鐵路下穿技術論文

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摘要:在以往公路與鐵路工程相交時,多采用公路上跨或下穿鐵路方式,某隧道受地形和路線縱坡限制,采用暗挖和護拱蓋挖相結合的方法,通過超前支護、施作護拱和路面鋼筋混凝土搭板等技術手段淺埋穿越了施工中的離軍高速公路。本文結某遂道的施工實例簡單介紹鐵路隧道淺埋下穿高速公路的施工技術。

關鍵詞:鐵路隧道;下穿;施工技術

一、工程概述

某隧道位于山西省,該隧道在改DK186+295～隧道出口為5‰的上坡,在改DK186+385191下穿施工中的離軍高速公路(公路里程K2+273106),離軍高速公路與鐵路隧道的平面夾角為146°56′30″,下穿處高速公路路面設計高程914.80,鐵路路肩設計高程900.54,高差14.26m,運營時隧道凈埋深4.73m,目前隧道實際開挖埋深僅為1.79m。因該段高速公路為半填半挖路基,隧道與之小角度相交,分別在填方和挖方邊坡出現了明顯的偏壓現象,也加長了下穿段長度,經準確測量下穿段里程為DK186+315～DK186+440。隧道下穿施工中的高速公路線段地質條件較差,均為V級加強圍巖,圍巖為新黃土,軟弱淺埋,自承能力極差,隧道部分段落要從施工中的高速公路路基填方中穿過,同時受在高速公路上施工機械、通行車輛的影響,洞身開挖后圍巖的穩定性更差,且高速公路運營后,多為載重煤炭運輸車輛,為此施工中必須嚴格控制地表沉降,必須采取較為穩妥的施工方法,確保隧道的施工安全、高速公路正常施工及行車安全。

二、施工方案的實施及控制要點

2.1暗挖段施工和控制要點

2.1.1超前支護施工

一般隧道施工中,僅在洞口施作大管棚,洞內即使設計了,多以小導管代替,考慮到淺埋實際情況,該隧道堅持采用了超前管棚方案。超前大管棚與鋼拱架組合的棚架作用,可以避免隧道拱部坍塌,并能有效抑制高速公路地表沉降。隧道下穿高速公路段拱部設置Φ159大管棚,管棚長度18m(分節長度9m),環向間距3根/m,搭接長度3m。由于隧道覆蓋層較薄,在管棚施工時嚴格控制鉆孔外插角,一般控制在1°～3°。以防止穿頂。為保證施工安全,在大管棚的兩個鋼管之間加設Φ42超前小導管加強支護,并進行注漿加固地層。小導管采用Φ42鋼管(t-3.5mm),環向間距3根/m,外插角度5°～8°,2倍鋼架間距設置超前小導管。在超前支護施工過程中要盡量少擾動土體,避免高速公路路基的坍塌,確保施工安全。

2.1.2開挖施工

下穿高速公路暗挖段采用CRD法進行開挖。

(1)為確保施工安全,上導坑(1、3部)的開挖循環進尺控制為1榀鋼架間距015m,下部(2、4部)的開挖依據上導開挖拱架間距控制。仰拱(5部)一次開挖長度依據監控量測結果、地質情況綜合確定,一般不宜大于3m。

(2)中間支護系統的拆除。中間支護系統的拆除時間應考慮其對后續工序的影響,通過圍巖監控量測進行確定。當圍巖變形達到設計允許的范圍之內,并在嚴格考證拆除的安全性之后,方可拆除。同時要注意后續作業的及時跟進。

如圍巖穩定條件滿足設計要求,臨時支撐可在仰拱混凝土澆筑前一次性拆除,一次拆除長度依據仰拱澆筑長度確定(一般為2～3m)。中隔壁混凝土拆除時,要防止對初期支護系統形成大的振動和擾動。可采用風鎬由上至下逐榀拆除鋼支撐之間的噴射混凝土,以及臨時支護與初期支護連接部位附著在鋼架上的噴射混凝土,臨時鋼構件采用氣焊燒斷。

