浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术【完整版】.docx
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1、浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术【完整版】(文档可以直接使用,也可根据实际需要修订后使用,可编辑放心下载)文 章 编 号 :1009-6582202106-0076-06浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术丁维利赵永明初厚永苏 杰中铁二十三局郑西客运专线指挥部 ,华阴 714200摘 要 在高桥隧道出口下穿南同蒲既有铁路施工中 ,根据黄土的特性对施工方案进行了 优 化 ,将 设 计 的 在 总长 100 m、159 大管棚超前支护条件下采用双层支护形式的 外层为喷混凝土 ,内层为模筑混凝土 双 侧 壁 导 洞 开 挖 法 优 化 为双层支护形式的 两层均为喷混凝土 弧形导洞三台阶七步开
2、挖法 ,并通过仰拱和二次衬砌紧跟的方法 , 开创性地解决了在大断面黄土隧道下穿构筑物施工中平安和进度的矛盾 ,有效地控制了洞内 、外 沉 降 变 形 ,保 证 了 下 穿段隧道的平安快速施工和既有铁路的平安运营 ,并降低了工程造价 ,丰富了黄土隧道设计施工的理念 。关 键 词 黄 土 隧 道 下 穿 铁 路 优 化 设 计 方 案中 图 分 类 号 :U455.41+2文 献 标 识 码 :A一端接磨沟 大桥 、另一端 接磨沟隧道 。南同蒲线日 行车 密 度 为 19 对 , 日 行 车 平 均 间 隔 时 间 为 30 min 左 右 ,经 调 查 最 大 行 车 间 距 约 45 min
3、左 右 ,列 车 行 驶 较 频繁 。1工程概况高 桥 隧 道 位 于 陕 西 省 潼 关 县 , 起 讫 里 程 为 DK348+110 DK349+568, 长 1 458 m, 为 双 线 黄 土 隧 道,开挖断 面 172 m2。 隧道进口 与南同 蒲 线 相 隔 , 出口位 于磨沟右岸 陡坡 , 下穿 南同蒲线与 磨沟大 桥 相 连,交通非常 不便 。隧 道 通 过 区 范 围 内 地 层 岩 性 简 单 , 为 I 级 黄 土 台塬 区 , 出口端表 层为第四 系上更新统 风积砂质黄 土及粘质黄 土 , 下伏第四 系中更新 统风积砂质 黄 土 及粘质 黄土 ,中间夹 有数层古土 壤
4、层 。隧道 洞身大部 分为砂质黄 土 Q3eol3,下部为砂 质黄土 Q2eol3。隧 道 出 口 段 于 DK349+455.86 处 与 南 同 蒲 铁 路 挖方路堑以小角度下穿立交,相交角度为 235849,下 穿 段 隧 道 施 工 长 度 约 90 m。 隧 道 出 口 段 埋 深 浅 ,线 路左侧边 坡根本由坍 滑堆积体组 成 ,土体较松 散 ,地形偏压严 重 。南 同蒲铁路为 II 级正线、单线无缝线路,60 kg/m 钢轨,II 型混凝 土轨枕 ,碎 石 道 床 。 该 段 铁 路 位 于 深 路堑内,其中 50 m 位于缓和曲线上,15 m 位于直线内, 曲线半径为 400
5、m。 缓和曲线长 80 m,超高 125 mm,其2下穿方案确实定由于高桥隧 道下穿段埋 深浅 , 与南同 蒲 铁 路 相 交 角度小 ,施工 长度长 ,且 该段既有线 位于小半径 曲 线和傍山深 路堑内 ,线路 左侧为五级 的高边坡 ,隧 道 偏压严重 ,设 计方案一直 在不断优化 改良中 ,经历 了 几次设计变 更和专家研 讨 , 最终决定 采用超前 预 加 固、双层支 护和弧形 导洞法施工 。2.1原设计方案隧 道 出 口 DK349+410+500 为 级 围 岩 下 穿 南 同 蒲 铁 路 段 , 采 用 一 孔 跨 度 为 64 m 的 八 七 铁 路 应 急 抢 修 钢 梁 架
