岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法与流程

本发明公开了一种铁路领域的施工方法，特别是涉及岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法。

背景技术：

随着我国经济的飞速发展，工程建设也逐步走向了一个高峰，下穿铁路的工程也越来越多。从行业分类的角度有公路下穿既有铁路、地铁下穿既有铁路、铁路下穿既有铁路，下穿的结构物也从小型的现浇涵洞发展到大型的顶进式框架桥以及隧道，另外下穿结构物和既有铁路之间的埋土深度也在逐步减小，施工难度越来越大。

下穿既有铁路的施工不仅难度大,也存在的一定的安全隐患问题，特别是既有线路的沉降。为防止既有线不均匀沉降，以保证施工期间既有线运营安全及新建隧道施工安全，这就对既有铁路的防护以及加固的要求越来越高，

扇子坡隧道在铁路里程dk278+655处下穿中贵天然气管道，下穿段附近前后均为v级围岩。

扇子坡隧道位于云贵高原黔中东缘息烽县，全长800m，其中明洞16米，iv级围岩65米，其余719m全部为v级围岩，地质条件差，另外本隧道大部分段落为浅埋段且多处临近民房、1处下穿既有公路、1处下穿既有开阳铁路支线、1处下穿石油天然气管道，环境非常复杂。隧道于dk278+050～dk278+110段下穿既有开阳支线铁路，两条线路平面交角37°05′，交叉范围为长30m，两者轨面高差约14m（交叉范围内既有线最低点与隧道拱顶开挖界面高差约4.1m，且下穿段隧道为白云岩夹泥岩，地质较差，是本隧道的控制重点和难点。因此防止既有线不均匀沉降，保证施工间既有线运营安全以及新建隧道安全是本工程的控制重点和难点。

技术实现要素：

为解决现有技术问题，本发明的目的在于提供一种防止既有线路沉降，保证施工安全的岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，具体施工步骤如下：

（1）施工前对既有铁路进行加固：施工前采取以钢筋混凝土桩基作为支点、采用d型便梁对既有线铁路进行架空；

（2）开挖前采取大管棚配超前小导管进行超前支护，既有线加固完成后进行隧道的暗挖及二衬施工，待二次衬砌施工完毕并且强度达到设计要求强度的100%后，置换d便梁，拆除中支撑桩并最终施工合拢段落。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，步骤（1）施工前的准备步骤为：场地平整→测量放样→挡墙施工→桩基挖孔施工→清理道砟→安装便梁。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，步骤（2）采用双侧壁导坑法机械开挖，具体为：①施作拱部大管棚超前支护，支护长度为90m；②开挖左侧导坑上台阶，及时施作初期支护、加强支护；③开挖左侧导坑下台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环；④开挖右侧导坑上台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环，左、右侧导坑掌子面里程相差30m；⑤开挖右侧导坑下台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环；⑥开挖中间导坑上弧导坑，及时施作初期支护、加强支护，开挖循环进尺0.5m；⑦至上而下施作⑥⑦部中间导坑；⑧开挖中间导坑仰拱、及时施作仰拱初期支护，并封闭成环；⑨初期支护达到设计强度后，施作防排水、仰拱二次衬砌，仰拱填充侧沟。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，在线路d便梁桩基未拆除之前，下穿段按照设计工法持续进行开挖施工，但要保证掌子面至初支封闭成环距离大于35m。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，步骤（2）开挖至铁路下方时隧道先在一侧汇合贯通，按照工法要求所有临时支撑要严格安装，同时保证仰拱、二衬紧跟。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，步骤（2）在整个下穿段贯通后两端二衬推进，同时在接近支撑桩基附近挂好防水板并留出二衬台车推进空间，两端二衬施工到间距7m位置。

上述岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，优选的方案是，在最后预留的长度为7m的空间，待两端二衬混凝土强度达到设计强度的100%后，将d24便梁拆除，将d16便梁移至7#-10#扩大基础上，将桩基破除后施工合拢段，混凝土达到强度后，脱模并退出台车；

桩基破除时采用人工破除，从最顶部进行破除；破除前要保证d型便梁已经卸载，即便梁支点已经不再受力，并已将d16便梁由1#、3#和2#、4#置换到7#、9#和8#、10#上；为保证破除后上部的桩头不至落下，在施工3#、4#桩基时桩顶钢筋预留足够的长度，在置换d16便梁后采用钢筋箍住便梁，最后破除完后切除抱箍钢筋使桩头落下；待此段二衬施工完成后用混凝土对桩孔进行封堵。

