導(dǎo)語：鐵路設(shè)計(jì)論文：小議鐵路設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：茍明中工作單位：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司

隧道襯砌結(jié)構(gòu)及輔助施工措施

本工程具有周邊環(huán)境復(fù)雜、工程及水文地質(zhì)條件差、結(jié)構(gòu)形式及受力復(fù)雜、施工工序多、地面沉降控制嚴(yán)格、工期緊等特點(diǎn)。由于鐵路無法設(shè)置便梁等臨時(shí)保護(hù)措施，在臨時(shí)支撐拆除時(shí)為確保隧道有效控制沉降及鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，隧道采用3層襯砌結(jié)構(gòu)［2］（1次初支、2次模筑襯砌），全環(huán)設(shè)置299超長(zhǎng)管幕預(yù)加固［5］，按雙側(cè)壁導(dǎo)坑六部［6］微臺(tái)階開挖方式進(jìn)行施工。2．1襯砌結(jié)構(gòu)1）初期支護(hù)。①噴混凝土：C25耐腐蝕混凝土，厚度35cm；②鋼筋網(wǎng)：8鋼筋，網(wǎng)格間距15cm×15cm，全環(huán)雙層；③鋼架：I25工字鋼架，全環(huán)設(shè)置，間距60cm。2）一次模筑襯砌。采用C40耐腐蝕防水鋼架混凝土，厚40cm，鋼架采用25四肢格柵鋼架，間距50cm，一次模筑是在中壁臨時(shí)支護(hù)不拆除的情況下施工。3）二次模筑襯砌。采用C40耐腐蝕防水鋼筋混凝土，厚50～60cm。在一次模筑襯砌的保護(hù)下，分段拆除臨時(shí)支護(hù)后施工。4）中壁臨時(shí)支護(hù)。臨時(shí)支護(hù)采用C25噴混凝土（中壁厚30cm、橫撐25cm）、工字鋼架（中壁I25、橫撐I20a）、8鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，鋼架間距同主鋼架，并對(duì)掌子面噴混凝土進(jìn)行封閉。2．2輔助施工措施1）299超長(zhǎng)管幕。全環(huán)設(shè)置299鋼管管幕［5］，隧道管幕左線長(zhǎng)度110m，右線長(zhǎng)度76m。鋼管環(huán)向間距35cm，與隧道外輪廓凈距25cm，鋼管采用299×12mm的無縫鋼管水平鋪設(shè)在土體中，299鋼管之間打入60鋼花管，通過60鋼花管對(duì)管幕外的土體進(jìn)行注漿加固并使之與299鋼管成為一個(gè)整體。鋼管之間的連接采用273mm的內(nèi)接管箍，管箍長(zhǎng)400mm，直接對(duì)焊連接。2）洞內(nèi)深孔注漿。管幕施工完成后，采用超細(xì)水泥－水玻璃漿液對(duì)掌子面進(jìn)行全斷面超前注漿加固地層，防止隧道開挖過程中出現(xiàn)坍塌引發(fā)地表下沉。3）地面注漿。為有效保護(hù)鐵路，采用超細(xì)水泥漿對(duì)隧道拱部管幕以上1．5m、邊墻管幕以外2m范圍進(jìn)行注漿，對(duì)管幕以外的松散土體進(jìn)行加固，防止土體從管幕之間的薄弱環(huán)節(jié)掉塊。