6、空 铁 路 ,梁 两 端 置 于 隧 道 开 挖 轮 廓 以 外 的 群 桩根底之 上 。 在架空线 路的条件下 采用双 侧 壁 导 洞 法 暗 挖 通 过 , 既 有 铁 路 在 限 速 15 km/h 的 条件下 维持运营 。 初 期 支 护 采 用 35 cm 厚 喷 混 凝 土 层 ;全 断 面 设 I25a 型 钢 钢 架 ,间 距 为 1 榀 /0.6 m;二 次衬砌采 用 80 cm 厚的钢筋 混凝土结构 。修改稿返回日期 :2021-06-24作 者 简 介 :丁 维 利 1963-,男 ,教授级高级工程师 ,从事隧道工程方面研究 ,Email:chuhouyong163 .7
7、6第 45 卷 第 6 期(总 第 323 期) 2021 年 12 月 出 版Vol . 45 , No . 6 , Total . No . 323 Dec . 2021现 代 隧 道 技 术MODERN TUN NELLING TECHNOLOGY浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术40 cm, 二 次 衬 砌 主 筋 采 用 222200 mm 内 外 侧每处 布置 2 根。根据西安铁 路局的要求 , 在隧道开挖 影 响 范 围 内 既 有 线 K861+952K862+072 段 共 计 120 m 增 加对既有铁路 每侧 7 扣 P50 轨的 加固线路 。2.2 方案优化原 设
8、计 方 案 要 求 既 有 铁 路 列 车 运 行 速 度 小 于15 km/h, 而 根 据 铁 道 部 文 件 铁 办 2005133 号 及 西 安 铁 路 局 文 件 西 铁 办 2005292 号 规 定 的 各 项 施 工 要求控制 慢行距离和 慢行速度 , 桥 涵顶进施工 慢 行 速度不 应低于 45 km/h。八七铁路应急抢修钢梁净宽4.974 m比南同蒲 铁路界限宽度4.88 m只宽出 94 mm,而 该段既有线的曲线外矢距为 93 cm,不满足铁路的运营要求。既有线位于 路堑内 , 前后 分别为磨沟 隧道 和 磨 沟 大桥 , 施工桩 基和八七 抢修梁的材 料和设备上 去
9、比拟困难 ,既没有便道 ,也没有施 工场地 。架空方案实 施时 ,影响南 同蒲铁路的 正常运营 。因为以上原 因 , 原既有线 架空加固方 案不 能 实 施 而变更为洞 内管幕超 前支护后采 用双层支护 的双 侧壁导洞法 。该方案施工 周期长 ,为了 保证无碴轨 道 的铺设要求 ,需增设新的 工作面以加 快施工进度 。 优化方案为了保证隧 道施工工期 ,降低施工难 度和风险 ,在 DK349+379 处 增 设 一 座 长 127 m 的 斜 井 , 既 可 保证自 斜井至进口 段的正常施 工 , 又可自 斜井向 出 口 段反向掘进 通过下穿南 同蒲铁路段 。利 用 增 设 的 斜 井 自 洞
10、 内 向 洞 口 方 向 进 行 掘 进 ,在 DK349+410+500 下 穿 段 采 用 双 侧 壁 导 洞 法 开双层支护双 侧壁导洞施 工方法采 用 双 侧 壁 导 洞 法 开 挖 及 二 次 支 护 模 筑 混 凝土 ,因此施工周 期长 ,每 9 m 一个 循环需要 33 天 ,下 穿段 90 m 长需 11 个月才能完 成 , 所 以 进 行 了 方 案 优 化。2.3 最终确定的 优化施工方 案利用增设的 斜井自洞内 向洞口方向 采用超前预 加固、双层支 护和弧形导 洞法开挖施 工下穿段 。超前支护 :洞 内采用 159 管 棚进行超前 支护 , 钢管内压注水泥浆。 管棚设计参
