摘 要：文章以水鋼隧道工程下穿鐵路既有線為例，對D型便梁布置進行分析計算，結果表明線路加固方案是安全可靠的;大管棚施工、雙側壁導坑法施工中的關鍵環節提出相應的技術措施，為既有鐵路線下隧道施工組織，加強施工技術控制，有效降低施工風險，確保既有線行車安全和隧道施工安全，提供一定的參考。

　　關鍵詞：隧道,鐵路既有線加固,大管棚,雙側壁導坑法,施工技術

　　1 工程概況

　　水鋼隧道位于貴州省六盤水市，為單向雙洞隧道，隧道限界凈寬10.5m，左右路線設計線間距18m，既有滬昆鐵路線從隧道進口上方通過，與公路隧道夾角為65°，鐵路軌面至隧道設計公路路面高差約16.55m，下穿段開挖拱頂高程與既有線路軌面高程差為8.4m。鐵路左測為塊石砌成的護坡，穩定性較好，右側邊坡地形陡峭，為基巖裸露邊坡。下穿既有線段地質條件較差，圍巖軟弱且埋深淺，節理發育且整體性差，自穩能力差，同時受運營列車振動影響，造成洞身開挖后圍巖穩定性更差，為此，必須采取穩妥的施工方法嚴格控制地表沉降，確保既有鐵路運營安全。

　　2 總體施工方案

　　為確保鐵路行車安全和隧道施工安全，既有鐵路線右側高邊坡安設被動防護網，左側邊坡鋼花管注漿加固， D型便梁加固鐵路既有線后(隧道與加固線路關系見圖1)，進行大管棚超前支護，采用雙側壁導坑法鉆爆施工，初支采用鋼支撐、錨桿，掛網噴砼聯合支護。下穿段襯砌砼達到設計強度后，恢復既有線原樣。

　　3 既有線加固施工技術

　　3.1既有線路左側邊坡邊固防護

　　3.1.1既有線鐵路坡面采用Φ42鋼花管注漿加固，間距1m×1m，梅花型布置，長度伸入灰巖2m。

　　3.1.2由于下穿鐵路既有線為塊石高邊坡，人工填筑層較厚，在加固地段兩側從下至上進行鉆孔注漿，間距0.5m ，以在加固段形成止漿墻體。在邊坡段可采用兩次造孔注漿，一次為造殼注漿，一次為擠密注漿，從下至上進行施工，確保注漿效果。

　　3.2 D型便梁施工技術

　　進口段下穿既有線采用1孔24米D型便梁對既有線進行加固，逐洞施工，先右洞后左洞，待右側隧洞施工完畢后，將D型便梁移至左洞上方既有線，進行加固后，再施工左洞。兩端各設2根1.25m×2m挖孔樁，中間設兩根3m×2m的挖孔樁， C30混凝土，作為便梁基座。

　　3.2.1便梁的布置

　　(1)D型便梁單跨總長24.50m，設計最大支點距離24.12m，主要由2道鋼縱梁、37根鋼枕、148塊節點板、鋼軌扣件和相應數量的其他配件組成。

　　(2)單線曲線段采用施工便梁加固線路時，要特別注意兩點，一是線半徑，二是外軌超高值;多線鐵路還需要考慮線間距。

　　(3)本工程便梁位于緩和曲線直緩段，既有線技術參數為：曲線半徑為710mm，HY點樁號ZK2245+864.80，ZH點樁號為2246+034.65，D型便梁位于ZK2245+881～ZK2245+929段。便梁段外軌超高61～39mm，按照D24低高度施工便梁設置表，便梁布置形式選擇丁式，其參數表如下：

　　線路情況曲線半徑布置形式縱梁位置軌底至梁底梁頂至軌面

　　單線曲線R≥400m丁式最低位825mm299mm

　　(4)外軌超高設置，按公式計算為h=11.8v2/R進行計算，在行車速度為45km/h時，圓曲線段外軌超高為34mm，便梁段外軌計算超高應為31～26～21mm，而原外軌超高為61～50～39mm，為避免線路過大改動，外軌超高值均設置為50mm，過超高值最大為29mm，未超過鐵路軌道設計規范規定的過超高允許值。超高的設置通過在基座上設置橫坡來實現。

　　(5)便梁定位線在曲線段采用平分中矢進行布置，按鐵路曲線正矢設置計算方法算得圓曲線段24.5m弦長的正矢F=1000C2/8R，其中C為弦長，R為圓曲線半徑，代入得F=106mm，便梁架設位于緩和曲線段，第一、二片梁中心處線路正矢計算值分別為E1=87mm、E2=71mm，實測值分別為80mm、65mm，設計按便梁定位線按矢值E=E1=E2=120mm平分中矢布置，如圖2所示。