工法選擇及施工組織

隧道施工工法根據(jù)隧道的結(jié)構(gòu)形式、工程及水文地質(zhì)和周邊環(huán)境條件，經(jīng)綜合比選后，隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑六步微臺(tái)階法［6］施工工法，詳見圖3。1）施工299管幕，全斷面注漿，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分六步分部開挖并支護(hù)［5］。2）鑿除一次模筑襯砌范圍的中壁臨時(shí)支護(hù)噴射混凝土，保留臨時(shí)支護(hù)鋼架，施作一次模筑鋼架襯砌，每循環(huán)長(zhǎng)度為6m。3）待一次模筑襯砌達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在其保護(hù)下，分段拆除中壁豎向臨時(shí)支護(hù)，鋪設(shè)防水板，施作二次模筑襯砌底板。4）采用襯砌臺(tái)車施作拱墻部位的二次模筑襯砌。管幕與注漿施工順序的選擇對(duì)于超長(zhǎng)管幕與注漿的施工順序有先施工管幕后注漿和先注漿后管幕2種。1）如采用先施工管幕后注漿，管幕擴(kuò)孔施工是在原狀松軟地層中進(jìn)行，較容易推進(jìn)，但注漿需要分2種方式，在管幕以內(nèi)部分需要洞內(nèi)水平注漿，管幕以外需要在地面垂直注漿，這樣就存在2種注漿方式的工序轉(zhuǎn)換，且洞內(nèi)注漿效果沒地面效果好。2）如采用先注漿后管幕，由于埋深較淺，均采用地面注漿方式，施工容易，注漿效果較好，但對(duì)管幕的施工影響較大，由于注漿后會(huì)提高地層的強(qiáng)度，對(duì)管幕的擴(kuò)孔造成較大的困難，對(duì)工期和管幕的施工質(zhì)量均有較大影響。經(jīng)綜合比較后，選擇先施工管幕后注漿的施工順序。（a）（b）圖3隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑微臺(tái)階法步驟圖Fig．3Sequenceoftunnelconstructionbydoublesidedriftminibenchmethod3．3管幕施工工藝為控制地表及鐵路沉降，保證鐵路運(yùn)營(yíng)的安全、暢通，在綜合比較108雙層大管棚、299鋼管管幕、600管幕后，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的工程及水文地質(zhì)條件，并結(jié)合目前各施工工藝情況，根據(jù)計(jì)算和工程類比，確定超前支護(hù)采用299鋼管管幕。考慮到管幕最長(zhǎng)為110m，采用前拉后夯［5］施工工藝進(jìn)行施工，即首先利用水平導(dǎo)向鉆機(jī)打設(shè)127的水平孔，然后通過前拉后夯工藝將299鋼管拉到指定位置。具體施工方法為：采用127鉆桿每隔4孔打設(shè)一個(gè)導(dǎo)向孔，要求導(dǎo)向孔的導(dǎo)向精度控制在5cm以內(nèi)，利用導(dǎo)向孔進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，擴(kuò)孔作業(yè)要采用擠擴(kuò)的方法，不能采用通常水循環(huán)方法，防止引起地層擾動(dòng)，導(dǎo)致地面沉降；擴(kuò)孔完成后采用前拉后夯法，將299鋼管連同60注漿管同時(shí)拉入；在拉入時(shí)，可能會(huì)遇到回填及不均勻的硬地層引起卡鉆現(xiàn)象，局部用夯錘夯法，在鋼管后部施以夯力使鋼管順利通過，直至將鋼管拉出對(duì)面掌子面。管幕導(dǎo)向孔利用有線和無線2種導(dǎo)向方法，嚴(yán)格控制導(dǎo)向精度。利用高精度有線導(dǎo)向儀及管內(nèi)光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)，其精度控制在3‰以內(nèi)；利用無線導(dǎo)向儀器在地表進(jìn)行測(cè)量定位，將偏差控制在5cm以內(nèi)。為了避免相鄰管幕施作后引起地層松動(dòng)，確保地面無沉降，在管幕施工過程中須適時(shí)在管幕外側(cè)進(jìn)行回填注漿，補(bǔ)償?shù)貙拥乃缮⒆冃?，更加有效地控制地層的擾動(dòng)變形。跟進(jìn)回填注漿采用60mm鋼花管注漿。根據(jù)本項(xiàng)目管幕的施工情況統(tǒng)計(jì)，一般正常情況下3d可以施工2根長(zhǎng)管幕。當(dāng)?shù)貙又杏龅秸系K物時(shí)就會(huì)較長(zhǎng)，最長(zhǎng)1根管幕花了5d才完成。地層條件對(duì)管幕的工期影響較大，在選用時(shí)應(yīng)慎重考慮。

