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摘要: 铁路是国家重要的基础设施、是国民经济的大动脉、交通运输体系的骨干，铁路运输生产的根本任务是吧旅客和货物安全、快捷的运送到目的地，而铁路运输生产的作用、性质和特点，决定了铁路建设必须把安全放在第一位，结某遂道的施工实例简单介绍铁路隧道浅埋下穿高速公路的施工技术。
关键词:铁路隧道 浅埋下穿高速公路 控制要点
工程
该隧道位于四川省境内，该隧道在改DK186+295～隧道出口为5‰的上坡,在改DK186+385191下穿施工中的某高速公路(公路里程K2+273106),该高速公路与铁路隧道的平面夹角为146°56′30″,下穿处高速公路路面设计高程914.80,铁路路肩设计高程900.54,高差14.26m ,运营时隧道净埋深4.73m ,目前隧道实际开挖埋深仅为1.79m。因该段高速公路为半填半挖路基,隧道与之小角度相交,分别在填方和挖方边坡出现了明显的偏压现象,也加长了下穿段长度,经准确测量下穿段里程为DK186+315～DK186+440 。隧道下穿施工中的高速公路线段地质条件较差,均为V级加强围岩,围岩为新黄土,软弱浅埋,自承能力极差,隧道部分段落要从施工中的高速公路路基填方中穿过,同时受在高速公路上施工机械、通行车辆的影响,洞身开挖后围岩的稳定性更差,且高速公路运营后,多为载重煤炭运输车辆,为此施工中必须严格控制地表沉降,必须采取较为稳妥的施工方法,确保隧道的施工安全、高速公路正常施工及行车安全。 2、施工方案的实施及控制要点 2.1 暗挖段施工和控制要点 2.1.1 超前支护施工 一般隧道施工中,仅在洞口施作大管棚,洞内即使设计了,多以小导管代替,考虑到浅埋实际情况,该隧道坚持采用了超前管棚方案。超前大管棚与钢拱架组合的棚架作用,可以避免隧道拱部坍塌,并能有效抑制高速公路地表沉降。隧道下穿高速公路段拱部设置Φ159大管棚,管棚长度18m(分节长度9m),环向间距3根/m,搭接长度3m。由于隧道覆盖层较薄,在管棚施工时严格控制钻孔外插角,一般控制在1°～3°。以防止穿顶。 为保证施工安全,在大管棚的两个钢管之间加设Φ42超前小导管加强支护,并进行注浆加固地层。小导管采用Φ42钢管(t-3.5mm) ,环向间距3根/m,外插角度5°～8°,2倍钢架间距设置超前小导管。 在超前支护施工过程中要尽量少扰动土体,避免高速公路路基的坍塌,确保施工安全。 2.1.2 开挖施工 下穿高速公路暗挖段采用CRD法进行开挖。
(1)为确保施工安全,上导坑(1、3部)的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距015m ,下部(2、4部)的开挖依据上导开挖拱架间距控制。仰拱(5部)一次开挖长度依据监控量测结果、地质情况综合确定,一般不宜大于3m。 (2)中间支护系统的拆除 中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响,通过围岩监控量测进行确定。当围岩变形达到设计允许的范围之内,并在严格考证拆除的安全性之后,方可拆除。同时要注意后续作业的及时跟进。 如围岩稳定条件满足设计要求,临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除,一次拆除长度依据仰拱浇筑长度确定(一般为2～3m)。 