11、数:拱部 120范围 布设 159 mm 钢管,壁厚 6 mm,每根钢管长 100 m, 环 向 间 距 20 cm。 管 棚 自 DK349+407 处 施 做 至 DK349+507 段。初期支护 :采 用双层支护 形式 ,初期支 护 为 全 断面 喷射 35 cm 厚的喷 混 凝 土 ;拱 墙 挂 8 钢 筋 网 ,网 格 间 距 为 20 cm20 cm; 全 断 面 设 I25a 型 钢 钢 架 , 间 距 为 2 榀 /m;边 墙 设 22 砂 浆 锚 杆 ,长 4.0 m,间 距 1 m1 m,梅花型布置;初期支护在每分部开挖隧 道两侧钢架分节处各设置 4 根 42 锁脚锚管,
12、每根 长 4.0 m;上台级的二次支护钢架在拱脚处提前预埋 2 根 42 锁脚锚管,每根长 3.5 m。 二次支护为 25 cm 厚 C25 喷混凝土; 全断面设 I20a 型钢, 每榀间距为 0.6 m;钢架间用 42 钢管连接,环向间距 1 m;同时设双 层 8 钢筋网片,网格间距为 20 cm20 cm。二 次 衬 砌 :采 用 50cm 厚 的 钢 筋 混 凝 土 ,主 筋 为225200 mm内外侧 每处布置 2 根 。 管幕工作室 地段施工在 DK349+399+407 段 施 作 8 m 长 的 管 幕 工 作 室 ,工 作 室 比 正 常 隧 道 扩 大 80 cm,以 保 证
13、 管 幕 施 工 作 业空间 。 在管 幕工作室施 工前 ,对既有 铁路 120 m 范围内采用 每侧 7 扣 P50 轨进 行加固 图 1。管 幕 工 作 室 地 段 原 设 计 采 用 双 侧 壁 导 洞 法 开 挖 ,由于双侧壁 导洞法初期 支护有临时 支撑 ,管幕在 临时支撑处 不能施做 , 同 时双侧壁导 洞中部的 拱 部开 挖 高 度 约 7 m,远 大 于 管 幕 所 需 5 m 的 工 作 空 间 , 给 管幕施工带 来了不便 。 为 了保证管 幕 2 个月的施 工工期和施 工平安 , 在 DK349+395+415 段 施 作 间挖 ,拱 部 120范 围 内 设 置 159
14、 管 幕 进 行 超 前 支护,初期支 护采用双层 支护形式 ,二 次衬砌采用 加强钢筋混凝土 结构 。超前支护 :洞 内采用 159 管 幕进行超前 支护 , 钢管内压注 水泥浆 。 管幕 设计参数 :拱 部 120范围 内 设 置 159 钢 管 ,壁 厚 6 mm,每 根 钢 管 长 100 m, 环向 间距 20 cm,外插角 01。初 期 支 护 : 采 用 双 层 支 护 形 式 , 初 期 支 护 为35 cm 厚 的 喷 混 凝 土 层 ;拱 墙 挂 8 钢 筋 网 ,网 格 间 距 为 20 cm20 cm;全 断 面 设 I25a 型 钢 钢 架 , 间 距 为 2 榀 /
15、m, 边 墙 设 置 22 砂 浆 锚 杆 , 长 4 m, 间 距1 m1 m,梅 花型布置 。 二 次支护为全 断面设 35 cm钢筋混凝土 结构 ,主筋采 用 22250 mm。临 时 支 护 : 临 时 侧 壁 及 临 时 横 撑 采 用 锚 喷 支 护 , 喷 射 混 凝 土 厚 25cm; 设 I25a 型 钢 钢 架 , 间 距 为2 榀 /m。 临时侧壁设 置 22 砂浆锚 杆 ,长 2.5 m,间距 1 m1 m,梅花型 布置 。二次衬砌 : 采 用加强钢筋 混凝土结构 , 厚 度 为77第 45 卷 第 6 期(总 第 323 期) 2021 年 12 月 出 版Vol .