鐵路保護(hù)措施

鷹廈鐵路是進(jìn)入廈門本島的主要鐵路通道，每天有13對(duì)客車與17對(duì)貨車通過，交通十分繁忙。隧道下穿段既有鐵路有3～4條股道交錯(cuò)設(shè)置，平面布置十分復(fù)雜；與擬建下穿隧道交角較小，影響范圍長(zhǎng)，專用線道岔位于隧道拱頂位置?？刂茦?biāo)準(zhǔn)根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》，線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理控制標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。對(duì)鐵路的保護(hù)措施1）采用強(qiáng)大的隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)和措施，控制隧道及地表變形。隧道采用3層結(jié)構(gòu)，施工階段荷載由初期支護(hù)與一次模筑襯砌承擔(dān)，使用階段荷載由一次模筑襯砌與二次模筑襯砌承擔(dān)。一次模筑襯砌達(dá)到強(qiáng)度后，拆除臨時(shí)施工支護(hù)，施作二次模筑襯砌。2）洞口管幕端頭設(shè)置支撐于樁基的導(dǎo)向墻，從而管幕形成剛度較大的縱梁，控制隧道周邊地層變形及地表沉降。3）與鐵路工務(wù)部門密切配合，為避免沉降累計(jì)，影響鐵路的正常行車，可分階段起道填碴或墊鋼板（如管幕施工完成、開挖過半、開挖完成等不同階段），根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分別對(duì)軌道做出調(diào)整。4）隧道施工中，鐵路應(yīng)限速，每趟列車經(jīng)過前監(jiān)測(cè)一次（由第三方進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)），軌道變形接近控制標(biāo)準(zhǔn)的70％時(shí)，應(yīng)立即對(duì)鐵路進(jìn)行起道填碴或墊鋼板，保證鐵路的安全暢通。應(yīng)遵守現(xiàn)行《鐵路線路修理規(guī)則》、《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》等規(guī)范。5）左、右線隧道錯(cuò)開30m施工，并采用小于0．7m的短進(jìn)尺開挖，避免地面沉降累計(jì)，降低單位時(shí)間的沉降量。6）應(yīng)有工務(wù)部門的專人負(fù)責(zé)鐵路的安全評(píng)估，當(dāng)影響列車通行時(shí)，應(yīng)停止隧道施工，對(duì)鐵路進(jìn)行整修和保護(hù)。緊急預(yù)案1）每趟列車經(jīng)過前監(jiān)測(cè)一次（由第三方進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)），軌道變形超過控制值時(shí)，應(yīng)立即與鐵路運(yùn)營(yíng)部門聯(lián)系，征求其處理意見，原則上貨車應(yīng)以慢性方式通過，客車應(yīng)停止通過。并立即組織人員進(jìn)行搶修，盡快恢復(fù)鐵路正常的運(yùn)營(yíng)。2）隧道施工前，應(yīng)備齊鐵路搶險(xiǎn)整修的材料、工具，整修人員到位，保證鐵路搶險(xiǎn)及時(shí)，列車安全通過。3）接受工務(wù)部門專人負(fù)責(zé)鐵路的安全評(píng)估，整修不到位，嚴(yán)禁列車通行。