中隔壁混凝土拆除时,要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土,以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土,临时钢构件采用气焊烧断。 2.1.3 初期支护 初期支护采用I22a工字钢钢架支撑+钢筋网+ 喷射混凝土+系统锚杆组成的复合式初期支护。其中边墙采用L=4m的Φ22mm的砂浆锚杆,拱架间距50cm,Φ8钢筋网间距20cm*20cm,C25初支混凝土厚度为30cm,该段支护参数明显高于其它隧道同等级围岩参数,目的在于加强初期支护体系的支撑强度确保施工安全。 拱部钢架必须用纵向托梁32槽钢进行支垫以增加钢架底脚的承力面积,并设置Φ42锁脚锚管(L=4.0m)将钢架两底脚牢固锁定,以防止钢架下沉或两底脚回收。必要时,下导开挖后仰拱施工前加设临时仰拱,避免初期支护收敛变形。 2.2 明挖段施工和控制要点2.2.1 高速公路路基开挖 灌注桩顶面标高在隧道圆心下方1.6m处,桩顶面处开挖宽度(垂直隧道轴线方向)为19.54m,按照1∶0.5的坡比,根据埋深在高速公路路基放出开挖边线。开挖过程中注意预留核心土,以方便护拱的挂模施工,并为护拱混凝土浇筑提供必要的临时支撑点。每次开挖进尺控制为6～8m。 2.2.2 修筑临时施工平台 该平台一旦填筑完成,立即进行桩基和压顶梁施工,自然沉降时间较短,必须注意控制压实度。本工程采用一部卡特320挖掘机盘料、平料和碾压,分层厚度30cm,密排碾压,单点碾压次数不少于20次,尽可能保证压实度,避免平台明显沉降。而事实上,采用非专業的压实设备施工,压实效果不尽理想,沉降是不可避免的,故填筑平台顶面要预留10-12cm沉降量。 2.2.3 桩基施工 精确测量桩位,在桩位测量时必须适当加大桩到隧道轴线的距离,避免因扩孔、偏孔等因素导致桩基侵入隧道二次衬砌界限。复测平台基面标高,根据桩顶标高和原地面标高,复核桩长,确保灌注桩桩底没入原状土深度不小于0.4倍桩长,确保灌注桩在水平方向的稳定性。 充分考虑钢筋的搭接和损耗,按照实际桩长进行Φ25主筋和Φ8箍筋下料,焊制钢筋笼:主筋间距21.6cm;箍筋间距30cm,钢筋笼焊接过程中,一定要保证钢筋搭接长度和焊接质量,同时注意成品保护,避免锈蚀和变形。加工钢筋笼时一定要充分考虑桩基与压顶梁的妥善连接,必须保证桩基钢筋深入压顶梁,深入长度不小于35d(d为钢筋直径) 。 2.2.4 压顶梁施工 压顶梁实际就是条形承台基础,施工工艺与桥梁承台相近。测量放线—基坑开挖—桩头剔凿—浇筑混凝土垫层—钢筋绑扎—架立模板—混凝土的浇筑及养护。 压顶梁中为Φ25主筋、Φ10箍筋和Φ10钩筋,上下顶面主筋间距为21cm,侧面主筋间距为18.4cm;箍筋和钩筋间距为30cm。 压顶梁作为隧道初期支护的一部分内侧模板定位必须准确,到隧道轴线的距离严格按照隧道净空半径+衬砌厚度+预留变形量来控制,距离过小,会入侵二衬;过大,护拱拱架将无法与之正常连接。另外,部分梁体在回填平台上施工,土质相对松散,模板不适宜支撑加固,故该处模板主要采用拉杆加固。 2.2.5 护拱施工
明洞护拱用I22a工字钢作为主架,拱架间距1.0m,辅以Φ25的大格钢筋网,网格尺寸@50cm×50cm,上附Φ10的密格钢筋网,网格尺寸@10cm×10cm,拱架内侧全部挂模,拱架外侧分别从压顶梁向上至1/3弧长范围挂模,然后采用混凝土汽车泵或拖泵浇筑护拱混凝土。 拱架施工。I22a工字钢通过型钢弯曲机一次弯曲成型,弯曲半径(内径)7.35m,根据施工需要适当截取拱架长度,本工程中,将上半断面拱架等长分为三节,单节下料长度7.77m,两端焊接钻Φ29孔连接板(尺寸为26cm×26cm,厚度1.4cm)。利用开挖预留的核心土作为操作台安装拱架,架立过程中,先将与压顶梁连接的两节拱架简单固定,再将中间节拱架与上述两节用螺栓连接,两片连接板间加入橡胶垫片,将三节拱架连接完好;然后,进一步准确调整拱架位置和角度,让两拱脚落在压顶梁预埋钢板上,将预埋钢板和拱架连接板满焊连接。
