客專黃土雙線隧道下穿既有鐵路施工技術(shù)

1、客專黃土雙線隧道下穿既有鐵路施工技術(shù)摘要:文章通過新建鐵路鄭州至西安客運(yùn)專線陜西省境內(nèi)高橋隧道(DK349+410DK349+500)長(zhǎng)90米范圍下穿南同蒲鐵路的隧道施工措施。探討黃土地區(qū)隧道小角度下穿既有線施工技術(shù)。實(shí)踐表明,黃土地區(qū)雙線隧道在復(fù)雜、困難地質(zhì)地形條件下,下穿既有鐵路且在對(duì)地表沉降有嚴(yán)格要求的情況下,采用超前長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)下雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工是行之有效的方法。 關(guān)鍵詞:黃土雙線隧道;下穿既有鐵路;雙側(cè)壁導(dǎo)坑法;施工技術(shù) 1.工程概況 1.1地形地貌 高橋隧道位于陜西省潼關(guān)縣,隧道進(jìn)口距鐵路較遠(yuǎn),出口位于磨溝右岸陡坡,下穿南同蒲線與磨溝大橋相連,交通非常不便。隧道洞身位于I級(jí)黃土臺(tái)塬

2、區(qū),塬上地形較平坦,整體上南高北低,東緩西陡,塬周邊小型沖溝較發(fā)育,切割深度不大,地形相對(duì)高差約100m。隧道出口段于DK349+455.86處與南同蒲鐵路挖方路塹小角度下穿立交,相交角度為235849,立交段隧道埋深較淺,僅12.89m,地層基本由坍滑堆積體組成,土體較松散,地形偏壓嚴(yán)重。 1.2工程地質(zhì) 隧道通過區(qū)地層巖性簡(jiǎn)單,為I級(jí)黃土臺(tái)塬區(qū),出口端表層為第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土及黏質(zhì)黃土,下伏第四系中更新統(tǒng)風(fēng)積砂質(zhì)黃土及黏質(zhì)黃土,中間夾有數(shù)層古土壤層。隧道洞身大部為砂質(zhì)黃土(Q3eol3),下部為砂質(zhì)黃土(Q2eol3)。 1.3南同蒲鐵路概況 南同蒲鐵路為II級(jí)正線,單線無縫線路,

3、60Kg/m鋼軌,II型混凝土軌枕,碎石道床。穿越段鐵路位于深路塹內(nèi),日行車平均間隔時(shí)間30分鐘左右,經(jīng)調(diào)查最大行車間距約45分鐘左右,列車行駛較頻繁。 2.施工方案分析 由于下穿段隧道洞身處于淺埋、偏壓、無水、濕陷性黃土地段,洞身大部為砂質(zhì)黃土(Q3eol3),下部為砂質(zhì)黃土(Q2eol3),屬于級(jí)圍巖1,且隧道開挖斷面達(dá)到160m2左右,開挖寬度達(dá)15m,又屬于大斷面黃土隧道。故下穿段隧道施工采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行施工1,同時(shí)采用管棚技術(shù)進(jìn)行預(yù)支護(hù)。 利用斜井自內(nèi)向洞口方向掘進(jìn),采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,拱部120范圍內(nèi)設(shè)159管棚進(jìn)行超前支護(hù),初期支護(hù)采用雙層支護(hù)形式,二次襯砌采用加強(qiáng)鋼筋混凝

4、土結(jié)構(gòu)。 主洞開挖主要以人工配合機(jī)械開挖,人工開挖時(shí),洞內(nèi)設(shè)安全員2名,密切注意洞內(nèi)的穩(wěn)定情況。同時(shí)在兩端車站設(shè)兩名專職的聯(lián)絡(luò)員,一個(gè)在港口車站、一個(gè)在華山車站。一旦有火車駛?cè)牖蝰偝隽⒓赐ㄖF(xiàn)場(chǎng)值班人員,值班人員隨即通知洞內(nèi)施工人員撤離掌子面,到已襯砌好的斜井或主洞內(nèi)躲避,同時(shí)對(duì)未開挖好的掌子面,采用100的鋼管對(duì)掌子面的頂部進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),待火車通過后繼續(xù)施工。 3. 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法 3.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工原理 客運(yùn)專線鐵路雙線隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工是一項(xiàng)邊開挖邊支護(hù),化整為零的施工技術(shù),其原理是: 由于跨度較大,先開挖隧道兩側(cè)導(dǎo)坑,相當(dāng)于先開挖2個(gè)小跨度的隧道,并及時(shí)施作導(dǎo)坑四周初期支護(hù),再根