工程實(shí)施效果及變形分析

管幕直徑較大且密排布置，其施工對(duì)其周邊土體擾動(dòng)較大，地面及鐵路的變形對(duì)其影響的敏感性較強(qiáng)。左、右線隧道在下穿鐵路段管幕施工引起的地表沉降主要規(guī)律及特點(diǎn)如下：1）管幕施工造成的地表變形量較大，剛開始施工時(shí)正線甚至出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。管幕施工完成后，造成的地表沉降累計(jì)一般有40～50mm，多的達(dá)70～80mm，最大一天的沉降量為3mm。局部沉降較大，是因?yàn)樵谑┕ぶ校?dāng)管幕拉進(jìn)困難時(shí)，部分段落采用高壓水沖切土體超挖引起的。由于現(xiàn)場(chǎng)采用了起道填碴措施，所以沒有對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)造成大的影響，起道填碴頻率一般為1～2次／周。2）管幕施工引起的地表沉降有3個(gè)原因，分別為成孔時(shí)的應(yīng)力釋放、成孔過程中的水土流失、成孔施工偏差及擾動(dòng)引起的沉降。3）管幕施工引起地表沉降大小除與地層條件、埋深和施工工藝等因素有關(guān)外，還與管幕之間的施工間距和施工持續(xù)時(shí)間有關(guān)系。施工間距越大，沉降越??；施工持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，沉降越大，對(duì)周圍環(huán)境造成的影響也越大，因此應(yīng)盡量保持管幕施工的連續(xù)性。4）一般管幕施工期間都會(huì)引起地表沉降，而本工程局部出現(xiàn)隆起現(xiàn)象，是因?yàn)樵谑┕み^程中，正線下方遇到較多的錘坡石，給拖管或夯管造成一定的難度，強(qiáng)行夯或拖管會(huì)導(dǎo)致石塊擠壓土體，而管幕的埋深較淺，強(qiáng)夯會(huì)造成地表或軌面隆起現(xiàn)象。隧道開挖及初期支護(hù)施工隧道開挖采用雙側(cè)壁六步微臺(tái)階法施工，在管幕的保護(hù)下，考慮到到初支剛度較大，每循環(huán)進(jìn)尺控制為1m（2榀鋼架距離），在開挖后及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。上臺(tái)階均采用人工開挖，下臺(tái)階采用小型挖機(jī)配合人工修邊開挖。上下臺(tái)階的長(zhǎng)度均控制在3～5m，待③部開挖支護(hù)10m后，隧道中導(dǎo)洞⑤部即展開施工。根據(jù)以上施工工序，要完成以上①～⑥步一個(gè)循環(huán)，最短的長(zhǎng)度是23m。在施工開挖及支護(hù)施工過程中，由于有管幕對(duì)隧道周邊的保護(hù)和注漿加固對(duì)地層的改良，施工進(jìn)展較順利，沒有發(fā)生影響施工及鐵路運(yùn)營(yíng)安全的事故，在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)和鐵路養(yǎng)護(hù)部門的配合下，保證了鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。隧道一次模筑襯砌施工隧道一次模筑在初支噴射混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，即可進(jìn)行一次格柵鋼架模筑混凝土施工。只能鑿除一次模筑鋼架格柵混凝土范圍的臨時(shí)支護(hù)噴射混凝土，保留臨時(shí)支護(hù)鋼架，每次鑿除長(zhǎng)度為6m。一次模筑的格柵鋼架和初期支護(hù)的型鋼支撐間隔布置，格柵鋼架的縱向間距與型鋼鋼架相同，兩者的接頭也錯(cuò)開位置至少1．0m。為保證隧道拱頂處混凝土的密實(shí)性和兩者的較好結(jié)合，在拱頂采用自流平、免振搗混凝土。隧道二次模筑襯砌施工隧道二次模筑混凝土采用鋼筋混凝土，在一筑混凝土強(qiáng)度基本達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后施工。由于初期支護(hù)和一次模筑襯砌可以承擔(dān)全部的荷載，所以可以根據(jù)二次模筑臺(tái)車的長(zhǎng)度，逐段全部拆除中間2道臨時(shí)支護(hù)鋼架及噴混凝土。先施工仰拱防水層及仰拱混凝土，其超前于邊拱混凝土襯砌約30m，然后采用模板臺(tái)車進(jìn)行拱墻襯砌的施工。施工監(jiān)測(cè)情況為了確保鐵路的正常運(yùn)營(yíng)和施工安全，第三方監(jiān)測(cè)對(duì)鐵路鋼軌沉降、地表沉降、隧道拱頂沉降和隧道收斂情況共4個(gè)主要項(xiàng)目進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。共布設(shè)地表沉降測(cè)點(diǎn)152個(gè)，拱頂沉降測(cè)點(diǎn)108個(gè)，圍巖收斂測(cè)點(diǎn)52個(gè)，鋼軌沉降測(cè)點(diǎn)73個(gè)。1）鋼軌沉降和地表沉降監(jiān)測(cè)如表2所示，通過表2可以看出，由于下穿鐵路隧道地質(zhì)條件差，土層松軟，在管幕施工和隧道開挖期間，兩者均發(fā)生了較大的沉降，由于現(xiàn)場(chǎng)采用了起道填碴措施，所以沒有對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)造成大的影響，起道填碴頻率一般為1～2次／周。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各階段的綜合分析，各階段的累計(jì)沉降比例如下：管幕施工階段約占25％；在上、下臺(tái)階開挖階段差別不大，兩者累計(jì)約占55％；二次模筑襯砌及拆撐階段約占20％。從各階段的沉降比例對(duì)比分析，由于采用了二次模筑襯砌，較以前常規(guī)采用一次模筑襯砌相比，在拆撐階段引起的地表沉降比例大大降低，從而體現(xiàn)出采用二次模筑襯砌的重要性。2）隧道拱頂沉降和圍巖收斂監(jiān)測(cè)。鑒于下穿鐵路隧道地質(zhì)條件極差，土層疏松，并且隧道上面還有火車動(dòng)荷載的反復(fù)作用，隧道開挖引起的沉降變形較大，拱頂測(cè)點(diǎn)和水平收斂測(cè)點(diǎn)間距均為5m，具體的監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：左線隧道①部拱頂最大累計(jì)沉降值50mm，③部拱頂最大累計(jì)沉降值118mm，⑤部拱頂最大累計(jì)沉降值63mm。右線隧道①部拱頂最大累計(jì)沉降值74mm，③部拱頂最大累計(jì)沉降值84mm，⑤部拱頂最大累計(jì)沉降值50mm。左線隧道①部最大累計(jì)收斂值－6．54mm，③部最大累計(jì)收斂值－7．05mm。右線隧道①部水平收斂最大累計(jì)收斂值－7．37mm，③部最大累計(jì)收斂值－7．96mm。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和各階段的綜合分析，隧道拱頂下沉主要是因?yàn)橄屡_(tái)階施工引起的。水平收斂較小，與隧道的支護(hù)剛度及強(qiáng)度較大和上下臺(tái)階之間的臨時(shí)仰拱發(fā)揮了較大的作用有關(guān)。