拱架之间用Φ25钢筋纵向连接,连接筋环向间距50cm。在两榀拱架中间位置布Φ25的环向钢筋,使之与纵向连接筋形成@50cm×50cm的大格钢筋网。然后在大格钢筋网上敷挂@10cm ×10cm的钢筋网片,网片间搭接不少于两个网格,保证网片的整体性。 护拱施工采用木模板,宽度为15～20cm,长为4m或5m。利用钢拱架自身稳定性,辅以钢筋、扎线等将模板固定在拱架上。挂模范围:拱架内侧及拱架外侧分别从压顶梁向上至1/3弧长处,同时必须保证内外模间距不小于60cm。为避免浇筑混凝土时模板缝大量漏浆,安设模板时必须紧密,过大的缝隙必须提前用锚固剂或水泥砂浆封堵。 混凝土浇筑前,在拱圈内侧要采取钢管撑等必要的支撐措施,增加施工段拱架的整体稳定性。混凝土强度C30,施工过程中,严格控制水灰比,塌落度尽量控制在输送混凝土的下限10～13cm之间。避免混凝土离析,大量浆液从模板缝渗漏出去。浇筑过程中要加强振捣,确保混凝土密实。同时必须注意采用对称浇筑方式,两侧混凝土高差要控制在0.5m以内,避免单侧混凝土压力过大导致拱架失稳。 2.2.6 C20片石混凝土回填 明挖段护拱施工完成,达到一定的强度后即可进行片石混凝土回填施工。考虑到回填时不出现偏压,确保护拱结构的安全,片石混凝土也要对称回填,将拱圈两侧高差控制在0.5m～0.8m范围内,单层回填厚度不要超过1.0m。为避免抛填的片石直接砸到护拱,在护拱拱圈向外015m范围不回填片石。回填片石采用机械配合人工抛填,片石之间要留有空隙,让混凝土将片石完全包裹,为保证回填段路基路面质量,控制抛填片石量不要超过回填总量的25%。回填高度至高速公路路面标高下70cm。 2.2.7 路面结构施工 该高速公路设计方提供设计资料显示路面结构层(自上而下):细粒式SBS改性沥青混凝土(4cm)+中粒式SBS改性沥青混凝土(6cm)+连续配筋钢筋混凝土(30cm)+贫混凝土(20cm)+水泥稳定沙砾(h)。因我方C20片石混凝土回填已至高速公路路面标高下70cm,为避免路面结构与隧道结构的刚性连接,将20cm厚的贫混凝土层调整为水泥稳定沙砾,作为缓冲减力层。 钢筋混凝土搭板(连续配筋)施工。钢筋混凝土搭板设计长度为100m,宽为10.5m,厚度为30cm,在搭板两端各设置一长8m、宽10.7m、厚30cm的过渡搭板。搭板中设置Φ20的纵筋(间距20cm)和横筋(间距30cm),单层布置,纵筋位于横筋之上,距混凝土板面12cm;过渡搭板为双层钢筋,纵筋Φ22(上层间距23cm,下层间距21cm),横筋Φ16(间距25cm)。 为减小施工干扰,搭板采用半幅施工方案。复测基底标高,按要求铺设钢筋网;精测I28槽钢滑道,用插入式振捣棒配合震动梁摊铺搭板混凝土。施工过程中,按要求设置胀缝和缩缝,认真埋设传力杆和拉杆,待混凝土达到20～30%强度后按要求切缝,并填筑填缝料。为保证沥青混凝土和搭板间刚柔有效结合,混凝土施工完成后,及时对混凝土板面进行拉毛处理。 3.结束语 某隧道采用暗挖和护拱盖挖相结合的方法,通过超前支护、施作护拱和路面钢筋混凝土搭板等多种技术手段,成功浅埋穿越了高速公路。已经通车试运营,截至目前,该段高速公路结构稳定,无反射质量病害。监控量测数据表明,该下穿段无明显的沉降或变形。因此,铁路隧道在工期紧、任务重的情况下采用上述方案浅埋穿越施工中的高速公路是比较成功的。该方法的成功应用,为类似隧道工程施工提供了宝贵的经验。
