淺談高速鐵路隧道臨近既有鐵路側(cè)穿高速公路橋樁設(shè)計(jì)思路

高生苗

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京市 102600)

如果既有車(chē)站地形條件局促、走廊狹窄，新建鐵路接入既有車(chē)站時(shí)，設(shè)計(jì)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高。以新建漢中至巴中至南充高速鐵路營(yíng)盤(pán)梁隧道為實(shí)例，詳細(xì)闡述了新建隧道臨近既有鐵路側(cè)穿高速公路橋樁復(fù)雜條件的設(shè)計(jì)思路。

1 概況

1.1 隧道概況

營(yíng)盤(pán)梁隧道位于四川省巴中市興文鎮(zhèn)，起迄里程DK153+790～DK154+068，全長(zhǎng)278m為單洞雙線隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速350km/h。隧道臨近巴中東站，均位于直線段，洞內(nèi)縱坡為平坡，最大埋深約30m。

1.2 隧道周邊環(huán)境

隧道DK153+790～DK153+850段及DK153+980～DK154+068段臨近既有巴達(dá)鐵路路基段，DK153+850～DK153+980段臨近既有巴達(dá)鐵路溫家梁隧道，兩隧道最小凈距約31.5m。隧道DK153+835～DK153+860段與通州大道市政道路相交，洞身DK154+000～DK154+040段側(cè)穿銀昆高速公路穿心店橋橋樁，詳見(jiàn)圖1。

圖1 營(yíng)盤(pán)梁隧道平面圖

2 工程地質(zhì)

隧道穿行于丘陵區(qū)，位于城區(qū)，地形起伏較小，海拔高程400～430m，山坡坡度5°～70°，山體一般為薄層第四系全新統(tǒng)殘坡積土層覆蓋。洞身地層巖性為白堊系下統(tǒng)白龍組(K1b)泥巖、粉砂巖及砂巖，強(qiáng)風(fēng)化-弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，全隧均為Ⅴ級(jí)圍巖。

3 隧道設(shè)計(jì)思路

3.1 隧道進(jìn)口段

營(yíng)盤(pán)梁隧道進(jìn)口段DK153+790～DK153+850與既有巴達(dá)鐵路路基凈距約32.6m，同時(shí)下穿市政道路，埋深0～5.7m。該段隧道埋深淺，巖層破碎，采用明挖法施工(控制爆破)，并采取以下措施：

(1)施工期間臨時(shí)封閉道路，需與通州大道產(chǎn)權(quán)方及相關(guān)管理部門(mén)溝通協(xié)調(diào)，路面交通臨時(shí)疏解至臨近五路支路通行。

(2)結(jié)合隧道右側(cè)鄰近巴達(dá)鐵路路基工程及梁橋工程，在DK153+790～DK153+860段面向大里程右側(cè)距離本段隧道開(kāi)挖輪廓1m處設(shè)置1#～16#錨固樁，錨固樁尺寸為2.5m×2.25m(長(zhǎng)邊垂直線路方向)，樁長(zhǎng)16～24m，樁間凈距2.25m。樁間直立面采用錨噴(網(wǎng))防護(hù)，噴10cm厚C25混凝土，鋼筋網(wǎng)Φ8，間距25cm×25cm，砂漿錨桿長(zhǎng)3.0m，間距1.2m×1.2m[1]。

(3)隧道下穿市政道路段襯砌采用900mm厚加強(qiáng)明洞襯砌，主筋采用雙筋間距167mm。

(4)明洞施工完成后對(duì)通州大道路面區(qū)及通州大道東側(cè)開(kāi)挖區(qū)實(shí)施回填；通州大道路面回填區(qū)采用回填10%水泥穩(wěn)定性土，每層回填厚度不超過(guò)20cm并采用人工夯實(shí)，密實(shí)度不低于95%；回填至路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)高后，實(shí)施路面工程；路面及路基下部夯填土石施作要求應(yīng)與市政部門(mén)溝通對(duì)接，滿(mǎn)足相關(guān)受力要求及標(biāo)準(zhǔn)，做好路面區(qū)域排水及管線遷改埋設(shè)的相關(guān)工作；通州大道東側(cè)開(kāi)挖區(qū)按要求實(shí)施夯填土石及粘土隔水層。

