對某鐵路隧道施工技術(shù)及問題探討
摘要:本文主要對某鐵路高橋隧道下穿地段鐵路設(shè)計方案與施工方案進行了分析,論述下穿段的安全快速施工技術(shù)、洞內(nèi)外拱頂和地表沉降變形觀測規(guī)律、安全預(yù)案及管理,并對下穿段的設(shè)計與施工提出問題和建議探討。
關(guān)鍵詞:鐵路隧道;施工技術(shù);設(shè)計方案;問題建議
1工程概況
該高橋隧道位于XXXX地方,起訖里程為DK346+110～DK347+568,長1457m,為雙線黃土隧道。隧道除進口端564m位于R=8000m的曲線地段,出口端158m位于R=12000m的曲線地段外,其余洞身位于直線上。洞身進口段縱坡為-9‰,出口段縱坡為-3.5‰。
隧道出口段于DK347+455.87處與某鐵路挖方路塹小角度下穿立交,相交角度為23°58°49°,下穿段隧道施工長度約90m。隧道出口段埋深淺,線路左側(cè)邊坡基本由坍滑堆積體組成,土體較松散,地形偏壓嚴(yán)重。
隧道通過區(qū)范圍內(nèi)地層巖性簡單,為Ⅰ級黃土臺塬區(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)。
該鐵路為Ⅱ級正線,單線無縫線路,60kg/m鋼軌,Ⅱ型混凝土軌枕,碎石道床。該段鐵路位于深路塹內(nèi),其中50m位于緩和曲線上,15m位于直線內(nèi),曲線半徑400m,緩和曲線長80m,超高126mm,緩和曲線一端接磨溝大橋梁,另一端接磨溝隧道。對線日行車密度為19對,日行車平均間隔時間30min左右,經(jīng)調(diào)查最大行車間距約45min,列車行駛較頻繁。
2設(shè)計方案
2.1原設(shè)計方案
該隧道出口DK347+410～DK347+500為Ⅴ級圍巖下穿鐵路段,采用一孔跨度64m的鐵路應(yīng)急搶修鋼梁架空鐵路,梁兩端置于隧道開挖輪廓以外的群樁基礎(chǔ)之上。每段群樁4根,深度45m,承臺尺寸8.4m×4.26m×31.0m(長×寬×高),群樁與承臺均采用C30鋼筋混凝土。在架空線路的條件下采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法暗挖通過,既有鐵路在限速15km/h的條件維持運營。初期支護采用35cm厚噴射混凝土,全斷面設(shè)I25a型鋼鋼架,間距1榀/0.6m,拱部設(shè)φ42超前小導(dǎo)管(l4.5m,環(huán)向間距40cm,外插角5°～10°,搭接≥1.5m)。二次襯砌采用80cm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
(1)設(shè)計變更方案
為了保證隧道施工工期,降低施工難度和風(fēng)險,在DK347+379處增設(shè)1座長127m斜井,既可保證自斜井至進口段的正常施工,又可自斜井向出口段反向掘進通過下穿鐵路段。
利用增設(shè)的斜井自洞內(nèi)向洞口方向進行掘進,在DK347+410～DK347+500下穿段采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖,拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置φ159管幕進行超前支護,初期支護采用雙層支護形式,二次襯砌采用加強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
超前支護:洞內(nèi)采用φ159管幕進行超前支護,鋼管內(nèi)壓注水泥漿,管幕設(shè)計參數(shù):拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置φ159鋼管,壁厚6mm,每根鋼管長100m,環(huán)向間距20cm,外插角0～1°。
初期支護:采用雙層支護形式,初期支護為36cm厚的噴射混凝土,拱墻掛φ8鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距為20cm×20cm,全斷面設(shè)I25a型鋼鋼架,間距為2榀/m,邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿,L-4m,間距1m×1m,梅花形布置,二次支護為全斷面設(shè)36cm鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),主筋采用φ22@250mm。
臨時支護:臨時側(cè)壁及臨時橫撐采用錨噴支護,噴射混凝土厚25cm,設(shè)I25a型鋼鋼架,間距為2榀/m。臨時側(cè)壁設(shè)置φ22砂漿錨桿,L-2.5m,間距1m×1m,梅花形布置。
二次襯砌:采用加強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),厚度為40cm,二襯主筋采用2φ22@200mm(內(nèi)外側(cè)每處布置2根)。
在隧道開挖影響范圍內(nèi)既有線K861+952～K862+072段共計120m,對既有鐵路采用每側(cè)7扣50kg/m軌加固線路。
3下穿段施工方案
利用增設(shè)的斜井自洞內(nèi)向洞口方向掘進,管幕自DK347+405處施做至DK347+505段共100m,采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工下穿段。開挖主要以人工配合機械開挖。
3.1管幕工作室地段施工
在DK347+397～DK349+405段施作8m的管幕工作室,工作室比正常隧道擴大80cm,以保證管幕施工作業(yè)空間。
管幕工作室地段原設(shè)計采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖,由于雙側(cè)壁導(dǎo)坑法初支有臨時支撐,管幕在臨時支撐處不能施做,同時雙側(cè)壁導(dǎo)坑中部的拱部開挖高度約7m,遠大于管幕所需5m的工作空間,給管幕施工帶來不便。為了保證管幕2個月的施工工期,在DK347+395～DK347+415段施工間距0.35m、長20m的φ108管棚預(yù)加固,管幕工作室地段采用了弧形導(dǎo)坑法開挖。
(1)φ108長管棚施工
在DK349+395處拱部120°范圍內(nèi),按環(huán)向間距0.35cm設(shè)置20m長的φ108管棚,超前大管棚采用YG100型鉆機鉆孔。外插角度控制在5°～10°,以避免管棚侵入支護斷面內(nèi)。鋼管在專用的管床上加工好絲扣,導(dǎo)管四周鉆設(shè)孔徑10～16mm注漿孔。棚管頂進采用挖掘機和管棚機鉆進相結(jié)合的工藝,先用挖掘機在人工配合下頂進鋼管,再用鉆機的沖擊力和推力低速頂至設(shè)計深度。接長鋼管應(yīng)滿足受力要求,相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯開。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%,相鄰鋼管接頭至少錯開1m。管棚安裝就位后及時注漿。
(2)弧形導(dǎo)坑法施工
采用弧形導(dǎo)坑法較雙側(cè)壁法開挖分部少,在時間上能及時進行仰拱封閉,在空間上能有效縮短工作面至仰拱和二襯的距離,大大提高φ159管幕施工期間的安全性。
該段支護襯砌里程:二次襯砌施工至DK347+393,仰拱及填充施工至DK347+396,下臺階開挖至DK347+397,中臺階開挖至DK347+403,拱部開挖至DK347+406,通過現(xiàn)場監(jiān)控量測既有線道床及路肩沉降為零,該施工段隧道的拱頂最大沉降為11cm(兩個半月),說明在管棚的保護下,沉降較小。
3.2φ159管幕施工
(1)施工方案
該隧道下穿段圍巖為Q3新黃土,鉆孔工藝不能采用水鉆,否則易塌孔埋管和黃土濕陷軟化而導(dǎo)致管幕下?lián)锨窒?故下穿段采用“風(fēng)動導(dǎo)向跟管鉆進”的施工方法進行管幕施工,即將φ159鋼管加工成每節(jié)6m的鉆桿,利用水平導(dǎo)向鉆機將φ159的鉆桿分節(jié)鉆入。鉆孔時利用空氣壓縮機產(chǎn)生的高壓空氣將鉆渣吹出孔外,利用有線導(dǎo)向儀器控制鋼管的打設(shè)精度。
