務塘隧道下穿既有鐵路設計與施工

李 樂

(中鐵隧道勘測設計院有限公司，天津 300133)

隨著我國鐵路的快速發展，不可避免地需要下穿已建成的鐵路或公路。目前，下穿既有線的方法主要有頂進法和暗挖法，但是由于南廣鐵路務塘隧道受線路、地質的影響，施工場地的限制，務塘隧道采用明挖法施工，并取得了成功。本文重點介紹了務塘隧道的設計、施工方案及施工過程中的相關技術，為以后類似工程設計、施工積累了經驗。

1 工程概況

務塘隧道為南廣鐵路工程項目，位于廣西壯族自治區境內藤縣天平鎮陶村東南側，進口里程IDK228+222，出口里程IDK228+244，隧道全長22 m。隧道位于直線段上，隧道內縱坡為單面上坡，坡度為5.8‰，坡長1 590 m。本隧道從已建洛湛鐵路線下方通過，與既有鐵路線夾角為56°41'46″。既有洛湛鐵路線左側道砟肩高程為58.069 m，右側道砟肩高程為58.030 m，兩側設置排水溝，左右側溝底高程為56.57 m;本線隧道進口軌頂高程為47.726 m，出口高程為47.853 m。隧道地處低山丘陵區，地形起伏較大，山體經過開挖，最大高差約23 m，植被較發育。洞身主要穿越以下地層:①1粉質黏土(Q4el+dl)，層厚1.0～1.5 m;②1粉砂巖(K1):層厚0～6.0 m;②2粉砂巖(K1):層厚3.0～6.7 m;②3粉砂巖(K1)。

2 設計方案

由于洞身所處地層主要為強～弱風化粉砂巖，承載力和開挖面自穩能力較好，且埋深較淺，故本隧道采用人工挖孔樁作支點，縱梁、橫梁輔以扣軌，整體架空既有鐵路，明挖法通過。施工過程中必須嚴格控制地表沉降，確保既有鐵路運營安全。

(1)洛湛鐵路下穿隧道施工受影響段落D3K412+075－D3K412+095采用整體架空加固，架空段采用D24型施工便梁，縱梁兩端支撐在人工挖孔樁上，并將橫梁與縱梁聯結為整體，扣軌扣住既有鐵路枕木，使既有鐵路所承受的載荷通過便梁傳遞至挖孔樁(圖1、圖2)。力的傳遞過程為:列車荷載→鋼軌→橫梁→D24型縱梁→挖孔樁支墩→地基。

既有線路架空加固縱梁采用2根D24型施工便梁，施工便梁每端設1根挖孔樁。根據現場實際情況，為抵消挖孔樁背后土壓力，增加縱向穩定性，挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m，D24型梁支座中心沿線路方向向挖孔樁背后偏移10 cm;挖孔樁內設置鋼筋籠，挖孔樁深入隧道底面下約1 m，長度為13.5 m，采用C30混凝土澆筑，挖孔樁平面布置見圖3。

圖2 既有線路架空剖面(單位:cm)

圖3 挖孔樁平面布置(單位:cm)

根據計算，挖孔樁支墩的深度取13.5 m、挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m，能滿足既有線運行時的荷載要求。

(2)施工便梁兩側延長架空加固長度，縱梁采用每側用2片I56a型鋼，橫梁采用I45a型鋼，縱向采用3－5－3扣軌形式加固，所有加固縱橫聯接，所有聯結件都必須上緊，以保證架空器材成為一個均勻的承力載體，提高加固的安全度。

3 施工實施方案

3.1 施工工藝流程

施工準備→申報施工計劃→搭設枕木垛→抽換枕木→扣軌→開挖便梁樁基→橫梁就位→縱梁就位→縱橫梁聯接→基坑開挖、支護→洞身結構施工→拆除施工便梁→工程驗收。

3.2 既有線加固

洛湛鐵路下穿隧道施工受影響段落采用整體架空加固，架空縱梁采用D24型施工便梁，抽換既有線混凝土枕，扣軌和橫梁承擔鋼軌，通過橫梁與縱梁聯結為整體，縱梁兩端支撐在挖孔樁上，使既有鐵路所承受的載荷通過便梁托換至挖孔樁。D24定型梁兩側延長架空加固長度8 m，每側用2片I55b型鋼作縱梁，橫梁采用1－2扣軌，縱向采用3－5－3扣軌形式加固，所有加固縱橫聯接，所有聯結件都必須上緊，以保證架空器材成為一個均勻的承力載體，提高加固的安全度。挖孔樁截面采用1.6 m×2.1 m矩形樁，孔樁內設置鋼筋籠，挖孔樁長度為13.5 m，采用C30混凝土澆筑。

