提升设备，要求搭设稳定、牢固，避免倾倒侵入铁路限界。 （4）开挖桩孔要从上到下逐层进行，先挖中间部分的土方，然后扩及周边，有效的控制开挖桩孔的截面尺寸，每节的深度由土质情况和操作条件来决定，不得大于 1.0m。挖出的土石用吊桶直接提升到井口，出碴装袋运走。 （5）护壁模板采用拆上节、支下节重复周转使用，支护模板时同一平面偏差不能大于 50mm。每节开挖要在上节护壁混凝土终凝后进行，护壁砼采取现场拌制，严格按照配合比拌制混凝土，利用手动葫芦提升料斗。为保证开挖安全应逐段灌注混凝土护壁，上下两节护壁搭接不小于50mm，严禁挖孔隔日浇筑混凝土，同时避免在
13、土石层变化处分节。挖孔深度必须深入基岩 2m。 （6）基座孔开挖到设计要求位置，做承载力试验，并做基底钎探，查明基底 5m 深地质状况，确保桩基安全可靠。经检查合格后进行钢筋制安，由于既有线路上方为接触网，成品钢筋骨架过长，影响行车及人员安全，主筋采用孔内套管连接，箍筋孔内绑扎作业。 （7）桩身混凝土采用 C30 混凝土，采用混凝土输送泵配串筒灌注，落差不大于 2m，振捣密实，混凝土必须一次连续灌注完毕。浇筑完毕时清除桩顶浮浆，按设计预留坡度，并在便梁安装位置外侧安插钢轨桩作为便梁的横向限位，防止行车时便梁外移。做好混凝土养护，防止混凝土发生收缩或干裂。 3.2.4 补充注浆 由开挖揭示的地质
14、特征和边坡加固时的注浆效果，铁路既有线路基回填砂类土层厚，土体松散，各桩为便梁的支撑点，特别是 3#、4#桩，为便梁主要支撑点，且离开挖面最近，为增强桩基承载力和稳定性，根据开挖情况，对局部注效效果较差的挖孔桩附近 4m 范围内边坡再次采用钢花管进行补充注浆，亦可在桩基开挖过程中，预埋 42 钢花管，在开挖完成后注浆，以达到加固桩周土体和开挖影响区土体目的。3#、4#桩间和桩周土体补充加固钢花管布置见示意图 4 3.2.5 便梁安装拆卸和检查维护 便梁安装拆卸和检查养护严格按照 D 型便梁使用说明书、铁路工务规则、设计要求执行，加强施工前的培训，加强施工过程中的组织指挥和通车前的安全检查，同时
15、在使用过程中加强检查和维护，确保万无一失。 4 下穿既有线段隧道施工 在 D 型便梁施工完毕后，先下穿该侧隧道，二衬浇注完毕后，再转移 D 型便梁施工另一侧。采用超前大管棚支护，双侧壁导坑法进行施工。隧道拱部穿越地质条件为人工回填土夹石高边坡，孔隙比大，边坡已经过钢花管注浆加固，要求路基填方土体通过注浆加固达到密实紧固，以便造孔作业。 4.1 管棚施工 大管棚超前支护对控制地表沉降起到关键作用，对防止隧道塌方十分有效，是目前通过浅埋不良地质段的常用施工方法。 4.1.1 导向墙施工 施工工序：测量放线，导向墙基础施工，开挖导向墙基础，因隧洞进口开挖体为土体，可在开挖线外侧插打工字钢桩，一方面支
16、撑导向墙基础，另一方面可作为开挖时的预支撑，防止隧洞开挖后侧壁土体坍塌。浇筑基础混凝土，埋设安装导拱的预埋件，在预拼好的工字钢上按设置角度焊接导向管，安装调整带导向管的工字钢架，搭设脚手架，立模板浇筑导向墙。导向墙的作用是保证大管棚施工精度，钻进时始终保持同一钻进角度和方向，使得管棚落在同一个环面上,通过注浆加固地层，形成有效的承载拱。导向管的角度，需考虑钻杆的下垂，隧道纵坡，防止钻孔侵入隧道开挖面，导向管轴线与纵坡仰角设置为 2，导向管在径向上离墙内侧 0.3m，外侧 0.7 米。墙长 1 米。 4.1.2 管棚布置 为确保线路安全，设计采用在拱部 120范围内设置 159 大管棚超前预支护
17、从进口端一侧进行施工，长度为 35m，穿越铁路路基和右侧挡墙进入覆盖层较深的基岩 3m。管棚环向间距为 0.4m。合理设置各孔每段进管的长度，保证同一断面处的接头数不大于 50%，相邻钢管接头错开不少于 1 米。隧道大管棚布置见示意图 5 4.1.3 管棚施工顺序 管棚施工先从右洞两侧开始向拱部中央进行，隔两孔钻一孔的作业顺序，钻成一孔，及时下管注浆，避免塌孔和路基下沉，一孔结束后再施工下一孔。 4.1.4 钻孔和下管 （1）搭设钻孔平台，钻孔前用木板调整钻机位置，先轻压慢速钻进，以保证开孔质量，钻进中用测斜仪测量钻孔方向，及时纠正偏差。 （2）为确保隧道拱部围岩的稳定要对大管棚进行注浆处理，
18、同时为提高导管的抗弯能力 ，可在管棚内增设钢筋笼。为使浆液充分渗透，管棚采用花管，在钢管上钻孔径为 15mm 的注浆孔孔眼排列呈梅花形布置间距为 15cm 15cm，每根管棚在最后一节时在钢管上要预留 1.5m 长不钻注浆孔以起到止浆作用。 （3）钢管节间采用焊接连接，钢管连接端头开 4 个 2cm 5cm 的槽口，内套 140，L= 40cm 长的钢管，将开口处焊平。 （4）钢管的顶进，可以使用挖掘机顶进，或利用钻机自身的收缩进行顶管，遇到顶进困难时，亦可以采用手动葫芦固定于护拱上辅助顶进。4.1.5 注浆加固处理 封闭孔口，预留注浆口，注浆应通过试验选择水灰比和注浆压力，本工程采用水泥单浆
19、液，水灰比 0.51，注浆压力 0.5 1Mpa，不间断注浆，在注浆过程中严格控制注浆压力并加强对地表沉降监测。 4.2 隧道开挖支护 4.2.1 该段隧道开挖在大管棚的预支护下进行，采用双侧壁导坑工法进行施工，各个分部施工依次滞后 35m。施工参数见表 4.2.2 双侧壁导坑法施工见工序横断面图 5 （1）利用上一循环施作的钢架施做导坑中侧壁超前水平锚杆，弱爆破开挖部，喷 8cm 厚混凝土封闭掌子面，施作 部导坑周边的初期支护和临时支护，初喷 4cm 厚混凝土后，架立 I20b 钢架和 I18 临时钢架，设锁脚锚杆，安设 I18 横撑，钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度。 （2）用同样的工序和方法依次开挖部。 （3）在滞后部一段距离后，弱爆破开挖部，隧底周边部分初喷4cm 厚混凝土，接长 I20b 钢架和 I18 临时钢架，复喷混凝土至设计厚度，浇筑该处边墙基础，填充部分隧底、仰拱。 （4）在滞后部一段距离后，弱爆破开挖部，工序和方法同（3） 。（5）开挖部，喷 8cm 喷混凝土封闭掌子面。相继滞后一段距离后，分别开挖。 （6）开挖部，导坑底部初喷 4cm 厚混凝土，安设 I20b 使钢架封闭成环，复喷至设计厚度。拆除两侧壁 I18 临时钢架最下一个单元，进