結(jié)構(gòu)計(jì)算

計(jì)算條件隧道按荷載－結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算。襯砌結(jié)構(gòu)分2種工況進(jìn)行計(jì)算：1）施工階段，一次模筑混凝土與初期支護(hù)共同承受荷載；2）使用階段，考慮初期支護(hù)失效，一次模筑襯砌與二次模筑襯砌共同承受荷載。荷載考慮圍巖壓力、結(jié)構(gòu)自重和列車活載，覆土厚度3m，圍巖壓力根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》確定，結(jié)構(gòu)自重及列車活載根據(jù)《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》確定。由于隧道頂覆土厚度h≥1m，不計(jì)列車豎向動(dòng)力作用。施工階段一次模筑襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算在施工階段，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》并考慮初期支護(hù)厚度0．35m，一次模筑襯砌的厚度0．45m，按兩者的厚度比例并適當(dāng)考慮初期支護(hù)弱于一次模筑襯砌，確定一次模筑襯砌的荷載分?jǐn)偙壤秊?0％。經(jīng)模擬計(jì)算，一次模筑襯砌主要控制點(diǎn)的內(nèi)力值如表3所示。使用階段二次模筑襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算在使用階段，考慮一次模筑襯砌的厚度0．45m，二次模筑襯砌的平均厚度0．55m，按兩者的厚度比例并適當(dāng)考慮一次模筑襯砌性能降低，確定二次模筑襯砌的荷載分?jǐn)偙壤秊?0％。經(jīng)模擬計(jì)算二次模筑襯砌主要控制點(diǎn)的內(nèi)力值如表4所示。

結(jié)論與建議

結(jié)論1）針對(duì)超淺埋下穿鐵路的工程特點(diǎn)，實(shí)施了“水平精密定向、前拉后夯超長(zhǎng)管幕施工工法”，成功解決了超淺埋深（2．5m）、超長(zhǎng)度（110m）下穿運(yùn)營(yíng)鐵路隧道超前支護(hù)的技術(shù)難題，為安全施工提供了保證。2）隧道采用3層襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護(hù)中間臨時(shí)支撐在一次模筑襯砌的保護(hù)下實(shí)施分段拆除，解決了拆撐引起較大沉降的難題。在沒有便梁或扣軌等保護(hù)措施下，僅通過起道填碴的方式確保了運(yùn)營(yíng)鐵路的運(yùn)營(yíng)安全。3）針對(duì)超淺埋土質(zhì)隧道，采用“雙側(cè)壁六部正臺(tái)階留核心土法”進(jìn)行開挖施工，解決了開挖過程中地表下沉和穩(wěn)定問題，確保了施工和鐵路運(yùn)營(yíng)安全。存在的問題及建議1）超長(zhǎng)管幕在擴(kuò)孔過程中會(huì)遇到地下障礙物破除及處理的難題，本項(xiàng)目在施工中，主要通過高壓水沖切或地面導(dǎo)筒工作坑進(jìn)行處理。在采用高壓水沖切過程中，容易導(dǎo)致地面沉降過大。2）3層襯砌的受力分配，未進(jìn)行襯砌內(nèi)部變形監(jiān)測(cè)，在下一步應(yīng)重點(diǎn)研究。3）對(duì)于仰拱部位是否需要設(shè)置管幕，應(yīng)根據(jù)地層條件綜合研究確定。