关键词:铁路隧道 浅埋下穿高速公路 控制要点
工程
该隧道位于四川省境内，该隧道在改DK186+295～隧道出口为5‰的上坡,在改DK186+385191下穿施工中的某高速公路(公路里程K2+273106),该高速公路与铁路隧道的平面夹角为146°56′30″,下穿处高速公路路面设计高程914.80,铁路路肩设计高程900.54,高差14.26m ,运营时隧道净埋深4.73m ,目前隧道实际开挖埋深仅为1.79m。因该段高速公路为半填半挖路基,隧道与之小角度相交,分别在填方和挖方边坡出现了明显的偏压现象,也加长了下穿段长度,经准确测量下穿段里程为DK186+315～DK186+440 。隧道下穿施工中的高速公路线段地质条件较差,均为V级加强围岩,围岩为新黄土,软弱浅埋,自承能力极差,隧道部分段落要从施工中的高速公路路基填方中穿过,同时受在高速公路上施工机械、通行车辆的影响,洞身开挖后围岩的稳定性更差,且高速公路运营后,多为载重煤炭运输车辆,为此施工中必须严格控制地表沉降,必须采取较为稳妥的施工方法,确保隧道的施工安全、高速公路正常施工及行车安全。 2、施工方案的实施及控制要点 2.1 暗挖段施工和控制要点 2.1.1 超前支护施工 一般隧道施工中,仅在洞口施作大管棚,洞内即使设计了,多以小导管代替,考虑到浅埋实际情况,该隧道坚持采用了超前管棚方案。超前大管棚与钢拱架组合的棚架作用,可以避免隧道拱部坍塌,并能有效抑制高速公路地表沉降。隧道下穿高速公路段拱部设置Φ159大管棚,管棚长度18m(分节长度9m),环向间距3根/m,搭接长度3m。由于隧道覆盖层较薄,在管棚施工时严格控制钻孔外插角,一般控制在1°～3°。以防止穿顶。 为保证施工安全,在大管棚的两个钢管之间加设Φ42超前小导管加强支护,并进行注浆加固地层。小导管采用Φ42钢管(t-3.5mm) ,环向间距3根/m,外插角度5°～8°,2倍钢架间距设置超前小导管。 在超前支护施工过程中要尽量少扰动土体,避免高速公路路基的坍塌,确保施工安全。 2.1.2 开挖施工 下穿高速公路暗挖段采用CRD法进行开挖。
(1)为确保施工安全,上导坑(1、3部)的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距015m ,下部(2、4部)的开挖依据上导开挖拱架间距控制。仰拱(5部)一次开挖长度依据监控量测结果、地质情况综合确定,一般不宜大于3m。 (2)中间支护系统的拆除 中间支护系统的拆除时间应考虑其对后续工序的影响,通过围岩监控量测进行确定。当围岩变形达到设计允许的范围之内,并在严格考证拆除的安全性之后,方可拆除。同时要注意后续作业的及时跟进。 如围岩稳定条件满足设计要求,临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除,一次拆除长度依据仰拱浇筑长度确定(一般为2～3m)。 中隔壁混凝土拆除时,要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土,以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土,临时钢构件采用气焊烧断。 