5、據(jù)地質(zhì)條件、斷面大小,對(duì)剩余部分進(jìn)行一次或二次開挖2。每一小斷面單獨(dú)掘進(jìn),最后形成一個(gè)大的隧道,且利用土層在開挖過程中短時(shí)間的自穩(wěn)能力,采用網(wǎng)格狀支護(hù)形式,使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護(hù)結(jié)構(gòu)3。 3.2 開挖、支護(hù)、襯砌施工步驟 下穿段DK349+410DK349+500的開挖、支護(hù)、襯砌采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。采用I25a型鋼進(jìn)行初期支護(hù),型鋼間距50cm。初期支護(hù)除了噴35cm厚C25混凝土外,增加二次模筑35cm厚,C30鋼筋混凝土支護(hù)。最后施工二次襯砌C35鋼筋混凝土厚40cm。拱部開挖預(yù)留沉降量15cm1,4。施工方法見圖1。 圖1高橋隧道下穿南同蒲段施工方法圖 3.2.1首先進(jìn)行

6、地表排水處理,清理疏通地表排水溝,防止地表水下滲,引起地表濕陷。 自DK349+405開始,在隧道拱部120度范圍內(nèi)施做超前長(zhǎng)管棚,對(duì)拱部實(shí)施超前預(yù)支護(hù)。管棚施工前,在DK349+397+405段長(zhǎng)8m范圍擴(kuò)挖115cm(確保工25a鋼架噴混凝土支護(hù)完成后,斷面輪廓大于設(shè)計(jì)斷面80cm),以滿足管棚施工作業(yè)空間的需要。在管棚的保護(hù)下,開挖兩側(cè)導(dǎo)洞上臺(tái)階,即部,每次開挖長(zhǎng)度為0.5m。施做初期支護(hù):初噴混凝土4cm,然后施做錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng),架立周邊鋼架及臨時(shí)橫撐鋼架,施做鎖腳錨管,周邊(含底部)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。施做二次支護(hù):綁扎鋼筋,并與初期支護(hù)預(yù)留好的鋼筋牢固連接,采用簡(jiǎn)易模板施做二次支

7、護(hù)混凝土,每次施做長(zhǎng)度不大于2.5m。 3.2.2待部超前2.5m后,開挖兩側(cè)導(dǎo)洞下臺(tái)階,即部,每次開挖長(zhǎng)度為0.5m。施做初期支護(hù):初噴混凝土4cm,然后施做錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng),架立周邊鋼架及臨時(shí)橫撐鋼架,施做鎖腳錨管,周邊(不含底部)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。施做二次支護(hù):綁扎鋼筋,并與初期支護(hù)預(yù)留好的鋼筋牢固連接,采用簡(jiǎn)易模板施做二次支護(hù)混凝土,每次施做長(zhǎng)度不大于2.5m。 3.2.3待部超前2.5m后,開挖隧道拱部上臺(tái)階,即部,每次開挖長(zhǎng)度為0.5m。割除雙側(cè)壁導(dǎo)坑支護(hù)露出的錨桿。施做拱部初期支護(hù):初噴混凝土4cm,然后施做錨桿、掛設(shè)鋼筋網(wǎng),架立拱部鋼架,施做鎖腳錨管,噴射拱部混凝土至設(shè)計(jì)厚度

8、。施做拱部二次支護(hù),綁扎鋼筋,并與初期支護(hù)預(yù)留好的鋼筋牢固連接,采用簡(jiǎn)易模板施做二次支護(hù)混凝土,每次施做長(zhǎng)度不大于2.5m。 3.2.4待部超前2.5m后,開挖隧道中臺(tái)階,即部,每次開挖長(zhǎng)度為0.5m。割除雙側(cè)壁導(dǎo)坑支護(hù)露出的錨桿。 3.2.5待部開挖支護(hù)2.5m后,停止前方掌子面的開挖,噴混凝土封閉撐子面,施工隧道基底。拆除雙側(cè)導(dǎo)坑底部的臨時(shí)橫撐,開挖隧道雙側(cè)導(dǎo)坑內(nèi)剩余的土體,即部,每次開挖長(zhǎng)度為0.5m。施做初期支護(hù):初噴混凝土4cm,架立仰拱鋼架及導(dǎo)坑邊墻鋼架,噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。施做底部二次支護(hù):綁扎鋼筋,并與初期支護(hù)預(yù)留好的鋼筋牢固連接,采用簡(jiǎn)易模板施做二次支護(hù)混凝土,每次施做長(zhǎng)度不

