务塘隧道下穿既有线关键施工技术研究

高启战　康少博　高晓悦

【摘 要】 南广铁路务塘隧道于广西境内藤县天平镇陶村东南侧下穿既有洛湛铁路，隧道结构顶距离益湛铁路轨面最小距离仅有1.72m，经现场勘查，本工程施工复杂、不确定因素多、安全风险高，施工难度大。现场施工工艺主要采用D24型施工便梁整体架空既有铁路，然后对便梁底部进行整体托换加固，再进行下部明挖施工，顺利的通过了浅埋段下穿施工，取得了成功。

【关键词】 铁路；下穿既有线；托换明挖现浇；预制顶进

【Abstract】 The WuTang tunnel from Nanning to Guangzhou is located in the southeast of Tengxian Town. It is Undercrossing the existing Luozhan railway. The distance from the top of the tunnel structure to that of the Yi Zhan railway is only 1.72m， Through field investigation， the construction of this project is complicated， uncertain factors， high safety risk and difficult construction. The construction technology of the site mainly adopts the D24 type construction beam and the existing railway. The underpinning of the bottom of the stool is strengthened by underpinning， and the lower part is open cut. The successful construction of the shallow buried section is successful.

【Key words】 Railway；Under existing line；Care for digging pouring poured；Prefabricated top

1. 工程概況

（1）务塘隧道位于南广铁路广西境内藤县天平镇陶村东南侧，隧道进口里程K320+391.45，出口里程K320+413.45，全长22m，为双线隧道。务塘隧道下穿既有洛湛铁路线，既有洛湛铁路线为曲线段的单线铁路，务塘隧道左线线路中线与洛湛铁路线路中线夹角为56°41′46″，交叉点处南广铁路中心里程为IDK228+233.622，务塘隧道施工对既有洛湛线的影响里程范围为K412+062.628～+105.808，隧道结构顶板距既有线轨底部的最短距离只有1.72m。

（2）务唐隧道地处丘陵地区，地形起伏比较大，最大高差约23m，植被发育得比较茂盛。隧道施工主要穿越粉质黏土及全-强风化粉砂岩。

（3）由于本地区大气降水丰富，植被良好，砂岩透水性较好，在雨季施工过程中，有可能出现渗水，地下水水位埋深丘间洼地0-2m，水质良好，对砼无侵蚀性。

2. 施工方案

（1）隧道洞身段主要穿越粉质黏土及全-强风化粉砂岩，围岩稳定性比较差；且隧道结构顶板距既有线轨面底部的最短距离只有1.72m，施工对既有线路安全性及运营影响较大。若隧道开挖方法和支护参数设计不合理，则很容易出现地面沉降和基坑坍塌等工程事故。

（2）采用传统隧道掘进支护方法施工，没有足够的空间来施做超前管棚和进行土层注浆，施工难度大，风险高。国内目前类似工程施工方案主要采用主动托换技术和预制顶进技术。

（3）主动托换技术是指在将被托换体系载荷转移到新桩和托换体系上，对新桩和托换体系施加载荷，以部分消除托换完成后桩基与托换体系长期沉降变形的时间效应，同时对托换结构上部的荷载合变形进行主动的调控。[1]在原有承重结构的基础上，对桩和托换结构施加荷载，将上部荷载转移到托换结构上，以此来减少上部结构的沉降，同时通过预压载方法，可以减小桩和托换结构的变形，以满足建筑物的变形控制要求。

（4）预制顶进技术是指利用顶进设备将预制的箱形或圆管形构造物逐渐顶入路基，以构成立体交叉通道或涵洞的施工方法。

结合本项目具体工程实际，对上述两种技术的施工工期、施工环境、经济效益、技术难度进行比较，见表1所示。

3. 施工工艺

3.1 工艺特点。

（1）务塘隧道下穿既有线部分采用主动托换技术，通过D便梁将列车荷载进行托换，直接采用明挖矩形断面的方式对隧道进行挖掘，现浇隧道主体砼，避免了大断面顶进施工，为快速穿过既有线浅埋地段创造了条件。用便梁来架空施工线路，并且对便梁进行加固，保证其在水平和竖向不产生较大位移，并且不产生转动。为了保证对变形的控制要求，在托换之前，需要对桩和托换结构进行加载，起到一个预应力的效果。保证了由于托换梁由于刚度不足而受弯或者产生较大的沉降。

（2）在桩基托换工程中，建筑物的梁柱节点是影响托换工程是否成功的关键，在这一类工程中，建筑物的梁柱处受力最大，也比较复杂，怎样加固是一大技术难题。[2]在本工程中，采用千斤顶加载的办法，多梁先进行支撑，然后采取托换措施，对梁进行加固，特别是在梁柱的节点处应当采取严格的加固措施，保证施工的顺畅及施工的安全。

3.2 隧道下穿既有线托换与加固施工技术。

3.2.1 挖孔桩施工工艺流程。

测量放线、定位、验线 → 检查桩位置与标记 → 对第一节桩进行开挖，并做好挖后土方的处理工作 → 制备第一节护壁的钢筋笼和浇筑桩身混凝土 → 调试垂直运输架、吊土桶、吹风机、潜水泵，照明设备等施工装备，确保在施工时都是完好无损的 → 重复以上的第一节桩的开挖、钢筋笼制备以及桩身混凝土的浇筑工作，并不断循环 → 入岩的施工 → 检查桩底持力层是否满足承载力的要求，合格后对桩按照桩扩孔要求进行扩底施工 → 排查验孔 → 先清理虚土后排除孔底积水 → 终孔的验收 → 底部用混凝土封底 → 下钢筋笼 → 钢筋笼隐蔽验收 → 桩芯混凝土的浇筑 → 桩芯混凝土养护并进行桩身合格检测