16、 45 , No . 6 , Total . No . 323 Dec . 2021图 2 159 mm 长 管 棚 施 工Fig.2 159 mm long pipe-roofing support现 代 隧 道 技 术MODERN TU NNELLING TECHNOLOGY浅埋大断面黄土隧道下穿既有铁路施工技术距 0.35 m、长 20 m 的 108 管 棚 预 加 固 ,管 幕 工 作室地 段采用了弧 形导洞法开 挖 。 上台阶弧 形导洞开挖 支护上 台 阶 每 循 环 开 挖 长 度 为 0.5m即 一 榀 初 期 支 护 钢 拱 架 的 间 距 ,拱 部 采 用 人 工 开 挖
17、,核 心 土 和 两侧拱 脚采用挖掘 机开挖 。 上台 阶开 挖 高 度 约 3.9 m, 台 阶 长 度 约 4 m,核 心 土 距 拱 顶 1.52.0 m,核 心 土 两侧距 开挖面约 2 m。 开挖后及时 喷射 4 cm 厚混凝 土、架设 I25a 钢架 ,在 钢 架 拱 脚 以 上 30cm 高 度 处 设置 4 根 42、长 4.0 m 的锁脚锚管 ,锁 脚 锚 管 与 钢 架 牢固 焊接 , 同时在 预设位置准 确埋设二次 支护拱 脚处的 2 根锁脚 锚管 ,之后挂 设钢筋网片 ,分层喷射初 期支护混凝 土 。 二次支护 根据初期支 护长度及时 跟进。 中台阶左 侧和下台阶 右侧
18、边墙开 挖支护图 1既有铁路扣轨梁加固 Fig.1 Existing railway strengthened by packed rails 下穿段施工1 159 长管棚施 工 图 2高桥隧道下 穿段围岩 为 Q3 新 黄 土 ,钻 孔 时 不 能 采用 水钻 , 否那么易 塌孔埋管 和黄土湿陷 软化而导致 管 幕 下 挠 侵 限 ,故 下 穿 段 采 用 “风 动 导 向 跟 管 钻 进 的施工方 法进行管棚 施工 , 即将 159 钢管加工 成 每节 6 m 的钻 杆 , 利用水平 导向 钻 机 将 159 的 钻 杆分 节钻入 。 钻 孔时利用空 气压缩机产 生的高压空 气将钻碴吹 出
19、孔外 , 利用 有线导向仪 器控制钢管 的 打设精度 。本工程选用 HTG- 100 全液压水平 钻 机 ,钻 机 平 台 能 平 移 和 升 降 ,推 进 回 拖 力 为 15 t,扭 矩 为 4 000Nm, 打 设 最 大 孔 径 为 219 mm 的 钢 管 。 钻 杆 为159 mm8 mm 钢 管 ,每 根 加 工 成 6 m 长 , 两 端 为待上台阶超 前中台阶 4 m 后 ,交 错 开 挖 中 台 阶左侧和 下台阶右侧 边墙 , 每次 开挖控制在 12 榀 ,使左右 暴露开挖面 的拱部初期 支护不同 时处于悬空 状态,同时及 时安装拱架 、挂网和喷射 混凝土 。 中台阶长度控
20、制 在 3 m 左右。 中台阶右 侧和下台阶 左侧边墙开 挖支护 方法同上 。 仰拱开挖 支护待 下 台 阶 开 挖 长 度 达 到 5.0 m 时 停 止 开 挖 ,封 闭掌子面 进行仰拱开 挖 。仰拱分 两次开挖 ,每 次开挖长度为 2.5 m, 紧跟 施做仰拱初 期支 护 和 二 次 支 护 , 然 后 进 行 4.5 m 仰 拱 二 次 衬 砌 和 仰 拱 填 充 混 凝 土 施 工。 待 下台阶长度 再有 5.0 m 长时,重 复上面的 施工 方 法 , 完 成 4.4 m 仰 拱 二 次 衬 砌 和 仰 拱 填 充 混 凝 土施工 。 二次衬砌 施工待 仰 拱 填 充 施 工 长
21、度 达 到 8.9 m 长 时 , 搭 设 钢 管架工作 平台 , 进行防 水板铺设 和二次衬砌 钢 筋 安装。经 检查合格后 撤除钢管架 ,台车就位 浇注二次衬砌混凝土 ,二 次衬砌浇注 段长度为 8.9 m。159 mm10 mm 接 手 。板 旋转直径 165 mm,采 用 楔 型 钻 头 ,钻 头 楔 掌楔型 面 与 钻 具 钻 杆 交角20。 采用 SE- 1 型有线导向 仪 ,严格控制 导向精 度 。 在 楔 掌 斜 板 钻 头 后 面 200 mm 处 将 有 线 导 向 探棒焊 牢 ,用连接线 与操作平 台显示屏连 接 。3监控量测3.1地表变形监 测结合现场实 际地形情况 在
22、高桥隧道 下穿既有南 同蒲铁路段 地表和既有 线上布设三 种观测点 , 对 地 表沉降和 既有线变 形情况进行 监测 , 第一部 分 是 在 既有 线西边地表 较平坦处 设置沉降观 测点 , 平均 每8 m 设置一个断面,共设置 9 个断面,每个断面 27个 测 点; 第二局部 是在既有线 东边的路堑 边坡平台 上2 双层支护弧 形导洞法施 工78第 45 卷 第 6 期(总 第 323 期) 2021 年 12 月 出 版Vol . 45 , No . 6 , Total . No . 323 Dec . 2021现 代 隧 道 技 术MODERN TUN NELLING TECHNOLOG
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