(5)下穿段施工完畢后，恢復(fù)道路正常通行，并在靠洞口側(cè)設(shè)置防撞墩，設(shè)置范圍為隧道開(kāi)挖輪廓線左右側(cè)各30m，

(6)臨近巴達(dá)鐵路路基一側(cè)設(shè)置長(zhǎng)78m、高6m的防護(hù)排架，防止飛石落入既有鐵路范圍內(nèi)。

3.2 臨近溫家梁隧道段

營(yíng)盤(pán)梁隧道DK153+860～DK154+000段臨近既有巴達(dá)鐵路溫家梁隧道，凈距約31.5m，新建隧道與既有隧道基本平行，軌面標(biāo)高基本持平。溫家梁隧道于2016年建成通車(chē)，采用Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)襯砌，初支采用26cm厚C30混凝土(內(nèi)嵌全環(huán)鋼架，間距0.8m)，二次襯砌采用45cm厚C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。由于臨近既有隧道，故采取以下措施：

(1)DK153+860～DK154+000段采用銑挖法施工，工法采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法。

(2)DK153+860～DK153+900段拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層，DK153+900～DK154+000段拱部采用雙層Φ42超前小導(dǎo)管注漿加固地層。

(3)施工前應(yīng)對(duì)既有溫家梁隧道進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，并采取拍照取證等方式調(diào)查既有隧道的現(xiàn)狀；施工時(shí)加強(qiáng)對(duì)既有隧道的監(jiān)控量測(cè)，做好安全防護(hù)措施及應(yīng)急預(yù)案，保證既有線運(yùn)營(yíng)安全。

3.3 側(cè)穿高速公路橋樁

隧道在DK154+000～DK154+040段側(cè)穿銀昆高速公路穿心店橋橋樁，隧道中線與銀昆高速中線交角約85°，面向大里程隧道左邊緣距離12#橋樁8.5～10.4m，面向大里程隧道右邊緣距離13#橋樁12.2～13.9m，下穿處隧道拱頂覆土厚度3.5～9.3m。由于該段淺埋偏壓，且與高速公路橋樁距離很近，故采取以下措施：

(1)DK154+000～DK154+040段采用銑挖法施工，工法采用四步CD法。

(2)DK154+000～DK154+040段左右側(cè)開(kāi)挖輪廓1m處打設(shè)2.25m×2.5m隔離樁，沿線路方向樁間凈距2.25m，樁基深入隧道仰拱下不小于3m。右側(cè)隔離樁懸臂端相鄰樁間采用C35鋼筋混凝土槽形預(yù)制擋土板，擋土板尺寸(高×厚×長(zhǎng))為0.5m×0.3m×2.70m，地表淺埋處采用10%水泥穩(wěn)定性土進(jìn)行反壓回填，隔離樁完成后方可進(jìn)洞施工，詳見(jiàn)圖2。

(3)DK154+000～DK154+040段拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層。

(4)施工中需加強(qiáng)對(duì)隧道開(kāi)挖周邊及洞內(nèi)的地下水位監(jiān)測(cè)，防范地下水過(guò)多流失造成的橋梁結(jié)構(gòu)沉降，洞內(nèi)涌水過(guò)多時(shí)，及時(shí)采用注漿措施進(jìn)行封堵。

圖2 隔離樁布置圖

4 監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

4.1 進(jìn)口段既有鐵路監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

(1)下穿通州大道明挖段基坑邊坡頂部的水平位移和豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)沿基坑周邊布置，基坑周邊中部、陽(yáng)角處應(yīng)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)間距不宜大于20m，每邊監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目不應(yīng)少于3個(gè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)宜設(shè)置在基坑邊坡坡頂上。

(2)既有巴達(dá)鐵路的爆破振速測(cè)點(diǎn)布置在既有鐵路的結(jié)構(gòu)物上。監(jiān)測(cè)間距不宜大于30m，振速管理等級(jí)見(jiàn)表1[2]。

表1 振速管理等級(jí)

(3)監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。測(cè)點(diǎn)布置需反映出地表真實(shí)的沉降值。

(4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作。若有異常，應(yīng)暫停施工，并通知各方進(jìn)行處理；執(zhí)行第三方監(jiān)測(cè)并制定專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案。

4.2 側(cè)穿高速公路橋樁監(jiān)控量測(cè)設(shè)計(jì)

(1)施工前應(yīng)確定地面高程和坐標(biāo)的初始值，并對(duì)G85銀昆高速公路穿心店橋橋樁進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查，攝像取證，作好記錄。

(2)隧道側(cè)穿G85銀昆高速穿心店大橋，每個(gè)橋樁布置4個(gè)傾斜觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)每個(gè)承臺(tái)布置3個(gè)不均勻沉降觀測(cè)點(diǎn)，如圖3。