9、大于2.5m。 3.2.6開挖隧道中間剩余的土體,即部。施做初期支護(hù):初噴混凝土4cm,架立仰拱鋼架,噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。施做底部二次支護(hù):綁扎鋼筋,并與初期支護(hù)預(yù)留好的鋼筋牢固連接,采用簡(jiǎn)易模板施做二次支護(hù)混凝土,每次施做長(zhǎng)度不大于2.5m。 3.2.7此時(shí)隧道初期支護(hù)及二次支護(hù)已開始封閉成環(huán),繼續(xù)開挖支護(hù),待二次支護(hù)封閉成環(huán)達(dá)到12.5m時(shí)停止掌子面開挖,此時(shí)掌子面距離成環(huán)的二次支護(hù)前端應(yīng)控制在27.5m。 拆除臨時(shí)支護(hù)噴混凝土及鋼架。一次拆除的長(zhǎng)度控制在6m以內(nèi)。及時(shí)綁扎仰拱鋼筋,澆筑隧道仰拱,填充混凝土。掛設(shè)防水板,綁扎二襯鋼筋,襯砌臺(tái)車就位,澆筑二襯混凝土。 3.2.8開始下一循環(huán)開

10、挖。 4.監(jiān)控量測(cè) 為了掌握地表下沉數(shù)據(jù)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài),必須對(duì)開挖斷面進(jìn)行監(jiān)控量測(cè),以便合理的安排和組織(下轉(zhuǎn)130頁(yè))(上接129頁(yè))施工。監(jiān)控量測(cè)分洞內(nèi)量測(cè)和洞外兩部分,主要用水準(zhǔn)儀量測(cè)。 4.1洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè) 洞內(nèi)主要量測(cè)拱頂下沉和周邊位移,量測(cè)斷面間距510m,量測(cè)頻率見表1。洞內(nèi)測(cè)點(diǎn)布置如圖2。 圖2 量測(cè)測(cè)點(diǎn)布置圖 4.2地表下沉量測(cè) 地表斷面與洞內(nèi)斷面應(yīng)布置在同一里程橫斷面內(nèi)。地表測(cè)點(diǎn)每隔5m布置一個(gè),共布置約7個(gè),量測(cè)范圍應(yīng)延伸至隧道開挖影響線以外。量測(cè)頻率與洞內(nèi)頻率相同。量測(cè)頻率見表1。 5.隧道工程質(zhì)量保證措施 5.1各部每次開挖的長(zhǎng)度控制在0.5m左右,二次支護(hù)一個(gè)循

11、環(huán)為2.5m,開挖支護(hù)達(dá)到一個(gè)襯砌循環(huán)12m時(shí),即停止開挖掘進(jìn),待施工完成二次襯砌后,方可繼續(xù)下一循環(huán)開挖支護(hù)施工。由于火車通過時(shí),振動(dòng)過大,所以每次人工開挖時(shí),盡量避開火車通過?；疖囃ㄟ^時(shí),未開挖完土體采用100的鋼管和木板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)。根據(jù)施工時(shí)實(shí)際情況,必要時(shí)對(duì)掌子面噴射混凝土進(jìn)行封閉。 5.2黃土隧道施工中要嚴(yán)格遵循“管超前、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則。 5.3黃土隧道開挖前,應(yīng)采用地質(zhì)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)前方圍巖進(jìn)行超前探測(cè),分析圍巖的各種物理化學(xué)性能指標(biāo),以確定合理的施工方案。嚴(yán)格按照圍巖性質(zhì)和設(shè)計(jì)要求施作超前支護(hù)體系,然后再進(jìn)行洞身分部開挖。同時(shí)根據(jù)工程地質(zhì)條件,開挖方

12、法、分部開挖順序,采用合理的開挖機(jī)具,機(jī)械開挖時(shí)預(yù)留一定厚度采用人工修整輪廓線,確保開挖輪廓圓順,并嚴(yán)格控制超欠挖。 5.4施工過程中嚴(yán)格進(jìn)行洞內(nèi)水平收斂、洞頂下沉及立交段的地表下沉量測(cè)。根據(jù)量測(cè)的結(jié)果隨時(shí)檢測(cè)隧道支護(hù)的安全可靠性。 5.5開挖后按照設(shè)計(jì)要求加強(qiáng)圍巖變形量測(cè)監(jiān)控,根據(jù)量測(cè)反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整開挖方案,防止圍巖坍塌。 結(jié)語 下穿段每月完成約10成洞米,90米隧道經(jīng)過9個(gè)月努力,順利完成了施工,地表沉降量最終控制在5cm以內(nèi),施工期間鐵路列車運(yùn)行安全。高橋隧道下穿鐵路段的順利貫通表明:采用超前長(zhǎng)管棚預(yù)支護(hù)下雙側(cè)壁導(dǎo)坑法適用于斷面跨度較大,地表沉陷要求嚴(yán)格,圍巖條件較差,圍巖變形較難控制的淺埋隧道,具有控制地表沉降好,施工安全等優(yōu)點(diǎn)5。該隧道的貫通解決了鄭西客專施工的一大難題,產(chǎn)生了良