2.1.3初期支護

初期支護采用I22a工字鋼鋼架支撐+鋼筋網+噴射混凝土+系統錨桿組成的復合式初期支護。其中邊墻采用L=4m的Φ22mm的砂漿錨桿,拱架間距50cm,Φ8鋼筋網間距20cm*20cm,C25初支混凝土厚度為30cm,該段支護參數明顯高于其它隧道同等級圍巖參數,目的在于加強初期支護體系的支撐強度確保施工安全。拱部鋼架必須用縱向托梁32槽鋼進行支墊以增加鋼架底腳的承力面積,并設置Φ42鎖腳錨管(L=4.0m)將鋼架兩底腳牢固鎖定,以防止鋼架下沉或兩底腳回收。必要時,下導開挖后仰拱施工前加設臨時仰拱,避免初期支護收斂變形。

2.2明挖段施工和控制要點

護拱蓋挖施工工藝流程

2.2.1高速公路路基開挖

灌注樁頂面標高在隧道圓心下方1.6m處,樁頂面處開挖寬度(垂直隧道軸線方向)為19.54m,按照1∶0.5的坡比,根據埋深在高速公路路基放出開挖邊線。開挖過程中注意預留核心土,以方便護拱的掛模施工,并為護拱混凝土澆筑提供必要的臨時支撐點。每次開挖進尺控制為6～8m。

2.2.2修筑臨時施工平臺

該平臺一旦填筑完成,立即進行樁基和壓頂梁施工,自然沉降時間較短,必須注意控制壓實度。本工程采用一部卡特320挖掘機盤料、平料和碾壓,分層厚度30cm,密排碾壓,單點碾壓次數不少于20次,盡可能保證壓實度,避免平臺明顯沉降。而事實上,采用非專業的壓實設備施工,壓實效果不盡理想,沉降是不可避免的,故填筑平臺頂面要預留10-12cm沉降量。

2.2.3樁基施工

精確測量樁位,在樁位測量時必須適當加大樁到隧道軸線的距離,避免因擴孔、偏孔等因素導致樁基侵入隧道二次襯砌界限。復測平臺基面標高,根據樁頂標高和原地面標高,復核樁長,確保灌注樁樁底沒入原狀土深度不小于0.4倍樁長,確保灌注樁在水平方向的穩定性。

充分考慮鋼筋的搭接和損耗,按照實際樁長進行Φ25主筋和Φ8箍筋下料,焊制鋼筋籠:主筋間距21.6cm;箍筋間距30cm(詳見下圖),鋼筋籠焊接過程中,一定要保證鋼筋搭接長度和焊接質量,同時注意成品保護,避免銹蝕和變形。加工鋼筋籠時一定要充分考慮樁基與壓頂梁的妥善連接,必須保證樁基鋼筋深入壓頂梁,深入長度不小于35d(d為鋼筋直徑)。

2.2.4壓頂梁施工

壓頂梁實際就是條形承臺基礎,施工工藝與橋梁承臺相近。測量放線—基坑開挖—樁頭剔鑿—澆筑混凝土墊層—鋼筋綁扎—架立模板—混凝土的澆筑及養護。壓頂梁中為Φ25主筋、Φ10箍筋和Φ10鉤筋,上下頂面主筋間距為21cm,側面主筋間距為18.4cm;箍筋和鉤筋間距為30cm。壓頂梁作為隧道初期支護的一部分內側模板定位必須準確,到隧道軸線的距離嚴格按照隧道凈空半徑+襯砌厚度+預留變形量來控制,距離過小,會入侵二襯;過大,護拱拱架將無法與之正常連接。另外,部分梁體在回填平臺上施工,土質相對松散,模板不適宜支撐加固,故該處模板主要采用拉桿加固。

2.2.5護拱施工

明洞護拱用I22a工字鋼作為主架,拱架間距1.0m,輔以Φ25的大格鋼筋網,網格尺寸@50cm×50cm,上附Φ10的密格鋼筋網,網格尺寸@10cm×10cm,拱架內側全部掛模,拱架外側分別從壓頂梁向上至1/3弧長范圍掛模,然后采用混凝土汽車泵或拖泵澆筑護拱混凝土。

拱架施工。I22a工字鋼通過型鋼彎曲機一次彎曲成型,彎曲半徑(內徑)7.35m,根據施工需要適當截取拱架長度,本工程中,將上半斷面拱架等長分為三節,單節下料長度7.77m,兩端焊接鉆Φ29孔連接板(尺寸為26cm×26cm,厚度1.4cm)。利用開挖預留的核心土作為操作臺安裝拱架,架立過程中,先將與壓頂梁連接的兩節拱架簡單固定,再將中間節拱架與上述兩節用螺栓連接,兩片連接板間加入橡膠墊片,將三節拱架連接完好;然后,進一步準確調整拱架位置和角度,讓兩拱腳落在壓頂梁預埋鋼板上,將預埋鋼板和拱架連接板滿焊連接。拱架之間用Φ25鋼筋縱向連接,連接筋環向間距50cm。在兩榀拱架中間位置布Φ25的環向鋼筋,使之與縱向連接筋形成@50cm×50cm的大格鋼筋網。然后在大格鋼筋網上敷掛@10cm×10cm的鋼筋網片,網片間搭接不少于兩個網格,保證網片的整體性。