　　(6)驗算便梁是否超鐵路建筑限界。梁頂至軌面高度為299mm，從鐵路建限-1的直線建筑接近限界圖中查得相應橫向限界值A為1725mm。

　　曲線內側加寬W內=40500/R+H*h/1500=40500/710+299*50/1500=67mm

　　曲線外側加寬W外=44000/R=44000/710=62mm

　　便梁定位線支墩縱梁中心線的距離b、c：

　　內側b=A+E1/2+d/2+ W內=1725+120/2+480/2+67=2092mm

　　外側c=A+E1/2+d/2+ W外=1725+120/2+480/2+62=2087mm

　　便梁定位線至兩片縱梁中心距離之和不能超出便梁本身尺寸限制，即須滿足

　　b+c+50≤B，50為便梁構件及施工誤差，單位為mm。

　　b+c+50=2092+2087+50=4229≤B=4460，滿足建筑限界要求。

　　3.2.2 吊扣軌加固線路軌道

　　在進行基座開挖前，在基座處靠近既有線旁，采用吊扣軌的方法，加固線路軌道。吊軌的軌道用P43鋼軌，每3根鋼軌作為一束，一扣兩順擺放在既有道床兩端混凝土枕端頭上，然后采用U型螺栓和扁擔型箍條將砼枕與軌束連接緊固，使開挖地段的軌排段形成一個整體，起到對線路軌道加固作用。吊軌以基座開挖線為中線兩邊對稱布置鋼軌。如圖3所示

　　吊軌安裝過程中，應做好充分準備，防護到位，請點施工，安裝要求鋼軌密貼枕面，緊箍件安裝整齊規則。在挖孔樁施工完畢混凝土有一定強度后拆除吊軌梁。

　　3.2.3挖孔樁施工

　　(1)挖孔樁施工，要在嚴格的安全防護條件下，做好軌道的沉降觀測，夏季施工時做好軌溫監測，采取有效的降溫措施，防止漲軌跑道，給列車安全運行帶來威脅，在列車運行的間隙進行施工作業，采用風鎬進行人工開挖。開挖分兩批次完成， 1#、4#、5# 基座施工完畢后進行2#、3#、6#基座施工。

　　(2)孔口靠鐵路線一側首先應采用木板防護，擋好道碴，做好鎖口，高出路肩20cm，防止周圍土石落入孔內，但不得侵入鐵路建筑限界。開孔后，第一節混凝土護壁一定要及時澆筑混凝土，否則用砂石袋填滿樁孔，以防不測。灌注第一節護壁在樁口0.5m高度范圍內,壁厚應超過設計厚度，以下壁厚為10cm，頂面要平整。

　　(3)第一節樁孔成孔以后在樁孔上口架設垂直運輸支架，以電動葫蘆作為提升設備，要求搭設穩定、牢固，避免傾倒侵入鐵路限界。

　　(4)開挖樁孔要從上到下逐層進行，先挖中間部分的土方，然后擴及周邊，有效的控制開挖樁孔的截面尺寸，每節的深度由土質情況和操作條件來決定，不得大于1.0m。挖出的土石用吊桶直接提升到井口，出碴裝袋運走。

　　(5)護壁模板采用拆上節、支下節重復周轉使用，支護模板時同一平面偏差不能大于50mm。每節開挖要在上節護壁混凝土終凝后進行，護壁砼采取現場拌制，嚴格按照配合比拌制混凝土，利用手動葫蘆提升料斗。為保證開挖安全應逐段灌注混凝土護壁，上下兩節護壁搭接不小于50mm，嚴禁挖孔隔日澆筑混凝土，同時避免在土石層變化處分節。挖孔深度必須深入基巖2m。

　　(6)基座孔開挖到設計要求位置，做承載力試驗，并做基底釬探，查明基底5m深地質狀況，確保樁基安全可靠。經檢查合格后進行鋼筋制安，由于既有線路上方為接觸網，成品鋼筋骨架過長，影響行車及人員安全，主筋采用孔內套管連接，箍筋孔內綁扎作業。

　　(7)樁身混凝土采用C30混凝土，采用混凝土輸送泵配串筒灌注，落差不大于2m，振搗密實，混凝土必須一次連續灌注完畢。澆筑完畢時清除樁頂浮漿，按設計預留坡度，并在便梁安裝位置外側安插鋼軌樁作為便梁的橫向限位，防止行車時便梁外移。做好混凝土養護，防止混凝土發生收縮或干裂。

