重載鐵路隧道近距下穿高速公路暗挖施工技術(shù)

李 力

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100055)

重載鐵路隧道近距下穿高速公路暗挖施工技術(shù)

李 力

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司， 北京 100055)

山西中南部重載鐵路某隧道在DK503+122處下穿山西省境內(nèi)的長(zhǎng)平高速公路，高速公路為雙向四車道，寬26 m。鐵路為單洞雙線淺埋暗挖隧道，隧道斷面開挖跨度為11.3 m，隧道下穿段埋深11.5 m。如何在鐵路隧道開挖、支護(hù)施工過(guò)程中，確保高速公路的正常運(yùn)營(yíng)，嚴(yán)格控制路面的沉降、變形，是本工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)采取大管棚超前支護(hù)、CRD法開挖及監(jiān)控量測(cè)等措施，保證了高速公路的正常運(yùn)營(yíng)及鐵路隧道的施工安全。

重載鐵路 下穿 高速公路 監(jiān)控量測(cè)

1 工程概況

山西中南部鐵路通道為30 t軸重，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km。某隧道位于山西省長(zhǎng)治市壺關(guān)縣境內(nèi)，全長(zhǎng)1 789 m。隧址區(qū)為低山丘陵區(qū)，地形起伏較小，發(fā)育有溝谷，相對(duì)高差60 m左右，最大埋深42 m，地表植被發(fā)育。該隧道在DK503+122處下穿長(zhǎng)平高速公路，公路與鐵路交角為26.9°，公路寬26 m，為雙向四車道，公路路面距隧道拱頂最小埋深11.5 m，隧道凈高7.7 m，凈寬9.9 m，下穿高速公路段長(zhǎng)度為80 m。

穿越段地質(zhì)條件主要為頁(yè)巖，灰褐色—褐黃色，節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化，呈碎塊狀；頁(yè)巖夾砂巖，強(qiáng)風(fēng)化，受地質(zhì)構(gòu)造影響，構(gòu)造節(jié)理及風(fēng)化裂隙很發(fā)育，巖體破碎。地下水主要為碎屑巖風(fēng)化裂隙水、巖溶裂隙水，水量貧乏。

隧道與公路的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 鐵路隧道與長(zhǎng)平高速公路位置關(guān)系

2 工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)

本工程下穿的長(zhǎng)平高速公路，為山西省高速網(wǎng)和長(zhǎng)治市公路網(wǎng)中重要的組成部分，車流量大，車速快。為保證下穿段隧道施工期間高速公路的絕對(duì)行車安全，必須嚴(yán)格控制公路路面的沉降變形。本段隧道洞頂覆土淺，地質(zhì)條件較差，如何制定安全有效的暗挖施工技術(shù)，保證隧道施工及結(jié)構(gòu)安全，順利穿越高速公路成為本工程的難點(diǎn)。

3 施工方法及主要的支護(hù)措施

3.1 超前管棚支護(hù)

為保證隧道穿越高速公路段的隧道施工安全及公路的運(yùn)營(yíng)安全，在暗挖隧道DK503+082～DK503+162共80 m范圍，在隧道拱部132°范圍采用φ108管棚超前支護(hù)，管棚環(huán)向間距40 cm。管棚每節(jié)長(zhǎng)15 m，搭接長(zhǎng)度不小于3 m，鋼管上鉆注漿孔，孔徑10～16 mm，孔間距15 cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段110 cm。為提高管棚的整體剛度和支護(hù)效果，內(nèi)設(shè)鋼筋籠，鋼筋籠由4根φ22主筋和固定環(huán)組成。管棚施工的工藝流程如圖2所示。

圖2 管棚施工工藝流程

管棚施工前先進(jìn)行護(hù)拱施工，并預(yù)埋孔口管，長(zhǎng)管棚采用管棚鉆機(jī)鉆孔并頂進(jìn)鋼管，施工時(shí)用儀器對(duì)每根導(dǎo)向管進(jìn)行方向和角度控制，鋼管軸線與襯砌外緣線夾角1°～3°，施工中采用測(cè)斜儀精心精確定位，保證施工精度。

采用KBY50/70注漿泵進(jìn)行壓漿，漿液采用1∶1水泥漿，注漿壓力為0.5～1.5 MPa，個(gè)別注漿孔達(dá)到2 MPa，即注漿終壓達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，注漿速度應(yīng)大于5 L/min，持續(xù)10 min后結(jié)束注漿。

為提高管棚的支護(hù)效果，鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)15 cm，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過(guò)總鋼管數(shù)的50%。管棚末端必須與襯砌鋼架有效連接，形成整體。同時(shí)掌握好注漿壓力，避免造成公路路面的隆起。

3.2 開挖方法

隧道下穿高速公路段為Ⅴ級(jí)圍巖，在超前管棚支護(hù)施做完畢后，進(jìn)行隧道開挖，開挖采用CRD法施工，工序如圖3所示。

圖3 CRD法施工工藝流程(單位：m)