(3)隧道側(cè)穿G85銀昆高速穿心店大橋橋樁，樁基水平位移不超6mm，相鄰承臺(tái)之間不均勻沉降差值不應(yīng)使橋面形成大于2‰的附加縱坡[3]。位移管理等級(jí)見(jiàn)表2。

圖3 橋樁測(cè)點(diǎn)布置示意圖

(4)監(jiān)控量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。測(cè)點(diǎn)布置需反映出橋梁樁基真實(shí)的沉降值、水平位移值以及既有巴達(dá)鐵路路基的爆破振速。

表2 位移管理等級(jí)

(5)加強(qiáng)洞內(nèi)監(jiān)測(cè)的同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)下穿及側(cè)穿構(gòu)筑物不均勻沉降等情況的監(jiān)測(cè)。若有異常，應(yīng)暫停施工，并通知各方進(jìn)行處理；執(zhí)行第三方監(jiān)測(cè)并制定專(zhuān)項(xiàng)監(jiān)測(cè)方案。

(6)隧道DK154+000～DK154+068段施工完成后應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，待橋梁樁基水平位移(傾斜)、承臺(tái)不均勻沉降穩(wěn)定后方可停止監(jiān)測(cè)。

5 風(fēng)險(xiǎn)分析

采用定性、定量相結(jié)合的方法，以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估為手段對(duì)營(yíng)盤(pán)梁隧道臨近既有鐵路側(cè)穿高速公路橋樁施工時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析。

5.1 初始風(fēng)險(xiǎn)

通過(guò)對(duì)隧址地形地貌、工程地質(zhì)、周邊建設(shè)環(huán)境等詳細(xì)分析，確定營(yíng)盤(pán)梁隧道在不采取任何措施施工時(shí)既有鐵路和高速公路的初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并歸納如表3[4]。

表3 初始風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表

5.2 風(fēng)險(xiǎn)處理措施及殘余風(fēng)險(xiǎn)

(1)爆破飛石、爆破震動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)

營(yíng)盤(pán)梁隧道進(jìn)口段施工采用明挖法(控制爆破)，并在臨近既有鐵路一側(cè)設(shè)防護(hù)排架，防止飛石對(duì)既有鐵路結(jié)構(gòu)及其附屬設(shè)施造成危害。爆破施工時(shí)應(yīng)征得既有鐵路運(yùn)營(yíng)部門(mén)同意，并選擇在天窗點(diǎn)施工，以免危及鐵路運(yùn)營(yíng)安全。

(2)開(kāi)挖引起的既有隧道結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險(xiǎn)

臨近既有隧道段開(kāi)挖采用銑挖法施工，工法采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法，并嚴(yán)格執(zhí)行“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、嚴(yán)治水、勤量測(cè)、二襯緊跟”的原則組織施工，限制圍巖形變。

(3)橋樁傾斜、不均勻沉降等風(fēng)險(xiǎn)

側(cè)穿高速公路橋樁段采用銑挖法施工，工法采用四步CD法，并于左右兩側(cè)采取打設(shè)隔離樁，地表淺埋處采用10%水泥穩(wěn)定性土進(jìn)行反壓回填，隔離樁完成后然后進(jìn)洞施工。隧道拱部采用Φ108超前大管棚注漿加固地層，并嚴(yán)格執(zhí)行“短進(jìn)尺、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、嚴(yán)治水、勤量測(cè)、二襯緊跟”的原則組織施工，限制圍巖形變。

通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定，對(duì)初始風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為“高度”、“極高”的風(fēng)險(xiǎn)事件采取有效處理措施，使其殘余風(fēng)險(xiǎn)降低到可以接受的范圍內(nèi)。初始風(fēng)險(xiǎn)與殘余風(fēng)險(xiǎn)的對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 初始、殘余風(fēng)險(xiǎn)對(duì)比表

6 結(jié)論

以營(yíng)盤(pán)梁隧道為實(shí)例，針對(duì)隧道設(shè)計(jì)過(guò)程中所面臨的復(fù)雜工程建設(shè)條件，在滿(mǎn)足新建隧道工程安全、經(jīng)濟(jì)、合理、具有可實(shí)施性的同時(shí)，采取針對(duì)性措施，盡可能地減小對(duì)既有工程的干擾，并將風(fēng)險(xiǎn)降低至可以接受的范圍內(nèi)，為類(lèi)似隧道工程設(shè)計(jì)提供一定的參考。