3.2.2 既有线加固。

（1）准备工作。

在既有线限速慢行的情况下，施作支墩人工挖孔桩，共4根，开挖至设计位置后，计时下放钢筋笼，浇筑混凝土。[3]待桩身混凝土达到设计强度后，清除桩顶浮浆，安装便梁预埋件，在便梁厂家技术指导下进行，确保安装精度。

（2）架空段线路加固。

便梁架设应利用“天窗”时间，将便梁运至线路两侧备用。在列车慢行条件下，利用“天窗”时间，将枕木按照670mm左右的间距进行放置。 将纵梁放在两侧便梁的支墩上，为了方便抽换枕木，可以将另外的纵梁放置在枕木上，以此来提升垫入的高度。对于受影响道的就有线结构，在进行下穿隧道施工时，应当用整体加固的方式对隧道进行加固。[4]选用2根 D型梁对纵梁进行架空处理，这样可以通过架空措施将荷载转移到挖孔桩上，起到了托换的作用，保证了隧道的稳定。

（3）D型施工便梁安装。

施工便梁支撑桩混凝土达到强度要求后，根据施工方案向车站要封锁计划，做好人员及施工准备，要确保在封锁行车时间内，完成施工便梁安装工作，然后扒除枕间道碴并穿入横梁。将纵梁两端头的道碴清除，采用吊车将纵梁就位，并安装联接板及牛腿，此时钢轨扣件可临时松开，待纵梁及横梁连接完毕后再固定钢轨扣件。安装斜杆及所有联结系统，挡碴件等绝缘垫，保证连接牢固并做到安全绝缘。

（4）D型施工便梁两端延长线路加固。

施工计划审批，慢行点开始后扒除纵梁设置范围内道碴，搭设枕木垛。所有加固纵横联接，所有联结件都必须上紧，以保证架空器材成为一个均匀的承力载体，提高加固的安全度。[5]通过计算荷载来得出D型施工便梁两边延长架空的加强长度，每侧的纵梁用工字钢来设置，利用22U型卡来加强。安装横梁时使用1～2扣轨，设置在混凝土轨枕间，扣件也必须安装好，橡胶垫板也要放置好。所有的加固工作结束后，再对D24施工便梁开始安装。

（5） 光电缆迁移及防护。

使用钢管来保护部分需要防护的光缆，裸漏在外面的区域，通过切割成两部分的钢管包围起来，避免遭到意外损坏，在全部工程施工结束后，各光电缆需要安置好。

3.3 加固完成后主体开挖施工技术。

3.3.1 洞身基坑开挖、支护。

通过对开挖边线而且还有征地红线的分析，首先要处理好出入口路堑顶排水设施，隔断铁路两边的排水沟，确保开挖边坡和基坑不受到地表水的严重影响。开挖路堑坡的出入口时，施工顺序为自上而下，首先挖到与原有线路肩路一样高的地方（前一级台阶标高处），当前一级边坡结束后，对于防护措施也必须做好，对于上一级边坡，它的防护措施也要做好，原有线路的加强工作全部完成后，下一步开始对基坑开始处理。由于开挖过程中边坡不太稳定，为了保证稳定完好，并且达到“早封闭”的目标，所以选取了“预留核心土”的开挖方法，对于侧面的刷坡先进行开挖，喷锚支护措施结束后，接着对中间的土进行开挖，喷锚支护的平台可以使用中间的预留部分的土。[6]

3.3.2 洞身主体施工。

采用整体施工的方法对隧洞正洞主体进行施工，浇筑分三个阶段进行，第一层浇筑底板及边墙下斜角处，接着浇筑第二层，即侧墙的浇筑，浇筑的高度要按照从上至下的方式。第三层浇筑顶板。[7]按设计要求完成垫层施工并检验合格后即可测量定位，进行底板钢筋的绑扎及模板的安装。在绑扎底板钢筋的时候，还有两边墙的竖筋也必须绑好，要使用合适的定位措施，把上下层钢筋还有边墙钢筋全部都要固定好，同时还要做好下部钢筋的支护，底部钢筋的保护层厚度也要达到规范要求。

4. 结语

（1） 下穿既有铁路给在建工程造成施工难度大、安全风险高的困难，同时还会影响既有铁路顺利运营，南广铁路中务塘隧道下穿益（洛）湛鐵路，采用托换技术顺利通过浅埋段下穿施工，相对于传统的隧道掘进方法节省了时间和资金。

（2） 对本工程托换技术的关键施工过程进行详细分解，阐述了与各施工步骤相对应的施工工艺，为以后的下穿既有线工程项目提供一定的借鉴意义。

参考文献

[1] 柴玉国. 既有线路改造中主动托换法的施工应用研究[J].中国地质大学（北京），2010.

[2] 张焱.隧道穿越既有线托换施工中的微沉降技术应用研究[D].中国地质大学（武汉） [J]，2009：12～18.

[3] 郑心.明挖基坑下穿桥梁动载作用下桩基托换技术研究[D].西南交通大学，2014.

[4] 贾强， 李岩， 张鑫，等.桩梁式托换技术有限元分析[J].山东建筑大学学报，2012：10～15.

[5] 娄国充.铁路隧道下穿既有路基沉降规律及控制标准研究[J].北京交通大学，2012.

[6] 姜忻良，王振军. 盾构法隧道施工工序对地表既有铁路的影响分析[J].建筑结构，2013：10～15.

[7] 张庆.地铁盾构隧道下穿高速铁路引起路基变形数值分析[J].铁道勘察与计，2014：11～15.

[文章编号] 1619-2737（2018）01-15-620