護拱施工采用木模板,寬度為15～20cm,長為4m或5m。利用鋼拱架自身穩定性,輔以鋼筋、扎線等將模板固定在拱架上。掛模范圍:拱架內側及拱架外側分別從壓頂梁向上至1/3弧長處,同時必須保證內外模間距不小于60cm。為避免澆筑混凝土時模板縫大量漏漿,安設模板時必須緊密,過大的縫隙必須提前用錨固劑或水泥砂漿封堵。混凝土澆筑前,在拱圈內側要采取鋼管撐等必要的支撐措施,增加施工段拱架的整體穩定性。混凝土強度C30,施工過程中,嚴格控制水灰比,塌落度盡量控制在輸送混凝土的下限10～13cm之間。避免混凝土離析,大量漿液從模板縫滲漏出去。澆筑過程中要加強振搗,確保混凝土密實。同時必須注意采用對稱澆筑方式,兩側混凝土高差要控制在0.5m以內,避免單側混凝土壓力過大導致拱架失穩。

2.2.6C20片石混凝土回填

明挖段護拱施工完成,達到一定的強度后即可進行片石混凝土回填施工。考慮到回填時不出現偏壓,確保護拱結構的安全,片石混凝土也要對稱回填,將拱圈兩側高差控制在0.5m～0.8m范圍內,單層回填厚度不要超過1.0m。為避免拋填的片石直接砸到護拱,在護拱拱圈向外015m范圍不回填片石。回填片石采用機械配合人工拋填,片石之間要留有空隙,讓混凝土將片石完全包裹,為保證回填段路基路面質量,控制拋填片石量不要超過回填總量的25%。回填高度至高速公路路面標高下70cm。

2.2.7路面結構施工

離軍高速公路設計方提供設計資料顯示路面結構層(自上而下):細粒式SBS改性瀝青混凝土(4cm)+中粒式SBS改性瀝青混凝土(6cm)+連續配筋鋼筋混凝土(30cm)+貧混凝土(20cm)+水泥穩定沙礫(h)。因我方C20片石混凝土回填已至高速公路路面標高下70cm,為避免路面結構與隧道結構的剛性連接,將20cm厚的貧混凝土層調整為水泥穩定沙礫,作為緩沖減力層。鋼筋混凝土搭板(連續配筋)施工。鋼筋混凝土搭板設計長度為100m,寬為10.5m,厚度為30cm,在搭板兩端各設置一長8m、寬10.7m、厚30cm的過渡搭板。搭板中設置Φ20的縱筋(間距20cm)和橫筋(間距30cm),單層布置,縱筋位于橫筋之上,距混凝土板面12cm;過渡搭板為雙層鋼筋,縱筋Φ22(上層間距23cm,下層間距21cm),橫筋Φ16(間距25cm)。為減小施工干擾,搭板采用半幅施工方案。復測基底標高,按要求鋪設鋼筋網;精測I28槽鋼滑道,用插入式振搗棒配合震動梁攤鋪搭板混凝土。施工過程中,按要求設置脹縫和縮縫,認真埋設傳力桿和拉桿,待混凝土達到20～30%強度后按要求切縫,并填筑填縫料。為保證瀝青混凝土和搭板間剛柔有效結合,混凝土施工完成后,及時對混凝土板面進行拉毛處理。公務員之家:

結束語

某隧道采用暗挖和護拱蓋挖相結合的方法,通過超前支護、施作護拱和路面鋼筋混凝土搭板等多種技術手段,成功淺埋穿越了離軍高速公路。已經通車試運營,截至目前,該段高速公路結構穩定,無反射質量病害。監控量測數據表明,該下穿段無明顯的沉降或變形。因此,鐵路隧道在工期緊、任務重的情況下采用上述方案淺埋穿越施工中的高速公路是比較成功的。該方法的成功應用,為類似隧道工程施工提供了寶貴的經驗。