2.1.3 初期支护 初期支护采用I22a工字钢钢架支撑+钢筋网+ 喷射混凝土+系统锚杆组成的复合式初期支护。其中边墙采用L=4m的Φ22mm的砂浆锚杆,拱架间距50cm,Φ8钢筋网间距20cm*20cm,C25初支混凝土厚度为30cm,该段支护参数明显高于其它隧道同等级围岩参数,目的在于加强初期支护体系的支撑强度确保施工安全。 拱部钢架必须用纵向托梁32槽钢进行支垫以增加钢架底脚的承力面积,并设置Φ42锁脚锚管(L=4.0m)将钢架两底脚牢固锁定,以防止钢架下沉或两底脚回收。必要时,下导开挖后仰拱施工前加设临时仰拱,避免初期支护收敛变形。 2.2 明挖段施工和控制要点2.2.1 高速公路路基开挖 灌注桩顶面标高在隧道圆心下方1.6m处,桩顶面处开挖宽度(垂直隧道轴线方向)为19.54m,按照1∶0.5的坡比,根据埋深在高速公路路基放出开挖边线。开挖过程中注意预留核心土,以方便护拱的挂模施工,并为护拱混凝土浇筑提供必要的临时支撑点。每次开挖进尺控制为6～8m。 2.2.2 修筑临时施工平台 该平台一旦填筑完成,立即进行桩基和压顶梁施工,自然沉降时间较短,必须注意控制压实度。本工程采用一部卡特320挖掘机盘料、平料和碾压,分层厚度30cm,密排碾压,单点碾压次数不少于20次,尽可能保证压实度,避免平台明显沉降。而事实上,采用非专業的压实设备施工,压实效果不尽理想,沉降是不可避免的,故填筑平台顶面要预留10-12cm沉降量。 2.2.3 桩基施工 精确测量桩位,在桩位测量时必须适当加大桩到隧道轴线的距离,避免因扩孔、偏孔等因素导致桩基侵入隧道二次衬砌界限。复测平台基面标高,根据桩顶标高和原地面标高,复核桩长,确保灌注桩桩底没入原状土深度不小于0.4倍桩长,确保灌注桩在水平方向的稳定性。 充分考虑钢筋的搭接和损耗,按照实际桩长进行Φ25主筋和Φ8箍筋下料,焊制钢筋笼:主筋间距21.6cm;箍筋间距30cm,钢筋笼焊接过程中,一定要保证钢筋搭接长度和焊接质量,同时注意成品保护,避免锈蚀和变形。加工钢筋笼时一定要充分考虑桩基与压顶梁的妥善连接,必须保证桩基钢筋深入压顶梁,深入长度不小于35d(d为钢筋直径) 。 2.2.4 压顶梁施工 压顶梁实际就是条形承台基础,施工工艺与桥梁承台相近。测量放线—基坑开挖—桩头剔凿—浇筑混凝土垫层—钢筋绑扎—架立模板—混凝土的浇筑及养护。 压顶梁中为Φ25主筋、Φ10箍筋和Φ10钩筋,上下顶面主筋间距为21cm,侧面主筋间距为18.4cm;箍筋和钩筋间距为30cm。 压顶梁作为隧道初期支护的一部分内侧模板定位必须准确,到隧道轴线的距离严格按照隧道净空半径+衬砌厚度+预留变形量来控制,距离过小,会入侵二衬;过大,护拱拱架将无法与之正常连接。另外,部分梁体在回填平台上施工,土质相对松散,模板不适宜支撑加固,故该处模板主要采用拉杆加固。 2.2.5 护拱施工
明洞护拱用I22a工字钢作为主架,拱架间距1.0m,辅以Φ25的大格钢筋网,网格尺寸@50cm×50cm,上附Φ10的密格钢筋网,网格尺寸@10cm×10cm,拱架内侧全部挂模,拱架外侧分别从压顶梁向上至1/3弧长范围挂模,然后采用混凝土汽车泵或拖泵浇筑护拱混凝土。 拱架施工。I22a工字钢通过型钢弯曲机一次弯曲成型,弯曲半径(内径)7.35m,根据施工需要适当截取拱架长度,本工程中,将上半断面拱架等长分为三节,单节下料长度7.77m,两端焊接钻Φ29孔连接板(尺寸为26cm×26cm,厚度1.4cm)。利用开挖预留的核心土作为操作台安装拱架,架立过程中,先将与压顶梁连接的两节拱架简单固定,再将中间节拱架与上述两节用螺栓连接,两片连接板间加入橡胶垫片,将三节拱架连接完好;然后,进一步准确调整拱架位置和角度,让两拱脚落在压顶梁预埋钢板上,将预埋钢板和拱架连接板满焊连接。
