城市隧道下穿既有铁路加固施工技术探讨

2015-12-11林载庚

福建建筑 2015年8期

林载庚

(福建省第一公路工程公司福建泉州 362000)

1 工程概况

本项目工程区位于“闽东燕山断坳带”东侧与闽东沿海变质带相接触的中部，主要经历了燕山期与喜马拉雅二期构造运动，并奠定了本区地质构造基本格局。原始地貌位于海陆交互地段，地貌单元主要由海湾滩涂和残积台地组成。项目附近铁路线复杂，铁路货场多、农田多，环境保护须贯穿于项目各个组成部分。隧道采用双向四车道行车标准，围岩级别为Ⅴ级，按新奥法原理组织施工。该隧道线路下穿铁路货场线，从既有铁路货场下方近距离穿越，平交角约72°，铁路共有3股道，隧道顶板与铁路的最小竖向间距约13.60m，属浅埋暗挖隧道，穿越底层主要为砂质粘性土及全风化花岗岩，施工地质及外部条件较为复杂。

2 总体施工安排和加固方案

施工前成立施工筹备组，对机构设置、人员组尽早作策划;针对设计情况、工程进展及相关外部环境早作了解;对工程设备早作落实。因隧道下穿既有铁路运营线路，须先行施工洞外加固工程，再施工洞内支护加固措施。在施工洞外加固工程时应先对道床进行加固后再进行人工挖孔桩的施工，之后再采用纵横抬梁加固铁路轨道，最后再进行隧道进洞开挖施工。

隧道施工时尽量采用人工或机械开挖，需要爆破时必须采用控制爆破技术，减少对围岩的扰动，采用机械开挖，无轨运输方式，装载机配合自卸车运输。施工中加强超前地质预测预报及监控量测，及时处理分析数据，并根据分析结果及时调整支护参数。为严格控制地表及铁路沉降，保证铁路的安全、畅通，并确保隧道施工安全，从隧道洞外和洞内两个方面制定如下工程加固措施:

2.1 隧道洞外工程措施

(1)从既有铁路货场时，为确保铁路运行安全，采用3-5-3扣吊轨梁加设纵横工字钢梁加固方案，吊轨梁采用P50kg/m旧轨，吊枕与其下枕木用U形螺栓和角钢连在一起以增加其整体性。

(2)在隧道施工期间应对列车限速，以保证列车运营安全。对铁路布设严密的监控网，加强施工期间铁路路基、轨道的沉降变形监控量测工作，严格监视各项控制指标的变化，把施工过程中的动态变化始终纳入可控的管理体系之中，以便随时采取补救措施。

2.2 隧道洞内工程措施

(1)为确保安全，隧道施工时采用CRD法进行开挖，在拱顶采用加钢筋笼单层Φ159×6mm超前长管棚，中间再设置Φ42×3.5mm超前小导管，以便于对隧道开挖轮廓线以外注浆。超前长管棚可有效支承临空的岩体，减少对围岩的扰动，控制洞顶沉降。

(2)为维持开挖面的围岩稳定，防止掌子面坍塌，在穿越残积砂质粘性土等软弱围岩段落中采用全螺纹纤维增强树脂锚杆对掌子面进行超前支护。

(3)隧道开挖后立即架设初期支护，并用纵向钢筋将钢支撑连成整体。初期支护背后及时回填注浆，以减少地层沉降变形。

(4)施工期间应对洞内拱顶沉降、净空收敛等加强监控，制定详细的信息传递系统、施工应急预案。并根据量测数据及现场实际情况，及时施作二次衬砌结构。

(5)当隧道基底未修正地基承载力不足设计要求时(一般为250kPa)，需进行基底注浆加固处理。采用Φ50注浆钢花管进行注浆加固，梅花型布置，具体长度及间距可根据设计或实际地质情况进行设置。

3 施工工艺

先根据设计资料进行测量放样，并与铁路等相关部门沟通协调列车限速后，开始施工挖孔桩。具体施工工艺为:人工挖孔桩→架空加固左线→施工左线隧道→架空加固右线→施工右线隧道→拆除加固便梁→铁路线路恢复，具体施工工艺流程如(图1)。

图1 便梁施工工艺流程图

3.1 人工挖孔桩

图2 铁路货场线加固平面图

(1)按照设计要求确定好孔位后再进行开挖。为防止临时支墩开挖时塌孔，施工时首先对既有线道床进行加固。加固方法:挖孔桩施工时每处采用长1.0～1.5m、直径50mm的钢钎3根，在轨枕端头按间距1.5m打入路基面0.5～1.0m以下。在钢钎与线路间顺线路方向设置2.5m的挡板，将道碴堆放与道床与挡板间。钢钎、挡板、道碴任何时候不得高于轨面。

(2)道床清理加固后进行开挖支点孔桩，圆形支点桩采用以预制的钢筋混凝土套管护壁防护;每个预制钢筋混凝土护壁厚18cm。孔桩开挖时每0.5m一个循环作业，并在0.6m时所定进口，在开挖第一循环时(挖深0.5m)在孔口做成锁口，锁口高于路基面0.3m以防道碴、杂物及孔内进水。挖孔桩挖至要求深度后，灌注孔桩混凝土。

(3)支墩施工时要求顶面平整，并养护达到设计强度后分别在其上设置一层枕木垛，铺设方法为枕木垂直线路方向铺设，每根枕木横向必须用扒钉与相邻枕木连成一个整体，并铺设牢固，枕木上设置20mm厚钢垫板。支墩顶面预埋2根直经30mm的防移固定钢筋，下部与支点钢筋笼焊连在一起，上部用U型卡、螺栓和扁铁扣件将便梁固定，防止钢梁纵横位移。