(1)首先對既有線進行加固。挖孔樁兩側4 m搭設枕木垛作為臨時支墩，清理道碴并開挖至高程，枕木擺設在堅實硬土上。枕木垛布置3層，布置平面尺寸為1.2 m×1.2 m，底層按線路方向布設，并用碼釘加固。

(2)架空延長段線路加固

①便梁梁端外側既有線各80 m范圍非架空段采用縱橫梁進行加固，加固范圍內即有混凝土軌枕全部抽換為木枕。

②橫梁采用I45a型鋼，每隔1根木枕穿1根橫梁，并在路基兩側橫梁下設置2.5 m×1.2 m枕木垛(3層)支撐，橫梁間距0.9 m。采用φ22 mm U形螺栓將橫梁與吊枕聯結牢固。

③縱梁采用I56a型鋼，雙根一束布置，置于橫梁上。采用φ22 mm U形螺栓與橫梁聯結牢固。

④換下的混凝土枕整齊堆放在鐵路兩側限界外，枕木抽換完成后進行扣軌施工。

(3)挖孔樁施工

為保證土壁穩定，既有鐵路兩側的4根挖孔樁采用對角線開挖方法，待對角線兩根樁孔澆灌完混凝土之后，再進行另一對角線的挖孔樁施工。為充分保證既有鐵路的運營安全，挖孔樁下部挖擴大頭，采取短挖短護，護壁高出原地面20 cm，防止土、石雜物滾入孔內傷人。

(4)架空段線路D24型施工便梁加固

①當臨時支墩達到強度要求后，做好人員及施工準備，確保在封鎖行車時間內，完成定型梁安裝工作。

②在列車慢行條件下，利用“天窗”時間，按670 mm左右的間距，調整枕木間距，在既有線鋼軌上打下標記。

③按設計位置，先將一片縱梁就位，吊放在兩側的便梁支墩上，另一片縱梁墊高出枕木20 cm左右，以便抽換枕木。

④抽換枕木時，安裝橫梁的位置應與枕木位置一致，并與縱梁聯結件對齊。抽換橫梁應按工務規則要求“六抽一”。由縱梁兩端向中心排列抽換，抽一根枕木，塞一根橫梁，其中有一根鋼軌下需要墊大塊絕緣橡膠板，防止軌道電路短路，影響信號和行車。塞入橫梁時要對準主梁聯接板并定位，同時墊好橡膠墊，上好扣件。基坑施工影響范圍以外的軌枕可不抽出。

⑤將墊高的一片縱梁降落就位，并聯結縱橫梁。便梁及軌道件安設完畢后，利用行車間隙調整支墩墊木，使便梁全面受載加壓。

⑥逐段扒出道砟，安裝斜桿和所有聯結系統，組裝過程中，聯結板及牛腿上均應上滿螺栓，彈簧墊圈不得漏裝。

3.3 洞身及基坑的開挖、支護

既有鐵路加固后，先施作地表防排水溝，然后再開挖路肩下土體，洞身開挖采用預留核心土方法，分上下兩臺階開挖，土方采用挖掘機開挖，石方通過風鎬或破碎錘破碎后，使用挖掘機開挖，及時噴錨支護。

3.3.1 開挖

(1)開挖前先將進出口路塹頂排水溝修好，既有鐵路兩側排水溝進行堵截，原排水溝的水可流至兩端的橋下，要避免地表水對開挖邊坡和基坑產生沖刷或浸泡。

(2)進、出口路塹坡開挖必須自上而下施工，先挖至既有線路肩路高(上一級臺階高程處)，上一級邊坡開挖好后應及時將邊坡防護措施作好，作好上一級邊坡的防護工程，既有線加固完畢后，再開挖基坑土方。