本发明的有益效果是：

（1）针对本工程下穿既有线段埋深浅、岩溶破碎地质差、交角小交叉跨度大的特点，采用d24、d16配合使用加固既有线路，待隧道下穿段附近二衬加固后转换支撑位置的方法，安全顺利地完成复杂的下穿段施工；

（2）采用本方法施工，工序干扰少，安全可靠，降低了工程造价，确保了施工全过程处于安全、稳定、优质、快速的可控状态。

附图说明

图1为本发明扇子坡隧道总体施工平面布置示意图。

图2为本发明扇子坡隧道与铁路高差示意图。

图3为防护挡墙示意图。

图4为桩基立面布置示意图。

图5为双侧壁导坑法机械开挖示意图。

图6为衬砌钢筋布置图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：本发明技术方案在实施施工时，选取了位于云贵高原黔中东缘息烽县的扇子坡隧道（dk278+050～dk278+110）下穿既有开阳铁路支线（图1-2所示），并成功应用该施工方法穿越铁路营业线，施工主要工序见附图3-6所示。

岩溶破碎地区浅埋隧道下穿既有铁路营业线施工方法，具体施工步骤如下：

（1）施工前采取以钢筋混凝土桩基作为支点、采用d型便梁对既有线铁路进行架空；施工前的准备步骤为：场地平整→测量放样→挡墙施工→桩基挖孔施工→清理道砟→安装便梁。

其中，挡墙施工采用φ75钢管桩+6mm钢板进行防护，同时桩基锁口上部设置6mm厚钢板进行孔口防护，高度为1m；

桩基挖孔施工为：一组d24型便梁和一组d16型便梁对既有铁路进行加固，采用1.25m×1.5m挖孔桩基础作为便梁支墩。支墩共设6个，中支墩2个，边支墩4个，其中支墩桩长22m、边支墩桩长18m，同时设置4个扩大基础；桩基采用方形结构设计，材料为c35钢筋混凝土，为方便识别，对桩基编号为1#～6#，扩大基础编号7#～10#，中桩3#、4#桩长22m，边桩1#、2#、5#、6#桩长18m，桩基竖向主筋采用φ18hrb400钢筋，平均间距为18cm及22cm两种规格，长度根据桩长分别为21.8m、17.8m。

支撑桩施工顺序：为保证既有线运营安全，基础开挖采用跳开式开挖，按照图中布置安排1#、8#、3#、10#、5#先施工，施工完成后再安排2#、7#、4#、9#、6#施工。当钢筋检查验收隐蔽后，立即进行桩芯混凝土浇注；为避免浇筑混凝土对既有线造成影响，提前在铁路下交叉段的过水涵洞穿入混凝土泵送管，浇筑混凝土时采用地泵接入即可，浇筑期间列车不限速。桩内混凝土应使用插入式振动器分层振捣，除孔底800mm为第一振捣层外，其它均以500mm为一振捣高度层，边灌注边分层振捣密实，直至桩顶，以保证混凝土的密实度。

清理道砟：封锁点内统一施工，将便梁范围内的道砟进行清理，统一运至硬化的场地进行储存，将来恢复线路时再回填至线路。

安装便梁：铁路加固采用1组d24型和1组d16型施工便梁，采用汽车拖车运输、汽车吊吊装及安装就位；横梁替换原轨枕采取隔六根抽一根的方法，抽出原轨枕塞入横梁，只需抽出4-5根旧枕，然后调整旧枕间距，即可将所有横梁安装到位。横梁安装完毕后，即可安装钢轨扣件sbk01，以保持轨距；在设支垫时，应注意控制标高，使横梁顶距轨底有10～20mm的空隙，以便塞绝缘胶垫，使钢轨扣件的齿咬合，不至移动，起到控制轨距的作用。

横梁一端可以先和就位的纵梁联结，装上牛腿，联结板和定位角钢，所有眼孔均应上满螺栓和弹簧垫圈，待全梁组装齐全后，上紧全部螺；待轨底挖空50-60cm高后，即刻逐根装上斜杆s6，以增强d型梁的刚性。

（2）开挖前采取大管棚配超前小导管进行超前支护，既有线加固完成后进行隧道的暗挖及二衬施工，待二次衬砌施工完毕并且强度达到设计要求强度的100%后，置换d便梁，拆除中支撑桩并最终施工合拢段落。具体操作如下：