3.2 线路架空加固

(1)线路架空施工期间，列车慢行以45km/h通过施工地段。其线路加固范围内既有混凝土轨枕须全部抽换成木枕，吊轨梁采用I63c工字钢，四根一束置于横梁上，I45a工字钢做横抬梁，其间距按0.6m进行布置，中间布置一根枕木，采用 3-5-3扣P50kg/m钢轨。

(2)在轨道的枕木空中横穿I45a工字钢作为横抬梁，用U型螺栓兜住I45a工字钢，并和角钢连在一起以增加其整体性。

(3)纵梁就位:纵梁由汽车运输到现场起吊就位后，在孔桩顶部搭设枕木，用齿条压机将便梁调整到位。

(4)横梁就位连接:慢行开始后，将架空地段的混凝土枕部分行间距调整，为横梁提供位置。并对架空段及前后20m线路安设轨距杆进行加固。

图3 纵横抬梁加固横断面图

图4 线路加固立面图

(5)横梁顶面应与钢轨底面齐平，穿钢横梁前先扒除道碴，扒除道碴按照“隔六抽一”的原则进行，装设一根横梁，在横梁同轨底间垫设绝缘橡胶垫以防连电，由纵梁两端向中心进行装入横梁，首先将纵梁与钢枕按定型图纸连接，再用便梁配套的专用钢轨扣件将横梁同钢轨连接固定，将纵横梁连接螺栓及斜杆等附件全部装设牢固，而后详细检查线路轨距、水平、高低、轨向，对超标处应及时进行调整。

3.3 隧道施工

(1)隧道施工采用新奥法原理施工，其施工严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则组织施工，施工中加强超前地质预测预报及监控量测，及时处理分析数据，并根据分析结果及时调整支护参数。

(2)为加快施工进度，长管棚施工可采用大引导孔和棚管钻进相结合的工艺，即先钻大于钢管外径的引导孔，然后利用钻机的冲击和推力(顶进管棚时凿岩机不使用回转压力，不产生扭矩)将安有工作管头棚管沿引导孔顶进，逐节接长管棚，直至孔底。最后配制水泥浆液进行注浆。

(3)暗挖浅埋段隧道均为Ⅴ级围岩采用CRD工法，对围岩沉降变形控制严格，开挖的每一步都用临时仰拱封闭成环，有利于围岩稳定，保证施工安全。CRD法开挖时，上部采用小型挖掘机，并保证设备作业空间在下部未开挖的土层上。加强施工过程动态管理，加强洞内、洞外沉降观测，根据量测结果，随时发现失控点，及时采取补救措施，进行动态管理，以确保隧道施工及铁路运营安全。初期支护及二次衬砌在此不再详细描述。

3.4 拆除架空便梁恢复铁路线路正常运营

拆除架空便梁恢复铁路线路正常运营隧道施工完待强度达到设计要求后，按照“先装后拆，后装先拆”的原则，进行拆除。拆除横梁时，必须将预先备好的道碴回填至枕盒，加强养护，直至线路慢行结束，列车常速运行线路无下沉、横向位移等不良变化为止。

4 监控量测

4.1 监测的总体要求

监测根据设计文件和周围环境特点编制监测方案，监测方案报相关单位审批后实施。监测贯穿于孔桩土方开挖及下穿隧道施工全过程，人工挖孔桩施工前对周围环境作一次全面调查，记录观测数据初始值，以便与施工过程中监测结果进行比较。施工期间一般情况下每天观测一次，如遇位移、沉降及其变化速率较大时，则增加监测频次。

4.2 监测内容及方法

隧道洞内监测采用隧道洞内监控量测的内容及方法进行，在此主要介绍铁路轨道沉降、隆起、道床剥离和开裂等指标。监测时间从测试埋设之日起至隧道施工结束且各项目测试数据基本稳定之日止，采用水准仪进行测量，测点按每5m一个断面进行布置。监测期间定期定人进行观测，在孔桩开挖及隧道施工期内每天观测一次。当测试点数据达到控制值或者变形速率较快时，根据需要增加观测次数，必要时进行不间断的连续监测。

4.3 主要变形控制指标和预警值

虽然施工期间列车已限速至45km/h，但为确保列车运营和隧道洞内施工安全，在进行监测时须随时比较测量结果是否超过变形预警值和控制值。主要控制指标、预警值和控制值见(表1):

表1 铁路路基和轨道结构沉降变形预警值和允许值 mm

5 施工注意事项

(1)与铁路产权部门进行沟通，在挖孔桩施工和隧道施工期间列车限速至45km/h，直至工程主体完成，恢复铁路正常运营为止。

(2)施工期间应派专人进行监护，每次列车通过前应停止施工，列车通过后必须进行及时检查，做到及时发现问题随时解决，保证线路标高、各构件连接可靠。

(3)施工前对地下结构物、管线埋设进行探测，对地下电缆管线进行防护。根据施工调查，对线路两侧的电缆管线等进行施工前探测，探测前必须和电务部门、供电、铁通等产权单位签订安全协议，探测时要求产权部门必须派专人进行现场监督，严格按照产权部门的要求进行施工，用人工掏探形式，小心挖出电缆及管线，严禁用尖锐工具开挖，以免破坏电缆及管线，电缆、管线挖出后按产权部门的有关规定进行防护。

(4)若隧道开挖需采用控制爆破，爆破后应有专人巡查铁路路基是否有裂纹等不正常现象，发现问题及时联系相关部门处理。

(5)考虑管棚施工误差，因此挖孔桩与隧道结构外轮廓线的最小净间距应不小于50cm。

(6)挖孔桩顶标高应根据加固所设置的纵横梁等相关构件的相应规格参数进行确定。