(3)既有線加固后，基坑開挖為明挖，開挖邊坡為1∶0.2，呈倒梯形，開挖斷面底寬度13.92 m，頂寬度為18.84 m，開挖深度為12.29 m，開挖按上下斷面開挖，由于隧道較短，上半部挖通后，再進行落底，開挖下半部分。

(4)洞身開挖順序(表1)

(5)開挖過程中，兩側始終形成排水溝，巖縫滲水和地表水可由兩側水溝排出基坑。

(6)開挖地段設專人檢查、看守，當發現有坍塌或線路狀態有變動時，應立即采取補救措施;對行車有影響時，必須在恢復正常狀態后，方可放行列車。

表1 下穿洛湛鐵路段洞身開挖施工順序

續表1

3.3.2 支護

(1)基坑邊坡每3 m形成一個循環，開挖成型后，立即進行噴錨支護:C25噴射混凝土厚20 cm、L=5.0 m砂漿錨桿、φ8，20×20 cm 鋼筋網，噴錨支護嚴格按設計和驗標進行施工，每一道工序經監理檢驗合格后，再進行下一循環施工。

(2)在基坑挖好后，為防了止基坑因火車通過時而發生擾動，導致基坑坍塌、傾覆，及時施作了內支撐，內支撐采用了10根φ609×14 mm的焊接鋼管，分2道布置。

3.4 洞身結構施工工序

鋼筋的加工及綁扎→立模板→澆筑混凝土。

3.5 施工安全保障措施

(1)施工前，應先做好邊坡的防排水設施，并及時做好邊坡防護工程，既有線兩側水溝應進行引排保證排水順暢。

(2)施工便梁中所有聯結件都必須上緊，以保證架空器材均勻承載。

(3)對既有軌道和圍護結構進行實時監測，根據監測結果來調整施工工藝、工序及方法，優化設計施工，確保列車安全運營和施工安全。

(4)基坑開挖爆破時，在基坑周圍設置警戒線，采用光面爆破，爆破過程中嚴格控制藥量，嚴格控制超欠挖，爆破時應減少對圍巖的擾動，開挖后必須及時支護。

(5)為保證隧道施工順利進行，與工務、電務、供電等鐵路部門協調一致，共同維護既有鐵路的安全。

(6)自線路加固地段開始進行線路加固作業起，要求列車最高限速45 km/h，并派專人24 h防護。每通過一列車，防護員立即對加固地段線路方向、軌距及水平檢查，發現問題立即整改。

(7)現場監測。隧道施工過程中，加大了對既有線路加固工程的監測，測點加密，頻率加大，每趟列車通過時對線路及既有路基進行檢查和監測，發現異常情況，及時采取相應措施，同時加強與鐵路部門的協調。監控項目應包括:既有線軌道幾何參數監測;施工便梁受力監測;圍護結構水平收斂和豎向沉降量測。

4 結論

務塘隧道采取“預加固、強防護、短進尺、快封閉、勤量測”的施工原則進行施工，歷時90 d，地表沉降觀測點累計最大沉降為5 mm，水平位移觀測點累計最大水平位移為11 mm，既有鐵路路基均處于穩定狀態、基坑支護結構也未出現異常，證明采用既有線路架空加固、預留核心土方式分臺階開挖基坑，并及時噴錨支護基坑、分段澆筑洞身結構的方法是安全、可行的。

［1］中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002 鐵路隧道施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.

［2］中華人民共和國鐵道部.TZ204—2008 鐵路隧道工程施工技術指南［S］.北京:中國鐵道出版社，2008.

［3］中華人民共和國鐵道部.TB10121—2007 鐵路隧道監控量測技術規程［S］.北京:中國鐵道出版社，2007.

［4］中華人民共和國鐵道部.TB10002.1—2005 鐵路橋涵設計基本規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2005.

［5］王小戰.襄渝二線羊子嶺隧道下穿既有鐵路施工技術［J］.鐵道標準設計，2010(S1).

［6］劉斌，寧茂權.甬臺溫鐵路前黃隧道下穿高速公路設計［J］.鐵道標準設計，2008(6).