下穿既有铁路段，采用双侧壁导坑法机械开挖，具体为：①施作拱部大管棚超前支护，支护长度为90m；②开挖左侧导坑上台阶，及时施作初期支护、加强支护；③开挖左侧导坑下台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环；④开挖右侧导坑上台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环，左、右侧导坑掌子面里程相差30m；⑤开挖右侧导坑下台阶，及时施作初期支护、加强支护，打设拱脚锁脚锚杆，并封闭成环；⑥开挖中间导坑上弧导坑，及时施作初期支护、加强支护，开挖循环进尺0.5m；⑦至上而下施作⑥⑦部中间导坑；⑧开挖中间导坑仰拱、及时施作仰拱初期支护，并封闭成环；⑨初期支护达到设计强度后，施作防排水、仰拱二次衬砌，仰拱填充侧沟；在线路d便梁桩基未拆除之前，下穿段按照设计工法持续进行开挖施工，但要保证掌子面至初支封闭成环距离大于35m。

其中超前支护为：dk277+989～dk278+014段设φ108超前大管棚，每环39根，单根长30米；dk278+050～dk278+140段设φ108超前大管棚，每环39根，单根长20米，纵向间距15米。管棚在隧道拱部范围内环向布设，采用φ108×6mm、φ133×5mm钢（花）管，管棚内设置钢筋笼。dk278+014～dk278+050段采用φ42超前小导管支护，每环37根，单根长4.5米，纵向间距3米，管内注水泥浆，外端设于型刚钢架上。另外，在下穿段施工时小导管与大管棚配合使用。

小导管采用热扎无缝钢花管，外径42mm，壁厚4.0mm。导管上设注浆孔，孔径6～8mm，孔间距20～30cm，呈梅花型布置，尾部留不小于100cm的不钻孔的止浆段。注浆压力为1.0～2.0mpa，外插角为10°～12°。下穿段的小导管外插角根据地表埋深调整，保证在既有线基床以下1.5m至隧道拱顶可以达到水泥固结的效果。

注浆材料为m30水泥浆。采用单孔注浆结束标准：a、注浆压力逐步升高，当达到设计终压并稳定10min；b、注浆量不小于设计注浆量的80﹪；c、注浆速度小于开始注浆速度的1/4。

初期支护、加强支护工艺：初期支护喷射混凝土全部采用湿喷工艺。将骨料、水泥、水和外掺剂按实验确定的比例拌合均匀，用湿喷射机压送到喷头处，再在喷头上添加速凝剂后喷出。除下穿段外dk277+989～dk278+190段全部采用i20b型钢钢架进行全环加强支护，间距0.6米；dk278+050～dk278+110下穿段采用i22b型钢钢架进行全环加强支护，间距0.5米。

衬砌施工：隧道下穿铁路dk278+079～dk278+086段二衬设计采用vd型复合式衬砌，二衬厚55cm，三衬厚35cm，c35钢筋混凝土。

开挖至铁路下方时隧道先在一侧汇合贯通，按照工法要求所有临时支撑要严格安装，同时保证仰拱、二衬紧跟；在整个下穿段贯通后两端二衬推进，同时在接近支撑桩基附近挂好防水板并留出二衬台车推进空间，两端二衬施工到间距7m位置；在最后预留的长度为7m的空间，待两端二衬混凝土强度达到设计强度的100%后，将d24便梁拆除，将d16便梁移至7#-10#扩大基础上，将桩基破除后施工合拢段，混凝土达到强度后，脱模并退出台车；

桩基破除时采用人工破除，从最顶部进行破除；破除前要保证d型便梁已经卸载，即便梁支点已经不再受力，并已将d16便梁由1#、3#和2#、4#置换到7#、9#和8#、10#上；为保证破除后上部的桩头不至落下，在施工3#、4#桩基时桩顶钢筋预留足够的长度，在置换d16便梁后采用钢筋箍住便梁，最后破除完后切除抱箍钢筋使桩头落下；待此段二衬施工完成后用混凝土对桩孔进行封堵。

下穿施工完成后拆除便梁，施工顺序为：移出纵梁→抽出横梁→轨枕恢复→回填道砟恢复线路。

此外，为确保既有铁路运营安全及新建隧道施工安全，需对隧道洞内进行监控量测，以及在交叉段落对既有线铁路路基与轨面进行全程监控量测。其中隧道洞内的监测项目为水平相对净空变化量测、拱顶相对下沉量测、量测断面间距为5m，每天1～2次。交叉段落全程量测：路基与轨面沉降监测在开挖边线以外范围内进行；路基沉降点按每点/10米设置，轨面沉降点按每点5米设置。沉降点监测频率为4次/天；隆起量小于4mm/d，沉降量小于10mm/d，最终变形量控制在+10～-20mm。观测时间从隧道开挖至交叉点开始观测，直至二衬施做完成。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。