　　3.2.4補充注漿

　　由開挖揭示的地質特征和邊坡加固時的注漿效果，鐵路既有線路基回填砂類土層厚，土體松散，各樁為便梁的支撐點，特別是3#、4#樁，為便梁主要支撐點，且離開挖面最近，為增強樁基承載力和穩定性，根據開挖情況，對局部注效效果較差的挖孔樁附近4m范圍內邊坡再次采用鋼花管進行補充注漿，亦可在樁基開挖過程中，預埋Φ42鋼花管，在開挖完成后注漿，以達到加固樁周土體和開挖影響區土體目的。

　　3.2.5便梁安裝拆卸和檢查維護

　　便梁安裝拆卸和檢查養護嚴格按照D型便梁使用說明書、鐵路工務規則、設計要求執行，加強施工前的培訓，加強施工過程中的組織指揮和通車前的安全檢查，同時在使用過程中加強檢查和維護，確保萬無一失。

　　4 下穿既有線段隧道施工

　　在D型便梁施工完畢后，先下穿該側隧道，二襯澆注完畢后，再轉移D型便梁施工另一側。采用超前大管棚支護，雙側壁導坑法進行施工。隧道拱部穿越地質條件為人工回填土夾石高邊坡，孔隙比大，邊坡已經過鋼花管注漿加固，要求路基填方土體通過注漿加固達到密實緊固，以便造孔作業。

　　4.1管棚施工

　　大管棚超前支護對控制地表沉降起到關鍵作用，對防止隧道塌方十分有效，是目前通過淺埋不良地質段的常用施工方法。

　　4.1.1導向墻施工

　　施工工序：測量放線，導向墻基礎施工，開挖導向墻基礎，因隧洞進口開挖體為土體，可在開挖線外側插打工字鋼樁，一方面支撐導向墻基礎，另一方面可作為開挖時的預支撐，防止隧洞開挖后側壁土體坍塌。澆筑基礎混凝土，埋設安裝導拱的預埋件，在預拼好的工字鋼上按設置角度焊接導向管，安裝調整帶導向管的工字鋼架，搭設腳手架，立模板澆筑導向墻。導向墻的作用是保證大管棚施工精度，鉆進時始終保持同一鉆進角度和方向，使得管棚落在同一個環面上,通過注漿加固地層，形成有效的承載拱。導向管的角度，需考慮鉆桿的下垂，隧道縱坡，防止鉆孔侵入隧道開挖面，導向管軸線與縱坡仰角設置為2°，導向管在徑向上離墻內側0.3m，外側0.7米。墻長1米。

　　4.1.2管棚布置

　　為確保線路安全，設計采用在拱部120°范圍內設置Φ159 大管棚超前預支護從進口端一側進行施工，長度為35m，穿越鐵路路基和右側擋墻進入覆蓋層較深的基巖3m。管棚環向間距為0.4m。合理設置各孔每段進管的長度，保證同一斷面處的接頭數不大于50%，相鄰鋼管接頭錯開不少于1米。

　　4.1.3管棚施工順序

　　管棚施工先從右洞兩側開始向拱部中央進行，隔兩孔鉆一孔的作業順序，鉆成一孔，及時下管注漿，避免塌孔和路基下沉，一孔結束后再施工下一孔。

　　4.1.4鉆孔和下管

　　(1)搭設鉆孔平臺，鉆孔前用木板調整鉆機位置，先輕壓慢速鉆進，以保證開孔質量，鉆進中用測斜儀測量鉆孔方向，及時糾正偏差。

　　(2)為確保隧道拱部圍巖的穩定要對大管棚進行注漿處理，同時為提高導管的抗彎能力 ，可在管棚內增設鋼筋籠。為使漿液充分滲透，管棚采用花管，在鋼管上鉆孔徑為15mm 的注漿孔孔眼排列呈梅花形布置間距為15cm ×15cm，每根管棚在最后一節時在鋼管上要預留1.5m長不鉆注漿孔以起到止漿作用。