拱架之间用Φ25钢筋纵向连接,连接筋环向间距50cm。在两榀拱架中间位置布Φ25的环向钢筋,使之与纵向连接筋形成@50cm×50cm的大格钢筋网。然后在大格钢筋网上敷挂@10cm ×10cm的钢筋网片,网片间搭接不少于两个网格,保证网片的整体性。 护拱施工采用木模板,宽度为15～20cm,长为4m或5m。利用钢拱架自身稳定性,辅以钢筋、扎线等将模板固定在拱架上。挂模范围:拱架内侧及拱架外侧分别从压顶梁向上至1/3弧长处,同时必须保证内外模间距不小于60cm。为避免浇筑混凝土时模板缝大量漏浆,安设模板时必须紧密,过大的缝隙必须提前用锚固剂或水泥砂浆封堵。 混凝土浇筑前,在拱圈内侧要采取钢管撑等必要的支撐措施,增加施工段拱架的整体稳定性。混凝土强度C30,施工过程中,严格控制水灰比,塌落度尽量控制在输送混凝土的下限10～13cm之间。避免混凝土离析,大量浆液从模板缝渗漏出去。浇筑过程中要加强振捣,确保混凝土密实。同时必须注意采用对称浇筑方式,两侧混凝土高差要控制在0.5m以内,避免单侧混凝土压力过大导致拱架失稳。 2.2.6 C20片石混凝土回填 明挖段护拱施工完成,达到一定的强度后即可进行片石混凝土回填施工。考虑到回填时不出现偏压,确保护拱结构的安全,片石混凝土也要对称回填,将拱圈两侧高差控制在0.5m～0.8m范围内,单层回填厚度不要超过1.0m。为避免抛填的片石直接砸到护拱,在护拱拱圈向外015m范围不回填片石。回填片石采用机械配合人工抛填,片石之间要留有空隙,让混凝土将片石完全包裹,为保证回填段路基路面质量,控制抛填片石量不要超过回填总量的25%。回填高度至高速公路路面标高下70cm。 2.2.7 路面结构施工 该高速公路设计方提供设计资料显示路面结构层(自上而下):细粒式SBS改性沥青混凝土(4cm)+中粒式SBS改性沥青混凝土(6cm)+连续配筋钢筋混凝土(30cm)+贫混凝土(20cm)+水泥稳定沙砾(h)。因我方C20片石混凝土回填已至高速公路路面标高下70cm,为避免路面结构与隧道结构的刚性连接,将20cm厚的贫混凝土层调整为水泥稳定沙砾,作为缓冲减力层。 钢筋混凝土搭板(连续配筋)施工。钢筋混凝土搭板设计长度为100m,宽为10.5m,厚度为30cm,在搭板两端各设置一长8m、宽10.7m、厚30cm的过渡搭板。搭板中设置Φ20的纵筋(间距20cm)和横筋(间距30cm),单层布置,纵筋位于横筋之上,距混凝土板面12cm;过渡搭板为双层钢筋,纵筋Φ22(上层间距23cm,下层间距21cm),横筋Φ16(间距25cm)。 为减小施工干扰,搭板采用半幅施工方案。复测基底标高,按要求铺设钢筋网;精测I28槽钢滑道,用插入式振捣棒配合震动梁摊铺搭板混凝土。施工过程中,按要求设置胀缝和缩缝,认真埋设传力杆和拉杆,待混凝土达到20～30%强度后按要求切缝,并填筑填缝料。为保证沥青混凝土和搭板间刚柔有效结合,混凝土施工完成后,及时对混凝土板面进行拉毛处理。 3.结束语 某隧道采用暗挖和护拱盖挖相结合的方法,通过超前支护、施作护拱和路面钢筋混凝土搭板等多种技术手段,成功浅埋穿越了高速公路。已经通车试运营,截至目前,该段高速公路结构稳定,无反射质量病害。监控量测数据表明,该下穿段无明显的沉降或变形。因此,铁路隧道在工期紧、任务重的情况下采用上述方案浅埋穿越施工中的高速公路是比较成功的。该方法的成功应用,为类似隧道工程施工提供了宝贵的经验。