(1)利用上一循環(huán)架立的鋼架施做超前小導(dǎo)管支護(hù)；弱爆破開挖①部；封閉①部工作面；施做①部導(dǎo)坑周圍的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，即初噴4 cm厚混凝土，架立I18工字鋼臨時(shí)鋼架，并設(shè)砂漿錨桿；導(dǎo)坑底部平整度壓實(shí)后，施做①部臨時(shí)仰拱，安設(shè)I18工字鋼橫撐；復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度后，打設(shè)超前小導(dǎo)管并注漿。

(2)在滯后①部一段距離后，弱爆破開挖②部；封閉②部工作面；施做②部導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，即初噴4 cm厚混凝土，架立I18工字鋼臨時(shí)鋼架，并設(shè)砂漿錨桿；導(dǎo)坑底部平整壓實(shí)后，施做②部臨時(shí)仰拱，安設(shè)I18工字鋼橫撐；復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

(3)開挖③部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同①部。

(4)開挖④部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，步驟及工序同②部。

(5)在滯后④部一段距離后，弱爆破開挖⑤部；隧底周邊部分初噴4 cm厚混凝土；接長(zhǎng)初支鋼架及I18工字鋼臨時(shí)鋼架，施做支護(hù)仰拱，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

(6)開挖⑥部并施做導(dǎo)坑周邊的初期支護(hù)和臨時(shí)鋼架，步驟及工序同⑤部。

(7)逐段拆除靠近已完成二次襯砌部分8～10 m范圍的中隔墻底部工字鋼單元，澆筑Ⅰ部仰拱。

(8)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，待初期支護(hù)收斂后，拆除I18工字鋼臨時(shí)鋼架及橫撐，利用襯砌模板臺(tái)車一次性澆筑Ⅱ部襯砌。

施工注意事項(xiàng)：①堅(jiān)持“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則；②初期支護(hù)噴射混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上方可進(jìn)行下一步開挖施工；③為保證鋼架基礎(chǔ)穩(wěn)定，應(yīng)及時(shí)打設(shè)鎖腳錨桿，鋼架間采用縱向鋼筋連接；④小炮開挖或人工開挖，嚴(yán)格控制藥量；⑤臨時(shí)鋼架拆除必須在監(jiān)控量測(cè)確定圍巖變形穩(wěn)定滯后進(jìn)行，拆除時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)并做好安全防護(hù)。

3.3 襯砌支護(hù)

隧道初期支護(hù)全環(huán)噴射25 cm厚C25混凝土，全環(huán)設(shè)置鋼筋網(wǎng)，縱向鋼筋采用φ6，環(huán)向鋼筋采用φ8，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。拱墻設(shè)置錨桿，錨桿長(zhǎng)3.5 m，間距0.75 m×0.75 m。初支內(nèi)全環(huán)設(shè)置I20型鋼鋼架，縱向間距0.5 m。

隧道二次襯砌采用45 cm厚的C35鋼筋混凝土，主筋采用φ22的HRB335鋼筋，間距200 mm。

4 監(jiān)控量測(cè)及效果檢驗(yàn)

4.1 監(jiān)控量測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是“新奧法”設(shè)計(jì)施工的重要組成部分，施工須根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況實(shí)行動(dòng)態(tài)控制。為了動(dòng)態(tài)掌握圍巖的變化和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)，通過(guò)分析與判斷量測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)圍巖支護(hù)體系的穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)并據(jù)此確定相應(yīng)的施工措施，確保支護(hù)體系的穩(wěn)定及施工人員的安全。

洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置：橫斷面上在拱頂、最大跨度處、拱腳處及臨時(shí)鋼架交點(diǎn)處，布置測(cè)點(diǎn)，縱向每5 m設(shè)置一處，測(cè)量范圍DK503+070～DK503+160。

路面測(cè)點(diǎn)布置：橫斷面測(cè)量范圍為路面中線左右側(cè)各30 m范圍，測(cè)點(diǎn)間距3 m。縱向?yàn)榻徊纥c(diǎn)前后各40 m范圍設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距為5 m，靠近公路下方加密。

在隧道開挖距公路交叉點(diǎn)40 m時(shí)開始觀測(cè)，在隧道開挖到公路下方時(shí)，根據(jù)量測(cè)變化可調(diào)整至一天1到3次，待隧道通過(guò)公路，施做完二次襯砌且沉降穩(wěn)定后停止量測(cè)。

4.2 效果檢驗(yàn)

根據(jù)對(duì)高速公路路面及隧道拱頂?shù)谋O(jiān)控量測(cè)，交叉點(diǎn)(鐵路里程DK503+122)處最大沉降量為11 mm，洞內(nèi)拱頂最大沉降為13 mm，均小于規(guī)定要求，有效控制了高速公路的路面沉降，保證了高速公路的正常運(yùn)營(yíng)及鐵路隧道的安全施工。

[1] TB10003—2005 J449—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

[2] TZ204—2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南[S]

[3] 賈英凱.觀音堂隧道下穿連霍高速公路施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009(11)：105-107

ExcavationConstructionTechnologyofHeavyRailwayTunnelUnder-crossingExistingHighwayClosely

LI Li

2013-11-01

李 力(1980—)，男，工程師。

1672-7479(2014)01-0047-02

U445

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