　　(3)鋼管節間采用焊接連接，鋼管連接端頭開4 個2cm ×5cm 的槽口，內套Φ140，L= 40cm 長的鋼管，將開口處焊平。

　　(4)鋼管的頂進，可以使用挖掘機頂進，或利用鉆機自身的收縮進行頂管，遇到頂進困難時，亦可以采用手動葫蘆固定于護拱上輔助頂進。

　　4.1.5注漿加固處理

　　封閉孔口，預留注漿口，注漿應通過試驗選擇水灰比和注漿壓力，本工程采用水泥單漿液，水灰比0.5∶1，注漿壓力0.5 ～1Mpa，不間斷注漿，在注漿過程中嚴格控制注漿壓力并加強對地表沉降監測。

　　4.2隧道開挖支護

　　4.2.1該段隧道開挖在大管棚的預支護下進行，采用雙側壁導坑工法進行施工，各個分部施工依次滯后3～5m。

　　4.2.2雙側壁導坑法施工見工序橫斷面圖5

　　(1)利用上一循環施作的鋼架施做導坑中側壁超前水平錨桿，弱爆破開挖①部，噴8cm厚混凝土封閉掌子面，施作 ①部導坑周邊的初期支護和臨時支護，初噴4cm厚混凝土后，架立I20b鋼架和I18臨時鋼架，設鎖腳錨桿，安設I18橫撐，鉆設徑向錨桿后復噴混凝土至設計厚度。

　　(2)用同樣的工序和方法依次開挖②③④部。

　　(3)在滯后②部一段距離后，弱爆破開挖⑤部，隧底周邊部分初噴4cm厚混凝土，接長I20b鋼架和I18臨時鋼架，復噴混凝土至設計厚度，澆筑該處邊墻基礎，填充部分隧底、仰拱。

　　(4)在滯后④部一段距離后，弱爆破開挖⑥部，工序和方法同(3)。

　　(5)開挖⑦部，噴8cm噴混凝土封閉掌子面。相繼滯后一段距離后，分別開挖⑧⑨。

　　(6)開挖⑩部，導坑底部初噴4cm厚混凝土，安設I20b使鋼架封閉成環，復噴至設計厚度。拆除兩側壁I18臨時鋼架最下一個單元，進行剩余部分仰拱灌注、隧底填充。

　　4.2.3施工注意事項

　　(1)施工時嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測、控沉降”的原則。

　　(2)弱爆破開挖或人工開挖，每次進尺0.6m，嚴格控制裝藥量。

　　(3)工序變化處鋼架應設鎖腳錨桿，以確保鋼架基礎穩定。

　　(4)導坑開挖孔徑及臺階高度可根據施工機具、人員等安排進行適當調整。

　　(5)鋼架之間縱向連接鋼筋應及時施作并連接牢固。

　　(6)施工時及時掌握開挖反映的地質狀況，若填方土體仍未有良好固結，在拱部120°范圍加打Φ42超前小導管，間距為40cm，注漿加固后方可繼續向前開挖。

　　4.3襯砌與回填灌漿

　　4.3.1根據監控量測的結果分析，待初期支護收斂后，拆除I18臨時鋼架，鋪設防水層和排水盲管，制作安裝鋼筋，利用襯砌模板臺車一次性澆筑邊墻和拱部混凝土。

　　4.3.2為防止二次襯砌與防水層之間形成空隙，二襯時沿拱頂預留注漿孔，間距5m，在下穿段施工完成前拱頂灌漿充填空隙。

　　5 監控量測

　　為確保行車安全和鐵路線的正常運營，必須嚴格控制隧道開挖引起的線路沉降，在線路股道中間和便梁支墩上布置沉降測點，進行跟蹤監測，并根據監測結果實時調整開挖進尺和支護參數。

　　6 結語

　　(1)采用D型便梁加固既有線路，并對D型便梁的架設應滿足的條件進行了分析，科學合理地確定了相關技術參數，施工過程中，便梁起到了很好的加固效果，確保了既有線路上的列車運行和隧道施工安全。采用逐孔施工，減少了D型便梁的架設工程量，取得了較好的經濟效益，同時減小了中間基樁的受力，進一步降低了安全風險。

　　(2)采用吊軌梁等技術措施減小了基坑開挖對既有線路行車的影響。

　　(3)充分利用注漿加固施工方法，通過邊坡造殼注漿，二次造孔擠密注漿等辦法解決填方路基土體散導致塌孔現象發生。

　　(4)合理的管棚施工工藝對保證管棚施工正常進行，確保在管棚周圍形成具有一定強度和厚度的承載拱，起到了重要作用。

　　(5)施工結果表明既有線路加固方案和隧道施工總體順序安排是合理的，在長大管棚與鋼支撐和噴錨聯合支護下，圍巖可以承受全部荷載，證明了所采用的工程措施和施工參數具有足夠的安全度。

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